超高密度復合鹽水鉆井液流變性調控及應用

摘" " " 要：某井是四川地區的巖氣能源勘探井，由于該井口施工地區氣層十分活躍，所以井口控制風險性較大，必須始終維持鉆井液質量和使用性能，但是由于超高密度復合鹽水鉆井液固相控制難度參數高，造成鉆井液流變性十分困難。根據某井實際案例作為研究出發點，并且結合超高密度復合鹽水鉆井液影響因素以及超高密度復合鹽水鉆井液流變性調控，總結出應用策略。

關" 鍵" 詞：超高密度復合鹽水鉆井液；流變性；方案設計；技術操作

中圖分類號：TE254" " "文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）02-0302-04

鉆井實際操作時，如果遇到超高密度復合鹽水結構層時，要求鉆井液自身具有較高的抗鹽能力，現階段超高密度復合鹽水鉆井液流變性、濾失性等方面調整仍然困擾著井口開采和使用，所以技術人員需要積極引進超高密度復合鹽水鉆井液流變性調控技術以及應用策略，從根本上保證超高密度復合鹽水鉆井液流變性質量和效果。

1" 實際案例

某井是四川地區的巖氣能源勘探的主要設備，該井口按照方案設計的基礎井深為4 000 m，實際鉆井深度為4 000 m。由于該井自身建設具有顯著特點，因此井口一開、二開鉆井液均使用聚胺聚合物質，而三開鉆井液則需要使用氯化鉀聚合物質。對于該井來說，由于四開操作的基礎密度相對加高，因此進行流變性調整十分艱難，所以需要將鉆井液物質轉化為復合形態的鹽水鉆井液進行井口鉆進，直至順利完成鉆井操作后開展后續技術操作[1]。

該井實際建設和施工時，其井口陸地上部分結構地層主要以沙石和泥土為主，因此地質結構層礦物質基礎含量較多，極易吸收水分產生膨脹與結構分散，長期以往該地層結構會造成流動泥漿物質，最終導致土壤基礎含量無法有效被控制[2]。

由于地面上部分1～2層地層一般需要選擇不分散的聚胺聚合物作為井口鉆井液物質，有效強化鉆井液使用效果。鉆井實際使用和運轉過程中，鉆井液進入自流井口時，需要進入河流組地質結構層，該結構層內部包含頁巖以及煤炭等物質，所以該地質結構層經過發育之后會脫落，針對此種現狀，在三開操作時，需要轉化為氯化鉀聚合物有效封堵鉆井液管理結構體系，以此不斷強化地質結構層防止結構分散[3]。

由于該鉆井地質結構層壓力系數相對較高，所以隨著地質結構層基礎密度不斷提升，逐漸轉化為氯化鉀聚磺物質，從根本上提高鉆井液物質的基礎容量和占地空間。而井口四開所處地質結構層一般為五峰組、寶塔組，該地質在實際建設時普遍顯示井口位置氣質十分活躍，一旦操作不當鉆井時極易遇到地質高壓產生裂縫問題，井口風險相對較大會產生誘導性井口滲漏[4]。除此之外，由于龍馬溪底部和五峰組在實際建設時一般為粉碎的地質結構層，所以鉆井操作時極易產生井口內壁失去基礎穩定性而坍塌，造成所需要的鉆井液體密度達到2.42 g·cm-3。

2" 超高密度復合鹽水鉆井液影響因素

2.1" 溫度因素

在鉆井操作過程中，泥餅的鉆取質量會由于外部環境溫度的作用大幅度下降，其泥餅基礎厚度不斷增加，則會造成其基礎密度減少，此種背景下泥餅過濾矢量無法有效控制和管理。

目前，高溫對于鉆井液的基礎黏度作用主要包含3中管理形式，比如：增稠、凝膠、固化等，其主要原因則是由于高溫環境下會減低鉆井液物質的pH數值，如果環境溫度過高會導致鉆井液pH至少下降至7～8，最終影響鉆井液處理試劑的基礎效果，大幅度下降鉆井液流變性和熱量穩定性[5]。除此之外，如果鉆井操作過程中，其周邊溫度始終處于高溫狀態，則會增加處理試劑的總體使用量，其外部環境溫度越高，持續時越長，所破壞的處理試劑則越多，導致處理試劑基礎消耗數量越來越多，使用性能越來越差。由于高溫環境對于水資源的影響十分復雜，其核心影響因素則是高溫環境對于處理試劑產生負面作用[6]。

2.2" 材料密度

由于超高密度復合鹽水鉆井液進行鉆井操作時，高壓操作造成軟土巖石極易侵入鉆井液，因此為了保證井口內部的結構穩定性，平衡井口與地質結構層之間的壓力，需要提高鉆井液物質的基礎密度參數，并且鉆井液自身密度越高，其液體固相含量則越高，因此材料占比的整體比例同樣越來越高。

超高密度復合鹽水鉆井液自身流動參數以及黏度參數不斷提升，此種現狀對于鉆井液流變性能的影響也相對較大，因此日常維護十分困難。因此鉆井液物質的加重材料數量較多時，鉆井液結構體系內的自由水分基礎含量會不斷降低，長期以往會不斷增加鉆井液材料內顆粒之間的摩擦性，致使鉆井液黏度不斷增加[7]。

對于鉆井液使用性能來說，自身濾失性能同樣成為影響鉆井液固相顆粒物質基礎濃度、物質分散度以及等級配備的重要因素之一，因此鉆井液在實施過程中需要通過有效控制和調整以上影響條件，從根本上減少鉆井液失水量。

鉆井液物質中的加重顆粒物質相互作用和摩擦，從而影響鉆井液的在井口內部結構的潤滑性，為此技術人員影響鉆井液物質中增加具有潤滑作用的試劑，最大程度降低阻力，但是潤滑試劑添加量同樣需要盡可能控制，一旦添加過度則會增加界面阻力參數，嚴重甚至造成超高密度復合鹽水鉆井液流變性快速惡化[8]。現階段鉆井液基礎穩定性成為影響鉆井液使用質量的重要因素之一，如果鉆井液固相基礎含量過高，因此鉆井液的基礎流變性、結構沉降穩定性同樣成為鉆井液基礎性能的研究重點內容之一，如果井下鉆取時，表面潮濕或者吸附作用會導致井口自有水資源基礎含量降低，其鉆井液基礎穩定性會不斷降低[9]。

3" 超高密度復合鹽水鉆井液流變性調控

3.1" 復合鹽

超高密度復合鹽水鉆井液在使用時需要始終維持較低的黏土基礎容量參數，由于超高密度復合鹽水鉆井液內部所包含的膨潤土材質基礎含量較高，導致黏土顆粒之間會形成端頭與結構面、端頭與端頭時間的物質構成，長期以往極易造成物質的基礎黏度不斷提升，造成鉆井液過濾試劑所展現的作用不斷降低[10]。

為保證超高密度復合鹽水鉆井液能夠正常開展，當加入復合鹽物質之后，鉆井液物質的基礎流變性會不斷增加，其基礎過濾矢量會降低，深入研究其主要原因則是由于鉆井液物質中增加了大量的鉀離子，進一步壓縮了黏土表面的雙電結構層，造成黏土結構層面上的負電性能大幅度減低，材料基礎粘性和剪切力不斷下降[11]。但是鉆井液物質使用時，隨著鉀離子大面積消耗，物質的基礎一致性逐漸失去了應有的效果，詳細分析其主要原因，則是由于鉀離子的抑制作用并不具備一定效果。

隨著超高密度復合鹽水鉆井液循環周期不斷增加，進一步提升了黏土表面的負電性，其電位數量不斷提升，與攜帶正向的端頭和結構面電荷無法保證基礎對稱性，經過相互吸引最終形成更多的物質連接網絡結構，當網絡結構數量大幅度增加并且分布在整個空間之后，其物質的基礎黏度以及剪切力會不斷增加[12]。

為此技術人員需要繼續增加納離子物質有效彌補鉀離子的基礎消耗，從根本上減少網絡結構的建設數量。利用此種技術方式能夠有效控制井下鉆井液泥漿的基礎黏度和剪切力，但是增加鹽物質之后超高密度復合鹽水鉆井液有效削弱了鉆井液的基礎保護作用，造成更多的黏土物質顆粒不斷凝結，導致鈉離子、鉀離子物質產生化學反應，造成黏土結構層攜帶負電，致使電離出更多的氫離子，消耗鉆井液的pH 值，影響了吸附劑如SMP對黏土的保護作用[13]。

3.2" 氯化鈣

根據我國現有的研究案例，氯化鈣物質所產生的實際作用逐漸展現，為了保證鉆井液使用效果，同樣使用類似的物質和施工技術，但是在轉化為超高密度復合鹽水鉆井液時，所產生的效果并不理想，甚至會具有一定副作用[14]。詳細分析其主要原因則是由于氯化鈣物質中的鈣離子與納離子所產生的作用十分相似，但是氯化鈣物質通過物質交換，轉化了鉆井黏土物質表面結構的陽離子，直接壓縮了地質結構層的雙結構墊層，最大程度介紹鉆井液電位以及排斥力，最終導致膨潤土物質產生了許多碎

屑[15]。在此種施工現狀，陽離子受到鉆井液pH數值變化影響較大，如果鉆井液的pH數值提升則會導致物質之間的交換容量不斷增加，所以超高密度復合鹽水鉆井液提純堿物質時，可以直接觀察氯化鈣物質加入后所產生的凝固結構體。

在鉆井液物質使用時，如果想要有效分散鉆井液結構體系，則需要直接增加燒堿物質，將物質的pH數值大幅度提升，針對已經產生較強抑制性的鉆井液來說，經過一系列技術分析最終認為氯化鈣在此種情況下所產生的作用較小，其主要原因則是由于超高密度復合鹽水鉆井液納離子基礎含量極高，導致鉆井黏土層被不斷壓制，其陽離子物質的基礎交換數量降低，與鉆井液結構體系中其他聚合物質相互組合，最終成為影響鉆井液使用效果的凝膠結構，從根本上增加鉆井液物質的基礎粘性，強化吸附水化膜[16]。

4" 超高密度復合鹽水鉆井液流變性應用

對于四開鉆井施工和基礎建設來說，為保證超高密度復合鹽水鉆井液流變穩定性和安全性，需要根據實際調整和管理方案進一步進行結構優化和項目試驗。以此保證鉆井操作、電力測量以及固井等施工環節可以順利開展項目建設，并且以此作為基礎條件制定出一系列鉆井液施工具體應對方案[17]。

4.1" 強化鉆井液固相控制

在鉆井液實際操作環節上，振動過篩設備的孔洞直徑需要設定為0.063 mm，并且在實驗環節上需要定期清理儲存罐，以此有效維持固相體積的結構比例[18]。而鉆井液使用時，為需要選擇全新的鉆井液膨潤土結構配比，從根本上防止引進不符合標準的固相物質，確保經過比例配置后的膨潤土基礎含量可以在10 g·L-1以內[19]。

4.2" 合理控制鉆井液密度

想要保障鉆井正常開展，實際進行鉆進操作時，鉆井液基礎密度需要保證在2.37～2.39 g·cm-3，該數值范圍不僅能夠更好的穩定地質壓力，又可以從根本上平衡地質結構層所產生的應力參數，選擇鉆井液物質時，需要根據鉆井液實際使用狀態和環境選擇適合的氯化鈉以及KCl物質基礎含量，并且物質補充模式主要以復合鹽水狀態為主，不能直接添加鉆井液物質中[20]。

4.3" 維持鉆井液PH數值

常見鉆井液pH物質一般為8.5～9.5，從根本上防止超高堿物質增加頁巖結構分散等問題和安全風險，由于鉆井液自身具有較高的濾失特點，因此還需要增加瀝青等物質提高結構封堵效果，始終保持鉆井泥餅的結構厚度，只要鉆進，就以細水長流的方式補充SMP-3、KJ-4、SMT、SMS-19 配制的混合加重膠液，調整井漿的流型[21]。

5" 結束語

由此可見，由于某井在四川地區進行鉆進和建設時，鉆井液物質普遍存在流變性較差等技術問題和困境，非常有必要系統開展高礦化度高密度水基鉆井液流變性調控方法及機理研究。為此本次研究主要針對超高密度復合鹽水鉆井液流變性進行技術研究和調控，確保鉆井液使用效果和質量水平。

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Rheological Control and Application of Ultra-high

Density Compound Saline Drilling Fluid

MU Rui-dong1， WANG Qi2， ZHANG Ying-hui3

（1. Xi'an Shiyou University， Xi'an Shaanxi 710065， China;

2. Shaanxi Province Coalbed Methane Development and Utilization Co.， Ltd.， Xi'an Shaanxi 710119， China;

3. Shaanxi Province Coalbed Methane Development and Utilization Co.， Ltd. Tongchuan Branch，

Tongchuan Shaanxi 727000， China）

Abstract： A well is the rock gas energy exploration well in Sichuan region， due to the wellhead gas construction area is very active， so the wellhead control risk is bigger， the quality and service performance of drilling fluid must always be maintained， but the rheological control of drilling fluid is very difficult because of the high difficulty parameters of solid phase control of ultra-high density compound brine drilling fluid. In this paper， based on the actual case of a well as the starting point of the study， combined with the influence factors of ultra-high density compound saline drilling fluid and the rheological control of ultra-high density compound saline drilling fluid， the application strategies were summed up.

Key words： Ultra-high density compound brine drilling fluid; Rheological property; Scheme design; Technical operation