24高钙盐钻井液体系的应用.docVIP

高钙盐钻井液体系在西部油田的研究与应用 张辉 （中原油田钻井工程技术研究院 河南 濮阳 457001） 摘要：针对西部油田第三系易缩径、阻卡；三叠系、石炭系井壁易坍塌扩径的地质特点，提出采用高钙盐钻井液体系解决所述问题。通过现场应用表明，高钙盐钻井液体系具有极强的抑制防塌能力，可有效地解决浅层泥岩吸水缩径、砂岩段厚泥饼缩径和深部泥页岩（三叠、石炭系）剥蚀掉块垮塌等问题，试验井段井径规则，所试验井三叠、石炭系平均井径扩大率小于6%，完井电测及下套管固井等作业顺利。而且该体系在同样地层钻进中的密度低于常规钻井液体系，从而有利于油气层保护。 主题词：钻井液 塔里木油田 高钙盐钻井液 抑制防塌 一、前言 通过我们大量的地质资料调研，塔里木盆地的地层主要具有以下特点； ①上部地层钻屑分散性强，易在井壁上形成假泥饼，主要原因是钻井液内抑制性处理剂加量不足，抑制性不强，容易引起泥页岩地层水化膨胀，导致泥岩井眼缩径。 ②砂岩的渗透率极高，钻井液易向地层滤失，在井壁上形成厚泥饼，造成绝大多数砂岩层新井眼井径小于钻头直径。尤其是钻井液失水大时，如塔河地区二开井段滤失量一般在7-13ml，部分井滤失量偏大，更容易形成厚泥饼。同时,上述粘泥团的存在,又加剧了厚泥饼的形成。在钻井过程中，如不适当采取短起下作业，起下钻阻卡将会严重。 ③地层中不同程度的含有石膏、盐等，地层中的钙、镁离子侵入钻井液中，引起粘土颗粒聚集，改变了粘土颗粒的电位，从而释放出自由水及束附水，使钻井液失水上升，破坏了钻井液性能，使泥饼变厚而虚，砂岩地层就会形成厚泥饼造成井径变小。 ④下部、石炭系地层粘土矿物以伊/蒙混层和伊利石为主，且混层比高，属易水化分散、剥落掉块地层。且伊/蒙混层矿物水化膨胀不均匀，当泥浆滤液沿地层微裂隙侵入地层深部时，随着泥页岩的水化膨胀的进行，地层将产生强大的膨胀压，井壁失去平衡，导致坍塌掉块。 ⑤三叠系下部、石炭系地层存在着较高的坍塌压力，且坍塌压力大于孔隙压力。当按孔隙压力设计钻井液密度时，相对于地层坍塌压力而言即形成“欠平衡”。因此，钻井液密度过低是导致易坍塌地层扩径原因之一。 ⑥钻井液体系及其性能控制不合理直接会影响泥浆的防塌性能，尤其是钻井液滤失量的大小和泥饼质量的好坏直接影响到井壁的稳定。泥浆的滤失量大，将会增加进入地层微裂隙泥浆的滤液量和侵入深度，导致地层岩石膨胀、坍塌，如果泥饼质量差，泥饼将不能有效阻止滤液进入地层，从而影响地层的稳定性。 ⑦ 钻井施工过程中，定点冲孔时间长，造成易塌地层的岩石在水力冲刷下产生掉块，井径扩大。 针对以上存在的问题，为了解决钻遇泥岩分散膨胀型地层和硬脆性地层所出现的复杂情况，我们开始在塔河和其它西部地区研究应用了强抑制性钻井液体系—高钙盐钻井液体系， 二、高钙盐钻井液体系研究及其特点 高钙盐钻井液体系主要由无机抑制剂CaCl2、CaO、KCl和有机抑制剂两性离子磺酸盐聚合物、无机－有机单体聚合物、聚合铝防塌剂、聚合（多元）醇组成，其中游离的钙离子浓度在1000－3000mg/l，钾离子浓度在500－5000mg/l，由此保证了钻井液对粘土、泥页岩的吸水膨胀、分散剥蚀的抑制作用；由于该体系引入磺酸基团的两性离子聚合物、无机有机单体共聚物，其优良的抗钙、抗盐性、耐高温性，保证了体系的流变性和高温稳定性；聚合（多元）醇、聚合铝在钙离子的作用下，具有特殊的成膜性能和地层粘土矿物形成类似于水泥质的不渗透封堵层，有效降低了地层的坍塌压力。 1、防塌机理 高钙盐体系具有良好的抑制能力，其主要是利用无机阳离子钙对粘土中和作用、同离子效应和渗透水化效应。 （1）中和作用 由于粘土矿物的晶层表面是带负电的，正负电性相吸，加上Ca2+的正电荷比一价的钠、钾等离子的强，Ca2+能强烈地吸附到粘土颗粒的晶层表面，消弱了各个晶层间的负电荷排斥力，使粘土晶层间的距离缩短，水分不易进入晶层之间，因而使粘土不易水化分散、膨胀和运移。 （2）同离子效应 地层中的泥页岩以及地层水中都有不同浓度的钠、钾、钙等阳离子，当钻井液中含有大量钙离子时，由于同性离子相斥，使地层中的钙离子不容易被交换出来，从而减少地层泥页岩的水化分散和运移。 （3）渗透水化效应 井下的钻井液和地层孔隙水之间存在渗透作用，在压差作用下，钻井液和地层泥页岩之间形成滤饼（内外滤饼）——半透膜，当钻井液滤液中的钙离子大于地层中孔隙水的钙离子浓度时，由于存在钙离子浓度差的反渗透压力，从而降低了钻井液滤液向地层中渗透的力量，减少了地层泥页岩的水化分散、膨胀和运移的能力。 2、抗钙聚合物的研究 钙离子的抑制作用是一把“双刃剑”，它同时也对钻井液的其它性能造成影响，破坏了钻井液的稳定胶体性，抑制性越强破坏性越大，怎样才能既让钻井液中的粘土水化成胶、又能抑制地层中的粘土不水化，经过研究