饱和盐水聚合物泥浆的研制及应用

饱和盐水聚合物泥浆的研制及应用赵宗昌１，邹海江２，李鹏飞２（１．陕西澄合天宇勘探建井工程有限责任公司，陕西澄城　７１５２００；２．陕西省煤层气公司天宇地质研究院，陕西西安　７１００６５） 摘　要：钻探作业中，常常遇到盐膏、盐溶地层，给钻进带了许多麻烦及孔内事故，其主要的原因是地层中盐的溶解。

为了顺利钻穿盐膏层，应采取有效的措施以控制盐的溶解速率。

若利用现场的水源或在泥浆中预先加入工业食盐，可使水基泥浆具有更强的抗盐能力和抑制性。

浓度高的盐水泥浆矿化度极高，抗污染能力强，可使盐膏层中盐的溶解减至最小程度，避免大肚子井眼的形成和井塌等复杂情况的发生，从而使井眼规则，确保钻探施工的顺利进行。

本次研究以青海省茫崖镇大浪滩东北部深层卤水钾盐矿普查项目中钾盐井钻探施工为例，对饱和盐水聚合物泥浆的研制及应用予以说明。

关键词：饱和盐水聚合物泥浆；盐膏层；钻探；钾盐井 中图分类号：ＴＥ１４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１６）０８—００２０—０３ 在地层含有易溶矿层情况下，常规泥浆配比容易造成矿层溶化，耗费泥浆材料增大，这样往往钻探工作量增大，资金投入增多，导致所需的工期延长，人力增加及材料的虚耗等。

本研究项目直接服务于青海省柴达木盆地钾盐勘探项目，为了保障钾盐井的顺利施工，我公司拟通过更换原有的泥浆材料，改变配置泥浆的工艺，以达到有效控制孔壁缩径、坍塌等一系列井内事故的目的，旨在针对目标地层配置出相应的聚合物饱和盐水泥浆，从而有效控制矿层溶化，保证钻孔质量，节省时间，减少资金投入等。

１　盐水泥浆的应用背景凡ＮａＣｌ含量超过１％的泥浆统称为盐水泥浆。

一般将其分为欠饱和盐水泥浆、饱和盐水泥浆和海水泥浆三种类型，其中饱和盐水泥浆是指含盐量达到饱和状态（含盐３５％左右）的泥浆。

在２０世纪８０年代中期，我国就研究成功饱和盐水泥浆体系，使其顺利钻进盐膏层，基本解决了盐膏层的盐溶、缩径、井塌及卡钻等井下复杂情况。

因此现已形成了较成熟的饱和盐水泥浆体系和针对不同地层的饱和盐水泥浆配方。

特别是饱和盐水泥浆在一些油田上的使用，有成功钻达６０００ｍ的记录。

在新疆矿产勘探中，受钻遇地层所限应用不是很多。

所以遇到盐溶地层，通过多方面查阅资料，并结合矿区的实际情况进行泥浆配制。

２　饱和盐水聚合物泥浆研制的关键技术２．１　聚合物饱和盐水泥浆配置与性能指标的确定２．１．１　选择原则。

井眼稳定是安全钻井的重要条件，选择适合该区井下条件的聚合物，增强钻井液的封堵能力，降低钻井液滤失量，以确保井壁的稳定和形成规则的井眼。

①由于大段的膏岩，盐岩中夹杂着薄层的泥岩，必须有效抑制其水化分散，否则，会使膏岩，岩盐失去支撑而造成井壁坍塌。

②选择具有良好的抗高温、抗盐污染能力的降滤失剂，严格控制钻井液的降滤失量，确保形成优质泥饼。

③控制适当的含盐量是非常重要的。

如果含盐量太低，则会造成地层中的盐溶解，影响岩心采取率，从而形成大肚子井眼；相反，就会容易出现重结晶现象而造成缩径卡钻。

④在盐膏层钻井过程中，ｐＨ值往往会不断地下降。

因此ｐＨ值的控制对于盐膏层钻井显得尤为重要。

⑤控制好盐岩、膏岩对钻井液的污染。

处理时应及时补充纯碱，但纯碱过量生成的ＣＯ３２－会对钻井液造成新的污染。

⑥保证钻井液优良的润滑性。

在用小径（Φ１３３ｍｍ）复合片钻头进行取芯工作时，常规做法是使用土粉、火碱、纤维素来配置泥浆进行孔壁保护。

由于施工钻探孔通过取芯上部含有可溶性矿层，并且含有较为松散的砂砾石层，所以选择饱和盐水聚合物泥浆既能减少矿层溶化，也可以防止松散地层坍塌，为以后的取芯工作创造了良好条件。

２．１．２　处理剂选择。

根据项目所在地区的地层特点和本井的钻探要求，对国内目前常用的处理剂进行了筛选，最后确定选择ＣＭＣ（羧甲基纤维素钠）为处理添加剂。

２．２　聚合物饱和盐水泥浆的比选２．２．１　原有钻井液配制。

盐水泥浆具有良好的流动性和较小的失水量，稀释剂以铁铬盐为好，降失水剂选用Ｎａ－ＣＭＣ。

由于盐水泥浆中钠离子较多，会把膨润土中的氢（Ｈ＋）置换出来，使ｐＨ值下降，为此需要用烧碱来调节ｐＨ值。

根据其他地区的工作经验，在本项目施工的初期，我公司使用优质膨润土、纤维素（ＣＭＣ）、烧碱等０２内蒙古石油化工 ２０１６年第８期　收稿日期：２０１６－０６－２０材料来配置泥浆，具体配方见表１。

２．２．２　存在问题。

在施工过程中，由于经验不足，泥浆配置出现问题，导致起初的察ＺＫ０１钻孔一开始就出现缩径、涌水等一系列施工问题，主要表现在以下几个方面：①所用的泥浆材料在饱和盐水中不易溶解，出现沉淀分层现象；②所配置的泥浆失水量无法控制，泥饼厚且无韧；③出现缩径、涌水等一系列施工问题。

表１　原有钻井液配方一览表序号材料名称及代号加量（ｋｇ／ｍ３）备注１膨润土３０～５０２ＮａＣｌ按实际需求３ＦＣＬＳ　４～８４ＣＭＣ　１０～３０５ＲＨ－３　１５～３０６烧碱５～１２ｐＨ调节７ＦＴ－１　５～２０井壁稳定２．３　新钻井液的配制与性能指标确定在这种情况下，我公司专门高薪聘请泥浆师进行现场培训与指导，更换了原有的泥浆材料，改变了配置泥浆的工艺，在整个施工过程中始终保持泥浆的各个性能，泥浆材料在用量上减少了将近一半，并且保证了施工的顺利，在工期上提前完成各个工程，给单位在经济上创造了很大的效益。

２．３．１　非含盐井段（０～２００ｍ）泥浆类型、性能与处理。

非含盐井段地层一般松软，可钻性好，且井壁稳定，采用不分散低固相淡水泥浆，用优质膨润土配制基浆，采用１ｍ３泥浆中加入碳酸钠１０ｋｇ、水解聚丙烯酰胺（ＰＨＰ，水解度３０％）１ｋｇ、水解聚丙烯腈（ＨＰＡＭ）３ｋｇ的配方调整泥浆性能。

表２　新钻井液基本配方一览表序号材料名称及代号加量（ｋｇ／ｍ３）备注１膨润土３０～５０２钾盐３～１０３卤水２０００ｍ３４高粘１０～３０５纤维素１０～５０６抗盐共聚物５～７７ＮａＯＨ　２～５８磺化沥青１５～４０９铵盐１０～３０１０重晶石根据需要加重剂１１封堵防塌剂根据需要２．３．２　含盐井段（２００～１５００ｍ）泥浆类型、性能与处理。

为顺利完成定向斜井钻进，到岩盐层必须更换氯离子含量达到１７～１８万ＰＰＭ的饱和卤水泥浆。

并进一步在饱和盐水泥浆中加入防塌剂和润滑剂，对斜井井壁行防塌和润滑处理，使整个斜井钻进过程中，井内无掉块现象，钻进阻力减少，以确保定向钻进的顺利进行。

基本配方见表２，性能指标见表２，卤水尽可能使用ＣＭＣ维护，降失水。

在卤水中ＣＭＣ降失水效果最好。

砂岩段粘度６０秒以上，泥岩段加入抗盐降滤失剂、ＦＡ－３６７控制造浆，固体润滑剂，ＭＥＧ润滑剂降低摩阻，尽可能提高ｐＨ值，全井以ＣＭＣ维护控制失水。

使用好除砂器。

加入磺化沥青改变泥饼质量。

铵盐改变流动性、降粘，配制时铵盐与烧碱不要同时配制。

磺化酚醛树脂加入改变泥饼质量和降低高压失水降低摩阻。

表３　新钻井液性能表项目性能指标０～２００　２００～５００　５００～１５００密度（ｇ／ｃｍ３）１．２～１．５　１．２５～１．５　１．３５～１．８漏斗粘度（ｓ）３０～５０　３０～５０　３０～５０ＡＰＩ失水量（ｍｌ）＜２０＜１０＜８滤饼（ｍｍ）＜２＜２　１ｐＨ值８～１０　８～１０　９．５～１１含砂量（％）＜４＜４＜１ 备注：钻井液密度根据以往我单位在该地区钻探经验及该地区地层压力系数确定。

３　应用效果分析项目实施过程中共施工钾盐井６个，钻探进尺７１９３．５８ｍ；完成泥浆性能指标。

研究主要包含两方面内容：在工艺上通过研究有效防止了矿层溶化，保证了钻孔合格效果；在材料上选用了多种泥浆材料，对仪器检测出来的问题能够单向性处理，方便处理速度较快。

主要做到以下三点：①通过对各个钻孔的取芯工作来选择研究适用的泥浆材料，取消了使用泥浆材料单一的方法。

②首先改变泥浆材料的投放顺序，再对泥浆材料进行长时间水化，然后将水化好的材料进行长时间搅拌。

根据地质条件及技术要求，选择适合的材料，再将泥浆材料在淡水中进行长时间水化，然后按照一定的投放顺序进行搅拌，控制搅拌时间，通过取芯工作来调节泥浆的性能指标，从而使泥浆发挥最佳效果，达到钻孔顺利结果。

③使用泥浆材料多样化（降失水、抗盐抗高温、降粘、改变流动性等）。

在对泥浆进行调配时，首先用泥浆测量仪器对泥浆系数进行测量，然根据测量数据来判断所需要添加的泥浆材料，再经过长时间搅拌添加到生产的泥浆循环槽里，直道泥浆系数达到要求为止。

３．１　应用效果井径控制方面，在改变泥浆配方后，通过测井资料显示，井径变化控制在２０ｍｍ范围之内，说明应用的钻井液起到了良好的作用。

井径变化范围见图１。

由图２可以看出，全井段钻井液中氯离子控制在１８００００～１９００００ｍｇ／Ｌ，避免了氯离子过高而引起盐重结晶造成卡钻；同时也避免了氯离子过低而引起盐的溶解，以及井眼扩大、井壁垮塌的问题。

１２　２０１６年第８期 赵宗昌等　饱和盐水聚合物泥浆的研制及应用由图３可以看出，钻井液密度控制在设计的较低范围，避免了密度过高引起井漏；同时也避免了密度过低而引起盐层蠕变，而造成的缩径卡钻事故。

图１　井径变化图图２　钻井液氯离子变化图图３　钻井液密度变化图３．２　经济效益比对我公司先前施工察汗斯拉图察ＺＫ０１钻孔的钻探工作，设计孔深１５５０ｍ，但由于泥浆原因于１５００ｍ终孔，取芯钻探历时５个月。

在使用原有配方过程中出现泥浆与卤水分层沉淀、失水量无法控制、泥饼厚且无韧性，导致上层泥质层孔壁无止境收缩，钻孔中使用膨润土２０ｔ、纤维素９．５ｔ、高粘６．５ｔ、烧碱８．７ｔ、重晶石粉１９ｔ，共花费泥浆材料费用３０余万元，平均２００元／ｍ泥浆材料费用，最终还是电测遇阻，下井壁管困难。

为此造成人工损失、柴油损失、泥浆材料消耗共计８０万元。

采用新配方后，仅青海省茫崖镇大浪滩东北部深层卤水钾盐矿普查ＺＫ４００１钻孔施工中，设计孔深１５００ｍ，通过泥浆工艺的改变于２个月２０天完成取芯工作。

施工过程中，使用纤维素５ｔ，抗盐降失水剂３ｔ，铵盐４．３ｔ，膨润土４．５ｔ，合计材料费用１６．１５万元，平均１０８元／ｍ泥浆材料费用。

在孔深相同的情况下，通过泥浆工艺的改变，节省材料费用１３．８５万元，工期缩短了５０％。

４　结束语“新方法”的创新点是能够使每种泥浆材料在各种处理条件下达到最佳效果，经过仪器测量，发现的问题能够及时处理，使泥浆的指数达到最佳。

同时该方法在此次施工过程中节约了泥浆材料，施工中可以调配泥浆，不用通过排除废泥浆来施工，减少１０００ｍ钻孔常规扫空次数数十次，使工期缩短了一半；并且将原有的泥浆材料费用从２００元／ｍ降低至１０８元／ｍ，节约泥浆材料费用数十万元。

“新方法”简化了施工程序，缩短了施工时间，节约了施工费用，证明了这种方法的可行性、先进性。

随着钾盐矿不断向深部发展，地质勘探难度不断增加，泥浆的使用要求愈来愈严格，聚合物泥浆经济、低耗、高效的特点必将使其得以广泛应用和推广。