高密度硅酸鹽鉆井液體系的研究和應(yīng)用

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1、高密度硅酸鹽鉆井液體系的研究和應(yīng)用何興華馬慧朱成君成效華（勝利石油管理局鉆井泥漿公司）摘要：研究了無機(jī)硅酸鹽在高密度、高固相、高礦化度鉆井液體系中應(yīng)用，著重對鉆井液體系的配方和性能的控制，以及體系的抑制性、抗固相污染及鹽膏污染能力進(jìn)行了評價(jià)。通過實(shí)驗(yàn)證明，硅酸鹽鉆井液體系具有良好的抑制泥頁巖的水化膨脹能力，并具有一定的抗鹽抗鈣抗固相染污能力。分別在河壩1井和牛斜114井進(jìn)行了應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用表明，硅酸鹽鉆井液體系在高PH值環(huán)境下防止地層的垮塌起到防塌和保護(hù)井壁的作用，具有良好的抑制防塌能力，懸浮攜巖能力，保護(hù)油氣層能力，有著良好

2、的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和極為廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：機(jī)理體系抗污染現(xiàn)場應(yīng)用硅酸鹽作用機(jī)理硅酸鹽鉆井液體系的防塌機(jī)理，硅酸鹽具有良好的抑制性，穩(wěn)定井壁能力強(qiáng)。（1）含有硅酸根離子的鉆井液濾液在井壁表面和進(jìn)入泥頁巖地層裂隙以后，可以迅速與地層流體中的PH值小于9的高硬度孔隙水中的高價(jià)重金屬離子（Ca2+、AI3+Fe3+Mg2+）接觸生成凝膠狀物質(zhì)和新鹽沉淀物，而覆蓋于巖石表面并堵塞孔隙；從而封堵泥頁巖孔隙和微裂縫[1]。（2）當(dāng)井溫低于80℃時，硅酸鹽可通過氫鍵力、靜電力和范德華力的疊加與地層粘土礦物牢固結(jié)合；而井溫高于80℃（特別在高于1

3、05℃）時，其分子中的硅醇基與粘土礦物的鋁醇基發(fā)生縮合反應(yīng)，產(chǎn)生膠結(jié)性物質(zhì)，將粘土等礦物顆粒結(jié)合成牢固的整體，封固井壁。（3）硅酸鹽穩(wěn)定含鹽膏地層的機(jī)理，主要是SiO32-與地層巖石表面的Ca2+、Mg2+發(fā)生作用，生成沉淀，從而在地層表面形成堅(jiān)韌、致密的封固殼以加固井壁。硅酸鹽是以封堵作用為主的防塌劑[2]。(4)硅酸酸性比碳酸弱,在受到CO2污染后,硅酸鹽與CO2發(fā)生反應(yīng)降低鉆井液體系的PH值,從而將具有防塌作用的硅酸根轉(zhuǎn)化成硅酸,使硅酸鹽作用失效。通過化學(xué)作用（包括自身的化學(xué)膠凝反應(yīng)及其與粘土礦物、鈣鎂離子等的化學(xué)反應(yīng)）

4、封堵微裂縫和孔喉，穩(wěn)定井壁。具有物理/化學(xué)固壁特性[3]。硅酸鹽與各種鉆井液體系配伍實(shí)驗(yàn)1、普通淡水聚磺鉆井液體系：4%般土漿+0.3-0.5%包被劑+3%護(hù)膠劑+1-3%降失水劑+2-5%硅酸鹽，該體系一般適用于深井超深井的鉆探工作，但在許多復(fù)雜井，特別是山前構(gòu)造區(qū)域地層傾角較大、易吸水膨脹跨塌縮徑的探井施工過程中，受到鉆井液材料熒光級別和地質(zhì)錄井的影響，防塌工作只有靠提高鉆井液的密度來實(shí)現(xiàn)，但收到的效果不理想，不利于發(fā)現(xiàn)和解放油氣層。實(shí)驗(yàn)證明，硅酸鹽鉆井液體系的鉆井液具有較強(qiáng)的抑制性和特殊的防塌機(jī)理，較高的巖屑回收率，且對

5、于不同密度的鉆井液，具有非常穩(wěn)定的性能,鉆井液性能見表1。表1鉆井液性能配方D/g/cm3FL/mlPV/mpa.sYP/paPH聚磺體系1.031225512+3%硅酸鹽1.031027611加重至2.01.862.293711加重至2.302.275.6911211加重至2.352.3410.4952411130℃/16h2.3414.66010102.飽和欠飽和鹽水鉆井液體系：4%般土漿+0.3-0.5%包被劑+3%護(hù)膠劑+1-3%降失水劑+35%鹽+2-5%硅酸鹽。復(fù)合鹽:10%KCI+25%NaCI），該體系為飽和欠

6、飽和鹽水鉆井液體系，具有較強(qiáng)的抗高溫抗鹽抗污染能力，一般適用于海相沉積構(gòu)造的深井、超深井，但在許多特殊復(fù)雜井，特別是易吸水膨脹垮塌縮徑的鹽層，鹽膏層井段和具有塑性很強(qiáng)的泥巖（紅層，橡皮層）地層的鉆探施工過程中，仍然難度很大，一般采用提高鉆井液的密度來平衡地層應(yīng)力，防止鹽層，鹽膏層井段和塑性很強(qiáng)的泥巖段蠕動變形，但對鹽膏層井段的石膏和塑性很強(qiáng)的泥巖段抑制能力效果并不理想。實(shí)驗(yàn)證明，飽和欠飽和鹽水硅酸鹽鉆井液具有較強(qiáng)的抑制性，較高的巖屑回收率和特殊的防塌機(jī)理，不同密度的飽和欠飽和鹽水鉆井液，其性能比較穩(wěn)定,鉆井液性能見表2。表2鉆

7、井液性能配方D/g/cm3FL/mlPV/mpa.sYP/paPH鹽水鉆井液1.2061699+3%硅酸鹽1.208201310加重至2.01.988441610加重至2.302.3116701811加重至2.352.3616672611130℃/16h2.3644258103.環(huán)保鉆井液體系4%般土漿+0.3%IND30+3%護(hù)膠劑+3%降失水劑+3%聚合醇+5%無熒光白瀝青+3%硅酸鹽。隨著對環(huán)境保護(hù)的要求，環(huán)保型鉆井液體系越來越多地應(yīng)用于實(shí)際的鉆井施工過程中。該鉆井液體系的使用，雖解決了有關(guān)鉆井液的環(huán)保和安全問題，但是，

8、體系的抗高溫能力、穩(wěn)定性和防塌性仍存在一定的問題。由于硅酸鹽鉆井液體系所使用的無機(jī)鹽，具有無毒，無色，無熒光的特性。所以，硅酸鹽鉆井液體系不會影響整個鉆井液的環(huán)保要求，并具有較強(qiáng)的抑制性、穩(wěn)定性，解決了探井鉆探中鉆井液的污染和熒光問題，有利于地質(zhì)錄井和環(huán)境保護(hù)，鉆井液性能見表