钻井过程的油层保护.doc

钻井过程的油层保护（钻井液体系）

超深井
通常将深度超过5000m的井称作超深井。超深井的特点主要在高温和高压。因此，对其钻井液的基本要求是；热稳定性好，即经高温作用一定时间之后，性能不发生明显变化；高温对性能的影响较低，即高温下的性能与常温性能的差别不宜过大；高压差下泥饼的可压缩性好等等。为适应以上需要，必须使用抗温能力强的处理剂和钻井液体系。除选用油基钻井液最为理想外，目前国内对付超深井最有效的水基钻井液是聚磺钻井液体系，该类钻井液兼有聚合物钻井液和三磺钻井液的一系列特点，用于该类井中既可显著提高钻井速度和井壁稳定性，又能有效地减少卡钻事故的发生。
超深井特点：高温，高压
钻井液体系特性：抗温性能、泥饼压缩性能

定向斜井和水平井
该类井在钻进过程中钻具与井壁的接触面积大，摩阻高，井眼极易发生阻卡甚至卡钻。与直井相比，其井壁易坍塌。并且由于斜井段容易形成岩屑床，该类井的携岩问题也比较难以解决。针对以上情况，必须采取比直井要求更高的防塌、防卡和携屑等技术措施。
近年来，钻定向井的数量大幅度增长，从单个定向井向丛式井组发展。已钻成许多高难度大斜度井、大位移井和水平井。在该类井的钻井液技术方面，已研究成功各种聚合物钻井液，如正电胶乳化钻井液、聚合醇钻井液，用于低压易漏层的泡沫钻井液等，在一定范围内较好地解决了井塌、携岩、润滑等问题。
定向井水平井特点：摩阻高、易阻卡、易坍塌，携岩困难
钻井液体系特性：防塌、防卡、携屑

易塌地层

井塌形成的地质原因
在以泥岩和页岩为主的地层, 由于泥、页岩极易水化膨胀, 在泥浆的浸泡下, 泥浆中的自由水就会进入到这些泥、页岩中, 使泥、页岩的固体颗粒发生水化膨胀和裂解, 失去稳定性而向井内剥落、掉块或者坍塌, 因此泥、页岩层井段是井壁最不稳定的井段, 泥、页岩水化膨胀是造成井塌的主要因素。
同时, 由于构造应力作用的因素而形成断层,使岩石发生破碎, 也会造成井壁不稳定, 当泥浆液柱压力不足以平衡地层压力时, 轻微者表现为掉块, 严重时就会发生井塌, 此种因素引起的井塌在钻井施工中较为常见。另外, 在表土层较厚的地区, 由于其比较疏松, 具有湿陷性, 当泥浆使用不当, 护壁效果不好时, 极易发生坍塌。

　井塌对钻井施工的影响及预防措施
1 、井塌对钻井施工的影响
(1) 泥浆性能不断发生变化, 密度、粘度、切力和含砂量均不同程度增高, 需要不断地对其调整, 耗费大量的人力和物力。
(2) 堵塞泥浆循环通道, 易发生蹩泵现象。
(3) 钻头提起后下不到井底, 划眼时越划越浅。
(4) 起下钻遇阻, 易造成埋钻, 转盘打倒转。
(5) 增加了处理井内事故的难度, 严重时会造成钻井报废。
2 、井塌的预防措施
对于井塌主要侧重于从泥浆使用方面进行预防, 其次是从钻井机械操作上进行预防。
根据地层特点，对确定钻井液方案有以下几点:
①对于强分散高渗透性的上部砂泥岩地层，应采用强包被的聚合物钻井液。
对于硬脆性页岩及微裂缝发育的易塌层，应选用SAS等沥青类处理剂以封堵层理和裂隙，并起降低HTHP滤失量和泥饼渗透性的作用。
②对于存在混层粘土矿物的易塌层，必须选择抑制性强的钻井液，如阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液等，并最好加入封堵剂。
③对于用水基钻井液难以对付的易坍塌层，可使用平衡活度的油基钻井液。
井塌常发生在有异常压力存在或构造应力发育的地带，因此应根据裸眼井段最高的地层压力系数确定钻井液密度，防止负压钻井。

易卡钻地层
压差卡钻多发生在易形成较厚泥饼的高渗透性地层，如粗砂岩地层等。这类地层一般对钻井液有如下要求:
① 压差是防卡的有效措施，因此要求钻井液要有合理的密度。
② 固相含量应尽可能低，特别是无用低密度固相的体积分数不得超过0.06。
③应根据钻井液类型的不同，选择有效的润滑剂。对探井、资料井，应选择对地质录井资料没有影响的无荧光润滑剂。
应储备足够的解卡剂。一旦发生卡钻，可及时浸泡解卡。

易漏失地层
　井漏形成的地质原因
井漏根据其成因, 可以分为渗透性井漏、裂隙性井漏及洞穴性井漏三种类型, 其形成原因分析如下:
在以砂岩层为主的井段, 由于岩石孔隙度大,渗透性好, 泥浆中的自由水很容易进入岩层, 泥浆出现不正常消耗, 表现为井漏, 但漏失速度较慢。此种形式的漏失为渗透性井漏。
在构造应力的作用下, 地层岩石容易产生裂隙及破碎带, 泥浆会由此渗入岩层, 极易发生井漏;
同时, 岩石的节理、劈理、割理可以作为液体渗入的通道, 也容易引起井漏。此种类型的井漏为裂隙性井漏。
在碳酸盐岩地层, 由于地下水长期溶蚀作用产生溶洞, 当钻遇溶洞时会引起漏失; 施工表土层过程中, 在某些地区会钻遇土洞, 也会出现漏失, 此种类型的漏失为洞穴性井漏。
　井漏对钻井施工的影响及预防措施
1、井漏对钻井施工的影响
(1) 泥浆出现轻微或严重地消耗。对于严重的消耗需停钻进行堵漏, 耗费大量的人力、财力和物力, 同时延长了钻井周期。
(2) 对于渗透性井漏, 可以引起泥浆性能发生改变, 如密度、粘度升高等。
(3) 由于严重漏失, 泥浆返不出井口, 在地面得不到净化, 岩屑出现重复破碎, 致使其含砂量巨增, 影响钻进效率, 甚至会导致沉砂卡钻事故的发生。
2 、井漏的预防措施
(1) 备足泥浆量, 以便在钻进漏失层或堵漏时使用。
(2) 起下钻不要用力过猛过快,开泵要平稳,以便减小压力激动,避免造成人为的裂缝(隙) 漏失。
(3) 循环钻井液时要尽量避开可能出现漏失的层位, 保持低速层流循环, 以免冲蚀井壁, 引起井漏。
(4) 钻进漏失层时, 要使用低密度泥浆, 以减小液柱压力; 泥浆的粘度和切力要适宜。
对于容易发生钻井液漏失的地层，应采取以防漏为主的措施。比如,当钻遇低压裂缝性易漏地层时，应根据地层压力系数的不同,分别选用密度小于1.00g/cm3的泡沫钻井流体、充气钻井液和水包油乳化钻井液,以及密度小于1.10g/cm3的水基钻井液，以避免因钻井液密度过大而引起漏失。如果我们预先知道在某一层位会发生较严重漏失，则应尽可能使用组成简单、成本低的钻井液，待钻穿漏失层后再及时采取堵漏措施。

缩径
　缩径形成的地质原因
缩径按其形成机理可分为真缩径和假缩径两种类型。
在以泥岩、页岩为主, 岩石胶结程度中等或差, 不太疏松的井段, 由于泥页岩中含有较多的粘土矿物成份, 其极易吸收水分而发生膨胀, 在泥浆的浸泡下, 泥浆中的自由水就会进入泥页岩层中,使其固体颗粒发生水化膨胀, 导致井径变小, 出现缩径现象, 此种类型的缩径为真缩径。
在以孔隙度高、渗透性好的砂岩层为主的井段, 在泥浆液柱压力的作用下, 泥浆中自由水出现渗透滤失, 而在井壁形成较厚的泥皮或泥饼, 并且比较坚韧, 不易脱落, 引起井径变小, 导致缩径,此种类型的缩径为假缩径。
　缩径对钻井施工的影响及预防措施
1、 缩径对钻井施工的影响
(1) 循环钻井液时泵压升高, 甚至出现蹩泵现象。由于缩径, 钻具与井壁之间的环形空间变小,泥浆循环通道受阻, 出现泵压升高或蹩泵。
(2) 钻具上提遇阻, 下放容易。出现缩径后,井眼直径小于钻头直径, 导致钻头上提困难。
(3) 对于假缩径井段, 有时可能会引起粘钻事故的发生。
2、 缩径的预防措施
从泥浆的使用上来彻底解决缩径问题, 首先要分析其形成原因, 确定是真缩径, 还是假缩径, 然后有针对性地调整泥浆, 以便更好预防缩径。
对于真缩径, 一般使用较高密度、低失水、高矿化度的泥浆效果较好。较高密度的泥浆是有较高的液柱压力, 足以平衡井壁岩石的侧压力, 阻止泥页岩层的水化膨胀, 防止井径变小; 低失水、高矿化度泥浆由于其中的自由水不容易失去而进入岩层, 使泥页岩层的粘土颗粒成份不易水化膨胀, 同时由于该泥浆的滤液是有较高的矿化度而形成的渗透压大于泥页岩中水的含盐而形成的渗透压, 保证了水分不进入岩层, 抑制了泥页岩的水化膨胀, 使井径不易变小。如使用盐水和饱和盐水泥浆, 氯化钙泥浆等。另外, 使用钾基泥浆也能抑制泥页岩的水化膨胀, 达到防止缩径的效果。
对于假缩径, 除了使用低失水、高矿化度的泥浆, 抑制其由于渗透滤失而在井壁形成较厚的泥皮或泥饼, 防止井径缩小外, 目前使用效果较好, 组成简单的是全絮凝无固相聚合物钻井液体系, 共成份主要为PHP 或PAM 和少量钾盐(KCl) 的胶液,这种钻井液体系的优点是能够使泥浆中细小的固体颗粒很快地絮凝沉淀, 配合加强固相控制工作, 能使泥浆始终保持低密度(1100～1105g/ cm3 ) 和低粘度(15～18s) , 较好地预防强渗透砂岩段的缩径现象。

结论
(1) 井塌、井漏、缩径是地层钻井特性的三种主要表现形式。
(2) 地质条件复杂是引起井塌、井漏、缩径的主要原因, 对其形成起决定性作用。
(3) 泥页岩层段及断层破碎带是井内最复杂的层段, 可以引起井塌或缩径。
(4) 强渗透砂岩层由于渗透滤失作用而引起的缩径, 应引起足够地重视。
(5) 井塌、井漏、缩径在同一口井中可能同时出现, 对它们的预防不能单独强调某一方面, 而应采取综合预防措施。
(5) 对以上三类井内复杂情况的预防, 最行之有效的方法是在泥浆使用上采取措施, 针对不同的情况和不同的井段, 通过调整泥浆性能, 达到防治的目的。

盐膏层
如钻遇的盐膏层很薄，或属于盐膏夹层，一般是选用抗盐、抗钙的添加剂及时进行维护处理，使钻井液维持设计所要求的各项性能。
如果属厚的复杂盐膏层，此时极易发生缩径、卡、塌和盐溶等一系列严重问题。为了避免这些问题的发生，一般选用饱和盐水钻井液，比如郝科1井使用正电胶饱和盐水钻井液。为了制止塑性变形，当盐层埋藏深度超过4000m时，应注意将钻井液密度提至2.00g/cm3左右，如钻遇纯石膏层，一般选用石膏处理钻井液。

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