硫酸钾聚合物钻井液体系存在的问题及其改进措施分析

孙明杰

【摘要】虽然硫酸钾聚合物钻井液体系具有防塌、防腐蚀、渗透率恢复值高等一系列优点，可以满足基本的钻探需要，但在面临较为复杂的地层条件时，该技术仍有一定的提高空间。本文从钻探过程中硫酸钾聚合物钻井液体系的常见问题出发，提出了改进的具体措施，为进一步加强对硫酸钾聚合物钻井液体系的质量控制提供了重要的技术指导。

【关键词】钻井液 硫酸钾聚合物 问题 改进措施

1 硫酸钾聚合物钻井液体系概述

随着石油勘探开发能力的提高，目前我国油田钻探的规模正不断扩大，深井、超深井、及其他特殊工艺钻井也正成为行业发展的趋势之一。为满足目前工作中复杂的钻探条件、油气层保护、环境保护、以及油田综合利用等方面的需求，国内各大企业都投入了大量资金和精力，用于相关理论的研究和应用技术的开发。在这一过程中，通过对钻井液体系的创新，解决钻探工作中的常见问题，进而提高钻探效率，缩短完井周期，已经成为了提高石油勘探开发技术水平的重要途径之一，而针对实际情况优选钻井液体系并在不断总结经验的基础上进行改进和完善，也已经成为新时期钻井液技术的发展方向。

作为钻井液体系中的重要一员，硫酸钾聚合物钻井液体系是指将K2SO4作为抑制剂和加重剂，将其与聚合物类处理剂一起组成的无固相硫酸钾钻井液体系。该体系表现出了较好的防塌效果和防腐蚀能力，能消除Cl-给钻探工作造成的负面影响，并对气层岩心具有>90%的渗透率恢复值，是钻探工作中较为常见的钻井液体系之一。虽然硫酸钾聚合物钻井液体系具有上述一系列优点，可以满足基本的钻探需要，但在实践中我们看到，该技术在地层条件复杂的情况下，仍有一定的提高空间。研究人员应充分认识到钻井液体系性能的调节工作对油田生产增效的重要作用，认真分析硫酸钾聚合物钻井液体系表现出的不足及其原因，并以富有针对性的措施予以改进，从而有效提高油田钻探的质量与安全。

2 工作中的常见问题及改进措施分析

2.1 硫酸钾聚合物钻井液体系在应用中存在的问题及其原因

首先，硫酸钾聚合物钻井液体系在实际工作中存在着流动性不足的问题，导致黏切增大，泵压上升等情况的出现。这通常是由于其包被抑制能力不足而引起的，若加入分散剂，则往往导致其变为分散性钻井液体系，固相含量大幅增加，使流动性变得更差。其次，硫酸钾聚合物的封堵能力和带砂能力也不理想，无法形成有效的半透膜，常造成井底漏失或原油流出导致的井眼失稳问题。此外，由于个别企业在钻探过程中未充分重视防塌措施的重要性，因硫酸钾聚合物钻井液的粘合作用不够而无法达到充分带走岩屑及其他废物的要求时，往往在钻进时对井壁产生腐蚀而造成井壁的失稳。

2.2 改进措施分析

2.2.1 改进机制研究

研究人员首先应树立“硫酸钾聚合物钻井液可增加或大幅度增加地层坍塌压力”的观念，并在此基础上，将硫酸钾聚合物钻井液的化学、力学特性与工程测井的原理相结合，合理制定坍塌压力与硫酸钾聚合物钻井液水化作用和封堵作用之间的定量评价方法，以及钻井液抑制水化能力和封堵能力实验评价方法等，不断建立健全钻井液体系的设计与改进机制。

2.2.2 采取补救方法

与油井注水泥等作业不同，硫酸钾聚合物钻井液技术的一个显著特点在于其可在作业过程中根据具体情况进行稀释或增稠等调整。为充分发挥这一优势，技术人员必须对钻井液的应用效果进行严格的监督和控制，一旦发现钻进过程中出现了失稳等常见问题，必须及时分析原因并找出补救的办法，力争通过对钻井液体系的调整提高其适应能力。

2.2.3 改进措施分析

为减少膨润土对抑制剂、包被剂等的消耗作用，降低黏切增高导致的系统对分散剂的依赖程度，硫酸钾聚合物钻井液体系应采用无黏土相以尽可能避免其对储层的伤害。为提高页岩的稳定性，可以通过对体系中硫酸钾等盐含量的增减控制器压力传递效应；在体系中适当加入包被剂，可提高其清除岩屑等有害固相的能力；而增黏提切剂的加入则可以提高低剪切速率下的黏度，使井眼的净化能力得到提高；依靠可变形封堵剂和与地层孔径相匹配的碳酸钙颗粒联合作用，封堵微裂缝和孔隙，可提高近井壁地带的封堵能力。此外，加入润滑剂使金属表面和钻屑的润湿性改变，也可减少钻头及钻柱泥包的几率，从而提高机械钻速。

3 效果分析

通过上述改进措施的实施，与原有体系相比，改进后体系的滚动回收率的提高了1.2倍以上，而其全天静态膨胀率则大大低于改进前的数据，表明改进后的硫酸钾聚合物钻井液对膨润土具有极好的防膨性能。相同类型、相同重量的页岩经过改进硫酸钾聚合物钻井液浸泡页岩8天以后的损失率仅为2.4%，与原有硫酸钾聚合物钻井液体系浸泡后的损失率相比有明显的减少，且其抑制页岩膨胀的能力也有明显增强。钻井液的固相仍会进入天然岩芯的孔隙之中，但侵入较少，大部分集聚在岩芯的端面，形成滤饼；由于有钻井液滤饼的遮挡，滤失侵入深度≤5.0cm。调查还发现，改进后的硫酸钾钻井液体系对岩心的渗透率仍有一定的伤害，且随着浸泡时间的延长，岩心的伤害是逐渐增加的，但其伤害率通常在30%以下。可见，在使用硫酸钾聚合物钻井液体系进行钻探作业的过程中，针对该钻井液体系的特点以及该体系钻进中出现较为频繁的问题中查找原因，基于各项技术难题中的基础问题和科学问题，借助其他相关学科的理论和方法，建立科学合理的实验研究方法和评价手段，进而对于该钻井液体系进行积极的改善和调整，对加强钻探作业的质量控制是科学而有效的。

4 结语

综上所述，随着石油钻探相关技术的不断推陈出新，很多化学成分都因其特有的性质和功能而被运用在钻井液体系的设计和应用中。在这一背景下，硫酸钾聚合物钻井液体系正越来越多地被采用和推广，并在钻进过程中发挥着不可替代的作用。然而，面对多变而复杂的地层条件，要确保钻井液技术优势的发挥，就必须不断完善钻井液的改进机制，提高其应用效率和适应性，促进企业钻探效率与安全性的提高。

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