钻井液对钻进施工作业中的影响分析

程相东

摘 要：钻井液在提高钻进施工作业中有着独特的地位和作用，钻井液的类型和性能等是直接影响钻井速度和成本的重要因素，了解掌握钻井液对钻井效率的影响具有很好的指导作用。

关键词：钻井液;钻进;作业;影响;分析

一、钻井液的迅速发展

钻井液在钻井作业和保护油气层中起到的作用和各方面对钻井液的严格要求，促使钻井液技术取得了迅速的发展。经过多年的科研开发和生产实践，钻井液已从仅满足钻头钻进发展到适应各方面需求的钻井液体系。例如为快速钻井服务的低粘度、低摩擦、低固相的聚合物钻井液，防卡钻井液，针对岩石特点的防塌钻井液，钻盐岩层的饱和盐水钻井液，保护油气层的低密度水包油钻井液，防堵塞油气通道的油基钻井液和开发低压油气田的泡沫钻井液等。形成了较为完整的钻井液体系。

1、钻井液的类型及组成。

如今优质的钻井液已不是由一两种材料（例如膨润土，俗称搬土）配制的，保持钻井液的性能要依靠加入各种处理剂。例如钻井液润滑剂、高温稳定剂、防塌处理剂和防卡处理剂等。据统计，处理剂系列等，已发展到10余类200多种，形成油田化学的一个重要分支。

为清除钻井液中的固相颗粒，钻井液中的固相颗粒处理系统已经得到了加强和改进。钻井液中的固相颗粒像钻屑、重晶石等，使钻井液的流动性能变坏，不但破坏了钻井液性能的稳定，而且增大了循环系统的摩擦力，使设备过早磨损。清除钻井液中固体含量的主要方法是加强振动筛的振动频率，采用增加筛网的目数和双层筛网，提高除砂器、除泥器的除砂效率。另外，有时还用增设分离器来清除钻井液中的微细颗粒。

2、钻井液按分散介质（连续相）可分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体等。

钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成。液相可以是水（淡水、盐水）、油（原油、柴油）或乳状液（混油乳化液和反相乳化液）。固相包括有用固相（膨润土、加重材料）和无用固相（岩石）。化学处理剂包括无机、有机及高分子化合物。

（1）水基钻井液。水基钻井液是一种以水为分散介质，以粘土（膨润土）、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。其主要组成是水、粘土、加重剂和各种化学处理剂等。水基钻井液基本经历了五个阶段，一是天然钻井液;二是细分散钻井液;三是粗分散钻井液;四是不分散低固相钻井液;五是无固相钻井液和聚合物钻井液阶段等。

水基钻井液还可分为：1）淡水钻井液。氯化钠含量低于10mg/cm³，钙离子含量低于0.12mg/cm³2）盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）。氯化钠含量高于10mg/cm³3）钙处理钻井液。钙离子含量低于0.12mg/cm³4）饱和盐水钻井液。含有一种或多种可溶性盐的饱和溶液;5）混合乳化（水包油）钻井液。含有3%-40%乳化油类的水基钻井液;6）不分散低固相聚合物钻井液。固相含量低于4%，含有适量聚合物;7）钾基钻井液。氯化钾含量高于3%。1978年以来开始在我国钻井现场使用;8）聚合物钻井液。它是以聚合物为主体，配以降粘剂，降滤失剂、防塌剂和润滑剂等多种化学处理剂所组成的钻井液。包括阳离子聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液、全阳离子聚合物钻井液、深井聚合物钻井液和正电胶钻井液等。

3、钻井液固控设备。越来越多的钻井队在换用大型钻机并使用固控系统。但固控系统不适用于高粘度钻井液。高粘度鉆井液不像低粘度钻井液那样容易过筛，高粘度钻井液能使钻井液堵塞钻井液筛而造成漫筛。另外，对水力旋流器（除砂器、除泥器等）的尺寸要求也增大了。

倒划眼时要泵入更多的钻井液，理由是较大的钻机要使用较大的钻井液泵。倒划眼要产生更多的固相，如果没有大泵要使用低粘度钻井液。往钻井液体系中加水，稀释作用可增加分离设备的效率。可添加任何一种稀释剂来稀释钻井液，用任何搅拌器来混合钻井液添加剂，这样就可能保证钻井液稳定通过固控设备。

在使用某些聚合物添加剂时，如果使用固控设备，混合不当或在高浓度下能发生问题。PHPA聚合物可包被作用而堵塞网筛的孔眼，这到不是说不能使用这种添加剂，而是说要注意加入聚合物的方法，在固控设备前方不要加入任何种类的钻井液添加剂。

二、有机盐钻井液技术

有机盐即有机酸盐，也就是有机酸根阴离子与金属阳离子、其它类型的阳离子所形成的盐。

这里说的有机盐是带杂原子取代基的有机酸根阴离子与一价金属离子（钾离子、钠离子、铵离子、叔铵离子、季铵离子等）所形成的盐。该类有机盐可用一通式XmRn（COO）lMq表示，其中X为杂原子及杂原子基团，R为C0-C10的饱和烃基，COO为羧基，M为一价阳离子。其结构式可表示如下：

有机盐钻井液由有机盐水溶性加重剂Weigh2、Weigh3，降滤失剂Redu 1、Redu2、提切剂Visco1、Visco2、无萤光白沥青NFA-25、包被剂IND10配制而成。其中，IND10是专门用于含低浓度有机盐（<15%）钻井液的处理剂。

提切剂Visco1是硅酸盐矿物的改性产品，可用通式M1aM2bM3c（OH）dOe表示，M1、M2、为2、3价金属元素、M3为4价非金属元素。提切剂Visco2是含磺酸基的聚合物经微交联合成的高分子化合物。降滤失剂Redu 1是含磺酸基的乙烯基单体、乙烯基单体与纤维素等接枝共聚而成的中小分子量聚合物。 降滤失剂Redu 2是含磺酸基的乙烯基单体、乙烯基单体共聚而成的中小分子量聚合物。

包被剂IND10是乙烯基单体、含磺酸基的乙烯基单体共聚而成的较高分子量的聚合物。

三、钻井液中产生泡沫的原因及处理

钻井过程中，要用钻井液泵将钻井液沿钻杆的空心打到钻井杆底部的钻头上，再由钻杆与井壁的空隙返回地面，返回的同时将钻下的岩屑携带上来，在钻井液池中岩屑发生沉淀后，干净的钻井液再循环使用。钻井液的作用分为两个方面：

一是靠前，携带岩屑，冷却钻头，润滑钻杆，保护井壁;二是平衡地层压力，这是钻井液的主要作用。当油层被打开时，油层内的油气压力与井筒内钻井液柱的压力出现相互制约的关系。

钻井过程中的泡沫产生途径主要有以下几种途径：

1、在地层中天然气溢出时，使钻井液产生泡沫，钻井液中的表面活性剂有稳泡作用，使得钻井液产生的泡沫来不及破灭，而又循环到井中;

2、表面活性剂过多;

3、由处理剂受高温分解或发酵生成的气体产生的泡沫;

4、实际过程中由于搅拌而卷入的空气。泡沫过多会影响钻井液悬浮体系的稳定性，甚至使钻井液相对密度减小，有时压不住井喷。

参考文献

[1]石秉忠，林永学;中国石化钻井液技术进展及发展方向[J];钻井液与完井液;2013年第11期

[2]周效全;龙顺敏;出水气井泡沫排水采气化学剂的应用技术[J];天然气技术;2007年第01期

[3]林立强;钻井液性能对钻井的影响及对策[J];中国石油和化工标准与质量;2013年第10期

（作者单位：中石化中原石油工程有限公司技术公司）