特殊井的钻井液性能研究
来源:用户上传
作者: 周长虹
【摘 要】特殊井的钻井液包括水平井、高温高压井和小井眼钻井液三类。概括地说，有其共性，即其基本原则要求都是相同的。如都要求钻井液体系有较低的固相含量（高温高压井要求有较低膨润土含量）；有较好的抑制能力，抗污染能力。较好的润滑性；稳定的流变性；不污染储层，不污染环境等。但也由于条件不同有特殊性的一面，如小井眼钻井要求有特殊的加重材料；水平井要求有较好的悬浮能力；高温高压井要求有较好的热稳定能力等。
【关键词】特殊钻井液；水平井钻井液；高温高压井钻井液；小井眼钻井液
1.水平钻井液
1.1 水平井的特殊性
（1）携屑能力降低。当水平井的井斜角逐渐增大时，岩屑在环空内所受到的下滑速度之径向分速度也逐渐增大，再加上在大斜度井的环空中，岩屑到井眼底边的距离很短，当达到某一临界值时，岩屑就会逐渐在环空的底边沉淀并堆积起来而形成岩屑床。一旦“岩屑床”的形成，由于循环液体只从环空的高边通过，“岩屑床”会愈积愈厚，携屑能力很快降低，轻者会增加磨阻，起下钻困难，重者会造成卡钻。而这一现象在垂直井中是不会发生的。
（2）有独特的“Boycott”效应。“Boycott”效应是由物理学家A•F•Boycott在进行血液流动状态时发现的。即倾斜角达到40°～50°时，血球就会很快下滑而沉淀。这一现象即是Boyc-ot t效应。在大斜度井中，同样出现了这一现象。当井斜角达40°左右时，最易形成“岩屑床”。因之对斜井也分成了三种状态，第一种是小于35°的井，第二种是35°～65°的井，第三种是大于65°的井。而其中35°～65°的斜井是最易形成“岩屑床”，也是最危险的井段。
（3）井眼稳定性下降。当井斜角逐渐增加时，易坍塌地层暴露在裸眼中的面积也会成倍增加，从力学因素来分析，随着井斜角的增加，上覆地层压力的径向分力也愈大，即向井内的侧压力变大，增加了井壁坍塌的可能性。从化学因素来分析，由于水平段暴露在钻井液中的面积增加，浸泡时间会增加，也就意味着化学反应的增加，因之与直井相比较，也增加了坍塌的可能性。与直井相比较，井眼稳定会更困难。
1.2 水平井钻井液的要求
（1）概括地说，水平井对钻井液，既要求有“钻井液”的特点（在造斜段），又要求有“完井液”的特点（在水平段）。由于在造斜段井较浅，又将被套管封护，难度不大。所以说水平井钻井液的重点和难点都在水平段的钻进。其设计依据应该是，在保护油层的原则下，优选合宜的钻井液体系。
（2）根据上述水平井钻进的特殊性对钻井液的要求，首先选择或设计有利于保护油气层，或者是容易转化成完井液的钻井液体系，其次则是要求有较好的抑制性、较好的润滑性、较好的流变性、较好的悬浮能力、携屑能力和防漏能力并被环保所接受。
2.高温高压钻井液
2.1 高温高压井的特殊性
（1）在高温的影响下，钻井液性能的变化加剧，不易掌握和控制。这是由于在高温的作用下，钻井液中的各种成分和添加剂均将因高温的影响而变质，发酵、降解、增稠、失效等。除无机盐如KC、CaCl2、NaCl等外，所有有机物都将随着温度增高而变质。如配浆用的膨润土当温度超过121℃（250°F）时就会明显增稠。淀粉类处理剂当温度超120℃时容易发酵。纤维素类和一般高聚合物类当温度超过140℃就会断链，降解失去作用。这些处理剂的化学、物理变化最终反映在钻井液性能的变化和失效，如滤失量增大，粘度增高，最后导致钻井工程不能正常进行。
（2）地层的高压力造成了钻井液必须高密度，如密度高于2.0g／cm3。为了保持一定的钻井液性能，又必须高固相（达到45％）和高浓度的处理剂。再加上高温的作用，将促进各类添加剂间的反应速度。如果又遇到地层的污染如盐、石膏。高压油、气和水等，会更促使钻井液性能的变化，较难控制和掌握。
（3）增加了钻井工程难度，如由于高压会造成孔隙压力值与破裂压力值非常接近，钻井液密度的活动区间很小，容易造成井喷或井漏；由于密度高增加了造成压差卡钻的机会；造成循环压力高，产生压力激动以及如钻具磨损、钻头使用寿命减少等困难。特别在海上钻井，当处理不及时、措施不当时，还会引发严重工程事故危及生命安全。
2.2 高温高压井钻井液的要求
（1）具有抗高温的能力（又称高温稳定能力）。这就需要选择可耐高温的主处理剂，例如褐煤类（抗温204℃）的产品就较木质素类（抗温170℃）产品有较高的耐温能力。
（2）具有较强的抑制能力。
（3）具有较好的润滑性。加入可抗高温的液体润滑剂或固体润滑剂，或加入油类或酯类来降低摩阻。
（4）具有良好的流变性能。选用合宜的配浆土：如：海泡石或凹凸棒土（抗温371℃）或控制膨润土的含量（测定MBT含量）来避免钻井液高温增稠。当钻井液密度在2.0g／cm3以上时，要求膨润土含量小于17.1 kg／m3（6磅／桶）。加入MMH或生物聚合物等提高携屑能力。加入解絮凝剂控制静切力等。
（5）对生物无毒性，可达到环保的要求。
3. 小井眼钻井液
3.1 小井眼的特殊性
（1）环空间隙小使井控成了突出问题：常规钻井的环空间隙为38～230m。，而小井眼只有13m。。环空小，较低的排量就会产生较高的环空运速。这样，小井眼中循环系统的压力损失分布与常规井就恰好相反，使得一些在常规井对井控影响不大的因素也突出了。例如：起下钻时的抽汲压力会形成得更快。起钻时会迅速减小静水压头，导致地层液体涌入井内造成井喷。下钻时又会由于井内压力迅速超过地层的破裂压力梯度而造成井漏。
（2）钻具转速高，会将钻井液中的固相甩向钻具内壁和井壁上，破坏钻井液的流变性。小井眼转速可达500～1000r／min，类似于离心机，使得钻井液的固相粘附于钻杆内壁上，甚至形成硬的泥饼。由于钻具的高速旋转，也增加了环空的压力损失。增加了维护钻井液性能和钻井液材料质量要求的困难。
3.2 小井眼钻井液的要求
（1）特别要求固相含量低，最好用无固相钻井液，以避免小井眼中固相的离心作用。
（2）特别要求抑制能力强的钻井液，并具有剪切稀释性以减少由于环空返速高而带来的井壁冲蚀作用。
（3）具有好的润滑性等。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/6/view-2258124.htm
