钻井液性能及井壁稳定问题的几点认识

1、钻井液性能及井壁稳定问题的几点认识摘要对钻井液中膨润土含量、钻井液密度、抑制性、滤失量、固相控制、处理剂质量和 井壁稳定等问题进行了探讨，认为根据具体情况合理控制并提前考虑调整钻井液性能，有利 于改善钻井液的稳定性和提高抗温、抗污染能力。并提出在井壁稳定和堵漏处理中要用动态 的观念进行分析，以提高措施的针对性和有效性。关键词钻井流体；膨润土含量；密度；抑制性；滤失量；固相控制；井壁稳定；井漏目前国内钻井液技术水平虽然可以满足钻井作业要求，但仍然需要不断的完善与提高， 通过技术进步使钻井液技术水平再上新台阶。从技术角度来讲，钻井液永远会面临新的问题， 要有新思路，在解决问题中不能仅靠经验，更要注

2、重新技术的应用。从钻井液性能来讲，应 该从钻井一开始就重视性能调节，做好预处理，这样可以保证全过程性能稳定，产生好的综 合效果，而一旦等问题出来再处理不仅会消耗更多的处理剂，而且会产生一系列的复杂情况， 不利于节约成本和提高效率。针对钻井液技术现状及现场存在的一些问题，从提高钻井液技 术水平的角度出发就有关问题谈几点认识，以供参考。1主要认识1.1膨润土含量膨润土是钻井液中不可缺少的东西，钻井液性能和膨润土密切相关。对于钻井液体系， 要重视膨润土含量的控制，膨润土含量的控制要从钻井一开始就考虑。膨润土含量高是钻井 液性能不稳定的根源，合理控制膨润土含量可以提高钻井液的高温稳定性和抗盐污染能力。

3、 在满足钻井液携砂能力的情况下尽可能降低膨润土含量，这样可以减少处理剂的消耗，减少 其他一些不必要的麻烦。特别是钻遇易造浆地层时，更应该注意膨润土含量的控制。从某种 意义上讲，膨润土含量的控制是钻井液技术水平提高的具体体现。近年的实践表明，由于现 在的钻井液体系膨润土含量控制较好，稀释剂用量已明显减少，甚至不再使用，说明钻井液 稠化现象随着膨润土含量的控制已经得到解决。1.2钻井液密度密度的确定，首先是满足安全钻井的需要，其次才考虑其他方面。不同地区地质条件不 同，对密度要求也不同。通常，降低密度有利于提高钻井速度，减少钻井液的流动阻力和内 摩擦力，但有时也不完全是这样，要看地层的稳定性和地层

4、流体的活度哪方面占优势。有一 种观念认为密度低可以保护产层，但这是片面的，有时反而需要提高密度形成暂堵层来保护储层。1.3钻井液抑制性抑制性对钻井液的作用很关键，不能把抑制性仅仅看作是防塌，要与井壁稳定一起考虑。 从井眼稳定性和钻井液稳定性方面来讲，钻井液的抑制性至关重要。在实际工作中通常不把 抑制性看得很重要，因为抑制性在钻井液的具体性能中没有体现，所以是提到得多，考虑得 少。目前没有一种水基钻井液体系的抑制性达到最好，也就是说抑制性对钻井液的贡献没有 充分发挥，更确切地讲，钻井液的抑制性不够。这方面有不少学者已经提到，但没有得到足 够重视。之所以钻井液的抑制性不足，不能达到最佳状态，是因为

5、通常认为钻井液的抑制性 和钻井液的稳定性存在矛盾，当问题出现的时候，总是首先考虑其稳定性（特别是滤失量）， 而放弃提高钻井液的抑制性，这就是长期以来钻井液抑制性没有充分发挥的根本原因。采用无机盐（K、Na、Ca）比较有效，但加量大，必须要消耗很多处理剂来使钻井液 性能达到稳定，特别是KCl，其用量必须达到7%以上才可以发挥其最佳作用，Ca2+也需要 高浓度才可以发挥期望的作用，但由于普通处理剂抗钙能力有限，很少采用Ca2+作为抑制 剂，目前已经基本解决这一问题，所以利用钙离子形成高钙盐钻井液的优势已经发挥。对提高钻井液的抑制性，最有效的方法应该是使用有机季铵盐化合物或聚合物，其用量 少，吸附能

6、力强，作用周期长，应该重点考虑。据国外资料介绍，有机季铵盐是最有效的提 高抑制性的化合物。但国内在有机季铵盐的利用方面还有差距。另外，AI3+合物或络合物在 一定条件下也可以提高钻井液的抑制性。这些已经在实践中得到证实。1.4钻井液滤失量无论从设计或是从过程控制中，总是过分强调降低钻井液的滤失量，一般而言，钻井液 滤失量越低，胶体性和黏滞性越强。有时候为了将钻井液的滤失量降到一定值，需要增加很 多材料，进一步增加了钻井液的液相黏度。例如：在同样组分的情况下，把一个滤失量为5mL的钻井液，将其滤失量由5mL降到 4mL需要的处理剂量，甚至要大于把一个滤失量为25mL的钻井液，将其滤失量由25mL

7、 降到5mL的量。这说明在滤失量低的情况下，哪怕将滤失量降低1mL，也需要大量的处理 剂。除增加成本之外，由于处理剂用量的增加，钻井液的液相黏度提高，能量消耗增加，可 以说滤失量的合理确定有利于减少能量消耗。只要钻井液的抑制性能达到要求，综合性能满 足井下安全的需要，滤失量放宽有利于提高机械钻速，有利于节约成本。因此，可以根据不 同地区的地层特点，在保证井眼稳定的前提下适当调整滤失量指标。无固相清洁盐水钻井液 的优势正是体现在这一方面。1.5井壁稳定在井壁稳定方面也要提高认识，井壁稳定问题是可变的、动态的，因此在措施的考虑上 要多元化，这里提出一个“预防+巩固”的新概念。首先是钻开地层时的“预

8、防”措施，其次是随 后的“巩固”措施。“巩固”解决的是后期井壁稳定问题，是长期的，“预防”是先期的井壁稳定问 题，相对而言，后期的稳定更重要。同时，井漏在某种意义上也是由于井壁不稳定带来的问 题，可以考虑井壁加固，以强化井壁稳定，减少井漏发生。井壁稳定措施包括化学和物理2方面，比较直观的是钻井液的密度和抑制性，强化措 施可以提高井壁稳定效果，如井壁封固、近井地带加固等，同时在井壁稳定措施中也要考虑 防漏和堵漏。对于硬脆性地层，乳化沥青可以获得较好的稳定效果。AI3+对于提高硬脆性和 水敏性地层的井壁稳定更为有效，AI3+的固壁作用机理是沉淀的氢氧化铝最终转变成晶体形 态，并逐渐变成页岩晶体的一

9、部分，对页岩起稳定作用。这种化学过程将会明显地减轻页岩 微裂缝中的孔隙压力传递。1.6钻井液固相控制对于钻井液来讲，固相控制非常关键，特别是低密度固相控制。同等条件下，低密度固 相含量越低，钻井液的内摩擦力就越小，有利于减少能量消耗，同时提高钻井液的高温稳定 性、抗污染等，所以控制低密度固相含量可以保证钻井液的性能稳定。具有絮凝作用的处理剂、无机盐和有机胺等均可以控制低密度固相含量，但添加专门的 固相化学清洁剂可以更有效地降低低密度固相含量，证钻井液清洁。低密度固相含量低，可 以减少钻井液的黏滞性，降低内摩阻，在一定程度上有利于发挥水马力。目前部分人员对低 密度固相控制的认识还不够，将来应在这

10、方面重点考虑，通过低密度固相控制使钻井液技术 水平进一步提高。建议全过程应用固相化学清洁剂，以有效地控制低密度固相含量。1.7井漏井漏存在于钻井全过程，目前已经积累了许多成熟技术，但对复杂漏失仍然存在堵漏成 功率的问题。主要体现在：理论上认识不足，目前堵漏所依据的理论主要是静平衡压力法、 单向压力封堵和桥塞填充法等。应用中这些理论与实际情况存在差距，一是实际堵漏过程中 静平衡和动平衡并存；二是从静平衡来说，所掌握的平衡压力实际是钻井液的平衡，而不是 堵漏液的平衡。由于堵漏过程中压力平衡是变化的，单一的堵漏材料或方法，平衡法还基本 适用，但不适用于复合堵漏或复杂漏失堵漏;堵漏材料品种少，目前采用

11、较多的有桥塞堵剂、 狄塞尔、单向压力堵漏材料、水玻璃、石灰乳等，最近新出现了凝胶材料，与国外相比，不 仅品种相对少，对付特殊井漏的方法更少，还不能适应特殊条件或复杂条件下的漏失封堵， 缺乏针对性强的高效堵漏材料;堵漏技术和施工措施缺乏科学性，多数情况下是凭经验施工， 缺少科学施工的依据和措施，如在漏点判断、堵漏剂量确定，主要依经验进行判断，缺乏提 高一次堵漏成功率的措施，堵漏的成功率低。为了提高一次堵漏成功率，在具体堵漏过程中，应科学选择方法，准确地判断漏失类型 和漏层。当某一方法效果不明显时，应及时考虑其他方法，提高成功率，同时重视采用新材 料。通常应该注意以下4点：1）准确收集相关资料，如

12、井身结构、钻至井深、岩性、钻井 液性能、排量、泵压及变化情况、漏失量、漏速（当不能返出时的静液面高度）；2）综合分 析基础数据和全部钻井资料，以便准确判断漏失井段、漏失类型，并推算漏层的压力和钻具 下入的深度；3）根据漏失井段、深度和漏失类型，选择合适的堵漏材料和堵漏方法；4） 堵漏施工中做好计量。评价方法方面，应该考虑如何评价材料的质量和适应性，以及堵漏的效果，还需要寻找 或建立更能反映现场实际的新方法。在可能的情况下，可以考虑反向承压堵漏的问题和波纹 管或膨胀管堵漏等技术。1.8钻井液处理剂首先是处理剂的质量问题。从应用角度看，处理剂的质量将会影响钻井液性能的稳定和 钻井液技术水平的提高，

13、这就要求从负责的角度严把处理剂的质量关，消除由于人际关系造 成的质量下降。从生产、供应和用户多方面共同把关，尽可能使用高质量和高纯度的产品。 统一产品的质量标准是控制产品质量的有效途径。其次是由于环境保护对处理剂质量的要求，对钻井液废弃物及废物排放逐步进行限制， 一些地区甚至提出了更高要求，这就需要在处理剂选用上尽可能采用绿色产品。但在实际过 程中应该消除这样一种偏见，即有些含铬的处理剂，如FCLS、SMT和SMC等，并非就是 禁品。铬盐作为一种传统无机处理剂，在一些超高温水基钻井液中发挥了重要作用，关键是 量的把握。在生物毒性满足环境保护要求的前提下，这些产品可以放心使用（目前国外发达 地区仍然采用），特别是在高温井段，如果没有铬，有些处理剂的作用就不能充分发挥，要 保证钻井液的高温稳定性能就要投入更多费用，甚至会带来一系列复杂问题。因此，不应以 是否含铬而取舍，应根据具体情况确定。2结束语钻井液的密度、抑制性和滤失量，钻井液中膨润土含量和低密度固相的控制，是保证钻 井液良好性能的关键。井壁稳定和防漏堵漏关系到井眼质量和钻井施工能否顺利进行，因此 必须高度重视，并根据具体情况采用新技术来满足钻井液性能控制和井壁稳定的