超低渗透钻井液特点分析与作用机理研究

王耀丰

【摘 要】超低渗透钻井液技术能限制钻井液侵入和钻井液产生的压力侵入，有利于提高井壁强度、保持地层岩石的完整性、减少机械性不稳定地层的许多问题以及减少地层伤害、提高油气井产能。超低渗透钻井液能生物降解，对环境无害，能用于水基、油基和合成基钻井液中。本文主要对超低渗透钻井液特点进行了分析，阐述了钻井液的性能与优点以及作用机理。

【关键词】超低渗透；钻井液；特点；作用机理

近年来，我国石油和天然气资源需求正在日益增加。随着钻井技术的发展，超深井钻探已成为今后世界钻探工业发展的一个重要方面。在油气勘探过程中，钻井这一重要过程中遇到的地形、地层也越来越复杂多变，在钻遇压力衰竭地层和裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层以及低渗储层以及深井长裸眼大段复杂泥页岩和多套压力层系等地层时，压差卡钻、钻井液漏失和井壁垮塌等这些复杂的问题以及地层地形损害问题也越来越突出。

一、超低渗透钻井液特点分析

超低渗透钻井液添加剂为细小固体颗粒与多种低相对分子质量聚合按一定比例配制得到的混合物。其成分因为聚合物与固体颗粒表面的改变而呈现不同的润湿性和溶解性，超低渗透钻井液添加剂就是按照一定的比例对这些成分进行混合。在水溶性流体内加入这种混合物后，亲油物质被少量溶解和润湿，通过缔合形成聚集体将体系能量降到最低。这与表面活性剂中的胶束形成情况类似，只是结构相对简单且对矿化度和压力的变化不敏感，高温的稳定性相对较好。对于加入到油基钻井液中的产品，与加入到水溶性流体中的机理类似，只是聚集体由更多的亲油性成分组成，这也是能在岩石表面形成超低渗透屏蔽层的关键因素。封堵层能直接避免了流液侵入与压力传递，在钻井液进入地层的瞬间就可以形成。在过平衡压力作用下，常规泥浆添加剂形成的泥饼在滤液通过时会出现连续性渗漏。同时，聚集体还能对裂缝与层理面形成封堵和保护。

超低渗透钻井液的特点主要是体现在以下几个方面：因为在岩石中的侵入深度有所限制，有着很低的动虑失性能，能有效防止页岩受到钻井液侵入，对页岩缝隙的封闭可以避免钻井液对地层的渗透，其虑失量也不是时间的平方根函数；在地层形成的封闭膜会在压差作用下附着在井壁；渗透率恢复情况在膜可实现有效清除下更加良好，利于提高产能；有着更好的环保性能。

二、超低渗透钻井液完井液的性能与优点

（一）超低渗透钻井液完井液的组成

其主要有两个關键产品组成。分别是零滤失井眼稳定剂JYW21和防漏堵漏零滤失井眼稳定剂JYW22。我们通过在水基和油基钻井液中添加了适量的零滤失井眼稳定剂，这样就形成了超低渗透钻井液。其中，JYW21和JYW22的作用机理基本上一致，但是JYW21主要用于中、低孔隙及微裂缝地层，而JYW22主要用于大孔喉及裂缝地层，它们二者主要在用途方面有所不同。零滤失井眼稳定剂组成成分主要包括不溶的金属氧化物以及部分水溶和全水溶的合成有机聚合物，还有植物衍生物形成的混合物。这使其具有优良的温度稳定性，经测试抗温性可达达204℃；可替代其他产品，如部分水解聚丙烯酰胺，SPA，沥青质，硬沥青，乙二醇和聚合物絮凝剂；超低渗透钻井液完井液完全适应于高密度、高温高压等苛刻条件，并且超低渗透钻井液完井液使用起来具有维护简单，不污染环境的特点。

（二）性能与优点

超低渗透钻井液完井液具有良好的性能，其在井壁稳定和保护储层以及防漏堵漏等诸多方面的都有良好表现。超低渗透钻井在渗入到井壁岩石表面微裂缝或孔喉处时，利用自身独特的表面化学原理，能够形成很薄的滤饼，从而实现增大地层破裂压力的目的。在近几年以来，我国的各大油田根据自己自身需求进行了一系列的研究与应用。各大油田通过对超低渗透钻井液完井液的侵入时间、深度、入量，以及对承压能力和膜密封强度、渗透率恢复值等的多次测定和评价，进一步讨论了超低渗透的作用原理，并且通过对温度、压力、酸碱值等因素对超低渗透钻井液的影响的讨论。从而得出的究结果表明，一般的常规钻井液，在经超低渗透处理剂的一系列处理后，可以转变为超低渗透钻井液完井液。该超低渗透钻井液完井液在岩石表面能够形成一层非常致密的封闭膜，同时能够十分有效的降低滤失量，从而大量的节省资源。并且通过超低渗透钻井液完井液对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有良好的封堵的优良性能，从而可以有效的控制渗透液防漏堵漏。

三、超低渗透钻井液作用机理

（一）减小储层伤害和降低虑失的机理

超低渗透钻井液在钻井使用中，钻井液中的聚合物会聚焦而形成可变性的胶束，在其向页岩渗透的过程中，胶束会在页岩上迅速铺开以及在孔喉处形成低渗透封闭膜，能有效防止其钻井液的渗透。对于因钻进施工而带来的页岩裂缝，超低渗透钻井液会对裂缝形成填塞，裂缝碎片和孔隙表面会出现一定的张力，张力会随着孔隙与碎片的减小而加大，在此作用下阻止了钻井液的进一步虑失。由于超低渗透钻井液能在通过井壁表面时形成封堵膜，该膜的致密度和无渗透性能对不同地层与微裂缝泥页岩地层形成有效封堵，井壁外形成的保护层也完全隔离了钻井液和其他滤液，不会对地层渗透，朝零虑失钻井靠近，减少了地层内粘土颗粒的转移，对油气层形成有效的保护。

（二）提高地层承压能力的机理

钻井施工中井壁与钻具之间形成的摩擦力会通过钻杆形成过平衡压力而作用在井壁上，过平衡压力过大会对井壁造成危害，形成坍塌和钻井液严重漏失的后果，需要对其进行减弱和消除。在超低渗透钻井液体系中，钻井液的良好封堵性能可以极大的消除过平衡压力，避免压力传送到地层，从而减少了因过平衡力带来的钻杆冲击而不会出现坍塌和钻井液严重漏失的情况。

（三）消除压差卡钻机理

钻井液液注压力和地层孔隙压力之间的差成为压差，过大的压差会导致卡钻。在钻杆和易渗透地层接触时，钻杆会因为钻井液产生的过平衡压力而顶靠井壁，发生卡钻。对压差卡钻进行分析，可发现一个重要的因素是钻井液滤饼的性能，滤饼的加厚会导致钻杆上泥饼的增加，也增加了与钻杆的接触面积，从而更容易发生卡钻。对于超低渗透钻井液，岩石表面形成的低渗透屏障保证了钻井液的虑失量，也减少了滤饼的厚度，组织了压差向地层的传递，大大降低了卡钻的风险。

（四）堵漏机理

超低渗透钻井液的胶束可在弱胶结地层的裂缝形成有效屏障的同时，也可通过薄片对液体的吸收而膨胀，对漏失处的封堵材料形成束缚，受到压力时将颗粒中的滤液挤出，一般封堵材料为去水化，对于漏失处的封堵效果更好。其在钻井液的胀流星作用下而粘在一起，粘度会随着流速的增加而增大。在虑失区，钻井液渗漏到地层后因膨胀剂而停留，形成的架桥封堵可抵抗超过6.895MPa的压差。对于不同胀流性的钻井液需要添加不同用量的添加剂。

四、结束语

超低渗透钻井液完井液技术作为油气勘探工作中的一项重要技术，在未来必定会大放异彩。即使这项技术在现在还有着不少的缺陷，但经过以后的改进加工之后，这项技术必定成行业中同类技术中的中流砥柱。超低渗透钻井液完井液技术的优良性也是显而易见的，如果使用了超低渗透钻井液完井液技术，就能够从根源上杜绝油气储层损害的发生。所以由此可见，超低渗透钻井液完井液在未来的油气勘探技术中将会占到越来越重的地位，换句话来说，超低渗透钻井液完井液技术的发展前景是很乐观的。

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