盐水钻井液处理剂探索实验

文章编号:100125620(2006)0520074204连通盐井饱和盐水钻井液技术何振奎1　蒋建宁1　景国安1　邱建君1　张庆良1　魏春禺1　张道慈2(1.河南油田分公司石油工程技术研究院,河南南阳;2.河南油田分公司石油勘探开发研究院,河南南阳)摘要　采用连通井开发地下盐,即在盐层段进行水平钻井,钻井液技术更显得重要。

针对舞阳、叶县地区泥页岩吸水膨胀、缩径、坍塌、盐膏层段盐溶问题,研究出了一套以抗盐聚合物A 为主剂,适应于连通盐井钻井的饱和盐水钻井液。

对该钻井液配方的优选及性能评价表明,饱和盐水钻井液流变性好,滤失量低,抗污染能力强,有利于井壁稳定。

现场应用表明,饱和盐水钻井液能抑制盐层溶解、泥页岩水化膨胀缩径和砂岩段形成厚泥饼,利于水平井井眼轨迹控制;并且抗盐能力强,抑制效果好,携带能力强,有利于水平井岩屑床的清扫,解决了因井径扩大导致起下钻遇阻卡、事故频发、主力开发盐层捞不到盐样、水平段井眼轨迹不易控制及固井质量差等问题,压裂连通成功。

关键词　饱和盐水钻井液　抑制性　井眼稳定　井眼清洁　连通盐井中图分类号:TE254.3文献标识码:A 河南油田在叶县、舞阳地区钻井10多口,其中6口井在H 1和H 2段上部(1100～2200m)钻遇盐岩层。

多数使用聚合物抗盐(聚丙烯酰胺2铁铬盐、PAC141聚合物系列)钻井液。

这些井井眼溶蚀严重,盐层井径扩大率在50%以上,如舞4井在1450～2410m 盐膏层段井径扩大率为30%～120%,舞5井1450～2410m 盐膏层段为20%～74%。

田一重点探井采用欠饱和盐水聚合物钻井液钻进,但盐膏层井径扩大率依旧很大。

XL322井用欠饱和盐水钻井液钻进,当钻至井深1560m 时发生卡钻,因钻头水眼堵无法用解卡液解卡,大量钻具落入井下,因下部环空固化无法倒扣套铣而报废。

因此,采用饱和盐水钻井液开采盐,且在盐层段用水平井技术钻井。

由于该地区蕴藏丰富的氯化钠,在盐层钻井即要抗盐污染,又要防止盐层段盐溶井径扩大和盐层塑性流动缩径造成卡钻。

实验七高密度钻井液的配制及其泥饼摩擦系数的测定一、实验目的要求1、掌握低密度钻井液ρ＝±cm3加重为高密度钻井液ρ＝±cm3的方法。

2、掌握泥饼摩擦系数测定仪的原理和使用方法。

二、实验仪器药品泥饼摩擦系数测定仪一套，钻井液常规测试仪器一套，搪瓷量杯，电动搅拌机、天平等，CMC溶液2～5%、FCLS2∶１１／５〕、重晶石等。

三、实验原理在钻进高压盐水层或高压油、气、水层时，为防止井下复杂事故的发生，都要适当增加钻井液的密度比重，通常根据需要参加一定量的加重剂来实现。

加重剂必须具备：本身密度大，属于惰性物，不与钻井液中的其它组分发生化学反响；本身强度低，磨损性小，易粉碎又不磨损泵的配件，且含可溶性盐类少。

常用的加重材料有：重晶石，钛铁矿粉、石灰石粉等。

我们这里使用的加重材料是重晶石粉。

它是最常用的一种以硫酸钡为主要成分的天然矿石加工而成，它的磨损性较小，密度较高～cm3，它可用作水基及油基钻井液的加重剂，可使其密度到达cm3以上。

由于加重剂的参加会使钻井液的粘度、切力增加，所以钻井液加重前需要控制固相含量，所需密度愈高，加重前的固相含量应愈低，粘度切力亦应愈低，还应根据钻井液的类型加以调控，加重钻井液时不能太猛，应逐步提高。

四、实验方法及步骤1、搬土原浆的配制在室温下冷水配制比重为左右的原浆，放置十天左右，使其性能根本稳定。

2、基浆的配制用1000ml 搪瓷量杯取已配好的原浆940ml ，在电动搅拌机搅拌下参加40mlFCLS 碱液和2%的CMC 溶液2021总体积1000ml ，搅拌10分钟，测其如下性能，记入附表：漏斗粘度T 、比重γ、Φ600、Φ300、初切τs1〕、终切τs10。

性能测定后，将所有钻井液回收，并准确测量其体积。

假设粘切过大，可再加处理剂调节。

3配制加重钻井液γ浆＝１５左右：准确计量基浆体积约700ml 左右即可，根据基浆体积按下式计算：浆重浆重基浆重晶石加量V W⨯⨯--=γγγγγ 克γ浆——所配重钻井液密度〔cm ３〕； V 浆——加重前基浆体积mlγ基——加重前基浆密度g/cm３γ重——加重剂密度g/cm ３〔取〕在上面已调整好的一定体积基浆中搅拌参加已称好的重晶石粉，然后搅拌15～30分钟，即得所配的加重钻井液。

钻井液配浆材料与处理剂一般来讲，钻井液配浆原材料是指在配浆中用量较大的基本组分，例如膨润土、水、油和重晶石等。

处理剂则是指用于改善和稳定钻井液性能，或为满足钻井液某种性能需要而加人的化学添加剂。

处理剂是钻井液的核心组分，往往很少的加量就会对钻井液性能产生极大的影响。

但配浆原材料与处理剂之间并无严格的界限，有的文献将配浆原材料也归类在处理剂中。

钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多。

为了使用和研究方便，有必要将它们进行分类。

目前主要有以下两种分类方法。

第一类分类方法是按其组成分类。

通常分为钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。

其中无机处理剂又可分为氯化物、硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和重铬酸盐和混合金属层状氢氧化物(即正电胶)类等。

有机处理剂通常可分为天然产品、天然改性产品和有机合成化合物。

按其化学组分又可分为下列几类：腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类和聚合物类等。

第二类分类方法是按其在钻井液中所起的作用或功能分类。

我国钻井液标准化委员会根据国际上的分类法，并结合我国的具体情况，将钻井液配浆材料和处理剂共分为以下“类，即(1)降滤失剂(Filtration Reducer)；(2)增粘剂(Viscosifier)；(3)乳化剂(Emulsifier)使油水乳化产生乳状液；(4)页岩抑制剂(Shale inhibitor)；(5)堵漏剂(lost Circulation Material)；(6)降粘剂(Thinner)；(7)缓蚀剂(Corrosion inhibitor)；(8)粘土类(Clay)；(9)润滑剂(Lubricant)；(10)加重剂(Weighting Agent)；(11)杀菌剂(Bactericide)；(12)消泡剂(Defoamer)；(13)泡沫剂(Foaming Agent)；(14)絮凝剂(Flocculant)；(15)解卡剂(Pipe-Freeing Agent)；(16)其它类(Others)等。

地层层 位 划 分 备 界系组 地层 代号 注 底界〔米〕厚度〔米〕 断层盐膏层第四系Q 断层上盘生界下第三系苏维依组 E2-3S 2633.5 603.5 膏泥岩顶：2498 米盐顶：2643 米 盐底： 2862 米 上第三系下第三系中生界 白 垩 系 K692067未穿秋参 1 井高密度抗高温盐水钻井液技术〔1〕、根本状况位于塔里木盆地库车坳陷秋里塔克构造带西段却勒 3 号背斜构造高点。

设计井深：6850 米； 目的层：下第三系、白垩系; 完钻层位：侏罗系； 实际完钻井深：6920 米； 井底温度:163℃。

该井受构造运动断层影响，钻遇两套第三系地层，每套下第三系地层中分别存在 219 米和 230 米厚的盐膏层，下盘盐膏层埋藏深，井下温度高、闭合速度快，钻井难度格外大;本井凭借合理的井身构造及优良的钻井液体系和性能，安全顺当地钻穿了两套盐膏层，并使套管顺当下至设计井深，完成固井作业。

具体实钻地质分层如下：表 62库车组N2K588 588 上第三系 康村组 N1-2K 1346758 吉迪克组 N1J2030 684库姆格列木 E1Km 2995.5 362 库车组N2K 3739.5 744 膏泥岩顶：6257 米康村组 N1-2K 4458.5 719盐顶： 吉迪克组N1J5718 1259.5 断层下盘 6497 米 苏维依组 E2-3S6767 1049 盐底： 库姆格列木 E1Km6853 86 6727 米（2） 、井身构造1） 、地层压力推测该井地层压力推测的依据是地震资料和大宛 1 井、羊塔 1 井、羊塔 5 井等邻井的测试资料；羊塔 1 井在白垩系巴什基奇克组中上部完井试油求得地层压力系数为 1.11－1.13；羊塔 5 井为1.12；大北 1 井在目的层白垩系中途测试，求得地层压力系数为 1.55－1.56；具体推测的压力剖面见图。

图122）、井身构造确定依据压力推测剖面和盐膏层井身构造设计原则，本井的井身构造为：20″套管下至 101.15 米，封固地表松散砂层；13 3/8″套管下至 2023 米，分隔第一套第三系盐层上部的低压层，提高地层承压力量，为第一套下第三系盐膏层使用高密度钻井液做预备；9 5/8″+9 7/8″套管下至 3469.09 米，封隔第一套盐层；7 5/8″无接箍套管〔对 8 1/2″井眼扩眼〕下至 6300 米，封其次套上第三系砂岩发育段，提高地层承压力量，为其次套下第三系盐膏层使用高密度钻井液安全钻进做预备；5 1/2″套管下至 6579 米，封固其次套盐膏层，原则是钻穿盐层 10 米下套管，不能钻开下第三系底砂岩；下部承受 4 5/8″钻头钻进至 6920 米，裸眼完井。

新疆探区复合盐层、纯盐层钻井液技术1.1复合盐层单层厚度较大，一般从几米至几十米，总厚度从几十米至1900米，盐间夹层为不易发生坍塌的白云岩、石灰岩及层理裂隙不发育不易坍塌的硬泥页岩等，粘土矿物分为两类，一类以伊利石为主、含少量的绿泥石，另一类以伊利石与伊蒙有序间层为主。

1.2盐、膏、泥复合盐层存在互层多且薄，岩性变化大，并含盐膏软泥盐、碎泥与盐结合物及以盐为胶结物的角砾岩中等，泥页岩层理、裂隙发育，软泥页岩含水高，泥页岩中粘土矿物可分为两类，一类以伊利石为主、并含绿泥石，另一类以伊利石为主、并含伊蒙有序间层、高岭石、绿泥石，含盐量高的泥页岩初始膨胀率高，随着测量过程中泥页岩中盐的溶解，可能出现负的膨胀率，泥页岩大多孔隙压力异常，部分地区的盐、膏、泥页岩处于地应力作用下。

2、钻遇复合盐层时出现复杂情况的原因2.1盐岩的塑性变形盐岩在井下处于应力平衡状态，当钻开盐层时，盐岩受力状态发生变化，当上覆岩层压力指向井内的侧压力大于液柱压力时，盐岩就会发生塑性变形，导致缩径，起下钻遇阻、卡钻等井下复杂情况。

盐岩的塑性变形与井深、钻井液密度、井温、盐岩组分有关。

2.2盐的溶解使用水基钻井液钻进复合盐层时，地层中盐会被钻井液部分溶解。

对于第一类盐层，则造成井径扩大，形成糖葫芦井眼，给钻井、固井、电测工作造成困难。

对于第二类盐层，盐岩与泥岩互层多且薄。

盐溶造成泥岩失去支撑而坍塌，这类盐层的盐还以盐脉、大小不等的结晶块形式出现在泥岩中，或大小不等的盐结晶形式与碎泥结合在一起，或在盐岩中存在许多泥块，盐溶会引起泥岩坍塌。

2.3盐膏层的吸水膨胀盐膏层中往往夹杂着其他盐类,如石膏、芒硝、氯化镁、氯化钙等，它们原始状态都含有结晶水。

在上覆地层压力作用下失去结晶水，成为无水石膏、无水芒硝。

当使用水基钻井液钻开此类地层时，无水石膏就会吸水变为二水石膏，体积增大26%，引起岩石强度下降，易发生坍塌、缩径。

2.4盐的重结晶使用饱和盐水钻井液钻进深部盐层时，盐的溶解度随温度的增加而增加，在地面盐水处于饱和到井底变得不饱和，造成井底盐溶，井径扩大，当返至地面，钻井液温度下降，由饱和变为过饱和，在上部井段或地面重结晶。

聚合物盐水钻井完井液工艺技术规程1 主题内容和适用范围本规程规定了聚合物盐水钻井完井液的应用范围，基本组成及性能指标和施工工艺。

本规程适用于聚合物盐水钻井完井液现场施工。

2 聚合物盐水完井液使用范围该完井液适用于井底温度120。

C以内的中、低渗透油气层。

3 完井液性能的指标见表1表1项目漏斗粘度S 表观粘度mPa.s 塑性粘度mPa.s 动切力Pa 失水量mL 固相含量% PH值指标60--80 45--60 30--50 7--15 3--54 7.5-9注：1.密度根据地层的压力而定，最大密度为1.20g/cm3.2.漏斗粘度为马氏漏斗。

3. 固相含量指低密度固相。

4 基本组成及处理剂的质量标准4．1 基本组成4．1．1 基本配方见表2表2处理剂KCL NaCL SK LV-CMC FT-1NaOH加量（％）3--6 3--36 0.2-1.2 0.2—1.2 1--6 根据PH值要求定4． 1.2 SK系列产品可用PAC系列代替。

4．2 处理剂的的质量标准4．2．1 KCL质量符合GB6549-19864．2．2 NaCL质量符合GB5462-19854．2．3 SK质量符合Q/ZY0811-20024．2．4 LV-CMC质量符合SY/T5093-19924．2．5 FT-1或FT-70质量符合SY/T5794-19934．2．6 NaOH质量符合GB209-19895 配制程序5．1 用清水清洗干净配制容器、设备及管汇。

5．2 配制方法5．2．1 无技术套管的井由泥浆厂配制5．2．1．1 循环罐内加入清水100m3。

5．2．1．2 开泵低循环，从混合漏斗中缓慢加入SK 1000Kg，LV-CMC 1000Kg，NaCL 3000-5000Kg，KCL 2500-3000Kg，NaOH根据PH值要求。

5．2．1．3 加完后继续循环2小时左右，使药品充分溶解，取样测完井液性能，直至达到性能指标。

有机盐钻井液技术关键词有机盐钻井液；加重材料；钻井液性能；流变性；抑制性；室内试验；机械钻速；保护油气层；腐蚀；环境；现场应用；新疆准噶尔盆地南缘。

摘要介绍了一种新型钻井液一一有机盐钻井液的组成，部分处理剂的结构、作用机理，室内试验及在新疆准噶尔盆地南缘的现场应用情况。

结果表明：该钻井液流变性好、抑制性强、造壁性好，可提高机械钻速、保护油气层、对钻具无腐蚀、对环境无污染，在现场应用，有其是在新疆准噶尔盆地南缘应用更具有广阔的前景。

一、基本概念有机盐即有机酸盐，也就是有机酸根阴离子与金属阳离子、其它类型的阳离子所形成的盐。

本文所说有机盐，是带杂原子取代基的有机酸根阴离子与一价金属离子（钾离子、钠离子、铵离子、叔铵离子、季铵离子等）所形成的盐。

该类有机盐可用一通式X Y R（COO 1M表示，其中X为杂原子及杂原子基团，R为C0-C io的饱和烃基，CO伪羧基，M为一价阳离子。

其结构式可表示如下：旳/0 _阴离子貉构式:H-'：-'.'-—]L X X X其中有m个儿与禹■联接的炬基有门个，皿个淡与1个dS 的价态之和为y有机盐钻井液由有机盐水溶性加重剂Weigh2、Weigh3,降滤失剂Redu1、Redu2提切剂Viscol、Visco2、无萤光白沥青NFA-25、包被剂IND10配制而成。

其中，IND10是专门用于含低浓度有机盐（＜15%）钻井液的处理剂。

提切剂Visco1是硅酸盐矿物的改性产品，可用通式M a M b M c （OH d O 表示，M、M2、为2、3价金属元素、M为4价非金属元素。

提切剂Visco2是含磺酸基的聚合物经微交联合成的高分子化合物。

降滤失剂Redu 1是含磺酸基的乙烯基单体、乙烯基单体与纤维素等接枝共聚而成的中小分子量聚合物。

降滤失剂Redu 2是含磺酸基的乙烯基单体、乙烯基单体共聚而成的中小分子量聚合物。

包被剂IND10是乙烯基单体、含磺酸基的乙烯基单体共聚而成的较高分子量的聚合物。

钻井液的受侵及处理钻井过程中，常有来自地层的各种污染物进入钻井液，使其性能发生不符合要求的变化，这种现象称为钻井液受侵。

有的污染物严重影响钻井液的流变性和滤失性能，有的污染物能够腐蚀钻具。

最常见的是油、气侵、粘土侵钙侵、盐侵和盐水侵，还有Mg2+，CO2、H2S和O2的污染。

因其中一些已作介绍，下面着重介绍CO2、H2S、O2、盐膏层和高压盐水层的污染及处理。

第一节CO2和O2的污染一、CO2的污染在许多钻遇的地层中含有CO2，某些处理剂分解也会使钻井液含有CO2气体。

是一种酸性气体，当其混入钻井液后会生成HCO3-和CO32-，即CO2+H2O=H++HCO3-=2H++ CO32反应中生成的碳酸使钻井液PH值下降，其酸性比H2S强。

并且也和钻井液中的碱反应，生成碳酸氢钠。

CO2气体流入井内将大大降低或完全抵消钻井液中的碱性。

金属的腐蚀概念：金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。

金属腐蚀的本质：M-ne-=Mn+。

金属腐蚀的分类：1、化学腐蚀：金属跟接触到的气体或液体等物质（如O2、Cl2、H2S、SO2等），直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。

该过程很缓慢。

2、电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化而引起的腐蚀。

化学腐蚀和电化学腐蚀的比较电化学腐蚀两种情况的比较（以钢铁在潮湿的空气中腐蚀为例）的腐蚀机理为：管材中的铁作为阳极被腐蚀，阳极放出氢气，其化学反应式如下：Fe+ H2CO3→Fe CO3+ H2↑阴极反应：2H++ 2e-→H2随着H+的消耗,弱酸(CO2+H2O)将会继续电离补充。

阳极反应：Fe →Fe2++ 2e-温度：游离二氧化碳的腐蚀受温度影响很大。

升高温度,腐蚀速率增加。

分压：腐蚀速度还随着二氧化碳分压增加而增加。

复配：水中同时含有O2、CO2腐蚀将会加重。

原因：氧的电极电位高,易形成阴极,腐蚀性强;去膜：CO2使溶液呈酸性,破坏保护膜。

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。