氯化钾聚合物（聚磺）体系应用解析

赵小平 刘延滨 王震

摘要：新疆塔里木油田油层埋藏普遍较深，较长的上部井段起下钻阻卡问题、下部井段易垮塌地层的垮塌问题、下部井段钻井液性能维护稳定问题成为西部钻井过程中的一种共性问题。如何即节约又高效的解决三个共性问题，是钻井过程中提速提晓得关键。本文通过对钻井过程中三个共性问题原因分析;针对问题采用的强抑制低粘切氯化钾钻井液体系在多口井应用取得良好效果的分析总结。为今后钻井过程中提速提效提供明确钻井液性能和处理措施的选择方法，从而为今后公司在其他地区钻进强水化分散地层及易垮塌地层时借鉴。

关键词：抑制防塌   钻井液   氯化钾  提速提效

1 西部钻井过程中钻井液技术难点

1.1 上部井段起下钻阻卡

塔里木盆地塔北地区上部地层（4000米以上）特别是塔河油田12区及托普台区块的新近系的库车、康村、吉迪克组的黄灰、棕灰色泥岩极易分散，造浆严重。易造成劣质固相增多，泥浆稠化，流行变差。

上部地层钻进过程中泥浆包被抑制性不够，泥岩极易分散使泥浆劣质固相增多;稠化;流行变差。砂岩段渗透性强，劣质固相极易粘附在砂岩表面，泥饼虚厚形成缩径;泥岩极易水化膨胀和分散，造成井眼缩径。这均是造成上部地层起下钻阻卡的原因。

1.2 下部井段易垮塌地层的垮塌

①三叠系至二叠系棕红色泥岩蒙托土含量高、分散性强，过度的分散易造成棕红色泥岩段的井壁失稳。

②二叠系火成岩易塌、石炭系、志留系、泥盆洗大段深灰泥岩，粘土矿物含量高，分散性强，微裂缝发育;极易井壁失稳，剥蚀掉块，井径扩大率大，造成井下复杂。

1.3 高温下钻井液性能不易控制

易分散地层岩屑的不断分散为细小颗粒，不易被固控设备清除，劣质固相超标。在高温高压条件下易出现流变性恶化，滤失量显著增大、加重材料沉降等问题，严重危及钻井施工安全。

从上面钻井液技术难点可以看出，钻井液的包被抑制性在西部钻井过程中重要性。加强对泥岩的包被抑制，优化优选钻井液体系是提速提效的关键。

2 氯化钾体系强抑制机理

氯化钾钻井液体系抑制泥岩的水化分散，解决上部地层起钻阻卡问题，保证了钻进的提速提效;同时，下部使井壁稳定、井下安全、井径规则，提高了钻井速度，降低成本。

氯化钾抑制地层泥页岩水化分散、防止垮塌的机理：泥页岩中的粘土矿物吸附了不同的离子，表现出不同的水化程度，产生不同的水化压力。泥页岩中粘土发生不同程度的膨胀，其稳定性就会受到不同程度的影响。当吸附离子给泥页岩带来的水化应力达到足以破坏静电引力时，离子开始向外扩散，大量的水分子开始进入泥页岩的晶格内，就开始发生渗透水化。当钻井液的离子浓度增加时，钻井液中与粘土表面吸附离子浓度差减少，渗透水化就减弱。

3 氯化钾聚合物（聚磺）体系的优点

一直以来，上部地层钻进，无论塔指还是西北局各施工单位均采用低粘切低固相不分散聚合物泥浆体系。砂岩含量多的井段通过固相控制及其它工程措施来解决阻卡问题;泥岩含量多井段通过增加大分子聚合物、包被剂用量来增强钻井液对泥岩的包被，抑制泥岩分散。单纯增加高聚物用量不但增加钻井成本而且高聚物的用量过大不便于钻井液性能的维护稳定。氯化钾聚合物体系在低粘切低固相的基础上加强了钻井液的抑制包被性，3-5%的氯化钾加量与单纯的聚合物体系相比较好地抑制了大段泥岩的水化膨胀，短起下钻阻卡程度明显减轻。氯化钾的加入能够减少聚合物的用量，钻井成本降低。同时，氯化钾聚合物体系克服了聚合物体系钻井液流变性控制困难、滤失量偏高等缺点。转型后的氯化钾聚磺钻井液与聚磺钻井液相比，在相同防塌处理剂加量的情況下防塌性能更好。现场多口井应用表明，该钻井液体系具有流变性易调、滤失量可控、配制维护简便、防塌、井壁稳定效果更好，使井下复杂情况大大减少。氯化钾聚磺体系在现场应用过程中，通过日常的简便维护，性能比较稳定、流变性易调整，滤失量可控。在下部石炭系、志留系、泥盆洗大段粘土矿物含量高，分散性强的泥岩钻进过程中，具有较强的抑制能力，井壁稳定性强，井径扩大率小。

4 现场氯化钾聚合物（聚磺）体系转换应用

为了更好的抑制上部地层泥页岩的水化分散膨胀，强化现场钻井液体系的抑制性，在一开“三低一高一适当”聚合物钻井液体系基础上加入3%氯化钾。配合超细等形成氯化钾聚合物强抑制封堵钻井液体系。但现场实际工艺操作过程中何时进行体系转换，体系转换前的性能控制和转换后的性能调整是关系到下步氯化钾聚磺体系转换成功的关键。

上部地层岩性压实性差，钻时快;上部泥页岩水敏性强、稳定性差不仅分散程度高膨胀性也大的特点。如果不能及时抑制泥页岩分散会造成泥浆中劣质固相含量增高;随着井深的加深，泥浆密度逐渐提高以满足井下地层岩性的需要，提高密度也增加了泥浆中的固相含量。泥浆中劣质固相增多进行氯化钾聚合物体系转换时会使泥浆增稠，无法满足体系转换时氯化钾的加量要求，导致现场体系转换失败。因此，现场进行氯化钾聚合物强抑制封堵钻井液体系转换在二开快速钻进之前提前加入3—5%氯化钾。氯化钾加入后会使泥浆滤失量增大而体系转换后的氯化钾聚合物钻井液体系降低滤失量对泥浆材料的抗盐性要求较高，造成泥浆成本增加。因此，现场在进行体系转换前会适当降低泥浆滤失量。

下部地层钻进中通过转换为氯化钾聚磺体系提高泥浆对三叠系、二叠系、石炭系、志留系、泥盆洗大段深灰泥岩、棕红色泥岩的抑制，防止过度分散造成井壁失稳。但单纯的提高泥浆的抑制性并不能完全保证下部地层的井壁稳定，二叠系的火成岩微裂缝发育极易垮塌，钻进过程中应提高泥浆的封堵防塌性能。深部地层在氯化钾聚磺体系的基础上采用2-3%高软化点沥青配合优质搬土浆、随钻封堵材料等“即打即封”的工艺技术，既能有效解决了西部工区因长裸眼渗漏损耗大、成本高问题又能综合的解决下部地层的垮塌钻井难题。

5 总结

氯化钾聚合物（聚磺）体系在塔河油田12区及托普区块多口井的应用效果明显。氯化钾聚合物体系较强的抑制性，对上部地层水敏性强、稳定性差的泥页岩起到了较好的抑制作用;下部地层氯化钾聚磺体系对粘土含量高的棕红色泥岩、大段深灰色泥岩水解分散产生的剥蚀掉块起到了较强的抑制效果。但下部地层钻进过程中不能单纯的依靠抑制性防塌，针对二叠系的火成岩等易垮塌地层，深部地层在氯化钾聚磺体系的基础上采用2-3%高软化点沥青配合优质搬土浆、随钻封堵材料等“即打即封”的工艺技术加强氯化钾聚磺体系的封堵防塌性，满足地层各类岩性的防塌需求。

参考文献：

[1]陈良，彭博，黄敏. 聚合物氯化钾水泥浆体系性能评价及应用研究[J]. 长江大学学报（自科版），2015，（25）：14-16，57.

（作者单位：中石化胜利石油工程有限公司塔里木分公司）