摘 要：针对盐井地层的特殊性，本文从钻井液和固井两方面出发，研究摸索出一套钻井液护壁体系和套管水泥固井护壁技术。根据盐井施工的实际情况，优选井身结构和套管程序、钻井液类型以及固井水泥浆配方；科学地使用和管理钻井液体系，才能有效地防止盐井的坍塌、漏失、超/缩径、水敏性剥蚀、砂侵等井内事故发生，从而保证了盐井钻探施工的顺利进行和工程质量。

关键词：盐井、钻井液体系、套管护壁、维护与管理

Abstract： Find stabilizing methods by a mud system of well face and technique of casing&cement against the layers characteristics of brine well. Define the well structure and mud system according to the specific data. Due to this， it could avoid well incidents such as collapse， leakage， chambering， reducing， denudation， formation entry in effect and ensure the processing and quality of the brine well drilling.

Key words： Brine well； Mud & Casing Stabilizing； Performance Parameter and Matching； Applying， Maintenance and Management； Application Effect

1.工程概況

湖北省潜江市盐矿勘探及成井工程施工的地层构造复杂，第四系、上第三系覆盖层较厚，含盐矿层厚度大、层数多、埋藏深，一般井深为1200-1500米。钻井施工中易发生坍塌、漏失、缩径、剥落、砂侵等复杂情况，给钻探施工带来很多困难。那么井身结构设计，套管固井护壁，钻井液的选型及使用维护管理的好坏将直接关系到盐井施工的成败。我们由于对该区域地层情况了解认识不够，施工中在钻井液使用方面走了一些弯路，同时通过实践也取得一些经验和教训。我们在施工中根据地层特点和钻井工艺等具体情况，合理选择井身结构设计、采用优质低固相钻井液和套管护壁，顺利通过800～1000m厚的松散覆盖层，并有效防止了400-600米厚的强水敏性泥页岩和盐岩地层的坍塌缩径。从而保证了盐井工程施工的顺利进行和工程质量。矿区地层情况及井身结构（图1）。

图1 地层及钻井结构图

2.钻井工艺及取心方法

一开、二开三开均采用全面钻井工艺（牙轮钻头或PDC钻头），全面钻进时，环空间隙大，岩屑量大颗粒粗，主要考虑钻井液的携岩能力和胶结性能。四开采用绳索取心金刚石钻进工艺。取心井段采用金刚石绳索取心钻具（半合管）进行取心作业。在钻井工艺措施方面，在保证纯钻速度的条件下，应尽量降低钻具转速和钻压。若泥浆粘度、切力大，应适当降低泵量，以免环空压力过高。

3.钻井液设计原则及护壁机理

钻井液设计应考虑地层特点、施工条件、工程要求、安全环保等因素，根据具体情况合理选择不同类型的钻井液体系，以满足井内复杂情况施工的要求。并保证具有较低的固相含量、良好的流变性能、较强的清孔和携岩能力和良好的润滑性能。

盐井钻探施工用钻井液护壁机理[1]：CMC高分子聚合物，由于其分子链很长，在分子链间易形成网状结构，能显著提高钻井液的粘度，从而提高了粘土颗粒的聚结稳定性，有利于保证钻井液中细颗粒的含量，形成致密的泥饼，降低滤失量。水解聚丙烯酰胺（PHP）是要一种选择性絮凝剂，水解聚丙烯酰胺在钻井液中主要起絮凝岩粉作用。因为它也是一种线型高分子化合物，其长分子链上的吸附基（-CONH2）以氢键吸附的方式吸附岩粉。从而絮凝沉淀岩粉，达到净化钻井液的目的。CMC与PHP可以相互交联形成网状结构能有效提高完整或部分破碎地层的钻进效率，还具有润滑减阻作用。

饱和盐水钻井液由于矿化度高，因此这种体系具有较强的抑制性、流动性好、性能稳定，能有效地抑制泥页岩水化剥落，保证井壁稳定。由于饱和盐水中溶质已经饱和，避免了盐层的溶解超径，有利于提高井壁的稳定性。低固相盐水体系也具有较好的抗低温特性。

钾盐（K2CO3、KCl等）提供K+离子，其离子半径与粘土六方的晶格空穴尺寸刚好适应。K+离子本身水化能力弱，故嵌入粘土的晶格空穴中，使粘土不易水化分散，从而防止粘土质地层的吸水膨胀以维持井壁稳定。钾离子的存在，能防止泥页岩的水化和剥落，起到稳定井壁的作用。

4.钻井液的选择及维护使用

4.1.钻井液的选择及性能参数

（1）钻进第四系和第三系松散地层时，为了防止钻井坍塌、漏失。通过钻井液配方试验和实践，我们采用高粘度、低失水的聚合物钻井液体系进行护壁，效果较好。其配方为：1m?/清水+100kg/膨润土+0.1～0.2kg/PHP+3kg/Na2CO3+5～8kg/HV-CMC。

（2）钻进第三系较完整井段时，采用低固相或无固相钻井液，以保证钻井护壁及绳索取心钻进工艺的要求。

低固相聚璜钻井液配方：1m?/清水+50kg/膨润土+0.25kg/PHP+1.5kg/Na2CO3+3～5kg/MV-CMC+8～10kg/磺化沥青+5～8kg/磺化褐煤。

无固相钻井液的配方：1m?/清水+8～10kg/HV-CMC+1kg/PHP+0.1kg/NaOH+10kg皂化油。

（3）在盐层钻进阶段采用无固相饱和盐水钻井液或低固相饱和盐水钻井液。保证了盐矿层的采取率，避免了泥页岩、石膏、岩盐地层坍塌超径现象的发生。

无固相饱和盐水钻井液配方：1m?/清水+350kg/NaCl+10～15kg/MV-CMC+0.3～0.5kg/PHP+0.1kg/NaOH。

低固相饱和盐水钻井液：1m?/清水+30kg/膨润土+1kg/Na2CO3+315kg/NaCl+5～8kg/PAC-LV+8～10kg/磺化沥青+50～70kg/氯化钾+8～10kg/褐煤树脂。

4.2.钻井液维护使用及现场管理[5，6] ：

在将见盐层前20～30m，应先配备优质饱和盐水钻井液，以防止岩盐溶蚀出现超径。饱和盐水钻井液的维护应以护胶为主，降粘为辅。

在钻井过程中，若发现钻井液粘度、切力增高，一般是粘土侵蚀的造浆地层，这时应在钻井液中加入适量清水或稀释剂，或使用选择性絮凝剂、抑制剂。还可以用离心机清除钻井液中的有害固相，以维护钻井液性能的稳定。

当钻到遇砂层，钻井液受砂侵时，其含砂量会急剧升高，也会加剧水泵、钻具、钻头的磨损，所以必须及时采用除砂机进行除砂处理。还可降低钻井液的粘度和切力，或添加聚丙烯酰胺絮凝粉砂。

在小口径金刚石绳索取心钻进中，应采用乳化钻井液，以改善钻具润滑条件，减少钻具回转阻力，提高钻进速度。

钻井液中添加处理剂时要缓慢、均匀、避免钻井液性能突变。不准向钻井液中任意添加清水，不要让污水、山水、雨水流进钻井液中。

4.3钻井液护壁效果：该矿区OZK2孔施工中，一开采用311mm口徑钻进穿过第四系松散地层后就下入井口管。然后换253口径钻进至811.41米，该井段采用优质低固相聚合物钻井液护壁，裸眼钻进易坍塌的砂岩、泥质粉砂岩、页岩等松散破碎地层，从未发现坍塌和严重漏失现象，只是在砂岩钻进中钻井液有轻微渗漏现象。通过该层位后，便下入219技术套管并用水泥封固，然后再换150mm口径钻进到1020米后，下127mm技术套管。800米以下地层比上部覆盖层稍完整一点，但是胶结性依然较差，遇水易水化分散，会造成钻井坍塌超径现象。在该井段施工中我们采用优质低固相聚璜钻井液体系和无固相钻井液护壁，井壁稳定，施工顺利。最后我们采用80绳索取心金刚石钻进至终孔，在该井段施工中，我们始终采用优质低固相饱和盐水钻井液护壁，顺利通过长达600多米厚的强水敏性易水化剥落、坍塌缩径的泥页岩、石膏、岩盐地层。直到终孔1501.43m都未发生坍塌超径现象，在施工中断钻杆、卡钻、埋钻等井内事故也明显减少，从而保证了该盐井工程施工的顺利进行和工程质量。

5.套管护壁及固井

5.1套管护壁

套管护壁是钻探施工最有效和最可靠的钻井护壁方案之一，盐井钻探施工所用套管有井口管、技术套管、生产管。除生产管以外，其他套管均起到稳定井壁，保证顺利施工的作用。根据套管在井内的工作条件，设计的套管柱应能承受内、外压力及井下地层所产生的横向载荷和套管本身的重力。为确保安全，大部分套管柱设计采取的安全系数为：抗拉安全系数1.5～1.8；抗外压（抗挤）安全系数1.0～1.25；抗内压（压崩）安全系数1.1～1.3。

5.2 固井技术[4]

（1）影响水泥浆设计的因素

影响水泥浆设计的因素包括：井深、钻井液液柱压力、水泥浆粘度与水灰比、井温、可泵时间及稠化时间、支持套管柱所需的水泥强度、配浆水质、钻井液及其处理剂类型、水泥浆比重、水泥水化热、水泥石渗透率、水泥浆失水量、抗井内盐水之腐蚀能力。

（2）水泥浆灌注

水泥浆灌注是一项较复杂的工作。施工前要进行必要的计算、试验和水泥浆灌注技术措施研究并认真实施。

（3）提高注水泥固井质量的措施

① 适当提高水泥浆的回返速度， 使之处于紊流而非层流状态。②适当降低水泥浆的粘度和切力， 以改善其流动性。③钻井时注意井身质量， 把井打直， 井径规则， 套管要扶正。④水泥浆比重应均匀。⑤在渗透性大、易漏的地层采用低失水量的水泥浆。⑥在大段泥岩、页岩地层固井， 应采用盐水钻井液。⑦缩短水泥浆的初凝和终凝时间差。⑧采用膨胀水泥， 可提高水泥与井壁及套管间的胶结强度。⑨精确地进行注水泥计算， 采用符合当地实际情况的水泥用量附加系数。⑩下管前适当增大排量洗井， 既使井内岩粉全部返出， 又使井壁适应大排量的冲刷， 以防注水泥过程中发生坍塌。

6.结论

6.1该矿区地层特点：第四系、上第三系覆盖层较厚，软硬互层多，且地质构造复杂，另外含盐矿层的厚度大、层数多、埋藏深。钻井施工中易发生坍塌、漏失、缩径、剥落、砂侵等复杂情况。

6.2根据地层特性和工程质量要求及钻机能力，合理设计井深结构，以保证顺利施工和工程质量。

6.3针对钻井工艺和地层特点，因地制宜合理选择钻井液体系和性能参数，认真搞好现场钻井液管理和维护调整工作，确保了井壁稳定和工程质量，提高了钻进效率，降低了生产成本。

6.4套管护壁是钻探施工最有效和最可靠的钻井护壁方案之一，固井质量也是保证套管护壁效果的关键技术。因此，我们通过科学地设计水泥浆配比和套管结构，并严格控制其物理性能参数和水泥浆灌注工艺，采取有效的技术措施，提高注水泥浆的成功率和固井质量。

6.5应用前景：该套钻井液体系和套管护壁工艺技术，不仅可以应用于盐井钻井施工领域。还可以用于其他松散、强水敏性地层的钻探施工领域，无固相饱和盐水钻井液和低固相饱和盐水钻井液还可以应用于冰层冻土、可燃冰层或低温工作条件下的钻探施工的护壁。

参考文献：

[1] 乌效鸣等，钻井液与岩土工程浆液[M]，中国地质大学出版社，2002。

[2] 王文臣主编，钻孔冲洗与注浆[M]，冶金工业出版社，1994。

[3] 井矿盐钻探技术规范[M]，轻工业出版社，QBJ 203-87，1987。

[4] 贺建飞，盐井钻探及成井中的固井技术[M]，地质与勘探，1992年（4），61-64

[5] 舒智，复杂地层深孔钻进关键技术的探讨与实践[J]，探矿工程（岩土钻掘工程），2009年增刊：161-166.

[6] 舒智等，钾盐钻井液体系在吉林壳牌油页岩勘探中的应用[J]，探矿工程（岩土钻掘工程），2012年第39期（增刊）：52-55.

作者简介：舒智（1964-），男，汉族，湖北武汉人，四川华锋钻探工程有限责任公司探矿高级工程师。从事地质岩心钻探工艺技术研究和施工管理及金刚石工具和钻探机具的生产管理、新产品研究开发等工作。