该技术可清楚提高堵漏效果和降低滤失量 石化油服取得堵漏剂制备和运转专利 (此技术将要失传)

专利摘要显示，本发明触及一种堵漏剂及其制备方法和运转，属于石油化学品技术范围。本发明的堵漏剂，关键由硅藻土、疏水纳米二氧化硅、亲油性片状二硫化钼和亲油性碳酸钙组成，用于油基钻井液时，具有较好的分散性和稳如泰山性，同时具有较好的堵漏作用和减摩抗磨性能。硅藻土、疏水纳米二氧化硅、亲油性片状二硫化钼和亲油性碳酸钙可以出现协同作用，使钻井液粒径分级合理，不同级配的颗粒可以有效应对一切的孔隙启动有效地防漏和堵漏，可清楚改善钻井液体系流变性能，提高动塑比，堵漏剂降漏失率的效果大大优化，滤失量有效降低。

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海相复杂层系钻井液技术

我国海相地层散布区域宽广，钻探难度大，关键表现是深处的碳酸盐岩裂痕性气藏普遍存在多产层、多压力系统、高压、高含硫以及高陡结构，而且地层可钻性差、井眼稳如泰山性差。 在海相地层钻探施工中遇到的关键疑问是：①地层疏松、破碎、溶洞多、裂痕发育，产层多、产量高、压力系统复杂，形成井漏频繁且垮塌严重；②膏盐层的存在给钻井任务带来很大的困难；③海相地层埋藏深，高温高压给钻井液带来抗高温技术和高密度钻井液疑问。

3.3.6.1 防漏堵漏技术

多年的勘探通常标明，在海相地层的钻探施工中经常钻遇漏失疑问，部分井严重漏失。 以四川盆地为例（为我国比拟典型的海相堆积地层），钻探时整个盆地均存在不同水平的井漏，统计结果标明，中国石化川西南探区的井漏出现率为80%。 从出现井漏的数量看，海相地层以嘉陵江组和飞仙关组为较多，但陆相地层和海相地层在漏失的处置上有很大区别，陆相地层以单纯漏失为主，海相地层多为喷漏同层。 这也选择了川西南地域陆相和海相地层在防漏和堵漏技术上有着很大区别。

（1）海相地层漏失特点

1）掩盖型海相地层漏失。 川西南地域海相地层大多掩盖有厚度为2000～5000m不等的陆相地层，这类井漏关键是小溶蚀孔洞与裂痕连通惹起，一旦提高钻井液密度便会出现严重漏失，严重时失返。

2）海相地层直接暴露于地表（雷口坡组出露于地表）。 这种地层普通均会出现十分严重的漏失，处置难度也极大，比拟典型的如近期成功的金鸡1井和早期成功的大天8井等，这关键是由于碳酸盐岩常年遭到地表水的溶蚀和风化作用，构成以溶洞和大裂痕为主的漏失通道。

3）海相灰岩堆积地层的裂痕型漏失。 以飞仙关组的漏失比拟典型，水平亦比拟严重，而在长兴组及其以下地层，由于受套管程序限制，多为不同压力系统之间的失衡性漏失，以压裂性或诱导性漏失为主。

（2）海相地层防漏措施

依据现场通常阅历，进入海相地层以后，除应在作业工艺上遵照普通的防漏规则外，还应留意做到以下几点：

1）在设计和选择钻井液密度时，应使钻井液静液柱压力低于地层分裂压力或漏失压力，但要高于地层孔隙压力，在防止井漏的同时防止井喷。 关于漏失压力较低的单薄地层，可有方案地启动人工封堵以提高其承压才干，之后慎重提高密度恢复钻进。

2）钻进浸透性较好的海相地层时，应适当提高钻井液的黏度和切力，降低滤失量，提高泥饼质量，增强造壁和护壁才干，这样可以提洼地层的漏失压力，增加漏失量。

3）堵漏或承压作业完毕后减轻钻井液时，应依据井下状况逐渐参与钻井液密度，使承压才干较低的井段对钻井液液柱压力有一个逐渐顺应的环节。

4）石灰岩裂痕发育带、溶蚀孔洞集中带等容易出现漏失，而且这类地层大多是很好的油气储层，容易出现钻井液密度稍高则漏、稍低则涌的状况，现场堵漏困难很大，实践作业中应尽或许采用平衡压力工艺小心穿过漏层，再以人工承压方式设法提高易漏层的承压才干。

5）海相地层埋藏较深，在6000m以深的超深井井身结构中，下部井眼多以Φ149.2mm钻头成功。 在这种条件下经常使用高密度钻井液时，在保证有效悬浮减轻剂前提下，尽或许降低钻井液动切力和静切力，以降低环空流动阻力。

6）钻进海相地层时，在确保钻井液流变性能良好的前提下，应适当参与部分具有封堵、成膜、填充效应的性能性资料，如各种微细纤维、非浸透剂和具有微裂隙弥合性能的涂敷性资料等，以提高泥饼的护壁防漏才干。

（3）海相地层堵漏技术

海相地层的漏失比拟普遍，以川西南地域为例，该地域简直触及一切类型的漏失，施任务业时也采用了各种堵漏技术，关键包括：①随钻堵漏技术；②桥浆间隙关挤复合堵漏技术；③无浸透承压封堵技术；④桥浆+MTC堵漏技术；⑤低密度中（高）强度收缩型堵漏工艺技术；⑥投料注塞堵漏技术；⑦凝胶+MTC+水泥复合堵漏技术；⑧高收缩吸水树脂堵漏；⑨胶凝坂土+桥浆复合堵漏技术；⑩运动堵漏技术；⑪清水强钻解除井漏技术；⑫水泥堵漏技术。 综合近年来堵漏技术的运行状况，上述12种堵漏技术在海相地层全部启动过试用，也均见到了一定的效果，但没有哪一种方法能够成功的处置大部分的漏失，这关键是由于海相地层漏失状况比拟复杂，而曾经投入经常使用的各种堵漏技术均有很多局限性，每一种技术只顺应部分漏失的封堵。 综合已成功井的堵漏阅历，以为在海相地层钻进遇到漏失时应优先选择以下堵漏方案。

1）以无浸透承压封堵剂启动堵漏。 这种技术比拟适宜于封堵海相地层的微裂隙和溶孔性漏失地层，能够在有效维护储层的前提下封堵漏失层，并能够提洼地层承压才干，川西南地域的毛坝4井、矿3井、龙17井、大田1井等均启动过实践运行。

2）高滤失量浆液堵漏。曾经经常使用过的堵漏用高滤失量浆液的配方有如下几种：①（膨润土含量45～60kg/m ）+1.5kg/m 石灰+140kg/m （硅藻土粉与石棉粉（粒度细于60目）的混合物，配比为2∶1）+15kg/m 云母（60目以细）+15kg/m 核桃壳（40～60目）+10kg/m 锯末（40～60目）+3kg/m 皮革屑。该配方介绍用于处置浸透性漏失；②预水化膨润土泥浆（膨润土含量30～45kg/m ）+1.5kg/m 石灰+140kg/m 硅藻土粉（石灰石粉）+25kg/m 颗粒状资料（核桃壳粉等）+10kg/m 术屑或甘蔗渣（20～40目）+3kg/m 纸屑+8kg/m 塑料片，该配方介绍用于处置部分漏失；③预水化膨润土泥浆（膨润土含量30～45kg/m ）+1.5kg/m 石灰+140kg/m 硅藻土粉（石灰石粉）+25kg/m 颗粒状资料（核桃壳粉6～12目）+8kg/m 木屑或甘蔗渣（粗—中）+3kg/m 纸屑+8kg/m 塑料片，该配方介绍用于处置完全失返性漏失。

3）低密度中—高强度收缩型堵漏工艺技术。 这种堵漏技术关键用于封堵大裂痕、大通道等漏失井段，适宜于对严重漏失地层封堵后启动井壁加固，并对破碎漏失地层具有一定的胶结作用，处置后的漏失层具有一定的承压才干。 金鸡1井雷口坡组306～1500m井段的大溶洞、大裂痕堵漏即使用了该技术，通常证明效果较好。

4）高收缩吸水树脂堵漏技术。 高收缩吸水树脂堵漏工艺技术运行较为普遍，可用于处置各种类型的漏失，该技术实施的关键是树脂颗粒与漏失通道的婚配能否合理，颗粒太大时无法有效进入漏失通道，颗粒太小又不能有效逗留在漏失通道中，均不容易见到效果，这也是该技术实施的关键难点所在。

5）桥塞堵漏技术。 桥塞堵漏是应用不同外形、尺寸的惰性资料，以合理配比混于钻井液中直接注入漏层的一种堵漏方法。 其中刚性颗粒在漏失孔道中起架桥和支撑作用，不同的刚性颗粒可以在不同尺寸裂痕孔道中起到架桥和支撑作用。 柔性颗粒容易变形，利于架桥和充填，因此最大粒径可以大于裂痕宽度。 关键在于架桥颗粒与漏失通道的婚配以及各种颗粒配伍能否合理。

6）复合化学剂堵漏技术。 比拟常用的化学剂堵漏方法是聚丙烯酰胺絮凝物+交联物堵漏，该工艺以聚丙烯酰胺作为关键絮凝剂，经常使用时参与到钻井液或水泥浆中，可以减速固相颗粒的凝聚环节，当堵漏浆液进入漏失通道时，固相颗粒加快絮凝并将水分挤出，构成可紧缩性良好的棉絮状类纤维物质，能有效填塞孔道。 依据漏层性质，聚丙烯酰胺堵漏浆液的成分可以恣意调整。 常用配方有以下两种：①水+（10%～15%）膨润土+（0.2%～0.5%）聚丙烯酰胺（或水解聚丙烯酰胺）+（2%～3%）胶体磺化沥青+重晶石配成胶凝稠浆，挤入漏层后在孔喉或微裂痕处构成梗塞；②聚丙烯酰胺+重铬酸钾和硫代硫酸钠等配成黏弹性凝胶堵剂。 该剂胶凝时期可调，无卡钻风险。

7）复合化学活性物质堵漏。比拟常用的堵漏方案为清水670kg+抗盐土75kg/m +烧碱6kg/m +纯碱6kg/m +聚合物6kg/m +氯化钠340kg/m +狄塞尔160～200kg/m +核桃壳粉100～130kg/m +蚌壳渣120～150kg/m +减轻剂，密度可以在1.30～2.10kg/L调理。也可以依据漏层状况参与过量中细纤维等，坚持滤失量100ml，黏度80s以上，泵至漏失井段挤入漏层4～10m ，运动24h堵漏。

8）裸眼井段出现高、高压层共存状况时，假设高压层位比拟明白，则在钻开高压层之前对裸眼井段启动人工承压作业，并采取相应措施提洼地层承压才干；假设高压层属于突然翻开，则应在确保井控安保的前提下向漏失层位注堵漏浆，可以采用平推或反挤工艺注堵漏液，尽或许提高漏失层段承压才干。

9）收缩管堵漏技术。 可针对各种大型漏失层，其运行条件是漏失层位要准确，且已确认钻穿了漏失层。

（4）运行状况

1）川西南地域黑池1井。黑池1井自下沙溪庙组到嘉陵江组均存在比拟清楚的漏失，其中以须家河组地层的漏失最为严重，共出现井漏60次，漏失钻井液3342m 。其中海相地层嘉陵江组出现井漏3次，漏失钻井液213.9m ，属于自然漏失量较洼地层。惹起漏失的关键要素有：①裂痕发育，连通性好，张开水平大小不等；②该井地处高陡结构，破碎地层较多，承压才干低；③地层岩性变化大，夹层多，接壤处完整性差。该井出现漏恰以后，曾采用以下几种技术手腕启动处置，取得了一定的效果：

A.桥塞堵漏。配伍组合为40～120kg/m FDL（复合堵漏剂）+40～80kg/m SDL（随钻堵漏剂）+40～80kg/m DF（单向压力封锁剂）+40～80kg/m 核桃壳（2～9mm）+20～60kg/m 碳酸钙（CaCO ），采用惰性资料配伍方案启动封堵以后可以到达加快止漏，但钻进时容易出现重复性漏失，效果不稳如泰山，不利于提高施工效率。

B.应用超低浸透钻井液启动封锁堵漏承压。 即不参与任何惯例堵漏资料，只仰仗非浸透剂的特殊物理化学特性对地层裂痕启动封堵，通常标明，这种作业技术对比拟小的漏失特别是关于浸透性漏失效果特别清楚，但不适宜封堵大裂痕性漏失层，即使是成功了封堵环节，效果也不稳如泰山，很容易再次漏失。

C.无浸透+桥堵复合封堵方案。 将桥堵技术与无浸透技术结合，经过长时期憋压，将弹性堵漏资料挤上天层裂痕中，同时应用无浸透承压封堵漏剂在井壁构成非渗膜，最终到达堵漏目的。 由于该井漏层多、散布段长，这种作业方案相同没能到达提高承压才干至1.60kg/1的要求。

D.采用低密度收缩型堵漏资料处置井漏。关键参考配伍方案为：23kg/m MV-1+18kg/m SD-HV+23kg/m SD-ST+16kg/m SD-D+23kg/m SD-A+11.5kg/m SD-R+11.5kg/m MF-1+295kg/m MF-2+34kg/m FDL+23kg/m 核桃壳+182kg/m 水泥，配制好以后的堵漏液其漏斗黏度330s。经过两次挤注候凝，使地层承压才干由1.50kg/L提高至1.61kg/L，取得了一定效果。

E.水泥堵漏。 该井三开上部井段启动了5次注水泥承压施工，将地层承压才干由1.40kg/1提高至1.70kg/L，效果较为清楚，但现场状况标明，以该方案进一步提高承压才干显然不理想。

2）塔深1井。塔深1井为布于我国西部塔河油田的一口特深井，正常钻至井深6237.4m出现井漏，至6800m（四开中完）采取多种堵漏方法启动堵漏施工14次，效果不清楚，时期合计漏失钻井液5624.5m 。后采用低强度收缩型堵漏技术、中强度收缩型堵漏技术区分对6633.1～6130m、6317～6130m井段启动封堵承压，最终使漏失井段由原来的不能承压到承压7.4MPa，并顺利固井。施工时采用的低强度和中强度收缩型堵漏配方如下：

A.低稠化度堵漏浆配方。以现场的高矿化度水与井浆以2∶1混合，依照下列配方配制堵漏液：5～20kg/m SD-D（密度调理剂）+20～30kg/m SD-A（低密度油层维护剂）+10～20kg/m SD-R（流型调理剂）+10～20kg/m 低密度提黏剂+20～30kg/m SD-V（高效提黏剂）+20～30kg/m SD-HV（填充加固剂MF-1）+50～60kg/m MF-2（填充加固剂）+200～300kg/m SF-1（悬浮稳如泰山剂）+20～30kg/m 棉子皮+10～20kg/m 锯末+20～30kg/m 云母（可依据现场搅拌状况灵敏掌握）。

B.中稠化度堵漏浆配方。以现场高矿化度水与井浆以5∶1混合，依照下列配方配制堵漏液：5～20kg/m SD-D（密度调理剂）+20～30kg/m SD-A（低密度油层维护剂）+10～20kg/m SD-R（流型调理剂）+10～20kg/m SD-V（低密度提黏剂）+10～20kg/m SD-HV（高效提黏剂）+10～20kg/m MF-1（填充加固剂）+50～60kg/m MF-2（填充加固剂）+600～800kg/m SF-1（悬浮稳如泰山剂）+10～20kg/m 棉子皮+20～30kg/m 锯末+30～40kg/m 云母。

通常证明，该项技术具有低密度收缩型堵漏技术很强封堵才干和填充加固才干，能够有效的提洼地层堵漏承压才干，适宜于高温超深井裂痕、溶洞地层的堵漏施工，作业时安保性较好，成功率较高。

3.3.6.2 高密度钻井液技术

在川西南、滇黔桂等地域的钻探施任务业中，进入海相地层以后多遇到高压自然气层，为了平衡地层压力，在揭开气层前必需提高钻井液密度，以控制井口，保证安保钻进。 经常使用较高密度的钻井液，不只严重影响机械钻速，而且更困难的是高密度体系的保养。

（1）高密度钻井液技术的难点

1）高温高密度下钻井液流变性控制困难。 但当密度高于2.00kg/L以后流变性能的保养末尾变得复杂，如赤水区块官渡、旺隆结构二叠系阳新统存在压力系数为2.85的超高压地层，需经常使用2.92～3.00kg/L的超高密度钻井液，此时钻井液流变性与沉降稳如泰山性之间的矛盾将难以谐和，显然，处置好高密度钻井液的流变性和沉降稳如泰山性之间的矛盾是超高密度钻井液研讨成功的技术关键。

2）摩阻大。 海相地层井径扩展率相对较小，一般高渗井段还会因厚泥饼而构成假缩径效应，这些现象将使井眼环空水力状况趋于好转。 高密度体系循环阻力大，排量难以提高，操作难度很大。

3）流型调理剂的选择困难。 随着密度的不时提高，处置剂的作用效果会清楚降低，比拟突出的疑问是现场难于选择比拟合理的稀释剂。 通常状况下，稀释剂的稀释剂效果会随着钻井液体系固相含量的升高而降低，由于高密度体系固相体积分数普通均高于30%，惯例稀释剂效果很差，必需经常使用高效稀释剂。

4）固控难度大。 密度越高，固控设备的经常使用越遭到限制。 通常状况下，当钻井液密度高于1.50kg/L以后即基本停用离心机，很多时刻除泥器的经常使用效率也很低，这种状况关于密度不高于1.80kg/L的中等密度钻井液体系尚不至于形成太大的影响，但当密度高于2.00kg/L以后，由于劣质固相不能失掉及时肃清，会使体系性能很快变坏。

5）高密度体系合理固相容量确实定比拟困难。 普通来说，高密度体系中固相成分以减轻资料为主，同时混杂有部分低密度固相（劣质固相），但减轻资料和低密度固相二者的比例坚持在何种水平最经济，是一个较难合理确定的疑问。 这关键是由于高密度条件下固控设备分别效率大大降低，并且经常使用离心机（普通仅配一台）会损失少量的减轻资料，使钻井液本钱和保养任务量大大参与，而且易形成钻井液性能动摇。

（2）高密度钻井液体系的保养

组成高密度体系的固相组分概括起来有如下几种：①膨润土；②化学处置剂；③重晶石；④钻屑；⑤可溶性盐；⑥砂粒。 其中膨润土、化学处置剂和重晶石称为有用固相，而钻屑和砂粒为无用固相。 各种固相成分的数学剖析方法如下：

1）非减轻钻井液固相含量剖析：

中国海相油气勘探通常技术与通常

式中：S 为非减轻钻井液总固相分数，%；ρ 为非减轻钻井液密度，kg/L。

2）不含有可溶性盐的减轻钻井液固相剖析：

不含有可溶性盐时的低密度固相含量：

中国海相油气勘探通常技术与通常

式中：S 为体系总固相分数，%；ρh为高密度固相（减轻剂）密度，g/cm ；

ρ 为低密度固相（劣质固相、坂土）密度，g/cm ，普通取2.6g/cm 。

不含有可溶性盐时的高密度固相含量：

中国海相油气勘探通常技术与通常

中国海相油气勘探通常技术与通常

3）含有可溶性盐的减轻钻井液固相剖析：

含有可溶性盐的液相密度（修正数值）：

中国海相油气勘探通常技术与通常

式中：ρ 为含有可溶性盐的液相密度，kg/L；ρ 为纯水密度，普通取1.000kg/L；C 为液相中的Cl含量，mg/L。

含有可溶性盐的液相含量（修正数值）：

中国海相油气勘探通常技术与通常

式中：V 为含有可溶性盐的液相分数，%；V 为以蒸馏方式测定出的液相（水）分数，%；

V 为蒸馏液相中油的体积分数，%。

中国海相油气勘探通常技术与通常

含有可溶盐体系中低密度固相分数：

中国海相油气勘探通常技术与通常

式中：ρ 为钻井液密度，kg/L；ρ 为油密度，普通取0.84kg/L；S 为体系总固相分数，%。

含有可溶盐体系中高密度固相分数：

中国海相油气勘探通常技术与通常

4）钻井液体系中含有多种无机盐时固相含量的准确计算。

对非减轻体系其总固相分数为：

中国海相油气勘探通常技术与通常

关于减轻体系其低密度固相分数为：

中国海相油气勘探通常技术与通常

体系中高密度固相分数为：

中国海相油气勘探通常技术与通常

式中：C 为校正系数，可表示为

中国海相油气勘探通常技术与通常

符号说明：ρ 为含有多种无机盐时的水相密度，可由实验或相关手册查得，kg/L；W 为含盐滤液中纯水的重量分数，%；f 为体系中纯水的体积分数，%；f 为体系中油的体积分数，%；f 为体系中低密度固相的体积分数，%；ρ 为减轻资料的密度，kg/L；ρ 为体系中油（普通按柴油计）的密度，kg/L；ρ 为钻井液体系的密度，kg/L；f 为体系中减轻剂的体积分数，%。

5）膨润土含量的校正。

钻井液中低密度固相的平均CEC值（毫克当量/100g）

中国海相油气勘探通常技术与通常

式中：S _B校正 为校正后膨润土体积分数，%；C 为与MBT采用单位有关的系数，当采用法定计量单位时，C =0.3505；MBT为钻井液亚甲基蓝坂土含量，g/L；其他符号同上。

这时可以准确的计算出体系中的钻屑含量（体积分数）为S =S -S _B校正 。

普通来说，水基高密度钻井液中低密度固相体积分数不超越不应高于6%，其中的膨润土应占到2%～3%，钻屑约占3%～4%，这样基本可以使钻井液具有较好的流变性和稳如泰山性。

当搞清楚了高密度钻井液体系中各种固相的相对含量以后，即可制定合理的保养处置方案，这可以遵照以下准绳：

A.依据体系中钻屑含量选择能否经常使用离心机，当钻屑体积分数高于5%时，必要求开动离心机，除非以置换方式启动钻井液的保养时其经济性好于机械肃清方式，否则应立刻便用离心机。 建议性能双离心机（所谓双离心机运行是指第一台是重晶石回收离心机，第二台是高速离心机，其转速为2500～3300r/min；第一台排出的固相（重晶石）回到循环系统中，液相进入高速离心机分别低密度固相，液相回收到系统中再应用）。

B.假设高密度体系流变性能变差，应审核膨润土含量能否合理，当膨润土含量高于低密度固相含量的30%时，应思索经常使用离心机或采取部分置换方式保养钻井液。

C.视膨润土体积分数选择能否经常使用聚合物降滤失剂胶液，在钻井液总固相体积分数中，假设膨润土体积分数高于0.5%时，建议中止经常使用聚合物降滤失剂胶液，以免增大液相黏度，参与流动阻力。

D.依据低密度固相分数选择能否经常使用润滑剂，当低密度固相分数高于8%时，应当首先降低含量，之后再参与润滑资料，以使润滑剂取得最佳效果，并尽量减小界面阻力。

E依据低密度固相剖析结果确定胶液保养量和胶液配伍方案，并依据低密度固相分数的变化合理调理保养量和各种助剂的配伍量，以收到尽或许好的处置效果。

（3）运行状况

1）官3井：该井位于四川盆地赤水凹陷官渡结构，经常使用密度为2.30kg/L钻井液钻至井深3800m出现井涌，关井求压测得地层压力系数2.85，需经常使用密度为2.92～3.00kg/L的钻井液施工。现场施工环节如下：配制密度2.92kg/L的钻井液，替出井眼中密度为2.60kg/L的钻井液预备钻进，循环时发现井下出现漏失，漏失速度10～12m /h。剖析以为井下漏失是由于钻井液密度太大，加之循环压力很高使泥页岩地层压裂所致，但停泵后由于循环压力消逝，钻井液出现回吐，后将密度调整至2.80kg/L漏失中止。为增加井下漏失，现场选择采用密度2.70～2.80kg/L的钻井液钻进，但钻进中发现当密度小于2.75kg/L时，无法平衡东平组二段高压盐水层，出现井下复杂状况。因此，钻进至井深3871.5m后将密度调至2.80～2.85kg/L钻进，至井深3973m完钻，顺利钻进164m。

2）河坝1井：该井在钻至嘉陵江组2段（4481.88～4523.86m）遇异常高压气层，以密度2.14kg/L钻井液方可压稳，测试地层压力93.64MPa，作业时密度最高到达2.40kg/L。 针对高密度体系的技术难点，现场采用能够满足设计要求的聚硅醇抗钙防塌钻井液体系，该体系具有一定的封堵才干，可在一定水平上降低漏喷同存技术困难。 提高密度以后，现场关键采取了以下技术措施坚持体系的稳如泰山：①严厉控制体系中的MBT含量和低密度固相含量，钻进时坚持坂土含量10～20g/L；②提高钻井液抗温、抗污染才干，深井阶段选择抗高温抗饱和盐水的降失水剂SD-102、FT-1、SPNH、SPC-Ⅱ、SD-202提高体系的抗高温抗污染才干；③改善高温高压泥饼质量，提高滤液黏度，降低滤失量和稳如泰山悬浮才干；④加足润滑剂，防止高密度状况下的压差卡钻。

钻孔特性剖析及钻探技术优化组合方案设计

（一）1号组合

1.钻孔特性剖析

钻孔为Ⅰ类深孔，既有安全、破碎、严重漏失地层，又有强水敏性地层，且造斜强度 大、研磨性弱。 依据地层的构成及特性剖析，该类深孔，可以为上部有部分强水敏性地层（如页岩等），下部为安全地层，全孔以安全、破碎地层为主，岩石可钻性高。 影响钻探施 工的不利要素较多，包括钻孔深度大、地层安全、破碎、研磨性弱、漏失严重、造斜强度 大，且有强水敏地层等，属十分复杂、难度很大的钻探施工条件，将对钻进、护壁、堵 漏、防斜等发生严重影响。

2.钻探技术优化组合方案设计

（1）钻探设备优选。 就设备优化选择而言，钻孔深度大、地层安全、破碎、研磨性弱是影响深孔钻探的关键要素。 由于受岩石安全、破碎、研磨性弱的影响，机械钻速很低，甚至“打滑”不进尺，钻头寿命和回次进尺都很短，相应的提下钻次数和打捞岩心次数倍 增，钻探施工效率降低。 由于选择钻探施工效率的关键有两个方面，一是钻头，在转速、钻压满足要求的前提下，钻头的性能和质量选择着纯钻进效率即平均机械钻速；二是提下 钻速度，由于钻孔深度大和提下钻次数的少量参与，提下钻速度对深孔钻探施工效率的影 响起着关键作用。 在此状况下，动力头钻机的性能优势难以发扬，平均机械钻速、平均回 次进尺和钻头寿命都难以清楚提高，而提下钻速度的劣势又会进一步扩展，即使动力头钻 机装备钻塔，在提下钻速度方面消弭了劣势，但从综合经济效益思索，选择动力头钻时机 得失相当。 以下经过计算对比进一步验证。

依据表3-1并思索地层安全、破碎、研磨性弱等要素得出该类钻孔，即高可钻性弱研磨性破碎地层钻探技术目的参数（表8-4）。

表8-4 高可钻性弱研磨性破碎地层钻探技术目的参数

孔深取最浅H＝2000m，依照“第五章第三节二”相同计算得（下同）：E /E ＝1.0096 ＜e _高 （1.0402），故应选择立轴钻机。

关键配套设备，应选择28m钻塔，15～25MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 对上部强水敏地层，可采用惯例WL钻探方法；特别增强 泥浆护壁，选择相应的抑制性泥浆，严厉控制降低失水量，对遇水剥落性地层，可采用 PHP＋KHm；对融胀性地层，若含高岭石、伊利石矿物，则用钙基泥浆；含微晶高岭石，则用钾基聚合物泥浆，钻穿后下入技术套管护壁。 对以下安全、破碎、弱研磨性地层，在 WL钻探的基础上组合运行液动锤启动冲击回转钻进，以提高机械钻速和回次进尺；选择 金刚石优质级（AA）以上、80～100目细粒、胎体硬度较低（如HRC30±1）的孕镶金刚 石钻头（以下简称金刚石钻头）；尽或许掌握并应用矿区钻孔弯曲规律，结合实践采用初 级定向、防斜钻具、防斜钻头号防斜措施，必要时采用延续造斜器纠斜或受控定向钻探技 术控制钻孔方向，以到达地质要求；可采用“低黏、低切力、低固相、低滤失量”等“四 低”泥浆（如LBM泥浆）加堵漏剂，并结合采用灌注水泥浆、下入多级套管等方法护壁、堵漏。

（二）2号组合

1.钻孔特性剖析

钻孔为Ⅰ类深孔，地层硬度大、较完整、漏失量小、造斜强度和研磨性中等、水敏性 弱。 该类深孔，可以为上部为弱水敏性地层，下部为硬地层，全孔以硬地层为主，岩石可 钻性中等。 影响钻探施工的不利要素是钻孔深度大、地层硬，且有一定造斜作用，并有弱 水敏地层，将对钻进、防斜、护壁带来较大影响。

2.钻探技术优化组合方案设计

（1）钻探设备优选。 对设备选择而言，钻孔深度大、地层硬、较完整、研磨性适中是 关键要素，难以提高钻头寿命和回次进尺。 钻探技术目的参数见表8-5。

表8-5 中等可钻性较完整地层钻探技术目的参数

孔深取最浅H＝2000m，相同计算得：E /E ＝1.0198＜e _中 （1.0303），故应选择立轴钻机。

关键配套设备，应选择23m或28m钻塔，15～25MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 上部弱水敏性地层，可采用惯例WL钻探方法；采用相应 的钾基聚合物泥浆或钙基泥浆，穿事先下入套管护壁。 以下硬地层，普通采取惯例WL钻 探方法，必要时（钻速不高或回次进尺较短）组合运行液动锤构成冲击回转钻进；选择适 合液动冲击回转钻进经常使用的规范级（A）、60～80目、较高胎体硬度（如HRC40±1）的金 刚石钻头；尽或许掌握并应用矿区钻孔弯曲规律，采取初级定向、防斜钻具、防斜钻头号 防斜措施，以到达地质要求；可采用“四低”泥浆（如LBM泥浆）或PHP系列无固相冲洗 液，必要时加堵漏剂护壁、堵漏。

（三）3号组合

1.钻孔特性剖析

钻孔为Ⅰ类深孔，地层条件很好，中硬、完整、造斜强度小、不水敏、不漏失，只是 研磨性强。 该类深孔，可以以为全孔为中硬地层，也可以以为上部有部分松懈掩盖层，但 很稳如泰山，岩石可钻性较低，属十分好的地层施工条件。 影响钻探施工的不利要素关键是钻 孔深度大。

2.钻探技术优化组合方案设计

（1）钻探设备优选。 对设备选择而言，钻孔深度大、完整、研磨性强是关键要素。 地 层条件很好，钻头寿命和回次进尺可以大幅度提高。 钻探技术目的参数见表8-6。

表8-6 低可钻性强研磨性完整地层钻探技术目的参数

孔深取最深H＝3000m，相同计算得：E /E ＝1.0557＞e _低 （1.0297），故可选择动力头钻机。

但是，这里必需说明的是，e _低 ＝1.0297是依据目前消费实践状况，即立轴钻机采用13m 钻塔，立根为9m，施工孔深为500～1500m的矿区统计数据计算所得，有一定的局限性，对超越此深度很多的深孔不完全适用。实践上，随着孔深的参与，动力头钻机的效率优 势减小，本钱会参与，要求的e值会更高，动力头钻机的经济性降低。另外，实践消费中，当孔深超越1500m或2000m时，立轴钻机的钻塔会加高，立根会延长为15m或18m，即使按 15m，提钻速度按450m/h，此时：E /E ＝1.0283＜e _低 ，在这种状况下，就应该选择立轴钻 机。假设要选择动力头钻机，应与钻塔组合经常使用，参与立根长度（15m或18m），提高提下 钻速度，进一步提高钻探效率，这样才干保证其经济性。

关键配套设备，不论选择动力头钻机还是立轴钻机，最好装备23m或28m钻塔，15～25MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 若上部有部分松懈掩盖层，采用双管提钻取心方法；采用 普通泥浆钻进，穿事先下入套管护壁。 以下采用惯例WL钻探方法；配规范级（A）或低 品级（C）、40～60目、胎体硬度HRC38～42金刚石钻头，亦可依据地层状况选择金刚石 复合片（PDC）钻头；采用PHP系列无固相冲洗液启动施工。

（四）4号组合

1.钻孔特性剖析

钻孔为Ⅱ类深孔，地层安全、破碎，具有强研磨性、中等造斜强度，但水敏性弱、不 漏失。 该类深孔，相同可以为上部有部分弱水敏性软地层，全孔以安全地层为主，岩石可 钻性高。 影响钻探施工的不利要素是钻孔深度较大、地层安全、破碎、研磨性强，并有一 定的造斜作用，将对钻进、护壁、防斜发生很大影响。

2.钻探技术优化组合方案设计

（1）钻探设备优选。 对此而言，钻孔深度较大、地层安全、破碎、研磨性强是关键要素，机械钻速很低，钻头寿命和回转进尺很短。 钻探技术目的参数见表8-7。

表8-7 高可钻性强研磨性破碎地层钻探技术目的参数

孔深取最浅H＝1500m，E /E ＝1.0121＜e _高 （1.0402），故选择立轴钻机。

关键配套设备，应选择23m钻塔，10～15MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 上部弱水敏性地层，采用惯例WL钻探方法；采用相应 的钾基聚合物泥浆或钙基泥浆，穿事先下入技术套管护壁。 以下安全、破碎、强研磨性 地层，采用液动锤WL冲击回转钻进，一定水平提高机械钻速和回次进尺；选择优质级（AA）以上、80～100目细粒、高胎体硬度HRC45金刚石钻头；采用防斜钻具、防斜钻头 等防斜措施；采用“四低”泥浆（如LBM泥浆）或PHP系列无固相冲洗液加堵漏剂，并结 合灌注水泥浆、下多级套管等方法护壁、堵漏。

（五）5号组合

1.钻孔特性剖析

钻孔为Ⅱ类深孔，地层硬、研磨性弱，但较完整、造斜强度小、漏失量小、不水敏。 该类深孔，可以为全孔关键为基岩地层，岩石可钻性中等。 影响钻探施工的不利要素是钻 孔深度较大、地层硬且研磨性弱，或许发生钻头“打滑”，对钻进速度、钻头寿命发生较 大影响。

2.钻探技术优化组合方案设计

（1）钻探设备优选。 对此而言，钻孔深度较大、地层硬、研磨性弱是关键要素，会出现“打滑”现象，对机械钻速较低、钻头寿命较短，但回次进尺较长。 钻探技术目的参数 见表8-8。

表8-8 中等钻性弱研磨性完整地层钻探技术目的参数

当孔深H＝1500m时，E /E ＝1.0339稍大于e _中 （1.0303），当H＝2000m时，E /E ＝1.0197 清楚小于e _中 （1.0303），实践上，当H＝1620m时，E /E ＝1.0301稍小但十分接近于e _中 （1.0303），故1600m以浅钻孔，应选动力头钻机，而1600m以深孔，应选择立轴钻机。

关键配套设备：选择动力头钻机时，最好与钻塔组合经常使用。 无论选择动力头钻机还是 立轴钻机，均应装备18m或23m钻塔（使立根延长到15m以上）、10～15MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 针对地层硬、研磨性弱的特点，采用液动锤WL冲击回转 钻进方法；选择规范级（A）、50～70目、胎体硬度HRC40±1金刚石钻头，以防止钻头“打滑”，同时提高机械钻速和回次进尺；采用PHP系列无固相冲洗液，并加堵漏剂堵漏，若堵漏有效，可“顶漏”钻进。

（六）6号组合

1.钻孔特性剖析

钻孔为Ⅱ类深孔，中硬地层、完整、造斜强度大、水敏性强、漏失量小、研磨性适 中，属较典型的页岩、泥页岩等水敏性地层，岩石可钻性低。 该类深孔，影响钻探施工的 不利要素是钻孔深度较大、地层水敏性强且造斜强度大，将对护壁、防斜发生严重影响。

2.钻探技术优化组合方案设计

（1）钻探设备优选。 对此而言，钻孔深度较大、地层中硬、完整、研磨性适中是关键要素，岩石可钻性低且完整，研磨性适中，机械钻速较高、钻头寿命和回次进尺都会较 长。 钻探技术目的参数见表8-9。

表8-9 低可钻性完整地层钻探技术目的参数

孔深取最深H＝2000m，E /E ＝1.0690＞e _低 （1.0297），故应选择动力头钻机。

关键配套设备，最好将动力头钻机与钻塔组合经常使用，装备1 8m或23m钻塔，使立根加 长到15m以上，或采用延长桅塔（立根长达9m）；采用10～15MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 中硬地层，岩石可钻性低，故采用惯例WL钻探方法；选 用规范级（A）或低品级（C）、30～50目、胎体硬度HRC36～40金刚石钻头，亦可选择 PDC钻头，以提高钻进效率；尽或许掌握并应用矿区钻孔弯曲规律，结合实践采用初级定 向、防斜钻具、防斜钻头号防斜措施，必要时采用延续造斜器纠斜或受控定向钻探技术控 制钻孔方向，以到达地质要求；应特别增强泥浆护壁，依据地层特性选择相应的钾基聚合 物泥浆或钙基泥浆，严厉控制降低失水量，并结合采用下入套管护壁。

（七）7号组合

1.钻孔特性剖析

钻孔为Ⅲ类深孔，地层安全、研磨性强且造斜强度大，但地层较完整、水敏性弱、漏 失量小。 该类深孔，可以为上部有部分弱水敏性软地层，全孔以安全地层为主，岩石可钻 性高。 影响钻探施工的不利要素是地层安全、研磨性强且造斜强度大，将对钻进速度、钻 头寿命和防斜发生严重影响。

2.钻探技术优化组合方案设计

（1）钻探设备优选。 对此而言，钻孔不很深、地层安全、较完整、研磨性强是关键要素，机械钻速很低，钻头寿命很短。 钻探技术目的参数见表8-10。

表8-10 高可钻性强研磨性较完整地层钻探技术目的参数

当孔深最浅H＝1000m时，E /E ＝1.03 87＜e _高 （1.0402），故应选择立轴钻机。

关键配套设备，装备13～18m钻塔、7～10MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 上部弱水敏性地层，采用惯例WL钻探方法；采用相应的 钾基聚合物泥浆或钙基泥浆，穿事先下入技术套管护壁。 以下安全地层，采用液动锤WL 钻探方法；配优质级（AA）以上、80～100目细粒、高胎体硬度HRC45金刚石钻头；尽可 能掌握并应用钻孔弯曲规律，结合实践采用初级定向、防斜钻具、防斜钻头号防斜措施，必要时采用延续造斜器纠斜或受控定向钻探技术控制钻孔方向，以到达地质要求；采用“四低”泥浆（如LBM泥浆）或PHP系列无固相冲洗液护壁、堵漏。

（八）8号组合

1.钻孔特性剖析

钻孔为Ⅲ类深孔，地层硬、研磨性弱、造斜强度中等，且强有水敏性地层，但地层完 整、不漏失。 该类深孔，可以以为上部有部分强水敏性地层，下部为硬地层，全孔以硬地 层为主，岩石可钻性中等。 影响钻探施工的不利要素是地层硬、研磨性弱，有一定造斜作 用，且有强水敏性地层。 将对钻进速度、钻头寿命、防斜和护壁发生较大影响。

2.钻探技术优化组合方案设计

（1）钻探设备优选。 对此而言，钻孔不很深、地层硬、完整、研磨性弱是关键要素，或许发生钻头“打滑”现象，对机械钻速、钻头寿命发生一定影响。 钻探技术目的参数见 表8-11。

表8-11 中等可钻性弱研磨性完整地层钻探技术目的参数

孔深取最深H＝1500m，E /E ＝1.0508＞e _中 （1.0303），故应选动力头钻机。

关键配套设备，采用延长桅塔（立根到达9m）、7～10MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 上部强水敏性地层，可采用惯例WL钻探方法；选择相应 的钾基聚合物泥浆或钙基泥浆，并严厉控制降低失水量，钻穿后下入套管护壁。 以下弱 研磨性、硬地层，采用液动锤WL钻探方法；选择配规范级（A）、50～70目、胎体硬度 HRC40±1金刚石钻头，以克制钻头打滑，提高钻进效率和回次进尺；采用防斜钻具、防 斜钻头号防斜措施；采用PHP系列无固相冲洗液。

（九）9号组合

1.钻孔特性剖析

钻孔为Ⅲ类深孔，地层中硬、破碎、漏失量大，但造斜强度小、水敏性弱、研磨性适中，岩石可钻性低。 该类深孔，影响钻探施工的不利要素是地层破碎、漏失严重，给护 壁、提高回次进尺带来困难。

2.钻探技术优化组合方案设计

（1）钻探设备优选。 对此而言，钻孔不很深、地层中硬、破碎、研磨性适中是关键要素，将影响回次进尺，但中硬地层，机械钻速和钻头寿命较长。 钻探技术目的参数见 表8-12。

表8-12 低可钻性破碎地层钻探技术目的参数

孔深取最深H＝1500m，E /E ＝1.1032＞e _低 （1.0297），故应选择动力头钻机。

关键配套设备，最好采用延长桅塔（立根到达9m）、7～10MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 采用惯例WL或液动锤WL钻探方法，以提高回次进尺长 度和钻进效率；配规范级（A）或低品级（C）、40～60目、胎体硬度HRC35～40金刚石钻 头；增强护壁、堵漏，可采用“四低”泥浆（如LBM泥浆）或PHP系列无固相冲洗液加堵 漏剂，并结合灌注水泥浆、下入套管护壁堵漏，防止孔壁坍塌、掉块而形成孔内事故。

以上是对1～9号组合的研讨、设计。这9种组合，是Ⅰ～Ⅲ类深孔中每类有3种不同的地层要素组合而构成的9种典型组合，经过对这9种组合的剖析、研讨，可以得出以下 看法：

（1）钻机的选择关键选择于钻孔深度、地层硬度和破碎水平等，其中钻孔深度是首要要素；

（2）随着钻孔深度的参与和地层硬度的增大，对动力头钻机效能的发扬越来越不利；

（3）对某一类深孔，能否选择动力头钻机要取决于地层状况，其中地层硬度起着选择要素；

（4）WL钻探技术是目前深孔钻探最有效的钻探技术，与提钻取心相比，孔越深，越能显示其优势；

（5）安全、弱研磨性“打滑”地层仍是目前钻探施工中影响钻探效率和钻头寿命的关键疑问，采用液动锤WL冲击回转钻探技术优化组合，对克制地层“打滑”、提高钻进效率 和钻头寿命有较好的效果；

（6）破碎地层，应采用液动锤WL冲击回转钻探技术优化组合，有效提高回转进尺和钻进效率；

（7）对造斜强度大的易斜地层，尽或许掌握并应用矿区钻孔弯曲规律，经过钻孔设计（顶角、方位角）加以克制，同时采用防斜、纠斜技术措施，如防斜钻具、防斜钻头及液 动锤WL冲击回转钻进，防斜技术和受控定向钻探纠斜技术，以保证钻孔质量。

（8）对水敏性地层要采用抑制性泥浆。依据地层实践状况选择钾基聚合物泥浆、钙基泥浆等不同类型，防止崩塌、缩径，钻穿后下套管护壁；

（9）对力学不稳如泰山地层要采用护壁性能好的高聚泥浆，PHP系列或LBM泥浆；

（10）对漏失地层普通应采取堵漏措施，微漏地层应启动堵漏，对裂隙、岩溶性严重漏失地层，堵漏真实有效，若孔壁稳如泰山，可“顶漏”钻进；

依据前面1～9号组合剖析、研讨和上述看法，对另外9种组合（10～18号组合）给出钻探技术优化组合设计方案如下：

（十）10号组合

Ⅰ类深孔，影响钻探施工的不利要素是钻孔深度大、地层安全、研磨性弱、有弱水敏性地层，对钻进速度、钻头寿命、护壁有很大影响。

（1）钻探设备优选。 钻孔深度大、地层安全、完整、研磨性弱是关键要素。 钻探技术目的参数见表8-13。

表8-13 高可钻性弱研磨性完整地层钻探技术目的参数

孔深取最浅H＝2000m，E /E ＝1.0013＜e _高 （1.0402），故应选择立轴钻机。

关键配套设备，选择28m钻塔、15～20MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 上部弱水敏性地层，可采用惯例WL钻探方法；采用相应 的钾基聚合物泥浆或钙基泥浆护壁堵漏，钻穿后下入套管护壁。 下部安全地层，采用液动 锤WL钻探方法；配优质级（AA）以上、80～100目、胎体硬度HRC30±1金刚石钻头；采 用PHP系列无固相冲洗液。

（十一）11号组合

Ⅰ类深孔，影响钻探施工的不利要素是钻孔深度大、地层硬、破碎、造斜强度大。

（1）钻探设备优选。 钻孔深度大、地层硬、破碎、研磨性适中是关键要素。 钻探技术 目的参数见表8-14。

表8-14 中等可钻性破碎地层钻探技术目的参数

当孔深H＝2000m时，E /E ＝1.0357稍大于e _中 （1.0303），当H＝3000m时，E /E ＝1.0216 清楚大于e _中 （1.0303），实践上，当H＝2300m时，E /E ＝1.0306刚好大于而十分接近于e _中 （1.0303），故2300m以浅钻孔，应选动力头钻机，2300m以深孔应选立轴钻机。

关键配套设备，选择动力头钻机时，应与钻塔组合经常使用；装备23～28m钻塔；选择 15～20MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 采用液动锤WL钻探方法；配规范级（A）或优质级（AA）、60～80目、胎体硬度HRC40～45金刚石钻头；依据矿区钻孔弯曲规律，采用初级 定向、防斜钻具、防斜钻头号防斜措施，必要时采用延续造斜器纠斜或受控定向钻探技术 控制钻孔方向，以到达地质要求；采用LMB等“四低”泥浆或PHP系列无固相泥浆护壁，并结合灌注水泥浆、下入套管护壁钻进。

（十二）12号组合

Ⅰ类深孔，影响钻探施工的不利要素是钻孔深度大、地层水敏性强、漏失量大、研磨性强，且有一定造斜作用。

（1）钻探设备优选。 钻孔深度大、中硬地层、较完整、研磨性强是关键要素。 钻探技术目的参数见表8-15。

表8-15 低可钻性强研磨性较完整地层钻探技术目的参数

孔深取最深H＝3000m时，E /E ＝1.0574＞e _低 （1.0297）。

依据计算结果，可选择动力头钻机，但与3号组合相似，应选择立轴钻机。 假设选择动力头钻机，应与钻塔组合经常使用，提高提下钻速度，进一步提高钻探效率，以保证其经济性。

关键配套设备，装备23m或28m钻塔、15～20MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 采用惯例WL或液动锤WL钻探方法；配规范级（A）或低 品级（C）、40～60目、胎体硬度HRC40±1金刚石钻头；可采用防斜钻具、钻头号措施进 行防斜；采用相应的钾基聚合物泥浆或钙基泥浆并加堵漏剂，严厉控制降低失水量，并结 合下入套管启动护壁堵漏。

（十三）13号组合

Ⅱ类深孔，影响钻探施工的不利要素是钻孔深度较大、地层安全，且有强水敏性地层。

（1）钻探设备优选。 钻孔深度较大、地层安全、较完整、研磨性适中是关键要素。 钻探技术目的参数见表8-16。

表8-16 高可钻性较完整地层钻探技术目的参数

孔深取最浅H＝1500m，E /E ＝1.0131＜e _高 （1.0402），应选择立轴钻机。

关键配套设备，应选择18m或23m钻塔、10～15MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 上部强水敏性地层，可采用惯例WL钻探方法；选择相应 的钾基聚合物泥浆或钙基泥浆，并严厉控制降低失水量，钻穿后下入套管护壁。 以下安全 地层，采用液动锤WL钻探技术；配优质级（AA）、80～100目、胎体硬度HRC30金刚石钻 头；采用PHP系列无固相冲洗液。

（十四）14号组合

Ⅱ类深孔，影响钻探施工的不利要素是钻孔深度较大、地层硬、造斜强度大、漏失量大、研磨性强，且有弱水敏地层。

（1）钻探设备优选。 钻孔深度较大、地层硬、完整、研磨性强是关键要素。 钻探技术目的参数见表8-17。

表8-17 中等钻性强研磨性较完整地层钻探技术目的参数

当孔深H＝1500m时，E /E ＝1.0428清楚大于e _中 （1.0303），当H＝2000m，E /E ＝1.0295 稍小于e _中 （1.0303），实践受骗H＝1950m时，E /E ＝1.0306刚好大于而十分接近于e _中 （1.0303），故1950m以浅钻孔，应选动力头钻机，1950m以深孔应选立轴钻机。

关键配套设备，选择动力头钻机时，应与钻塔组合经常使用；均装备18m或23 m钻塔、10～15MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 采用液动锤WL钻探方法；配规范级（A）或优质级（AA）、60～80目、胎体硬度HRC40～45金刚石钻头；依据钻孔弯曲规律，结合实践采用 初级定向、防斜钻具、防斜钻头号防斜措施，必要时采用延续造斜器纠斜或受控定向钻探 技术控制钻孔方向，以到达地质要求；采用抑制性泥浆或LBM等“四低”泥浆加堵漏剂，并结合灌注水泥浆、下入套管等护壁堵漏。

（十五）15号组合

Ⅱ类深孔，影响钻探施工的不利要素是钻孔深度较大、地层破碎、研磨性弱、漏失量大，且有一定造斜作用。

（1）钻探设备优选。 钻孔深度大、地层中硬、破碎、研磨性弱是关键要素。 技术目的参数见表8-18。

表8-18 低可钻性弱研磨性破碎地层钻探技术目的参数

孔深取最深H＝2000m，E /E ＝1.0977＞e _低 （1.0297），故应选择动力头钻机。

关键配套设备，采用延长桅塔（立根达9m）、10～15MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 采用液动锤WL或惯例WL钻探方法；配规范级（A）或低 品级（C）、35～40目、胎体硬度HRC30金刚石钻头；采用防斜钻具、防斜钻头号防斜措 施；采用LBM等“四低”泥浆加堵漏剂，并结合下入套管护壁堵漏。

（十六）16号组合

Ⅲ类深孔，影响钻探施工的不利要素是地层安全、漏失量大，且有一定造斜作用。

（1）钻探设备优选。 钻孔不很深、地层安全、完整、研磨性适中是关键要素。 钻探技 术目的参数见表8-19。

当孔深H＝1000m时，E /E ＝1.0459稍微超越e _高 （1.0402），当H＝1500m时，E /E ＝1.0159 清楚小于e _高 （1.0402），实践上，当H＝1080m时，E /E ＝1.0403稍大而十分接近于e _高 （1.0402），故1080m以浅钻孔，应选动力头钻机，1080m以深孔应选立轴钻机。

表8-19 高可钻性完整地层钻探技术目的参数

关键配套设备，采用立轴钻机时，装备18m或23m钻塔、7～10MPa泥浆泵。 若选择动力头钻机，最好采用延长桅塔（立根9m以上）。

（2）钻探方法与工艺优选。 采用液动锤WL钻探技术；配优质级（AA）80～100目、胎体硬度HRC30金刚石钻头；采用防斜钻具、防斜钻头号防斜措施；采用PHP系列无固相 泥浆加堵漏剂堵漏，若有效，可“顶漏”钻进。

（十七）17号组合

Ⅲ类深孔，影响钻探施工的不利要素是地层硬、破碎、水敏性强、研磨性强。

（1）钻探设备优选。 钻孔不很深、地层硬、破碎、研磨性强是关键要素。 钻探技术指 标参数见表8-20。

表8-20 中可钻性强研磨性破碎地层钻探技术目的参数

孔深取最深H＝1500m，E /E ＝1.0432＞e _中 （1.0303），应选择动力头钻机。

关键配套设备，最好采用延长桅塔（立根9m以上），配7～10MPa泥浆泵。

（2）钻探方法与工艺优选。 上部强水敏性地层，可采用惯例WL钻探方法；选择相应 的钾基聚合物泥浆或钙基泥浆，并严厉控制降低失水量，钻穿后下入套管护壁。 以下硬 地层，采用液动锤WL钻探方法；配规范级（A）或优质级（AA）、60～80目、胎体硬度 HRC40～45金刚石钻头；采用LBM等“四低”泥浆或PHP系列无固相冲洗液加堵漏剂，并结合采用水泥浆、下入套管护壁堵漏。

（十八）18号组合

Ⅲ类深孔，影响钻探施工的不利要素是地层造斜强度大、研磨性弱，且有弱水敏性地层。

（1）钻探设备优选。 钻孔不很深、地层中硬、较完整、研磨性弱是关键要素。 钻探技 术目的参数见表8-21。

孔深取最深H＝1500m，E /E ＝1.0803＞e _低 （1.0297），应选择动力头钻机。

关键配套设备，最好采用延长桅塔（立根9m以上），配7～10MPa泥浆泵。

表8-21 低可钻性弱研磨性较完整地层钻探技术目的参数

（2）钻探方法与工艺优选。 采用惯例WL或液动锤WL钻进；配规范级（A）或低品级（C）、35～40目、胎体硬度HRC30金刚石钻头；依据矿区钻孔弯曲规律，采用初级定向、防斜钻具、防斜钻头号防斜措施，必要时采用延续造斜器纠斜或受控定向钻探技术控制钻 孔方向，以到达地质要求；采用LBM等“四低”泥浆或PHP系列无固相冲洗液。

各代表性组合的简明钻探技术优化组合方案见附表1。

什么是石油钻井液？

钻井液是指满足钻井与完井工程所要求的多性能循环流体。 由于在旋转钻井中绝大少数是经常使用液体，大批经常使用气体或泡沫，因此把钻井流体称作“钻井液”。 目前运行最普遍、研讨最深化的是水基钻井液，因此钻井液也常称泥浆(旧称)。 我国钻井液技术开展很快。 1953年前后末尾经常使用钙基钻井液，开创了粗分散体系的历史。 20世纪60年代研制成功了CMC、FCLS处置剂以及70年代钻成了7000m的超深井，又使我国的钻井液技术行进了一大步。 1973年前后末尾了不分散体系钻井液的研制和经常使用，目前已基本完善。 80年代末尾了阳离子钻井液的研制。

一、钻井液的作用及成分钻井液在钻井工程中的关键功用是：(1)清洗井底，携带岩屑；(2)冷却和润滑钻头、钻柱；(3)构成泥饼，维护井壁；(4)控制与平衡地层压力；(5)悬浮岩屑和减轻剂；(6)提供所钻地层的有关资料；(7)将水功率传给钻头；(8)防止钻具腐蚀。

钻井液的关键成分有：(1)水(海水、盐水、饱和盐水等)；(2)膨润土(钠膨润土、钙膨润土、无机土、抗盐土等)；(3)化学处置剂(无机类、无机类、外表活性剂类、高聚合物类、生物聚合物类等)；(4)油(轻质油、原油等)；(5)气体(空气、氮气、自然气等)。 这些成分在各类钻井流体中所构成的分散体系不同，因此所起到的作用也不同。 从物理化学观念看,钻井液是一种多相不稳如泰山体系,包括悬浮体(如重晶石粉、钻屑、粘土粉等)、胶体(如高聚合物、膨润土的水溶液等)和真溶液(如氯化钠、碳酸钠的水溶液等),其中起关键作用的是胶体成分。

为了满足钻井工程的要求、改善钻井流体的性能，要求在各种钻井液中参与处置剂。 依据所起的作用将处置剂分为碱度调理剂、除钙剂、除泡剂、起泡剂、减稠剂、增稠剂、絮凝剂、润滑剂、杀菌剂、乳化剂、堵漏剂、减轻剂、腐蚀抑制剂、外表活性剂、页岩水化抑制剂、滤失量降低剂、解卡剂、高温稳如泰山剂等18类，约100～150种,其中经常经常使用的有20种左右。 研讨和开发处置剂，是提高钻井液技术水平的关键内容。

二、钻井液的性能为了正确经常使用钻井液，首先要求对钻井液的基本性能有正确的看法。 普通用密度、粘度、切力、失水量、泥饼、pH值、稳如泰山性、胶体率、含盐量和含砂量等项目的来表示钻井液性能的好坏。 这些目的直接影响钻井质量和钻井速度。 为了加快打出优质井，必需针对不同的钻井状况和要求调整好钻井液的性能目的。 关于普通井，着关键求提高钻速、安保钻井；关于深井，还要能够做到充沛暴露油气层；关于消费井，还要做到维护油气层,提高产量。 这些要求都要求经过制定合理的钻井液性能目的来成功。

1.密度钻井液密度是指钻井液单位体积的质量，普通用符号ρ表示，习气上单位用g/cm3。 钻井液柱对井壁和井底发生的压力可以平衡地层压力、防止井喷、稳如泰山和维护井壁,同时可防止高压油、气、水侵入钻井液破坏其性能，使井下状况复杂化。 调理钻井液密度可以控制液柱发生的压力。 钻井液密渡过大会增大动力消耗,降低钻速,憋漏地层,损伤甚至压死油气层，因此钻井液密度不能过高。 在可比条件下，密度降低0.1～0.2g/cm3，钻速可提高10%以上。 因此，国外目前尽量采用低密度钻井液钻井。

2.粘度、触变性和切力1)粘度钻井液粘度是流动时钻井液中固体颗粒间、固体颗粒与液体之间以及液体分子之间的内摩擦的反映。 由于测量方法不同，有不同的粘度值。 目前最常用的是塑性粘度。

塑性粘度是指在层流流动状况下，钻井液中固相颗粒间、固体与液体分子间的内摩擦以及液体自身受剪切所发生的流动阻力的总和。 用旋转粘度计测定，单位用mPa·s表示。

影响塑性粘度的关键要素是钻井液中所含固体颗粒的数量、大小以及粘土矿物的类型。 固体颗粒多、粒度细，比外表参与，内摩擦增大，塑性粘度肯定参与。 降低塑牲粘度最有效的方法是用水稀释或经过机械降砂的方法降低固相含量。

钻井液的粘度要适当。 粘度太低，不利于携带岩屑；粘度太高则会带来许多疑问，如：(1)使流动阻力增大、泵压上升、排量降低，井底清洗效果变差，致使于严重影响钻速。 (2)形成清砂和降气任务困难。 (3)易惹起泥包钻头，形成“拔活塞”或卡钻。 (4)下钻后开泵困难，循环压力高，易憋漏地层。 因此，必需依据钻井速度、动力设备和所钻地层的实践状况选择适宜的粘度。

2)触变性和切力钻井液的触变性是指钻井液搅拌后变稀、静置后变稠的这种特性。 钻井液在中止搅拌后，由于粘土颗粒外形不规则、性质不平均，粘土颗粒间能构成网状结构，渐渐失去流动性，并且结构强度随运动时期的延伸而参与。 用力搅拌可以破坏网状结构，使钻井液重新恢复其流动性。 这就是触变性的普通机理。 这种状况在钻井中经常出现，如钻进时钻井液不时循环，粘度较低；而起、下钻时钻井液中止循环，粘度就增大。

钻井液的触变性可用静切力来表示。 静切力是指破坏每平方厘米钻井液的网状结构所需的最小力，单位为mg/cm2。 钻井液静切力的大小可用切力计启动测定。

由于钻井液具有触变性，则运动时期不同，静切力也不同。 普通测两种运动时期的切力：运动1min后所测切力值为初切；运动10min后所测切力值为终切。 1min与10min切力值的差异是由触变性所选择的，故其差值能描画钻井液触变性的大小。

钻井液流动时，部分网状结构被破坏，同时另一部分的网状结构又在恢复，最终构成一种灵活平衡。 网状结构的存在使钻井液具有一定的胶凝强度。 度量灵活平衡形态下网状结构强度大小的量称作动切力。 动切力是钻井液在层流形态时一项十分关键的性能参数，它对流动阻力及运输岩屑的才干影响最大。 动切力受粘土粒子外表性质、固相浓度和固相外表带电性质等要素的影响。 常用旋转粘度计测定，单位为g/cm2。

3.失水量与泥饼在钻井环节中钻井液的失水可分为静失水和动失水。 普通动失水是指钻井液流动循环环节中的失水。 循环中泥饼有一个构成环节，从树立、增厚直到平衡，在这个阶段的失水都属于动失水。 静失水是指运动形态的失水量，空中测量的失水就是静失水。 起钻时钻井液中止循环，泥饼随着失水量的参与有所增厚，随着泥饼增厚失水量又有所增加，这个阶段属于静失水。 钻井环节实践上是静失水与动失水交替变化的环节。

1)泥饼的构成和失水钻井所遇到的砾石层、砂岩层及裂痕性地层等都是有孔隙和裂痕的，也就是说这些岩层具有浸透性。 当钻井液柱发生的压力大于地层压力时，钻井液会沿岩层的缝隙渗上天层。 末尾时，钻井液中较大的固体颗粒先将大孔堵小一些；然后，由次大的颗粒再将孔堵小一些。 继续堆积固体颗粒使孔越来越小，最后构成泥饼。 泥饼的构成环节如图5-7所示。

图5-7　钻井液失水表示图

与此同时，钻井液中的自在水渗上天层。 渗上天层的水称为钻井液的失水。 泥饼构成环节中，钻井液中自在水渗上天层的阻力逐渐参与，失水逐渐增加。 泥饼构成后，失水关键取决于泥饼自身的浸透性，而地层浸透性关于失水的影响就变得很小。 因此，钻井液失水和泥饼的构成是同时启动的，也是相互影响的。 末尾由于失水构成泥饼，而构成的泥饼反过去又阻止进一步失水。 钻井液的失水量和泥饼可用失水仪测定。

2)泥饼和失水与钻井的相关泥饼在失水环节中才干构成，所构成的泥饼又能安全井壁并阻止进一步滤失。 失水过大会惹起油层中粘土收缩等井下复杂状况，损害油气层的浸透率，故失水应尽或许低一些。

泥饼的作用关键有以下几个方面：

(1)泥饼可以控制失水。

(2)泥饼有润滑作用，可以增加钻具转动的动力消耗，另一方面也可以防止粘附卡钻。

(3)泥饼胶结性好，安全井壁作用强，可防止松懈地层的剥蚀掉块和坍塌。

(4)泥饼有可紧缩性，在深井段可以进一步降低失水，安全井壁。

从以上剖析可以看出,普通要求失水量越小越好，但也要依据实践状况作详细剖析。 在加快钻井环节中或在不易坍塌的地层钻井时可用清水。 这时虽然失水量较大，但可大大提高钻速，并可浪费处置剂用量。 另外，钻井液类型不同要求的失水量范围也不同。 聚合物钻井液、盐水钻井液虽然比海水钻井液失水量大，但由于聚合物及盐水钻井液能抑制泥页岩，仍可坚持井壁稳如泰山。

值钻井液的pH值，即酸碱度,是钻井液中氢离子浓度的负对数值。 pH值小于7时，钻井液为酸性,pH值越小，酸性越强。 pH等于7时，钻井液为中性。 pH值大于7时，钻井液为碱性，pH值越大，碱性越强。 高碱性钻井液(如石灰钻井液)pH值为12～14；不分散低固相钻井液的pH值为8～9；弱酸性钻井液(如饱和盐水钻井液)，pH值为6～7。 现代钻井常用低碱性钻井液。

5.含砂量钻井液的含砂量是指钻井液中不能经过200号筛子(筛孔边长74μm)的砂子占钻井液总体积的百分数。

钻井液的含砂量过大，则易磨损钻具和泵的零件。 随含砂量的参与，泥饼变粗变厚、摩擦系数增大、密度参与，严重时会惹起卡钻。 因此，普通要求钻井液的含砂量小于1%。

普通采用含砂量瓶及特别仪器启动含砂量的测定。

6.含盐量钻井液的含盐量是指钻井液滤液中含可溶性盐类(钠盐和钙盐等)的数量，用每升溶液中含盐类的毫克数表示。

可用滴定法或确定钻井液电导率的方法来测定含盐量。

7.稳如泰山性钻井液的稳如泰山性可以从两方面剖析：

(1)钻井液中的固相能否容易下沉以及沉降的快慢(称沉降稳如泰山性)。

(2)钻井液中的粘土颗粒能否容易粘结变大(称絮凝稳如泰山性)。

现场普通只测沉降稳如泰山性。 沉降稳如泰山性的好坏，在一定水平上也能反映出絮凝稳如泰山性的好坏。 此外，絮凝稳如泰山性还可以依据失水、切力、沉降体积等直接测得。