高密度无黏土相饱和盐水钻井液研究

2014-08-20王雷牟云龙杨培龙中海油伊拉克有限公司北京100010

石油天然气学报 2014年11期

王雷，牟云龙，杨培龙（中海油伊拉克有限公司，北京100010）

常规钻井液常常采用膨润土作为黏度与滤失控制的基本功能材料，而其亚微米颗粒对于常规钻井液来说能够起到很好的作用，而对于高密度饱和盐水钻井液来说将起到负面作用，亚微米颗粒会导致黏度的失控，并且饱和盐水的存在也大大降低了膨润土的作用，失去了其本来应用的目的。针对以上问题，笔者认为采用无黏土相配制饱和盐水钻井液，尤其是高密度饱和盐水钻井液将更加切实可行。基于此，笔者针对巨厚盐膏层钻井，专门设计了一套高密度无黏土相饱和盐水钻井液体系，该体系黏度易于调控，且性能更加稳定，能够适用于巨厚盐膏层的钻井作业。

1 处理剂筛选与评价

1.1 抗盐增黏剂的筛选与评价

为建立高密度无黏土相盐水钻井液体系，需要对各种处理剂进行筛选与评价。表1为抗盐增黏包被剂的筛选与评价结果。基本配方：淡水＋0.6%增黏包被剂＋30%NaCl（配方中的百分数为质量分数，下同）。

表1 增黏剂的抗盐性能评价结果

从表1可以看出，PLUS（聚丙烯酰胺）和PAC－HV （纤维素类）处理剂，其抗盐能力较差，基本无黏度，而XC、VIS（生物聚合物）都具有一定的抗盐能力。从整体抗盐效果来看，VIS的抗盐效果要优于其他几种处理剂。因此优选VIS作为饱和盐水钻井液体系的抗盐增黏剂使用。

1.2 抗盐降滤失剂的筛选与评价

1.2.1 降滤失剂的筛选

在过饱和盐水的基础上，对降滤失剂进行筛选与评价，由表2可以看出，改性淀粉STARFLO和磺化沥青TX降滤失效果最好。基本配方：淡水＋0.6%VIS＋2%降滤失剂＋30%NaCl。

表2 降滤失剂的抗盐性能评价结果

1.2.2 降滤失剂的复配

为了提高综合处理剂使用效果，实验室针对淀粉类与磺化类的降滤失剂进行了复配评价，基本配方：淡水＋0.6%VIS＋2%STARFLO＋1%降滤失剂＋30%NaCl。试验结果如表3所示，淀粉类降滤失剂与磺化类降滤失剂复配后，能够明显降低API失水量，尤其是淀粉与磺化沥青复配后，效果最为明显。后续采用淀粉与TX复配作为降滤失剂使用。

表3 降滤失剂复配后的抗盐性能

1.3 封堵剂的筛选与评价

封堵剂的加入都会使钻井液的黏度升高，能够有效降低API失水量，并且在砂床的侵入深度明显降低。试验加入质量分数为2%的封堵剂，考察封堵效果，结果如表4所示，LockSeal的封堵效果最好。

1.4 复合盐水的优选

地层沉积环境与地层岩性决定了井壁稳定问题，在盐膏层发育的地层中，往往伴生有芒硝以及泥页岩存在，这就对井壁稳定提出了更高的要求；往往采用单一的饱和盐水无法满足井壁稳定的要求。基于此研究采用NaCl、KCl、HCOONa这3种常用盐的复配，由于甲酸盐的HCOO－和水分子形成氢键，对自由水具有很强的束缚能力；K＋能镶嵌在黏土颗粒的层间，有利于减少泥页岩的水化膨胀；剩余部分采用NaCl达到饱和。

考察了饱和盐水再溶入其他无机盐的能力，结果如表5所示，质量分数为35%的NaCl溶液再溶入无机盐的能力较弱，而由3种盐组成复合盐水再溶入无机盐的能力较单一的NaCl溶液要强，它既满足井壁稳定对抑制性的需要，又能够满足饱和盐水的基本要求。

表4 封堵剂筛选评价结果

表5 饱和盐水再溶入无机盐的能力

1.5 配方的确定及基本性能

经过筛选，最终确定高密度无黏土相饱和盐水钻井液体系的配方是：淡水＋0.1%NaOH＋0.25%Na2CO3＋0.3%VIS增黏剂＋2%STARFLO淀粉＋1%TEX磺化沥青＋25%NaCl＋8%HCOONa甲酸钠＋5%KCl＋1%LockSeal封堵剂＋重晶石（密度2.30g/cm3）。该体系基本性能见表6，流变性能好，API滤失量和高温高压滤失量均较低。

表6 高密度无黏土相饱和盐水钻井液基本性能

2 高密度无黏土相饱和盐水钻井液体系性能评价

2.1 抗温性能评价

温度对处理剂的影响较大，处理剂高温下易降解降黏，失去作用效果，因此必须具有良好的抗温性能。分别研究了在90、100、110、120℃温度下老化16h后，钻井液性能的变化情况（如表7所示），高密度盐水钻井液体系具有较好的抗温性能，即使在经过120℃老化16h后，性能依然稳定，API失水量较小。

2.2 抗污染性能评价

钻井液主要的作用之一为携带岩屑，在循环过程中会受到地层岩屑的侵入，从而影响钻井液的性能，这就要求钻井液必须具有良好的抗侵污性能，尤其是针对盐膏层地层，盐膏层中含有的石膏、石盐、芒硝及黏土侵入钻井液后，会严重影响钻井液的性能。因此考察质量分数为5%的石膏、石盐、芒硝、黏土、钻屑等侵入对钻井液性能的影响，结果如表8所示。钻井液经各种侵入后，性能变化不大，但当复合盐侵入后API失水量偏大，在应用时应特别注意井浆的滤失量。

表7 高密度盐水钻井液抗温性能评价

表8 钻井液体系抗侵污性能评价

2.3 加重性能评价

钻井液密度是确保安全、快速钻井的一个十分重要的参数。通过钻井液密度的变化，可调节钻井液在井筒内的静液柱压力，以平衡地层孔隙压力。有时也用于平衡地层构造应力，以避免井塌的发生。如果密度过高，将引起钻井液过度增稠、易漏失、钻速下降、对油气层损害加剧和钻井液成本增加等一系列问题；而密度过低则容易发生井涌甚至井喷，还会造成井塌、井径缩小和携屑能力下降。

对高密度盐水钻井液体系的加重性能进行了评价，结果如表9所示。随着钻井液体系密度的增加，体系黏度增加，API失水量减少。体系的最高密度可以达到2.6g/cm3，超过该密度后，钻井液流变性较差，流动性差，且API失水量也急剧增大。因此该体系在使用过程中应特别注意对密度的控制。

表9 钻井液体系加重性能评价

2.4 抑制性能评价

钻井液抑制性的评价有2种方法：①分散性试验测定滚动回收率；②离心法测定防膨率。采用以上2种方法对高密度钻井液体系抑制性进行了评价。由于多数现场钻屑都很细小，无法收集到足够多的6～10目的现场钻屑，因此实验室采用露头土代替现场钻屑进行试验，结果如表10所示，该体系具有较好的抑制性能，能够满足现场作业要求。