高密度复合盐水钻井液体系在伊拉克Missan油田盐膏层中的应用

陈强,雷志永

(中海油服务股份有限公司油田化学事业部，天津 300452)

高密度复合盐水钻井液体系在伊拉克Missan油田盐膏层中的应用

陈强,雷志永

(中海油服务股份有限公司油田化学事业部，天津 300452)

为解决伊拉克Missan油田复杂盐膏层蠕动、盐重结晶、钻具阻卡、井漏、高压盐水层溢流等复杂问题，优选了密度高达2.2～2.35g/cm3的复合盐水钻井液，在伊拉克Missan油田800m巨厚盐膏层中成功应用。该钻井液性能稳定，悬浮性强，易于维护，具有良好的流变性，能有效抑制盐、石膏的溶解和泥页岩分散、膨胀，并且有很强的抗盐侵、抗膏侵、抗钻屑污染能力，充分满足了该区块盐膏层井段地层特性和安全钻井对钻井液技术的要求，并取得该地区盐膏层钻井100%成功率的应用效果，为解决巨厚复杂盐膏层钻进及顺利完成伊拉克项目提供了关键性技术保障。

盐膏层；抗盐；抗钙；抗污染；抑制性；伊拉克Missan油田；高密度钻井液；复合盐水钻井液

伊拉克Missan油田所钻的23口井是该地区施工难度较大的开发井，这是由于该地区盐膏层具有塑性变形及蠕变缩径、盐溶后井壁垮塌等特征，易造成钻井液流变性难以控制；同时，由于地层中含有大量造浆性强的软质泥岩及高压盐水层，要求钻井液具有良好的抗污染能力[1]。国外钻井液公司曾在Missan周边地区钻过多口探井，这些井曾多次出现性能失控、卡钻、井漏以及高压盐水层溢流等井下复杂情况。甚至出现像AG-4井因盐膏层蠕变缩径引起的卡钻报废[2]。笔者优选了密度高达2.2～2.35g/cm3的复合盐水钻井液，在伊拉克Missan油田800m巨厚盐膏层中成功应用，为解决巨厚复杂盐膏层钻进及顺利完成伊拉克项目提供了关键性技术保障。

1 Missan油田盐膏层钻井液技术难点及风险

Missan油田群位于伊拉克东南部，该区块存在巨厚复杂盐膏层且存在多个高压盐水层，压力因数高，地层破裂压力因数2.40，所需钻井液密度高，高密度钻井液抗污染能力及流变性控制难度大，钻井过程风险系数高，容易造成井下复杂事故。

1.1 钻井液技术难点

高密度水基钻井液体系由于固相含量大，自由水量少，体系所能承载的固相侵入很小等特点，维护其流变性的稳定性相对低密度钻井液比较困难，特别是在钻进大段的膏岩层时，大量石膏溶解，污染钻井液，造成钻井液失水增大，影响井壁稳定；塑性泥岩极容易造浆，高密度钻井液黏度很难控制，国外公司所钻井出现过钻井液黏度升高至140s，开泵困难，影响作业。因此钻井液的抗盐、抗钙、抗土相能力要强，避免因钻屑的污染导致钻井液性能恶化。同时，钻井液要具备较强的抑制性，能够抑制盐、石膏的溶解，以避免盐粒作为胶结物时，由于钻井液对盐类溶解度的抑制性不够而溶解，会引起井径的扩大导致井壁垮塌，而且盐岩地层容易出现盐重结晶现象，易造成卡钻[3～14]。

1.2 钻遇盐膏层风险系数大

伊拉克Missan地区Fauqi、Abu、Buzurgan共3个区块盐膏层含塑性泥岩、盐膏层等塑性地层，存在缩径、蠕动、卡钻的风险，国外公司所钻井在起钻阻卡处理过程中出现井漏、卡套管等井下复杂情况。3个区块普遍存在高压盐水层，容易发生溢流污染钻井液，而且密度窗口窄，高密度作业存在很大的井漏风险，国外公司所钻井在处理过程中发生溢流，提密度后引起井漏等复杂情况。分析Missan油田群的井史可知，采取低密度钻井液易出现缩径、盐水侵，而提高钻井液密度则增加了井漏的风险。当发生盐水侵时，先井涌，压井时井漏，再卡钻，遭遇该类事故钻井工程报废率高达50%，巨厚的盐膏层井段∅9in套管口袋设计只有10cm左右，若套管下不到位，直接影响下一开作业，这对井壁提出了更高的挑战。

2 现场维护及应用效果

高密度复合盐钻井液体系在伊拉克Missan油田的3个区块共23口井中得到成功应用。现以AGCS-XX井为例，介绍其现场维护及应用效果。

AGCS-XX井为中海油在Missan油田Abu地区的一口探井，该井四开(井深2109～2905m)存在800m盐膏层，使用高密度复合盐饱和盐水钻井液钻进，该钻井液体系对膏泥岩具有较强的适应性，抗石膏侵、盐侵能力强，有效抑制了软泥岩的分散造浆，钻进过程中钻井液性能稳定，维护处理简单，开泵循环通畅，安全快速钻穿Lower Fars层，为钻开Asmari油层打下良好的基础。

2.1 现场钻井液关键技术措施

2)严格控制钻井液密度对盐膏层井壁稳定至关重要。钻进中及时监测钻井液密度，不可猛提猛降密度，随着井深增加，以补充高比重浆液的方式均匀、缓慢地提高密度，使其不仅能够平衡地层压力，又不致于压漏地层，避免因密度引起井下复杂情况。

3)在钻遇盐岩之前，补充2%NaCl，必须保证钻井液是饱和的，防止盐岩的溶解导致钻井液性能的变化及井径的扩大；同时加入盐重结晶抑制剂，防止因为井底返出的钻井液因为温度降低使得盐重结晶导致的卡钻。

4)维持钻井液黏度在50～60s，滤失量小于5mL。当黏度继续上升时，加入预水化稀胶液护胶剂，以控制钻井液流变性。

5)维持钻井液在合理的pH值范围内，以便更好地控制钻井液流变性能；在Missan油田应用过程中，控制钻井液pH=8～9之间的弱碱性环境时，钻井液流变性容易控制，钻井液环境虽为弱碱性环境，但由于体系为饱和盐水体系，对钻井液中材料的保护和体系的稳定具有一定的维护作用。

6)充分利用固控设备，保证振动筛、除砂器和除泥器100%的利用率。尽量用细目数筛布清除粗颗粒重晶石及固相，保持井浆的干净，利用除泥器清除钻进中泥岩的侵入，因为密度高达2.3g/cm3的钻井液固相含量高，泥岩的侵入对钻井液性能的影响最大，故需利用好除泥器清楚钻进中泥岩的污染，维持井浆中固相含量≤ 30kg/m3以内。

2.2 现场应用效果

高密度复合盐饱和盐水钻井液配方：淡水+0.2%～0.4%Na2CO3+0.3%～0.5%NaOH+0.2%～0.4%HI-VIS+0.1%～0.3%瓜尔胶XC+0.1%～0.3%增黏剂PAC-HV+0.3%～0.6%聚阴离子纤维素PAC-LV+1.5%～2.5%磺甲基酚醛树脂SMP-I+1.5%～2.5%褐煤树脂SPNH+1%～2%磺化栲胶SMT+1.5%～3%沥青+饱和复合盐+0.1%～0.2%盐重结晶抑制剂+1%～2%重晶石RHY。在钻进盐膏层的过程中，钻井液各项性能稳定，对膏泥岩地层具有较强的适应性，抗石膏侵、盐侵能力强，有效抑制了软泥岩的分散造浆，钻进过程中钻井液性能稳定，维护处理简单，开泵循环通畅，达到了安全快速钻进的目的。

2.2.1 良好的流变性

在AGCS-XX井的现场使用中，该体系表现出了良好的流变性和流动性，如图1、2所示。密度在2.20～2.30g /cm3的情况下，漏斗黏度始终能维持在45～60s之间；塑性黏度能维持在50mPa·s左右，但动切力可以维持在5～14 Pa左右，而且六速旋转黏度计6、3r/min对应的读值分别维持在5～14和2～6，钻井液切力低，初切力和终切力分别维持在2～7Pa和5～18Pa。钻井液剪切稀释性强，静止3d后，开泵，返出的钻井液没有因为静止时间长而变稠，减少了起下钻压力激动。

图1 钻井液钻井时漏斗黏度及密度变化曲线

图2 钻井液钻井时塑性黏度与动切力变化曲线

2.2.2 抑制性强

该钻井液体系使用复合盐，大大降低钻井液活度，抑制性进一步提高。AGCS-XX井盐膏层段不仅含有大量石膏，而且夹有较多的灰色和褐色软泥岩，造浆性强；该层段钻进时，钻井液性能基本无变化，返出岩屑基本保持着钻头切削下来的形状，PDC钻头齿印清晰可见，棱角分明(图 3)，说明钻井液有极强的抑制性，有效抑制了石膏及软泥岩钻屑在钻井液中水化分散而造成钻井液性能恶化。图 4为返出的齿痕规则的盐岩，由其形状及齿痕可以看出，盐岩形状规则，齿痕明显，钻井液已经达到饱和，其对盐岩有较强的抑制性。

图3 返出膏泥岩、膏岩保持钻头切削的齿痕

图4 返出的盐岩保持钻头切削齿痕

2.2.3 抗盐、抗钙、抗污染能力强

钻井液在钻遇盐层之前，提前加至饱和，以抑制盐岩的溶解导致井眼扩大。钻进中Ca2+质量浓度最高达2040mg/L，C1-质量浓度最高达182000mg/L。将现场密度2.28g/cm3的井浆，分别加入Lower Fars层返出的石膏和劣质泥岩，于60℃下测定其性能。由表1试验结果可以看出，该体系在石膏、劣质泥岩污染后，钻井液性能依然稳定。该体系可以有效抑制泥岩、膏岩的水化分散引起的钻井液性能失控，有利于钻井液性能的维护和井壁的稳定。

表1 HIBDRILL钻井液抗污染能力评价

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；τi为初切力；τf为终切力；VAPI为API失水量。

2.2.4 悬浮携砂性强

由于钻井液密度高，加之高温天气，考虑到泥浆泵的负荷，AGCS-XX井在钻进过程中维持排量在2200～2400L/min，否则泵压过高。但在低排量下钻井液悬浮性依然很强，返砂效果很好。当钻井液在井下长时间静置时，仍然很均匀，井眼清洗效果明显，无砂桥和砂床形成，起下钻畅通，电测及下套管未发生遇阻现象，有效降低了起下钻、下套管以及固井过程中井漏的风险。

2.2.5 热稳定性强

取现场密度2.28g/cm3的井浆，分别在常温和水浴锅里80℃温度条件下，静止1、3d时间，均未发生沉降现象，说明具有较好的热稳定性。良好的稳定性保证钻井液在高密度下有良好的流态，长时间静止井筒钻井液无密度差，这大大减小了盐膏层缩径及井漏的风险。

2.2.6 井眼状况良好

图5 AGCS-XX井∅12in盐膏层井段井径曲线

3 结论

1)高密度复合盐水钻井液体系具有优良的流变性能，性能稳定，抗污染能力强，维护处理简单，减少了钻井液维护处理的时间，降低了钻井液成本与钻井工程的综合成本。

2)高密度复合盐水钻井液能有效抑制盐、石膏的溶解和泥页岩水化分散、膨胀，并且有很强的抗盐侵、抗膏侵、抗泥岩污染能力，可以使体系在钻遇盐膏层时保持其稳定性能而安全钻过，作业中维护简单，井壁稳定，解决了大段泥岩、软泥岩、石膏和盐层等复杂地层的钻进问题。

3)高密度复合盐饱和盐水钻井液体系适合伊拉克Missan油田群的钻井作业，成功应用于Missan油田23口井，并取得100%成功率的应用效果，说明该钻井液在复杂岩性钻探方面具有独特的优势，为解决巨厚复杂盐膏层钻进提供了一套有效的钻井液技术手段。

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[编辑] 帅群

2016-09-10

陈强(1984-)，男，工程师，现从事钻井液技术研究工作，chenqiang12@cosl.com.cn。

TE254

A

1673-1409(2017)15-0051-05

[引著格式]陈强,雷志永.高密度复合盐水钻井液体系在伊拉克Missan油田盐膏层中的应用[J].长江大学学报(自科版), 2017,14(15):51～55.