尹 江，陈立涛

（吉林省地矿勘察设计研究院，吉林长春130012）

钻井液在实际施工中的应用

尹 江*，陈立涛

（吉林省地矿勘察设计研究院，吉林长春130012）

根据实际钻探施工需要和对钻井液处理剂性能的要求及操作使用的技术要求，并结合钻探施工技术人员现场操作，总结出孔内事故成因、预防及解决方法，利用好钻井液，预防和减少井内事故的发生，达到节能生效的目的。

钻井液；事故成因；实际应用

目前，国内岩芯钻探广泛采用金刚石绳索取芯钻进，其钻井液的某些性能和特点，关系到生产效率，甚至影响到钻孔的成功与否。本文主要阐述钻井液在实际施工中的应用。

1 在预防坍塌中的应用

1.1 坍塌的形成

坍塌主要是由于地层构造、地层压力、人为操作筹因素方面的影响造成的，主要表现：

（1）由于地层构造的原因，形成泥页岩、砂质或粉质泥岩、流砂层、粉砂岩、砂砾岩、煤灰层等，造成地层松散破碎而形成坍塌。

（2）由于地层与液柱压力不平衡，极易造成井漏、井涌、井塌的事故发生。

（3）由于人为操作不当，造成钻杆、钻具对并壁的振动，出现共振而发生坍塌。

1.2 预防和阻止坍塌

预防和阻止坍塌，应根据地质构造及施工方法，并选择相应的材料来进行。例如：胶结性差地层。如：粉砂泥岩、流砂岩、煤灰层等。针对构造层胶结性差，应加强井壁表面的胶结加固。

2 在抑制性护壁中的应用

（1）抑制性护壁所针对的地层构造主要是吸水性较大的浅泥层、蒙脱石含量较高地层、盐膏层、含盐膏软泥层、高渗透性砂岩、粉砂岩、沥青等水敏性地层。因其地层的亲水性，能大量吸收水基钻井液中的水分，使之水化膨胀，扩径、缩径，易造成坍塌卡钻、埋钻等井内事故的发生。

（2）井壁不稳定现象的主要表现在：返屑体积增大且数量增多、泵压增高、扭矩增大、提钻遇卡、下钻遇阻、井径扩大、缩径、井眼闭合等井内事故。

（3）根据上述地层构造和表现特征，选择相适用的处理剂，运用恰当的施工技术是解决井壁不稳定的必须措施，在浅层泥岩、泥页岩、泥质砂层等地质构造层，可选择抑制性护壁材料。

（4）在盐膏层、含盐膏软泥层、沥青、蒙脱石、碳酸盐岩等地质构造中，可选择抑制性较强的护壁材料。

（5）在泥页岩、油页岩层。可选择KP共聚物，并以多效天然植物胶等处理剂作为配合剂。可较好地阻止坍塌、缩径的事故的发生。

3 在漏失地层中的应用

（1）漏失可分为微缝隙、小裂缝隙、空洞漏失。从漏失量分为渗透性漏失，其主要表现特征为：泵压较稳定，返浆逐渐少。小裂缝隙漏失，其主要表现特征为：泵压异常下降，返浆少。大裂缝隙或空洞漏失，其主要表现特征为：泵压全无、不返浆。

（2）针对漏失情况，可分别选择堵漏材料。

①渗透性漏失，可选用植物胶配合其它泥浆材料就可解决。其原理是：利用植物胶胶结网状结构，粘结其不溶解微粒对微缝隙进行封堵。

②小裂缝隙漏失，可选用多效堵漏剂（随钻型）配合其它泥浆材料进行封堵。其原理是：利用多效堵漏剂中不溶颗粒及胶结性能。在小裂缝隙中形成封堵胶团，并可加入一定的惰性材料配合进行封堵。

③大裂缝隙漏失，可选用多效堵漏剂（延时膨胀型），调制稠粘状液体，直接对大裂隙进行封堵，其原理是：通过胶结网状结构粘结膨胀材料在大裂隙中吸水膨胀，形成韧性胶团进行封堵。或选择大裂隙堵漏剂，采用抛掷法进行碾压入隙、吸水膨胀、胀实封堵。

以上堵漏材料堵漏时间长，成功率高，可自动降解，不影响地层质量（注：钻井液正常消耗15%～17%）。

4 润滑剂在施工中的应用

（1）润滑剂是减轻钻头对地层研磨所产生的摩擦力和热量吸收，减轻钻杆对井壁的摩擦所产生的共振。具体表现为润滑剂中的表面离子活性剂能在钻具与井壁间形成一层薄的润滑层，有效地减轻钻具对地层的摩擦，并能及时对钻头进行冷却，因而达到润滑冷却钻头钻具的作用。

（2）应根据岩质的结构、硬度、属性等来选择润滑剂。

5 钻井液的经济价值和效率的体现

性能全面、优良的钻井液处理剂，其自身价值体现主要在其经济和效率上，所以，要充分地认识、了解和掌握其性能，做到物尽其能，性尽所用，充分发挥其效能，使其在经济和效率上得到较佳的体现。

具体表现为：选择恰当的钻井液处理剂，能预防和阻止或减轻、减少井内事故的发生，降低材料的消耗和用工成本，缩短成井周期，减轻劳动强度，从而达到降低综合成本，创造经济效益。

6 常见问题

6.1 卡钻

钻井过程中，钻具在井下既不能转动又不能上下活动而被卡死的现象称为卡钻。在正常钻进中，若施工不当或钻井液使用不当等原因，都会造成卡钻事故的发生。大多数卡钻都与钻井液有直接的关系。因此，选用好钻井液处理剂并配合施工技术才能预防卡钻事故的发生。了解卡钻的原因与形成，预防和解除事故的方法：

（1）压差卡钻：是指钻具在井内静止时，在钻井液与地层孔隙压力之间的压差作用下，紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻。

预防方法：

①降低钻井液的密度。

②减少钻具与井壁的接触面。

③降低泥饼摩擦系数。

④减少岩屑床的厚度。

解除方法：

①可使用皂化油或解卡剂浸泡，以减少钻具与井壁的粘附面积及降低泥饼的摩擦系数。

②用稀盐酸浸泡，但必须是钻井液使用石灰石粉加重和卡钻地层为碳酸盐方可使用。

③降低钻井液密度以减小压差，可使用加有抑制剂与润滑剂的水，通过降低压差解卡。

（2）沉砂卡钻：是由于钻井液的悬浮性能不好，或处理钻井液过程中由于粘度和切力下降幅度大，导致的钻井液中所悬浮的钻屑和重晶石沉淀，埋住井底一段井眼而造成的卡钻。

预防方法：

①使钻井液保持合适的粘度与切力，使之能有效地携带和悬浮钻屑与重晶石。

③注意控制钻速，防止环空中的钻屑质量分数过高。

解除方法：

①应尽快恢复循环（注意使用小排量），尽可能憋通钻头水眼。

②提高钻井液的粘度与切力，边循环边活动钻具，以期达到逐渐清除沉砂和解卡的目的（切忌用大排量，猛提、硬压、强转钻具）。

③如仍然无法恢复循环，只有采取套铣倒扣的方法解卡。

（3）井塌卡钻：主要是由于钻井液未能起到稳定和保护井壁而无法抑制破碎带的坍塌、或因施工人员操作技术不当引起井壁失稳（如泵压过大造成对井壁的冲刷，钻具对井壁的撞击，上下钻过快造成强烈的抽吸或挤压等）。

预防方法：

①根据地层构造特性，合理设计钻井液，性能和功效达到抑制、胶结地层；降低钻具与井壁间的摩擦系数，减轻对井壁的撞击和振动。

杨萍(1959-)，女，医学博士，教授，博士生导师，研究方向：冠心病、心律失常、心力衰竭的发病机制和诊疗。

②规范施工人员的操作程序，提高施工技术水平，减少人为事故的发生。

解除方法：

①采用小排量开泵，建立循环，同时缓慢活动钻具，并逐渐加大排量，带出坍塌物而解卡。

②如仍无法解卡或无法开泵建立循环，则只能通过套铣倒扣来解卡。

（4）缩径卡钻：主要是由于钻井液不能抑制地层水化膨胀、或钻井液柱压不能平衡地层应力，造成地层蠕动变形而缩径卡钻。

预防方法：

①根据地层特性，合理设计钻井液，其性能和功效应达到抑制地层水化膨胀、平衡地层应力，阻止地层蠕动，防止缩径事故的发生。

②合理的施工操作技术配合优质的钻井液，在高渗透性的砂岩或砾岩中钻进时，能降低钻井液的滤失量或提高环空返速，阻止泥饼过厚而造成缩径卡钻。

解除方法：

①使用湿润剂和稀释剂及柴油进行浸泡一定时间，然后缓慢地活动钻具，采用先压后提上下活动解卡。

②如仍无法解卡或无法开泵建立循环，则只能通过套铣倒扣来解卡。

（5）泥包卡钻：是指上提钻具的过程中，因钻头泥包而遇阻所造成的卡钻。主要由于易吸水膨胀的泥岩地层中钻进时，由于环空返速过低，钻井液粘度高，滤失量大，使吸水膨胀的泥岩屑粘附在钻头上未被钻井液所清洗而造成的。

预防方法：

①依据地层特性，选用抑制性强的钻井液。

②选用合适的环空返速，及时携带岩屑，清洁钻头。

③钻井液中加入防钻头泥包剂，改善钻井液的润滑性能，降低岩屑在钻头上的粘附力。

解除方法：

可根据缩径卡钻解除方法解除。

6.2 井塌

井塌主要发生在泥页岩地层，约占井塌的90%以上。主要是由于泥页岩地层吸水膨胀的特性造成的。其它井壁不稳定地层均会发生井塌。

（1）井塌的现象主要表现为：

①返屑尺寸增大，数量增多且混杂。

②泵压增大且不稳定。

③扭矩增大，憋钻严重。

④钻具上提遇卡、下放遇阻。

⑤井径扩大。

（2）预防方法：

①选用合适的钻井液密度，保持井壁力学平衡稳定。

②优选防塌钻井液类型与配方，采用胶结性、抑制性防塌剂。

③采用合理的施工工艺。

（3）清除方法：

①增大钻井液的密度、粘度，提高钻井液的悬浮、携屑能力。

②小排量低速钻进，防止钻井液和钻具对井壁的冲刷与撞击，保证井壁稳定。

③如仍不能清除则加大环空返速。

6.3 井漏

各类岩性的地层均可能发生井漏，主要是其构造运动形成的裂缝隙、因风化作用形成的溶孔疏松造成的。漏失通道主要有微孔隙、孔隙、微缝隙、裂隙、大缝隙、大裂隙、溶洞等。

（1）井漏的性质与表现特征：上节钻井液在漏失地层中的应用中已介绍。

①渗透性漏失：发生在孔隙型地层，主要表现为微漏、小漏。井口返浆减少或逐渐减少。

②部分性漏失：发生在裂缝隙型地层，主要表现为中漏、大漏。井口返浆较少。

③完全漏失：发生在大裂缝隙型、溶洞型地层，主要表现为井口返浆全无。

（2）井漏的预防：

①合理设计井身结构：用套管封隔高压层或漏失层，防止因平衡地层压力使用的高密度钻井液所产生的压裂性漏失。

②合理设计井液的动压力：选用合理的钻井液密度与类型，实现地层压力平衡，降低环空压耗，降低开泵、下钻和下套管过程中的激动压力。

③提高地层的承压能力：采用人工封堵方法，堵塞近井漏失通道来提高地层承压力。

（3）堵漏的规程：

①分析井漏发生的原因，确定漏位、类型、程度。②如果条件允许，应钻过该漏层，使该漏层同时封堵，减少处理时间。

③如果允许起钻，钻具应下到漏位顶部。

④使用正确的堵漏剂和堵漏方法，确保一定的堵漏剂进入漏失通道，并保持一定的候凝时间。

⑤如随钻堵漏应不断地活动钻具，避免卡钻。

⑥凡采用桥堵法，必须保证管线、泵路畅通，避免憋泵伤人。

⑦憋压试漏应缓慢进行，压力一般不超过3MPa，避免造成新的诱导裂缝。

⑧收集、整理资料，总结经验。

（4）堵漏方法：

①静止法：是在发生完全或部分漏失的情况下，采取停止钻进和循环，起钻于安全井段静候8～24h为宜，但应保持液柱压与地层压力平衡。如果堵漏失效，应下钻加入堵漏钻井液替换原液至漏层上方，以增强堵漏效果。缓慢下钻，低泵压、小排量开泵循环观察，无漏失即恢复正常钻进。

②桥接法：是将不同形状（颗粒、片状、纤维状）和不同尺寸（粗、中、细）的惰性材料，以不同的配方混合于钻井液中，直接注入漏层的一种堵漏方法。主要以挤压和循环2种方法进行施工。

③暂堵法：是指应用暂堵材料（易酸溶、油溶、水溶的堵剂）对漏失通道进行封堵的方法。主要用于封堵渗透性和微裂缝隙地层漏失。

④化学法：是将经过筛选的化学堵剂（如PMN化学凝胶、水解聚丙烯腈稠浆、硅酸钠等）注入漏失通道，形成凝胶，以封堵漏失层。

⑤无机胶凝法：是采用水泥浆及各种水泥混合稠浆为基础，对裂缝性和破碎性碳酸岩及砾石层的漏失进行封堵。

6.4 井喷

井喷发生的原因：在钻井过程中，因井内的液柱压不是一个固定值，当液柱压小于地层压力时就会发生井喷。例如：

（1）钻井液当量密度低于地层的压力系数时：

①钻遇油气层时由于气体的不断侵入钻井液使之膨胀。

②起钻时由于未及时灌入钻井液造成井内液柱压下降。

③提钻速度过快产生抽吸力增大、井内液柱压下降。

（2）井喷预防的技术措施。为了预防井喷，应采取包括工程措施和钻井液技术措施。主要采取：

①选用合理的钻井液密度，平衡井内液柱压力与地层压力。

②进入油、气、水层前，应调整好钻井液的性能。③及时排除气侵气体。

④储备一定量的加重钻井液。

（3）井喷的处理技术和要求：溢流往往是井喷征兆的第一信号，一旦发生溢流，必须立即关闭防喷器，用一定密度的加重钻井液进行压井。压井钻井液的密度可由下式求得：

①压井钻井液的密度PMI=原钻井液密度Pm+压井所需钻井液的密度增量AP。

②压井所需钻井液的密度增量AP=100（发生溢流关井时的立管压力Pd/垂直井深H）+安全密度附加值。

7 结语

钻井施工中钻井液的配置及井下特殊情况下的钻井液调整，是钻井过程中重要的组成部分，对于钻井施工是否能够正常顺利进行起着十分重要的作用。本文对施工中的钻井液进行了分析研究总结，为今后在施工中能够控制和处理好井内事故提供了可借鉴的依据。

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1004-5716（2015）01-0038-04

2014-02-10

2014-02-13

尹江（1972-），男（汉族），黑龙江尚志人，高级工程师，现从事地质找矿技术工作。