水平井防坍塌鉆井液技術(shù)及應(yīng)用

薛森

摘 要：在油氣井水平井鉆井施工過程中，隨著井下地質(zhì)狀況的變化使得井壁塌陷問題也越來越嚴(yán)重的，如何保證水平井鉆井施工過程中的井壁的穩(wěn)定性就成為了目前鉆井行業(yè)亟待解決的問題。充分保證井壁穩(wěn)定不僅可能實現(xiàn)對水平井鉆井施工成本的有效控制，同時也能充分保證鉆井的施工順利進行。在水平井鉆井施工過程中充分鉆井液的主要作用就是防止井壁出現(xiàn)塌陷并充分保證井壁巖石出現(xiàn)水化現(xiàn)象，因此保證防坍塌鉆井液的質(zhì)量是保證井壁穩(wěn)定的基本前提。

關(guān)鍵詞：水平井；鉆井；井壁穩(wěn)定性；防坍塌鉆井液；抑制劑

1 防坍塌鉆井液概述

在水平井鉆井施工過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)井壁不穩(wěn)定的情況，尤其是進行深井、超深井以及勘探井的水平井鉆井施工過程中，由于井眼不穩(wěn)定而導(dǎo)致產(chǎn)生劃眼、卡鉆等事故，甚至?xí)斐摄@采井出現(xiàn)報廢等狀況，給石油企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟損失。根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計表明，

在水平井鉆井施工過程中由于井壁不穩(wěn)定而導(dǎo)致的經(jīng)濟損失達到了水平井鉆井施工整體成本的10%左右，井壁不穩(wěn)定已經(jīng)嚴(yán)重影像了鉆井企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益。因此，在現(xiàn)代水平井鉆井施工過程中，防坍塌鉆井液機成為了一項非常重要的研究課題。防坍塌鉆井液在水平井鉆井施工過程中是保證井壁穩(wěn)定性的主要因素，目前在水平井鉆井施工過程中應(yīng)用比較廣泛的防坍塌鉆井液主要仍然是傳統(tǒng)細分散淡水鉆井液，但是這種鉆井液不僅品種較少，而且對井壁穩(wěn)定性的提升效果也不明顯，必須要研制出具備較好防坍塌效果、對環(huán)境無污染且抑制性能較好的防坍塌鉆井液來解決當(dāng)前水平井鉆井施工中的井壁坍塌問題。在水平井鉆井施工領(lǐng)域研發(fā)出來的新型的防坍塌鉆井液主要有陽離子聚合物鉆井液、聚合物 -KCI 鉆井液等。

2 井壁的不穩(wěn)定因素

井壁不穩(wěn)定主要由于在水平井鉆井施工過程中鉆井液與井下泥頁巖以及地質(zhì)環(huán)境之間發(fā)生相互作用、鉆井過程中水平井鉆井施工操作不規(guī)范造成的，井壁不穩(wěn)定目前水平井鉆井施工領(lǐng)域遇到的共性問題，也是一個非常難解決的問題。鑒于此，必須要加強對井壁穩(wěn)定機理的相關(guān)研究，這樣才能有效突破井壁穩(wěn)定技術(shù)發(fā)展核心，將這對井壁穩(wěn)定技術(shù)的研發(fā)核心放在提升鉆井液的綜合性能以及環(huán)境保護等方面。在水平井鉆井施工過程中能夠造成井壁

不穩(wěn)定的因素主要有以下一些 ：第一是井下地層的力學(xué)性能不穩(wěn)定 ；第二時段井下地層在遇到水后產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象 ；第三時段在水平井鉆井施工造成的影響。地層的力學(xué)性能不穩(wěn)定主要指的是地層由于受到地質(zhì)構(gòu)造以及地質(zhì)成因從而受到擠壓導(dǎo)致地層內(nèi)部出現(xiàn)受力不均勻的現(xiàn)象，從而造成了井壁出現(xiàn)掉塊或者坍塌的現(xiàn)象。要想有效解決地層力學(xué)性能不穩(wěn)定引起井壁不穩(wěn)定問題就必須要不斷提升鉆井液的封堵性能以及密度，這樣才能有效起到維持地應(yīng)力平衡、提升鉆井液攜砂能力以及懸砂能力的作用，同時還必須要求鉆井液要具備較

好的高溫流變性。地層在遇水產(chǎn)生不穩(wěn)定從而引起井壁坍塌的問題主要指的是由于水對地層巖石的沖刷從而使得地層出現(xiàn)水解現(xiàn)象，進而引起井壁出現(xiàn)風(fēng)化、松軟、剝落等現(xiàn)象，當(dāng)水平井鉆井施工過程中鉆頭鉆遇該地層的時候就會導(dǎo)致鉆孔超徑、縮徑甚至出現(xiàn)堵塞等現(xiàn)象。

這一問題的有效解決必須要的依賴綜合性能較高的鉆井液，在進行鉆井液設(shè)計的時候要充分對鉆井液力學(xué)性能以及井壁穩(wěn)定的化學(xué)作用進行充分考慮，并實現(xiàn)對上述兩種作用的有機結(jié)合。水平井鉆井施工導(dǎo)致井壁坍塌主要指的是由于水平井鉆井施工操作失誤而造成地層壓

裂、井下壓力激增從而引起井壁巖層出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。要想提升水平井鉆井施工過程中井壁的穩(wěn)定性就必須要進一步提升業(yè)液柱的壓力、實現(xiàn)對底層礦物的水化分散性的有效控制、有效降低地層的坍塌壓力。目前在水平井鉆井施工領(lǐng)域用于維持井壁穩(wěn)定性的主要方法有干性堵漏材料 - 鉆孔堵漏片、套管護孔、瀝青材料和脈醛樹脂水泥球等幾種方法。針對井壁不穩(wěn)定的主要技術(shù)措施有以下兩種，第一是在水平井鉆井施工過程中有效應(yīng)用優(yōu)質(zhì)的防塌鉆井液

抑制劑來達到放置地層出現(xiàn)坍塌或者水化的現(xiàn)象 ；第二是合理調(diào)整鉆井液的密度，因此來達到提升井壁力學(xué)性能的效果。

3 防坍塌鉆井液和防坍塌抑制劑

目前在油田水平井鉆井施工中應(yīng)用防坍塌抑制劑的種類有很多，而種類劃分方式不同以及防坍塌抑制劑種類的不同防坍塌抑制劑的種類也不同，如果按照坍塌劑的作用來進行劃分，可以將防坍塌抑制劑劃分為兩大類，第一是用來增加地底各種礦物質(zhì)之間粘合力的鉆共劑，具體主要有化膠結(jié)性防塌劑以及僑聯(lián)型化學(xué)防塌劑兩種。第二是用來環(huán)節(jié)或者防止井筒內(nèi)的水通過井眼流向井底，避免地層中巖石遇水后發(fā)生水化作用的防塌劑，具體主要包括封堵性防塌劑、低水化能型防塌劑等。造成井壁不穩(wěn)定問題的原因主要有以下幾個 ：第一使得水通過井眼流到了地層中，并與地層中的粘土結(jié)合發(fā)生相互作用，從而是的地層粘土相互之間的膠結(jié)作用遭到破壞，造成地層中巖石發(fā)生了水化現(xiàn)象 ；第二是在水平井鉆井施工過程中鉆頭鉆進到地層中的巖石后，導(dǎo)致地層中孔隙壓力增加，使得地層中巖石之間的結(jié)合力下降，導(dǎo)致地層的強度以及力學(xué)性能下降。針對這種情況主要解決措施就是有以下幾種 ：首先是要合理的應(yīng)用性能較好的鉆井液來增強地層中巖石之間膠結(jié)力，避免巖石在與水的長期基礎(chǔ)過程中出現(xiàn)水化現(xiàn)象，其次是要避免水從井眼位置進入地層中，并最大程度減少水與地質(zhì)巖石接觸的時間，最大程度減少水與底層的接觸面積。如果按照防塌劑的作用可以將其分為兩種類型，第一是放置水通過井眼進入到地層中，導(dǎo)致地層中巖石發(fā)生水化的防塌劑 ；第二是有效增加地層中巖石之間的膠結(jié)力的防塌劑。

4 防塌鉆井液體系性能評價及現(xiàn)場應(yīng)用

在水平井鉆井施工過程中，針對不同地質(zhì)情況要采取不同的鉆井技術(shù)，但是鉆井液的合理應(yīng)用能夠有效降低水平井鉆井施工成本，但是，在使用鉆井液的同時也要多注意盡量避免出現(xiàn)鉆井液傷害儲層的現(xiàn)象出現(xiàn)。在對陽離子聚合物以及兩性復(fù)合離子聚合物進行對比分析后發(fā)現(xiàn)，在清水環(huán)境下陽離子聚合物能夠有效抑制巖石發(fā)生水解現(xiàn)象，是抑制劑的最佳選擇。但是兩性復(fù)合離子聚合物在提升膨潤土黏度等方面的效果要比陽離子聚合物好的多，因此，將其最為增稠劑是一種更好的選擇。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)黏土的類型、地層流體的性質(zhì)以及儲集層的滲透到率等都對井下巖層的損害有一定的影響，因此，在水平井鉆井施工過程中要盡量使用失水性低、固相較低、密度降低的鉆井液，這樣才能有效降低鉆井液對巖層的傷害。在大量的試驗中發(fā)現(xiàn)硅基陽離子不僅流變性、抑制性比較強，而且潤滑性能也比較強，在水平井鉆井施工中的應(yīng)用能夠有效維持井壁的穩(wěn)定、避免出現(xiàn)卡鉆等作用，并能有效井下井眼，降低濾失，達到保護儲層的目的。

參考文獻：

[1] 深層水平井鉆井液技術(shù)難點及設(shè)計方案研究[J]. 鄧興強.西部探礦工程.2019（06）