硅酸盐钻井液的研究现状和发展趋势

产品微生物专利

ＫａｏＳｏａｐＣｏ．，ＬｔｄＤＥ２８３４１１８（１９７９，ＤＥ

２９３８３８３（１９８０）），Ｊｐｎ。

槐二糖脂昆虫生球拟酵母

ＫｏｋａｉＴｏｋｋｙｏＫｏｈｏ８１９２，７８６（１９８１）

ＥＰ０００５００４（１９８３）

耆蜡节杆菌ＡＴＣＣｌ５５９１ＫｙｏｗａＨａｋｋｏＫｏｇｙｏＣｏＬｔｄ，ＤＥ１９０５４７２糖脂（海藻糖脂）

解烃棒杆菌ＡＴＣＣｌ５５９２（１９７０），ＵＳ３６３７４６１（１９７２）

耆蜡节杆菌ＡＴＣＣｌ５５９１ＫｙｏｗａＨａｋｋｏＫｏｇｙｏＣｏＬｔｄ．，ＤＥ２４４０９４２果糖脂

解烃棒杆菌ＡＴＣＣ２１６２８（１９７５）

Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｔ，Ｔａｂｕｅｈｉ，Ｔ，ＵＳ３６２５８２６尖孢青梅酸尖孢青梅ＡＴＣＣｌ６０７１

（１９７１）

硫杆菌，芽胞杆菌，诺卡氏菌，ＰｈｉｌｌｐｓＰｅｔｍｌｅｕｍＣ．ｏｍｐ．，ＵＳ２９０７３８９生物表面活性剂

假单胞菌（１９５９）．ＵＳ３１８５２１６（１９６５）

ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＦｅｒｍｅｎｔｉｏｎＮ．Ｖ．，Ｕ￥４３１１８２９，乳聚糖不动杆菌ＡＴＣＣ３１０１２

ＵＳ４３１１８３２（１９８２）

国内外硅酸盐钻井液的研究现状和发展趋势

张振华（辽河石油勘探局工程技术研究院油田化学研究所盘锦１２４０１０）

Ｆ摘要本文评速了国内外硅酸盐钻井液的研究现状和发展趋势，提出了发展硅酸盐一聚合物钻井液的建议。

关键词钻井液硅酸盐聚合物研乒生产机謦

由于硅酸盐钻井液在稳定井壁、保证井下安全等方面比油基钻井液效果好，而且成本低、无毒、无污染，因而日益受到国内外钻井界的重视…。前苏联学者戈罗德诺夫根据硅酸盐抑制粘土膨胀和降低钻井液滤失量的室内实验结果选择硅酸盐的模数和加量，并且认为在钻不同湿度的粘土沉积层时，最有前途的预防和处理井塌、扩径或阻卡的方法之一是用滤失量较适景的硅酸盐钻井液”’。为了适应国内硅酸盐钻井液的开发应用和机理研究的需要，本文从硅酸盐钻井液的发展历程、国内外应用硅酸盐钻井液的现状、国内对硅酸盐钻井液的机理研究情况等三方面进行综述，在此基础上对该类钻井液今后的研究方向提出了建议。

１硅酸盐钻井液技术的发展历史

硅酸盐钻井液技术在石油行业中并不是一项新技术，早在二十世纪三十年代就被人们所认识，当时在钻井液中使用硅酸盐主要是为了控制硬脆性泥页岩的膨胀和剥落，钻井液中硅酸盐的含量为３０—５０％（ｖ／ｖ），其中Ｓｉ０２和Ｎａ２０比值（硅酸盐模数）为３．２，这项技术在Ｔｅｘａｓ和Ｌｏｕｉｓｉａｎａ州成功使用了１００多口井”。１９３９年美国杂志“ＯｉｌＷｅｅｋｌｙ”最早报道了用硅酸盐钻井液预防井眼失稳的成功经验”’…。液态硅酸钠含一半以上的水，运输成本较高，因此可以使用粉状的元水Ｎａ２０／２Ｓ１０２。典型的早期硅酸盐钻井液配方为：Ｎａ２０／２ｓ＜ｈ．３６９－４６７ｋｇ／ｍ３＋膨润土２２～４３ｋｇ］ｍ３十食盐８５～１０８ｋｇ／１０；其密度可以用重晶石粉加重到２．Ｏｋｇ／ｔ。但由于早期的高浓度硅酸盐钻井液的流变性和滤失性能难以控制，维护处理较为困难，与许多常用的处理剂不好配伍使用，普通的磷酸盐、丹宁类降粘剂几乎没有效果，无法克服它本身的缺陷，到二十世纪四十年代中期美国就停止使用硅酸盐钻井液了。

前苏联在６０年代为提高ＣＭＣ的耐温性而进行了大量研究。在含２％ＣＭＣ５００的钻井液中加入２％一２１６—

～５％的模数为２８２－－３２２的硅酸钠或硅酸钾，使其耐温性从未加硅酸盐时的１５０℃提高到１８０－－２００。Ｃ。在１８００－－３０００ｍ井段，硅酸盐的补加速度为２～１０Ｌ／ｍｉｎ。也可在ＣＭＣ的合成过程中加入硅酸盐，结果ＣＭＣ的耐温性提高数十摄氏度，但储存中易吸收二氧化碳而降低耐温性”。。

硅酸盐能使泥饼对地层中的电解质显惰性，堵塞地层孔隙和泥饼孔隙，提高泥饼与水泥的结合强度，加快水泥固化，因而能防止在地层水作用下因泥饼发生收缩而导致套管外地层水窜槽，并避免油井提前过量产水。室内和现场试验都表明，硅酸钠若超过７％～１０％，则难以透过粘土泥饼，且所用硅酸钠的模数在２８～３．４之间时防塌效果最好。

美国在６０年代末重新认识到硅酸盐的防塌作用。Ｄａｒｌｅｙ指出，硅酸盐加量低于２０％时，仍可稳定大多数页岩，最佳加量为５％～１０％；硅酸钾防塌性能比硅酸钠好；ＫＣｌ、Ｋ２０ｑ、ＮａＣＩ等简单的盐类化台物或甘油、乙二醇等非离子溶质均可增强硅酸盐钻井液的防塌能力。三ｒｌ井的现场试验结果基本符合上述观点‘５、“。

１９９４年，在ＢＷ泥浆公司、ＢＰ勘探公司和Ｓｈｅｌｌ研究中心的协作下，硅酸钠钻井液在北海地区重新投入了商业应用，北海地区使用的典型硅酸盐钻井液中硅酸盐的浓度为５—１０％，同时在钻井液中混合使用了诸如ＫＣＩ等具有抑制功能的盐类。在Ｓｈｅｌｌ研究中心实验室的进一步测试结果表明，在钻井液中添加低模数和高浓度的硅酸盐能使该类钻井液显现出更好的稳定性，并且使用将更加方便和简单。１９９６年加拿大Ｑ’Ｍａｘ溶液公司（Ｑ’ＭａｘＳｏｌｕｔｉｏｎＣｏｒｐｏｒｔｉｏｎ）使用可絮凝水（ＦｌｏｅＷａｔｅｒ）技术为ＳｈｅｌｌＣａｎａｄａ和Ｐａｎ—Ｃａ—ｎａｄｉａｎ石油公司进行钻井作业时成功使用了硅酸盐钻井液。１９９９年，该公司进一步发展了该技术，在加拿大西部（Ａｄ呲地区。ＮＥ—Ｂｆｉｆｉ小Ｃｏｂ．ａ＇ｎｂｉａ）成功使用了一种浓度为３０％（体积比）的硅酸盐钻井液”。。

２硅酸盐钻井液的国内外现状

２．１硅酸盐一聚合物钻井液

８０年代以来，世界各国都进行了许多把硅酸盐与聚合物结合起来应用于钻井液中的试验。前苏联在卡巴科沃６２号井５４１０～５５２１ｍ井段所用的钻井液配方：粘土粉５％～７％＋硅酸盐５％～７％＋ＣＩＶＩＣ０．７％～１％＋非水解ＰＡＭ０．２％－－０．５％。其井眼规则性和钻井综合效益比用无聚合物的硅酸盐钻井液好得多‘”。

８０年代后期美国杜邦公司优选的硅酸盐钻井液配方”ｏ：基浆＋Ｏ．３５％聚阴离子纤维素＋０２％ＸＣ＋０．３３％部分水解聚乙烯乙酸酯（ＰＶＡ）＋０．３３％硅酸钾＋０．３５％碳酸钾。其指导思想是以硅酸盐为催化剂，利用硅酸根夺取ＰＶＡ羟基的质子，使ＰｖＡ的分子链上产生许多强亲核性的醇氧负离子，后者再与粘土表面的硅醇基缩合．把多个粘土颗粒胶结起来，从而大大提高井眼稳定性。

国外几家公司应用的硅酸盐钻井液配方和性能见表ｌ…。其特点是不加粘土。在北海中部浙新世、始新世的高地应力页岩层钻井过程中，在钻井液中先加入了模数为３．３的硅酸盐，但防塌作用不大，且有增稠现象；后来邻井换用模数为２的硅酸盐，结果井眼和钻井液流变性都很稳定…１。

表ｌ无粘土硅酸盐钻井液性能

密度表观粘度塑性粘度初切终切滤失量配方ｐＨ值

ｋｇ／Ｚ●ｍＰａ・ｓｍＰａ・ｓＰａＰａｍｌ１１．０６１０．０５２８１６２＿８８３８４７．６

２１．０７１２６５２６５１７１．９２３．８４５８注：配方１：０．２８５％生物聚合物＋０．４２８％ＰＡＣＲ十０２８５％ＰＡＣＲＬｖ＋１．１４％淀粉＋００７１％纯碱＋０．４１３烧碱＋５％硅酸钠

配方２：０．５７％生物聚合物＋０．２８５％ＰＡＣＲＬＶ＋１１４％淀粉＋０－－０．０５７％烧碱＋饱和ＮａＣＩ溶液＋５％硅酸钠

８０年代，我国曾用含水５４％～５６％的液体硅酸钾钠与部分水解聚丙烯酰胺作为页岩稳定剂。为了减少运输费用，制备并试用了模数为２５～２．７的固体硅酸钾钠。１９８５年在川东卧９６井１３０－－９９６米井段，使用含有粒度１５０目粉状硅酸钾钠１％～５％的聚合物钻井液，机械钻速比同地区提高１０％～３０％［１“。塔西南ＫＳ一１井在近４０ｍＰａ的井底压差下发生四次严重卡钻之后，使用了一定比例的硅酸钾与聚合物降

’‘

一２１７—