科钻一井钻遇地层及钻孔结构的要求

  科钻一井采用的钻进方法主要有取心钻进、扩孔钻进和全面钻进，不同的钻进方法需要采用不同性能的钻井液，以保证钻进工艺的实施。扩孔钻进和全面钻进采用的是牙轮钻头，产生的岩屑颗粒较大(2～5mm)；而取心钻进采用金刚石钻头，产生的岩粉非常细(5～lOOμm)。在全面钻进和扩孔钻进时采用转盘驱动，转速较低(30～60r/min)，而取心钻进主要采用井底螺杆马达和液动锤驱动，转速较高(160～200r/min)。全面钻进时钻井液的泵排量为25～35L/s;取心钻进的钻井液排量为9～IIL/s。鉴于上述情况，不同的钻进方法对钻井液性能的要求相差较大，全面钻进和扩孔钻进要求泥浆的携带性能要好，能将钻进形成的较大颗粒岩屑及时排除，以提高钻进效率；取心钻进要求钻井液性能不仅有利于携带岩屑，停止循环时要能够悬浮岩屑，同时还要满足作为井底动力系统驱动介质的要求。从现场钻井液制备和管理的角度考虑，要求制备简单、性能调整容易和管理方便；从节约成本，减少排放的角度出发，现场最好采用单一的钻井液体系，钻进工艺变化时，不需要更换钻井液体系，仅通过简单的性能调整就能够满足钻进工艺变化的要求。科钻一井采用了专门研究和设计的LBM-SD钻井液体系，完成了取心钻进、扩孔钻进和全面钻进。
 
  科学钻探采用的钻井液除满足钻探施工的基本要求外，还需满足科学实验、测井和录井方面的要求，总体要求如下：①不能含有影响科学试验、测井和录井的化学成分；②对环境安全影响小；③润滑性能优良、成本低；④能够有效地减缓井下的复杂情况，包括高温和高压；⑤具有较强的加重承载能力，包括转化成盐类钻井液体系；⑥固相含量低，减少对测井、声波传递和图像接收的干扰，避免堵塞钻具；⑦携带岩屑能力强，形成的泥皮薄而韧性好。
 
  在科钻一井的钻遇地层中，主要以榴辉岩类、副片麻岩、正片麻岩类为主。上述岩性均为非水敏性岩石，且渗透率极小，除一些破碎井段有坍塌和掉块外，钻井液对水敏地层的抑制性没有特殊的要求。但上述岩石的硬度和研磨性很高，在取心钻进中形成的岩粉粒度非常细，且密度高(3.5～3. 8g/cm3)，要求钻井液应具有良好的润滑性能，以减小井壁对钻具的磨损；由于岩粉的密度高、粒度细，要求钻井液应具有良好的携带能力和悬浮能力，及时将钻进中形成的岩粉输送到地表，通过固控设备清除，以提高钻进效率，防止埋钻和卡钻。采用石油钻井常规的固控设备是不能有效清除金刚石钻进形成的岩粉，因此，必须选用高效的固相清除设备和方法。
 
  钻遇的大部分井段是完整的，在这些完整的结晶岩地层中是不存在地层压力的，但在钻进过程中遇到了数个破碎带和漏失层位。虽然采用惰性材料堵漏，解决了漏失问题，可以维持钻井液的循环，但这些被封堵的漏失井段的漏失压力仍然较小，容易在钻进中造成重复漏失。因此，必须严格控制钻井液的密度和流变参数，尽可能减小钻井液的循环压力。
 
  在钻进施工中，钻孔结构关系到钻井液的性能和钻进工艺参数。施工中要尽可能保持钻井液的流动状态一致，应避免局部流动状态的突变。通常不能“一径到底”，往往要下人几层套管，在套管与裸眼的变径部位钻井液容易形成涡流，导致岩屑的堆积，当堆积到一定量后会突然塌落，造成埋钻或卡钻，引起井内事故。在钻柱与井眼之间的环空里，钻井液的流动状况对钻井工况的影响也非常突出。不仅关系到岩屑的悬浮和携带，而且关系到井壁的稳定、钻井液的循环压力损失和井底动力钻具的工作状况。
 
  在先导孔取心阶段，为了保障岩屑的携带，在Φ339. 7mm 的套管内下入了一层Φ244. 5mm (95/8in)活动套管，主要目的是为了改善钻井液的流动状况，提高上返速度。尽管如此，取心钻进的井眼直径是Φ157mm，而Φ244. 5mm活动套管的内径是Φ222. 4mm，采用Φ89mm钻杆取心钻进，在两种不同直径的井眼内，钻井液的上返速度相差2.5倍。在主孔取心钻进阶段，2019m以上井段下入了Φ193. 7mm 活动套管，仍存在较大的钻井液上返速度差。
 
  因此在设计钻井液的性能时，必须要考虑在不同井眼条件下，保证岩屑的携带。