钾铵基聚合物钻井液抑制性研究
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子长油区油层保护钻井液工艺技术分析
子长油区油层保护钻井液工艺技术分析【摘要】钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分，它在确保安全、优质、快速钻井中起着关键的作用。
子长油区属于低压、低渗透油区，并且存在中等水敏和较强碱敏的特征，油区钻井液污染比较严重。
本文结合子长油区实际情况，对原用钻井液的材料及配方进行优化设计，经现场验证，有效降低了钻井液对油层的损害。
【关键词】子长油区；钻井液；油层保护钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。
钻井液组成可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。
钻井液侵入油层后，致使油层的固有状态发生变化，使油层的渗透率、孔隙度的物性参数下降，进而对油藏的勘探开发产生不利影响，造成油层不同程度的伤害。
因此，油层保护的钻井液及工艺技术研究，是油层保护系统工程中关键环节。
一、油区概况子长油区位于地处陕甘宁盆地东部斜坡地带中部，构造背景为西倾单斜倾角约半度，西部下降幅度大雨东部，境内石油主要富存于三叠系延长组中、下部的长2，长4+5，长6油层组。
油田油质无纯区，油水分异差，原油含水率高于85%，脱水难度大，原油比重为0.866克/毫升，粘度5.8厘泊，凝固度117d，原始油气为36.20m3/t。
境内油层一般具有岩性细，物性差，分布广，储层喉道细的特征。
属于低压（地层压力当量密度0.7～0.8kg/l）、低渗（渗透率<1×10-3μm2）油田。
因此，钻井液容易对油层造成损害，其主要表现在：（1）由于该储层为低压低渗储层，钻井液滤液可产生损害及大分子聚合物滞留效应；（2）钻井液滤液与地层水作用生成沉淀，堵塞喉道；（3）钻井液固相进入较粗的喉道，造成桥堵；（4）表面活性剂产生乳化和润湿反转造成损害。
二、原钻井液材料及配方三、钻井液工艺优化1、增黏剂选择通过实验对比分析，选择复合天然高分子材料znj-1作为钻井液增黏剂随着znj-1的增加，钻井液的马氏漏斗黏度、表观黏度、塑性黏度、动切力增大很快，滤失量降低明显，但单独使用znj-1的钻井液的相关性能不能完全满足油层保护预期的性能要求。
钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井研究与应用
钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井研究与应用引言随着石油工业的发展，对钻井液体系的要求也越来越高。
传统的钻井液使用中存在着污染环境、浪费资源等问题，为了解决这些问题，研究人员提出了一种新型的环保型钻井液——钾钙基聚合物钻井液。
由于其优良的性能和环保的特点，钾钙基聚合物钻井液在油气田开发中得到了广泛的应用。
本文以玛湖35井为研究对象，对钾钙基聚合物钻井液的性能进行了研究，并总结了其在玛湖35井的应用效果。
通过对比实验，得出了钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井的优势和不足之处，并提出了改进建议，为今后钾钙基聚合物钻井液在类似地质条件下的应用提供了参考。
一、钾钙基聚合物钻井液的特点1.环保性能钾钙基聚合物钻井液采用无毒、无害的原料，并且能够在钻井过程中降解，不会对地下水和周围环境造成污染，具有良好的环保性能。
2.良好的稳定性钾钙基聚合物钻井液在高温高压环境下具有良好的稳定性，可以保证钻井的顺利进行。
3.优异的钻井性能钾钙基聚合物钻井液具有良好的抗渗漏性能和减少井壁稳定能力，有利于提高钻井效率和减少事故发生的概率。
二、玛湖35井的地质条件玛湖35井位于中东地区，地质条件复杂，地层较硬，温度较高，压力较大，对钻井液的性能要求较高。
三、钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井的研究1.钾钙基聚合物钻井液配方设计根据玛湖35井的地质条件，设计了一套适合的钾钙基聚合物钻井液配方，包括基础液体、分散剂、稠化剂和降滤剂等成分。
2.钾钙基聚合物钻井液性能测试对配方设计的钾钙基聚合物钻井液进行了一系列性能测试，包括流变性能、抗渗性能、降滤性能和高温高压条件下的稳定性等。
3.钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井的应用效果在玛湖35井进行了钾钙基聚合物钻井液的现场应用试验，对比实验结果表明，该钻井液体系在玛湖35井具有良好的适用性和稳定性。
四、改进建议通过对钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井的研究，发现了一些不足之处，如抗渗性能和高温高压条件下的稳定性有待改进。
钻井液抑制剂总结
抑制剂总结一、胺类页岩抑制剂以丙烯酰胺（AM）为主体，与阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵（DMDACC）及2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）和丙烯酸甲（AA）进行四元水溶液聚合。
其作用机理主要是通过胺基特有的吸附而起作用，低分子胺像钾离子一样穿透黏土层，低浓度的胺类解吸附带水化膜的可交换阳离子，通过静电吸附、氢键作用和偶极作用等将黏土片层束缚在一起，阻止水分子进入。
二、强抑制性聚合物组份：①水玻璃(Na2O·nSiO2)；②聚乙烯醇(PV A)；③聚丙烯酰胺(PHP)；④氯化钾(KCl)；⑤腐殖酸钾(KHm)；⑥钠羧甲基纤维素(Na—CMC)；⑦共聚型聚丙烯酸盐(PAC一141)。
三、甲酸盐及其在钻井液中的应用甲酸盐稳定页岩有两种机理：(1)甲酸盐钻井液的滤液粘度高，使水不易进入页岩；(2)没有裂缝的低渗透的页岩地层稳定页岩的作用机理是：页岩相当于半透膜，在高浓度的盐水体系中，自由水较少，水的活度低，其渗透压可使页岩孔隙中水反向流动。
这种反渗透作用使钻井液中的水流向页岩的静流量减小，使得页岩水化降低和毛细管压力上升缓慢。
这些都将使地层压力和近井地带的有效压力增加，这有利于井壁稳定。
四、MEG甲基葡萄糖甙MEG钻井液是一种具有成膜作用的水基钻井液，对页岩具有较好的抑制作用。
MEG钻井液主要是通过半透膜效应、封堵作用、渗透作用及去水化作用抑制页岩的水化分散和膨胀，当钻井液中MEG浓度足够大时，MEG分子吸附在井壁岩石或钻屑表面上形成一层憎水膜，阻止钻井液滤液向地层或钻屑中渗透。
研究表明，MEG浓度大于30％时，其抑制页岩的能力优于浓度为3％的KC1溶液；钻井液中MEG的加量是影响钻井液抑制性的主要因素，并且钻井液中加入无机盐后，无机盐与MEG协同作用使MEG钻井液的页岩抑制能力提高；钻井液中MEG浓度越高，膜效率越好，MEG浓度大于50％时，页岩内水份渗出。
五、硅酸盐体系影响硅酸盐钻井液稳定井壁的因素：①硅酸盐模数：2.8-3.2；②硅酸盐加量：3%-5%；③无机盐含量：硅酸盐与适量无机盐的协同效应，提高了硅酸盐钻井液抑制页岩水化分散的能力；④只有硅酸盐钻井液的PH值保持在11以上,才能发挥其抑制页岩分散的能力。
鄂北工区钻井液应用技术研究
差异较大 ， 遇水产生 不均匀 膨胀 ， 易剥落 掉块 ， 呈周期 性垮塌 。 并
对 于 已经 微 裂缝 发 育 的 二 叠 系 泥 页 岩 ， 井 液 滤 液 也 可 引 起 微 钻
裂缝处的井眼失 稳 。进入 下部 地层前 钻井液 中应逐步补 充适量 的膨润土 、 防塌剂 、 润滑剂 、 惰性降失水剂 、 磺化沥青等 ， 以提高泥
钻 井速 度 有 着极 其 重 要 的 意义 。
层特点的聚合物钻井液配方简单 、 处理剂 品种少 、 量小 ， 用 维护处 理方便 。根据钻遇不同井段地层岩性特征 ， 对钻井液维护处理情
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ况做出调整 ：
（）２ ／” １１ １４ 井眼， 采用高粘切钻井液， 有 良好的携砂和造 具
ｆ
沟组 地 层 易漏 ， 叠 系 石 千 峰 组 以下 井 段 进 尺 较 慢 ， 层 中泥 岩 二 地
易吸水 膨胀 引起 井塌 ， 形成“ 肚子” 目的层 井段容 易受钻井 液 大 ， 有害固相浸入造成污染 。
１２ 现 场 使 用 钻 井 液体 系 及 其作 用 机 理 ．
中生界侏罗 系延长组 以上井段 ， 地层较稳定 ， 砂岩段长 ， 渗透 性强 ， 地层 压 力 系 数 低 ， 钻 性 好 ， 可 主要 是 利 用大 分 子 聚 合 物 Ｋ Ａ 絮凝钻 屑 ， 用好 固控设 备 ， Ｐ Ｍ 使 视现 场情 况排 放 Ｖ 型罐 沉 砂， 本段失 水控 制不 作过 高要求 ， 主要是 控制 比重在 １０ ． ５以内， 粘度 ２￣ ３ｓ严格控制起下钻速度 ， ０ ０， 防止压差卡钻 。 上古生界二叠系及石炭系地层 ， 受构造应力 的影响 ， 泥页 岩 微裂缝发育 。泥岩以非膨胀 性粘 土矿物为主 ， 阳离子交换容量 其
聚胺UHIB强抑制性钻井液的室内研究
[收稿日期]2008-12-03 [作者简介]王昌军(1963-),男,1985年重庆石油专科学校毕业,硕士,高级工程师,现主要从事油田化学的教学、科研及现场应用工作。
聚胺UHIB 强抑制性钻井液的室内研究 王昌军 (长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州434023) 许明标 (长江大学石油工程学院,湖北荆州434023) 苗海龙 (中海油田服务股份有限公司,天津塘沽300458)[摘要]研制了一种新型的聚胺抑制剂U HIB ,其理化性能与国外同类产品UL TRA HIB 基本一致,将U HIB 引入PL US/KCl 钻井液中优化出了一套聚胺U HIB 强抑制性聚合物钻井液体系,其配方组成为:3%海水土般土浆+012%NaO H +0115%Na 2CO 3+115%聚合物降滤失剂+015%J M H Y J +2%L SF 21+0115%XC 2H +015%U HIB +014%PL H 石灰石调密度至1120g/cm 3,该体系具有良好的流变性、降滤失封堵性、强抑制性,并具有很好的储层保护效果和较好的应用价值。
[关键词]聚胺处理剂;储层保护;热滚回收率;强抑制性[中图分类号]TE25411[文献标识码]A [文章编号]1000-9752(2009)01-0080-04近年来,国外不少公司和研究机构分别研究开发出了一类新型的具有强抑制性的聚胺型水基钻井液[1～4],可以取代油基钻井液钻遇高活性强水敏性地层,取得了优异的应用效果[5];国内中海油服和长江大学已初步研制开发出聚胺的同类产品2U HIB 聚胺钻井液,并已在现场应用,取得了一定的应用效果[6]。
该钻井液具有抑制性强,在高温高密度下仍具有良好的流变性和抗温稳定性、低滤失性和良好的润滑性等特点,这些特点有利于钻井液性能的稳定和预防高温高密度情况下的压差卡钻。
为此,笔者主要介绍聚胺U HIB 强抑制性钻井液的室内研究工作。
1 聚胺强抑制剂的研制及其作用机理111 聚胺强抑制剂的研制近年来,中海油服和长江大学联合研究开发出了类似于UL TRA HIB 的聚胺强抑制剂———U HIB ,其理化性能见下表1。
钻井液强抑制剂技术研究
钻井液强抑制剂技术研究MA Yu-ling;LUO Ping-ya;XIE Gang;WANG Qi;LI Hang;LI Long-wei【摘要】针对钻速过慢问题,设计实验来优化钻井液:首先评价各处理剂对钻井液性能的影响;然后找出各处理剂最优化的加量范围;最后通过实验来验证新的钻井液体系能否达到提高机械钻速的目的.根据现有的实验结果设计出的新钻井液体系,适当放宽失水,密度能降低到1.10 g/cm3左右,页岩线性膨胀率显著降低和页岩回收率显著的升高.若进一步提高粘土含量和大分子含量,动塑比可以控制在对提升钻进速度最有利的0.36～0.48 Pa/(MPa·s)范围内.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2019(047)002【总页数】4页(P78-81)【关键词】钻井液;机械钻速;钻井液实验【作者】MA Yu-ling;LUO Ping-ya;XIE Gang;WANG Qi;LI Hang;LI Long-wei 【作者单位】;;;;;【正文语种】中文【中图分类】TE24随着我国经济的快速发展，对石油能源的需求日益增加，加快石油勘探开发进程已刻不容缓。
许多油田勘探开发的战略目标已经逐渐转向地质复杂，开采难度大，深层油气藏等方面。
钻井地质条件越来越复杂，面临的钻井技术难题显得愈来愈突出，一些区域钻探工作中的普遍表现为机械钻速过低，井下复杂等问题，导致综合经济效益低，严重制约了复杂、深部油气藏勘探开发目标的实现。
因此提高机械钻速，缩短周期对复杂、深部油气藏的勘探开发具有重要意义[1]。
要提高机械钻速，首先必须了解破岩原理。
获知，影响机械钻速的因素主要有以下几个方面：钻头类型、岩层特性、水力参数及钻井液性能等[2-3]。
在钻井工艺方面，通过优选钻头、优化水力参数、欠平衡钻井等一系列技术来提高机械钻速[4]。
在钻井液方面，通过优化性能，也取得了一些进展[5-6]。
通过改进钻井液来提高机械钻速的主要方法有：(1)使用新的更适合该地区钻井的钻井液体系[7-8]。
KCl-聚胺钻井液技术研究与应用
约为 100℃，在该温度下对优化后的钻井液体系做了抗
温性试验，优化后的钻井液体系的抗温性稳定，当岩屑
表2
体系优化前后膨胀率的对比评价
污染达到 15%时，钻井液性能依然表现良好（见表 3）。
3.2.5 油气层保护
配方
回收率（%）
膨胀率（%）
清水
43.3
40.5
优化前
87.0
18.4
加入了磺化沥青，有效地改善了泥饼质量，提高了油层
2020 年，为实现提速目标，通过大量的室内实验和现场
量，对体系进行进一步升级优化。
实践，对无固相 KCl 聚合物钻井液体系做了全面的优
（1）优选降滤失剂。无固相氯化钾钻井液的失水
化，研制出新型的 KCl-聚胺钻井液体系，该体系不但
控制是比较困难的，因为在有固相（采用膨润土配浆）
流型易调整、井眼净化能力好、油层保护能力强，而且
段易分裂的层状页岩，极易发生剥落坍塌，造成井下复杂，Mishrif 和 Zubair 两个储层渗透性好，易发
生渗漏和形成小井眼。通过对页岩地层井壁稳定机理研究，优选页岩抑制剂、水基润滑剂等处理剂，
通过室内实验和现场应用，形成一套适用于鲁迈拉页岩层的 KCl-聚胺钻井液体系。
关键词：
鲁迈拉；KCl；聚胺
二是包被作用，使用长链大分子聚合物，利用其产生多
经过反复的实验验证，我们最终优选出白油和 Non
点吸附，包被粘土表面，阻止泥页岩与钻井液中自由水
foaming E.P. Lubricant 作 为 液 体 润 滑 剂 ，Graphite
的接触，抑制泥页岩的水化膨胀、分散。通过室内评
Powder 作为固体润滑剂。
3.1
KCl-聚胺钻井液体系的室内研究
无固相钻完井液分析探讨
无固相钻完井液分析探讨发布时间：2021-10-09T07:53:41.497Z 来源：《科技新时代》2021年7期作者：陈教淼、易鹏昌、尹瑞光、刘思宁、张镕[导读] 在理论结合实际的前提下开展相关工作，对液体体系进行完善性探讨。
中海油服油田化学事业部湛江作业公司广东省湛江市 524057摘要：多维导向的钻井工程需要定向、钻头、井下动力工具和固井等多方面因素配合。
其中钻井液作为润滑钻头，携带岩屑的必备工具和手段不断发挥着重要作用。
无固相钻完井液是通过优良化学剂进行配给，在不需要固相携带的基础上进行功能性展示的，其流变性优于低固相钻井液，且在较为环保的基础上对油气藏进行良好的保护，特别适应于水平井段。
本文针对无固相钻完井液的体系性能和改变方式展开分析，重点研究了无固相钻完井液用处理剂、甲酸盐无固相钻完井液、无固相弱凝胶钻完井液、强抑制聚胺无固相钻井液以及烷基糖苷无固相钻完井液。
并基于笔者所在的南海矿区做适应性评价。
在理论结合实际的前提下开展相关工作，对液体体系进行完善性探讨。
关键词：钻井；完井；成本；体系1引言钻井工程需要设备、工艺和技术核算多方面支撑。
而钻井液作为钻井工程的血液需要时刻维护和合理运用。
而无固相钻完井液作为一种清洁高效的新型钻井液体系，能在复杂地质情况下最大化保护油气藏，同时保证一定钻井时效。
该种体系有害物质少，主要含有高分子物质，且绝不含黏土。
相对应其他钻井液体系能强化携砂冲刷能力，在一定加重剂配比运用下有效避免井垮。
其中在不同地质层段进行密度调节过程中可以进行适当的增粘剂和其他添加剂调整以适应海上运用场景。
本文基于笔者多年相关工作经验，在理论结合实际的前提下开展相关工作，对液体体系进行完善性探讨。
2无固相钻完井液用处理剂由传统低成本调节剂、滤失剂和抑制剂组成的无固相体系由于不含黏土及其他有害物质能运用较大量的增粘剂进行大规模性能调节。
3甲酸盐无固相钻完井液自身携带一定量的甲酸盐元素的钻井液体系能极大化保护储层，而该体系液体能在防泥包和防垮上起到极大的功能性。
新型钾盐聚合物钻井液技术应用分析
室 内 分 别 用 清 水 、 通 钻 井 液 体 系 、 １ 合 物 钻 井 液 普 ＫＣ 聚
体 系 、 沫 钻 井 液 体 系 和 Ｋ 欠 饱 和 盐 水 钻 井 液 体 系 对 四 泡 Ｃ１
（ ） 润 土 （ — ４ ＋ （ ． — ０ ５ 护 胶 剂 ＋ （ ． — ２膨 １ ） ０３ ． ） Ｏ５
１ 降 失 水 剂 １ ｌ 降 失 水 剂 ２ ． 增 粘 剂 ＋ ２ 抑 制 剂 十 ＋０ ２
＋ ２ 抗 盐 降 失 水 剂 ＋ ３ Ｋ １ ２ Ｎａ Ｉ Ｃ＋ ０ Ｃ。
力 下 压 成 直 径 ２ ５ ｍ 、 度 ０ ５ ｍ 的 岩 芯 ， 泥 页 岩 线 性 动 ．ｃ 厚 ．ｃ 做
钻 屑 ， 定 井 壁 ， 制 地 层 造 浆 。钾 离 子 能 防 止 软 泥 页 岩 和 态 膨 胀 实 验 。 稳 抑
硬 脆 性 泥 页岩 的 水 化 与 剥 落 ， 到 稳 定 井 壁 的 作 用 ， 有 较 起 具
ｏ ２ ０ ３１ ．３ ０ ３１ ． １ ． １ ． ２ ． ２ ． ９ ． ０ １ ． Ｏ ３ ０ ３ ０ ３ ｏ ３
０ ２ Ｏ ２ ０ ７ ０ ２ ０ ２ ０ ２ ０ ２ ０ ２ ． １ ． ６ ．２ ． ８ ． ８ ． ８ ． ９ ． ９
（） 页岩滚动 回收率评价 实验 。 ６泥
现代商贸工业
Ｍ ｏ ｅｎＢ ｓ ｅｓ ｒｄ ｎ ｕｔｙ ｄ ｒ ｕｉ ｓ Ｔ ａ ｅＩｄ ｓ ｎ ｒ ２１ ０ ２年 第 ２ 期 １
新 型 钾 盐 聚 合 物钻 井 液 技 术 应 用分 析
柴 金 鹏 。
（． Ｎ 石 油 大 学 ， 京 １ ２ ４ ；． 利 石 油 管 理 钻 局 钻 井 工 程技 术 公 司 ， 东 东营 ２ ７ ６ ） １中 北 ０２ ９２胜 山 ５ ０ ４ 摘 要 ： 过 优 选 一 种 新 型 钾 盐 聚 合 物 钻 井 液 体 系 配 方 ， 在 室 内进 行 了抑 制 性 、 温 性 和 流 变性 能 评 价 ， 验 证 明 这 通 并 抗 实 种 新 型 钾 盐 能 够 代 替 氯 化 钾 。２ １ ０ ０年 新 型 钾 盐 聚 合 物 钻 井 液 体 系在 伊 朗雅 达 油 田 Ｆ ２井 岩 盐 、 膏 层 地 层 进 行 了应 用 ， 石 现 场 应 用 表 明 ， 体 系具 有 抑 制 性 强 、 变性 良好 、 面 张 力 低 等 优 点 ， 够 满足 易造 浆 地 层 及 岩 盐 、 膏 层 地 层 的 钻 探 施 工 。 该 流 表 能 石 Ｆ ２井上 成 功 实施 试 油作 业 后 ， 产 原 油 达 ７ １ １ ； ２井丰 富 的 油 气储 藏 和 极 好 的 试 油 结 果 ， 中 石 化 在 伊 朗 雅 达 区块 的 日 １ ． ｍ Ｆ 为
体 系 、 沫 钻 井 液 体 系 和 Ｋ 欠 饱 和 盐 水 钻 井 液 体 系 对 四 泡 Ｃ１
（ ） 润 土 （ — ４ ＋ （ ． — ０ ５ 护 胶 剂 ＋ （ ． — ２膨 １ ） ０３ ． ） Ｏ５
１ 降 失 水 剂 １ ｌ 降 失 水 剂 ２ ． 增 粘 剂 ＋ ２ 抑 制 剂 十 ＋０ ２
＋ ２ 抗 盐 降 失 水 剂 ＋ ３ Ｋ １ ２ Ｎａ Ｉ Ｃ＋ ０ Ｃ。
力 下 压 成 直 径 ２ ５ ｍ 、 度 ０ ５ ｍ 的 岩 芯 ， 泥 页 岩 线 性 动 ．ｃ 厚 ．ｃ 做
钻 屑 ， 定 井 壁 ， 制 地 层 造 浆 。钾 离 子 能 防 止 软 泥 页 岩 和 态 膨 胀 实 验 。 稳 抑
硬 脆 性 泥 页岩 的 水 化 与 剥 落 ， 到 稳 定 井 壁 的 作 用 ， 有 较 起 具
ｏ ２ ０ ３１ ．３ ０ ３１ ． １ ． １ ． ２ ． ２ ． ９ ． ０ １ ． Ｏ ３ ０ ３ ０ ３ ｏ ３
０ ２ Ｏ ２ ０ ７ ０ ２ ０ ２ ０ ２ ０ ２ ０ ２ ． １ ． ６ ．２ ． ８ ． ８ ． ８ ． ９ ． ９
（） 页岩滚动 回收率评价 实验 。 ６泥
现代商贸工业
Ｍ ｏ ｅｎＢ ｓ ｅｓ ｒｄ ｎ ｕｔｙ ｄ ｒ ｕｉ ｓ Ｔ ａ ｅＩｄ ｓ ｎ ｒ ２１ ０ ２年 第 ２ 期 １
新 型 钾 盐 聚 合 物钻 井 液 技 术 应 用分 析
柴 金 鹏 。
（． Ｎ 石 油 大 学 ， 京 １ ２ ４ ；． 利 石 油 管 理 钻 局 钻 井 工 程技 术 公 司 ， 东 东营 ２ ７ ６ ） １中 北 ０２ ９２胜 山 ５ ０ ４ 摘 要 ： 过 优 选 一 种 新 型 钾 盐 聚 合 物 钻 井 液 体 系 配 方 ， 在 室 内进 行 了抑 制 性 、 温 性 和 流 变性 能 评 价 ， 验 证 明 这 通 并 抗 实 种 新 型 钾 盐 能 够 代 替 氯 化 钾 。２ １ ０ ０年 新 型 钾 盐 聚 合 物 钻 井 液 体 系在 伊 朗雅 达 油 田 Ｆ ２井 岩 盐 、 膏 层 地 层 进 行 了应 用 ， 石 现 场 应 用 表 明 ， 体 系具 有 抑 制 性 强 、 变性 良好 、 面 张 力 低 等 优 点 ， 够 满足 易造 浆 地 层 及 岩 盐 、 膏 层 地 层 的 钻 探 施 工 。 该 流 表 能 石 Ｆ ２井上 成 功 实施 试 油作 业 后 ， 产 原 油 达 ７ １ １ ； ２井丰 富 的 油 气储 藏 和 极 好 的 试 油 结 果 ， 中 石 化 在 伊 朗 雅 达 区块 的 日 １ ． ｍ Ｆ 为
钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井研究与应用
钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井研究与应用1. 引言1.1 研究背景钾钙基聚合物钻井液是近年来在油田钻井工程中得到广泛应用的一种新型钻井液体系。
其具有良好的稳定性、高渗透性和环境友好性等特点，使其成为取代传统钻井液的一种重要选择。
在玛湖35井的钻井工程中，钾钙基聚合物钻井液的应用已经取得了一定的成效，为提高钻井作业的效率和安全性提供了有效保障。
目前对于钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井的研究与应用还比较有限，有待进一步深入研究与探讨。
本次研究旨在探讨钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井的研究与应用情况，从实验方法、实验结果、应用效果和影响因素分析等方面进行深入研究，以期为钾钙基聚合物钻井液在其他油田钻井工程中的应用提供参考和借鉴。
通过对钾钙基聚合物钻井液的特点和适用性进行全面评估，可以更好地发挥其在钻井工程中的作用，为我国油田钻井技术的提升和创新提供技术支持和理论指导。
1.2 研究目的研究目的是针对玛湖35井钻井过程中存在的问题，通过使用钾钙基聚合物钻井液，探讨其在该井中的应用效果及影响因素。
具体目的包括：优化钻井液配方，提高钻井效率和成功率；探索钾钙基聚合物钻井液对井壁稳定性的影响，减少钻井事故的发生；研究钻井液对地层孔隙结构及水层压力的影响，为井底减压及地层保护提供理论依据；研究钻井液的环保性能，减少对环境的影响。
通过以上研究目的，进一步探讨钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井中的应用价值，为今后钻井工作提供经验和指导。
1.3 研究意义钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井研究与应用具有重要的研究意义。
随着石油工业的发展，对钻井液的性能要求也越来越高。
钾钙基聚合物钻井液是一种新型的钻井液体系，具有优良的性能，能够有效降低钻井作业的风险，提高钻井效率，保障井下安全生产。
在玛湖35井的研究与应用过程中，钾钙基聚合物钻井液体系的优越性能得到了充分验证，为该地区的钻井作业提供了可靠的技术支持。
深入研究钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井的应用效果及影响因素，有助于更好地理解其作用机理，为今后的钻井液研究和应用提供有益的参考和借鉴。
聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究
聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究一、绪论1. 研究背景和意义2. 相关研究概述3. 研究目的和意义二、聚合物对钻井液性能的影响1. 聚合物在钻井液中的作用机理2. 不同结构、性质的聚合物对钻井液性能的影响3. 聚合物添加量对钻井液性能的影响三、聚合物种类对钻井液体系性能的影响1. 阴离子聚合物的影响2. 阳离子聚合物的影响3. 复配聚合物的影响四、聚合物与其他添加剂的协同作用对钻井液体系性能的影响1. 聚合物与黏土抑制剂的协同作用2. 聚合物与润滑剂的协同作用3. 聚合物与泡沫剂的协同作用五、影响聚合物对钻井液体系性能影响因素的探讨1. 温度的影响2. pH值的影响3. 钻井液体系中其他成分的影响六、结论与展望1. 结论2. 存在的问题与不足3. 展望未来研究方向一、绪论1. 研究背景和意义随着石油工业的不断发展和进步，越来越复杂和恶劣的采油条件给钻井液系统的研究和应用带来了更高的要求。
钻井液系统的性能决定了钻井过程的顺利与否，而聚合物在钻井液中的应用已经成为了摆脱钻井液性质限制，提高钻井液系统性能的重要方法之一。
聚合物是高分子化合物，在聚合物/钻井液体系中具有各种独特的物理化学性质，从而对钻井液的黏度、流动性、含液量、过滤性、稳定性和抑制性等物理化学性能产生影响，其中添加量及其结构性质都将影响其对钻井液性能的影响。
“聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究”可以为安全、稳定、高效的钻井作业提供重要的理论和实践基础。
2. 相关研究概述聚合物在钻井液中的应用已经成为研究的热点之一，前人的研究表明，聚合物的种类、结构、分子量以及添加量都对钻井液的性能产生影响。
目前，已有关于聚合物对钻井液性能的研究大致可分为以下几类：（1）聚合物对钻井液黏度的影响。
研究表明，聚合物的添加量和分子量双重影响着钻井液的黏度，其中阴离子聚合物比阳离子聚合物的黏度效果更好。
（2）聚合物对钻井液过滤性的影响。
聚合物的添加可以有效地提高钻井液的过滤性能，减少钻井液在地层中的失液量，延长钻头使用寿命。
KCl-聚胺强抑制性高密度钻井液体系室内研究
２１ 年第 １ 期 ０１ ２
西部探矿工程
８ １
表 ５ 盐污染实验
表 ６ 钙污染实验
为了模 拟钻 井过 程 中钻遇 石膏 层 的状 况 ， ＫＣ 一 在 １ 聚胺 体 系 中分 别 加 入 ０ １／ ０ ２ 、． 、． 的硫 ． 、． ０ ３ ０ ４ ９ ６ 酸钙 ， ６的实 验结果 显 示 ， 入硫 酸钙 后 ， 井液 粘切 表 加 钻
４ ６６ ５．
２５ ～２ ６ ７５ ７Ｏ ３ １ ～ ３ １ ３Ｏ ３５
３ ５～ ３３ ３３ ４０
５ ．０ １５
５ ５ ７． ０
４．８ ４ ９
１ ７４ ｏ．
由表 ３可 以看 出 ， 屑 清水 回收率 很低 ， 岩 容易 水 化
３ ２ ３ 抗 污染性 能评 价 ．．
分散 ， Ｃ 一聚胺强抑制性高密度钻井液体系抑制性与 Ｋ ｌ 清水相 比， 回收率有很大 的提高， 并且 高于 Ｋ １ Ｈ Ｃ 一Ｐ — Ｐ Ａ聚合醇体系， 明其抑制性优于 Ｋ １ Ｐ Ｐ 聚合 说 Ｃ－ Ｈ Ａ 醇无固相体系。同时 ， 做浸泡实验发现 ， 钻屑在清水 中 浸泡 ２ｈ ， ４ 后 钻屑完全散开 ， 说明钻屑具有很强的水敏 性； 而在钻井液中浸泡 ２ｈ ， ４ 后 其形状保持完好 ， 明钻 说 井液具有很强的抑制性 ， 以有效阻止钻屑水化分散 。 可 体系具有很强的抑制性 ， 能够有效的保持井壁稳定 、 防
摘 要： 聚胺类材料是 当今钻井液材料 中的一个热点， 其分子 中的胺基吸附覆盖在粘土表 面， 防止 活 性粘土的水化膨胀。在国外， 聚胺类材料 已经成功的运用于高水敏层、 复杂地层的钻井作业。通过 大 量 实验 摸 索 出一 套 密度 迭 ２２ ／ｍ３流 变性 好 、 制性 强 、 污染 、 护 油 气层 的 Ｋ ｌ 聚胺 强抑 制 ． ｇｃ 、 抑 抗 保 Ｃ一 性 高密度钻 井液体 系， 并对其各项性能进行 了室内评价。 关 键词 ： 高密度钻 井液 ； 聚胺 ； 制性 ； 变性 抑 流 中图分 类号 ： ２ 文献 标识 码 ： 文章 编号 ：０ ４ ５１ （０ １１一 Ｏ７一 Ｏ ＴＥ Ａ １０－ ７６ ２１ ）２ Ｏ ９ ４ 高密度钻井液在钻井过程中会存在着一个矛盾 ， 为了 维护体系稳定我们必须保持其具有较强的分散性 ， 但是强 分散体系会造成钻屑细分散侵入钻井液 ， 导致钻井液密度 上涨， 粘切上升 ， 流变性变差， 在钻井过程中导致起下钻不 通畅， 甚至引起钻头泥包、 粘附卡钻等严重钻井事故。针 对复杂地层钻井 过程 中 出现 的掉块严 重 、 壁坍塌 、 井 井径 不规则的问题， 我们摸索出了一套能够满足现场应用， 解 决高密度和强水敏 陛 地层钻井难题的 Ｋ ｌ Ｃ一聚胺强抑制性 高密度钻井液体系（ 简称 ｃ一聚胺体系） ｌ 。 １ 聚胺 类抑 制剂 作用 机理 聚胺类 页 岩抑 制剂 分 子 中具 有 大 量 游 离 的 胺基 基 团， 从而能够很好地镶嵌在粘土层间 ， 并使粘土层 紧密 结合在一起 ， 降低粘土水化层 的厚度 ， 抑制粘土水化分 散 。这种胺基吸附作用机理是 中性 的胺类化合物分子 通过与粘土矿物中金属离子相结合吸附在粘土上 ， 或者 是质子态的胺分子通过阳离子交换作用取代粘土矿 物 中的金属离子。分别配置不 同浓度 的聚胺溶液同时加 入粘土 ， 对浸泡在溶液中的粘土样品进行 ｘ 一射线衍射 实验 ， 结果发现聚胺浓度越高 ， 泡在里面的粘土层 间距 越小 ， 这也验证 了聚胺抑制剂的作用机理。 ２ 聚胺 单剂 筛选 聚胺单剂筛选我们采取的实验方法是， 分别配置同 等浓度的聚胺溶液 ， 加入膨润土， 充分搅拌后静置 ２ ｈ ４， 待其水化完全 ， 测六速和失水 ； 经高温老化后再次测六 速和失水 ， 从而对各类聚胺产品在常温和高温下抑制膨 润土造浆的能力进行评价。
KCl
２ 地质 简况
桥古 ２井钻遇地层 自上而下 依次 为第 四系、 库车组 、 康 村组 、 吉迪 克组 、 苏维依 组 、 库姆 格列木群 、 巴什基 奇克组 、 巴
西盖组 、 舒 善河组 、 前震旦系 。地层岩性 简述如下 ， 第 四系 （ ０
—
体系配方 ： ６ ％膨润土浆 ＋ ０ ． ３ ％Ｎ ａ Ｏ Ｈ＋ ０ ． １ ％Ｎ ａ ２ Ｃ Ｏ ， ＋ ０ ． ５ ％聚丙烯酰胺钾盐 Ｋ Ｐ Ａ Ｍ＋ １ ％ 聚合物降 失水剂 ＋ ３ ％磺 化酚醛树脂 Ｓ Ｍ Ｐ一 ２ ＋ ２ ％ 褐煤 树脂 Ｓ Ｐ Ｎ Ｈ＋ ３ ％沥青 ｚ ｘ一 ８
康村组（ ３ １ ２ ７ — ４ １ ２ １ ｍ） 泥岩 ， 砂岩， 砂质泥岩， 粉砂岩不等厚
互层 ； 吉迪 克组（ ４ １ ２ １— ４ ７ ２ ６ ｍ） 泥 岩为 主 ， 盐膏 岩 ， 膏泥 岩 ， 细粒砂岩 ； 苏维依组 （ ４ ７ ２ ６— ４ ９ １ ６ ｍ） 厚层 泥岩 ， 薄层 粉砂岩 、 盐膏岩 ， 泥岩含石膏 ； 库姆 格列 木群 （ ４ ９ １ ６～５ ０ ７ ６ ｍ） 厚层 泥 岩， 砾岩， 长石 砂 岩 ， 泥岩含石 膏； 巴什 基 奇 克 组 （ ５ ０ ７ ６—
差， 可钻性好 ， 进尺快 ， 容易发 生井 口垮塌 ， 钻屑污染严 重 ， 环 空钻屑浓度高 ， 极 易造成 固相污染 ， 易因井 眼净化 问题 出现 阻卡 ， 渗透性强 ， 易形成 虚厚泥 饼 ， 钻遇 巨厚 泥岩 ， 易发生泥
包钻头。
（ ２ ） 二开下部井段 ： 吉迪 克组 、 苏维依组 的深灰色泥岩易 吸水膨胀 ， 产 生掉块 ， 致 使井壁 垮塌 ， 地层 中含有盐膏层 ， 钻
泥岩， 容易发生掉块、 坍塌、 缩径。进入白垩系后， 地层容易
钾胺聚合物钻井液体系室内研究
表 １ 钻 井 液体 系 的 流 变 性 、 失水 量
形 成 水合 物 吸 附 层 ， 防止 钻 井 液 进 入 地 层 ， 大 以 大
降低 井壁 失 水 量 ＿ 。在 现 场 施 工 中 能 很 好 地 实 现 １ 』
低黏 、 低切 、 固相 钻井 ， 岩 芯 渗透 率 伤害 小 。此 低 对
通 信作 者简介 ： 李
超 ， ， — ａ ：ｃａ． ０ ８ ６ ． ｏ 。 男 Ｅｍ ｉ ｌｈ ｏ３０ ＠１３ ｃｒ ｌｉ ｎ
７ ６ ２４
程
１ 卷 １
１ ４ 防膨 性能 评价 ．
井液 体 系对 岩 心 的 伤 害 程 度 降 低 ， 般 来 说 ， 胺 一 钾 聚合 物 钻井 液 体 系 对 不 同 渗 透 率 岩 心 的 伤 害 率 小
外 它 还具 有 钻 井 液 携 带 钻 屑 能 力 强 、 变 性 好 、 流 岩 屑 回收利 用高 等特 点 。
由表 １可 见 ， 胺 聚合 物钻 井 液 体 系 的黏 度 为 钾 ６ ． 在 正 常 的规 定 范 围 ， ２ ３ｓ 具有 良好 的 流变 性 。而 失水 量 为 ４ ２ｍ 小 于 Ａ Ｉ 定 的钻 井 液 滤 失 量 ． Ｌ， Ｐ规 ８ｍ ， 滤失 性 能 优 良， 够 很 好 地 防 止 钻 井 液 侵 Ｌ降 能
２１ ０ １年 ７月 ８日收到
岩屑滚动 回收实验可 以评 价在一定 温度 下钾
胺 聚合 物钻 井 液体 系 对 钻 屑 的稳 定 效 果 ， 回收 率 越 高， 稳定 钻 屑 的 能 力 越 强 ， 以有 效 地 防止 井 壁 坍 可
塌。由表中可见 ， 钻井液 的滚动 回收率 明显高于清
水 的滚 动 回收率 ， 以大 大提 高钻 井效 率 。 可
防塌机理
K+和NH4+在抑制页岩水化方面有着特别的效果，含K+的钾基钻井液作为防塌钻井液已经自成体系。
K+、NH4+抑制页岩水化的主要机理有以下两点：一是这两种离子的水化能低。
K+、NH4+水化能分别为393kJ/mol和364kJ/mol，均低于其他常见的阳离子。
由于粘土对阳离子吸附具有选择性，它优先吸附水化能较低的阳离子，因而K+、NH4+往往比Na+货Ca2+优先被粘土所吸附。
此外，当其被粘土吸附后，由于水化能低，会促使晶层间脱水，使晶层收到压缩，形成紧密的构造，从而能够有效的抑制粘土水化。
K+、NH4+ 二是K+、NH4+的直径分别为2.66A和2.86A，其大小差不多刚好可以进入氧六角环，形成镶嵌式吸附，很难交换下来。
同时由于水化后的K+、NH4+离子半径仍小于伊利石的层间间隙（10.6A），因而能进入伊利石的层间，由于形成键合，从而抑制了相邻硅酸盐晶片的膨胀和分离。
这种作用称为晶格固定作用。
正是由于这种作用，使K+有可能尽量靠近相邻晶层的负电荷中心，因而所形成的致密构造不会在水中再发生较强的水化。
这种构造已经过脱水、压缩，所以K+很难再被置换。
聚合物中的阳离子类别对聚合物的抑制效果有较大的影响。
由于K+、NH4+能有效的抑制泥页岩水化，因而钾、胺基聚合物抑制地层膨胀与分散的效果也优于其它的聚合物。
各种油田采用KCL-聚合物钻井液易坍塌地层都取得了很好的效果。
其典型配方为1.5%～3%膨胀润土+0.1%～0.3%PAM(或其衍生物)+3%～8% KCL+适量的降滤失剂+少量的除氧剂等。
这种钻井液体系通常称为钾盐聚合物钻井液，是目前国内外公认的最理想的水基防塌钻井液体系之一。
其特点是，将有机聚合物的防塌机理与无机处理剂KCL中K+的防塌机理有机地结合在一起，具有双重效果，对各类泥页岩地层均有较强的抑制作用。
硅酸盐钻井液也是防塌效果很好的钻井液体系，进入90年代后，随着对环保要求越来越严格，油基钻井液的使用收到限制。
钾氨基钻井液体系
钾氨基钻井液体系
钾氨基钻井液体系指的是一种以阴离子阳离子的化学结构为基础，通过优化钾离子和氨离子的配比，从而形成的一种高效稳定的钻井液
体系。
这种体系具有很好的高温高压稳定性、良好的钻井性能、低毒
无害、环保等特点，具有广泛的应用前景。
钾氨基钻井液体系在石油开发领域中具有广泛的应用，可以应用
于复杂地层，如高温、高压、酸性等环境中，能够满足不同地区、不
同层位的钻井需求。
它的主要成分是钾盐和氨盐，同时还添加了少量
的胶体物质、界面活性剂等，从而使得体系更加稳定、性能更加优越。
与传统的油基、水基、乳液钻井液相比，钾氨基钻井液体系的环保性
能更好，更符合现代社会对环保的要求。
总之，钾氨基钻井液体系是一种高效、环保、稳定性强的钻井液
体系，具有广泛的应用前景，在石油行业得到了广泛的应用。
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（１．中石化华北石油工程有限公司西部分公司，河南 新乡 ４５３０００； ２．中石化华北分公司工程技术研究院，河南 郑 州 ４５０００６）
摘要：大牛地气田石盒子组泥岩发育，钻井液抑制性不足，易发生井壁失稳事故，严重影响施工安全和施工进度。 在分析石盒子组泥岩段失稳机理的基础上，开展了钾铵基聚合物钻井液抑制性研究。 放大蒙脱石和伊蒙混层矿物 含量，评价和优选出具有高效抑制性的钾铵基聚合物钻井液体系。 该体系具有较低的线性膨胀率和较高的滚动回 收率，对大牛地气田预防泥岩段井壁失稳具有重要的实际意义。 关键词：钻井；泥岩；井壁稳定；钾铵基聚合物钻井液；抑制性；大牛地气田 中图分类号：Ｐ６３４．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２ －７４２８（２０１５）０７ －００３０ －０４ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ Ａｍｉｎｏ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｆｌｕｉｄ ／ＸＵ Ｂｏ， ＷＡＮＧ Ｚｈｉ－ｈｏｎｇ （１．Ｗｅｓｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｈｕａｂｅｉ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｉｎｏｐｅｃ， Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｈｅｎａｎ ４５３０００， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌ－ ｏｇｙ ｏｆ Ｈｕａｂｅｉ Ｂｒａｎｃｈ， Ｓｉｎｏｐｅｃ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｈｅｎａｎ ４５０００６， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｍｕｄｓｔｏｎｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ ｇｒｏｕｐ ｏｆ Ｄａｎｉｕｄｉ ｇａｓ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄｓ ａｒｅ ｐｏｏｒ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｍｉｎｏ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｗａｓ ｍａｄｅ．Ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｍｏｎｔｍｏｒｉｌ－ ｌｏｎｉｔｅ ａｎｄ ｉｌｌｉｔｅ ｍｉｘｅｄ ｌａｙｅｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎｈｉｂｉｔｉｖｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｍｉｎｏ ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｒｉｌｌ－ ｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｓｙｓｔｅｍ， ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｌｏｗｅｒ ｌｉｎｅｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｒｏｌｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｎｄ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｐｒｅ－ ｖｅｎｔ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｕｄｓｔｏｎｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｄａｎｉｕｄｉ ｇａｓ ｆｉｅｌｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｒｉｌｌｉｎｇ； ｍｕｄｓｔｏｎｅ； ｗａｌｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ； ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｍｉｎｏ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ； ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ； Ｄａｎｉｕｄｉ ｇａｓ ｆｉｅｌｄ
表 ２ 抑制剂优选实验结果
实验用品
线性膨胀率 ／％
８％ＫＣｌ ２％ＳＩＮＴ ０畅２％ＫＰＡＭ １％ＫＰＡＮ ０畅３％ＣＨＭ １％ＸＹＬ －１
钠蒙脱石矿 １２畅５０ １９畅８５ ３５畅１７ ４２畅１９ ５３．６４ ５８畅４２
实验样品 １ ４１畅１４ ２４畅９６ ４１畅１４ ４２畅１９ ３７畅６６ ３９畅４３
第 ４２ 卷第 ７ 期 ２０１５ 年 ７ 月
探矿工程（ 岩土钻掘工程）
Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ （Ｒｏｃｋ ＆ Ｓｏｉｌ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）
Ｖｏｌ．４２ Ｎｏ．７
Ｊｕｌ．２０１５：３０ －３３
钾铵基聚合物钻井液抑制性研究
徐 波１ ， 王智洪２
３１
钻井过程中引起井壁失稳的原因主要有 ２ 个方 面：一是钻井液密度低，钻井液液柱压力低于地层孔 隙应力，难以支撑力学不稳定地层；二是钻井液液柱 压力高于地层孔隙应力，驱使钻井液进入泥页岩孔 隙，产生压力穿透效应，使井眼附近的泥页岩含水量 增加，孔隙压力增大，泥页岩强度降低。 由后一种地 层不稳定因素引起井壁失稳的原因是钻井液中的滤 液进入泥页岩地层后在引起的泥页岩膨胀力和泥页 岩的运移，它也是最受关注的井壁稳定问题。 这是 因为钻井液侵入泥页岩地层后会导致泥页岩地层 ３ 个方面的变化：（１） 钻井液压力侵入，孔隙压力升 高，减少有效应力；（２） 膨胀力升高（ 如：由于粘土层 发生阳离子交换），有效应力下降；（３） 粘土矿物粘 结键的化学改变及减弱。 它的影响可能通过调节泥 页岩强度及破坏如内聚力及摩擦角等参数而引起井 壁失稳。
１ 石盒子组泥岩段失稳机理分析 １．１ 石盒子组粘土矿物及含量
选取大牛地气田石盒子组 ３ 个层位的代表性岩 样进行了粘土矿物的抽提，并进行了 Ｘ 衍射分析， 分析结果如表 １ 所示，该区粘土矿物总含量较小，不 超过 １０％，主要的粘土矿物类型有伊利石、高岭石、 绿泥石以及伊蒙间层矿物，伊利石和高岭石相对含 量最高，绿泥石次之，伊蒙间层矿物相对含量最低。
通过由线性膨胀率、滚动回收率实验研究钻井液 配方性能，改进后的钾铵基聚合物钻井液性能稳定 （ 见表５） 、抑制性明显增强。线性膨胀率由５９畅７３％
３２
探矿工程（ 岩土钻掘工程）
２０１５ 年 ７ 月
实验样品 蒙脱矿 样品 １ 蒙脱矿 样品 １
Ａ ５９畅７３
Ａ ３０畅４２
Ｂ ５８畅４２
Ｂ ４６畅０５
在钻井过程中钻遇泥页岩地层时，当钻井液滤 液侵入泥页岩中，使泥页岩膨胀力降为零和最大限 度减少钻井液滤液在泥页岩中的运移是钻井液具有 优越抑制性的目标。 具体做法就是减小钻井液滤失 量，保证钻井液滤液具有足够的抑制性，侵入该层的 钻井液和其中的流体、岩石配伍而降低泥页岩膨胀 力。 因此，对钻井液抑制性的研；实验样品 １ 配方为：高岭石∶ 绿泥石∶伊利石∶伊 ／蒙间层 ＝２∶２∶１６∶８０，间层比为 ５５％。
２．２ 线性膨胀率实验评价 泥页岩抑制剂单剂评价是形成性能更优的钻井
液配方的基础，但是综合性能才是钻井液配方的根 本。 通过钻井液配方的线性膨胀率，确定最佳配方 更能有助于在目前现场钻井液配方的基础上，提高 钻井液的抑制性，再进行滚动回收率的研究，进一步 证实钻井液具有良好的抑制性。 改进前后钻井液配 方线性膨胀实验结果如表 ３ 所示。 由实验结果可 知，在改进前后的钻井液中加入一定量的抑制剂后， 对蒙脱矿和高含伊蒙混层样品 １ 的线性抑制性均得 到增强。 然而，改时后的 Ｂ ＋０畅３％ＫＰＡＮ 在后续的 滚动回收率实验中有良好表现。 ２．３ 滚动回收率实验研究
国内 学 者 对 泥 岩 井 壁 问 题 进 行 了 大 量 研 究［１ －４］ ，认为井壁稳定是复杂的力学与钻井液化学 耦合问题，从钻井液方面来说，维护井壁稳定主要是 控制好钻井 液 密 度、 提 高 钻 井 液 抑 制 性 和 封 堵 性。
本文主要从钻井液抑制性方面入手，提高钾铵基聚 合物钻井液维护井壁稳定能力。
Ａ ＋３％ＫＣｌ ２８畅８０
Ａ ＋２％ＳＩＮＴ １６畅０１
Ｂ ＋０畅３％ＫＰＡＮ ２８畅８
Ｂ ＋０畅３％ＫＰＡＮ ２９畅７９
表 ３ 改进前后钻井液配方线性膨胀实验结果
线性膨胀率 ／％
Ａ ＋１％ＫＣｌ
Ａ ＋０畅２％ＸＹＬ －１ Ａ ＋０畅２％ＸＹＬ －１ ＋０畅２％ＣＨＭ
３１畅２２
３４畅１１
３８畅１７
滚动回收率是评价在一定温度、时间和 ５ ｒ ／ｍｉｎ 条件下对泥页岩的抑制效果，即研究在一定热稳定 性条件下对泥页岩的抑制效果。 二次回收率是研究 钻井液中泥页岩抑制剂在钻屑表面的吸附效果，它 能更好地表达泥页岩抑制剂对泥页岩的抑制作用。 实验结果如表 ４ 所示。 由表可知，改进后的钻井液 配方的一次、二次回收率比改进前的钻井液配方均 有较大程度的提高，在改进后的配方中加入 ０畅３％ ＫＰＡＮ，体系的一次回收率达到最大值 ８８畅９％，二次 回收率也有较好显示。
石盒子组泥岩段井壁失稳也正是如此。 以 ＤＰＳ －８ 井为例，钻井液液柱压力高于地层孔隙压力，在 泥岩和砂岩过渡带渗透率较大，钻井液大量滤液长 驱直入进入该层孔隙。 由于滤液抑制性不足，造成 粘土矿物膨胀、分散、运移、剥落，在工程上表现为缩 径，超过一定时间而剥落，最后形成“大肚子” 井眼。 导致通井遇阻，钻具不能到底而进入“ 大肚子” 内， 反复划眼通过，但也损失大量时间。
注：Ａ 配方（改进前） ：清水 ＋０畅２％ ～０畅３％Ｎａ２ ＣＯ３ ＋０畅１％ ～０畅２％ＮａＯＨ ＋３％ ～４％钠土 ＋０畅３％ ～０畅５％ＩＮＤ３０ ＋０畅５％ ～１％ＮＡＴ２０ ＋０畅５％ ～ １％ＮＦＡ２５；Ｂ 配方（ 改进后） ：４％怀安土 ＋０畅４％ＫＰＡＭ ＋０畅４％ＫＰＡＮ ＋１％ＮＨ４ －ＰＡＮ ＋２％ＳＰＮＨ。
表 １ 石盒子组储层岩石粘土矿物含量 ＸＲＤ 分析结果
层位 样品数
盒３
１
盒２
１
盒 １ １８
伊利石 ２２畅１０ ３０畅５０ ３３畅３３
相对含量 ／％ 高岭石 绿泥石 伊 ／蒙 ３２畅５０ ３３畅９０ １４畅６０ １５畅６０ ３９畅００ １６畅９０ ３０畅９４ ３１畅４１ １３畅６４
间层比 ２０畅００ １８畅６４ １０畅００
２ 钾铵基聚合物钻井液优选实验研究 ２．１ 泥页岩抑制剂单剂的优选
泥页岩中引起粘土水化膨胀的矿物主要是蒙脱 石和混层矿物。 现场提供钻屑和碎岩心的数量有 限，且干扰大。 因此采用人造岩屑进行实验分析，放 大蒙脱石以及伊蒙混层矿物含量进行线性膨胀率实 验和滚动回收率实验。 常用的粘土稳定剂有 ＫＣｌ、 ＫＰＡＭ、ＫＰＡＮ、ＣＨＭ、ＸＹＬ －１、ＳＩＮＴ，其类型可简单 的分为提供 Ｋ ＋和阳离子型抑制剂。 不同浓度的粘
摘要：大牛地气田石盒子组泥岩发育，钻井液抑制性不足，易发生井壁失稳事故，严重影响施工安全和施工进度。 在分析石盒子组泥岩段失稳机理的基础上，开展了钾铵基聚合物钻井液抑制性研究。 放大蒙脱石和伊蒙混层矿物 含量，评价和优选出具有高效抑制性的钾铵基聚合物钻井液体系。 该体系具有较低的线性膨胀率和较高的滚动回 收率，对大牛地气田预防泥岩段井壁失稳具有重要的实际意义。 关键词：钻井；泥岩；井壁稳定；钾铵基聚合物钻井液；抑制性；大牛地气田 中图分类号：Ｐ６３４．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２ －７４２８（２０１５）０７ －００３０ －０４ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ Ａｍｉｎｏ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｆｌｕｉｄ ／ＸＵ Ｂｏ， ＷＡＮＧ Ｚｈｉ－ｈｏｎｇ （１．Ｗｅｓｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｈｕａｂｅｉ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｉｎｏｐｅｃ， Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｈｅｎａｎ ４５３０００， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌ－ ｏｇｙ ｏｆ Ｈｕａｂｅｉ Ｂｒａｎｃｈ， Ｓｉｎｏｐｅｃ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｈｅｎａｎ ４５０００６， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｍｕｄｓｔｏｎｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ Ｓｈｉｈｅｚｉ ｇｒｏｕｐ ｏｆ Ｄａｎｉｕｄｉ ｇａｓ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄｓ ａｒｅ ｐｏｏｒ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｍｉｎｏ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｗａｓ ｍａｄｅ．Ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｍｏｎｔｍｏｒｉｌ－ ｌｏｎｉｔｅ ａｎｄ ｉｌｌｉｔｅ ｍｉｘｅｄ ｌａｙｅｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎｈｉｂｉｔｉｖｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｍｉｎｏ ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｒｉｌｌ－ ｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｓｙｓｔｅｍ， ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｌｏｗｅｒ ｌｉｎｅｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｒｏｌｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｎｄ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｔｏ ｐｒｅ－ ｖｅｎｔ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｕｄｓｔｏｎｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｄａｎｉｕｄｉ ｇａｓ ｆｉｅｌｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｒｉｌｌｉｎｇ； ｍｕｄｓｔｏｎｅ； ｗａｌｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ； ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｍｉｎｏ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ； ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ； Ｄａｎｉｕｄｉ ｇａｓ ｆｉｅｌｄ
表 ２ 抑制剂优选实验结果
实验用品
线性膨胀率 ／％
８％ＫＣｌ ２％ＳＩＮＴ ０畅２％ＫＰＡＭ １％ＫＰＡＮ ０畅３％ＣＨＭ １％ＸＹＬ －１
钠蒙脱石矿 １２畅５０ １９畅８５ ３５畅１７ ４２畅１９ ５３．６４ ５８畅４２
实验样品 １ ４１畅１４ ２４畅９６ ４１畅１４ ４２畅１９ ３７畅６６ ３９畅４３
第 ４２ 卷第 ７ 期 ２０１５ 年 ７ 月
探矿工程（ 岩土钻掘工程）
Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ （Ｒｏｃｋ ＆ Ｓｏｉｌ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）
Ｖｏｌ．４２ Ｎｏ．７
Ｊｕｌ．２０１５：３０ －３３
钾铵基聚合物钻井液抑制性研究
徐 波１ ， 王智洪２
３１
钻井过程中引起井壁失稳的原因主要有 ２ 个方 面：一是钻井液密度低，钻井液液柱压力低于地层孔 隙应力，难以支撑力学不稳定地层；二是钻井液液柱 压力高于地层孔隙应力，驱使钻井液进入泥页岩孔 隙，产生压力穿透效应，使井眼附近的泥页岩含水量 增加，孔隙压力增大，泥页岩强度降低。 由后一种地 层不稳定因素引起井壁失稳的原因是钻井液中的滤 液进入泥页岩地层后在引起的泥页岩膨胀力和泥页 岩的运移，它也是最受关注的井壁稳定问题。 这是 因为钻井液侵入泥页岩地层后会导致泥页岩地层 ３ 个方面的变化：（１） 钻井液压力侵入，孔隙压力升 高，减少有效应力；（２） 膨胀力升高（ 如：由于粘土层 发生阳离子交换），有效应力下降；（３） 粘土矿物粘 结键的化学改变及减弱。 它的影响可能通过调节泥 页岩强度及破坏如内聚力及摩擦角等参数而引起井 壁失稳。
１ 石盒子组泥岩段失稳机理分析 １．１ 石盒子组粘土矿物及含量
选取大牛地气田石盒子组 ３ 个层位的代表性岩 样进行了粘土矿物的抽提，并进行了 Ｘ 衍射分析， 分析结果如表 １ 所示，该区粘土矿物总含量较小，不 超过 １０％，主要的粘土矿物类型有伊利石、高岭石、 绿泥石以及伊蒙间层矿物，伊利石和高岭石相对含 量最高，绿泥石次之，伊蒙间层矿物相对含量最低。
通过由线性膨胀率、滚动回收率实验研究钻井液 配方性能，改进后的钾铵基聚合物钻井液性能稳定 （ 见表５） 、抑制性明显增强。线性膨胀率由５９畅７３％
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探矿工程（ 岩土钻掘工程）
２０１５ 年 ７ 月
实验样品 蒙脱矿 样品 １ 蒙脱矿 样品 １
Ａ ５９畅７３
Ａ ３０畅４２
Ｂ ５８畅４２
Ｂ ４６畅０５
在钻井过程中钻遇泥页岩地层时，当钻井液滤 液侵入泥页岩中，使泥页岩膨胀力降为零和最大限 度减少钻井液滤液在泥页岩中的运移是钻井液具有 优越抑制性的目标。 具体做法就是减小钻井液滤失 量，保证钻井液滤液具有足够的抑制性，侵入该层的 钻井液和其中的流体、岩石配伍而降低泥页岩膨胀 力。 因此，对钻井液抑制性的研；实验样品 １ 配方为：高岭石∶ 绿泥石∶伊利石∶伊 ／蒙间层 ＝２∶２∶１６∶８０，间层比为 ５５％。
２．２ 线性膨胀率实验评价 泥页岩抑制剂单剂评价是形成性能更优的钻井
液配方的基础，但是综合性能才是钻井液配方的根 本。 通过钻井液配方的线性膨胀率，确定最佳配方 更能有助于在目前现场钻井液配方的基础上，提高 钻井液的抑制性，再进行滚动回收率的研究，进一步 证实钻井液具有良好的抑制性。 改进前后钻井液配 方线性膨胀实验结果如表 ３ 所示。 由实验结果可 知，在改进前后的钻井液中加入一定量的抑制剂后， 对蒙脱矿和高含伊蒙混层样品 １ 的线性抑制性均得 到增强。 然而，改时后的 Ｂ ＋０畅３％ＫＰＡＮ 在后续的 滚动回收率实验中有良好表现。 ２．３ 滚动回收率实验研究
国内 学 者 对 泥 岩 井 壁 问 题 进 行 了 大 量 研 究［１ －４］ ，认为井壁稳定是复杂的力学与钻井液化学 耦合问题，从钻井液方面来说，维护井壁稳定主要是 控制好钻井 液 密 度、 提 高 钻 井 液 抑 制 性 和 封 堵 性。
本文主要从钻井液抑制性方面入手，提高钾铵基聚 合物钻井液维护井壁稳定能力。
Ａ ＋３％ＫＣｌ ２８畅８０
Ａ ＋２％ＳＩＮＴ １６畅０１
Ｂ ＋０畅３％ＫＰＡＮ ２８畅８
Ｂ ＋０畅３％ＫＰＡＮ ２９畅７９
表 ３ 改进前后钻井液配方线性膨胀实验结果
线性膨胀率 ／％
Ａ ＋１％ＫＣｌ
Ａ ＋０畅２％ＸＹＬ －１ Ａ ＋０畅２％ＸＹＬ －１ ＋０畅２％ＣＨＭ
３１畅２２
３４畅１１
３８畅１７
滚动回收率是评价在一定温度、时间和 ５ ｒ ／ｍｉｎ 条件下对泥页岩的抑制效果，即研究在一定热稳定 性条件下对泥页岩的抑制效果。 二次回收率是研究 钻井液中泥页岩抑制剂在钻屑表面的吸附效果，它 能更好地表达泥页岩抑制剂对泥页岩的抑制作用。 实验结果如表 ４ 所示。 由表可知，改进后的钻井液 配方的一次、二次回收率比改进前的钻井液配方均 有较大程度的提高，在改进后的配方中加入 ０畅３％ ＫＰＡＮ，体系的一次回收率达到最大值 ８８畅９％，二次 回收率也有较好显示。
石盒子组泥岩段井壁失稳也正是如此。 以 ＤＰＳ －８ 井为例，钻井液液柱压力高于地层孔隙压力，在 泥岩和砂岩过渡带渗透率较大，钻井液大量滤液长 驱直入进入该层孔隙。 由于滤液抑制性不足，造成 粘土矿物膨胀、分散、运移、剥落，在工程上表现为缩 径，超过一定时间而剥落，最后形成“大肚子” 井眼。 导致通井遇阻，钻具不能到底而进入“ 大肚子” 内， 反复划眼通过，但也损失大量时间。
注：Ａ 配方（改进前） ：清水 ＋０畅２％ ～０畅３％Ｎａ２ ＣＯ３ ＋０畅１％ ～０畅２％ＮａＯＨ ＋３％ ～４％钠土 ＋０畅３％ ～０畅５％ＩＮＤ３０ ＋０畅５％ ～１％ＮＡＴ２０ ＋０畅５％ ～ １％ＮＦＡ２５；Ｂ 配方（ 改进后） ：４％怀安土 ＋０畅４％ＫＰＡＭ ＋０畅４％ＫＰＡＮ ＋１％ＮＨ４ －ＰＡＮ ＋２％ＳＰＮＨ。
表 １ 石盒子组储层岩石粘土矿物含量 ＸＲＤ 分析结果
层位 样品数
盒３
１
盒２
１
盒 １ １８
伊利石 ２２畅１０ ３０畅５０ ３３畅３３
相对含量 ／％ 高岭石 绿泥石 伊 ／蒙 ３２畅５０ ３３畅９０ １４畅６０ １５畅６０ ３９畅００ １６畅９０ ３０畅９４ ３１畅４１ １３畅６４
间层比 ２０畅００ １８畅６４ １０畅００
２ 钾铵基聚合物钻井液优选实验研究 ２．１ 泥页岩抑制剂单剂的优选
泥页岩中引起粘土水化膨胀的矿物主要是蒙脱 石和混层矿物。 现场提供钻屑和碎岩心的数量有 限，且干扰大。 因此采用人造岩屑进行实验分析，放 大蒙脱石以及伊蒙混层矿物含量进行线性膨胀率实 验和滚动回收率实验。 常用的粘土稳定剂有 ＫＣｌ、 ＫＰＡＭ、ＫＰＡＮ、ＣＨＭ、ＸＹＬ －１、ＳＩＮＴ，其类型可简单 的分为提供 Ｋ ＋和阳离子型抑制剂。 不同浓度的粘