【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用稱(chēng)為靜失水，循環(huán)時(shí)的濾失作用稱(chēng)為動(dòng)失水。鉆井液循環(huán)時(shí)，一方面存在著濾失和造壁作用，同時(shí)形成的泥餅又受到鉆井液的沖蝕。當(dāng)形成的速度與被沖刷的速度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，失水速度保持不變。而在靜失水情況下，泥餅厚度不斷增加，失水速度不斷降低。所以在相同時(shí)間內(nèi)，靜失水比動(dòng)失水形成的泥餅厚，而動(dòng)失水的速度和濾失水分的數(shù)量要比靜失水多，因此，要想控制滲入地層的水的數(shù)量，必須重視動(dòng)失水，而要想控制泥餅厚度，卻必須注意靜失水。在地層剛剛鉆開(kāi)，泥餅尚未形成以前，鉆井液中大量水分在短時(shí)間內(nèi)迅速滲入地層，這種濾失作用稱(chēng)為瞬時(shí)失水。瞬時(shí)失水高有利于提高機(jī)械鉆速。2．鉆井液濾失與鉆井的關(guān)系一般來(lái)講，鉆井要求鉆井液具有低失水量和薄而致密的泥餅。在失水量和泥餅質(zhì)量這兩個(gè)因素中，泥餅質(zhì)量是主要的。失水量高且泥餅厚而松散對(duì)鉆井是很不利的，表現(xiàn)在：損害油氣層，降低產(chǎn)量；井壁垮塌，井徑不規(guī)則，起下鉆遇阻；在高滲透性地層形成較厚泥餅，造成壓差卡鉆；因?yàn)V液侵入半徑過(guò)大，致使測(cè)井解釋不準(zhǔn)。但是，在實(shí)際鉆井作業(yè)過(guò)程中，鉆井液的濾失量也并非越小越好。在一般地層，如果對(duì)控制濾失量要求過(guò)高，不僅會(huì)造成處理劑的大量消耗，也不利于提高鉆速。因此應(yīng)根據(jù)地層特點(diǎn)，適當(dāng)?shù)乜刂茷V失量。3．鉆井液濾失性的調(diào)整方法鉆井液的濾失量主要受壓差、時(shí)間、溫度、泥餅滲透性等因素的影響。從鉆井液性能方面考慮，為了有效地控制濾失量，可采取下述措施：1)使用膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土顆粒細(xì)、呈片狀、水化膜厚，故能形成致密的泥餅，而且可以在固相較少的情況下滿(mǎn)足對(duì)鉆井液濾失性質(zhì)和流變性質(zhì)的要求。使用得法，膨潤(rùn)土是可以在大多數(shù)情況下把鉆井液的失水量控制到鉆井和完井工藝所要求數(shù)值的。膨潤(rùn)土是配漿材料，同時(shí)也是失水量和建立良好造壁性的基本處理劑。2)加入適量純堿、燒堿或有機(jī)分散劑(如煤堿液等)，提高粘土顆粒的ξ電位、水化程度和分散度。3)加入適當(dāng)聚合物以保護(hù)粘土顆粒，阻止它們聚結(jié)，從而有利于提高分散度。同時(shí)，聚合物沉積在泥餅上也起堵孔作用，使失水量降低。4)加入一些極細(xì)的膠體粒子(如腐植酸鈣膠狀沉淀)堵塞泥餅孔隙，以使泥餅的滲透性減小、抗剪切能力提高。四、含砂量鉆井液含砂量是指鉆井液中不能通過(guò)200目篩子(即直徑大于74μm)的砂子所占鉆井液體積的百分?jǐn)?shù)。鉆井液中砂子的來(lái)源，一方面是造漿用粘土中帶來(lái)的，另一方面是鉆屑混入鉆井液中的。鉆井液含砂量高將使鉆井液密度升高，降低鉆速；使泥餅含砂量高，泥餅滲透性高造成失水量增加；使泥餅?zāi)Σ料禂?shù)大，造成卡鉆；使鉆頭鉆具和設(shè)備磨損嚴(yán)重。因此，%。第三章 常用鉆井液簡(jiǎn)介一、鉆井液體系的選擇 鉆井液設(shè)計(jì)是鉆井工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，也是鉆井液現(xiàn)場(chǎng)施工的依據(jù)。鉆井中出現(xiàn)的各種復(fù)雜情況都可能直接或間接與所用的鉆井液有關(guān)，因此設(shè)計(jì)合理的鉆井液體系是成功地進(jìn)行鉆井和降低鉆井費(fèi)用的關(guān)鍵。1．選擇鉆井液體系的基本準(zhǔn)則迄今為止，還不存在一種任何情況下均適用的鉆井液。因此必須根據(jù)井的類(lèi)別和地層等情況，在綜合考慮各方面的因素之后，對(duì)一口井所使用的鉆井液體系分段進(jìn)行合理地選擇。在選擇體系應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)之前，應(yīng)首先進(jìn)行大量的室內(nèi)試驗(yàn)，以充分驗(yàn)證其適用性和可行性，同時(shí)也應(yīng)借鑒鄰井經(jīng)驗(yàn)。主要應(yīng)考慮的各種因素有：井下安全；是否鉆遇巖鹽、石膏層；井下溫度和壓力；環(huán)境保護(hù)；井漏；泥頁(yè)巖層穩(wěn)定性；井眼軌跡；壓差卡鉆；儲(chǔ)集層損害；測(cè)井要求；鉆井液成本。2．根據(jù)油氣井的類(lèi)型選擇體系(1)區(qū)域探井和預(yù)探井鉆區(qū)域探井和預(yù)探井的主要目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣層位。由于井下地質(zhì)情況尚不完全清楚，必須選用不影響地質(zhì)錄井并有利于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)層的鉆井液體系，即要求鉆井液的熒光度和密度要低，因此對(duì)這類(lèi)井的鉆井液一律不得混入原油和柴油。為維護(hù)這類(lèi)井鉆井液的低密度和低固相，應(yīng)盡量使用不分散聚合物鉆井液。(2)生產(chǎn)井生產(chǎn)井是用來(lái)開(kāi)發(fā)油田的，以獲取高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)為目的。它是在已經(jīng)掌握井下地質(zhì)情況，并有其它參照井鉆穿整個(gè)地層的成功經(jīng)驗(yàn)的情況下進(jìn)行施工的，因此對(duì)這類(lèi)井鉆井液的要求，主要是保護(hù)好油氣層和提高鉆速。固相含量及固相顆粒的分散程度是影響鉆速的重要因素，因此，對(duì)于生產(chǎn)井，在上部地層多采用不分散聚合物鉆井液，鉆至油層時(shí)再換用相適應(yīng)的完井液以保護(hù)產(chǎn)層。(3)調(diào)整井調(diào)整井的主要特點(diǎn)是地層壓力高，其原因多是因油層長(zhǎng)期注水導(dǎo)致地層的復(fù)雜性而造成的。因此，該類(lèi)井的鉆井液密度常需高達(dá)2000kg/m3以上，最高可達(dá)2700 kg/m3。這樣高的密度給鉆井液的配制和維護(hù)帶來(lái)較大的困難，為了提高固相容量限，一般多選用分散鉆井液體系，必要時(shí)亦可選擇油基鉆井液。(4)超深井超深井的特點(diǎn)主要是高溫和高壓。因此，對(duì)其鉆井液的基本要求是：熱穩(wěn)定性好，即經(jīng)高溫作用一定時(shí)間之后，性能不發(fā)生明顯變化；高溫對(duì)性能的影響較輕，即高溫下的性能與常溫性能的差別不宜過(guò)大；高壓差下泥餅的可壓縮性好等。為適應(yīng)以上需要，必須使用抗溫能力強(qiáng)的處理劑和鉆井液體系。除選用油基鉆井液最為理想外，目前國(guó)內(nèi)對(duì)付超深井最有效的水基鉆井液是分散型的三磺鉆井液體系。近年來(lái)又進(jìn)一步發(fā)展成聚磺鉆井液體系，該類(lèi)鉆井液兼有聚合物鉆井液和三磺鉆井液的一般優(yōu)點(diǎn)，用于該類(lèi)井中既可顯著提高鉆井速度和井壁穩(wěn)定性，又能有效地減少卡鉆事故的發(fā)生。(5)定向井和水平并定向井和水平井的主要特點(diǎn)是井眼傾斜，甚至與地面平行。在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆具與井壁的接觸面積大、摩阻高，極易發(fā)生卡鉆。與直井相比，不平衡水平應(yīng)力和井壁圍巖應(yīng)力對(duì)井壁的穩(wěn)定性更加不利，并且由于井斜段巖屑床的形成，該類(lèi)井的攜屑問(wèn)題比較難以解決。針對(duì)這些情況，必須采取比直井要求更高的防塌、防卡和攜屑等技術(shù)措施。近年來(lái)，我國(guó)鉆定向井的數(shù)量大幅度增長(zhǎng)，已研究成功多種適合各油田地質(zhì)特點(diǎn)和不同井斜的防塌鉆井液，如陽(yáng)離子聚合物鉆井液和鉀石灰反絮凝鉆井液等，較好地解決了因井斜而加劇的井塌問(wèn)題。3．根據(jù)地層特點(diǎn)選擇體系(1)鹽膏層如鉆遇很薄的鹽膏層或鹽膏夾層，常常因可溶性鹽的侵入而引起鉆井液性能發(fā)生不符合施工要求的變化。有兩種處理方法：一種是選用抗鹽、抗鈣的添加劑及時(shí)進(jìn)行維護(hù)處理，使鉆井液維持設(shè)計(jì)所要求的各項(xiàng)性能；另一種辦法是在進(jìn)入鹽膏層前將鉆井液轉(zhuǎn)化為鹽水體系。如果屬厚的復(fù)雜鹽膏層，此時(shí)極易發(fā)生縮徑、卡、塌等一些嚴(yán)重問(wèn)題。為了避免這些問(wèn)題的發(fā)生，一項(xiàng)較有效的措施是選用油基鉆井液；另一措施是選用飽和鹽水鉆井液，比如用加有磺化瀝青、磺化酚醛樹(shù)脂和聚合物的飽和鹽水鉆井液鉆進(jìn)大段鹽膏層和層理裂隙發(fā)育的含石膏泥頁(yè)巖地層時(shí)，可較好地解決因鹽溶或泥頁(yè)巖夾層水化膨脹而引起的井塌和卡鉆。(2)易塌地層易坍塌頁(yè)巖地層的井壁穩(wěn)定問(wèn)題是至今尚未完全解決的一大技術(shù)難題。由于頁(yè)巖類(lèi)型和引起坍塌的原因差別較大，不能設(shè)想用某一種鉆井液體系就能解決所有井塌問(wèn)題，況且很多情況下主要是由于地層原始應(yīng)力等力學(xué)因素引起井壁失穩(wěn)，因此僅依靠鉆井液的抑制性來(lái)解決井壁穩(wěn)定問(wèn)題的想法也是不現(xiàn)實(shí)的。解決該問(wèn)題的正確途徑是，首先從分析不穩(wěn)定地層礦物組分與結(jié)構(gòu)特征入手，找出井壁失穩(wěn)的原因；然后通過(guò)認(rèn)真分析各種鉆井液體系及其處理劑與穩(wěn)定井壁的關(guān)系，確定防塌的對(duì)策和具體措施。近年來(lái)我國(guó)在防塌鉆井液的研究方面取得了較大進(jìn)展，不斷加深了對(duì)井壁失穩(wěn)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，初步解決了不穩(wěn)定頁(yè)巖層的鉆井問(wèn)題。對(duì)如何根據(jù)地層特點(diǎn)確定鉆井液方案有如下認(rèn)識(shí)： 1)對(duì)于強(qiáng)分散高滲透性的砂泥巖地層，應(yīng)采用強(qiáng)包被的聚合物鉆井液。2)對(duì)于硬脆性頁(yè)巖及微裂縫發(fā)育的易塌層，應(yīng)選用瀝青類(lèi)處理劑以封堵層理和裂隙，并起降低高溫高壓(HTHP)濾失量和泥餅滲透性的作用。3)對(duì)于存在混層粘土礦物的易塌層，必須選擇抑制性強(qiáng)的鉆井液，如鉀基(或鉀胺基)聚合物鉆井液、鉀石灰鉆井液和陽(yáng)離子聚合物鉆井液等，并最好加入封堵劑。4)對(duì)于用水基鉆井液難以對(duì)付的易坍塌層，可使用平衡活度的油基鉆井液。5)井塌常發(fā)生在有異常壓力存在或構(gòu)造應(yīng)力發(fā)育的地帶，因此應(yīng)根據(jù)裸眼井段最高的地層壓力系數(shù)確定鉆井液密度，防止負(fù)壓鉆井。(3)易漏失地層對(duì)于容易發(fā)生鉆井液漏失的地層，應(yīng)采取以防漏為主的措施。比如，當(dāng)鉆遇低壓裂縫性易漏地層時(shí)，應(yīng)根據(jù)地層壓力系數(shù)的不同，分別選用密度小于1000 kg/m3的泡沫鉆井流體、充氣鉆井液和水包油乳化鉆井液，以及密度小于1100 kg/m3的水基鉆井液，以避免因鉆井液密度過(guò)大而引起漏失。如果預(yù)先知道在某一層位會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重漏失，則應(yīng)盡可能使用組成簡(jiǎn)單、成本低的鉆井液，待鉆穿漏失層后再及時(shí)采取堵漏措施。 (4)易卡鉆地層壓差卡鉆多發(fā)生在易形成較厚泥餅的高滲透性地層，這類(lèi)地層一般對(duì)鉆井液有下述要求：1)減小壓差是防卡的有效措施，因此要求鉆井液要有合理的密度；2)固相含量應(yīng)盡可能低，；3)應(yīng)根據(jù)鉆井液類(lèi)型的不同，選擇有效的潤(rùn)滑劑，對(duì)探井應(yīng)選擇對(duì)地質(zhì)錄井資料沒(méi)有影響的無(wú)熒光潤(rùn)滑劑；4)應(yīng)儲(chǔ)備足夠的解卡劑，一旦發(fā)生卡鉆，可及時(shí)浸泡解卡。4．根據(jù)儲(chǔ)集層性質(zhì)選擇體系資料井，由于各種儲(chǔ)集層的性質(zhì)相差很大，損害機(jī)理也各不相同，因此打開(kāi)油氣層的鉆井完井液的設(shè)計(jì)工作，必須按照目前已經(jīng)建立的評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層損害的一套試驗(yàn)方法去進(jìn)行，然后在此基礎(chǔ)上優(yōu)選出最有利于保護(hù)儲(chǔ)集層的體系和配方。二、鈣處理鉆井液鈣處理鉆井液是一類(lèi)以鈣離子提供抑制性化學(xué)環(huán)境的鉆井液。常用的鈣有三種：石灰、石膏和氯化鈣，相應(yīng)稱(chēng)為石灰鉆井液、石膏鉆井液和氯化鈣鉆井液。近年來(lái)為了克服石灰鉆井液的弱點(diǎn)，采用石灰和KOH聯(lián)合處理，形成了鉀石灰鉆井液(放在鉀基鉆井液里介紹)。1．原理加入鉆井液中的Ca2+交換粘土表面的Na+，將鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土，鈣土水化能力弱，分散度低，使粘土顆粒形成一定的絮凝狀態(tài)。鈉土轉(zhuǎn)化為鈣土的程度取決于吸附Ca2+的數(shù)量、粘土的陽(yáng)離子交換容量及濾液中的Ca2+的濃度。另一方面，Ca2+本身是一種無(wú)機(jī)絮凝劑，會(huì)壓縮雙電層，使粘土顆粒水化膜減薄，ξ電位下降，從而引起粘土面—面連接和邊—面連接，使粘土分散度下降。鉆井液中加入Ca2+的同時(shí)，加入鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽等分散劑，這類(lèi)分散劑吸附在土粒上會(huì)使土粒的水化膜增厚，ξ電位上升，阻止分散度下降。于是調(diào)節(jié)Ca2+和分散劑的加量，就可將土粒的分散度控制在適度絮凝的粗分散狀態(tài)。 2．石灰鉆井液(1)主要處理劑主要處理劑包括丹寧、石灰、燒堿，有時(shí)也加入褐煤堿液以控制濾失量。此外，還經(jīng)常使用鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽作為降粘劑，鈉羧甲基纖維素、聚丙烯腈及淀粉作為降濾失劑