复杂地层钻井液选用浅谈

杨维琳　彭振斌

【摘 要】复杂地层钻探一直以来都是钻探施工的难点问题，如何选用合适的钻井液来保证钻探的顺利进行是复杂地层钻进的关键问题之一。本文以舒兰5#井，敦化3#井及松原ZK0833的钻井液选用情况及使用效果为例介绍了复杂地层钻井液的选用原则，为复杂地层的钻井液选用提出了建议。

【关键词】复杂地层；钻井液；选用

【Abstract】The complex stratum drilling is a difficult problem in the drilling construction for a long time， chosing suitable drilling fluid to ensure the smooth progress of drilling is one of the key problems in complex formation drilling. This paper uses the Shulan 5# bore，the Dunhua 3#bore and the Songyuan ZK0833# introducing the selection of the drilling fluid and the effect for a borehole and the rules of the selection of the drilling fluid in complex stratum to give some suggestions about the selection of the drilling fluid in complex stratum.

【Key words】Complex stratum； The drilling fluid； Selection

0 前言

我国地域辽阔，复杂地层的种类较多、分散范围较广。主要包括了：岩膏地层，裂隙岩溶地层，砂卵石层，淤泥质土层，松软和水敏性地层，流砂、砂砾、松散破碎地层，高压油、气、水地层等。

复杂地层是指钻进时产生不同程度的钻孔坍塌、掉块、漏失、涌水或井喷、孔壁膨胀以及缩小等孔内复杂情况的地层[1]。复杂地层的钻进是钻探施工中不可避免的问题，亦是难题。而复杂地层钻进时钻井液的选择恰当与否是保证钻进顺利的一个重要因素。钻井液被誉为钻探的“血液”，由此可知钻井液在钻探施工中的重要地位。

1 复杂地层钻井液的选择

1.1 复杂地层钻井液的选择原则

由于复杂地层种类繁多，故钻井液选择时也不能一概而论。

对于岩膏地层，钻井时钻井液主要具有以下两个作用：一是，抑制岩盐的溶解、过饱和重结晶；二是，延缓岩盐层的蠕变[2]。因此，选择具有较强抗盐钙性、抑制性及防止坍塌性的钻井液是较为合适的。

钻探过程中如遇裂隙岩溶地层，可能遇到井壁漏水，涌水，掉块，坍塌等复杂情况，造成钻进困难。但若在钻进过程中选择具有造壁、堵漏效果好的钻井液，则可使钻进更易进行。

就松软和水敏性地层而言，其典型地层包括松散粘土层、各种泥岩、软页岩，有裂隙的硬页岩，粘土胶结及水溶矿物胶结的地层，在钻进过程中易出现膨胀缩径，泥浆增稠，钻头泥包，孔壁表面剥落，崩解垮塌超径等钻井事故[3]。故在钻进此类地层时钻井液需具有较好的降滤失性能和一定的剪切稀释性能及抑制水敏和防塌作用。

对于流砂、砂砾、松散破碎地层，其孔隙多、裂隙发育、地层破碎，故在选择钻井液时第一要素便是需要钻井液有良好的造壁性，才使得在钻井过程中不至于漏浆甚至无浆上返。在钻遇流砂层时，由于钻井液的冲刷易导致流砂坍塌从而造成钻进困难，故更应选择具有一定密度，粘度较大和防塌性能的钻井液。

在钻进淤泥质土层时，必须保证地层孔内泥浆的压力与孔深处的地应力相平衡，且循环中的泥浆能快速形成致密的泥皮[4]，故钻井液的选择关键即是钻井液须有合理的密度，利用泥浆的压力来平衡地层压力，同时要求钻井液具有一定的粘度和抑制防塌性能和较好的降滤失性能。

虽复杂地层类型各异，性状不同，以上列举的复杂地层在选择钻井液时均有其侧重方向，但在选择钻井液时亦有其通用原则，即是：因“地层”制宜、攻之以矛，守之以盾。针对地层特点下手，着眼于其易造成钻进困难的点，逐一攻破，即可达到顺利钻进。

1.2 几种复杂地层钻井液选择的实例分析

1.2.1 舒兰5#井

该井位于舒兰市平安镇镜内，属伊舒断陷沉积盆地。地层岩性主要以砂岩、砂砾岩、泥岩、页岩、煤层等组成。砂岩以中粗砂岩为主，无胶结、松散，砂砾岩层段占整个井层段50%以上，砾石直径大小不一，极易坍塌、泥岩、页岩以泥质成分为主，水敏性特强、扩孔，缩径现象非常普遍。

钻进该孔即要防止砂砾岩坍塌现象，又要防止泥页岩缩径，扩孔现象。根据经验分析，如钻井液对砂岩起效，对泥岩所起的作用可能就小。钻遇两种岩性矛盾，而必须依靠一种钻井液护壁，是该钻孔钻进的难题。

针对舒兰5#井中复杂地层的钻进问题，须选用一种性能稳定，既能在泥岩抑制地层的水化膨胀，又能在砂岩中起到良好的胶结护壁作用。故采用以天然植物胶-2，KP共聚物，聚乙烯醇为主，配合CMC、PHP、KCl等材料，配制出无固相钻井液。实践表明，运用该钻井液使得钻进顺利进行，成功完成钻探任务。

1.2.2 敦化3#井

该井位于敦化盆地，地层岩性变化大，上部是较硬质玄武岩，下部以砂岩为主，局部夹有泥岩、页岩、即有硬层、软层，且涌水、漏失现象严重，是一个极其复杂地层。

针对改孔软硬相间的岩层，及涌、漏水现象。需采取具有胶结性防塌和强抑制性护壁的钻井液同时配合比重压涌方式，加强防涌和防漏的预防。因此，采用低固相钻井液配置。即清水+膨润土+天然植物胶-1+KP共聚物+聚乙烯醇+硅酸钠+CMC+KCl+多功能随钻堵漏剂。历时43天，成功进尺1000.66米，圆满完成了钻探任务。

1.2.3 松原ZK0833

该井位于松原市朝阳乡境内，属松辽沉积盆地。岩性大体如下：0-32m，冲积层，32—116m，砂岩层，胶结不好、松散，116-875.50m，泥岩、页岩层，巨厚泥岩层段，水敏性强，极易坍塌、扩径、缩径现象时常发生。

该孔地层岩性变化较小，钻进时主要需对砂岩、泥岩、页岩的坍塌、缩径的问题加以预防。阻止或减轻地层水化膨胀造成井壁坍塌、缩径事故的发生。针对该孔的特殊情况，采用低固相钻井液配置。即清水+膨润土+天然植物胶SD-1+PHP。此配方中，所选的天然植物胶又有一定的护壁作用，PHP有一定的堵漏作用。真正对钻孔做到了对症下药，药到病除。该孔历时28天，成功进尺875.50米。

2 对复杂地层钻井液选择的认识

钻井液在普通地层的钻进过程中主要起以下作用：冷却钻头、润滑钻具、清洗孔底、携带岩粉等[5]。但在复杂地层的钻进过程中还要求钻井液具有一些特殊的性能。如钻进破碎地层时要求钻井液须有护壁作用。然而在实际钻探过程中，钻遇地层通常并非一种而是多种，所以一种类型的钻井液并不能满足整个钻进过程的需要，有时需更换钻井液体系。但更换钻井液体系时不能突变，需有一个过渡的过程，如不能将酸性泥浆直接变换成碱性泥浆，若如此则会造成本已稳定的孔壁变得不稳定或是其他钻进安全隐患。

同时在钻进过程中也要保证钻井液的性能稳定。要保证钻井液的性能稳定，固相控制是关键，尤其是对低密度固相控制。在同等条件下，低密度固相含量越低，钻井液的内摩擦力就越小，更有利减少能量消耗，同时也可以提高钻井液的高温稳定性、抗污染能力等，所以控制低密度固相含量可以保证钻井液性能稳定。

3 结论及建议

（1）钻探施工之前对可能遇到的地层进行预测，并选择、设计合理的钻井液，做好地层预测应对方案，是钻探施工前一项重要的准备工作。

（2）在复杂长裸地层（时间或空间），采用套管护壁或其他护壁方式较泥浆护壁更为妥当[6]。

（3）钻井泥浆要保持性能的稳定性。禁止泥浆体系的突变或性能质量的变化，易导致孔壁失稳，即使更换泥浆体系也需要过渡性的更替。

（4）泥浆的固控技术尤为重要，可按钻孔实际情况选用泥浆固控设备。

（5）泥浆材料选择不拘泥于现有品种，扩大泥浆的品种类型，对复杂地层的钻进有裨益。

（6）钻探过程是一个很复杂的过程，除对钻进液的选择合理之外，还应注重于钻探设备的合理选择及钻探工艺的密切配合，环环相扣，才能使钻探有条不紊的进行。

【参考文献】

[1]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，S1：161-166.

[2]李茂成.岩膏层蠕变及钻井液配套技术研究[J].中国科技信息，2011，21：51+59.

[3]张晓静.水敏/松散地层钻井液的护壁机理分析与应用研究[D].中国地质大学，2007.

[4]许晓琳，张晓静，乌效鸣，倪宾.平衡淤泥质地层的泥浆比重设计及配方调整[Z].2012：3.

[5]王建军.植物胶泡沫钻井液在裂隙岩溶地层中的应用研究[D].中南大学，2012.

[6]胡郁乐，张晓西，张惠，吴翔. SinoProbe-05深部探测项目钻探技术问题总结与对策研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2014，09：32-37.

[责任编辑：杨玉洁]