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[摘 要]在进行钻井作业时，一旦出现井壁坍塌，不但会使钻井作业的效率严重下降，而且还有可能引发意外的安全事故，因此，防止井壁坍塌十分重要，而水基钻井液正是防止井壁坍塌的抑制剂。针对水基钻井液防塌机理问题，首先对该种抑制剂的定义进行简单介绍，阐述该种抑制剂的类型，介绍不同类型抑制剂的不同之处，最后对其作用机理进行深入分析，为该种抑制剂的进一步研究奠定基础。研究表明：防塌抑制剂的作用机理有三种，分别是抑制水化、封堵防透、造壁性，相对来说，抑制水化的解释更加合理。
[关键词]水基钻井液 防塌 类型 作用机理
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0103-01
引言
对于油气资源生产而言，钻井作业最为重要，因为钻井作业的优良，将直接关系到油气资源的开采效率和开采量。但是，在钻井作业过程中，由于井壁并不稳定，极易出现坍塌事故，尤其是在我西北地区，钻井作业坍塌事故十分常见[1]。一旦出现坍塌事故，则会使得整个钻井作业的工作效率严重下降，从而给油气田单位造成极大的经济损失。而水基钻井液正是防止井壁坍塌的一种十分有效的抑制剂，在国内外油气田已得到了广泛的应用，但是该种抑制剂的作用机理仍然是一项重大难题，只有清楚其作用机理，才能为该种抑制剂的进一步研究奠定基础。因此，在本次研究中，首先对该种抑制剂的主要类型进行介绍，最后深入分析其作用机理，为下一步的研究工作提供理论基础。
1、水基钻井液防塌抑制剂定义
在进行钻井作业的过程中，降低井壁泥沙水化效果的抑制剂称之为水基钻井液抑制剂，由于该种类型抑制剂可以降低泥沙的水化效果，所以具有很强的防塌作用，因此，该种类型抑制剂又可以称之为防塌抑制剂。该种类型抑制剂除了可以降低井壁泥沙的水化效果以外，还可以对钻井作业中的泥沙起到造浆作用，从而使得油气井的井壁更加稳固。正是其两种效果的共同存在，才使得该种类型抑制剂得到了大面积的推广。
2、水基钻井液防塌抑制剂类型
（1）钙处理钻井液
石膏钻井液以及石灰钻井液都属于钙处理类型的钻井液，在这些钻井液中，石膏和石灰中含有大量的钙离子，钙离子的存在会使得泥土变得更加紧实，从而达到防塌目的。
（2）盐水钻井液
当钻井液中的盐含量超过一定的数值以后，都可以统称为盐水钻井液，事实上，该种类型的钻井液又可以根据盐含量的不同分为多种产品。盐水类型的钻井液中含有大量的矿物质，矿物质的存在可以有效的降低泥土的水化作用，从而使得井壁更加牢固，同时，该种类型的钻井液中并不含有污染性物质，所以对井下油气资源不会产生污染[2]。在另一方面，长时间使用该种类型钻井液，还能有效提高油气井的抗温性能。目前，盐水类型的钻井液主要用于深度较大的油气井。
（3）钾酸盐钻井液
钾酸盐类型的钻井液密度变化范围相对较大，而且在使用中，并不需要额外添加其它的固井类物质，其自身就可以起到良好的固井性能。在使用该种类型的钻井液后，不但可以使油气井的井壁更加稳固，而且能有效提高钻井作业时钻井的转速，从而使钻井作业的效率得到有效提升。由于钾酸盐本身并不具有污染性，因此，该种类型的钻井液也不会对井下的油气资源产生污染。
（4）鉀石灰钻井液
钾石灰类型的钻井液中含有大量的钾化物和生石灰。在上文中指出，石灰本身含有大量的钙离子，所以可以起到良好的防塌作用，而钾化物的存在，可以使泥土的水化作用最大程度的得到减弱，因此，两种物质同时作用，防塌作用更加明显[3]。目前，该种类型的钻井液主要用于地下裂缝发育较好的油气井中。
（5）硅酸盐钻井液
该种类型的钻井液中含有大量的硅酸盐，硅酸盐属于混合物，其中含有大量的矿物质，因此，硅酸盐类型的钻井液也是依靠矿物质的存在，从而起到防塌作用。一般来说，该种类型的钻井液制备成本相对较低，因此，目前各大油田单位都配备有硅酸盐钻井液。
3、水基钻井液防塌抑制剂作用机理
在进行钻井作业的过程中，井壁失稳存在两大条件，其一井壁是由泥沙构成，而不是岩石，其二是水极容易进入井壁中。当水资源进入井壁的泥沙中后，井壁所受压力持续增加，从而使得井壁内存在的裂缝宽度增加，凝固应力逐渐减小，从而产生坍塌。在另一方面，井壁中的泥沙吸收大量的水分以后，其自身的强度也会持续下降，也会导致井壁坍塌问题出现。水资源进入井壁内必须满足两大条件，首先，井壁内外存在一定的压差，其次，井壁本身存在大量的毛细管。水资源在内外压差的作用下，通过毛细管进入井壁内。要想达到井壁防塌的目的，就必须从引起井壁坍塌的主要原因及水分进入井壁的条件入手，同时，改变水资源的自身性质也是一种方法，但是，由于改变水资源性质的难度相对较大，因此，目前并没有该种类型的技术出现。
水基钻井液就是在对井壁坍塌的主要原因进行分析的基础上，出现的一种抑制剂。目前该种抑制剂的机理解释有三种类型，分别是抑制水化、封堵防透、造壁性。
（1）抑制水化
所谓的抑制水化就是从降低井壁泥土的水化效率和膨胀效率出发，从而提出的一种解释方法，目前，该种解释更容易被国内外学者所接受。一般来说，无机盐或者矿物质的离子结构中含有两种电层，这些物质与井壁的泥沙相接触以后，可以中和泥沙离子中的电性，从而使得泥沙之间的排斥力得到有效的降低，其自身的膨胀效率也就得到了降低。在另一方面，无机盐或矿物质离子与泥沙相接触以后，这些物质会覆盖泥沙，从而使得水分子与泥沙的接触面积降低，水资源进入井壁的速度下降，从而实现降低水化效率的目的。该种机理的提出，正是基于井壁坍塌的主要原因以及水资源进入井壁的原理两方面。
（2）封堵防透
该种机理的解释较为简单，就是通过抑制剂中含有的大量的惰性物质沉积于井壁表面，从而使得井壁表面产生一层致密且牢固的屏障，达到防止水资源进入井壁内的目的，最终实现井壁防塌效果。如果该种机理解释成立，则井壁表面的惰性成分不但具有阻水作用，还可以为井壁提供压力支撑，实现提高井壁稳定性的目的。但是，惰性物质的性能再稳定，其自身必有一定的缝隙，微小缝隙的存在也可能使水资源进入井壁内，因此，该种解释并不完善。
（3）造壁性
该种解释为抑制剂中含有大量的降失水的成分，该种成分可以与井壁的泥沙产生较强的吸附作用，从而使得泥沙的表面性质得到改变，同时，泥沙的分散性质得到减弱，在压差的作用下，井壁会产生一定致密的泥沙薄膜，从而实现阻水的能力。从本质上讲，该种解释基于水分进入井壁的原因所提出。
4、结论
通过以上分析可以发现，在钻井作业过程中，井壁坍塌是威胁钻井效率的主要因素，因此，采取一定的措施防止井壁坍塌十分重要，而水基钻井液正是防止井壁坍塌的一种抑制剂。该种抑制剂可以分为五种类型，分别是钙处理钻井液、盐水钻井液、钾酸盐钻井液、钾石灰钻井液、硅酸盐钻井液。目前，关于该种抑制剂作用机理的解释有三种，分别是抑制水化、封堵防透、造壁性，相对来说，抑制水化的解释更加合理。
参考文献
[1]杨小华.提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究与应用进展[J].中外能源，2012， 17（5）：53-58.
[2]王维恒，夏巍巍，袁明进.水基钻井液防塌抑制剂HLJ的制备及性能评价[J].科学技术与工程， 2016， 16（15）：159-163.
[3]张启根，陈馥，刘彝，等.国外高性能水基钻井液技术发展现状[J].钻井液与完井液， 2007， 24（3）：74-77.
作者简介
李越（1990-），男，毕业于中国石油大学（华东）石油工程专业，初级工程师，从事钻井泥浆技术服务工作。
[关键词]水基钻井液 防塌 类型 作用机理
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0103-01
引言
对于油气资源生产而言，钻井作业最为重要，因为钻井作业的优良，将直接关系到油气资源的开采效率和开采量。但是，在钻井作业过程中，由于井壁并不稳定，极易出现坍塌事故，尤其是在我西北地区，钻井作业坍塌事故十分常见[1]。一旦出现坍塌事故，则会使得整个钻井作业的工作效率严重下降，从而给油气田单位造成极大的经济损失。而水基钻井液正是防止井壁坍塌的一种十分有效的抑制剂，在国内外油气田已得到了广泛的应用，但是该种抑制剂的作用机理仍然是一项重大难题，只有清楚其作用机理，才能为该种抑制剂的进一步研究奠定基础。因此，在本次研究中，首先对该种抑制剂的主要类型进行介绍，最后深入分析其作用机理，为下一步的研究工作提供理论基础。
1、水基钻井液防塌抑制剂定义
在进行钻井作业的过程中，降低井壁泥沙水化效果的抑制剂称之为水基钻井液抑制剂，由于该种类型抑制剂可以降低泥沙的水化效果，所以具有很强的防塌作用，因此，该种类型抑制剂又可以称之为防塌抑制剂。该种类型抑制剂除了可以降低井壁泥沙的水化效果以外，还可以对钻井作业中的泥沙起到造浆作用，从而使得油气井的井壁更加稳固。正是其两种效果的共同存在，才使得该种类型抑制剂得到了大面积的推广。
2、水基钻井液防塌抑制剂类型
（1）钙处理钻井液
石膏钻井液以及石灰钻井液都属于钙处理类型的钻井液，在这些钻井液中，石膏和石灰中含有大量的钙离子，钙离子的存在会使得泥土变得更加紧实，从而达到防塌目的。
（2）盐水钻井液
当钻井液中的盐含量超过一定的数值以后，都可以统称为盐水钻井液，事实上，该种类型的钻井液又可以根据盐含量的不同分为多种产品。盐水类型的钻井液中含有大量的矿物质，矿物质的存在可以有效的降低泥土的水化作用，从而使得井壁更加牢固，同时，该种类型的钻井液中并不含有污染性物质，所以对井下油气资源不会产生污染[2]。在另一方面，长时间使用该种类型钻井液，还能有效提高油气井的抗温性能。目前，盐水类型的钻井液主要用于深度较大的油气井。
（3）钾酸盐钻井液
钾酸盐类型的钻井液密度变化范围相对较大，而且在使用中，并不需要额外添加其它的固井类物质，其自身就可以起到良好的固井性能。在使用该种类型的钻井液后，不但可以使油气井的井壁更加稳固，而且能有效提高钻井作业时钻井的转速，从而使钻井作业的效率得到有效提升。由于钾酸盐本身并不具有污染性，因此，该种类型的钻井液也不会对井下的油气资源产生污染。
（4）鉀石灰钻井液
钾石灰类型的钻井液中含有大量的钾化物和生石灰。在上文中指出，石灰本身含有大量的钙离子，所以可以起到良好的防塌作用，而钾化物的存在，可以使泥土的水化作用最大程度的得到减弱，因此，两种物质同时作用，防塌作用更加明显[3]。目前，该种类型的钻井液主要用于地下裂缝发育较好的油气井中。
（5）硅酸盐钻井液
该种类型的钻井液中含有大量的硅酸盐，硅酸盐属于混合物，其中含有大量的矿物质，因此，硅酸盐类型的钻井液也是依靠矿物质的存在，从而起到防塌作用。一般来说，该种类型的钻井液制备成本相对较低，因此，目前各大油田单位都配备有硅酸盐钻井液。
3、水基钻井液防塌抑制剂作用机理
在进行钻井作业的过程中，井壁失稳存在两大条件，其一井壁是由泥沙构成，而不是岩石，其二是水极容易进入井壁中。当水资源进入井壁的泥沙中后，井壁所受压力持续增加，从而使得井壁内存在的裂缝宽度增加，凝固应力逐渐减小，从而产生坍塌。在另一方面，井壁中的泥沙吸收大量的水分以后，其自身的强度也会持续下降，也会导致井壁坍塌问题出现。水资源进入井壁内必须满足两大条件，首先，井壁内外存在一定的压差，其次，井壁本身存在大量的毛细管。水资源在内外压差的作用下，通过毛细管进入井壁内。要想达到井壁防塌的目的，就必须从引起井壁坍塌的主要原因及水分进入井壁的条件入手，同时，改变水资源的自身性质也是一种方法，但是，由于改变水资源性质的难度相对较大，因此，目前并没有该种类型的技术出现。
水基钻井液就是在对井壁坍塌的主要原因进行分析的基础上，出现的一种抑制剂。目前该种抑制剂的机理解释有三种类型，分别是抑制水化、封堵防透、造壁性。
（1）抑制水化
所谓的抑制水化就是从降低井壁泥土的水化效率和膨胀效率出发，从而提出的一种解释方法，目前，该种解释更容易被国内外学者所接受。一般来说，无机盐或者矿物质的离子结构中含有两种电层，这些物质与井壁的泥沙相接触以后，可以中和泥沙离子中的电性，从而使得泥沙之间的排斥力得到有效的降低，其自身的膨胀效率也就得到了降低。在另一方面，无机盐或矿物质离子与泥沙相接触以后，这些物质会覆盖泥沙，从而使得水分子与泥沙的接触面积降低，水资源进入井壁的速度下降，从而实现降低水化效率的目的。该种机理的提出，正是基于井壁坍塌的主要原因以及水资源进入井壁的原理两方面。
（2）封堵防透
该种机理的解释较为简单，就是通过抑制剂中含有的大量的惰性物质沉积于井壁表面，从而使得井壁表面产生一层致密且牢固的屏障，达到防止水资源进入井壁内的目的，最终实现井壁防塌效果。如果该种机理解释成立，则井壁表面的惰性成分不但具有阻水作用，还可以为井壁提供压力支撑，实现提高井壁稳定性的目的。但是，惰性物质的性能再稳定，其自身必有一定的缝隙，微小缝隙的存在也可能使水资源进入井壁内，因此，该种解释并不完善。
（3）造壁性
该种解释为抑制剂中含有大量的降失水的成分，该种成分可以与井壁的泥沙产生较强的吸附作用，从而使得泥沙的表面性质得到改变，同时，泥沙的分散性质得到减弱，在压差的作用下，井壁会产生一定致密的泥沙薄膜，从而实现阻水的能力。从本质上讲，该种解释基于水分进入井壁的原因所提出。
4、结论
通过以上分析可以发现，在钻井作业过程中，井壁坍塌是威胁钻井效率的主要因素，因此，采取一定的措施防止井壁坍塌十分重要，而水基钻井液正是防止井壁坍塌的一种抑制剂。该种抑制剂可以分为五种类型，分别是钙处理钻井液、盐水钻井液、钾酸盐钻井液、钾石灰钻井液、硅酸盐钻井液。目前，关于该种抑制剂作用机理的解释有三种，分别是抑制水化、封堵防透、造壁性，相对来说，抑制水化的解释更加合理。
参考文献
[1]杨小华.提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究与应用进展[J].中外能源，2012， 17（5）：53-58.
[2]王维恒，夏巍巍，袁明进.水基钻井液防塌抑制剂HLJ的制备及性能评价[J].科学技术与工程， 2016， 16（15）：159-163.
[3]张启根，陈馥，刘彝，等.国外高性能水基钻井液技术发展现状[J].钻井液与完井液， 2007， 24（3）：74-77.
作者简介
李越（1990-），男，毕业于中国石油大学（华东）石油工程专业，初级工程师，从事钻井泥浆技术服务工作。