抗高温高密度盐水钻井液室内研究
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中图分类 号 ： ２４ 文献标 识码 ： 文章 编 号 ：Ｏ ４ ５ｌ （０ Ｏ ｌ一 Ｏ ３一Ｏ ＴＥ ５ Ａ １Ｏ— ７６２ １ ）１ １５ ３ 随着深井 、 超深 井 不断 的开 发 ， 井高 温 高 密 度 钻 深 井液在施 工 中遇到性 能难 以控制 ， 已成为制 约复杂 地层
油气勘探开发的瓶 颈难题之一［ 。南天 山地 区沿 ３ ４ １ ］ １ 国道山前 复杂构 造带 ， ２０ 自 ０ １年 以来 一 直 是西 北 分 公 司塔河油 田外 围的 主力勘 探 区块 ， 后 部署 了库 １井 、 先 大古 １ 、 井 秋南 １ 井等一批重点探井［ 。从 已完钻井 的 ２ ］ 实 钻资料来 看 ， 地 区第 三 系复合 盐膏层 （ 该 含膏 盐 、 盐岩 及软 泥岩 ） 育 、 厚 、 度大 岩性交 变 、 动快 、 发 层 跨 蠕 所需 平 衡密度高。盐膏层在高温 、 高压条件下发生蠕变， 造成 井 眼内 的塑性 流动 ， 因此 需要 采用合 理 的钻井液 密度 来 平衡蠕动压力 、 抑制井眼缩径 。同时该区块 白垩系吉迪 克组地层普遍存在高压盐水层 ， 地层压力当量密度一般 在 １６～ ２１／ｍ３最高 可达 到 ２ ３ｇ ｃ ， ．Ｏ ．ｇ ｃ ， ． ５ ／ｍ。 阳霞 １ 井 四开井段钻井液 比重高达 ２ ０ｇ ｃ ３ ］ ． ８ ／ｍ ＿ 。秋南 １ ３ 井三 开 吉迪克 组 钻 进 时 ， 井 液 密 度 最 高 达 到 ２２ ｇ ｃ 。 钻 ． ８／ｍ。 因此 为 了保 证钻井 施 工 的顺 利 进行 必 须 采 用 高密 度 盐 水钻 井液进 行施工 ； 同时 该 区块 目的层普 遍 较 深 ， 钻 完 井深一般都在 ６０ ｍ以上 ， ００ 井底温度高 ， 对钻井 液抗高 温 能 力 要 求 较 高。 如 迪 那 ２气 田 地 温 梯 度 ２２ ℃／０ｍ， ． ６ １０ 气藏 中部 地 层 温 度 １ ５ ～ １ １ ； １ ３℃ ４℃ 库
摘 要： 南天山地 区是典型的山前构造地带， 在超深井钻井施工过程 中， 普遍遭遇到 高温和 高压盐水 层等复杂问题 ， 这就要求使 用的钻井液体 系必须具有 良好的抗 高温和抗盐水 污染性 能。根据常用的 钻 井液 配方 ， 通过 大量 室 内试验 ， 对影 响 高密度 盐水钻 井液流 变性 的 因素 ， 如抗 盐抗 温降滤 失剂 、 润 膨 土含 量和 烧碱含 量 等进行 了优 选 ， 确 定 了该 钻 井液 体 系 的最 佳 配 方 ， ＫＣ 欠饱 和 盐水 钻 井液 。 并 即 ｌ 实验表 明该体 系抗 温 ２ ０℃ 以上 、 ０ 比重 达 ２３ ／ｍ３具有 优 良的热 稳定性 和 流 变性 ， ．８ｇ ｃ ， 具有 良好 的 防 塌抑制能力。对 南天山地 区超深井盐膏层和 高压盐水层钻井液体 系的选择使用具有积极的指导意义 和较 高的参考价值 。 关键 词 ： 密度 钻 井液 ； 高温钻 井液 ； ｌ 高 抗 ＫＣ 欠饱 和 盐水 ； 井液 性 能 ； 钻 南天 山地 区
２１ ００年第Βιβλιοθήκη １ 期 １西部探 矿工 程
１５ ３
抗 高温 高 密度 盐 水 钻 井液 室 内研 究
高 伟 ， 陈红壮 石 琪 ，
（． １ 中国石 化石 油工程技 术研 究 院，北 京 １００ ； ． 原理工 大 学精细 研 究所 ， ０１１ ２太 山西 太 原 ００ ２） ３ ０４
ｌ 研 究思路
钻井 液添加剂在高温条件 下可能会发 生降解 、 发酵 、 增稠及 失效等反应 ， 而导致 钻井 液 陛能恶 化 ， 从 甚至将 导 致无法 正常钻进 。因此 制定 了以下 的研究 思 路 ： 先筛 首
段温度 达 １０ ； ８℃ 此外 ， 由于 地层埋 藏 深 ， 硬脆 性 泥 岩容 易发 生坍塌掉 块 ， 要求 钻井 液具 有较好 的 防塌能 力 。 针对 以上 南天 山复杂 构造 带超深井 地层 特点 ， 结合
第一作者简介 ： 高伟（ ９ ３ ， （ １ ８一 男 汉族） 陕西武功人 ， ） ， 助理工程师 ， 现主要从事钻井液体系配方研发及 钻井液助剂材料质量检测工作 。
１６ ３
西部探矿工程
２１ 年第 ｌ 期 ００ ｌ
＊ 收稿 日期 ：０ ００ —２ ２ １ －６１
选适用于高密度盐水钻井液的抗高温抗盐降滤失剂； 然 后确定膨 润土和 烧碱 的含 量 ； 综合 研究 后形 成基 本体 系 并进一步优化 ； 评价钻井液性 能 ， 通过 高温稳定性 和抑制 性等室内实验评价并进一步完善体系配方， 最终形成适 合于南天山地区的抗高温高密度盐水钻井液体系。 ２ 钻 井液 配方 的确定 本 文所 使用 的各类 钻 井 液 助剂 经 过 实 验室 质 量 检 测后 均 是合格 工业 品 。 ２ １ 抗 高温 抗盐 降滤 失剂 的优选 ． 首先 室 内评价 了现 场 常 用 的几 种 抗 高温 抗 盐 降滤 失剂在高温盐水条件下的降滤失效果 ， 如表 １ 所示 。由 表１ 可以看到 ， 上述几种降滤失剂在高温盐水条件下均 表现 出不 同 的降滤失 效果 ， ＸＡ一１ Ｓ ＮＨ、 Ｃ 、Ｐ ＭＣ一１和 Ｓ 一１ Ｊ 单独使用在常温下都有较好 的降滤失效果 ， 但经 过高温老化后 ， 降滤失效果都不理想。而在盐水钻井液 配方 中把 Ｃ Ａ一１Ｓ ＮＨ、 一１和 Ｓ ～１ 配后 ， Ｘ 、Ｐ ＭＣ Ｊ 复 钻
井地层 温度 ： ６ ． ６ （ ７ ８ ５ ； 秋南 １井 下 部井 １ ４ ０ ℃ ６ ７ ． ｍ） 而
现有的实钻资料 ， 出建立 Ｋ １ 提 Ｃ 欠饱和盐水钻井液体 系， 分析了该体系在高温条件下影 响其流变性 的因素， 并对其 抗 温和 防塌抑 制能力 进行 了室 内评价 ， 以便更 好 的指导 现场 钻井液 施工 。
油气勘探开发的瓶 颈难题之一［ 。南天 山地 区沿 ３ ４ １ ］ １ 国道山前 复杂构 造带 ， ２０ 自 ０ １年 以来 一 直 是西 北 分 公 司塔河油 田外 围的 主力勘 探 区块 ， 后 部署 了库 １井 、 先 大古 １ 、 井 秋南 １ 井等一批重点探井［ 。从 已完钻井 的 ２ ］ 实 钻资料来 看 ， 地 区第 三 系复合 盐膏层 （ 该 含膏 盐 、 盐岩 及软 泥岩 ） 育 、 厚 、 度大 岩性交 变 、 动快 、 发 层 跨 蠕 所需 平 衡密度高。盐膏层在高温 、 高压条件下发生蠕变， 造成 井 眼内 的塑性 流动 ， 因此 需要 采用合 理 的钻井液 密度 来 平衡蠕动压力 、 抑制井眼缩径 。同时该区块 白垩系吉迪 克组地层普遍存在高压盐水层 ， 地层压力当量密度一般 在 １６～ ２１／ｍ３最高 可达 到 ２ ３ｇ ｃ ， ．Ｏ ．ｇ ｃ ， ． ５ ／ｍ。 阳霞 １ 井 四开井段钻井液 比重高达 ２ ０ｇ ｃ ３ ］ ． ８ ／ｍ ＿ 。秋南 １ ３ 井三 开 吉迪克 组 钻 进 时 ， 井 液 密 度 最 高 达 到 ２２ ｇ ｃ 。 钻 ． ８／ｍ。 因此 为 了保 证钻井 施 工 的顺 利 进行 必 须 采 用 高密 度 盐 水钻 井液进 行施工 ； 同时 该 区块 目的层普 遍 较 深 ， 钻 完 井深一般都在 ６０ ｍ以上 ， ００ 井底温度高 ， 对钻井 液抗高 温 能 力 要 求 较 高。 如 迪 那 ２气 田 地 温 梯 度 ２２ ℃／０ｍ， ． ６ １０ 气藏 中部 地 层 温 度 １ ５ ～ １ １ ； １ ３℃ ４℃ 库
摘 要： 南天山地 区是典型的山前构造地带， 在超深井钻井施工过程 中， 普遍遭遇到 高温和 高压盐水 层等复杂问题 ， 这就要求使 用的钻井液体 系必须具有 良好的抗 高温和抗盐水 污染性 能。根据常用的 钻 井液 配方 ， 通过 大量 室 内试验 ， 对影 响 高密度 盐水钻 井液流 变性 的 因素 ， 如抗 盐抗 温降滤 失剂 、 润 膨 土含 量和 烧碱含 量 等进行 了优 选 ， 确 定 了该 钻 井液 体 系 的最 佳 配 方 ， ＫＣ 欠饱 和 盐水 钻 井液 。 并 即 ｌ 实验表 明该体 系抗 温 ２ ０℃ 以上 、 ０ 比重 达 ２３ ／ｍ３具有 优 良的热 稳定性 和 流 变性 ， ．８ｇ ｃ ， 具有 良好 的 防 塌抑制能力。对 南天山地 区超深井盐膏层和 高压盐水层钻井液体 系的选择使用具有积极的指导意义 和较 高的参考价值 。 关键 词 ： 密度 钻 井液 ； 高温钻 井液 ； ｌ 高 抗 ＫＣ 欠饱 和 盐水 ； 井液 性 能 ； 钻 南天 山地 区
２１ ００年第Βιβλιοθήκη １ 期 １西部探 矿工 程
１５ ３
抗 高温 高 密度 盐 水 钻 井液 室 内研 究
高 伟 ， 陈红壮 石 琪 ，
（． １ 中国石 化石 油工程技 术研 究 院，北 京 １００ ； ． 原理工 大 学精细 研 究所 ， ０１１ ２太 山西 太 原 ００ ２） ３ ０４
ｌ 研 究思路
钻井 液添加剂在高温条件 下可能会发 生降解 、 发酵 、 增稠及 失效等反应 ， 而导致 钻井 液 陛能恶 化 ， 从 甚至将 导 致无法 正常钻进 。因此 制定 了以下 的研究 思 路 ： 先筛 首
段温度 达 １０ ； ８℃ 此外 ， 由于 地层埋 藏 深 ， 硬脆 性 泥 岩容 易发 生坍塌掉 块 ， 要求 钻井 液具 有较好 的 防塌能 力 。 针对 以上 南天 山复杂 构造 带超深井 地层 特点 ， 结合
第一作者简介 ： 高伟（ ９ ３ ， （ １ ８一 男 汉族） 陕西武功人 ， ） ， 助理工程师 ， 现主要从事钻井液体系配方研发及 钻井液助剂材料质量检测工作 。
１６ ３
西部探矿工程
２１ 年第 ｌ 期 ００ ｌ
＊ 收稿 日期 ：０ ００ —２ ２ １ －６１
选适用于高密度盐水钻井液的抗高温抗盐降滤失剂； 然 后确定膨 润土和 烧碱 的含 量 ； 综合 研究 后形 成基 本体 系 并进一步优化 ； 评价钻井液性 能 ， 通过 高温稳定性 和抑制 性等室内实验评价并进一步完善体系配方， 最终形成适 合于南天山地区的抗高温高密度盐水钻井液体系。 ２ 钻 井液 配方 的确定 本 文所 使用 的各类 钻 井 液 助剂 经 过 实 验室 质 量 检 测后 均 是合格 工业 品 。 ２ １ 抗 高温 抗盐 降滤 失剂 的优选 ． 首先 室 内评价 了现 场 常 用 的几 种 抗 高温 抗 盐 降滤 失剂在高温盐水条件下的降滤失效果 ， 如表 １ 所示 。由 表１ 可以看到 ， 上述几种降滤失剂在高温盐水条件下均 表现 出不 同 的降滤失 效果 ， ＸＡ一１ Ｓ ＮＨ、 Ｃ 、Ｐ ＭＣ一１和 Ｓ 一１ Ｊ 单独使用在常温下都有较好 的降滤失效果 ， 但经 过高温老化后 ， 降滤失效果都不理想。而在盐水钻井液 配方 中把 Ｃ Ａ一１Ｓ ＮＨ、 一１和 Ｓ ～１ 配后 ， Ｘ 、Ｐ ＭＣ Ｊ 复 钻
井地层 温度 ： ６ ． ６ （ ７ ８ ５ ； 秋南 １井 下 部井 １ ４ ０ ℃ ６ ７ ． ｍ） 而
现有的实钻资料 ， 出建立 Ｋ １ 提 Ｃ 欠饱和盐水钻井液体 系， 分析了该体系在高温条件下影 响其流变性 的因素， 并对其 抗 温和 防塌抑 制能力 进行 了室 内评价 ， 以便更 好 的指导 现场 钻井液 施工 。