深井鉆井對(duì)鉆井液的影響

楊濤

摘 要：隨著石油勘探領(lǐng)域不斷向深井、超深井及復(fù)雜地層拓展，井下溫度和壓力也是逐漸增大，還時(shí)常鉆遇巖鹽層或鹽水層。鉆井液的濾失量增加，侵入地層會(huì)引起泥頁(yè)巖水化膨脹，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定和各種井下復(fù)雜情況，當(dāng)鉆遇產(chǎn)層時(shí)還會(huì)造成油氣層損害。在高溫、高壓、高鹽度情況下，為滿足正常鉆井的需要，需加強(qiáng)降失水劑的抗溫、抗鹽特性研究應(yīng)用。利用現(xiàn)場(chǎng)采集常用的深井鉆井液降失水劑，按照實(shí)際的鉆井工藝過(guò)程，應(yīng)用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)儀器和采取正確的實(shí)驗(yàn)思路、方案，記錄分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋找現(xiàn)有降失水劑的抗鹽特性規(guī)律。為選擇恰當(dāng)鉆井液降失水劑提供相關(guān)參考及建議，對(duì)深井下安全和順利地打過(guò)地層深部的巖鹽層和鹽水層具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：石油勘探 深井

1 深井的特點(diǎn)[1]

①井越深，井下溫度壓力越高，鉆井中泥漿在井下停留和循環(huán)的時(shí)間越長(zhǎng)。泥漿在低溫條件下不易發(fā)生的變化﹑不明顯的作用和不劇烈的反應(yīng)都會(huì)因深井高溫的作用而變得易發(fā)和敏感，從而使得深井泥漿的性能變化和穩(wěn)定性成為一個(gè)突出的問(wèn)題，而且井越深，井下的溫度越高，問(wèn)題就越突出。

②深井鉆井裸眼長(zhǎng)，地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，泥漿密度的合理確定和控制則更加困難，且使用重泥漿時(shí)，壓差大因而經(jīng)常出現(xiàn)井漏、井噴、壓差卡鉆以及由此而帶來(lái)的井下復(fù)雜問(wèn)題，從而成為深井泥漿工藝技術(shù)的難點(diǎn)之一。

③深井鉆井遇到的地層多而復(fù)雜，地層中的油、氣、水、鹽、粘土等的污染可能增大，且因高溫作用對(duì)泥漿體系的影響而加劇，從而增加了泥漿體系抗污的技術(shù)難度。

④泥漿對(duì)深部油層的損害，因高溫而加劇，從而對(duì)打開(kāi)油層鉆井完井液的技術(shù)要求更加嚴(yán)格。

⑤淺井已取得成效的各種先進(jìn)鉆井工藝技術(shù)及先進(jìn)工具，在深井井段應(yīng)用受到很大的限制。因此，在深井井段（特別在重泥漿的情況下）如何應(yīng)用各種先進(jìn)的鉆井技術(shù)以提高深井鉆井速度和保證井下安全，提高鉆井效益，至今仍是國(guó)內(nèi)外鉆井﹑泥漿技術(shù)界的一個(gè)攻關(guān)內(nèi)容。

⑥井深起下鉆作用時(shí)間長(zhǎng)，各種與泥漿性能有關(guān)的的井下事故更容易誘發(fā)和惡化。因此，必須對(duì)泥漿性能有更高的要求。

⑦泥漿對(duì)鉆具的腐蝕因高溫而加劇。

2 鉆井液性能的影響及要求

目前我國(guó)主要使用水基鉆井液于深井和超深井鉆探，國(guó)內(nèi)外大多使用磺化鉆井液及聚合磺化鉆井液，其抗高溫能力不強(qiáng)，一般不超過(guò)180℃，所以加入各種處理劑以用于提高抗溫能力。高溫對(duì)鉆井液的影響主要有以下幾點(diǎn)：

①鉆井實(shí)踐表明，鉆井液的性能對(duì)于確保深井和超深井的安全、快速鉆進(jìn)起著十分關(guān)鍵的作用。常用的深井鉆井液有水基和油基鉆井液兩大類，目前國(guó)內(nèi)主要使用水基鉆井液于鉆深井和超深井。油基鉆井液雖然具有能抗高溫、抗鹽鈣侵、有利于井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑性好和對(duì)油氣層損害程度較小等多種優(yōu)點(diǎn)，但是，油基鉆井液的配制成本比水基鉆井液高得多，使用時(shí)往往會(huì)對(duì)井場(chǎng)附近的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。與油基鉆井液相比，深井、超深井水基鉆井液具有成本低、鉆速快、對(duì)環(huán)境污染小、維護(hù)處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

另外，由于水基鉆井液的連續(xù)相水是壓力不敏感物質(zhì)，因此在高壓下它的體積變化很小，因此壓力對(duì)水基鉆井液體系各種性能的影響很小，幾乎可以忽略，所以如果使用水基鉆井液，則在實(shí)際工作中，就可以少考慮壓力這一因素對(duì)鉆井液性能的影響。

②隨著溫度的增加，鉆井液的各種性能都會(huì)隨之而發(fā)生改變。一般而言，升溫使鉆井液的造壁性能變壞，即泥餅變厚，滲透性變大，濾失量增高[4]。

高溫對(duì)鉆井液流變性的影響比較復(fù)雜，其影響情況可根據(jù)粘度與溫度的關(guān)系分為三種形式。

第一種是粘度隨著溫度的升高反而降低。它屬于抗溫能力較強(qiáng)但粘土含量較低的分散鉆井液。這類鉆井液流變性的構(gòu)成中，非結(jié)構(gòu)粘度所占的比重大于結(jié)構(gòu)粘度。而聚結(jié)性強(qiáng)、粘土含量高的鉆井液，它的粘度反應(yīng)為第二種形式，即粘度隨著溫度升高而增大。此種鉆井液的結(jié)構(gòu)很強(qiáng)（包括“卡片房子結(jié)構(gòu)”和聚合物—粘土粒子的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)），大大超過(guò)塑性粘度對(duì)于粘度的貢獻(xiàn)。

各類水基鉆井液在較寬的溫度范圍內(nèi)（常溫—高溫）普遍表現(xiàn)為隨溫度的升高粘度先降低再增大的第三種趨勢(shì)。研究表明，這種因溫度而變化的性質(zhì)有可能是可逆的。因此，它能較好地反映鉆井液使用中從井口—井底—井口的循環(huán)過(guò)程中鉆井液性能的實(shí)際變化情況。

③高溫對(duì)水基鉆井液的影響十分明顯并且非常復(fù)雜。一般認(rèn)為這是高溫引起鉆井液組分的變化和影響各組分間的化學(xué)及物理化學(xué)作用的結(jié)果，其中，高溫對(duì)鉆井液中粘土的作用是基礎(chǔ)，對(duì)處理劑的作用是關(guān)鍵。

隨著鉆井的深度的增加，井下的溫度、地層壓力也逐漸增大，鉆進(jìn)井段長(zhǎng)而且有大段裸眼，還要鉆穿許多復(fù)雜地層。這給鉆井液性能的穩(wěn)定帶來(lái)很大的麻煩，高溫高壓主要會(huì)使鉆井液處理劑的分子結(jié)構(gòu)以及其物理化學(xué)性質(zhì)帶來(lái)巨大的變化，并且高溫會(huì)降低鉆井液的熱穩(wěn)定性，從而使鉆井液失去原來(lái)的性能。這種情況下，發(fā)生壓差卡鉆及井漏、井噴等井下復(fù)雜情況的可能性大大加大，欲保持鉆井液良好的流變性和較低的濾失量亦會(huì)更加困難。此時(shí)使用常規(guī)鉆井液已無(wú)法滿足鉆井工程的要求，而必須使用具有以下特點(diǎn)的深井鉆井液[2]。

①具有抗高溫能力。這就要求在進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí)，必須優(yōu)先選出各種能抗溫的處理劑。例如，褐煤類產(chǎn)品（抗溫204℃）就比木質(zhì)素類產(chǎn)品（抗溫170℃）有更高的抗溫能力。

②在高溫條件下對(duì)粘土的水化分散具有較強(qiáng)的抑制能力。在有機(jī)聚合物處理劑中，陽(yáng)離子聚合物就比帶有羧鈉基的陰離子聚合物具有更強(qiáng)的抑制性。

③具有良好的高溫流變性。在高溫下能保證鉆井液具有很好的流動(dòng)性和攜帶、懸浮巖屑的能力至關(guān)重要。對(duì)深井加重鉆井液，尤其是加強(qiáng)固控，并控制膨潤(rùn)土含量以避免高溫增稠。當(dāng)鉆井液密度達(dá)到在2.0 g/cm3以上時(shí)，膨潤(rùn)土含量更應(yīng)嚴(yán)格控制。必要時(shí)可通過(guò)加入生物聚合物等改進(jìn)流行，提高攜帶能力；加入抗高溫的稀釋劑控制靜切力。

④具有良好的潤(rùn)滑性。當(dāng)固相含量很高時(shí)，防止卡鉆尤為重要。此時(shí)可通過(guò)加入抗高溫的液體或固體潤(rùn)滑劑，以及混油等措施來(lái)降低摩阻。

參考文獻(xiàn)

[1]馬開(kāi)華，劉修善.深井超深井鉆井新技術(shù)研究與應(yīng)用[M].中國(guó)石化出版社.2005，10

[2]徐同臺(tái)，陳樂(lè)亮，羅亞平.深井泥漿[M].石油工業(yè)出版社.1994，12