高密度無(wú)黏土相飽和鹽水鉆井液研究

王雷，牟云龍，楊培龍 （中海油伊拉克有限公司，北京100010）

常規(guī)鉆井液常常采用膨潤(rùn)土作為黏度與濾失控制的基本功能材料，而其亞微米顆粒對(duì)于常規(guī)鉆井液來(lái)說(shuō)能夠起到很好的作用，而對(duì)于高密度飽和鹽水鉆井液來(lái)說(shuō)將起到負(fù)面作用，亞微米顆粒會(huì)導(dǎo)致黏度的失控，并且飽和鹽水的存在也大大降低了膨潤(rùn)土的作用，失去了其本來(lái)應(yīng)用的目的。針對(duì)以上問(wèn)題，筆者認(rèn)為采用無(wú)黏土相配制飽和鹽水鉆井液，尤其是高密度飽和鹽水鉆井液將更加切實(shí)可行?；诖耍P者針對(duì)巨厚鹽膏層鉆井，專門(mén)設(shè)計(jì)了一套高密度無(wú)黏土相飽和鹽水鉆井液體系，該體系黏度易于調(diào)控，且性能更加穩(wěn)定，能夠適用于巨厚鹽膏層的鉆井作業(yè)。

1 處理劑篩選與評(píng)價(jià)

1.1 抗鹽增黏劑的篩選與評(píng)價(jià)

為建立高密度無(wú)黏土相鹽水鉆井液體系，需要對(duì)各種處理劑進(jìn)行篩選與評(píng)價(jià)。表1為抗鹽增黏包被劑的篩選與評(píng)價(jià)結(jié)果。基本配方：淡水＋0.6%增黏包被劑＋30%NaCl（配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。

表1 增黏劑的抗鹽性能評(píng)價(jià)結(jié)果

從表1可以看出，PLUS（聚丙烯酰胺）和PAC－HV （纖維素類）處理劑，其抗鹽能力較差，基本無(wú)黏度，而XC、VIS（生物聚合物）都具有一定的抗鹽能力。從整體抗鹽效果來(lái)看，VIS的抗鹽效果要優(yōu)于其他幾種處理劑。因此優(yōu)選VIS作為飽和鹽水鉆井液體系的抗鹽增黏劑使用。

1.2 抗鹽降濾失劑的篩選與評(píng)價(jià)

1.2.1 降濾失劑的篩選

在過(guò)飽和鹽水的基礎(chǔ)上，對(duì)降濾失劑進(jìn)行篩選與評(píng)價(jià)，由表2可以看出，改性淀粉STARFLO和磺化瀝青TX降濾失效果最好?；九浞剑旱?.6%VIS＋2%降濾失劑＋30%NaCl。

表2 降濾失劑的抗鹽性能評(píng)價(jià)結(jié)果

1.2.2 降濾失劑的復(fù)配

為了提高綜合處理劑使用效果，實(shí)驗(yàn)室針對(duì)淀粉類與磺化類的降濾失劑進(jìn)行了復(fù)配評(píng)價(jià)，基本配方：淡水＋0.6%VIS＋2%STARFLO＋1%降濾失劑＋30%NaCl。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，淀粉類降濾失劑與磺化類降濾失劑復(fù)配后，能夠明顯降低API失水量，尤其是淀粉與磺化瀝青復(fù)配后，效果最為明顯。后續(xù)采用淀粉與TX復(fù)配作為降濾失劑使用。

表3 降濾失劑復(fù)配后的抗鹽性能

1.3 封堵劑的篩選與評(píng)價(jià)

封堵劑的加入都會(huì)使鉆井液的黏度升高，能夠有效降低API失水量，并且在砂床的侵入深度明顯降低。試驗(yàn)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的封堵劑，考察封堵效果，結(jié)果如表4所示，LockSeal的封堵效果最好。

1.4 復(fù)合鹽水的優(yōu)選

地層沉積環(huán)境與地層巖性決定了井壁穩(wěn)定問(wèn)題，在鹽膏層發(fā)育的地層中，往往伴生有芒硝以及泥頁(yè)巖存在，這就對(duì)井壁穩(wěn)定提出了更高的要求；往往采用單一的飽和鹽水無(wú)法滿足井壁穩(wěn)定的要求?；诖搜芯坎捎肗aCl、KCl、HCOONa這3種常用鹽的復(fù)配，由于甲酸鹽的HCOO－和水分子形成氫鍵，對(duì)自由水具有很強(qiáng)的束縛能力；K＋能鑲嵌在黏土顆粒的層間，有利于減少泥頁(yè)巖的水化膨脹；剩余部分采用NaCl達(dá)到飽和。

考察了飽和鹽水再溶入其他無(wú)機(jī)鹽的能力，結(jié)果如表5所示，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的NaCl溶液再溶入無(wú)機(jī)鹽的能力較弱，而由3種鹽組成復(fù)合鹽水再溶入無(wú)機(jī)鹽的能力較單一的NaCl溶液要強(qiáng)，它既滿足井壁穩(wěn)定對(duì)抑制性的需要，又能夠滿足飽和鹽水的基本要求。

表4 封堵劑篩選評(píng)價(jià)結(jié)果

表5 飽和鹽水再溶入無(wú)機(jī)鹽的能力

1.5 配方的確定及基本性能

經(jīng)過(guò)篩選，最終確定高密度無(wú)黏土相飽和鹽水鉆井液體系的配方是：淡水＋0.1%NaOH＋0.25%Na2CO3＋0.3%VIS增黏劑＋2%STARFLO淀粉＋1%TEX磺化瀝青＋25%NaCl＋8%HCOONa甲酸鈉＋5%KCl＋1%LockSeal封堵劑＋重晶石 （密度2.30g/cm3）。該體系基本性能見(jiàn)表6，流變性能好，API濾失量和高溫高壓濾失量均較低。

表6 高密度無(wú)黏土相飽和鹽水鉆井液基本性能

2 高密度無(wú)黏土相飽和鹽水鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

2.1 抗溫性能評(píng)價(jià)

溫度對(duì)處理劑的影響較大，處理劑高溫下易降解降黏，失去作用效果，因此必須具有良好的抗溫性能。分別研究了在90、100、110、120℃溫度下老化16h后，鉆井液性能的變化情況 （如表7所示），高密度鹽水鉆井液體系具有較好的抗溫性能，即使在經(jīng)過(guò)120℃老化16h后，性能依然穩(wěn)定，API失水量較小。

2.2 抗污染性能評(píng)價(jià)

鉆井液主要的作用之一為攜帶巖屑，在循環(huán)過(guò)程中會(huì)受到地層巖屑的侵入，從而影響鉆井液的性能，這就要求鉆井液必須具有良好的抗侵污性能，尤其是針對(duì)鹽膏層地層，鹽膏層中含有的石膏、石鹽、芒硝及黏土侵入鉆井液后，會(huì)嚴(yán)重影響鉆井液的性能。因此考察質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的石膏、石鹽、芒硝、黏土、鉆屑等侵入對(duì)鉆井液性能的影響，結(jié)果如表8所示。鉆井液經(jīng)各種侵入后，性能變化不大，但當(dāng)復(fù)合鹽侵入后API失水量偏大，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)特別注意井漿的濾失量。

表7 高密度鹽水鉆井液抗溫性能評(píng)價(jià)

表8 鉆井液體系抗侵污性能評(píng)價(jià)

2.3 加重性能評(píng)價(jià)

鉆井液密度是確保安全、快速鉆井的一個(gè)十分重要的參數(shù)。通過(guò)鉆井液密度的變化，可調(diào)節(jié)鉆井液在井筒內(nèi)的靜液柱壓力，以平衡地層孔隙壓力。有時(shí)也用于平衡地層構(gòu)造應(yīng)力，以避免井塌的發(fā)生。如果密度過(guò)高，將引起鉆井液過(guò)度增稠、易漏失、鉆速下降、對(duì)油氣層損害加劇和鉆井液成本增加等一系列問(wèn)題；而密度過(guò)低則容易發(fā)生井涌甚至井噴，還會(huì)造成井塌、井徑縮小和攜屑能力下降。

對(duì)高密度鹽水鉆井液體系的加重性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果如表9所示。隨著鉆井液體系密度的增加，體系黏度增加，API失水量減少。體系的最高密度可以達(dá)到2.6g/cm3，超過(guò)該密度后，鉆井液流變性較差，流動(dòng)性差，且API失水量也急劇增大。因此該體系在使用過(guò)程中應(yīng)特別注意對(duì)密度的控制。

表9 鉆井液體系加重性能評(píng)價(jià)

2.4 抑制性能評(píng)價(jià)

鉆井液抑制性的評(píng)價(jià)有2種方法：①分散性試驗(yàn)測(cè)定滾動(dòng)回收率；②離心法測(cè)定防膨率。采用以上2種方法對(duì)高密度鉆井液體系抑制性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。由于多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)鉆屑都很細(xì)小，無(wú)法收集到足夠多的6～10目的現(xiàn)場(chǎng)鉆屑，因此實(shí)驗(yàn)室采用露頭土代替現(xiàn)場(chǎng)鉆屑進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表10所示，該體系具有較好的抑制性能，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

表10 鉆井液體系抑制性能評(píng)價(jià)

3 結(jié)論

1）高密度無(wú)黏土相鉆井液體系的密度達(dá)到2.30g/cm3時(shí)具有較好的流變性并且黏度易于調(diào)控，在鉆進(jìn)過(guò)程中用地層中的黏土水化造漿，使鉆井液性能更加穩(wěn)定。能有效抑制鹽膏層蠕變、鹽溶和泥巖水化膨脹，以保證井眼的穩(wěn)定。

2）在高溫條件下，該體系仍能保持良好的流變性能，抗侵污性能和抑制性能，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的要求。

[1]賀明敏，蒲曉林，鄭錕，等 .抗高溫高密度飽和鹽水鉆井液研究 [J].西部探礦工程，2010，22（11）：75～78.

[2]王京光，張小平，楊斌，等 .一種抗高溫高密度飽和鹽水鉆井液的研制 [J].天然氣工業(yè)，2012，32（8）：79～81.

[3]單文軍，陶士先，胡繼良，等 .高溫鹽水鉆井液技術(shù)難點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 [J].地質(zhì)與勘探，2013，49（5）：976～980.

[4]高偉，陳紅壯，石琪 .抗高溫高密度鹽水鉆井液室內(nèi)研究 [J].西部探礦工程，2010，22（11）：135～137.

[5]楊鵬，呂開(kāi)河，甄鵬鵬，等 .抗高溫飽和鹽水無(wú)黏土相鉆井液室內(nèi)研究 [J].油田化學(xué)，2013，30（4）：482～485.