有机硅钻井液体系介绍

有机硅钻井液的特点
1、防塌能力强，特别在一些易塌区块的防塌效果十 分显著。近年来井塌划眼等钻井复杂情况的减少与采 用该体系有关。 2、钻井液性能稳定，维护周期长。它介于聚合物钻 井液和抑制性钻井液之间,具有二者各自特有的优点, 易于维护,有利于防止井下事故复杂的发生。 3、固相容量限高，抗岩屑污染能力强，流变参数易 于 调 整 。 在 板 深 51 断 块 施 工 中 钻 井 液 密 度 达 到 1.67g/cm3时，钻井液性能仍然稳定。
3-2 1.04g/cm3 基浆+1.5%无荧光防塌剂
3-3 1.04g/cm3 基浆+2%无荧光防塌剂
4-1 1.04g/cm3 基浆+1%硅稳定剂
4-2 1.04g/cm3 浆浆+1.5%硅稳定剂
4-3 1.04g/cm3 基浆+2%硅稳定剂
5-1
1.04g/cm3 基浆+2%硅腐钾+ 1%无荧光防塌剂
现场工艺技术
2、定向井段
①井斜0-30井段 可采用聚合物钻井液体系或有机硅钻井 液体系。此井段的主要问题是降低钻井液的摩阻保证定向 的顺利进行。因此在进入造斜井段前向钻井液中加入适量 的润滑剂，使钻井液的摩阻小于0.10。 ②井斜30-60井段 此井段岩屑的携带及润滑防卡是钻进 的关键。因此钻井液必须有良好的流变性，减少岩屑的沉 积，并配合工程措施，有效的清除岩屑床。提高钻井液的 润滑性，防止卡钻的发生。体系的配方为：1.5%硅稳定剂 +1.5%硅稀释剂+2%硅腐钾+2%SAS+1.5%无荧光防塌剂 。使用时必须在2--3个循环周内完全转化，钻进时定期补 充SAS、硅稳定剂、和硅腐钾、无荧光防塌剂，用硅稀释 剂和水控制钻井液的粘切，加入润滑剂降低摩阻。
3.硅稳定剂，是由有机硅和低分子量有机化合物制 取的液态产品，用于改善泥饼质量，并具有明显的 抑制能力和稀释效果。
有机硅钻井液的 基本组成及配方
体系的基本处理剂：稳定剂（GWJ），稀释剂
（GXJ），防塌剂（G-KHm、SAS、SMP、低荧光
沥青、无荧光防塌剂），润滑剂（水基润滑剂、白
油、塑料微珠、RH-3），屏蔽暂堵剂（单封、细
现场工艺技术
1、直井段
本井段上部地层（一般为一开井段）采用预水化膨润土 浆，开钻前配40—60m3膨润土浆，水化好后开钻，钻 进时用清水控制钻井液粘切，钻至设计井深大排量洗井 ，起钻前注入粘度大于45s的优质膨润土浆，以利于表 层套管的顺利下入。进入明化镇后，由于地层造浆严重 ，所以采用聚合物钻井液体系，对于311mm井眼，按 每钻进2—4m补充聚合物胶液，聚合物胶液由大小分子 按1:2配成,用清水配合XY27等稀释剂控制粘度小于35s ，滤失量小于10ml。在第一只钻头起钻前，加入0.5-1.0%SAS，改善泥饼质量，以保证井眼的畅通。
现场应用
据统计：九八年、九九年我公司累计完成了十七口井深大于 4000m的深井，完成了十口井底位移大于1000m的定向井 ，下部井段所用钻井液体系都是有机硅 钻井液体系，详细 情况见表4，其中港深24-26井创造了我油田同类技套下深 和同类井钻井周期最短的油田新记录。到目前为止，我油田 采用有机硅钻井液体系钻进的最深井是乌深1井，有机硅钻 井液使用井深达到5456.93m，该井也是我油田所完成的井 深最深的一口深井，在施工中由于钻遇多层煤层，造成多次 井漏，但是井壁稳定，全井未发生卡钻、划眼等事故和复杂 。
大港泥浆技术服务公司
目录
一、作用机理
二、有机硅钻井液的基本组成及 配方
三、有机硅钻井液的特点 四、室内实验 五、现场工艺技术 六、现场应用 七、认识与建议
有机硅钻井液体系是一种新型的钻井液 体系，是我油田90年代的重点科研成果。 该体系具有防塌能力强、易维护、润滑性 好、抗温能力强等特点，广泛应用于深井、 超深井、大斜度定向井、大位移定向井、 水平井等高难度井的施工中，能够满足有 利于保护油气层的地质录井、钻井施工要 求，是目前我油田高难度井施工的首选钻 井液体系，曾在长芦地区高密度井大面积 推广，还成功地应用于板深35井、歧南2 井、板深7井，在十二口水平井进行了应 用，该钻井液体系的工艺技术居于国内领 先水平。
现场应用
九四年以来，我们完成该体系的室内研究后，在 现场试验取得了很好的效果，该成果于九七年通过 集团公司科委验收，并获得集团公司科技进步二等 奖。此后该体系在现场推广获得了成功，解决了困 扰我油田多年的港东沙河街泥页岩地层坍塌严重的 难题。具体应用情况见表4-7。自九八年以后有机 硅钻井液已经成为我公司施工深井、高难度定向井 的首选钻井液体系
目碳酸钙、油溶性暂堵剂），辅助性处理剂（膨润
土、CaCO3、重晶石、消泡剂、携砂粉、堵漏剂等 ）。
体 系 的 基 本 配 方 为 ： （ 3-4 ） %GWJ+ （ 3-4 ） %GXJ+（3-5）%G-KHm+（2-4）%SAS+（2-3 ）%SMP+（1.5-2.0）%无荧光防塌 剂+(1-1.5)%
2947 48.7 1559.26 3490 84.5 1122.19
7.33 4.95
682.83 86.00 269.00 532.35 86.27 330.00
井漏损失 30.5
3561 102.5 916.07
4.16
574.36
88.50
351.37
划眼损失 288 重钻损失 33.5 仪器落井损失 155
②用硅稀释剂配合清水控制钻井液的粘切，调整流变参 数。钻井液动塑比控制在0.35--0.8Pa/mPa·S的范围内。 配合适当的短起下钻、适当的泵排量，保证井眼净化的需 要。如钻进时仍不畅通，可用稀或稠钻井液段塞洗井。加 入润滑剂降低摩阻。
现场工艺技术
③进入漏层前控制适当的钻井液密度，并在钻井液中 加入1—2%的单封，做好防漏工作。进入漏层后注意 观察钻井液液面变化，起下钻开泵要尽量避开漏层， 泵排量要由小到大，以免造成过大的压力激动而蹩漏 地层。 ④进入目的层前50m，加入与地层孔隙相配的暂堵剂 （如油溶暂堵剂、纤维状暂堵剂），或将钻井液转化 为保护油气层的完井液，钻进时精心维护。 ⑤完钻前50m调整好钻井液性能。完钻后充分循环洗 井，保证井眼干净，起钻前在裸眼井段加入1.5—2% 粗粒塑料微珠，以保证电测的成功。
m/台月
机械钻 速 m/h
位移 m
井斜 水平段
m
事故复杂 损失时间 h
3490 87.6 1100.94 4.86 483.87 89.54 305.00 卡钻损失
44
2813 46.3 1607.59 9.38 688.72 85.75 333.19 井漏损失 24
3488 68.8 1332.99 5.13 450.92 91.00 250.79
0 自来水
回收率% 35.2 40.3 45.4 44.5 45.0 34.3 40.0 43.5 22.8 22.5 22.0
48.8
23.4
从表1看出硅腐钾 和腐钾的抑制分 散能力相当,若硅 腐钾与无荧光防 塌剂复配使用时, 其抑制分散能力 更强。
室内实验
2、HTHP(150C/3.5MPa)滤失量1.04g/cm3基浆中加
2%处理剂,在150C/3.5MPa条件下测得的HTHP滤失量
,见表2 表 2
配方
2%硅腐钾 2%腐钾 2%+无荧光防塌剂 2%硅稳定剂
HTHP 失水量(ml)
54
60
78
84
硅腐钾的HTHP降滤失能力比腐钾、无荧光防塌 剂强。
室内实验
3、有机硅钻井液防塌性能评价结果见表3。
表3
配方
页岩稳定性指数(SSI)
1.04g/cm3 基浆
38.2
A
88.0
B
90.6
注:A配方为1.04g/cm3基浆+0.1%KPAM+1%硅稳定剂 +1%硅稀释剂+2%硅腐钾+1%无荧光防塌剂。 B配方为 1.04g/cm3 基 浆 +0.2%KPAM+1.5% 硅 稳 定 剂 +1.5% 硅 稀释剂+2%硅腐钾+1.5%无荧光防塌剂。从表3中看出 ，有机硅钻井液的两种配方防塌能力都很强。综上述试 验，现场采用配方B。
有机硅钻井液的特点
4、抗温能力强，钻井液体系抗温可达到 200℃。 5、该体系有利于保护油气层，在应用井中渗 透率恢复值达80%左右。所用处理剂酸化率 较高，有利于增产措施的实施。 与此同时，有机硅钻井液也存在抗盐、钙污 染能力较弱的不足，在使用中要求钻井液用 水总矿化度一般不能高于3000mg/l。
现场工艺技术
3、斜大于60及水平井段
此井段的主要技术难点是防塌、携岩、润滑。因此在原防 塌钻井液的基础上采用以下措施： ①向钻井液中加入5—8%原油、或2%润滑剂，以保证钻井 液具有良好的润滑性。若起下钻阻力较大，可在裸眼井段 加入1.5—2%粗粒塑料微珠，保证起下钻安全。加大防塌 剂的加量，适当提高钻井液密度，使其具有较强的防塌能 力。
%
m/h
率%
5.07 10.48
6.87
2.25
6.86
6.56
11.05 8.75
10.39
20.71 6.85
9.77
21.95 7.68
9.34
16.67 7.29
8.97
事故复杂 率%
1.77 2.06 1.95 2.84
电测成功 率% 100 100 90.48 90.89 88.89 97.53
3169 58.50 1348.43 6.43 367.55 86.00 168.25
3356 92.3 895.05
现场工艺技术
大港油田地层比较复杂，上部地层造浆特别强 ，下部地层极易吸水膨胀、垮塌，南部区块的 生物灰岩、玄武岩、石膏层等特殊岩性。下入 技 套 或 钻 到 适 当 地 层 后 ， 一 次 性 加 入 GWJ 、 GXJ、G-KHm后改为有机硅钻井液，钻进中以 维护为主，定向井定向前加足润滑剂，并补足 SAS，在长裸眼井段钻进需要提高密度时，起钻 到技套加重，进入深井段后加SMP等，深井高 温条件下防起泡加消泡剂，大斜度井、水平井 搞好短起下钻除屑防卡，进入油气层前加入屏 蔽暂堵剂保护油气层。具体措施：
作用机理
有机硅主要成分为CH3·Si(OH)2ONa(甲基硅醇钠) 的不同缩合物。有机硅分子中的Si--OH键容易 与粘土上的Si--OH键缩聚成Si--O--Si键，形成 牢固的化学吸附，可在粘土表面上形成一层钾基 朝外的CH3--Si≡吸附层，使粘土亲水表面反转为 亲油，阻止或减缓了粘土表面和层间的水化作用； 同样也减弱了钻井液中粘土颗粒间的相互作用力， 削弱了网架结构。因此有机硅不仅具有较好的抑 制泥页岩水化能力，而且也具有较好的钻井液稀 释能力和润滑性能。另外由于有机硅本身的裂解 温度高于300C以上，且与粘土表面产生牢固的 化学吸附作用，因此在钻井液中其抗温能力可高 达200C以上。
渗透率恢 复值 %
80.59 83.80 81.67 82.06 81.08
现场应用
井号 女 MH2 风 H1 女 MH3 风 H3 官 H88-44
板 H1
歧 H2
官 H88-50
官 H27-65 房 H1 小 H1 家 H1
有机硅钻井液所钻水平井的综合性指标
表5
井深 钻井 m 周期 d
钻机月 速
室内实验
1、硅腐钾、硅稳定剂等防塌剂抑制分散性试验
表1
编号
ห้องสมุดไป่ตู้配方
1-1 1.04g/cm3 基浆+1%硅腐钾
1-2 1.04g/cm3 基浆+2%硅腐钾
1-3 1.04g/cm3 基浆+3%硅腐钾
2-1 1.04g/cm3 基浆+2%腐钾
2-2 1.04g/cm3 基浆+3%腐钾
3-1 1.04g/cm3 基浆+1%无荧光防塌剂
作用机理
1.有机硅腐钾，是由腐植酸钾、有机硅在一定温度、 碱性环境及催化剂条件下制备的缩聚产物。它既具 有有机硅的强抑制性和高温稳定性、良好的润滑性， 又具有腐植酸类处理剂的降粘、降失水作用。
2.硅稀释剂，是由腐植酸类处理剂和有机硅经过磺 化再加入稳定剂制取的产品，不仅抗温稀释能力强 且抑制性也很好。与硅稳定剂复配使用时其稀释效 果更好。
现场应用
1、基本情况统计 有机硅钻井液使用情况综合统计 表4。
年度
1994 1995 1996 1997 1998 1999
井数 口 11 4 19 35 27 20
平均 井深 m 3397.53 3800.78 3134.80 3527.65 3597.23 3946.69
使用率 机械钻速 井径扩大