抗高溫高密度飽和鹽水鉆井液研究

張永 薛志飛 董昆 陳文龍 顏紫霖（中海油田服務股份有限公司 天津 300345）

一、高密度飽和鹽水鉆井液介紹

高密度飽和鹽水主要是用高濃度的氯化鈉配制，通過在零攝氏度以下對配制好的鹽水進行降溫處理，然后可以用于巖層永凍層的鉆井。在鉆井過程中，鉆井液是影響鉆井工程的關鍵，因此鉆井液需要直接作用于鉆井的難點-永凍層的鉆井。研究出可以抗高溫的高密度飽和鹽水鉆井液可以成功的解決鉆井過程中永凍層的鉆井，從而有效的縮短鉆井工期。高密度飽和鹽水鉆井液主要用于永凍層大段巖層的鉆井，由于該鉆井液有高密度的飽和鹽水構成，因此其抗氧化能力高，抗污染能力強，同時對于巖層底層中的粘土分散和水化膨脹具有極強的抑制功能。

在一般情況下，在鉆井過程中，鹽的溶液是造成鉆井過程變得復雜并且影響鉆井工作效率的重要原因。如果能使鉆井液中鹽的成分不輕易溶解掉是現在很多石油工作組共同研究的問題。目前有很多種抗高溫高密度飽和鹽水鉆井液，其可以保障鹽的成分在鉆井的過程中不被輕易溶解掉。例如，要在鉆井的過程中順利鉆穿巖層，需要采取有效的方法控制和抑制鹽的溶解。特別是當鉆井遇到了巖泥層或者鹽膏層的時候，溶解的鹽會使得巖層中的粘土膨脹分散，給鉆井液的維護帶來困難。所以可以在鉆井液中加入其他成分如一定濃度的工業食鹽，控制其達到一定濃度的高密度飽和鹽，則可以使得鉆井液達到更強的抑制性或者更強的抗鹽溶解能力。同時高密度鹽水鉆井液，在抗污染能力也很強。

二、抗高溫高密度飽和鹽水鉆井液的組成

一般而言，高密度飽和鹽水鉆井液主要由以下幾部分組成：1.鹽類 ，高密度飽和鹽水鉆井液的鹽的選擇一般是選氯化鈉，有時候也會選擇氯化鈉與氯化鉀復配使用，對于含石膏成分比較多的巖層，也可以選擇氯化鈉與硫酸銨復配使用，從而利用硫酸銨中的同離子來控制或者抑制石膏中Ca2+對鉆井液產生的負面影響。2.聚合物與降濾失劑，在制造抗高溫高密度飽和鹽水鉆井液，需要加入聚合物與降濾失劑，通常情況下選擇羧甲基纖維素，羧甲基淀粉，野生植物膠，生物聚合物，聚丙烯酸鹽（例如PAC141，SK1104，水解聚丙烯酰胺等）來使得濾失量和流變參數與鉆井要求相符合。在使用這些材料時，需要控制和處理好聚合物與降濾失劑的用量，從而保障鉆井液最終的穩定性，因為聚合物與降濾失劑具有很好的抗高溫能力，但是不同的處理方法或者加入的量不同，其抗溫能力也不盡相同，所以需要根據鉆井需求來選擇合適的或者最佳比例的降濾失劑和聚合物，從而保障即使是在很高的溫度下完成鉆井目的，也能夠保障鉆井液良好的性能。在石膏層的鉆井過程中，為了減少高壓高溫鉆井液的濾失量，可以適當的加入一定量的SLSP或者磺化酚醛樹脂來保持鉆井液的性能。3.降粘劑 ，對于沒有加重的高密度飽和鹽水鉆井液，如果可以掌握好膨化潤土的濃度，那么在加入一定量的降濾失劑和聚合物，是不需要再加降粘劑的。但是如果加重的高濃度飽和鹽水鉆井液，特別在該密度已經大于2.2g/cm3的情況下，這個時候膨化潤土的濃度比較高，因此需要加入一定量的降粘劑來改變膨化潤土的含量。常用的降粘劑主要有水解聚丙烯腈，磺化單寧，磺酸鹽，XY-27，SK-3等。4.膨潤土或抗鹽土，抗鹽土或者膨潤土主要用于提高和改善高密度飽和鹽水鉆井液的動切力。大部分情況下，膨潤土在鉆井液中含量一般在26-55g/l。如果鉆井液中膨潤土太低，會使得整個鉆井液的切力下降，從而影響巖屑的攜帶，而如果鉆井液中膨潤土太高的話，也會相應的影響整個鉆井液的切力。因此需要在鉆井液中加入膨潤土或抗鹽土從而改善和控制鉆井液的動切力。由于膨潤土在鹽水中不易水化，故應先將膨潤土在淡水中進行預水化，然后再加鹽或加到鹽水鉆井液中。而抗鹽土可以直接加到鹽水或飽和鹽水鉆井液中，但必須經過剪切使抗鹽土在水中充分分散。

三、高密度飽和鹽水鉆井液的現場維護技術

鉆井液的維護，特別是高密度飽和鹽水鉆井液的維護，對維持鉆井液性能的穩定以確保井下安全至關重要。高密度飽和鹽水鉆井液在井下極易形成厚泥餅和假泥餅，從而造成井徑縮小和鉆頭、扶正器泥包，再與鹽、膏、軟泥巖的復雜情況交織在一起，會造成對井下阻卡原因的判斷失誤和操作處理不當。因此，對于高密度飽和鹽水鉆井液，必須運用科學方法和態度精心維護、正確處理，并嚴格控制其固相組成和各項性能參數，以形成優質泥餅，并具有良好的流變性能。

高密度飽和鹽水鉆井液的維護原則是以護膠為主，降粘為輔。這是因為在該類鉆井液中，粘土顆粒不易形成端-端或端-面連接的網架結構，而特別容易發生面-面聚結，變成大顆粒而聚沉，因此需要大量的護膠劑維護其性能，否則在使用過程中常會出現粘度、切力下降和濾失量上升的現象。一旦出現以上異常情況，應及時補充聚合物。添加預水化膨潤土也能起到提粘和降濾失的作用，但加量不宜過大。

總結

從上面的分析可知，石油工業的快速發展促使我國在鉆井技術方面也取得了驚人的成績。盡管如此，受其他各種技術工藝的限制，在鉆井工程的具體實施過程中，由于鉆井液本身的特性，配制的鉆井液往往很難達到工程需求，因此在鉆井液的配制方面的技術還有待完善和提高。

[1]謝安，王路，郭立豪，關于高密度飽和鹽水鉆井液的組成成分研究[J],化工與科技,2009(4),398-342.

[2]李得為，周穎，朱華，淺析抗高溫高密度飽和鹽水鉆井液的功能和應用[J],化工與科技，2011（5），435-438.

[3]姚明敏，曾廣至，章力，高星，高密度飽和鹽水鉆井液淺談[J],北京理工大學化學學報，2012（1），12-14.