抗温240℃高密度饱和盐水钻井液研究
王旭 王中华 胡小燕 周乐群
（中原石油勘探局钻井工程技术研究院，河南濮阳，457001）
摘要：分析了抗温240℃高密度饱和盐水钻井液的难点，通过对自主开发的抗高温降滤失剂MP488、抗盐高温高压降滤失剂HTASP、抗温分散剂、抗高温降粘剂XJ及优选的高温稳定剂CGW-5、KCl等处理剂加量的考察，确定了抗温240℃密度2.3g/cm3的饱和盐水钻井液配方，并对其进行了性能评价。结果表明，钻井液抗钙、钻屑、钙土等污染后性能良好，沉降稳定性、抑制性均较好，在密度2.3g/cm3~2.50g/cm3中具有较好的适应性。
关键词： 饱和盐水钻井液 高温 高固相 流变性 高温高压滤失量
随着钻井技术的进步，油气勘探开发逐步向深井和超深井发展，在超深井钻井过程中可能遇到地层压力系数更高的复杂地层，如：盐层、盐膏层、高压盐水层等，这就需要抗高温高密度饱和盐水钻井液体系[1-6]；根据实际勘探开发的需要[7-8]，采用自主开发的抗高温降滤失剂MP488、抗高温解絮凝剂LP527[9]和抗盐高温高压降滤失剂HTASP[10]等处理剂，形成了抗温240℃密度2.3g/cm3的饱和盐水钻井液体系[11]。
一、实验部分
1、仪器与设备
高温滚动加热炉，50～300℃；ZNN-D6S型旋转粘度计；ZNS型失水仪；GGS-71型高温高压失水仪；变频高速搅拌机。
2、材料
膨润土（钙基）、重晶石、磺化褐煤，均取自现场。抗高温降滤失剂MP488、抗高温解絮凝剂LP527、抗盐高温高压降滤失剂HTASP、高温稳定剂CGW-5、分散剂XJ、高温保护剂均为室内合成。
二、技术难点
高温高密度钻井液由于温度高、固相含量高导致钻井液流变性和滤失量控制矛盾，而高温高密度饱和盐水钻井液性能控制更难。
1、高温、高盐情况下，坂土高度絮凝，处理剂分子卷曲严重甚至降解，导致处理剂的功能下降。
⑴高温条件下Na+能更深入粘土颗粒吸附层内部，且数目增多，导致粘土颗粒双电层变薄，抑制坂土的分散，使坂土颗粒聚集，比表面积减少，处理剂在坂土表面的吸附量大大降低；
⑵ 另一方面，高温条件下，处理剂分子会出现断链甚至降解，而盐会使处理剂分子卷曲严重，导致粘土颗粒表面水化膜变薄，致使处理剂护胶能力下降。
2、 在高固相条件下，如果要控制滤失量，就需要加大处理剂的量，这又给高密度钻井液带来流变性控制难题。
三、实验结果与讨论
1、高温高压滤失量控制研究
⑴高温稳定剂CGW-5加量对饱和盐水钻井液的性能影响
表1是高温稳定剂CGW-5加量对抗温240℃密度为2.3g/cm3饱和盐水钻井液性能的影响。钻井液经过240℃高温老化16h，60℃下测其性能。从表中可以看出，未加入CGW-5高温高压滤失量较大，当CGW-5加量增至2.5%时，钻井液的粘度增大，HTHP从88 mL降至32 mL。当CGW-5加量增至2.8%时，Ф600的读数测不出来，HTHP降至16 mL。说明高温稳定剂CGW-5对降低滤失量具有较好的效果。高固相、高盐条件下，较低的膨润土含量在絮凝作用下，导致处理剂在坂土颗粒表面的吸附量低无法有效发挥其功能，因此需要高温稳定剂来保护粘土颗粒，提供网架结构，保证处理剂在膨润土颗粒表面的吸附量。
⑵ MP488加量对饱和盐水钻井液性能的影响
表2是MP488加量对抗温240℃密度为2.3g/cm3饱和盐水钻井液性能的影响。钻井液经过240℃
高温老化16h，60℃下测其性能。从表中可以看出，未加入MP488的钻井液滤失量较大，当MP488加量增至2.0%时，钻井液的表观粘度从41.5 mPa?s 增至130 mPa?s，动切力从14.5 Pa增至55 Pa，HTHP从132.0 mL降至20 mL。当加量继续增加，Ф600的读数测不出来，HTHP变化不大。说明MP488能有效的增加钻井液的粘度，降低滤失量。
表1 CGW-5加量对钻井液性能影响
CGW-5 ,%FL
/mL
A V
/mPa?s
PV
/mPa?s
YP
/Pa
Gel
/(Pa/Pa)
n
K
/ (Pa·s n)
HTHP
/mL
pH
0 15.6 89.5 74 15.5 2.5/13 0.77 0.44 88 9
1.0 3.6 105 83 22 3.5/16.50.73 0.68 64 9
1.5 6.4 121.5 96 25.5 4/19 0.73 0.80 52 9
2.0 5.2 127 95 32 7.5/2
3.50.67 1.24 48 9 2.5 5.2 130 88 42 15/34 0.59 2.0 32 9 2.8 1.8 -- -- -- -- -- -- 16 9
表2 MP488加量对钻井液性能的影响
MP488 ,%FL
/mL
A V
/mPa?s
PV
/mPa?s
YP
/Pa
Gel
/(Pa/Pa)
n
K
/(Pa·s n)
HTHP
/mL
pH
0 30 41.5 31 14.5 8/19 0.6 0.73 132 9
1.0
2.8 91 57 34 15/35 0.54 2.20 62 9
1.5
2.0 100.5 74 26.5 10/19 0.66 1.06 48 9
2.0 2.8 130 75 55 26/43 0.49 4.45 20 9
2.5 1.8 -- -- -- -- -- -- 16 9
⑶ HTASP加量对饱和盐水钻井液性能影响
表3是抗盐高温高压降滤失剂HTASP加量对240℃密度为2.3g/cm3饱和盐水钻井液性能影响。
钻井液经过240℃高温老化16h，60℃下测其性能。从表中可以看出，未加入HTASP的钻井液高温
高压滤失量较大，随着HTASP的加量增加，表观粘度逐渐增加，但增加幅度不大，滤失量大幅度降低。由图1可以看出随着HTASP加量的增加，高温高压滤失量泥饼质量逐渐改善，说明HTASP能
够改善钻井液的泥饼质量，降低高温高压滤失量。
表3 HTASP加量对钻井液性能的影响
HTASP ,%FL
/mL
A V
/mPa?s
PV
/mPa?s
YP
/Pa
Gel
/(Pa/Pa)
n
K
/(Pa·s n)
HTHP
/mL
pH
0 23 84 49 35 21/33 0.54 2.47 176 9
1 7.4 85 68 17 2/6 0.74 0.5
2 132 9
3 15.6 89 71 18 3/12 0.73 0.58 110 9
5 11.2 110 78 32 15/21 0.63 1.43 70 9
7 1.8 -- -- -- -- -- -- 16 9
图1 HTASP加量对泥饼质量的影响
通过以上实验可知，CGW-5可以在饱和盐水钻井液中提供有效的空间网架结构，保证处理剂的
吸附量，MP488能有效的增加钻井液的液相粘度，HTASP能有效的改善泥饼质量。通过三者的配合
0 1% 3% 5% 7%
使用可以有效的降低饱和盐水钻井液的高温高压滤失量。但钻井液粘切较高，流变性较差，还需对抗温240℃密度为2.3g/cm3饱和盐水钻井液进行流变性控制研究。
2、流变性控制研究
⑴抗高温分散剂FJ对钻井液性能的影响
表4抗高温分散剂FJ对抗温240℃密度为2.3g/cm3饱和盐水钻井液性能的影响。钻井液经过240℃高温老化16h，60℃下测其性能。从表中可以看出，加入3%抗高温分散剂FJ后，钻井液Ф600读数测不出来，当提高其加量至5%时，流变性得到了较好的改善，表观粘度为140mPa?s。说明抗高温分散剂FJ具有较强的分散能力，能有效拆散钻井液中的絮凝的粘土颗粒，改善钻井液的流变性。
表4 抗高温分散剂对钻井液性能的影响
加量，%
Ф
600
Ф
300
Ф
200
Ф
100
FL
/mL
AV
/mPa·s
PV
/mPa·s
YP
/Pa
Gel
/(Pa/Pa)
n
HTHP
/mL
pH
3 -- 257 21
4 164 1.8 -- --
-- -- -- 16 9
5 280 178 139 97 3.2 140 9
6 44 15/34 0.65 26 9
⑵抗高温降粘剂XJ对流变性的影响
表5抗高温降粘剂XJ对抗温240℃密度2.3g/cm3的饱和盐水钻井液性能的影响。钻井液经过240℃高温老化16h，60℃下测其性能。从表中可以看出，未加入降粘剂时表观粘度为140 mPa?s，
加入0.5%XJ后表观粘度从140 mPa?s降至127.5 mPa?s，效果比较明显。从高温高压滤失量上看，
加入0.5%XJ后，高温高压滤失量从26.0 mL降至16.0mL。说明抗高温降粘剂能起到解絮凝作用，
改善流变性和降低高温高压滤失量。
表5 抗高温降粘剂XJ对钻井液性能的影响
XJ ，% FL
/mL
A V
/mPa·s
PV
/mPa·s
YP
/Pa
Gel
/(Pa/Pa)
HTHP
/mL
pH
0 3.2 140 96 44 15/34 26 9
0.5 2.6 127.5 92 34.5 8/27 18 9
1.0 1.8 126 92 34 7/26 16 9
⑶ KCl加量对流变性影响
表6考察KCl加量对抗温240℃密度为2.3g/cm3的饱和盐水钻井液流变性影响。钻井液经过240℃高温老化16h，60℃下测其性能。从表中可以看出，KCl加量0~7%钻井液表观粘度逐渐降低，
切力下降，滤失量变化不大，当加量达到10%粘切继续下降，但滤失量开始增加，说明KCl加量为7%较为合适。说明KCl在超高温高密度饱和盐水钻井液中对改善流变性具有较好的作用。
表6 KCl加量对钻井液性能的影响
KCl ，% FL
/mL
A V
/mPa·s
PV
/mPa·s
YP
/Pa
Gel
/(Pa/Pa)
HTHP
/mL
pH
0 1.8 126 92 34 7/26 16 9
1 2.4 118 90 28 6/2
2 18 9
3 2.6 96 72 2
4 5.5/18 14 9
5 3.0 92.5 70 22.5 5/1
6 18 9
7 3.0 85 67 18 5/14 15 9
10 5.0 83 70 13 3/9.0 26 9
通过以上实验可以看出，抗高温分散剂能有效分散重晶石，降粘剂能有效拆散絮凝的坂土颗粒，KCl能抑制粘土的高温分散，通过三者的配合使用能有效的控制钻井液的流变性。
3、钻井液配方的确定
通过对各种不同处理剂加量的合理调整，确保抗温240℃密度2.3g/cm3的饱和盐水钻井液具有
较好的流变性与高温高压滤失量，确定了最终配方如下：(1~3)%膨润土浆+(1~2)%
MP488+(2~4)%LP527+(1~2)%CGW-5+(5~9)%HTASP+(1~2)%NaOH+(3~7)%FJ+(0.5~1)%XJ+(5~10)
%KCl+36%NaCl+重晶石。钻井液经过240℃老化16h后，60℃下测其性能见表7，从表中可以看出，
钻井液具有较好的流变性和滤失量。
表7 抗温240℃饱和盐水钻井液性能
ρ /(g/cm 3) FV /S FL /mL A V /mPa·s PV /mPa·s YP /Pa Gel /(Pa/ Pa) HTHP /mL
pH
2.30 78
3.0 85 67 18 5/14 15 9
4、钻井液性能评价 ⑴ 抑制性评价 1）页岩回收率
为了考察240℃饱和盐水钻井液的抑制性，对钻井液进行了页岩滚动回收率试验，加入页岩的饱和盐水钻井液在经过240℃老化16h 后，钻井液的一次回收率达98.1%（清水回收率为21.7%），二次回收率为 92.3%，相对回收率为94.09%，表明抗温240℃饱和盐水钻井液具有很强的抑制性，能有效抑制泥页岩的高温分散。
2）抗粘土、岩屑污染能力
为了进一步考察饱和盐水钻井液的抑制性，在钻井液中加入岩屑粉和钙膨胀润土进行考察抑制性，经240℃老化16 h 后，60℃下测其性能。表8是抗粘土、岩屑污染试验结果。从表中可以看出，在钻井液中加入5%的岩屑粉和5%的钙膨润土，高温老化后钻井液仍具有良好的流变性、较低的滤失量。说明该钻井液体系的抑制能力强。
表8 抗粘土、岩屑污染试验
⑵ 抗CaCl 2污染
对钻井液进行了抗CaCl 2污染能力的评价，将钻井液经240℃老化16h ，加入不同加量的CaCl 2，常温下测其性能，实验结果见表9，由表中可以看出，随着钙离子含量的增加，钻井液的表表观粘度由143mPa?s 降至128mPa?s ，滤失量从3.0mL 降至2.8mL ，当Ca 2+浓度达到5000mg/L 时钻井液仍具有良好的流变性和较低的滤失量。表明该饱和盐水钻井液具有良好的抗钙污染能力。
表9 抗CaCl 2污染实验
Ca 2+ /(mg/L) FL /mL AV /mPa?s PV /mPa?s YP /Pa Gel /(Pa /Pa)
pH
老化后常温
3.0
143 112 31 6/18 9
+1000 2.8 135 106 29 5/14 9 +1500 2.8 132 105 27 4/13 8.5 +3000 2.6 129 103 26
3.5/10 8.5 +3500 2.6 126 101 25
4/10.5 8.5 +4000 2.4 125 100 25 5/12 8.5 +5000 2.8 128 101 27 6/15 8.5
⑶ 沉降稳定性
为了考察饱和盐水钻井液的悬浮稳定性，配制密度为2.30g/cm 3的饱和盐水钻井液在240℃下老化16h 后，高速搅拌5min ，放入1000mL 量筒中静置，测量不同时间钻井液上、下部的密度，考察钻井液密度随时间的变化，钻井液静置72h ，上下密度差仅为0.02g/cm 3，说明该钻井液具有较好的悬浮稳定性。
⑷ 抗温240℃饱和盐水钻井液适应性评价
表10是密度为2.3g/cm 3~2.50g/cm 3抗温240℃饱和盐水钻井液性能。按照抗温240℃密度2.3g/cm 3饱和盐水钻井液配方，配制2.35g/cm 3、2.45g/cm 3、2.50g/cm 3的饱和盐水钻井液，240℃下老化16h 后，60℃下测其性能。从表中可以看出，随密度的增加，钻井液的表观粘度增大，API 滤失量和高温高压滤失量降低，钻井液性能保持较好。说明该钻井液配方具有良好的适应性。
项 目 ρ /(g/cm 3)
FL /mL
A V /mPa?s
PV /mPa?s
YP /Pa
Gel /(Pa/Pa)
pH
HTHP /mL
饱和盐水钻井液 2.30 3.0 85 67 18 5/14 9 15 上浆+5% 岩屑 2.31 1.4 67 56 11 2/6.5 8.5 13 上浆+5% 膨润土
2.31 1.8 89 66 23 6/17 8.5 6
表10 不同密度的性抗温240℃饱和盐水钻井液性能
ρ
/(g/ cm3) FL
/mL
A V
/mPa·s
PV
/mPa·s
YP
/Pa
Gel
/(Pa/ Pa)
HTHP
/mL
pH
2.30
3.0 85 67 18 5/14 15 9
2.35 4.4 105 83 22 6/16 12 9
2.45 2.8 122 98 24 5/15 10 9
2.50 2.6 130 103 27 7/21 12 9
四、结论
1、分析了抗温240℃高密度饱和盐水钻井液的技术难点，高温、高盐条件下坂土颗粒絮凝、处
理剂抗温抗盐性能差是造成高密度饱和盐水钻井液滤失量与流变性控制矛盾的主要原因。
2、采用高温稳定剂CGW-5、抗高温降滤失剂MP488、抗盐高温高压降滤失剂HTASP，控制抗
温240℃密度为2.3g/cm3的饱和盐水钻井液的高温高压滤失量。通过引入抗高温分散剂、抗高温降
粘剂XJ及KCl使钻井液的流变性得到了较好的改善。
3、抗温240℃密度为2.3g/cm3的饱和盐水钻井液抗钙污染能达5000mg/L，相对回收率达94%，
抗钻屑、粘土污染能力强，具有良好的沉降稳定性。且该体系在密度在2.3 g/cm3~2.5 g/cm3表现出较
好的适应性。
参考文献：
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第一作者简介: 王旭(1979— )，男，2002年毕业于北京化工大学化学工程专业，工程师，现在中原石油勘探局钻
井工程技术研究院从事钻井液技术研究工作。
联系地址：河南省濮阳市中原路59号中原石油勘探局钻井工程技术研究院邮政编码： 457001
联系电话：0393-******* 手机：137******** E-mail：zpebwx@https://www.doczj.com/doc/218710254.html,
第六章高密度饱和盐水钻井液技术 第一节高密度饱和盐水钻井液概述 一、饱和盐水钻井液的作用和发展概况 凡NaCl含量超过1%（质量分数，Cl-含量约为6000 mg/l）的钻井液统称为盐水钻井液。一般将其分为以下三种类型： （一）欠饱和盐水钻井液 其Cl-含量自6000 mg/l直至饱和之前均属于此类。 （二）和盐水钻井液 是指含盐量达到饱和，即常温下NaCl浓度为3.15×105 mg/l（Cl-含量为1.89×105mg/l）左右的钻井液。注意NaCl溶解度随温度变化而变化。 （三）海水钻井液 是指用海水配制而成的含盐钻井液。体系中不仅含有约3×104 mg/l的NaCl，还含有一定量的Ca2+和Mg2+。 根据含盐量的多少，在国外出版的专著中又将盐水钻井液分为以下几种类型：含盐量在1%~2%时为微咸水钻井液，在2%~4%时为海水钻井液，在4%与近饱和之间时为非饱和盐水钻井液，在含盐量达最大值31.5%时则被称为饱和盐水钻井液。 如前所述，为了防止盐膏层发生塑性变形和盐溶而造成缩径或井塌等复杂情况的发生， —154—
提高所用钻井液的密度是非常有效和必要的，这一点已被国内外盐膏层钻井的实践所证实。例如，华北油田新家4井使用油包水乳化钻井液钻3630~4518m的盐膏层井段，当钻井液密度为1.90~1.95 g/cm3时，在盐岩或含盐膏泥岩处，起下钻均会遇阻。而钻井液密度提高至2.03~2.04g/cm3时，井下情况正常，下钻仅轻微遇阻，不需划眼就可通过。因此，为保证安全顺利钻穿盐膏层，必须提高钻井液密度至能够控制盐岩蠕变和塑性变形所需范围。所需密度应根据井深、井温及盐岩蠕变规律来确定，同时还要根据已钻井实际资料和岩心实测试验数据来进行修正，钻井过程中还需根据该井段的实际情况随时进行调整，以确保钻井作业的顺利进行。钻井液密度的具体确定方法和应用图版已在第四、五章详细介绍过，在此不再赘述。 一般情况下，盐的溶解是造成盐膏层钻井过程中各种井下复杂情况的主要原因。因此，要想顺利钻穿盐膏层，就必须采取有效的措施以控制盐的溶解速率。当钻遇盐岩层、盐膏层或盐膏与泥页岩互层时，盐的溶解会使钻井液的粘度、切力上升，滤失量剧增，因此会进一步增加盐膏层钻井的难度。若在钻井液中预先加入工业食盐，可使水基钻井液具有更强的抗盐能力和抑制性。由于饱和盐水钻井液矿化度极高，因此抗污染能力强，对地层中粘土的水化膨胀和分散有极强的抑制作用。钻遇盐膏层时，由于体系中的盐已达饱和，使盐的溶解受到抑制，因此可使盐膏层中盐的溶解减至最小程度，避免大肚子井眼的形成和井塌等复杂情况的发生，从而使井眼规则，确保钻井过程的顺利进行。 在20世纪80年代中期，我国就研究成功饱和盐水钻井液体系，使其顺利钻进盐膏层，基本解决了盐膏层的盐溶、缩径、井塌及卡钻等井下复杂情况。因此，现已形成了较成熟的饱和盐水钻井液体系和针对不同地层的饱和盐水钻井液配方。如胜利油田在新东风10井使用聚合物复合钾盐饱和盐水钻井液顺利通过含盐膏的红层，钻达5344.71m；青海油田在狮20井使用新型的三磺饱和盐水钻井液钻进；中原油田使用了磺化沥青三磺盐水钻井液钻进。这些井的钻井实践表明，只要根据地层实际情况对饱和盐水钻井液的配方进行适当调整，就可以顺利钻穿盐膏层。 对于高密度饱和盐水钻井液体系，不仅能尽可能减少盐岩的溶解，而且由于其“高密度”（2.0~2.5 g/cm3），因此可以有效控制盐岩的蠕变和塑性变形，从而解决了盐膏层两大主要原因引起的复杂情况。同时由于体系中加入了抗盐、抗高温和强抑制性的处理剂，如磺化酚醛树脂、氯化钾和硅酸盐等，因此可以保证井壁稳定，并可在深井和超深井中使用。 —155—
钻井液 钻井液工艺（90%的原题，可能考试中有选择，自己感觉吧。 以下内容仅供参考） 一、选择 1、高温对钻井液处理剂的影响是（高温降解、高温交联）。 2、用六速旋转粘度计测量静切力，用（3r/min）的速度。 3、盐水钻井液体系中除了必要的配浆土和盐以外，还需要加入（降粘剂、降滤失剂）。 4、测得某钻井液旋转计600r的读数为60，300r的读数为38，则该钻井液塑性粘度为（22）。 5、机械钻速增大或出现放空现象，并且钻井液中出现油气显示，钻屑中发现油砂或水砂，气测值升高，氯离子含量升高，这种现象一般表示为（井喷）。 6、钻井液密度、粘度、切力和含砂量都有升高，泵压忽高忽低，有时突然憋泵，这属于（井塌）。 7、不能防塌的钻井液是（分散型钻井液）。 8、如果旋流器的底流口调节到比平衡点的开口大，则（这种不合理调节成为湿底）。 9、对于一般地层，API滤失量要求（小于10ml）,HTHP滤失量要求（小于20ml）。10、聚合物钻井液的携岩能力强，主要是因为这种钻井液的剪切稀释性（强），环空钻井液的粘度和切力（大）。11、进入除砂器的钻井液必须首先经过（振动筛）。12、旋流器的规格尺寸指（圆柱部分的内径）。13、钻井液清洁器的筛网通常使用（150）目。14、由于钻井液悬浮性能不好，其中所悬浮的钻屑或重晶石沉淀，埋住井底一段井眼，造成卡钻，称为（沉砂卡钻）。15、若沉砂卡钻发生后不能恢复循环，只能采取（倒扣套铣）。16、钻井液密度在钻井中的主要作用是（平衡地层压力）。17、化学除砂是通过加入化学（絮凝剂），将细小颗粒由小变大，再通过机械方法除砂。18、易塌地层钻进时，滤失量应（不大于5ml）。
饱和盐水泥浆配方 一、四川常用饱和盐水泥浆配方 1、 组成 1.04轻浆+5%SMP-2+5%SMC+1%FCLS+1%CMS+0.5%CMC-LV+0.1~0.3%PAC(或 CMCHV)+0.1~0.2%烧碱+0.1~0.2%AS+NaCL 至饱和,视要求加重。 必要时加入0.5~1%RHS 等润滑剂加入0.1%盐结晶抑制剂（井深时必用） 3、注意事项 1）转化前对井浆进行性能调节的同时，高效率地用好固控设备循环除砂8小时，并全面掏罐一次。 2）钻进中用好振动筛和除砂清洁器（密度小于1.60g/cm 3）。 3）固控工作中防因清洗固控设备导致水进入钻井液。 二、已实践饱和盐水钻井液 1、 主要成：坂土基浆中加入聚合物和SMP 护剂，然后加NaCL 至饱和。 2、 主要材料：坂土、纯碱、烧碱、SMP 、PAC-HV 、ABS 表面活性剂（或RH-4清洁器）、 RH-3润滑剂、CMS 、消泡剂、铁铬盐、NaCL 3、 配方方法及加量： 1） 清水+10%坂土 +0.6%纯碱配成新浆予水化8小时以上备用。 2） 新浆稀释成4~5（重量）后加入5%SMP （干粉3%）、0.1~0.2%PAC-HV ，0.2~0.4%CMS, 然后加NaCL 至饱，若粘切过高加0.3~1%FCLS 调至合适，循环中加入清洁器0.2%、润滑剂0.4~0.5%，在此处理中用烧碱调节PH 值到10~11并在钻进中保持。 1）CL -保持在日常维护中的NaCL 补充。 2）失水偏大以SMP 配合CMS ，比例约3：1，配成溶液加入为好，超深井段淀粉效果差时可改用部分PAC-LV 。 3）使用中粘度大多不会偏低，若偏低可用PAC-HV 增粘。 4）补充新浆保持坂土含量，钻盐泥浆由不应补充坂土而应稀释。
高密度抗盐水泥浆 体系介绍 1
高密度抗盐水泥浆体系 吴达华谭文礼邹建龙宋有胜(中国石油集团工程技术研究院,天津 塘沽) 摘要:本文结合石油钻井工程需要,提出了高密度抗盐水泥浆的设计原则,并阐述了盐对水泥浆的性能和水泥添加剂的影响,阐述了提高水泥浆密度的方法和最新进展,介绍了BXF-200L抗盐降失水剂和超细锰矿加重剂BXW-1的研究成果,并对高密度抗盐水泥浆体系的配方和性能进行了研究,经过紧密堆积实现了高密度水泥浆体系的高性能。研究表明采用BXF-200L降失水剂、BXW-1加重剂,和赤铁矿粉能够配出密度高达 2.6g/cm3的高性能高密度抗盐水泥浆体系,在哈萨克斯坦肯基亚克盐下油田现场应用表明该抗盐水泥浆体系有良好的适用性。 主题词:高密度含盐水泥浆紧密堆积 286
一、前言 在中国的西部油田、中原油田、南海油田的钻探过程中都不同程度的钻遇了高压盐水层、或者大段盐膏层和水敏性地层等复杂地层;在国内各石油公司向海外拓展的钻井业务中也碰到类似的固井问题,如哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、印度尼西亚等海外项目。有时在海上、滩海作业中还经常试图用海水直接配制水泥浆,由于海水中的盐会对水泥外加剂性能及水泥浆水化过程产生严重影响,往往难以如愿,因此如何解决高密度水泥浆的抗盐问题一直受到国内外固井界的重视。 大家知道,一般的高密度盐水水泥浆体系在使用过程中经常会遇到这些问题: 1、体系不稳定,引起水泥和加重材料的沉降; 2、稠度过高,常温下流动性差,施工密度难以达到设计要求; 3、降失水剂、分散剂和缓凝剂由于盐的影响而失去作用,有时甚 至出现闪凝现象,失水控制困难; 4、盐水水泥浆过渡缓凝,体系的防窜性能较差; 5、由于密度的提高,水泥浆中的有效水泥质材料相对较少,强度 发展缓慢,特别是水泥环的顶部经常出现不凝固,不能满足长 封固段固井作业的要求; 6、由于钻井液密度过高,切力又很大,顶替效率难以保证,会对水 泥浆性能产生不良影响。 287
应用化学1205 秦玉文1201020504 国内外钻井液技术发展概述 一、国内外钻井液技术新发展概述 钻井液作为服务钻井工程的重要手段之一。从90年代后期钻井液的主要功能已从维护井壁稳定，保证安全钻进，发展到如何利用钻井液这一手段来达到保护油气层、多产油的目的。一口井的成功完井及其成本在某种程度上取决于钻井液的类型及性能。因此，适当地选择钻井液及钻井液处理剂以维护钻井液具有适当的性能是非常必要的。钻井液及钻井液处理剂经过80年代的发展高潮以后，逐渐进入稳定期，亦即技术成熟期。可以认为，由于钻井液及钻井液处理剂都有众多的类型及产品可供选择，因此现代钻井液技术已不再研究和开发一般钻井液及钻井液处理剂产品，而是在高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染等方面进行深入研究，以寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液及钻井液处理剂。 1．抗高温聚合物水基钻井液 所使用的聚合物在其C-C主链上的侧链上引入具有特殊功能的基团如：酰胺基、羧基、磺酸根（S03H）、季胺基等，以提高其抗高温的能力。不论是其较新的产品，如磺化聚合物Polydrill，或早己生产的产品如S.S.M.A.（磺化苯乙烯与马来酸酐共聚物）均是如此，并采取下列措施： ①利用表面活性剂的两亲作用来改善钻井液的抗温性； ②抗氧化剂可以大幅度提高磺化聚合物抗高温降滤失剂的高温稳定性能。 ③膨润土一直是水基钻井液的基础。但随着温度的升高和污染，它是最难控制和预测其性能的粘土矿物。而皂石和海泡石最重要的特征是随着温度的升高而转变为薄片状结构的富镁蒙脱石，比膨润土能更好的控制流变性和滤失量。 2．强抑制聚合物水基钻井液 随着钻井液的发展，研制成功了阳离子聚合物钻井液。这种抑制能力很强的新型钻井液与原阴离子的聚合物钻井液的本质区别就是在“有机聚合物包被剂”这一主剂上引入了阳离子基团即（-N一）基基团（如阳离子聚丙烯酰胺），另外又添加了一种分子量较小的季胺盐类，（如羟丙基三甲基氯化胺）。 另外，在PAM分子链上引入阳离子基团、疏水基团和AMPS（2-丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸），从而使改性的PAM赋予了新的性能。通过改性，使聚合物分子中的阳离子中和了粘土颗粒上的负电荷而减小静电斥力，使聚合物能在更多位置上与粘土发生桥链，对粘土能够起到很好的保护作用。由于分子链中含有疏水基团，使吸附在粘土表面的聚合物表现为憎水性质，故有利于阻止水分子的进入，从而能有效地抑制页岩的膨胀。 3．合成基油包水钻井液 合成基钻井完井液体系在组成上与传统的油基钻井液类似，主要由有机合成物基液、乳化剂、水相、加重剂和其它性能调节剂组成。其中有机合成物为连续相，水相为分散相，加重剂用于调节密度，乳化剂和其它调节剂用于分散体系的稳定及调节流变性。体系中常用的合成基液类型有酯类、醚类、聚-а-烯烃类和直链烷基苯类等，而尤以酯类用得最多，其次是聚-а-烯烃类。多元醇（Polyols）类和甲基多糖（Methyl Glucoside）类是合成基钻井完井液中广为使用的两种多功能添加剂，它们具有乳化、降滤失、润滑和增粘的功效，也可以单独作为多元醇钻井液和甲基多糖钻井液两种新体系的主要添加剂。合成基钻井液的乳化剂有专用的，如水生动物油乳化剂：但多数使用与普通油基钻井液相同的乳化剂，如脂肪酸钙、咪唑啉衍生物、烷基硫酸（酯）盐、磷酸酯、山梨糖醇酐酯类（Span）、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧
饱和盐水钻井液 saturated saltwater drilling fluids 用氯化钠配制的饱和盐水溶液。它的冻结温度低(在摄氏零度以下),用以钻进永冻层；在岩盐层钻进时,已饱和的盐水溶液可以防止对井壁和岩心的进一步溶解。在钻进其他盐层,如光卤石(钾、镁的氯化物)层时,要用饱和钾盐溶液；钻进石膏层时,用饱和的石膏(Cas04)溶液；钻进芒硝层时,则用Na2So4溶液；其他亦用相应的饱和溶液进行钻进。含有一种或多种可溶性盐的饱和溶液。 它主要用于钻大段岩盐层，也可在钻开储层时配制成清洁盐水钻井液使用。由于其矿化度极高，因此抗污染能力强，对底层中粘土的水化膨胀和分散有很强的抑制作用。钻遇岩层时可以将盐的溶解减小到最小程序。 利97井是胜利油田布署的一口钻探盐下油气藏的重点探井,共钻遇3套盐膏层,盐膏层总厚度达600m,其井段岩性主要为盐膏岩、膏泥岩、纯盐岩及红色、灰色泥岩。根据该井地质特点和施工要求,配制复合盐饱和盐水钻井液体系,并进行热稳定性和抗污染性实验,在该井三开井段(2850～3915m)应用,取得良好效果。有效抑制了泥岩段地层黏土矿物的水化膨胀,钻井过程中无掉块,起下钻顺利;盐膏层钻井过程中,用Na2SO4控制钻井液中Ca2+含量,很好地控制了钻井液流变性和滤失量,减少了采用纯碱控制Ca2+含量对钻井液流变性造成的不利影响;用饱和盐水钻井液控制Cl-的浓度,使其一直处于饱和状态,钻井液未对井壁溶蚀,电测解释井眼相对规则;三开钻进、电测、完井及
取心都非常顺利(盐膏层取心2次),表明复合盐饱和盐水钻井液体饱和盐水钻井液体系在永冻层的钻进功效，钻井液是永冻层钻井的关键技术之一,它直接影响钻井作业的成败。研究出一套以护胶降滤失水为主剂的适应于永冻层钻井的饱和盐水钻井液,并对其进行了配方优选,成功解决了永冻层冻结钻杆、钻具造成的困难,缩短钻井周期。 欠饱和盐水聚合物钻井液技术。该体系具有较强的抑制性强，抗污染效果较好，具有一定的防卡、防塌能力，保证了该井顺利钻探。基本满足了钻井的要求，但盐膏层的井径扩大率等不尽如意。 如果使用淡水抗盐钻井液体系或欠饱和盐水钻井液钻井，则在十多层甚至几十层盐膏层处会使盐膏大量溶解，形成“大肚子”井眼，而在泥岩层又会使其吸水膨胀、剥落掉块，结果给钻井工作带来很大的问题，也会导致固井质量不合格。 使用饱和盐水钻井液则可完全避免上述问题 由于钻井液滤液中NaCl或Cl-含量达到饱和，钻遇盐膏层时阻止其溶解，不会形成“大肚子”。另外由于饱和盐水钻井液具有很强的抑制性，当钻遇泥岩段时能够抑制其膨胀、分散，保证井径规则，井径扩大率小，起下钻畅通、钻井速度提高、水平段井眼轨迹易于控制并能保证固井质量合格。 在钻井过程中，当钻到较厚岩层的地层后，为保证井壁稳定常采用饱和盐水钻井泥浆。在钻井现场发现，使用饱和盐水泥浆时，钻井过程中钻具发生较严重腐蚀，同时还发现取出的钻具在
?常用钻井液类型 ?一）、水基钻井液 ?水基钻井液以水为分散介质（连续相），以粘土为分散相（固相），加入一定的化学处理剂或加重材料组成。这类钻井液发展最早，使用最广泛。水基钻井液又可分为 以下几种类型： ?1、淡水钻井液： ?由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。含盐量（Nacl）小于 ?1％或低于10000毫克／升。含钙量小于120毫克／升。 ?2、盐水钻井液： ?含盐量大于1％或高于10000毫克／升。包括盐水钻井液、饱和盐水钻井液、海水钻井液。主要用在海湾海上钻井，钻盐岩层及泥页岩易塌地层。 ?3、钙处理钻井液： ?含钙量大于120毫克／升。包括石灰钻井液、石膏钻井液、氯化钙钻井液。其主要特点是抗可溶性盐侵蚀能力强，性能稳定。 ?4、不分散低固相聚合物钻井液： ?一般低固相钻井液粘土含量小于7％（体积百分数）；不分散低固相钻井液的粘土含量小于4％。其主要特点是钻速快，流动性好，钻井总成本低。 ?5、混油钻井液： ?在水基钻井液中混入3～4％的乳化油类（原油或柴油），使油成小珠分散的乳化状态。其主要特点是润滑性好，流动性好，失水量低，泥饼摩擦系数小。 ?二）、油基钻井液 ?以油为分散介质的钻井液。它又可分为： ?1、油基钻井液： ?是以原油或柴油为连续相（液相），以氧化沥青作为分散相（固相），再加入化学处理剂和加重剂配成的，含水量在3％以下。其主要特点是对油层损害小，抗可溶性 盐侵污的能力强。 ?2、油包水乳化钻井液： ?以柴油作连续相，以水作分散相，呈小液滴状分散在水中（水的体积分数可达60％），以有机膨润土（或称亲油膨润土）和氧化沥青作稳定剂，再加入其它处理剂、加重 剂配制而成。其主要特点是热稳定性高，有较好的防塌效果，对油气层损害小，常 用于高温井段，钻易塌地层和低压油气层。 常用的小井眼钻井液体系 ?甲酸盐钻井液体系 ?乙二醇／K2CO3水基钻井液 ?CBF钻井液体系（一种阳离子聚合物／盐水钻井液） 二）低固相聚合物钻井液 ?适用范围：用于钻进层理裂隙不发育的易膨胀、强分散或不易膨胀、 强分散、软的砂岩与泥岩互层；已下技术套管的低压储层等。 1、阴离子聚合物钻井液 ●基本组成：多元乙烯基共聚物类、水解聚丙烯腈、部分水解 聚丙烯酰胺等 ●特点：高分子量聚合物包被粘土或钻屑，并提供钻井液所需 粘度、切力；中分子量和低分子量聚合物用于控制滤失量并 控制粘度、切力。
二、钻井液的类型 随着钻井液工艺技术的不断发展，钻井液的种类越来越多。目前，国内外对钻井液有各种不同的分类方法。其中较简单的分类方法有以下几种：按其密度大小可分为非加重钻井液和加重钻井液。 按与粘土水化作用的强弱可分为非抑制性钻井液和抑制性钻井液。 按其固相含量的不同，将固相含量较低的叫做低固相钻井液，基本不含固相的叫做无固相钻井液。 然而，一般所指的分类方法是按钻井液中流体介质和体系的组成特点来进 行分类的。根据流体介质的不同，总体上分为水基钻井液、油基钻井液和气体型钻井流体等三种类型。由于水基钻井液在实际应用中一直占据着主导地位，根据体系在组成上的不同又将其分为若干种类型。下面是在参考国外钻井液分类标准的基础上，在国内得到认可的各种钻井液类型。 1．分散钻井液(Dispersed Drilling Fluids) 分散钻井液是指用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂(简称为分散剂)配制而成的水基钻井液。它是一类使用历史较长、配制方法较简单且配制成本较低的常用钻井液。其主要特点是： (1)可容纳较多的固相，较适于配制高密度钻井液。 (2)容易在井壁上形成较致密的泥饼，故其滤失量一般较低。 3)某些分散钻井液，如以磺化栲胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂作为主处理剂的三磺钻井液具有较强的抗温能力，适于在深井和超深井中使用。但与其它钻井液类型相比，它也有一些缺点。除抑制性和抗污染能力较差外，还因体系中固相含量高，对提高钻速和保护油气层均有不利的影响。 2．钙处理钻井液(Calcium-treatedDrillingFluids) 钙处理钻井液的组成特点是体系中同时含有一定浓度(质量浓度)的Ca2+和分散剂。Ca2+通过与水化作用很强的钠膨润土发生离子交换，使一部分钠膨润土转变为钙膨润土，从而减弱水化的程度。分散剂的作用是防止Ca2+引起体系中的粘土颗粒絮凝过度，使其保持在适度絮凝的状态，以保证钻井液具有良好、稳定的性能。这类钻井液的特点是，抗盐、钙污染的能力较强；并且对所钻地层中的粘土有抑制其水化分散的作用，因此可在一定程度上控制页岩坍塌和井径扩大，同时能减轻对油气层的损害。 3．盐水钻井液(SaltwaterDrillingFluids) 盐水钻井液是用盐水(或海水)配制而成的。在含盐量从1％(Cl-质量浓度为6 000mg／1)直至饱和(Cl-质量浓度为189 000mg／1)之前的整个范围内都属于此种类型。盐水钻井液也是一类对粘土水化有较强抑制作用的钻井液。 4．饱和盐水钻井液(SaturatedSaltwaterDrillingFluids) 是指钻井液中NaCI含量达到饱和时的盐水钻井液体系。它可以用饱和盐水配成，亦可先配成钻井液再加盐至饱和。饱和盐水钻井液主要用于钻其它水基钻井液难以对付的大段岩盐层和复杂的盐膏层，也可作为完井液和修井液使用。