超高密度过饱和盐水钻井液体系研究

牟云龙　(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

由福昌　(荆州嘉华科技有限公司，湖北 荆州 434000)

王雷，杨培龙　(中海油伊拉克有限公司，北京100010)



超高密度过饱和盐水钻井液体系研究

牟云龙(中海油伊拉克有限公司，北京 100010)

由福昌(荆州嘉华科技有限公司，湖北 荆州 434000)

王雷，杨培龙(中海油伊拉克有限公司，北京100010)

[摘要]为解决巨厚盐膏层钻井及在盐膏层中定向造斜钻井的井壁稳定问题，必须要有高密度钻井液来平衡盐膏层蠕变。通过过饱和盐水设计、加重方式选择、处理剂优选与评价，建立一套超高密度过饱和盐水钻井液体系。结果表明：超高密度过饱和钻井液采用过饱和盐水设计，从根本上防止地层中的盐溶入钻井液。钻井液体系在密度2.60g/cm3时，依然具有较好的流变性能，塑性黏度小于60mPa·s，并且具有较好的抗侵污性能、抑制性能及抗温性能。

[关键词]超高密度；盐膏层；钻井液；饱和盐水

伊拉克Missan油田位于伊拉克东南部，钻井过程中出现的主要问题是，膏盐中的盐膏层及高压盐水层出现井漏、卡钻等现象。为了解决盐膏层钻井带来的复杂情况，解决盐膏层塑性变形、蠕变及盐溶解带来的井下问题，防止盐膏层定向造斜带来的各向异性的蠕变，钻井液就必须要具有更高的密度；并且在超高密度(2.6g/cm3)情况下，要具有较好的流变性，黏度易于控制;在建立饱和溶液后，应尽量减少再溶入盐膏层中盐的能力。采用过饱和盐水配浆将防止地层中的盐向钻井液中溶解。

1设计理念

针对超高密度(2.6g/cm3)钻井液的技术难点及特点，该体系的设计理念主要侧重于以下几点：①采用无黏土相配制钻井液，解决钻井液流变性问题；②采用过饱和盐水设计，解决地层中盐溶入钻井液的问题；③采用颗粒级配，解决钻井液体系的沉降问题；④体系必须具有较强的抗温、抗钙、抗污染的能力。

2体系建立

2.1过饱和盐水的选择

为确保所建立的体系具有较好的加重能力和流变性能，采用可溶盐作为饱和盐水，一方面满足加重的要求，减少粉体加重剂(重晶石)的加量；另一方面满足防止盐再溶入的要求。表1为饱和可溶盐在25℃和90℃下继续溶入盐的能力。可以看出，NaCl虽然再继续溶入盐能力较少，但其饱和后密度较低，不利于后续流变性控制；HCOONa继续溶入盐较大，不做选择；385%HCOOK饱和溶液效果较好，但用量太大；因此用150%HCOOK溶液作为盐溶液，并选择NaCl作为过饱和盐，将NaCl磨为粉末状，质量分数控制在5%以上，使其以粉末悬浮的状态存在于钻井液中，形成过饱和状态后地层中的盐将不会溶入钻井液中。

表1　饱和盐水溶入其他盐的能力

2.2降滤失剂的筛选

在过饱和盐水的基础上，对降滤失剂进行了筛选与评价(图1)，其中改性淀粉STARFLO和磺化沥青降滤失效果最好。确定过饱和盐水钻井液配方：淡水+0.25%Na2CO3+150%甲酸钾+5%粉状氯化钠+2%改性淀粉STARFLO+1%磺化沥青TX (配方中的百分数为质量分数，下同)。

图1　降滤失剂筛选

2.3加重方式的选择

为使钻井液达到更高的密度与沉降稳定性，在重晶石的基础上，选择超细铁矿粉来达到颗粒级配的目的。铁矿粉密度较高，大于5.0g/cm3，加重能力强，并且采用超细的铁矿粉，可以达到粒径匹配的目的。在重晶石加重的钻井液中复配一定的超细铁矿粉，一方面可以提高加重能力，另一方面还可以起到颗粒级配的目的，具有悬浮稳定、防沉降的作用，且流变性也极易控制。配方：淡水+0.25%Na2CO3+150%甲酸钾+5%粉状氯化钠+2%改性淀粉STARFLO +1%磺化沥青TX+加重剂(密度为2.60g/cm3)。从表2中可以看出，10%铁矿粉的加入，在改善加重性能的同时，也能够改善体系的流变性能。

表2　超细铁矿粉对体系性能的影响

注：μa为表观黏度；μp为塑性黏度；τd为动切力；Nφ6、Nφ3分别为六速旋转黏度计6、3r/min对应的读值。下同。

2.4超高密度过饱和盐水钻井液体系配方的确定

为优化该体系的最终性能，在体系中加入封堵剂、流型调节剂等来控制黏度与滤失量。评价配方：淡水+0.25%Na2CO3+150%甲酸钾+5%粉状氯化钠+2%改性淀粉STARFLO +1%磺化沥青TX+0.5%封堵剂LOCKSEAL +1.0%流型调节剂ST+10%超细铁矿粉+重晶石(密度加重至2.60g/cm3)。该体系流变性能好，流动状态好，滤失量、高温高压滤失量均较低。

表3　超高密度过饱和盐水钻井液基本性能

注：VAPI为API滤失量;VHTHP为高温高压降滤失量。

3性能评价

3.1抗温性能

在90、100、110、120℃温度下老化16h后，评价了钻井液抗高温性能，如表4所示。高密度盐水钻井液体系具有较好的抗温性能，在经过120℃老化16h后，性能依然稳定。

表4　超高密度盐水钻井液体系抗温性能评价

3.2加重性能

实验室对高密度盐水钻井液体系的加重性能进行了评价，结果如表5所示。该钻井液体系随着密度的增大，黏度和滤失量逐渐增大。该钻井液体系密度最高可以加重至2.80g/cm3，超过该密度后，钻井液流变性较差，基本无法流动，且中压滤失量也急剧增大。因此该体系在使用过程中应特别注意密度的控制。

表5　钻井液体系加重性能评价

3.3抗侵污性能

钻井液在循环过程中会受到地层岩屑的侵入，从而影响钻井液的性能。表6为钻井液体系抗侵污性能评价，从表中可以看出该体系受污染后，性能变化不大。

表6　钻井液体系抗侵污性能评价

注：复合盐质量比为NaCl∶CaCl2∶Na2SO4=2∶5∶3。

3.4抑制性能

钻井液抑制性的评价方法是分散性试验测定滚动回收率，离心法测定防膨率。由于多数现场钻屑都很细小，无法收集到足够多的6～10目的现场钻屑，因此实验室采用露头土代替现场钻屑进行试验。试验测得超高密度盐水钻井液一次滚动回收率为96.54%，二次滚动回收率为91.33%，防膨率为93.12%。

4结论

1)超高密度过饱和盐水钻井液体系的密度可达到2.60g/cm3，塑性黏度60mPa·s左右。具有良好的热稳定性、抗侵污性能和抑制性能，能够满足现场作业的要求。

2)建立过饱和溶液后，钻井液体系在升至地层温度后，无法继续溶入可溶盐，从而解决定向井钻进时井壁可溶岩盐溶入钻井液造成井眼轨迹模糊的问题。

3)超高密度过饱和盐水钻井液体系高温高压下仍具有较低的滤失量，能形成薄而韧、压缩性好的泥饼。不仅能满足定向井钻进中盐膏层蠕变的要求，同时也能满足钻井作用中流变性能的要求。

[参考文献]

[1]王建华.油田盐膏层钻井技术[J].探矿工程：岩土钻掘工程，2005，32(4)：47～49.

[2]王京光，张小平，杨斌，等.一种抗高温高密度饱和盐水钻井液的研制[J].天然气工业，2012,32(8):79～81.

[3]王平全，周世良.钻井液处理剂及其作用原理[M].北京：石油工业出版社，2003：75.

[4]张志财，孙明波.超高密度抗高温饱和盐水钻井液技术[J].钻井液与完井液，2010，27(5):12～14.

[5]张军，罗健生，彭商平，等.川东北地区抗高温超高密度钻井液研究[J].钻井液与完井液，2009，26(2):39～42.

[编辑]帅群

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

[中图分类号]TE254

[文献标志码]A

[文章编号]1673-1409(2016)8-0046-04

[作者简介]牟云龙(1984-)，男，工程师，长期从事油气田钻井技术工作；通信作者：由福昌，yfc81@163.com。

[收稿日期]2015-10-20

[引著格式]牟云龙，由福昌，王雷，等.超高密度过饱和盐水钻井液体系研究[J].长江大学学报(自科版)，2016,13(8):46～49.