高溫高密度鹽水基鉆井液性能分析

朱濱　王立安

摘要：在鉆井過程中會遇到很多的問題，為了解決在鉆井過程中，由于深度增加所產生的問題，利用高溫高密度水基鉆井液高溫高密度條件下性能來解決問題，通過對鉆井液的分析，以及處理劑的研究來分析其性能。利用系列流變性實驗并結合粒度分布和Zeta電位分析等，研究老化溫度、密度及黏土含量對鉆井液性能的影響。最終實驗表明，深井中的黏土含量對高密度鹽水基鉆井液黏土聚結有重要影響，黏土聚結程度隨黏土含量增大而增大。同時，高密度鉆井液的亞微米顆粒體積分數較低密度鉆井液的高，高溫作用將增加鉆井液的亞微米顆粒體積分數。想要改變現狀，需要盡量降低高溫高密度鉆井液中黏土含量，并配合使用耐溫抗鹽高效護膠劑是維護其性能穩(wěn)定性的重要途徑。

關鍵詞：高溫高密度;水基鉆井液;性能

引言：隨著石油工業(yè)的發(fā)展，我國對石油的需求增加，以至于油氣勘探的地層深度不斷增加，深井的鉆探也逐漸增加。研究證明，隨著深井的深度增加，對鉆井的技術要求也逐漸增加，對鉆進液的性能也提出了較高的要求。在鉆井時，由于地溫和壓力隨著深度的增加而增加，在高溫條件下，鉆井液處理劑會發(fā)生降解、交聯、發(fā)酵、失效等變化，從而讓鉆井液的性能也發(fā)生變化，嚴重時可能導致鉆井工作無法正常進行。針對這一現象，調節(jié)溫度就變成了重要的工作，為了解決壓力和溫度問題，同時要以環(huán)保為基礎對此類問題進行解決，目前最優(yōu)的解決辦法就是采用水基鉆井液體系。

一 水基鉆井液

水基鉆井液是指油氣鉆井過程利用自身條件滿足鉆井的工作需要的循環(huán)流體的總稱。鉆井液以流體介質和體系的組成特點分類可被分為：水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井液和合成基鉆井液。水基鉆井液在實際操作中占據重要的作用，為鉆井工作帶來了幫助。鉆井液中最主要的體系有分散鉆井液、鈣處理鉆井液、鹽水鉆井液、聚合物鉆井液、正電膠鉆井液和抗高溫深井水基鉆井液。水基鉆井液在深水和大陸架鉆井所鉆遇的溫度范圍內，具有穩(wěn)定的屈服值和靜切力，其部分原因是鉆井液中沒有粘土?？刂屏髯冃缘木酆衔餅殂@井液提供了剪切稀釋性，并保證鉆屑的懸浮和傳送。井眼穩(wěn)定和井徑規(guī)則減少了對通井的需求。

二 處理劑的優(yōu)選與評價

2.1高溫保護劑GBH

此類高溫保護劑抗溫性能好，在蓬松的土壤里吸附力強，在高溫下具有護膠作用。高溫保護劑在鉆井液中對其有協(xié)同增效功能，可以與其他功能劑形成一種絡合物，有效提高處理的抗高溫作用。在高溫高密度的鉆井液中，高溫保護劑對鉆井液有高溫稀釋作用，可以改好三鉆井液的流變性能。同時高溫保護劑有一定的頁巖水化膨脹作用，可以穩(wěn)定井眼。

2.2降濾失劑

在深井中，高壓的環(huán)境下，單一的降濾失劑很難滿足鉆井工藝的要求，以至于需要采用兩個以上的高溫降濾失劑，兩個相互促進，相互完善，最終得到設計的要求。但是這種處理劑對鉆井液的增粘作用不大，以至于在井壁上能形成低滲透、韌性、薄而致密的泥餅。

2.3防塌封堵劑

GFD具有良好的一直頁巖水化膨脹的作用，高溫下能有效的一直井壁的斷裂，有利于對井壁進行防護，同時有效的額填充鉆井液，改善泥餅的質量，降低其滲透性。

三 水基鉆井液和油基鉆井液比較

油基鉆井液是一個發(fā)展趨勢，相對成本來說單井成本比較高，但是綜合起來打一大片井的話成本較低，因為可以重復利用。水基鉆井液單本成本低，但是不能重復利用，處理起來比較困難，由于國內對于環(huán)境保護不是很重視，所以水基鉆井液廢棄物基本不處理，就是填埋完事。與水基鉆井液相比較，油基鉆井液具有能抗高溫、抗鹽鈣侵、有利于井壁穩(wěn)定、潤滑性好和對油氣層損害程度較小等多種優(yōu)點。油基鉆井液已成為鉆高難度的高溫深井、大斜度定向井、水平井和各種復雜地層的重要手段，并且還可廣泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。

國內主要繼承前蘇聯的技術，走水基比較多。有些地方的地層只能用油基鉆井液，水基用不了，比如說在墨西哥的一段地層，遇水立馬變硬，鉆頭根本打不動，必須采用油基。但是水基鉆井液也不會消失，像打表層的話采用水基省成本，速度快，等到下部復雜地層改用油基鉆井液，各盡其能才是最好的。鉆井液其實就是泥漿，或者說泥漿其實就是水基鉆井液。泥漿在井上是一門非常高深的學問，泥漿工也是需要長時間培養(yǎng)出來的技術人才。據我所知，通常來說泥漿都是水基的，油基鉆井液一般是用在地質條件比較復雜的地方。水基鉆井液成本低效果好，應用廣泛，原料易得，而且工藝成熟。有時為了提高潤滑性能會加入一定比例的油，但是這時泥漿的仍然表現為水性，仍然是水基鉆井液。缺點是容易污染油氣層，而且自身容易受到污染。

油基鉆井液不會污染油氣層，自身抗污染能力較強，易于形成大的巖屑，抗高溫能力強，能應用在地質情況非常復雜的地方。油基鉆井液也有純油基的和油混水兩種。純油的鉆井液里面含水量很少，油混水鉆井液里面水是乳濁液的形態(tài)，應用起來差異比較大。油基鉆井液的問題是會污染環(huán)境，成本較高，調配難度也比較大?，F場絕大部分都是水基泥漿，因為成本低，但缺點就是水基泥漿在膏鹽層和泥巖層易引起吸水膨脹，造成井壁垮塌。油基泥漿對井壁穩(wěn)定性好，鉆具對井壁摩擦阻力小，但成本太高，探井還由于錄井也無法使用。這兩個沒有相互取代的問題，各有優(yōu)缺點。油基鉆井液可防止井塌，同時可以保護油氣產層，在頁巖氣開采里進入產層的三開定向井和水平井一般使用油基鉆井液。

關于發(fā)展趨勢，從環(huán)保而言，因為新環(huán)保法的實施，水基鉆井液和油基鉆井液使用后現在都要求必須處理達到環(huán)保要求。更是將油基劃入了危險廢棄物的名錄，水基處理中水的要求是達到國家污水排放標準，固體也必須達到固廢填埋標準。發(fā)展趨勢再有一點是頁巖氣的開采是熱門，而這必然使用大量的油基鉆井液，油基對環(huán)保的要求更高，目前對油基的環(huán)保處理就我了解并沒有一家國內公司的技術能處理達到國家排放標準，要求含油率小于1%。現在從事的頁巖氣開發(fā)，頁巖的礦物成分較復雜，除高嶺石、蒙脫石、伊利石等常見黏土礦物以外，還混雜石英、長石、云母方解石、白云石、黃鐵礦、磷灰石等礦物。黏土礦物極易遇水發(fā)生膨脹，而影響正常鉆進，造成井壁垮塌等井下復雜，同時對后期投產造成鉆井液污染而降低產能，這是使用油基泥漿的主要原因。但是對于其他成分的巖石，比如粘土礦物含量少，為了節(jié)約成本就可以使用水基泥漿，節(jié)約了資金，井壁穩(wěn)定也解決了。

四 結論

經過實驗表明，在高溫，高礦化度低密度水基鉆井液性能過關，于此同時應用上述中的理論基礎，優(yōu)化加重劑（如重晶石）粒子級配，在此條件下，及時不加入其它抗溫降黏劑，降濾失劑也能建立起性能優(yōu)良的高溫、高密度鉆井液體系。從而大大簡化了鉆井液體系的配方、減少了添加劑的加量，簡化了應用工藝，為現場施工提供了方便、降低了成本。

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