[科普中國]-坍塌卡鉆

地層坍塌原因

造成井壁失穩(wěn)有地質(zhì)方面的原因、物理化學(xué)方面的原因和工藝方面的原因,就某一地區(qū)或某一口井來說,可能是其中的某一項(xiàng)原因?yàn)橹?但對(duì)大多數(shù)井來說是綜合原因造成的。

地質(zhì)方面的原因(1)原始地應(yīng)力的存在:我們知道,地殼是在不斷運(yùn)動(dòng)之中,于是在不同的部位形成不同的構(gòu)造應(yīng)力(擠壓、拉伸、剪切),當(dāng)這些構(gòu)造應(yīng)力超過巖石本身的強(qiáng)度時(shí),便產(chǎn)生斷裂而釋放能量。但當(dāng)這些構(gòu)造應(yīng)力的聚集尚未達(dá)到足以使巖石破裂的強(qiáng)度時(shí),它是以潛能的方式儲(chǔ)存在巖石之中,待機(jī)而發(fā),當(dāng)遇到適當(dāng)?shù)臈l件時(shí),就會(huì)表現(xiàn)出來。因此,地層中任何一點(diǎn)的巖石都受到來自各個(gè)方向的應(yīng)力作用,為簡便起見,把它分解為三軸應(yīng)力,如圖1-9所示, 即垂直應(yīng)力(上覆巖層壓力)σv和兩個(gè)水平應(yīng)力σH(最大水平應(yīng)力)和σh(最小水平應(yīng)力),通常這兩個(gè)水平應(yīng)力是不相等的。當(dāng)井眼被鉆穿以后,鉆井液液柱壓力代替了被鉆掉的巖石所提供的原始應(yīng)力,井眼周圍的應(yīng)力將被重新分配,被分解為周向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和軸向應(yīng)力,在斜井中,還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加的剪切應(yīng)力,當(dāng)某一方向的應(yīng)力超過巖石的強(qiáng)度極限時(shí),就會(huì)引起地層破裂,何況有些地層本來就是破碎性地層或節(jié)理發(fā)育地層。雖然井筒中有鉆井液液柱壓力,但不足以平衡地層的側(cè)向壓力,所以,地層總是向井眼內(nèi)剝落或坍塌。

(2)地層的構(gòu)造狀態(tài):處于水平位置的地層其穩(wěn)定性較好,但由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng),發(fā)生局部的或區(qū)域的斷裂、褶皺、滑動(dòng)和崩塌,上升或下降,使得本來水平的沉積巖變得錯(cuò)綜復(fù)雜起來,大多數(shù)地層都保持一定的傾角,隨著傾角的增大,地層的穩(wěn)定性變差,60°左右的傾角,地層的穩(wěn)定性最差。

(3)巖石本身的性質(zhì):沉積巖中最常見的是砂巖、礫巖、泥頁巖、石灰?guī)r等,還有火成侵入巖如凝灰?guī)r、玄武巖等,由于沉積環(huán)境、礦物組分、埋藏時(shí)間、膠結(jié)程度、壓實(shí)程度不同而各具特性,以下的這些巖石是容易坍塌的:①未膠結(jié)或膠桔不好的砂巖、礫巖、砂礫巖；②破碎的凝灰?guī)r、玄武巖,因巖漿侵入地層后，在冷卻的過程中,溫度下降,體積收縮,形成大量的裂紋,這些裂紋有些被方解石充填,大部分未被充填,其性質(zhì)和未膠結(jié)的礫石差不多;③節(jié)理發(fā)達(dá)的泥頁巖。泥頁巖在沉積過程中,橫向的連續(xù)性很好,但成巖之后,由于構(gòu)造應(yīng)力的拉伸、剪切作用,會(huì)形成許多縱向裂紋,失去了它的完整性;④斷層形成的破碎帶。斷層附近不論是什么地層,都容易形成破碎;⑤不成巖的地層,如煤層、流沙、粘土、淤泥等;⑥泥頁巖的組分。泥頁巖中一般含有20～30%粘土礦物,若粘土的主要成分是蒙脫石則易吸水膨脹;若粘土的主要成分是高嶺石、伊利石,則膨脹性小,但容易脆裂;而伊利石—蒙脫石混層,離子間強(qiáng)鍵減少,一部分比另一部分水化能力強(qiáng),導(dǎo)致非均勻膨脹,進(jìn)一步減弱了泥頁巖的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,實(shí)踐證明,伊利石—蒙脫石混層是難以對(duì)付的地層。⑦有鹽膏層、膏鹽層、膏泥巖、軟泥巖等特殊巖層，當(dāng)用淡水鉆井液或不飽和鹽水鉆井液鉆進(jìn)時(shí)，鹽層溶解，井徑擴(kuò)大，一些硬泥巖、粉砂巖等夾層失去支撐而垮塌?；蛘咩@遇石膏、膏泥巖時(shí)鉆井液液柱壓力不能平衡地層坍塌壓力，或者鉆井液中抗鹽抗鈣處理劑加量不足，使石膏吸水膨脹、分散，也會(huì)造成井下垮塌、掉塊。以鹽為胎體或膠結(jié)物的泥頁巖、粉砂巖或硬石膏團(tuán)塊，遇礦化度低的水會(huì)溶解，鹽溶的結(jié)果導(dǎo)致泥頁巖、粉砂巖、硬石膏團(tuán)塊失去支撐而坍塌。

(4)泥頁巖孔隙壓力異常:泥頁巖是有孔隙的,在成巖過程中,由于溫度、壓力的影響,使粘土表面的強(qiáng)結(jié)合水脫離成為自由水,如果處于封閉的環(huán)境內(nèi),多余的水排不出去,就在孔隙內(nèi)形成高壓。一些生油巖生成的油氣運(yùn)移不出去,也會(huì)在孔隙和裂縫中形成高壓。鉆井時(shí),如果鉆井液液柱壓力小于地層孔隙壓力,孔隙壓力就要釋放。如果孔隙或裂縫足夠大且有一定的連通性,這些流體就會(huì)涌入井內(nèi),如江漢油田、勝利油田發(fā)現(xiàn)的泥頁巖油氣藏就是這樣形成的。如果泥頁巖孔隙很小,滲透率很低,當(dāng)壓差超過泥頁巖強(qiáng)度時(shí),也會(huì)把泥頁巖推向井內(nèi)。若泥頁巖孔隙里是高壓氣體,泥頁巖就會(huì)被崩散,落入井內(nèi)。

(5)高壓油氣層的影響:泥頁巖一般是砂巖油氣層的蓋層,或者與砂巖交互沉積而成為砂巖的夾層,如果這些砂巖油氣層是高壓的,在井眼鉆穿之后,在壓差的作用下,地層的能量就沿著阻力最小的砂巖與泥頁巖的層面而釋放出來,使交界面處的泥頁巖坍塌入井。1

物理化學(xué)方面的原因石油天然氣鉆井是在沉積巖中進(jìn)行,而沉積巖的百分之七十以上是泥頁巖,泥頁巖都是親水物質(zhì),一般都含有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石等粘土礦物,此外,還含有石英、長石、方解石、石灰石等,不同的泥頁巖其水化程度及吸水后的表現(xiàn)有很大的不同。據(jù)此把泥頁巖分為易塌泥頁巖、膨脹泥頁巖、膠態(tài)泥頁巖、塑性泥頁巖、剝落泥頁巖、脆碎泥頁巖等,經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn),泥頁巖中的粘土含量、粘土成分、含水量及水分中的含鹽量對(duì)泥頁巖的吸水及吸水后的表現(xiàn)有密切關(guān)系,泥頁巖粘土含量越高、含鹽量越高、含水量越少則越易吸水水化。蒙脫石含量高的泥頁巖易吸水膨脹,綠泥石含量高的泥頁巖易吸水裂解、剝落。值得注意的是井眼鉆開之后不僅引起原始地應(yīng)力的重新分配,而且由于鉆井液濾液的浸入,粘土內(nèi)部又發(fā)生新的變化,產(chǎn)生新的應(yīng)力,如孔隙壓力、膨脹壓力等,削弱了粘土的結(jié)構(gòu)。有人做過實(shí)驗(yàn),某種頁巖的原始剪切強(qiáng)度為12.375MPa,用自來水浸泡0.5小時(shí),剪切強(qiáng)度下降為0.012Mpa,用鉆井液浸泡3小時(shí),剪切強(qiáng)度下降為0.066Mpa,泥頁巖吸水后,強(qiáng)度將直線下降,這是造成坍塌的主要原因。泥頁巖與水的作用機(jī)理主要是:

(1) 水化膨脹:

①表面水化:粘土表面帶有負(fù)電荷,可吸收水分子。首先水以單分子層吸附在粘土表面上,降低了粘土體系的表面能,并把單層分開使其間距增大,當(dāng)四層水進(jìn)入蒙脫石的晶層間時(shí),其體積可增加一倍,這樣就減少了顆粒間的引力,使粘土的抗剪強(qiáng)度下降,含水量越多,粒子間的引力越小。同時(shí)水分子上所粘結(jié)的氫原子與粘土硅層表面的氧原子化合為水分子,更增強(qiáng)了粘土的表面水化作用。粘土的水化能力和粘土顆粒的表面積成正比,不同礦物的表面積差別很大,如純蒙脫石為810m/g,干凈的石英砂巖為0.01m/g,表面積越大,水化程度越高。這樣,就使泥頁巖膨脹系數(shù)增大,而抗壓強(qiáng)度降低。

②離子水化:粘土中的陽離子可與鉆井液中的陽離子進(jìn)行交換,這種可交換的陽離子表面形成水化膜而引起離子水化。離子交換能力與可交換陽離子(Al、Fe與Si交換,Mg、Fe與Al交換)的含量與其所處位置以及可發(fā)生交換的補(bǔ)償離子的類型有關(guān)。伊利石中含有的補(bǔ)償陽離子為蒙脫石的3～6倍,且靠得比較近,與晶格中心的負(fù)電荷有較大的吸引力,使之難以發(fā)生交換。而交換能力大的鈉蒙脫石才能同時(shí)發(fā)生表面水化和離子水化。

③滲透水化:主要是由于泥頁巖中的電解質(zhì)的濃度高于鉆井液中的電解質(zhì)濃度,水分子由電解質(zhì)濃度較低的鉆井液滲入電解質(zhì)濃度較高的泥頁巖中。同理,如果鉆井液中的電解質(zhì)濃度高于泥頁巖中的電解質(zhì)濃度,則泥頁巖中的水向鉆井液滲透,從而使泥頁巖脫水。通常鉆井使用的是淡水鉆井液或低礦化度鉆井液,水分總是由鉆井液向地層滲透,當(dāng)兩者離子濃度相差很大時(shí),滲透水化可以形成很高的滲透壓,并且滲透水化是在泥頁巖內(nèi)部進(jìn)行,它對(duì)井壁穩(wěn)定有很大的破壞作用。

(2) 毛細(xì)管作用:

泥頁巖中有許多層面和紋理,在構(gòu)造力的作用下又形成了許多微細(xì)裂紋,這些連接薄弱的地方容易吸水,是良好的毛細(xì)管通道。毛細(xì)管壓力與孔隙半徑成反比、與表面張力成正比。蒙脫石、高嶺石、水云母的毛細(xì)管力分別是0.29MPa、0.33MPa和0.42MPa。從毛細(xì)管作用來看,原來并不怎么水化膨脹的泥頁巖,也可因毛細(xì)管水的大量浸入發(fā)生物理崩解,尤其顆粒很細(xì)的多孔體更容易因此而崩塌。有的泥頁巖很少含微晶高嶺石,與水作用后膨脹程度較小,膨脹壓力也不是很大,然而井塌還是比較嚴(yán)重,這是因?yàn)槊?xì)管水進(jìn)入泥頁巖像潤滑劑那樣削弱巖石顆粒之間和泥頁巖層面之間的聯(lián)結(jié)力,在側(cè)壓力作用下,巖石向井內(nèi)運(yùn)移,這種坍塌往往塌塊較大,如柴達(dá)木盆地大風(fēng)山二號(hào)井在四千米以下的最大塌塊重331g,邊長為115×105×30mm,勝利油田郝科一井在四千米以下的最大塌塊重970g,邊長為130×110×25mm,這是被鉆井液帶出井口經(jīng)過長途運(yùn)移多次碰撞破碎后的塌塊,而初始塌塊要比這大得多。

(3)流體靜壓力

如果鉆井液的液柱壓力高于泥頁巖的孔隙壓力,鉆井液濾液會(huì)在正壓差的作用下進(jìn)入地層,增大地層的孔隙壓力,而且引起地層層面水化,強(qiáng)度降低,裂縫裂解加劇。濾液進(jìn)入越深,裂縫的裂解越嚴(yán)重,泥頁巖的剝落、坍塌越厲害。但流體靜壓力又是井壁圍壓的一種平衡力,也是一種反膨脹力。所以流體靜壓力對(duì)井壁穩(wěn)定來說,既有正面效應(yīng),也有負(fù)面效應(yīng),我們應(yīng)當(dāng)盡量發(fā)揮它的正面效應(yīng),克服它的負(fù)面效應(yīng)。比較理想的辦法是降低鉆井液的濾失量,提高濾液的粘度,濾液的粘度越大,越有利于封堵微細(xì)裂縫,阻止或減緩毛細(xì)管作用和滲透作用的進(jìn)行。

綜上所述,我們知道,只要使用水基鉆井液,只要有水的存在,就有泥頁巖的水化膨脹坍塌問題。泥頁巖的水化膨脹壓力是時(shí)間的函數(shù), 泥頁巖吸水后要經(jīng)過一段時(shí)間,膨脹壓力才會(huì)顯著上升。當(dāng)膨脹壓力達(dá)到一定程度后就形成一次坍塌,坍塌之后,又有新的泥頁巖表面暴露出來,和鉆井液中的水接觸,又重復(fù)前一過程,又形成第二次、第三次坍塌,如此反復(fù)不已。所以加快鉆井速度,爭取在泥頁巖大規(guī)模坍塌之前把井完成是最經(jīng)濟(jì)最有效的辦法。

工藝方面的原因地層的性質(zhì)及地應(yīng)力的存在是客觀事實(shí),不可改變。所以人們只能從工藝方面采取措施防止地層坍塌,如果對(duì)坍塌層的性質(zhì)認(rèn)識(shí)不清,工藝方面采取的措施不當(dāng),也會(huì)導(dǎo)致坍塌的發(fā)生。

(1)鉆井液液柱壓力不能平衡地層壓力:基于壓力平衡的理論,首先必須采取適當(dāng)?shù)你@井液密度,形成適當(dāng)?shù)囊褐鶋毫?這是對(duì)付薄弱地層、破碎地層及應(yīng)力相對(duì)集中地層的有效措施。但增加鉆井液密度也有兩重性，一方面鉆井液密度高了有利于增加對(duì)井壁的支撐力，另一方面它又會(huì)導(dǎo)致鉆井液濾液進(jìn)入地層,增大地層的孔隙壓力,增大粘土的水化面積和水化作用,從而降低使其穩(wěn)定的正壓力,在這種情況下,斷層或裂縫將釋放剪切力而發(fā)生橫向位移,使井眼形狀發(fā)生變化,也可使已碎裂的地層滑移入井。另外,鉆井液密度的確定,也受其它因素的影響,①鉆井液液柱壓力不能超過產(chǎn)層的孔隙壓力,設(shè)計(jì)鉆井液密度的主要目的是保護(hù)油氣層,這樣做的結(jié)果,往往在遇到一些嚴(yán)重坍塌層時(shí)而無法通過,人們只苛求鉆井液工程師從除密度以外的其它鉆井液性能上找出路,殊不知,從化學(xué)方面抑制地層坍塌是有限度的,由力學(xué)因素造成的坍塌,只有用力學(xué)去抗衡,如勝利油田利津地區(qū)沙三段灰色泥巖,鉆井液密度小于1.36g/cm,樁西地區(qū)石炭二疊系含煤泥頁巖,鉆井液密度小于1.45g/cm,就發(fā)生惡性坍塌;②鉆井液液柱壓力不能超過地層破裂壓力,提高鉆井液密度,有利于穩(wěn)定井壁,但遇到孔隙壓力或破裂壓力低的地層,就容易發(fā)生拉伸破壞,導(dǎo)致井眼漏失;③受機(jī)械鉆速的制約,鉆井液密度越低，機(jī)械鉆速越快,這是公認(rèn)的事實(shí),所以現(xiàn)在有些地方提倡負(fù)壓鉆進(jìn),如果地層比較穩(wěn)定,這樣做,無疑會(huì)帶來很大利益;如果地層不穩(wěn)定,這樣做,將會(huì)招來井塌的惡果。

(2)鉆井液體系和流變性能和地層特性不相適應(yīng):鉆井液的排量大、返速高、呈紊流狀態(tài)容易沖蝕井壁巖石,引起坍塌,特別是在某一井段長期循環(huán),很容易形成大井徑。但是,如果鉆井液徘量小、返速低、呈層流狀態(tài),某些松軟地層又極易縮徑。而且在已經(jīng)發(fā)生坍塌的情況下,又需要增大排量和返速,否則不足以將塌快帶出。高粘高切低失水鉆井液有助于防塌,也有利于攜帶巖屑,但不利于提高鉆速。所以應(yīng)對(duì)現(xiàn)場發(fā)生的情況,進(jìn)行具體分析,找出矛盾的主要方面,才能采取相應(yīng)的對(duì)策。

(3)井斜與方位的影響:在同一地層條件下,直井比斜井穩(wěn)定,而斜井的穩(wěn)定性又和方位角有關(guān)系,位于最小水平主應(yīng)力方向的井眼穩(wěn)定,位于最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力中分線的井眼較穩(wěn)定,而位于最大水平主應(yīng)力方向的井眼最不穩(wěn)定。

(4)鉆具組合的影響:為了保持井眼垂直或穩(wěn)斜鉆進(jìn),下部鉆具往往采用剛性組合,但如鉆鋌直徑太大、扶正器過多,下部鉆具與井眼之間的間隙太小,起下鉆時(shí)很容易產(chǎn)生壓力激動(dòng),導(dǎo)致井壁不穩(wěn)。

(5)鉆井液液面下降:如①起鉆時(shí)不灌鉆井液或少灌鉆井液,或者雖然名義上灌了鉆井液,卻未將鉆井液灌入井中;②下鉆具或下套管時(shí)下部裝有回壓閥,但未及時(shí)向管內(nèi)灌鉆井液,以致回壓閥擠毀,環(huán)空鉆井液迅速倒流;③在注低密度解卡劑時(shí),管內(nèi)外形成很大壓差,若地面管線或閥門發(fā)生故障,也會(huì)使環(huán)空液體迅速倒流;④井漏;所有這些情況,都會(huì)使環(huán)空液柱壓力下降,使某些地層失去支撐力而發(fā)生坍塌。

(6)壓力激動(dòng):如開泵過猛,下鉆速度過快,易形成壓力激動(dòng),使瞬間的井內(nèi)壓力大于地層破裂壓力,而壓裂地層。起鉆速度過快,易產(chǎn)生抽吸壓力,抽吸力和鉆井液粘度、切力、下部鉆具結(jié)構(gòu)和起鉆速度有直接關(guān)系,一般情況下相當(dāng)于減少鉆井液密度0.10-0.13g/cm。但是在鉆頭泥包或扶正器泥包的情況下,抽吸力是相當(dāng)大的,使井內(nèi)壓力低于地層坍塌應(yīng)力,促使地層過早地發(fā)生坍塌。在起下鉆過程中通過井眼破壞區(qū)域時(shí),由于鉆具的擾動(dòng),也可以造成井塌。

(7)井噴引起井塌:井噴后,一方面由于油氣的混入,鉆井液液柱壓力降低,一方面由于高速油氣流的沖刷,破壞了井壁濾餅,也破壞了井眼周圍結(jié)構(gòu)薄弱的巖層,所以井噴時(shí)總是夾帶著大量的砂石噴出地面。當(dāng)沖落的砂石達(dá)到一定數(shù)量,油氣流無力將其舉升到地面時(shí),就堵塞了環(huán)空,有些井自動(dòng)停噴,就是這個(gè)道理。

（8）氣體鉆井對(duì)井壁的支撐力最低，從井壁力學(xué)方面促使井壁不穩(wěn)定，尤其是有水層、水敏性地層同時(shí)存在時(shí)易發(fā)生井眼不穩(wěn)。

在鉆井過程中,輕微的井塌是經(jīng)常出現(xiàn)的,從返出井口的巖屑中可看出,20～40%的巖屑不是新鉆巖屑而是坍塌碎屑。從電測井徑的數(shù)據(jù)也可以看出,井徑擴(kuò)大的現(xiàn)象是普遍存在的,而擴(kuò)大的井段主要是泥頁巖井段。不過,這種輕微的坍塌不會(huì)給鉆井施工造成困難。但是若遇到裂縫發(fā)育而吸水性又強(qiáng)的泥頁巖,在短期內(nèi)就會(huì)形成大規(guī)模的坍塌,裸露一層,剝蝕一層,連續(xù)不斷,以致使鉆井作業(yè)無法進(jìn)行,甚至埋死鉆具,造成坍塌卡鉆,這就是非常嚴(yán)重的問題了。1

坍塌卡鉆表征1.在鉆進(jìn)過程中發(fā)生坍塌:如果是輕微的坍塌,則使鉆井液性能不穩(wěn)定,密度、粘度、切力、含砂量要升高,返出鉆屑增多,可以發(fā)現(xiàn)許多棱角分明的片狀巖屑。如果坍塌層是正鉆地層,則鉆進(jìn)困難,泵壓上升,扭矩增大,鉆頭提起后,泵壓下降至正常值,但鉆頭放不到井底。如果坍塌層在正鉆層以上,則泵壓升高,鉆頭提離井底后,泵壓不降,且上提遇阻下放也遇阻,甚至井口返出流量減少或不返。

2.起鉆時(shí)發(fā)生井塌:正常情況下,起鉆時(shí)不會(huì)發(fā)生井塌。但在發(fā)生井漏后,或在起鉆過程中未灌鉆井液或少灌鉆井液,則隨時(shí)有發(fā)生井塌的危險(xiǎn)。井塌發(fā)生后,上起遇阻,下放也遇阻,而且阻力越來越大,但阻力不穩(wěn)定,忽大忽小。鉆具也可以轉(zhuǎn)動(dòng),但扭矩增加。開泵時(shí)泵壓上升,懸重下降,井口流量減少甚至不返,停泵時(shí)有回壓,起鉆時(shí)鉆桿內(nèi)反噴鉆井液。

3.下鉆前發(fā)生井塌:井塌發(fā)生后,由于鉆井液的懸浮作用,塌落的碎屑沒有集中,下鉆時(shí)可能不遇阻,但井口不返鉆井液,或者鉆桿內(nèi)要反噴鉆井液。如果塌落的碎屑集中,則下鉆遇阻,當(dāng)鉆頭未進(jìn)入塌層以前,開泵泵壓正常,當(dāng)鉆頭進(jìn)入塌層以后,則泵壓升高,懸重下降,井口返出流量減少或不返,但當(dāng)鉆頭一提離塌層,則一切恢復(fù)正常。向下劃眼時(shí),雖然阻力不大,扭矩也不大,但泵壓忽大忽小,有時(shí)會(huì)突然升高,懸重也隨之下降,井口返出的流量也呈現(xiàn)忽大忽小的狀態(tài),有時(shí)甚至斷流。從返出的巖屑中可以發(fā)現(xiàn)新塌落的帶棱角的巖塊和經(jīng)長期研磨而失去棱角的巖屑。

4.劃眼情況不同:如果是縮徑造成的遇阻(巖層蠕動(dòng)除外),經(jīng)一次劃眼即恢復(fù)正常,如果是坍塌造成的遇阻,劃眼時(shí)經(jīng)常憋泵、別鉆,鉆頭提起后放不到原來的位置,越劃越淺,比正常鉆進(jìn)要困難得多。搞得不好,還會(huì)劃出一個(gè)新井眼,丟失了老井眼,使井下情況更加復(fù)雜化了。

處理方法1.下鉆過程,如發(fā)現(xiàn)井口不返鉆井液,或者鉆桿內(nèi)反噴鉆井液,這是井塌的象征,應(yīng)立即停止下鉆。開泵循環(huán)通井或劃眼,待井下情況正常后,再恢復(fù)下鉆工作。

通井、劃眼,如果在較硬地層中進(jìn)行,一般不會(huì)發(fā)生意外,如在軟地層中進(jìn)行,就很容易劃出新井眼而失去老井眼,如渤南油田××井,設(shè)計(jì)井深3340m,由于多次井塌,多次劃出新井眼,在一口井上進(jìn)尺一萬多米,還沒有鉆完這口井。由于這方面的教訓(xùn)太多了,所以有人給井塌后的劃眼工作定了一條硬措施叫“一通、二沖、三劃眼,”但是往往是通也通不動(dòng)、沖也沖不下,不劃眼又怎辦呢?只好活動(dòng)活動(dòng)轉(zhuǎn)盤,一活動(dòng)轉(zhuǎn)盤問題就出來了。出了新井眼又不承認(rèn)是新井眼,鉆又不敢鉆,劃也劃不動(dòng),大量時(shí)間就消耗在似劃非劃、似鉆非鉆的狀態(tài)之中。

在軟地層中不能用鉆頭去劃眼,無論是何種鉆具組合,只要用鉆頭,準(zhǔn)能劃出新井眼。如果是地層較硬,非用鉆頭不行的話,那也不必?fù)?dān)心劃出新井眼,因?yàn)橛驳貙邮莿澆怀鲂戮鄣摹?/p>

為了避免鉆出新井眼而又能快速劃眼下放消除障礙,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種劃眼工具,如圖1-13所示,它是由接頭、刀片、導(dǎo)引桿、和馬蹄形端部組成。劃眼時(shí),導(dǎo)引桿始終處于老眼中,它沒有切削作用,不會(huì)鉆出新井眼。馬蹄形端部可以防止突然憋泵。刀片可以破碎已垮塌的地層,把大塊鉆成小塊,通過循環(huán)的鉆井液帶出地面。使用這種工具,不受“一通、二沖、三劃眼，”的限制,可以按正常操作程序進(jìn)行,不可能劃出新井眼,而且大大加快了劃眼進(jìn)度。這種工具在現(xiàn)場可以由井隊(duì)自己制作,即用廢公錐焊大鉗牙即可使用,其直徑可以小于鉆頭直徑,因?yàn)樘蔚木畯蕉即笥阢@頭直徑,不必使用足尺寸的劃眼工具。

2.起鉆過程,如發(fā)現(xiàn)井口液面不降,或鉆桿內(nèi)反噴鉆井液,這是井塌的象征,應(yīng)立即停止起鉆。開泵循環(huán)鉆井液,待泵壓正常,井下暢通無阻,管柱內(nèi)外壓力平衡后,再恢復(fù)起鉆工作。

3.無論任何時(shí)候,如發(fā)現(xiàn)有井塌現(xiàn)象,開泵時(shí)均須用小排量頂通,然后,逐漸漸增加排量,中間不可停泵。如果小排量頂不通,泵壓上升，井口不返鉆井液，證明地層漏失，不可繼續(xù)擠入鉆井液。一般的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是漏失量不可超過5m。如果恢復(fù)循環(huán)無望,而鉆具尚能活動(dòng),應(yīng)當(dāng)機(jī)立斷,立即起鉆。液面如不在井口,應(yīng)灌滿鉆井液。雖然此時(shí)起鉆有不少阻力,鉆桿內(nèi)依然反噴鉆井液,也絲毫不能等待,只要在設(shè)備和鉆具的安全負(fù)荷以內(nèi),就應(yīng)盡最大的可能上起。已經(jīng)到了破斧沉舟,背水一戰(zhàn)的時(shí)候了,沒有第二條路可走。中途決不可試著去開泵,只要連續(xù)上起,在大多數(shù)情況下是可以把鉆具起完的。萬一起不完,能多起一柱是一柱,也減少了套銑倒扣的工作量。

4.如果已經(jīng)發(fā)生井塌,循環(huán)鉆井液時(shí)巖屑又帶不出來,可采取如下辦法:

(1) 使用高屈服值和高屈服值/塑性粘度比值的鉆井液洗井,使環(huán)空保持平板層流狀態(tài)。

(2)使用高濃度攜砂液洗井,攜砂劑的主要成分是經(jīng)過處理加工的溫石棉再加一些添加劑制成,能提

5.坍塌卡鉆的處理

坍塌卡鉆以后,可能有兩種情況,一種是可以小排量循環(huán),一種是根本建立不起循環(huán)。如果能小排量循環(huán)的話,萬萬不能失去這一線希望,但是必須控制進(jìn)口流量與出口流量的基本平衡。在循環(huán)穩(wěn)定之后,逐漸提高鉆井液的粘度和切力,以提高它的攜砂能力,然后逐漸提高排量,爭取把坍塌的巖塊帶到地面。這一步走好之后,即使發(fā)生了粘吸卡鉆,也好處理了。但是有時(shí)會(huì)有這種情況，小排量可以循環(huán)，一增加排量就發(fā)生漏失，返出量不增加，停泵后，鉆井液外吐不止，這時(shí)就應(yīng)下決心倒扣了，不能再等待了。

如果是石灰?guī)r、白云巖坍塌形成的卡鉆,同時(shí)坍塌井段不太長的話,可以考慮泵入抑制性鹽酸來解卡。

如果失去循環(huán),只有一條路可走,就是套銑倒扣。我們應(yīng)該為少倒扣和容易倒扣創(chuàng)造條件。往往有這種情況,在發(fā)生嚴(yán)重井塌之后,不能循環(huán)但能轉(zhuǎn)動(dòng),上下也有一定的活動(dòng)距離,但活動(dòng)距離越來越小,轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩越來越大,說明砂子越擠越死,最終非卡死不可。此時(shí)就不應(yīng)以轉(zhuǎn)動(dòng)求解脫,要嚴(yán)格控制扭矩,為容易倒扣留一條后路。此時(shí)應(yīng)該分析塌卡的是鉆具上部還是下部，如果塌卡的是鉆具下部，最好把鉆具提卡,立即倒扣,如果倒得好,可以把鉆鋌以上的全部鉆具倒出。要知道,坍塌發(fā)生后的初期階段掩埋的鉆具不多,且砂子比較疏松,但隨著時(shí)間的延長,砂子越集越多,越集越實(shí),卡點(diǎn)會(huì)迅速上移,而且上部鉆具粘卡的危險(xiǎn)性越來越大,因此,只要確定是鉆具下部塌卡，就應(yīng)及早倒扣。倒扣的時(shí)間越早,可能倒出的鉆具越多,給下一步留下的困難就越少。

但是坍塌卡鉆的部位往往是上部松軟地層,下部鉆具并未埋死,可是鉆具失去活動(dòng)以后,就有粘卡的可能,形成上部塌卡下部粘卡的復(fù)式卡鉆,如圖所示,此時(shí)就不要盲目倒扣，因?yàn)槟愕钩龅你@具不可能很多，如果鉆頭水眼被堵,可能形成一套到底的局面，而且在下部粘卡井段,你要套銑的不是塌塊,而是地層, 井越深，地層越硬，套銑越困難，最后不得不被迫放棄。此時(shí)就應(yīng)該為下一部容易處理創(chuàng)造條件，首先下炸彈把鉆頭炸掉或把鉆鋌炸裂，為以后恢復(fù)循環(huán)創(chuàng)造條件，當(dāng)上部井眼套通之后，只要能恢復(fù)循環(huán)，就可以按粘吸卡鉆處理了，如果不事先進(jìn)行爆炸，在套銑倒扣過程中，鉆頭水眼肯定會(huì)被堵死，以后要想循環(huán)，那是不可能的。也有人提出不爆炸而進(jìn)行射孔是否可以？實(shí)踐證明，鉆鋌上是射不開孔的，即是能射開，射孔的孔眼也很容易被堵死，沒有一點(diǎn)實(shí)用價(jià)值。也有人設(shè)計(jì)了通開水眼的工具和辦法，但那只能是局部通開，一般100m左右，而且工序繁瑣，非常不經(jīng)濟(jì)，不如爆炸來得一勞永逸。

下一步就只能是套銑倒扣了,在松軟地層宜采用長筒套銑,或者采用帶公錐或打撈矛的左旋螺紋長筒套銑,使套銑與倒扣一次完成,以加快進(jìn)度。較硬地層,宜減少套銑筒長度,盡量減少套銑過程中的失誤。套銑至扶正器時(shí),宜下震擊器震擊解卡,因?yàn)榇罅渴聦?shí)證明,扶正器以下很少有砂子堆集,沒有必要去做磨銑扶正器的工作。如果要套銑扶正器,也不能全面套銑,應(yīng)套銑扶正條根部,因?yàn)榉稣魃系挠操|(zhì)合金,鑲裝在扶正條的表面,其根部并無硬質(zhì)合金,是比較容易套銑的.這就是“避實(shí)擊虛”、“避硬吃軟”的方法。剝離的扶正條仍在井內(nèi)，待鉆鋌倒出后，再磨銑打撈。1

預(yù)防采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?．設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu):

(1)表層套管應(yīng)封掉上部的松軟地層,因?yàn)檫@些地層最容易坍塌,對(duì)鉆井液液柱壓力的反應(yīng)最靈敏。經(jīng)常發(fā)現(xiàn)電測儀器在表層套管鞋附近下不去,就是因?yàn)楸韺犹坠芟碌锰?地層不穩(wěn)定造成的。

(2)明顯的漏層如古潛山風(fēng)化殼、石灰?guī)r裂縫溶洞,其上部應(yīng)用套管封隔。因?yàn)殂@遇這些地層,往往是鉆井液有進(jìn)無出,必然會(huì)引起上部地層的大段坍塌。所以地質(zhì)錄井工作必須做細(xì),一般鉆入風(fēng)化殼不許超過三米。

(3)在同一裸眼井段內(nèi)不能讓噴、漏層并存。因?yàn)樵谶@種情況下,防噴則漏,防漏則噴,無論噴、漏,都會(huì)引起地層坍塌。

2.要盡量減少套管鞋以下的口袋長度,一般要求以1-2m為宜。因?yàn)檩^長的口袋是下部巖屑的儲(chǔ)藏所,同時(shí)也容易引起水泥塊掉落。

3.調(diào)整泥性能使其適應(yīng)鉆進(jìn)地層:

(1) 對(duì)于未膠結(jié)的礫石層、砂層,應(yīng)使鉆井液有適當(dāng)?shù)拿芏群洼^高的粘度和切力。

(2) 對(duì)于應(yīng)力不穩(wěn)定的裂縫發(fā)育的泥頁巖、煤層、泥煤混層,應(yīng)使鉆井液有較高的密度和適當(dāng)?shù)恼扯群颓辛?并盡量減少濾失量。這樣,一方面減少或防止地層的坍塌,一方面也可以把坍塌的巖塊攜帶到地面,防止巖屑沉淀堆集成砂橋。要知道,在鉆遇應(yīng)力不穩(wěn)定地層之前不把鉆井液密度提上去,以防止井壁失穩(wěn),一旦坍塌發(fā)生之后,再去抑制失穩(wěn)的地層所需的鉆井液密度要高得多。

(3) 要控制鉆井液的pH值在8.5～9.5之間,可以減弱高堿性對(duì)泥頁巖的強(qiáng)水化作用。

(4)必要時(shí),可以采取混油的辦法,如混入原油、柴油或白油。因?yàn)槟囗搸r都是親水的,而非親油的,混入油類后會(huì)降低粘土的吸附力,因而可以抑制膨脹。據(jù)實(shí)驗(yàn),純甘油濃度為10%、20%、30%的溶液可以分別把泥頁巖的膨脹率降低36%、52%、57%,這是因?yàn)楦视腿芤旱母哒扯群头请x子型,不能和粘土產(chǎn)生離子交換作用。

(5) 適當(dāng)?shù)奶岣咩@井液的礦化度,使之與泥頁巖中水的礦化度相當(dāng)或稍高,減少滲透壓,降低井壁處泥頁巖的含水量和孔隙壓力,使泥頁巖強(qiáng)度增加。

(6) 促進(jìn)有利于泥頁巖穩(wěn)定的離子交換作用,Na是引起粘土水化的主要根源,如果在鉆井液中引進(jìn)K、Ba、Ca、Fe、Al、Si等離子,與泥頁巖中的Na進(jìn)行交換,就可以有效地降低泥頁巖的膨脹壓,并能與泥頁巖組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),來增強(qiáng)泥頁巖的膠結(jié)力。

4.保持鉆井液液柱壓力:

(1) 起鉆時(shí)要連續(xù)的或定時(shí)的向井內(nèi)灌入鉆井液,保持井口液面不降或下降不超過5m。

(2) 停工時(shí),因?yàn)橛袧B透性漏失,測井時(shí),電纜也占有一定的體積,因此都必須定時(shí)的向井內(nèi)補(bǔ)充鉆井液。

(3)鉆柱或套管柱下部裝有回壓閥時(shí),要定期地向管柱內(nèi)灌入鉆井液,每次必須灌滿,防止回壓閥擠毀,而使鉆井液倒流,把井壁抽垮。

(4)如管內(nèi)外壓力不平衡,停泵后立管有回壓,不能放回水,也不能卸方鉆桿接單根。因?yàn)?這樣會(huì)使環(huán)空液體倒流,環(huán)空液柱壓力下降。

5.減少壓力激動(dòng)

(1)控制起鉆速度,特別是在鉆頭或扶正器泥包的情況下,上起鉆柱時(shí),井口液面不降或外溢,這是很危險(xiǎn)的情況,應(yīng)停止起鉆,循環(huán)鉆井液,采取措施,消除泥包。如果消除不了,應(yīng)邊循環(huán)邊起鉆,起過小井徑井段后,再正常起鉆。

(2)下鉆后及接單根后開泵不宜過猛,應(yīng)先小排量開通,待泵壓正常后再逐漸增加排量,中間不可停泵。如果小排量頂不通,泵壓上升,井口不返鉆井液,證明是地層漏失,不可繼續(xù)擠入,一般的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是漏失量不可超過5m。

6.要有意識(shí)地保護(hù)薄弱地層:對(duì)于結(jié)構(gòu)薄弱或有裂縫的地層,鉆進(jìn)時(shí)要限制循環(huán)壓力,以免壓漏地層。起下鉆通過該層時(shí)要嚴(yán)格控制速度,減少對(duì)地層的外力干擾。

7.不可長期停止循環(huán):如因故停鉆,鉆井液在井內(nèi)靜止的時(shí)間不可過長。如渤海灣地區(qū)的明化鎮(zhèn)、館陶組地層,鉆井液在裸眼內(nèi)靜止超過三天,十有八九會(huì)發(fā)生井塌。其它地區(qū)因沉積環(huán)境、地層巖性不同,可以在實(shí)際工作中摸索這方面的經(jīng)驗(yàn)。

8.負(fù)壓鉆進(jìn)時(shí)，液柱壓力不能小于裸眼井段某些地層的坍塌壓力，否則，應(yīng)將這些地層用套管封隔掉。

使用具有防塌性能的鉆井液1.油基鉆井液

油基鉆井液是以油為分散介質(zhì)以氧化瀝青為分散相而配成的特種鉆井液。一般以柴油為分散介質(zhì),要求柴油閃點(diǎn)在90℃以上,燃點(diǎn)在100℃以上,苯胺點(diǎn)在68.1℃左右。分散相用氧化瀝青,要求軟化點(diǎn)達(dá)120～160℃。常用的乳化劑是硬脂酸鈉皂,此皂分子一端是極性官能團(tuán),另一端是非極性碳?xì)滏?瀝青質(zhì)是極性固體,柴油是非極性液體,硬脂酸鈉皂加入后,皂分子的極性團(tuán)與瀝青質(zhì)相吸,非極性碳?xì)滏溑c柴油相接,形成親油性膠團(tuán),并在周圍形成油膜,具有穩(wěn)定作用,同時(shí)膠團(tuán)間靠分子引力彼此吸引連接,因此具有觸變性。常用的乳化劑還有環(huán)烷酸皂、妥爾油皂等。熱穩(wěn)定劑常用石灰石粉,它在油基鉆井液中形成部分鈣皂,可提高固相的分散度,增加油基鉆井液的熱穩(wěn)定性,還可以吸收油基鉆井液中的水分,減少其含水量,還可以調(diào)節(jié)pH值,對(duì)穩(wěn)定有利。

由于油基鉆井液不含水(或含少量的水),不會(huì)使泥頁巖水化膨脹,也不受鹽、鈣等的污染,所以鉆出的井眼比較規(guī)則。但是由于油基鉆井液配制復(fù)雜、維護(hù)處理麻煩、成本高、對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染、洗井能力不如水基鉆井液、也不利于安全作業(yè),所以不能大量推廣使用。

2.油包水乳化鉆井液

油包水乳化鉆井液是以水珠(水相占40～60%)為分散相或內(nèi)相,以各種油類為連續(xù)相或外相,并添加乳化劑、親水膠體以及其它處理劑所形成的穩(wěn)定的乳化液(常以符號(hào)W/O表示)

油相:一般占體積的40～60%,選用密度較高、粘度較低、閃點(diǎn)在90℃以上、燃點(diǎn)在100℃以上、苯胺點(diǎn)在70℃以上的柴油或煤油,其它如松節(jié)油、棉子油、鯨油、白油等也可用作油相使用。為了降低成本,應(yīng)盡量增加水相體積,減少油相體積,隨著乳化劑及乳化技術(shù)的發(fā)展,油相可減少至10～20%。

水相:水相是分散相,其體積可占40～60%,可為淡水、鹽水或海水,一般皆用氯化鈣或混合鹽溶解在水相中,保持一定的礦化度,可以起到穩(wěn)定乳化物、降低水相表面張力、防止泥頁巖水化膨脹、防止化學(xué)污染和提高乳狀液密度的綜合效果

乳化劑:在油中高度分散的水珠靠乳化劑來穩(wěn)定,乳化劑可降低油水界面張力,增加外相粘度,在水珠周圍形成堅(jiān)固的保護(hù)膜,起到穩(wěn)定乳化物的作用。將油溶性乳化劑和水溶性乳化劑配合使用可以獲得很強(qiáng)的乳化效果。所以,乳化劑分為兩種:

第一種是主乳化劑,若配制油包水(W/O)乳狀液則用油包水型乳化劑,若配制水包油(O/W)乳狀液則用水包油型乳化劑,其關(guān)鍵作用是形成膜的骨架。

第二種是輔助乳化劑,或叫穩(wěn)定劑,使第一乳化劑更為穩(wěn)定,使外相增加粘度。

常用的乳化劑有脂肪酸皂類(鈉皂、鈣皂)、紙漿浮油皂(也叫妥爾油皂)、松香皂、酰胺類、石油磺酸鹽等。一般的說,一價(jià)金屬皂常形成O/W型乳狀液,二價(jià)金屬皂則能形成W/O型乳狀液。

油中可分散膠體:其作用是提高乳狀液的粘度、切力和懸浮性能,并降低乳化物的濾失量,使油包水乳狀液的性能和水基鉆井液一樣可準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)整。親油膠體有氧化瀝青、有機(jī)膨潤土、親油褐煤、皂類等。

油包水鉆井液在井壁與鉆井液之間形成一層半透膜,當(dāng)鉆井液中的礦化度大于地層水的礦化度時(shí),地層中的水向鉆井液滲透,它不僅避免了鉆井液中的水對(duì)泥頁巖的浸潤,還可以利用反滲透壓力和泥頁巖的吸附壓力相抗衡,使水很少進(jìn)入井壁。

3.硅酸鹽鉆井液

硅酸鹽鉆井液是穩(wěn)定泥頁巖的優(yōu)良水基鉆井液。現(xiàn)場用的硅酸鹽鉆井液基本上是在低固相聚合物鉆井液中溶入可溶性硅酸鹽組成。其基液可以用淡水,也可以用海水或鹽水,然而用海水時(shí)需要用純堿或燒堿除去使硅酸鹽發(fā)生沉淀作用的鈣鹽和鎂鹽。

水溶性硅酸鹽浸入泥頁巖后,與泥頁巖孔隙流體中的多價(jià)離子(Ca、Mg)迅速發(fā)生化學(xué)作用而形成不溶性沉淀物,與中性或酸性孔隙流體可以形成膠狀物,這種沉淀物和膠狀物可以封堵泥頁巖的裂縫和裂紋,阻止鉆井液濾液的侵入和壓力滲透,因而能穩(wěn)定裂縫性地層。另外,硅酸鹽具有阻止粘土分散的能力,它可以減少鉆井液的稀釋率,可以保持井眼的穩(wěn)定性。

硅酸鹽屏障物的另一個(gè)特征是它能形成高效滲透膜,當(dāng)鉆井液中的礦化度大于泥頁巖中水的礦化度時(shí),可使泥頁巖脫水,改善泥頁巖的穩(wěn)定性。在這種情況下,鉆井液的礦化度將會(huì)降低,這可通過加入鹽類來補(bǔ)充。

硅酸鹽鉆井液與傳統(tǒng)的水基鉆井液沒有根本差別,各種水基鉆井液配方通過引入合適的水溶性硅酸鹽并對(duì)配方進(jìn)行微小改變就能改變成硅酸鹽鉆井液。

各種污染對(duì)硅酸鹽鉆井液的流變性影響很小,也可以用合適的預(yù)處理措施來控制。當(dāng)有大量的多價(jià)離子存在時(shí),要特別注意控制失水,因酸性污染或自由的多價(jià)離子的污染將導(dǎo)致可溶性硅酸鹽的沉淀,而失去井壁穩(wěn)定作用。因此要監(jiān)測和維護(hù)硅酸鹽的濃度不使其下降到穩(wěn)定泥頁巖的臨界濃度(1000ppmSiO2)之下,SiO2和礦化度是控制泥頁巖穩(wěn)定的主要因素。

硅酸鹽鉆井液與現(xiàn)在使用的大多數(shù)陰離子或非離子聚合物是相容的,但與酸性稀釋劑(如SAPP、木質(zhì)素磺酸鹽)及陽離子聚合物不相容。

可溶性硅酸鹽是用低成本材料(硅酸鈉、硅酸鉀、砂子)制備的,它在鉆井液中的濃度限制在5～15%(重量/體積比)以內(nèi)。

4.鉀基鉆井液

在蒙脫石、伊利石等三層型粘土礦物中,每一個(gè)晶胞都是由一個(gè)鋁氧八面體片被兩個(gè)硅氧四面體夾在中間形成,裸露在晶胞表面的是硅氧四面體的氧原子層,這層氧原子每六個(gè)氧原子形成一個(gè)正六角環(huán),環(huán)的空穴尺寸為2.8×10cm,而K+的直徑是2.66×10cm,正好可以裝入六角環(huán)中,如圖1-12所示,又因?yàn)镵比其它可交換陽離子有更強(qiáng)的吸附能力,故K極易把粘土表面的其它陽離子(Na、Ca)置換出來而吸附在粘土表面,這樣,就使粘土變成了鉀粘土。鉀粘土具有較低的負(fù)電位,降低了吸附其它陽離子和水化的能力。但也有另一種看法,認(rèn)為K不一定嵌入氧六角環(huán)中,而是K具有較小的水化離子半徑和較低的水化能,而使粘土層片進(jìn)一步拉攏,增強(qiáng)了層間的聯(lián)結(jié)力,使粘土不易膨脹分解,同時(shí)它使粘土層面形成封閉結(jié)構(gòu),防止粘土表面水化。X-射線衍射所得層間距的數(shù)據(jù)支持了后一種觀點(diǎn)。

現(xiàn)在常用的鉀基鉆井液有以下幾種:

(1)氯化鉀-聚合物鉆井液:氯化鉀加量為2～10%,為確保防塌效果,應(yīng)不低于6%。常用的聚合物有高分子量(3×10)水解聚丙烯酰胺(水解度20～40%)、XC-多糖聚合物、改性淀粉等,這種鉆井液抗溫能力150℃左右,鉆井液的流變性和濾失量不好控制。

(2)鉀褐煤鉆井液:以鉀褐煤為主要處理劑,它能吸附在泥頁巖表面,起密封隔水作用,削弱泥頁巖的表面水化,同時(shí)能降低濾失量,減少進(jìn)入泥頁巖裂縫的水分。這種鉆井液抗溫能力在200℃以上,比聚合物鉆井液有更高的防塌效果和更廣的適用范圍。

(3)四鉀鉆井液:即由腐植酸鉀、氫氧化鉀、丹寧酸鉀和聚丙烯酸鉀四種處理劑組成的鉆井液,這種處理劑只存在單一的鉀,減少了能促使粘土水化分散的鈉。另外聚合物有機(jī)鏈對(duì)粘土和巖屑起包被作用,減少其分散,達(dá)到防塌的目的。

(4)硝基腐植酸鉀鉆井液:在鉆井液中加入一種防塌劑Kz1,它具有下列成分:硝基腐植酸鉀55%、特種煤焦樹脂15%、三烴甲基粉20%、磺化石臘10%，它既有K的防塌作用,又有堵孔物質(zhì),并能抗高溫,適于深井使用。

但是我們也注意到氯化鉀的不足之處在于不能阻止鉆井液濾液進(jìn)入泥頁巖,因?yàn)槁然浫芤旱恼扯群艿?接近水的粘度,不能堵塞孔隙喉道,也不改變泥頁巖的滲透性,所以鉀基鉆井液很不適合于鉆弱水敏性的泥頁巖地層。這些泥頁巖在成巖過程中,蒙脫石轉(zhuǎn)化成伊利石,即使沒有鉀的存在,它的膨脹壓也是很低的,但它們長期暴露在氯化鉀鉆井液濾液中,會(huì)因鉆井液壓力的滲透而失去穩(wěn)定。所以鉀基鉆井液不是對(duì)任何泥頁巖地層都會(huì)有效,而是有選擇性的。

5.低失水高礦化度鉆井液

根據(jù)泥頁巖水化膨脹的特性,我們認(rèn)為具有低失水高礦化度的鉆井液可以減少泥頁巖的水化膨脹壓力,高粘度的濾液可以增大水在泥頁巖中的流動(dòng)阻力,以減少進(jìn)入泥頁巖中的水量。要有適當(dāng)?shù)恼扯?因?yàn)檎扯冗^高會(huì)使泵壓升高排量減小,粘度過低會(huì)使鉆井液液流沖刷井壁。pH值應(yīng)保持在8～9.5之間,因?yàn)楦遬H值會(huì)促使泥頁巖水化。要有適當(dāng)?shù)拿芏?用以抗衡地層的側(cè)壓力。要有適當(dāng)?shù)牡V化度,使其與地層水的礦化度相平衡。增加礦化度常用的鹽類有氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸銨等,和其它處理劑配合可以組成不同類型的高礦化度低失水鉆井液,如鐵鉻鹽-CMC鹽水鉆井液、褐煤－石膏鉆井液、褐煤－氯化鈣鉆井液等。

6. 含有各種堵塞劑的鉆井液

在鉆井液中加入各種堵塞材料,減小或防止?jié)B透作用和毛細(xì)管作用,以降低鉆井液濾液向井壁巖石的滲透速度。堵塞劑的加量一般為5～15%,在鉆井過程中還要隨時(shí)補(bǔ)充。

(1) 以氧化瀝青為主要成分的疏水堵塞劑:氧化瀝青10～75%,表面活性劑(如烷基苯磺酸鈉)1～4%,其余為柴油,也可以用原油。再加入適量的生石灰和水,以提高分散介質(zhì)的溫度,加快氧化瀝青的溶解。

(2) 以波維亞梅為主要成分的疏水堵塞劑:波維亞梅40～80%,氧化瀝青10～25%,表面活性劑0.5～4%,其余為柴油。波維亞梅是環(huán)氧丙烯生產(chǎn)的廢棄物,它是不飽和烴C2～C4的氧化物及其與丁二醇、二氯乙醚的氯衍生物的混合物。

(3) 淀粉堵塞劑:由稻米制成的淀粉,含稻殼8～15%,不僅具有穩(wěn)定作用,而且有很強(qiáng)的堵塞能力,能有效的降低泥頁巖的吸水速度。加入氧化瀝青時(shí),堵塞效果會(huì)更好。

7. 陽離子和部分水解聚丙烯酰胺鉆井液:

陽離子已經(jīng)發(fā)展為KCl的替代物,可用能在粘土表面上發(fā)生多層吸附的帶正電功能性基團(tuán)的聚合物來代替K,這樣的多功能基團(tuán)聚合物比單一的K更難被交換下來。低分子量的陽離子聚合物能滲透到泥頁巖內(nèi)部抑制粘土的水化膨脹,高分子量的陽離子聚合物可以貼附在泥頁巖的表面阻止泥頁巖分散。但是它們都無法阻止鉆井液的壓力滲透,就是能進(jìn)入泥頁巖內(nèi)部的低分子量陽離子聚合物的擴(kuò)散速度也比孔隙壓力的擴(kuò)散速度低得多。

8．混合多元醇鹽水鉆井液

聚丙三醇和聚乙二醇低分子量聚合物(10000a.w.u)會(huì)從泥頁巖表面解吸,失去包被和堵塞作用,不適于作井壁穩(wěn)定劑。

 糖類是一種對(duì)環(huán)境無污染的小分子量增稠劑,當(dāng)其濃度適當(dāng)時(shí),可增加鉆井液濾液粘度,降低泥頁巖中水的流動(dòng)速度。它還可以降低鉆井液的活度,使之與泥頁巖中水的活度相平衡,以減少滲透壓力。但是糖類易發(fā)生生物降解,在現(xiàn)場使用起來比較困難,而甲基糖甙類對(duì)生物細(xì)菌不敏感,可防止這類問題的發(fā)生。

以上這些處理劑,可以單獨(dú)使用,也可以混合使用,混合使用更能有效的穩(wěn)定泥頁巖。因?yàn)榛旌鲜褂脮r(shí),可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),提高了泥頁巖與鉆井液之間的膜效率,降低了滲透壓,甚至還可以使泥頁巖脫水,因而能穩(wěn)定泥頁巖。1