吴国富 蔡成斌

摘要：本文对无固相钻井液的组成、性能及使用情况进行探讨，根据地质情况，经过室内试验，选择使用了无固相聚合物钻井液，对它的成功运用及对固控技术进行探讨。通过使用分析表明：无固相聚合物钻井液钻进速度最快、钻头进尺最高，取得了较好的技术、经济效益，同时无固相钻井液使用的关键是防塌及固相控制。无固相钻井液技术的成功運用也为今后在该地区钻井施工提供了可靠的技术依据。

关键词：无固相钻井液；钻井施工；防塌及固相控制；性能优化

1无固相钻井液体系的主要技术特征与优势

1.1 无固相钻井液体系的主要技术特征

无固相钻井液也称无粘土钻井液是为了适应现代钻井技术发展的要求，在低固相钻井液的基础上发站起来。该体系的原始组成部分包含粘土，加入高分子聚合物和相应的化学处理剂，就制成了满足一定钻井性能要求的钻井液。与清水相比，它含有较大数量的有机高聚合物，与不同的无机盐复配，可有效地抑制地层和岩屑膨胀，具有较好的携带和悬浮岩粉的能力，且能在井壁上形成薄的吸附膜，具有一定的护壁防塌能力，有较好的润滑及减阻作用，与含有粘土的钻井液相比，密度较低，粘度流动性调节范围大，能够适应不同地层的要求。

1.2 无固相钻井液的优势

为了避免钻井液中的固相损害，发展出了无固相钻井液，由于不含固相，无固相钻井液就具有以下特征：①提高钻速，延长钻头寿命，缩短生产周期；②减薄泥饼，减少压差卡钻和测井工具遇卡；③降低粘度，利于高压喷射，减小激动压力；④减轻油气层损害；⑤使钻井液性能稳定，简化维护处理，减少钻井液费用。

2无固相钻井液的基本组分和作用

无固相钻井液是由无机盐和不同种类的高聚合物组合而成的，具有一定流变特性和滤失特性。其中无机盐起的作用是：①与有机聚合物进行适度的交联，以提高钻井液的结构粘度，并可降低钻井液的失水量；②调节钻井液的pH值；③调节钻井液的矿化度，以平衡地层的化学活度，抑制地层的膨胀分散或破碎坍塌。有机聚合物的作用是：①增粘作用：高聚合物溶液的特性粘度与高聚合物分子量之间一般成正比例关系，高聚物的分子量越大，则溶液的粘度越高；②降滤失作用：高聚物通过与无机盐的适度交联可降低溶液的滤失量；③防塌作用：高聚物与无机盐一起通过多点吸附架桥，化学活度平衡等机理在井壁上成膜，对井壁起抑制防塌作用；④润滑作用：高聚物都有一定的润滑及减阻作用，为提高溶液的润滑性，可辅助加入表明活性剂。由此可见，无固相钻井液一方面密度小、粘度低，有利于提高钻速，另一方面又具有成膜护壁作用。

3 研究区域地质特征

研究区域断裂构造比较发育，可分为近东西向、北东向、北西向等断裂，矿区内能见到北东向及北西向两组断裂。根据钻井资料测深，重力异常资料证实，在寒武系下统地层急剧增厚，是由于存在有“泥辟构造”。需要解决地质难题：①页岩地层段容易发生垮塌，应防泥包钻头、卡钻及埋钻事故发生。②应防止井涌、井漏，如遇涌漏较大，必须采取水泥堵漏、涌措施。③本地区地层倾角较大，直井段应采取防斜措施。对钻井液工艺技术的要求：

①应具有良好的润滑性，以减小斜井段、水平段钻具与井壁的摩擦阻力和粘附力，防止粘卡。②应具有良好的流变性，以解决携岩问题，保证井眼清洁。③应具有良好的防塌性，以解决硬脆性地层的井壁稳定问题，保证钻井的顺利进行。④应具有良好抗温、抗盐、抗钙性能，以解决钻井液高温老化和抗盐抗钙能力差，造成性能难以控制。

4 现场施工及应用

4.1 钻井液体系的选择

该地区施工一般都使用低固相钻井液体系，密度一般在1.1～1.5g/cm3，影响了钻井速度，钻井周期特别长，容易引发井下事故。为加快钻井速度，提高经济效益，根据该地区的地质特点，经过室内实验，确定施工中使用无固相钻井液体系。

4.2 导管井段与一开井段钻井液的使用

钻井液配方：清水+0.8 ～1.0% STP +0.1 ～0.2%CMC-HV。处理方法与维护：①开钻前配制密度为1.06g/cm3 的预水化膨润土浆 50cm3备用，每隔三天彻底搅拌均匀，再配制浓度为1%的 STP溶液 40cm3，正常钻进中，随时配制25m3胶液，充分水化后补充。②采用无固相聚合物钻井液钻进，维持井内钻井液含 0.8～1%的 STP 钻进。③每次接单杆做到早开泵晚停泵，接单杆速度要快，排量要达到 30L/S 左右。④强化固控措施，钻进中 100%使用震动筛，除砂器、除泥器使用率达 85%，及时淘洗灌池，尽量降低井浆的含砂量和钻屑含量；维护井内钻井液性能时，将聚合物处理剂均配成稀溶液，再均匀加入井内。⑤固井前用稠浆循环携砂、垫底。稠浆推荐配方为：5～7%膨润土浆+0.1～0.2%CMC-HV。⑥井场储备足量的堵漏剂，以便及时堵漏。

4.3二开井段钻井液的使用

无固相钻井液配方：井段 372～2265m，清水+0.8～1.0%STP+0.1～0.2%CMC-HV聚合物防塌钻井液配方：井段 2265～2500m，3～5% 膨 润 土 浆 +2 ～3% KHm +0.2 ～0.3% NaOH +4 ～6%FRH +0.5～1%HTX +0.2～0.3%CMC-HV聚磺钻井液配方：井段 2500～2987m，3～5%膨润土浆+2～3%SMP2+1～1.5%STZ+0.2～0.3%CMC-LV+4～6%FRH+1～1.5%HTX+1%活化石墨精粉处理方法与维护：①在上部钻井液的基础上减少大分子聚合物的用量及加入预水化般土浆，适当提高粘切，加入KHm 和 FRH 降低失水和改善泥饼质量。②进入造斜点前加入防塌润滑剂和 1%固体润滑剂活化石墨精粉以降低摩擦阻力，从而保证斜井段的正常施工。

③严格控制较低膨润土含量和强化固控是控制好井浆性能的关键。钻井中 100%使用振动筛，除砂器、除泥器使用率达 85%，及时淘洗灌池，尽量降低井浆的含砂量和钻屑含量。④井场储备足量的堵漏剂，以便及时堵漏。

4.4无固相钻井液的固相控制要求

控制好无固相钻井液固相含量，是维护无固相钻井液性能的关键，而最常用最有效的方法就是机械法，在钻进中钻井液首先通过震动筛，将大于网孔的固体和通过颗粒间的粘附作用将部分小于网孔的固体筛离出来，从而完成对较粗固相颗粒的分离作用。然后再通过除砂器、除泥器可分别清除30um 和 15um 以上的泥质颗粒。在整个系统中，固控设备的排列顺序为振动筛、除砂器、除泥器和离心机，以保证固相颗粒按从大到小的顺序依次被清除。固控设备型号的选择，应依据钻井液密度、固相类型与含量、流变性能，以及固控设备的许可处理量而定。各种固控设备（离心机除外）的许可处理量，一般不得小于泥浆泵最大排量的 1.25 倍。在通过所有固控设备之后，需对净化后的钻井液进行处理以调整其性能，包括适量补充所需的化学处理剂和水，这是因为以上物资中的一部分会随着被清除的固相失去。另外，在钻井液进入除砂器之前，应适当加水稀释以提高分离效率。无固相钻井液能否达到固控要求，在很大程度上取决于对各种旋流器的合理使用。

结论：

①无固相钻井液是在低固相钻井液的基础上发展起来的，它与清水相比具有较好的携带和悬浮岩屑的能力，且能在井壁上形成致密的吸附膜，且有一定的护壁能力。②有较好的润滑和减阻作用，有利于旋转钻进和起下钻。③它与含有粘土的钻井液相比，则有较低的密度（最低密度可以达 1.01g/cm3），同时粘度也可以调整，流动性很好，因而能提高孔底钻头的破岩效率。

参考文献

[1]马喜平，许帅，王晓磊，等. 低压气藏用低密度无固相泡沫修井液的研制及试验[J]. 石油钻探技术，2016，43（5）：100–105.

（作者单位：胜利石油工程有限公司海洋钻井公司）