深井钻井对钻井液的影响

杨涛

摘 要：随着石油勘探领域不断向深井、超深井及复杂地层拓展，井下温度和压力也是逐渐增大，还时常钻遇岩盐层或盐水层。钻井液的滤失量增加，侵入地层会引起泥页岩水化膨胀，严重时导致井壁不稳定和各种井下复杂情况，当钻遇产层时还会造成油气层损害。在高温、高压、高盐度情况下，为满足正常钻井的需要，需加强降失水剂的抗温、抗盐特性研究应用。利用现场采集常用的深井钻井液降失水剂，按照实际的钻井工艺过程，应用学校的实验仪器和采取正确的实验思路、方案，记录分析实验数据，寻找现有降失水剂的抗盐特性规律。为选择恰当钻井液降失水剂提供相关参考及建议，对深井下安全和顺利地打过地层深部的岩盐层和盐水层具有十分重要的现实意义。

关键词：石油勘探 深井

1 深井的特点[1]

①井越深，井下温度压力越高，钻井中泥浆在井下停留和循环的时间越长。泥浆在低温条件下不易发生的变化﹑不明显的作用和不剧烈的反应都会因深井高温的作用而变得易发和敏感，从而使得深井泥浆的性能变化和稳定性成为一个突出的问题，而且井越深，井下的温度越高，问题就越突出。

②深井钻井裸眼长，地层压力系统复杂，泥浆密度的合理确定和控制则更加困难，且使用重泥浆时，压差大因而经常出现井漏、井喷、压差卡钻以及由此而带来的井下复杂问题，从而成为深井泥浆工艺技术的难点之一。

③深井钻井遇到的地层多而复杂，地层中的油、气、水、盐、粘土等的污染可能增大，且因高温作用对泥浆体系的影响而加剧，从而增加了泥浆体系抗污的技术难度。

④泥浆对深部油层的损害，因高温而加剧，从而对打开油层钻井完井液的技术要求更加严格。

⑤浅井已取得成效的各种先进钻井工艺技术及先进工具，在深井井段应用受到很大的限制。因此，在深井井段（特别在重泥浆的情况下）如何应用各种先进的钻井技术以提高深井钻井速度和保证井下安全，提高钻井效益，至今仍是国内外钻井﹑泥浆技术界的一个攻关内容。

⑥井深起下钻作用时间长，各种与泥浆性能有关的的井下事故更容易诱发和恶化。因此，必须对泥浆性能有更高的要求。

⑦泥浆对钻具的腐蚀因高温而加剧。

2 钻井液性能的影响及要求

目前我国主要使用水基钻井液于深井和超深井钻探，国内外大多使用磺化钻井液及聚合磺化钻井液，其抗高温能力不强，一般不超过180℃，所以加入各种处理剂以用于提高抗温能力。高温对钻井液的影响主要有以下几点：

①钻井实践表明，钻井液的性能对于确保深井和超深井的安全、快速钻进起着十分关键的作用。常用的深井钻井液有水基和油基钻井液两大类，目前国内主要使用水基钻井液于钻深井和超深井。油基钻井液虽然具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点，但是，油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多，使用时往往会对井场附近的生态环境造成严重影响。与油基钻井液相比，深井、超深井水基钻井液具有成本低、钻速快、对环境污染小、维护处理简单等优点。

另外，由于水基钻井液的连续相水是压力不敏感物质，因此在高压下它的体积变化很小，因此压力对水基钻井液体系各种性能的影响很小，几乎可以忽略，所以如果使用水基钻井液，则在实际工作中，就可以少考虑压力这一因素对钻井液性能的影响。

②随着温度的增加，钻井液的各种性能都会随之而发生改变。一般而言，升温使钻井液的造壁性能变坏，即泥饼变厚，渗透性变大，滤失量增高[4]。

高温对钻井液流变性的影响比较复杂，其影响情况可根据粘度与温度的关系分为三种形式。

第一种是粘度随着温度的升高反而降低。它属于抗温能力较强但粘土含量较低的分散钻井液。这类钻井液流变性的构成中，非结构粘度所占的比重大于结构粘度。而聚结性强、粘土含量高的钻井液，它的粘度反应为第二种形式，即粘度随着温度升高而增大。此种钻井液的结构很强（包括“卡片房子结构”和聚合物—粘土粒子的空间网架结构），大大超过塑性粘度对于粘度的贡献。

各类水基钻井液在较宽的温度范围内（常温—高温）普遍表现为随温度的升高粘度先降低再增大的第三种趋势。研究表明，这种因温度而变化的性质有可能是可逆的。因此，它能较好地反映钻井液使用中从井口—井底—井口的循环过程中钻井液性能的实际变化情况。

③高温对水基钻井液的影响十分明显并且非常复杂。一般认为这是高温引起钻井液组分的变化和影响各组分间的化学及物理化学作用的结果，其中，高温对钻井液中粘土的作用是基础，对处理剂的作用是关键。

随着钻井的深度的增加，井下的温度、地层压力也逐渐增大，钻进井段长而且有大段裸眼，还要钻穿许多复杂地层。这给钻井液性能的稳定带来很大的麻烦，高温高压主要会使钻井液处理剂的分子结构以及其物理化学性质带来巨大的变化，并且高温会降低钻井液的热稳定性，从而使钻井液失去原来的性能。这种情况下，发生压差卡钻及井漏、井喷等井下复杂情况的可能性大大加大，欲保持钻井液良好的流变性和较低的滤失量亦会更加困难。此时使用常规钻井液已无法满足钻井工程的要求，而必须使用具有以下特点的深井钻井液[2]。

①具有抗高温能力。这就要求在进行配方设计时，必须优先选出各种能抗温的处理剂。例如，褐煤类产品（抗温204℃）就比木质素类产品（抗温170℃）有更高的抗温能力。

②在高温条件下对粘土的水化分散具有较强的抑制能力。在有机聚合物处理剂中，阳离子聚合物就比带有羧钠基的阴离子聚合物具有更强的抑制性。

③具有良好的高温流变性。在高温下能保证钻井液具有很好的流动性和携带、悬浮岩屑的能力至关重要。对深井加重钻井液，尤其是加强固控，并控制膨润土含量以避免高温增稠。当钻井液密度达到在2.0 g/cm3以上时，膨润土含量更应严格控制。必要时可通过加入生物聚合物等改進流行，提高携带能力；加入抗高温的稀释剂控制静切力。

④具有良好的润滑性。当固相含量很高时，防止卡钻尤为重要。此时可通过加入抗高温的液体或固体润滑剂，以及混油等措施来降低摩阻。

参考文献

[1]马开华，刘修善.深井超深井钻井新技术研究与应用[M].中国石化出版社.2005，10

[2]徐同台，陈乐亮，罗亚平.深井泥浆[M].石油工业出版社.1994，12