超高密度過飽和鹽水鉆井液體系研究

牟云龍　(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

由福昌　(荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000)

王雷，楊培龍　(中海油伊拉克有限公司，北京100010)

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超高密度過飽和鹽水鉆井液體系研究

牟云龍(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

由福昌(荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000)

王雷，楊培龍(中海油伊拉克有限公司，北京100010)

[摘要]為解決巨厚鹽膏層鉆井及在鹽膏層中定向造斜鉆井的井壁穩定問題，必須要有高密度鉆井液來平衡鹽膏層蠕變。通過過飽和鹽水設計、加重方式選擇、處理劑優選與評價，建立一套超高密度過飽和鹽水鉆井液體系。結果表明：超高密度過飽和鉆井液采用過飽和鹽水設計，從根本上防止地層中的鹽溶入鉆井液。鉆井液體系在密度2.60g/cm3時，依然具有較好的流變性能，塑性黏度小于60mPa·s，并且具有較好的抗侵污性能、抑制性能及抗溫性能。

[關鍵詞]超高密度；鹽膏層；鉆井液；飽和鹽水

伊拉克Missan油田位于伊拉克東南部，鉆井過程中出現的主要問題是，膏鹽中的鹽膏層及高壓鹽水層出現井漏、卡鉆等現象。為了解決鹽膏層鉆井帶來的復雜情況，解決鹽膏層塑性變形、蠕變及鹽溶解帶來的井下問題，防止鹽膏層定向造斜帶來的各向異性的蠕變，鉆井液就必須要具有更高的密度；并且在超高密度(2.6g/cm3)情況下，要具有較好的流變性，黏度易于控制;在建立飽和溶液后，應盡量減少再溶入鹽膏層中鹽的能力。采用過飽和鹽水配漿將防止地層中的鹽向鉆井液中溶解。

1設計理念

針對超高密度(2.6g/cm3)鉆井液的技術難點及特點，該體系的設計理念主要側重于以下幾點：①采用無黏土相配制鉆井液，解決鉆井液流變性問題；②采用過飽和鹽水設計，解決地層中鹽溶入鉆井液的問題；③采用顆粒級配，解決鉆井液體系的沉降問題；④體系必須具有較強的抗溫、抗鈣、抗污染的能力。

2體系建立

2.1過飽和鹽水的選擇

為確保所建立的體系具有較好的加重能力和流變性能，采用可溶鹽作為飽和鹽水，一方面滿足加重的要求，減少粉體加重劑(重晶石)的加量；另一方面滿足防止鹽再溶入的要求。表1為飽和可溶鹽在25℃和90℃下繼續溶入鹽的能力。可以看出，NaCl雖然再繼續溶入鹽能力較少，但其飽和后密度較低，不利于后續流變性控制；HCOONa繼續溶入鹽較大，不做選擇；385%HCOOK飽和溶液效果較好，但用量太大；因此用150%HCOOK溶液作為鹽溶液，并選擇NaCl作為過飽和鹽，將NaCl磨為粉末狀，質量分數控制在5%以上，使其以粉末懸浮的狀態存在于鉆井液中，形成過飽和狀態后地層中的鹽將不會溶入鉆井液中。

表1　飽和鹽水溶入其他鹽的能力

2.2降濾失劑的篩選

在過飽和鹽水的基礎上，對降濾失劑進行了篩選與評價(圖1)，其中改性淀粉STARFLO和磺化瀝青降濾失效果最好。確定過飽和鹽水鉆井液配方：淡水+0.25%Na2CO3+150%甲酸鉀+5%粉狀氯化鈉+2%改性淀粉STARFLO+1%磺化瀝青TX (配方中的百分數為質量分數，下同)。

圖1　降濾失劑篩選

2.3加重方式的選擇

為使鉆井液達到更高的密度與沉降穩定性，在重晶石的基礎上，選擇超細鐵礦粉來達到顆粒級配的目的。鐵礦粉密度較高，大于5.0g/cm3，加重能力強，并且采用超細的鐵礦粉，可以達到粒徑匹配的目的。在重晶石加重的鉆井液中復配一定的超細鐵礦粉，一方面可以提高加重能力，另一方面還可以起到顆粒級配的目的，具有懸浮穩定、防沉降的作用，且流變性也極易控制。配方：淡水+0.25%Na2CO3+150%甲酸鉀+5%粉狀氯化鈉+2%改性淀粉STARFLO +1%磺化瀝青TX+加重劑(密度為2.60g/cm3)。從表2中可以看出，10%鐵礦粉的加入，在改善加重性能的同時，也能夠改善體系的流變性能。

表2　超細鐵礦粉對體系性能的影響

注：μa為表觀黏度；μp為塑性黏度；τd為動切力；Nφ6、Nφ3分別為六速旋轉黏度計6、3r/min對應的讀值。下同。

2.4超高密度過飽和鹽水鉆井液體系配方的確定

為優化該體系的最終性能，在體系中加入封堵劑、流型調節劑等來控制黏度與濾失量。評價配方：淡水+0.25%Na2CO3+150%甲酸鉀+5%粉狀氯化鈉+2%改性淀粉STARFLO +1%磺化瀝青TX+0.5%封堵劑LOCKSEAL +1.0%流型調節劑ST+10%超細鐵礦粉+重晶石(密度加重至2.60g/cm3)。該體系流變性能好，流動狀態好，濾失量、高溫高壓濾失量均較低。

表3　超高密度過飽和鹽水鉆井液基本性能

注：VAPI為API濾失量;VHTHP為高溫高壓降濾失量。

3性能評價

3.1抗溫性能

在90、100、110、120℃溫度下老化16h后，評價了鉆井液抗高溫性能，如表4所示。高密度鹽水鉆井液體系具有較好的抗溫性能，在經過120℃老化16h后，性能依然穩定。

表4　超高密度鹽水鉆井液體系抗溫性能評價

3.2加重性能

實驗室對高密度鹽水鉆井液體系的加重性能進行了評價，結果如表5所示。該鉆井液體系隨著密度的增大，黏度和濾失量逐漸增大。該鉆井液體系密度最高可以加重至2.80g/cm3，超過該密度后，鉆井液流變性較差，基本無法流動，且中壓濾失量也急劇增大。因此該體系在使用過程中應特別注意密度的控制。

表5　鉆井液體系加重性能評價

3.3抗侵污性能

鉆井液在循環過程中會受到地層巖屑的侵入，從而影響鉆井液的性能。表6為鉆井液體系抗侵污性能評價，從表中可以看出該體系受污染后，性能變化不大。

表6　鉆井液體系抗侵污性能評價

注：復合鹽質量比為NaCl∶CaCl2∶Na2SO4=2∶5∶3。

3.4抑制性能

鉆井液抑制性的評價方法是分散性試驗測定滾動回收率，離心法測定防膨率。由于多數現場鉆屑都很細小，無法收集到足夠多的6～10目的現場鉆屑，因此實驗室采用露頭土代替現場鉆屑進行試驗。試驗測得超高密度鹽水鉆井液一次滾動回收率為96.54%，二次滾動回收率為91.33%，防膨率為93.12%。

4結論

1)超高密度過飽和鹽水鉆井液體系的密度可達到2.60g/cm3，塑性黏度60mPa·s左右。具有良好的熱穩定性、抗侵污性能和抑制性能，能夠滿足現場作業的要求。

2)建立過飽和溶液后，鉆井液體系在升至地層溫度后，無法繼續溶入可溶鹽，從而解決定向井鉆進時井壁可溶巖鹽溶入鉆井液造成井眼軌跡模糊的問題。

3)超高密度過飽和鹽水鉆井液體系高溫高壓下仍具有較低的濾失量，能形成薄而韌、壓縮性好的泥餅。不僅能滿足定向井鉆進中鹽膏層蠕變的要求，同時也能滿足鉆井作用中流變性能的要求。

[參考文獻]

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[編輯]帥群

Research of Ultra-high Density and Supersaturated Brine Drilling Fluid System

Mou Yunlong,You Fuchang, Wang Lei, Yang Peilong

(FirstAuthor’sAddress:CNOOCIraqLimited,Beijing100010,China)

Abstract:In order to solve the problems in the drilling of gypsum and directional drilling and deflecting in the gypsum layers, there should be a high density drilling fluid to balance the creep of gypsum salt bed. Through supersaturated saline design，selection aggravated modes，treatment agent selection and evaluation, a set of ultra high density saturated salt water drilling fluid systems were established. The results show that the ultra high density saturated brine is designed by using saturated salt solution，it can prevent dissolved brine drilling fluid coming into the formation fundamentally. Drilling fluid system has good rheological property in density of 2.60g/cm3.The plastic viscosity is less than 60mPa·s, and has good performance of anti-contamination, inhibition and heat resistance.

Key words:ultra-high density；supersaturated brine drilling fluid；rheological property；anti-contamination; heat resistance; wellbore stability; directional drilling and deflecting

[中圖分類號]TE254

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)8-0046-04

[作者簡介]牟云龍(1984-)，男，工程師，長期從事油氣田鉆井技術工作；通信作者：由福昌，yfc81@163.com。

[收稿日期]2015-10-20

[引著格式]牟云龍，由福昌，王雷，等.超高密度過飽和鹽水鉆井液體系研究[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(8):46～49.