抗鹽鈣鉆井液技術(shù)研究與應(yīng)用

柴龍 商森 史東軍

摘 要：新疆塔河油田，塔中、巴麥、玉北及外圍勘探區(qū)鹽水地層分布范圍廣，存在大段鹽膏地層及含高鈣鹽水污染，在鉆井過程中高密度鉆井液受到嚴(yán)重污染，給該區(qū)塊的鉆探施工帶來較大困難。針對(duì)該地區(qū)地層特點(diǎn)，分析了鹽水對(duì)鉆井液體系影響機(jī)理，優(yōu)選出抗高鈣降濾失劑SMPFL-L和流性調(diào)節(jié)劑SMS-19等關(guān)鍵處理劑，通過各處理劑的優(yōu)化和配伍，室內(nèi)形成一套抗鈣能力達(dá)13000mg/L、抗溫150℃、抗20%地層水污染、密度大于1.80g/cm3，沉降穩(wěn)定性小于0.03g/cm3的抗污染鉆井液體系。該技術(shù)在玉北X井進(jìn)行應(yīng)用，在鉆穿古近系大段鹽膏層后性能穩(wěn)定，表現(xiàn)出較好抗污染能力，整個(gè)二開井段施工順利，未發(fā)生任何井下復(fù)雜情況，能夠滿足巴麥地區(qū)的使用要求。

關(guān)鍵詞：抗鹽鈣；高密度鉆井液；鹽水層；鹽膏層

中圖分類號(hào)：TE254 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）13-0168-02

Abstract： In Tahe Oilfield in Xinjiang， the salt water strata in the exploration areas of Tazhong， Bamai， Yubei and its periphery have a wide distribution， and there is a large section of salt paste formation and high calcium salt water pollution. During drilling， the high-density drilling fluid is seriously polluted. It brings great difficulties to the drilling construction of this block. According to the formation characteristics of this area， the influence mechanism of brine on drilling fluid system is analyzed. The key treatment agents， such as SMPFL-L and SMS-19， are selected and optimized and compatible with each other. A set of anti-pollution drilling fluid system with 13，000 mg/L calcium resistance， 150℃ temperature resistance， 20% formation water pollution resistance， with a density >1.80g/cm3 and settling stability less than 0.03g/cm3 was formed， which can meet the requirements of the Bama area.

Keywords： salt-resistant calcium； high-density drilling fluid； brine layer； salt-gypsum layer

引言

隨著勘探開發(fā)的深入，鉆遇高壓鹽水層越來越多[1]，施工中鉆井液流變性難以維護(hù)，易造成井壁失穩(wěn)、重晶石沉降、卡鉆等復(fù)雜情況，不僅嚴(yán)重影響鉆探作業(yè)的速度，還大大增加了工程的安全風(fēng)險(xiǎn)。國外在抗高鈣鉆井液技術(shù)應(yīng)用較為成熟，抗鈣能力大于10000mg/L、抗溫大于150℃。國內(nèi)抗高鈣鹽鉆井液體系一般使用溫度在120℃左右，在使用過程中表現(xiàn)出較好的抑制防塌效果，但當(dāng)溫度超過120℃后，鉆井液體系抗高溫高鈣能力不足，導(dǎo)致膠體穩(wěn)定性破壞，造成井下復(fù)雜。在分析了高鈣鹽水對(duì)鉆井液影響機(jī)理后，優(yōu)選關(guān)鍵抗高溫抗鈣處理劑，在室內(nèi)形成抗溫達(dá)150℃、抗鈣達(dá)13000mg/L的鉆井液體系，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明其抗污染能力強(qiáng)，能夠滿足高鈣地層的使用。

1 高鈣鹽水對(duì)鉆井液影響機(jī)理

二價(jià)鈣離子對(duì)鉆井液體系的污染要遠(yuǎn)大于一價(jià)鹽的影響，主要是對(duì)體系中的聚合物和粘土產(chǎn)生污染。聚合物處理劑在高鈣環(huán)境下分子鏈發(fā)生收縮，特別是在高溫下更易發(fā)生降解失效，破壞了聚合物的吸附及護(hù)膠作用，造成降濾失能力大幅降低。同時(shí)，鈣離子可強(qiáng)烈吸附在黏土顆粒表面或進(jìn)入晶層間進(jìn)行離子交換，嚴(yán)重壓縮雙電層，使表面電位下降、水化膜變薄，不僅導(dǎo)致粘土晶片發(fā)生面-面、端-端聚結(jié)而發(fā)生黏土顆粒絮凝[2]，而且表面電位下降嚴(yán)重影響聚合物處理劑與粘土間的吸附，二者的增黏、捕集及物理堵塞等過程也受到影響，最終導(dǎo)致鉆井液的濾失量和流變性失控，嚴(yán)重的影響了鉆探作業(yè)效率，增加了工程安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 抗鹽鈣鉆井液體系的構(gòu)建與評(píng)價(jià)

2.1 處理劑單劑的研選

2.1.1 抗鈣降濾失劑優(yōu)選

收集國內(nèi)外具有代表性的幾種抗高溫抗鈣降濾失劑進(jìn)行優(yōu)選，分別在高鈣鹽水配方中加入4%不同類型降濾失劑后進(jìn)行降失水性能評(píng)價(jià)，從圖1結(jié)果可以看出，當(dāng)鹽水體系中的鈣離子含量達(dá)到13000mg/L時(shí)，Hostadrill和SMPFL-L效果最好，但是前者價(jià)格是后者價(jià)格的4倍，綜合考慮后選擇SMPFL-L作為抗污染鉆井液體系的主要降濾失劑，該處理劑是一種用含磺酸基的烯基單體和丙烯酰胺、丙烯酸共聚合成了一種耐溫抗鹽的聚合物降濾失劑，在鉆井液中的黏度效應(yīng)小，熱穩(wěn)定性好，抗溫抗鹽能力強(qiáng)[3]。

2.1.2 流型調(diào)節(jié)劑優(yōu)選

對(duì)于鹽水高密度體系來說，除了盡量保證加入的處理劑具有較低的增粘效應(yīng)外，流性調(diào)節(jié)劑是調(diào)整體系流變性的一種重要手段。評(píng)價(jià)流性調(diào)節(jié)劑一個(gè)重要指標(biāo)是對(duì)低轉(zhuǎn)速下粘度的降低程度，其中Φ6/Φ3能夠較好的反映出這種趨勢(shì)，在基礎(chǔ)鉆井液配方中分別加入1%不同類型流性調(diào)節(jié)劑后，評(píng)價(jià)結(jié)果如表2。根據(jù)四種流性調(diào)節(jié)劑對(duì)鹽水鉆井液體系的降粘效果來看，SMS-19具有較好的降粘效果，低剪切速率下的粘度降低率達(dá)到50%以上[4]，并且具有一定的降濾失作用，比較適合于在抗污染高密度鉆井液體系中使用。

2.2 抗鹽鈣鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

在優(yōu)選出抗鹽降濾失劑SMPFL-L和流性調(diào)節(jié)劑SMS-19的基礎(chǔ)上，又引入有利于穩(wěn)定井壁的聚胺抑制劑SMJA-1和磺化瀝青SMFF-2等，通過各配伍處理劑，最終形成了抗污染能力較強(qiáng)鉆井液體系，常規(guī)及抗污染性能見表3。

體系配方：2-4%膨潤土+0.3%L-PAC+0.5%SMPFL-L+0.3%SMJA-1+3%SMP-2+3%SMFF-2+2%SMC+1%SMS-19+3%KCl+0.5%NaOH+重晶石（ρ=4.2g/cm3）。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

玉北X井是塔西南坳陷麥蓋提斜坡麥蓋提1區(qū)塊瑪東奧陶系3號(hào)構(gòu)造的一口勘探井，二開鉆進(jìn)古近系鹽膏層時(shí)使用抗鹽鈣鉆井液技術(shù)，鉆進(jìn)過程中鉆井液密度1.80g/cm3，Ca2+由400mg/L上升至1960mg/L，Cl-由21000mg/L上升至54000mg/L，通過提前加入抗鹽降濾失劑SMPFL-L和流性調(diào)節(jié)劑SMS-19，將井高溫高壓失水控制在12mL以內(nèi)，塑性粘度控制在25-30mPas，動(dòng)切力在8-12Pa之間，變化幅度較小，起下鉆順暢，電測(cè)結(jié)果顯示井眼規(guī)則，二開井眼擴(kuò)大率為3.4%，未發(fā)生任何復(fù)雜事故。

4 結(jié)束語

（1）以抗鹽降濾失劑SMPFL-L和流性調(diào)節(jié)劑SMS-19為核心處理劑形成的抗鈣鉆井液體系抗鈣能力優(yōu)于現(xiàn)用鉆井液體系，能夠滿足高鹽環(huán)境下的鉆進(jìn)要求。

（2）隨著超深井勘探與開發(fā)的推進(jìn)，研發(fā)抗鹽鈣能力強(qiáng)、抗溫能力大于150℃的抗鈣鉆井液處理劑及體系是將來重要的發(fā)展方向之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫舉，王中華，王善舉，等.強(qiáng)抑制高鈣鹽聚合物鉆井液體系的研究與應(yīng)用[J].斷塊油氣田，2011，18（4）：541-544.

[2]黃漢仁.鉆井流體工藝原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，2016：342-343.

[3]楊小華，李家芬，錢曉琳，等.超高溫聚合物降濾失劑PFL-1的合成及性能評(píng)價(jià)[J].石油鉆探技術(shù)，2010，38（2）：37-42.

[4]楊小華，林永學(xué)，王琳，等.一種超高密度鉆井液用分散劑、制備方法與應(yīng)用CN，ZL.201110301295.2[P].2011-9-28.