K区块盐膏层钻井液体系技术研究

王 冬，单 进，杨峤峰，黄友亮，乐 明

（1.长江大学石油工程学院，湖北武汉430100；2.油气钻采工程湖北省重点实验室，湖北武汉430100；3.中原石油工程公司a.西南钻井分公司；b.钻井二公司，河南濮阳457001）

K区块盐膏层钻井液体系技术研究

王 冬1，2，单 进3a，杨峤峰1，2，黄友亮1，2，乐 明3b

（1.长江大学石油工程学院，湖北武汉430100；2.油气钻采工程湖北省重点实验室，湖北武汉430100；3.中原石油工程公司a.西南钻井分公司；b.钻井二公司，河南濮阳457001）

K区块所钻井在钻遇盐膏层地层过程中遇到易掉块，机械钻速低，钻井周期长等难点。笔者基于该区块的钻进难点，对该区块的钻井液体系进行了流变性、抑制性及热稳定性的评价，并通过一系列对比研究表明通过向氯化钠饱和或欠饱和盐水钻井液中加入硫酸钠可以较好地控制石膏的溶解和维持钻井液性能稳定。所复配的钻井液体系值得在该区块后续的盐膏层钻井中进一步的推广应用。

盐膏层；钻井液；抑制性；推广

K区块的受力性质主要是南北方向上的挤压应力，其构造特征为一强烈变形的山前逆冲带，发育一系列不完整的逆冲推覆构造体系，且成排成带分布。根据临近井所钻资料显示该区块在钻进过程中整体机械钻速较慢，钻井周期较长，钻进效率低且含有巨厚的砾石层、盐膏层极大程度的影响了钻进效率。

K区块在钻井过程中所遇到技术挑战主要有以下几方面：（1）地层温度高，要求钻井液具有较好地抗高温性能；（2）钻遇膏盐层对钻井液抗钙性能和井壁稳定提出更高要求；（3）掉块现象比较严重，需要进一步的增强钻井液的抑制性；（4）地层存在多套压力系统，包括浅层气和高压盐水层，这就需要对钻井液的密度进行进一步的调整。基于以上难点，笔者对K区块钻井液体系展开了一系列的研究优化出了适合本区块钻井的钻井液体系，对于该区块后续的勘探开发具有十分重要的意义。

1 K区块钻井液性能评价实验

1.1 流变性能评价

K区块所钻井现场5100m处所用钻井液体系为KCl-欠饱和盐水钻井液体系，主要配方：4%膨润土+0.3%KPAM+8%磺化酚醛树脂SMP-2+6%抗盐褐煤树脂+6%抗温抗盐降失水剂+3%沥青类防塌剂+1%聚合醇防塌剂+0.6%烧碱+15%NaCL +5%KCl+3%聚阴离子纤维素+0.2%随钻堵漏剂，其流变性室内试验结果见表1。

表1 K区块氯化钾欠饱和盐水钻井液流变性Tab.1 Rheological properties of potassium chloride under saturated brine drilling fluid in K block

从表1的实验结果数据可以看出，K区块所用的该钻井液体系流变性性能良好。

1.2 抑制性性能评价

取该区块的钻屑样品在所钻井所用钻井液中150℃下热滚16h后测其回收率，在350mL现场钻井液中加入过6～10目样品50g，150℃热滚16h后过40目筛子回收烘干并称重，实验结果见表2。

表2 K2井样品热滚回收率Tab.2 Hot rolling recovery rate of well sample in K2

从表2可以看出，该层位钻屑在现场钻井液的热滚回收率较高，库2井现场用钻井液抑制性较好。

1.3 抗温性实验评价

室内评价了欠饱和盐水钻井液体系的抗温性，研究了其在140~170℃温度下钻井液性能的变化，其数据结果见表3。

表3 欠氯化钾饱和盐水钻井液体系抗温性Tab.3 Temperature resistance of drilling fluid in Saturated Brine under low potassium chloride

分析数据结果可知，库2井钻井液体系的抗温性能较好。能满足现场钻井需要。

1.4 氯盐对CaSO4溶解性影响

NaCl、KCl、MgCl2和CaCl2对石膏溶解度影响见图1、2。

图1 NaCl和KCl对石膏溶解度影响Fig.1 Effect of sodium chloride and chloride on the solubility of gypsum

图2 MgCl2和CaCl2对石膏溶解度影响Fig.2 Effect of magnesium chloride and potassium calcium chloride on the solubility of gypsum

作为一价盐的KCl和NaCl，随加量增加，对石膏溶解度影响规律有些差异，KCl促进石膏的溶解，而NaCl则是先促进，超过15%左右时又抑制石膏的溶解；CaCl2明显抑制石膏溶解，MgCl2与NaCl规律有些相似，加量在4%以内时促进石膏溶解，超过4%时又明显抑制研究溶解。

以15%的NaCl溶液作为欠饱和盐水，研究了Na2SO4和CaCl2两种盐对石膏的溶解性影响，见图3。这种规律与单一的Na2SO4或CaCl2对石膏溶解性影响规律性相一致，但CaCl2影响程度相对更厉害。

图3 CaCl2和Na2SO4对氯化钠欠饱和溶液中石膏溶解性影响Fig.3 Effect of calcium chloride and sodium sulfate on the solubility of gypsum in the less saturated solution of sodium chloride

2 K区块欠KCl饱和盐水钻井液体系优化

从以上室内石膏溶解与抑制研究结果可以知道：在饱和盐水或欠饱和盐水钻井液中通过添加CaCl2或Na2SO4均能有效抑制石膏溶解，而且CaCl2作用效果比Na2SO4更为明显，但CaCl2对水基钻井液体系性能有不良影响，主要表现在许多水溶性聚合物抗钙能力差，以及Ca2+对膨润土有较强絮凝作用，从而导致钻井液失水量增大，造壁性变差。基于以上考虑，在欠饱和盐水中加入Na2SO4以抑制石膏的溶解是合适的。

在室内以现场欠饱和盐水钻井液体系为基础，确定基浆配方：4%土粉+0.3%KPAM+8%磺化酚醛树脂SMP-2+6%抗盐褐煤树脂+6%抗温抗盐降失水剂+3%沥青类防塌剂+1%聚合醇防塌剂+0.6%烧碱+3%聚阴离子纤维素+0.2%随钻堵漏剂+重晶石+5%KCl+15%NaCl+3%Na2SO4。

在该基浆的基础上分别评价了1#：基浆；2#：基浆+1%石膏；3#：基浆+3%Na2SO4；4#：基浆+3%Na2SO4+ 1%石膏，4种钻井液配方的性能。

室内评价了穿盐膏层钻井液体系的流变性其数据结果见表4。

表4 优化后穿盐膏层钻井液体系流变性评价Tab.4 Evaluation of rheological property of drilling fluid system with optimized drilling fluid

由实验结果可知，不加Na2SO4的KCl欠饱和盐水钻井液发生石膏侵后，其粘度和失水均有明显变化，而加有3%Na2SO4的钻井液则保持性能稳定。这说明Na2SO4充分发挥了抑制石膏溶解度功效，有利于保持钻井液性能稳定和井眼稳定。

3 结语

（1）通过对K区块所钻井5100m处的钻井液体系的室内流变性、抑制性以及热稳定性评价表明KCl-欠饱和盐水钻井液体系稳定性较好，适合在该区块其他井的钻进过程中进行推广；

（2）可溶性盐对石膏溶解性影响主要受盐效应和同离子效应控制，NaCl、KCl、MgCl2和有机盐在常用加量范围内对石膏溶解性有促进作用；

（3）CaCl2和Na2SO4因同离子效应对石膏溶解性有抑制作用，相同加量时CaCl2对石膏溶解性抑制作用更明显；

（4）通过向NaCl饱和或欠饱和盐水钻井液中加入Na2SO4可以较好地控制石膏的溶解和维持钻井液性能稳定。

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Study on drilling fluid system of salt gypsum layer in K block

WANG Dong1,2，SHAN Jin3a，YANG Qiao-feng1,2，HUANG You-liang1,2，YUE Ming3b
（1.College of Petroleum Engineering in Yangtze University,Hubei Wuhan 430100，China；2.The Key Laboratory of oil and gas drilling engineering in Hubei Province,Hubei Wuhan 430100，China；3.a.Southwest Drilling Branch Company,Zhongyuan Oil Field Engineering Company；b.The Second Company，Zhongyuan Petroleum Drilling Engineering Co.Puyang 457001,China）

In the process of drilling in salt gypsum layer,the drilling in K block is easy to fall off,the mechanical drilling speed is low,and the drilling cycle is long.The drilling difficulties based on the block,the block drilling fluid system were rheology,inhibitory properties and thermal stability of the evaluation,and through a series of comparative studies show through to sodium chloride saturated or undersaturated brine drilling fluid adding sodium sulfate can better control the dissolution of gypsum and maintain the stability of drilling fluid properties. The compound drilling fluid system is worthy of further popularization and application in the drilling of salt gypsum layers in the block.

salt gypsum layer；drilling fluid；Inhibitory property；extension

TE242

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161247

2016-07-25

王冬（1990-），男，在读硕士研究生，研究方向：钻井工程岩石力学。

黄友亮（1991-），男，在读硕士研究生，研究方向：钻井工程岩石力学。