硅醇防塌钻井液体系介绍

硅醇防塌钻井液体系介绍我公司针对含盐、含膏的破碎地层而研究的硅醇防塌钻井液体系，成功地解决了破碎性、易坍塌地层的防塌问题，松散型强水敏地层的井径扩大率控制、.以及防漏、堵漏等方面应用都取得了显著的技术、经济效益，本文就硅醇防塌钻井液的研究过程、流变参数变化规律、抗污染能力、及现场应用效果进行介绍研究目的钻井过程中经常遇到结构松散、胶结性差、类似“干打垒”式的破碎性地层，另外还有一种长段盐膏层，里面夹裹着泥岩、灰岩和砾石，石膏一旦溶解，夹裹着的这些东西便迅速坍塌下来，给井眼造成极大危险，严重威胁着钻井施工。

例如胜利油田的胜坨、滨州、利津、临盘等地区的深井，都不同程度遇到了含砾石的破碎性地层，屡屡发生井壁坍塌问题，最典型的是南方海相地层的破碎地层和长段石膏层，引发了多次钻井卡钻事故，造成了惨重的经济损失。

为避免类似情况发生，钻井液必须解决破碎地层和盐膏层的防塌问题，.以解安全钻井的燃眉之急。

技术思路防塌技术一直是国内外钻井液工艺的研究重点，从防塌机理上讲，采用的方法不外乎两大类，一是用物理的方法，提高钻井液密度，增加对井壁的支撑力，改善钻井液流变性，提高携岩能力；二是用化学的方法，抑制地层水化膨胀，从而达到防塌的目的。

这方面的研究取得了可喜的成绩，出现了合成基钻井液、三磺钻井液、聚合醇钻井液、钙醇钻井液、正电体系钻井液等新型的钻井液体系。

但是对于破碎性地层和盐膏层，上述单纯靠抑制水化分散的方法是束手无策的。

用提高钻井液密度的方法又受到地层漏失压力的限制，也不利于油气层保护。

对于这种破碎性地层和盐膏层，如何解决它的防塌问题，乃是当务之急。

硅醇防塌钻井液体系就是在这种想法的基础上提出来进行研究的。

它的防塌机理有别于上述两类方法，它是破碎性、含盐膏地层最新的防塌方法，应属于第三类新型的钻井液防塌工艺。

它对钻井液工艺技术的发展，.具有深远的意义。

为固化井壁、达到防塌的目的，我们以硅钾基防塌剂为切入点，.它固化井壁的作用机理是：1、这种钻井液中的硅基官能团与其它官能团协同作用，使粘土产生脱水收缩而变硬，井壁的强度得到提高。

2、在较高温度下，硅醇基官能团与粘土的铝醇基发生化学缩合反应生成一种新型不易水化膨胀的新矿物，使破碎块相互胶结，形成牢固的整体，井壁从而得到固化。

3、钻井液中硅基官能团进入地层孔隙和微裂缝中，遇PH值低于9的地层水能形成三维凝胶结构和不溶沉淀物，快速在井壁处堵塞微裂缝和微孔隙，从而在井壁周围形成封闭带。

4、其中的钾离子进入黏土晶格中，又可拟制黏土水化膨胀分散，进一步强化防塌作用。

在防塌方案中还引入了聚合醇和低荧光防塌封堵剂：聚合醇在一定温度下，它可以以油滴的形式析出，并粘附到井壁上，增加井壁的憎水性，阻止滤液进入地层，从而达到防塌的目的，同时井壁吸附的这些油化膜还有效地降低钻具的摩擦阻力。

低荧光防塌封堵剂的颗粒具有高温变形的特性，能镶嵌到地层微孔隙、微裂缝中去，能够很好的防止泥页岩坍塌，同时它还具有压缩泥饼，降低高温高压失水和润滑泥饼的作用，可以降低钻具的摩擦阻力。

硅醇防塌钻井液体系主体工艺配方：４％般土粉+０.８％纯碱+３％硅钾基防塌剂+３％聚合醇防塌剂+３％低荧光防塌封堵剂+４％磺化酚醛树脂+１％抗盐抗温降滤失剂。

钻井液性能可控范围：密度１.１５－２.１０ｇ／ｃｍ3，黏度６０－１２０Ｓ，塑性粘度１５－３５ｍＰａ.Ｓ，动切力１０－３０ＰａＡＰＩ失水５－３ｍｌ，高温高压失水２０－１０ｍｌ。

实验情况1.抗盐、膏实验为尽量接近现场实际，我们用某井的泥浆作为实验基浆，其中抗盐实验见表1、图1，抗膏实验见表2、图2。

.图2 抗膏实验曲线10203040506012345678实验编号通常钻井液遇盐、膏侵后，粘、切急剧增加，甚至失去流动性，同时失水也急剧增加，甚至全失。

但有趣的是，在本实验中，钻井液经污染后，粘、切不仅没增加，反而还有所降低，失水只有稍稍增加。

当石膏加量达到５％以后，钻井液的表观粘度才达到原浆的数值，但再补加２％的SAK－１，表观粘度又可降低，这一现象说明：石膏侵到一定程度，SAK－１消耗到一定数量，钻井液表观粘度开始回升，补加SAK－１又可再降下来，“污染”和“抗污染”是矛盾的统一，在实际施工中，只要正确处理好这对矛盾的关系，就可得心应手地保持钻井液性能稳定。

2.*****加量、及PH值对流变性影响的实验同样也用毛坝1井现场泥浆作为实验基浆，实验的有关情况见表3、图3及表4、图4：表3 *****对流变性影响的实验数据图3 *****对流变性影响的变化曲线1020304050607000.51234SAK-1加量 %表4 PH 值对流变性影响的实验数据图4 PH 值对流变性影响的实验曲线10203040506070809000.751 1.2NaHO加量 %由表3、图3可以看出：该钻井液流变性随*****加量的变化可分为五个阶段，当加量<0.5%时，粘、切呈下降趋势，当加量在0.5--1%时，粘、切呈上升趋势，当加量在1--2%时，表观粘度、塑性粘度均大幅下降，而动切力、静切力变化不大，当加量在2—3%时，粘、切相对稳定，当加量>4%以后，表观粘度、塑性粘度、静切力都急剧升高，而动切力则没变。

只所以产生这种现象，我们分析认为：因为*****中含有解絮凝的成分，当加量较少时，解絮凝为主，因而粘、切下降；随*****加量增大，钻井液的液相粘度增加，同时*****中的（－ＳｉＯ3=）根、 k +离子开始与粘土作用，使钻井液的结构强度增加，所以粘、切均上升；当*****加到一定程度，粘土颗粒变粗，相当于粘土体积分数减少，因而表现出粘度下降、动切力、静切力基本稳定的情况；再加大*****含量，其中的硅、钾基成分增加了液相粘度，所以钻井液的粘度不再降低，因此钻井液的粘、切都相对稳定；当*****加到4%以后，粘度急剧增加，这主要是*****产生的液相粘度所致，由于*****中的长分子链的作用，表现出较强的触变性，所以静切力也上升较快，粘土吸附一定量的（－ＳｉＯ=）根后，钻井液的结构粘度基本稳定，所以动3切力达到一定值后，不再变化。

由表4、图4可以看出：当*****加过量后（4%），随着PH值的升高，粘、切开始都是降低的，当PH值>12以后，动切力呈缓慢上升趋势，表观粘度、塑性粘度依然还是降低的。

这一现象进一步说明了：钻井液中过量的、游离的硅酸盐可以产生很高的液相粘度，提高PH值后，硅酸盐的链节逐渐被OH-剪断，因而粘度随PH 值升高而降低；动切力开始是降低的，也可解释为硅酸盐的链节逐渐被剪断的缘故，因而造成钻井液的结构粘度降低，随着NaHO量的加大，对粘土有一定的分散作用，所以动切力呈缓慢上升趋势。

通过以上实验可以初步得到以下结论：1.硅醇防塌钻井液有较强的抗盐、膏侵的能力，但在实际操作中，要正确处理“污染”和“抗污染”的关系，保证钻井液中有过量的抗钙基团，这样就可得心应手地保持钻井液性能稳定。

2.为保持钻井液良好的流变性，*****加量在2—3%较为适宜，但遇盐、膏层时要加大用量。

3.该钻井液对PH值较为敏感，特别是在钻盐、膏层时，可以依据PH 值的变化判断*****的加量是否合适，它可起到“风向标”的作用；当*****加过量后、粘、切不易控制时，可以通过提高PH值调整钻井液的流变性。

现场应用该钻井液已应用***口井，取得了显著的技术、经济效益，解决了破碎地层防塌的技术难题，有关情况总结如下：１．南方海相地层的应用实用效果表明这种钻井液有以下特点：（1、该钻井液具有良好的抗膏盐、硫化氢、天然气浸能力，能够满足川东北地区复杂地层的钻探施工要求，抗盐可达30000ppm，抗钙可达484ppm。

在高浓度钙浸、盐浸的情况下，该体系钻井液仍能保持良好的流变性，中压失水小于3.0ml，高温高压失水小于12ml，特别适合施工大段盐膏层。

（2、该体系特殊的堵漏作用机理，具有良好的封堵微裂缝效果，避免了邻井施工中出现的渗透性漏失，减少钻井液的漏失量，降低了成本。

.（3、该钻井液体系与其它钻井液体系具有良好的配伍性，可复配使用，充分发挥各种体系的优点，满足特殊复杂井施工。

（4、该钻井液体系在密度高达2.0，严重膏盐浸的情况下，仍能保持良好的流变性，较低的失水，适合应用于施工高密度井。

（5、该钻井液体系具有其它钻井液体系无法比拟的润滑防卡效果，在高密度条件下，仍具有良好的润滑防卡作用，可以避免特殊情况下，钻具长时间静置造成的卡钻事故。

（6、该钻井液体系可保持较高的PH值，抗硫化氢浸污能力强，与各种除硫剂配伍性好，适合高含硫地区钻井施工。

（7、该钻井液体系具有特殊的防塌作用，保持井壁稳定、井眼规则，本井三开井径扩大率仅为5.8%，在已施工井中最小。

解决了困扰川东北地区的高陡易塌地层，及大段煤层、碳质泥岩层、大段盐膏层的井壁坍塌问题。

（8、该钻井液体系具有特殊的油气层保护作用，与其它油气层保护技术，配伍性较好，可综合提高油气层保护能力。

同时它所用处理剂毒性小，不排放废钻井液，符合环保要求，适合环保要求高的地区使用。

.２。

胜坨地区复杂深井的应用胜坨地区的深井由于地层压力高、砂河街组地层易坍塌掉块，给钻井施工带来极大困难，井下屡屡发生卡钻、下钻遇阻划眼、电测遇阻、遇卡等工程事故和复杂情况。

例如*******队施工的坨******井在施工中发生卡钻、断钻具事故，完井电测两次与遇阻损失５天１５小时；*****队施工的坨***井电测遇阻２次、遇卡３次，损失７天１６小时，由于井下情况复杂，还有很多电测项目被迫放弃，影响了探井的勘探效果。

究其该区井下复杂情况的原因，主要是井壁不稳定所造成，为提高钻井的经济效益、加快钻井速度、预防井下工程事故和复杂情况，研究能遏制该区地层坍塌掉块的新型钻井液体系，已迫在眉睫。

为此我们将硅醇防塌钻井液体系进行实验应用，取得了显著的技术经济效益。

应用该钻井液体系后，钻井液性能稳定、井下正常，顺利一次测完所有电测项目。

３．松散、强水敏性地层的应用例如郑家油田草桥油田都是浅层油藏，地层结构松散、水敏性极强，井径扩大率极难控制，有的达到200%，这样很不利于保护油气层，严重影响勘探开发效益。

为解决该区井径扩大率的问题，.我们用硅醇防塌钻井液体系首先在郑家油田进行实验，.采用的方法是以物理封堵为主、化学拟制为辅、适当调整环空流态，力学防塌、化学防塌相结合。

实践证明该方案实用效果显著，全井平均井径扩大率只有８.８５％，油层井段井径扩大率达到０，使该区的油层井段的井径扩大率第一次实现０的突破。

解决了松散、水敏性地层井径扩大率不易控制的问题，也赢得了钻井市场信誉。

草桥油田属于难动产区块，地层特点与郑家油田类似，井径扩大率也极难控制，用该钻井液已钻井**口，井径扩大率都在10%以下，使井径扩大控制技术日益成熟。