陕北钻井液的应用现状及发展方向

1、 陕北钻井液的应用现状及发展方向 姓名：xxx 班级：xxx 时间：xxx陕北钻井液的应用现状及发展方向 xxx （xxxxxxx学院,陕西xxxx xxxxx）【摘要】 陕北中生界油田二开井段普遍存在漏、塌、卡等复杂情况，因此要求钻井液具有“三防”能力，同时具有油层保护能力。针对陕北中生界油田东部地区地层稳定，南部地区易缩径、易漏失，西部地区砂岩层胶结疏松、造岩性差、易跨塌的特性，分别采用对应的钻井液。最后对陕北钻井液技术的发展方向进行了展望。并介绍了钻井液最基本的功用和陕北油田应用最广泛的水基泥浆及主要处理剂材料。关键词:钻井液 水基泥浆 钻井液新技术 “三防”性能一、陕北钻井液的发展史1

2、、自然泥浆阶段 陕北石油钻井是从八十年代初开始的，当时仅有西北有色、地矿系统、煤田系统以及勘探部、县钻采公司等几十部小井队，主要在子长、延长和宝塔区一带钻井，由于井浅且地层稳定（不坍塌不缩径），几乎不加泥浆材料，二开全用清水钻进，任岩屑自然造浆，泥 浆稠了就排掉，好在那时人们环保观念淡薄，没有人罚款。这一自 然泥浆一直延用到九十年代初。2、分散泥浆阶段九二年末，志丹县的永宁乡、安塞县的郝家坪乡和靖边县青阳岔镇开始钻井，由于这些油区地层较复杂，井队在频遭卡钻事故之后，才意识到泥浆的重要性，才开始使用膨润 土、纯 碱、烧 碱、腐钾、铁铬盐、聚丙烯酰胺、纤维素等简单泥浆材料。这一阶段泥浆技术普遍偏低

3、，泥浆配方大多来自教科书，膨润土、纯碱、纤维素用量特大，导致岩屑分散在泥浆中而不 在地 面沉淀，泥浆比重、切力、粘度都很高，钻进效率很低，800米的直井一个月能钻完都是高效益。3、不分散低固相泥浆阶段自九八年开始，陕北井队陆续使用不分散低固相泥浆，尽管技术尚不太成熟，但钻进效率都大大提高，有一半的井队一个月能完成2口井。4、钾基无固相 钻井液、钾 铵基阳离子聚合物 钻 井液体系阶段到2001年，陕北已有井队陆佰多部，全国各大油田，各大地质勘探系统都有井队云集陕北，个体井队也快速发展起来，钻井生产催生了钻井液技术突飞猛进的发展。与陕北地层相适应的广谱护壁剂、润滑絮凝剂、高粘防塌剂、高粘堵漏剂、膨

4、胀堵漏王等高科技产品以及无固相钻井液、钾基无固相钻井液、钾铵基阳离子聚合物钻井液体系开始在井队使用。从而使陕北钻井液技术一跃进入国内领先水平，使钻井效率增高到极至，现在每月进尺3000米 已是很平常的事。但是，陕北 各井队 钻井液技术发展 不 平衡，有的井队钻井液技术还处在九十年代水平上，有些新组建的井队技术甚至还很低，钻速慢，卡钻事故多。相信这些井队只要谦虚向优秀井队学习，很快就会迎头赶上的。二、陕北地层特征1、自西向东油井越来越浅，例如，同样是长6完井，吴旗白豹乡井深是2400米，而延长县井深只有400米。2、自西向东地层由复杂到简单。从地层稳定与否分为三类地层。 a、坍塌缩径地层，如定边

5、、吴旗、志丹、甘泉、安塞、靖边。 b、缩径而不坍塌地层，如子长、横山。 c、不缩径不坍塌的稳定地层，如延长、延川、宜川、宝塔区。3、坍塌主要发生在直罗组和富县组，皆为水敏性剥落地层。缩径主要发生在直 罗组下部、油层上下盘，皆为水敏性膨胀地层。4、渗漏是陕北各县地层普遍存在的问题。三、陕北地层与外地地层的异同共同处：1、都是沉积岩、主要岩石都是砂岩和泥岩；2、都存在坍塌、缩径、渗漏、岩屑造浆问题。不同处：1、陕北地层是负压地层，钻井液比重可以小到接近于清水，而不会发生井涌井喷。2、陕北地层没有盐层（米脂县除外），不必用盐水泥浆。3、陕北地层（除黄土层外）没有溶洞和特大裂隙。4、陕北地层岩屑造浆比

6、较严重。5、陕北地层坍塌、缩径不太严重，坍塌段只有40-120米，缩径段也只有30-60米。钻井液比重1.1，粘度24秒，失水量8ml/30min，足以维持井壁稳定。6、陕北井浅，井深在400-2200米。四、常用钻井液材料的分类膨润土类：钙基膨润土（103/t）、钠基膨 润土（153/t）、超级钠土（253/t）无机盐类：纯碱、烧碱、硅酸钾、氯化钾、氯化钙、氢氧化钾。加重剂：重晶石粉、工业盐。水泥添加剂：水泥速凝剂、水玻璃、水泥缓凝剂。杀菌剂：甲醛、高锰酸钾。油脂类：丝扣油、铅锌粉。润滑剂：皂化油、十二 烷 基 苯 磺酸钠、多功能润滑剂、塑料小珠。堵漏剂：801堵漏剂、混合堵漏剂、核桃皮、高

7、粘堵漏剂、膨胀堵漏王、生石灰、锯末。絮凝剂：润滑絮凝剂、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾。包被剂：强力包被剂、80a-51、fa367。降粘剂：腐植酸钾、磺化褐煤树脂、铁铬盐、栲胶。增粘剂：高粘防塌剂、黄原胶、羟乙基纤维素。降失水剂：钠羟甲基纤维素、有 机硅腐植酸钾、水解聚丙烯腈铵盐、pac141系列、磺 化 褐 煤 树 脂、羟甲基玉米淀粉、广谱护壁剂型、磺化沥青粉。复合型：广谱护壁剂型、广谱护壁剂型、高粘堵漏剂、润滑絮凝剂、高粘防塌剂、膨胀堵漏王。五、钻井液的其它方面（1） 、钻井液的主要作用地下钻井作业的严酷环境促进了对钻井液的研究和开发，要求能够在钻井过程中完成以下多项关键任务：悬浮、压力控制、岩

8、层稳定性、浮力、润滑和冷却。 悬浮沿钻杆向下或从钻孔中向上流动的钻井液有时会停止运动。出现这种情况只能有两种原因：一是出现了故障，二是在更换钻头时将钻杆提出了钻孔。钻探停止时，悬浮在钻井液中的钻屑就会沉入钻孔的底部，将钻孔堵塞。钻井液被设计为具有一种非常有趣的特性，而该特性可以解决这一问题。钻井液的稠度（或粘度）随钻井液流速降低而增加。钻井液停止流动后，就会形成一种粘稠的凝胶体，这种凝胶体可使岩石钻屑悬浮在其中，从而防止它们沉入钻孔底部。而当钻井液又开始流动后，它就会越变越稀薄，恢复到其以前稀薄的液体形态。 压力控制许多人都看到过石油从钻井台中喷入高空，石油工人为之而欢呼雀跃的情景。实际上，这

9、类井喷罕有发生，也并不值得庆祝，因为钻探的目标是以控制流量的方式来开采石油。泥浆被设计为可以抵消岩层中流体的自然压力，从而防止发生此类事故。压力间必须达到适当的平衡，即钻井液对钻孔壁的压力应足以抵消岩层和石油或天然气施加的压力，但这种压力又不能太大，否则会对油井造成破坏。如果钻井液的重量太大，可能会使岩石破裂，钻井液也会因此而流失入地下。液体的压力随其浓度的变化而变化。在钻井液中添加增重剂可以提高其浓度，进而增大它对钻孔壁的压力。可调整液体的浓度以满足油井中的环境要求。 裸露岩层的稳定性钻井过程分为两个阶段：第一阶段是钻穿不含石油的岩层，目标是尽快钻穿不含油岩层，到达含油岩层，即储集层。此时的

10、重点是要保持钻孔中裸露岩层的稳定，同时还要避免钻井液流失。而如果保持钻井液压力高于岩层孔隙流体压力，钻井液就会出现向岩层的透水岩石中渗入的自然趋势。在钻井液中加入特殊的添加剂，就能防止发生这种情况。钻井液可能会以其它方式与周围的岩石相互作用。例如，如果岩石含盐量很高，水就会溶解其中的盐分，从而使钻孔壁变得不稳定。在这种情况下，使用油基钻井液效果会更好。粘土含量高的岩层也容易被水冲刷掉。对这类岩层需使用抑止性的钻井液，以保持井眼稳定并防止井眼扩大或被冲蚀。随着钻探不断深入，井眼被用钢套管保护起来，钢套管用水泥加固，这样既保持了井眼的稳定性，又为到达储集层后开采的石油提供了通往地表的通道。到达储集

11、层后，必须改变钻井液的成分，以避免阻塞岩石孔隙。保持岩石孔隙不被阻塞可使石油更顺畅地流入钻孔，然后上流至地表。 浮力一座油井可能深达数千英尺或数千米。而一根如此长的钢钻杆将重达数吨。如果将钻杆浸入钻井液，就会产生浮力作用，降低钻杆重量，并会减小对钻探机械装置的压力。 润滑和冷却金属钻入岩石时，会因摩擦生热。钻井液可润滑和冷却钻头，使钻探平稳进行，同时延长钻头的寿命。对延伸区域或水平油井而言，润滑可能尤为重要，因为在这些地方，钻杆、钻头和岩石表面间的摩擦必须保持在最低水平。（2） 、优质钻井液的标准卓越的护壁性能，确保井壁稳定，起下钻 畅 通，测 井 一次 性成功，一句话，确保井内安全。良好的防

12、漏堵漏性能，减少用水量和待水时间，以及因待水造成的井内情况复杂化。发生渗漏能在1小时内解决，发 生大 的漏失能 在12小时内解决，且堵住后没有后遗症。有利于携带岩屑和悬浮岩屑，避免埋钻事故发生。能很好地抑制岩屑水化分散，使岩屑在地面全沉淀下来，从而保证了钻井液性能的稳定。避免岩屑造浆引起钻井液性能及井内情况恶化。有利于提高钻进速度，缩短钻井工期，多钻井，提高井队在市场上的竞争力。有利于延长钻头的使用寿命，少起钻，多进尺。良好的润滑性和流动性，减少钻杆柱的磨耗以及钻机、泥浆泵、柴油机的负荷，延长设备和钻铤、钻杆的寿命。钻井液品种少，配制方法简便，材料来源方便，成本低。浆材费用最高不超过3万元，最

13、低可降到1仟元以下。钻井液性能符合油矿要求，且有利于保护油层，提高采油率对施工地区周边环境不产生污染或很少污染。（3）、钻井液配方钻井液看似简单实则高深，确定一口井钻井液配方需要大量学问和经验。需要考虑到地层特征、钻井设备、钻铤钻杆、井队整体技术素质、水源、井深、直井或斜井、什么位置开始定向、成本、地面循环系统等等方方面面的问题。根据地层稳定与否，首先确定钻井液类型。在稳定地层如川口、南泥湾、青化砭、七里村、甘谷驿，可用无固相钻井液，加几袋絮凝剂将岩屑从井内排出井口并在地 面全沉 淀下来 就行了；在缩径但不坍塌地层如子长、横山，也可用无固相钻井液，加 絮凝剂和硅酸钾或纯加广谱护壁剂一种就行了；

14、在坍塌缩径地层如志丹、吴旗、安塞,最好用钾铵基不分散低固相钻井液。钻井液类型确定后，就要详细设计其配方，制定维护和管理方案了。下面重点说说复杂地层钻井液配方的确定。以志丹县吴堡地层为例：1、坚持“一低二高二适当”原则，即低失水、高矿化 度、高 滤 液 粘度、适当的比重和粘度。2、设备特别是泥浆泵性能良好，钻井液性能可适当放宽一些，反之，就得保守一些。3、钻铤、钻杆质量不太好，有折断或脱扣危险，应提高钻井液防塌和排粉能力。4、井队整体技术水平不高时，不要设想快速钻进，钻井液性能要维持在一个很小的范围之内，防患于未然。5、水源紧张，要适当提高钻井液粘度，减少渗漏量。6、井深情况。长2完钻，失水量可

15、放大一些，以提高钻速，快速完钻；长6完钻，井深比长2完钻多300多米，工期要长几天，失水量就要控制在6-8ml/30min7、直井或斜井。直井要取芯，工期较长，钻井液防塌能力要更强；斜井，岩屑不易上返，钻井液要有较大的粘度和切力。8、开始定向位置。开始定向位置在直罗组以上，直罗组中部或直罗组以下，钻井液配方都应该是不一样的。9、循环槽长，泥浆量大，无机或有机絮凝剂可少加一些，反之，就得多加一些。10、浆材成本控制在3万以内。依据以往经验和大量理论 知 识，结 合 以 上 10条，选择确定一种适合本井队本口井的钻井液配方。（4）、循环槽、泥浆池的设计 循环槽、泥浆池很重要，有人说到井队看一看循环

16、槽和泥浆池，就知道该井队钻井液水平高低了，事实确定如此。循环槽长度应不低于20米，宽和深不低于0.4米。泥浆池设计成一大一小两个，大的容积803，小的容积203。水龙头或排污泵放在小池里，泥浆先到大池再到小池，循环槽还可以直接到小池。 用2个泥浆池有利于岩屑充分沉淀，维持泥浆性能，不致于比重、粘度上升太快。特殊情况下，如需要快速增加泥浆比重、粘度、切力可采用小循环，即不通过大池直接到小池，这样便于处理泥浆。（5）、无固相钻井液与固相钻井液的互转无固相钻井液转为固相钻井液的办法：1、在原浆中加高锰酸钾使其中的絮凝剂解絮或将原浆全储存起来，换上清水。 2、改用小循环，减少浆液总量。3、加膨润土、纯

17、碱、高粘防塌剂。例如，若计划将比重提到1.10，漏斗粘度提高35秒，13水中 就得加100公斤膨润土，5公斤纯碱，5公斤高粘防塌剂4、计算出井外浆液总量及膨润土、纯碱、高粘防塌剂用量。5、采用漏斗冲枪边循环边加料。12小时后改用大循环。固相钻井液转变为无固相钻井液的方法：1、加降粘剂将钻井液粘度降下来。2、加清水将钻井液比重降低。3、加絮凝剂将钻井液固相沉淀。（6）、钻铤脱扣后钻井液的处理陕北每天都有钻 铤脱扣事故发生，有的很顺利打捞上来，有的不 得不动反丝钻杆，后者少则损失几万元，多则损失几十万元。因此，一旦发生钻铤脱扣事故，万不可急着停泵起钻，而应先处理钻井液。具体办法是：1、继续循环泥浆

18、。2、轻轻下放方钻杆，让钻铤公母扣对住，尽可能让泥浆流过钻头。3、加增粘剂和防塌剂，使井内岩屑全返出井外，使易坍塌的直罗组和富县组稳定不发生掉块。4、泥浆处理完后再循环2个小时就能起钻，注意，起钻过程中一定要灌浆。（7） 、用水泥固土层管的办法 常用水泥固土层管的办法有4种，采用哪种办法要依据井队实际情况决定。 1、先注水泥浆后下土层管。一开钻至设计层位，先送103清水洗井，再送23水泥浆，然后起钻下土层管。该办法固井效果最好。只是在下管前2天要用水泥浆将土层管下口封死。2、从井口直接注入水泥浆。土层管最后一根不下，将拌好的水泥浆从井口直接倒入井内，然后再把最后一根土层管放下去。3、土层管下完

19、后，把方钻杆与土层 管口连 接好，用泥浆泵送103清水 23水泥浆替浆水，最后蹩压。4、 把钻杆下到距井底0.5m，连接好方钻杆和钻杆，然后用泥浆泵送水泥浆和替浆水，接着起钻，最后将土层管提起一根再慢慢放下去。（8）、钻井液稳定措施与抑制岩屑分散、保护井壁稳定措施的联系无固相钻井液不含固相，岩屑是全沉淀的，钻井液性能相对稳定，而井壁本身又很稳定，三者很容易统一。而对于不稳定地层不得不使用低固相钻井液的时候，欲做到抑制岩屑分散与钻井液稳定、井壁稳定的三者统一是非常艰难的，当有机处理剂具有良好的稳定钻井液能力时，因其具有较强的分散作用会降低钻井液抑制岩屑分散和稳定井壁的能力；而当具有较强的抑制钻屑

20、分散和稳定井壁能力时，往往又具有较强的絮凝能力，对钻井液的稳定有一定的破坏作用。用广谱护壁剂型、高粘防塌剂和硅酸钾可以解决这些难题。在维持井壁不坍塌掉块的前提下，实现岩屑在地面全沉淀下来，维持钻井液始终处于低固相状态。在进入易塌 地层（直罗组或富县组）前20米，计算出井内井外浆液总量，按广谱护壁剂型（0.5%)、高粘防塌剂（0.5%)、硅酸钾（1%）、预水化膨胀土（4%），依次将其加到钻井液中，随后就加广谱护壁剂（1%）一种材料到完钻。该钻井液体系在陕北已应用上千口井，特别适合吴旗、志丹、安塞等复杂地层，对防塌、沉淀岩屑、避免钻井液性能恶化非常有效。（9）、提高钻井液技术水平从而快速提高钻井效

21、益1、虚心求教于泥浆公司。泥浆公司有精通泥浆的专家，他们对陕北各油矿地层情况都很熟悉，对钻井液类型与配方的选择、对钻井液的维护与管理、对特殊情况下的紧急处理都已经程序化，利用他们的专业技术是条捷径，能取到事半功倍、点石成金之奇效。2、向同矿区钻井效益高的井队学习，学习他们用什么材料、怎样配制、钻井液性能维持在什么状态。3、深刻总结以往经验和教训，改进配方，选用科技含量的产品，加强维护和管理。4、严把浆材进货质量关，井队应有天平、烧杯等简单仪器，每次进货都要鉴测，不要图便宜而不顾产品质量。5、每班测试钻井液性能，并结合井内情况进行分析，随时进行调整。6、开钻前要有详细的钻井液设计书。7、完钻后对

22、钻井液做全面深刻的总结。（10）、井队钻井液性能难以达到油矿要求的原因油矿要求井队钻井液比重、粘度、失水量、ph值在一定范围之内，是为了减少钻井液对油层的损害，最大限度地提高采油率。而井队钻井液性能却总是达不到油矿要求，为什么？1、井队钻井液技术水平低，钻井液类型与配方和地层不相适宜，造成井壁不稳定、岩屑不沉淀、钻井液性能恶 化，比重、粘度、失水量、ph值过高。2、对地层不熟悉，简单地层复杂化或复杂问题简单化，二者均会出现钻井液性能超标。3、浆材质量不合格或根本就是假货，不能满足护壁要求，发生井壁坍塌，岩屑不上返后，不得不加膨润土和降失水以及增粘剂，而这必然引起钻井液性能超标。 4、井队片面考

23、虑钻井液成本问题，比重和粘度大了，也 不 愿 加 料处理5、有些地层确是复杂，坍塌缩径太严重，只有用高比重、高粘度钻井液才能维持井壁稳定。6、钻井中途因设备、钻杆、供水等原因长时间停钻，而又未能及时灌注封闭浆，造成井壁长段垮塌，这种情况下，也只有用高比重、高 粘度钻井液。6、 陕北钻井液新技术发展的预测钻井液技术每一次发展都对提高钻效、采 油 率 和 环保产生深远的影响未来数年，由于广谱护壁剂、正电胶、甲酸钾、硅酸钾等高科技产品在陕北广泛使用，将推动钻井液技术突飞猛进的发展。表现在：1钻井液强化井壁技术 这是国内外广泛关注的一个重要课题，主要攻关目标将集中在化学固壁研究、井壁失稳的岩石力学和泥浆化学因素的耦合研究、盐岩层蠕变规律研究以及仿油基钻井液研究等方面。其最终目的是能够通过钻井液优化设计，有效地解决在各种复杂泥页岩地层和大段盐膏层钻进时经常遇到的井塌问题。通过准确地确定地层的孔隙压力和坍塌压力削面，以及有关水化力、膨胀力、岩石地应力的实验数据和计算，决定采用的钻井液密度和钻井液体系及配方。2复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井液技术 对于深井