淺析鹽水鉆井液配制方法對(duì)其性能的影響

楊永春

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局白銀礦產(chǎn)勘查院，甘肅 白銀 730900）

1 概述

在地質(zhì)鉆探工作當(dāng)中或者油井鉆探工作當(dāng)中，會(huì)遇到一些會(huì)遇到一些鹽層、鹽水層以及鹽膏層等含鹽底層，或者配漿用水具有較高礦化度時(shí)，這就需要對(duì)鹽水鉆井液進(jìn)行配置，而在對(duì)鹽水鉆井液配置過(guò)程當(dāng)中，首先應(yīng)當(dāng)應(yīng)用凹凸棒石、海泡石等抗鹽粘土當(dāng)做配漿土，在鹽水條件下，這種粘土能夠起到良好的分散作用，并獲得較大粘度與切力，配置鹽水鉆井液方法也相對(duì)較為簡(jiǎn)單。然而由于這種粘土具有較高的價(jià)格，在具體施工過(guò)程當(dāng)中，施工方為了減少成本投入，在配漿過(guò)程當(dāng)中時(shí)常運(yùn)用膨潤(rùn)土。而鹽水鉆井液運(yùn)用膨潤(rùn)土進(jìn)行配置，鉆井液的性能和配置方式有著非常大的關(guān)聯(lián)性，直接影響鉆井液的性能。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解到，在配置鹽水鉆井液過(guò)程當(dāng)中主要采用的方式有下面兩種：第一，在鹽水中直接加入膨潤(rùn)土與處理劑，如在咸水湖周圍施工或者海邊施工時(shí)，便可就地取材運(yùn)用鹽水進(jìn)行配漿；第二，在淡水中直接加入膨潤(rùn)土與處理劑均勻的進(jìn)行攪拌，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間預(yù)水化之后，加入適當(dāng)?shù)柠}達(dá)到相應(yīng)濃度要求，轉(zhuǎn)化成鹽水鉆井液。如施工區(qū)域分布在淡水資源充足區(qū)，鉆探施工過(guò)程當(dāng)中遭遇含鹽地層也或是為了對(duì)強(qiáng)水敏性地層水化進(jìn)行抑制，而配置鹽水鉆井液。下文當(dāng)中主要結(jié)合實(shí)踐，從理論層面以及室內(nèi)試驗(yàn)兩個(gè)方面，探討分析兩種配漿方式給鹽水鉆井液性能帶來(lái)的影響，并對(duì)鹽水鉆井液性能在遇水化時(shí)間改變下產(chǎn)生的變化趨勢(shì)進(jìn)行研究，以供有關(guān)人士借鑒和參考[1]。

2 鹽水鉆井液預(yù)水化與未預(yù)水化的膠體化學(xué)分析

2.1 粘土的水化作用

粘土的水化作用對(duì)于膨潤(rùn)土造漿率有著至關(guān)重要的影響，對(duì)于粘土水化作用而言，主要是指水分子被粘土顆粒表面吸附之后產(chǎn)生的水化膜，增大間隔層面間的距離，進(jìn)而出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。粘土水化作用對(duì)于鉆井液性能及其孔壁穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響，對(duì)于粘土水化作用而言，主要有表面水化以及滲透水化兩種形式，前者是因水分子被粘土晶體表面吸附，和交換性陽(yáng)離子水化共同組成。對(duì)于滲透水化而言，主要是指由于水出現(xiàn)濃差擴(kuò)散，進(jìn)入到層間，使得晶層間距不斷增大，由此產(chǎn)生過(guò)上的雙電層（圖1）。

圖1 粘土層面的雙電層示意圖

2.2 兩種配制方法的鉆井液預(yù)水化分析

（1）利用鹽水對(duì)鉆井液進(jìn)行配置。鉆井液直接通過(guò)鹽水進(jìn)行配置，由于鹽水濃度較高，膨潤(rùn)土在這樣的條件下，水化不充分，陽(yáng)離子在晶層之間濃度和溶液內(nèi)部濃度相比較小，無(wú)法有擴(kuò)散雙電層出現(xiàn)，外表面與滲透水化，電解質(zhì)存在較高的濃度時(shí)，更會(huì)形成明顯的阻礙作用。膨潤(rùn)土此時(shí)就如同一類惰性固體，這時(shí)也難以發(fā)揮造漿與降濾失效果，所以沒(méi)有穩(wěn)定的泥漿性能，存在較大濾失，你皮也十分松散，無(wú)法達(dá)到鉆井相關(guān)要求[2]。

圖2 電解質(zhì)濃度對(duì)電位的影響

（2）由淡水鉆井液轉(zhuǎn)為鹽水鉆井液。鹽水鉆井液在配置過(guò)程當(dāng)中，首先通過(guò)淡水對(duì)膨潤(rùn)土預(yù)水化，而且在將鹽加入其中時(shí)，適時(shí)利用分散劑開展處理工作，可以大幅提高造漿效果，這是由于在鹽侵之前，有大量的水分進(jìn)入到粘土當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了水化充分分散，雙電層較為穩(wěn)定，而且具有穩(wěn)定的性能，能夠產(chǎn)生較好的造漿效果。補(bǔ)鹽過(guò)程當(dāng)中壓縮了雙電層，這時(shí)彭潤(rùn)土水化性能會(huì)大幅增加，此時(shí)能夠促進(jìn)粘度、切力與降濾失效果的發(fā)揮。之所以雙電層會(huì)出現(xiàn)壓縮，是由于補(bǔ)鹽過(guò)程當(dāng)中，由于加入了很多電解質(zhì)，尤其是不斷升高的離子價(jià)數(shù)，這時(shí)反離子會(huì)在吸附層更多的進(jìn)入，這樣一來(lái)導(dǎo)致擴(kuò)散層離子數(shù)量出現(xiàn)很大降低，也引發(fā)雙電層厚度出現(xiàn)明顯下降，電動(dòng)電位降低也十分明顯，雙電層被電解質(zhì)所壓縮，具體可參見圖2所示。預(yù)水化的粘土，雙電層受到電解質(zhì)的壓縮程度是比較有限的，而經(jīng)過(guò)補(bǔ)鹽，粘土依然可以將很多水化能力有效保留，所以年將有著較為優(yōu)良的性能。

3 室內(nèi)試驗(yàn)

3.1 對(duì)比分析遇水化與未遇水化鉆井液具有的性能

鹽水鉆井液主要包括的類型有三種：1%含鹽量至飽和鹽水鉆井液以及鹽水鉆井液和海水鉆井液。此次試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，將三組配方合理選取：配方一基漿選擇膨潤(rùn)土，配方二、三聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)際，選擇成熟應(yīng)用的鹽水鉆井液配方，對(duì)對(duì)以上三種鹽水鉆井液分別的開展測(cè)量工作，選擇不同的兩種配漿方式，對(duì)鉆井液常規(guī)性能進(jìn)行配置，實(shí)際獲得的數(shù)據(jù)參見表1～3。

配方一：6.4%膨潤(rùn)土(API標(biāo)準(zhǔn))。

配方二：4%膨潤(rùn)土+1%抗鹽共聚物。配方三：4%膨潤(rùn)土+1.5%CMS。

表l 配方一對(duì)比試驗(yàn)分析

表2 配方二對(duì)比試驗(yàn)分析

表3 配方三對(duì)比試驗(yàn)分析

通過(guò)以上表1表3相關(guān)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，泥漿經(jīng)過(guò)預(yù)水化之后，有效增加了泥漿表觀粘度，同時(shí)有大幅增加了塑性粘度，降低了失水量，和沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)水化的泥漿相比，各種指標(biāo)都非常優(yōu)越。泥餅在制作過(guò)程當(dāng)中選擇配方三飽和鹽水2種配漿方式，了解到泥漿通過(guò)預(yù)水化制作的泥餅，致密而且薄，泥漿沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)水化的較為稀松而且厚。

3.2 鉆井液性能受預(yù)水化時(shí)間長(zhǎng)短的影響

針對(duì)鉆井液在1、2、3、4、5、6、16h不同預(yù)水化時(shí)間進(jìn)行性能測(cè)定分析，同時(shí)把表面粘度以及塑形粘度和API 失水等幾個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)的改變情況，繪制成圖。

（1）分析表面粘度出現(xiàn)的變化特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)遇水化時(shí)間不同的鉆井液表面粘度增長(zhǎng)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有預(yù)水化的條件下，鉆井液表觀粘度出現(xiàn)很大降低，而表觀粘度在預(yù)水化之后，突變性增大，由于預(yù)水化時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，表觀粘度也出現(xiàn)先增大之后逐漸轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的特點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)4h以上預(yù)水化的鹽水泥漿，表觀粘度才逐漸的呈現(xiàn)出穩(wěn)定趨勢(shì)。

（2）分析塑性粘度具有的變化特點(diǎn)。由于預(yù)水化時(shí)間的不斷增加，鉆井液的塑性也出現(xiàn)很大改變，通過(guò)調(diào)查了解其塑性改變的變化趨勢(shì)不難發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有進(jìn)行預(yù)水化的條件下，鉆井液塑性粘度呈現(xiàn)較低的特點(diǎn)，而經(jīng)過(guò)1h預(yù)水化處理之后，塑性粘度出現(xiàn)明顯的增加，經(jīng)過(guò)4-5h預(yù)水化處理之后，逐漸地變?yōu)榉€(wěn)定，所以在預(yù)水化鹽水鉆井液過(guò)程當(dāng)中，必須要保證4h以上，這時(shí)你將才表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能特點(diǎn)，并且之后呈現(xiàn)出較為緩和的變化趨勢(shì)。

（3）API濾失變化趨勢(shì)。通過(guò)分析了解預(yù)水化時(shí)間的不同，鉆井液在API失水方面的變化特點(diǎn)了解到，沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)水化的鉆井液，API濾失量主要表現(xiàn)為較高的特點(diǎn)，如在濾失量方面，配方三海水泥漿約為104ml的濾失量，通過(guò)實(shí)施預(yù)水化處理之后，逐步下降至19ml，通過(guò)預(yù)水化處理，泥漿濾失量近60%ml的下降，泥漿濾失量通過(guò)預(yù)水化處理，發(fā)揮了十分重要的作用，同時(shí)經(jīng)過(guò)5h預(yù)水化的鹽水泥漿，在濾失量方面，呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢(shì)，較為理想。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2017年10月在某千米巖礦鉆探施工過(guò)程當(dāng)中，利用飽和鹽水鉆井液進(jìn)行施工，選取當(dāng)?shù)剽浄使钧u水溝的配漿用水，其中的成分十分的復(fù)雜，達(dá)到1.27 kg／L密度水平，不僅鈉、鉀離子含量非常豐富，同時(shí)還含有很多鈣、鎂離子，都屬于高價(jià)陽(yáng)離子，運(yùn)用膨潤(rùn)土+抗鹽共聚物泥漿體系，為了對(duì)預(yù)水化優(yōu)勢(shì)向現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行講解，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開展了預(yù)水化與沒(méi)有預(yù)水化處理的對(duì)比試驗(yàn)，實(shí)際情況具體分析如下。采用5%土+1%抗鹽共聚物的鉆井液配方。鉆井液性能見表4。

表4 鉆井液性能對(duì)比

通過(guò)上表當(dāng)中的數(shù)據(jù)不能發(fā)現(xiàn)，鉆井液通過(guò)預(yù)水化處理之后，鉆井液的性能逐漸變?yōu)榉€(wěn)定特點(diǎn)，同時(shí)將預(yù)水化時(shí)間不斷加大，使預(yù)水化時(shí)間進(jìn)一步增加，對(duì)于比沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)水化的泥漿，明顯增強(qiáng)了性能基能，因此在未來(lái)你將配置過(guò)程當(dāng)中，保持不變的情況下，可以先將處理劑和土利用淡水50～100L進(jìn)行一段時(shí)間浸泡，之后再將鹵水加入其中，實(shí)施鹽攪拌，由于當(dāng)?shù)厝鄙俚Y源，如果利用淡水進(jìn)行泥漿配置，需要投入更高的成本，因此通過(guò)這樣的配置方法，使得泥漿總體性能得到大幅提升，還是泥漿材料得到很大程度上的節(jié)約。

5 結(jié)論

總之，在泥漿配置過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)遇水化處理的膨潤(rùn)土，能夠使其得到良好的分散，并將鹽補(bǔ)充其中，減少聚結(jié)，粘度方面表現(xiàn)更好，同時(shí)還具有非常好的濾失特點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，泥漿通過(guò)4～5h預(yù)水化處理之后，性能變得更加穩(wěn)定，進(jìn)一步提高預(yù)水化時(shí)間，性能沒(méi)有出現(xiàn)大的變化，呈現(xiàn)出基本不變的特點(diǎn)。