石油深井水基钻井液性能控制因素及应用

石油深井水基钻井液性能控制因素及应用

高冲 郭良 李建峰

胜利工程公司黄河钻井总公司，山东 东营 257091

摘要：深井钻探对钻井液的要求不是仅仅量的累加而是质的提高，是不同于浅井钻井液的一项新的钻井液体系和工艺技术，目前深井水基钻井液的流变性控制仍是目前钻井液技术未能很好解决的重大技术难题。当高温、高矿化度、高密度同时存在时，钻井液的流变性能、失水造壁性能更加难以控制，具体表现为低温和高温流变性很难同时兼顾，HTHP失水大且泥饼厚。本文以水基钻井液为例，研究石油深井钻井液性能控制的原理及其影响因素，以期对促进深井水基钻井液的研发、应用有所参考。

关键词：石油深井；水基钻井液性能；控制因素；应用

1石油深井水基钻井液的主要性能控制原理与影响因素

1.1对耐高温性能进行的控制

在石油深层的钻井环节里，较高的温度给钻井液带来明显的影响。因此，怎样合理控制、确保钻井液在高温、高压的环境下性能有效地发挥，已成为现阶段石油企业深井钻井液技术的重要研究方向。实际工作中，深井钻井液的而高温性能的控制方面主要包括两点内容：其一，严格对钻井液里的豁土量进行控制，且尽可能选择下限标准，通常情况下，水基钻井液其自身就带有极强的流动性，可以容纳的豁土量并不高，因此，上限与下限间的空间较小，且在高温的环境下，豁土的性能会受到极大的影响。

1.2对失水造壁性能进行控制

随着钻井工程的不断向前推进，石油的钻井深度会进一步增加，水基钻井液里含有的“自由水”也会流入岩石层。这时，水基钻井液里的固相颗粒也会不断增多，并且最后会附加在石油井的井壁，一直沉积最终形成泥饼，这就是所谓的因钻井液失水而产生的“造壁性”。当出现“造壁性”后，石油井壁会逐渐降低渗透能力，进而防碍了水基钻井液进入地层，对钻井液的性能发挥是极为不利的。通常情况下，在石油钻井期间，“造壁性”形成的原因主要和固相颗粒的粒径大小及级配密切相关。实际上，对于石油深井的钻井工程中水基钻井液“造壁性”的有效控制可通过采用下列措施：其一，选用抗盐性能、耐温性能比较好的高效处理剂，尤其是降虑失剂。以有效防止降解、解吸、强抑制性现象的发生。其二，选用高质量、高密度、级配的重晶石，尽可能让大、中、小的颗粒展现合理的粒径配比，可以在一定程度上降低颗粒间力的相互作用，进而降低了摩擦力，最终有效降低滤失量、改变流变性。

1.3对沉降与流变性能进行控制

在对石油深井进行钻井期间，水基钻井液的流变性、沉降性对钻井液功效的发挥产生巨大的影响力。实际上，为了达到深井钻进的标准，一般要求应用的水基钻井液带有较高的密度，理由在于更好地平衡深井内的压力，然而，这会导致高密度的水基钻井液其流变性、沉降性之间发生微妙的“冲突”。例如：如果水基钻井液的流变性较好时，则会使得钻井液的沉降性下降。因此，二者难以保持平衡。要想有效解决石油深井钻井工程中水基钻井液的流变性、沉降性的冲突，可应用提高钻井液的中液相密度、添入耐高温的降茹剂，或者选用适量的加重材料等方法。

2深井水基钻井液性在石油钻井工程中的应用分析

调查结果显示，绝大多数的石油钻井工程中，在选择水基钻井液时都能够比较充分地考虑内外部因素的影响，但是，由于深井钻井的特殊性，导致深层水基钻井液选择方面确实存在着诸多的问题，比如，考虑因素不全、技术思路单一、高温高密度作用机理认识不清、处理剂选择适当等等，这就对石油深层钻井的钻进以及安全施工造成了不利影响。

实践中，企业在石油深层钻井过程中，应该综合考虑水基钻井液的性能控制原理，确定钻井液的最佳配比，最大限度地发挥出水基钻井液的功能作用，为深层石油钻井提供可靠的保障。

XZ-新型高性能水基钻井液具有较好的抑制性、纳微米封堵性等，能够很好地抑制泥页岩水化膨胀和阻止微裂缝漏失，所以能够很好地应用在含泥页岩的地层中。现场应用中，由于泥页岩地层对抑制剂和润滑剂的消耗，所以要补填抑制剂和润滑剂，保证钻井顺利进行。

2.1在XQD3020、XQD3044井的应用

XQD3020、XQD3044井中新近系、古近系和白垩系膏质泥岩易缩径、垮塌；二叠系梧桐沟组泥岩水敏性强，炭质泥岩易垮塌；石炭系火山岩局部孔洞、裂缝发育，易井漏；白垩系底部到石炭系地层压力高，易井漏和井喷，为了能够顺利高效地钻井，采用了XZ-新型高性能水基钻井液体系。现场钻井液配方如下。

2#2%膨润土+0.5%NaOH+1%XZ-JLS+3%

SPNH+2%防塌剂+2%XZ-CMJ+4%XZ-FDJ+3%

XZ-YZJ+2%XZ-RHJ+0.5%XZ-SSJ+0.4%PMHA-2+10%NaCl+重晶石

该钻井液在钻井过程中性能比较稳定，该体系的流变性和抗污染能力较强，见表1。

表1XQD3044井XZ-新型高性能水基钻井液基本性能XZ-新型高性能水基钻井液在试验井与邻井的对比情况，见表2和表3。可以看出，该体系具有较好的抑制性和固化封堵性，能够提高钻井过程中井壁的稳定性，降低复杂情况发生率。所以试验井的井径扩大率及复杂情况发生率要小于该地区定向井的平均值，而且规则的井眼有利于电测一次成功。由于复杂情况小于邻井，试验井的钻井周期要小于邻井，钻机月速和机械钻速要高于邻井。

表2试验井与区块定向井复杂情况的对比

表3试验井与邻井的钻井工艺对比

2.2在JHW023井的试验情况

该区块白垩系土谷鲁群组大段泥岩质软、水敏性强，易吸水膨胀、造成缩径；侏罗系砂泥岩互层较多，还含有煤层，容易出现砂岩虚泥饼和煤层掉块；侏罗系八道湾底砾岩及承压能力低，易发生井漏；韭菜园组地层褐色泥岩易造浆，水敏性强，容易吸水膨胀缩径，剥落后造成井眼不规则，起下钻遇阻；梧桐沟组灰色泥岩与砂岩互层，砂岩渗透性强，下部的砾岩层易发生井漏，易垮塌。

结语

实际上，随着钻井工程施工的进一步推进，钻井的深度也会不断增加，深层钻井对水基钻井液的要求比较高。因此，石油企业在进行深层钻井期间，相关工作人员应当充分分析水基钻井液主要的性能原理以及影响因素，进而合理确定钻井液的配比，最大程度地促进水基钻井液性能的发挥，以确保深层的石油钻井工程安全生产。

参考文献：

[1]尹水.石油深井水基钻井液性能控制因素及应用探究[J].中国石油和化工标准与质量,2016,36(15):56+59.

[2]白杨.深井高温高密度水基钻井液性能控制原理研究[D].西南石油大学,2014.