钻井液性能及其调整的分析研究

钻井液性能及其调整的分析研究

摘要：本文介绍了常用钻井液类型，并对钻井液的密度、PH值、含砂量、流变性、滤失造壁性等各项性能指标进行了分析研究，针对各项性能变化提出了有效地调整方案，大大提升了钻井液在钻修井过程中的作用。Key：钻井液;密度;PH值;含砂量;流变性;滤失造壁性钻井液是钻井的血液。在钻修井过程中，钻井液性能的好坏直接会影响到钻进速度，严重时甚至能关系到钻修井成功与否。随着钻井液工艺技术的不断发展，钻井液种类越来越多，钻井液性能与作用也各不相同。因此，对钻井液性能进行深入的分析研究，不仅能够有效地优化钻井液配比、控制成本，更能充分发挥钻井液在钻修井施工中的作用，提高钻修井施工作业效率。一、钻井液的类型目前，国内外对钻井液有各种不同的分類方法。一般所指的分类方法是按钻井液中的流体介质和体系组成特点来分类，可分为水基钻井液、油机钻井液和气体型钻井流体等。由于水基钻井液在实际应用中一直占据着主导地位，参考国内外钻井液分类标准，以下几种钻井液类型在国内生产和应用中得到认可[1]。1.分散钻井液（DispersedDrillingFluids）是指用淡水、膨润土和各种对粘土和钻屑起分散作用的处理剂（简称分散剂）配成的水基钻井液。2.盐水钻井液（SaltwaterDrillingFluids）用盐水（或者海水）配置而成。在含盐量从1%（Cl-质量浓度为6000mg/l）直至饱和（Cl-质量浓度为189000mg/l）之前的整个范围内都属于盐水钻井液类型。盐水钻井液对粘土水化有较强的抑制作用[2]。3.饱和盐水钻井液（SaturatedSaltwaterDrillingFluids）是指在钻井液中NaCl含量达到饱和时的盐水钻井液体系。饱和盐水钻井液主要用于钻其他水基钻井液难以对付的大段盐岩层和复杂的盐膏层。4.聚合物钻井液（PolymerDrillingFluids）聚合物钻井液是以某些具有絮凝和包被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基钻井液[3]。二、钻井液的常规性能1.密度、PH值、含砂量;2.流变性（漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力等）;3.滤失造壁性（滤失量、滤饼厚度、滤饼性能等）。除以上常规性能外，还包括抑制性、润滑性、抗温性、荧光度以及对生物的毒性等性能。三、钻井液性能测试及调整1.钻井液密度（1）定义：单位体积钻井液的质量（用ρ表示，单位g/cm3，或t/m3），在钻井及修井施工过程中，钻井液密度=泥浆比重（MudWeight）。（2）作用：通过调节钻井液密度可以改变钻井液在井筒内的静液柱压力，P=ρgh（3）钻井液密度的测量：用一种专门设计的钻井液比重秤（MudBalancer）测得。如图1所示。（4）钻井液密度的调整：①增加ρ的方法，俗称加重。加入重晶石等不溶性加重材料，加入可溶性无机盐等。比如，在保护油气层的清洁盐水钻井液中，加入NaCl，可将钻井液密度提升至1.20g/cm3左右。通常在修井施工中，通过加入重晶石、石灰石来提高钻井液密度。②减小ρ的方法。清除钻井液中的无用固相（机械法、化学絮凝），此外，还可以加水、混油、充气。2.钻井液的PH值（1）定义：通常用钻井液滤液的PH值表示钻井液的酸碱性。（2）作用：酸碱性的强弱会直接与钻井液中粘土颗粒的分散程度有关，在很大程度上会影响钻井液的粘度、切力等。（3）PH值的调整：在实际应用中，大多数钻井液的PH值要求控制在8-11之间，即维持一个较弱的碱性环境。一般加入烧碱，有时也加入纯碱或石灰石。3.钻井液含砂量钻井液中不能通过200目筛网，即粒径大于74微米的砂粒占钻井液总体积的百分数。在现场应用中，该数值越小越好，一般要求控制在0.5%以内。降低钻井液含砂砂量有效的方法：充分利用振动筛、除砂器、除泥器等设备，对钻井液的固相含量进行有效控制。4.钻井液的流变性（1）定义：指钻井液流动和变形的特性。该特性通常由不同的流变模式及其参数来表征，最常用的流变模式为宾汉模式和幂律模式。宾汉模式的参数：塑性粘度（PV）和动切力（YP）;幂律模式的参数：流性指数和稠度系数。此外，漏斗粘度、表观粘度和静切力等也是钻井液的重要流变参数。（2）作用：①携带岩屑，保持井眼及井底清洁;②悬浮岩屑;③提高机械钻速;④保持井眼规则和保证井下安全。钻井液流变性是钻井液最重要的参数之一。在修井过程中，通常用马氏漏斗粘度计（如图2）来测定钻井液的粘度。（3）流变参数的调整：①降低PV：通过合理使用固控设备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减小固相含量;②提高PV：加入低造浆率的粘土、混入原油，增加聚合物的浓度使钻井液的滤液粘度增加;③降低YP：加入适合于本体系的降粘剂，以拆散钻井液中已形成的网状结构;④提高YP：可加入遇水化膨润土或者增大聚合物的加量，对钙处理或者其他盐水钻井液，可适当增加Ca2+、Na+的浓度。5.钻井液的滤失造壁性钻井过程中，在钻井液液柱与地层压力的压差作用下，钻井液中自由水向井壁岩石裂隙或空隙中渗透，这一过程叫钻井液的滤失作用。在滤失过程中钻井液中的一些固体颗粒便附着在井壁上，形成泥饼，固相颗粒附着在井壁上形成泥饼的过程叫钻井液的造壁性。在钻修井过程中，钻井液的滤失量密切关系到油气层保护、井壁稳定和高渗透率面上泥饼的形成。因此，控制钻井液的滤失量非常重要。通常用降滤失剂来调节钻井液的滤失造壁性，常用的降滤失剂有磺化褐煤（SMC）、磺化沥青、磺化栲胶等。四、结论与建议在钻修井过程中，不仅要根据地质情况、井况选择合适的钻井液体系，而且要对钻井液的密度、PH值、含砂量、固相含量、流变性、滤失造壁性等各项性能指标进行深入的分析、测定、研究，通过实时掌控钻井液性能的变化，对其进行及时的调整，才能有助于提升钻修井作业速度、缩