抗高温高密度饱和盐水钻井液研究

2022-09-11

一、高密度饱和盐水钻井液介绍

高密度饱和盐水主要是用高浓度的氯化钠配制, 通过在零摄氏度以下对配制好的盐水进行降温处理, 然后可以用于岩层永冻层的钻井。在钻井过程中, 钻井液是影响钻井工程的关键, 因此钻井液需要直接作用于钻井的难点-永冻层的钻井。研究出可以抗高温的高密度饱和盐水钻井液可以成功的解决钻井过程中永冻层的钻井, 从而有效的缩短钻井工期。高密度饱和盐水钻井液主要用于永冻层大段岩层的钻井, 由于该钻井液有高密度的饱和盐水构成, 因此其抗氧化能力高, 抗污染能力强, 同时对于岩层底层中的粘土分散和水化膨胀具有极强的抑制功能。

在一般情况下, 在钻井过程中, 盐的溶液是造成钻井过程变得复杂并且影响钻井工作效率的重要原因。如果能使钻井液中盐的成分不轻易溶解掉是现在很多石油工作组共同研究的问题。目前有很多种抗高温高密度饱和盐水钻井液, 其可以保障盐的成分在钻井的过程中不被轻易溶解掉。例如, 要在钻井的过程中顺利钻穿岩层, 需要采取有效的方法控制和抑制盐的溶解。特别是当钻井遇到了岩泥层或者盐膏层的时候, 溶解的盐会使得岩层中的粘土膨胀分散, 给钻井液的维护带来困难。所以可以在钻井液中加入其他成分如一定浓度的工业食盐, 控制其达到一定浓度的高密度饱和盐, 则可以使得钻井液达到更强的抑制性或者更强的抗盐溶解能力。同时高密度盐水钻井液, 在抗污染能力也很强。

二、抗高温高密度饱和盐水钻井液的组成

一般而言, 高密度饱和盐水钻井液主要由以下几部分组成:1.盐类, 高密度饱和盐水钻井液的盐的选择一般是选氯化钠, 有时候也会选择氯化钠与氯化钾复配使用, 对于含石膏成分比较多的岩层, 也可以选择氯化钠与硫酸铵复配使用, 从而利用硫酸铵中的同离子来控制或者抑制石膏中Ca2+对钻井液产生的负面影响。2.聚合物与降滤失剂, 在制造抗高温高密度饱和盐水钻井液, 需要加入聚合物与降滤失剂, 通常情况下选择羧甲基纤维素, 羧甲基淀粉, 野生植物胶, 生物聚合物, 聚丙烯酸盐 (例如PAC141, SK1104, 水解聚丙烯酰胺等) 来使得滤失量和流变参数与钻井要求相符合。在使用这些材料时, 需要控制和处理好聚合物与降滤失剂的用量, 从而保障钻井液最终的稳定性, 因为聚合物与降滤失剂具有很好的抗高温能力, 但是不同的处理方法或者加入的量不同, 其抗温能力也不尽相同, 所以需要根据钻井需求来选择合适的或者最佳比例的降滤失剂和聚合物, 从而保障即使是在很高的温度下完成钻井目的, 也能够保障钻井液良好的性能。在石膏层的钻井过程中, 为了减少高压高温钻井液的滤失量, 可以适当的加入一定量的SLSP或者磺化酚醛树脂来保持钻井液的性能。3.降粘剂, 对于没有加重的高密度饱和盐水钻井液, 如果可以掌握好膨化润土的浓度, 那么在加入一定量的降滤失剂和聚合物, 是不需要再加降粘剂的。但是如果加重的高浓度饱和盐水钻井液, 特别在该密度已经大于2.2 g/cm3的情况下, 这个时候膨化润土的浓度比较高, 因此需要加入一定量的降粘剂来改变膨化润土的含量。常用的降粘剂主要有水解聚丙烯腈, 磺化单宁, 磺酸盐, XY-27, SK-3等。4.膨润土或抗盐土, 抗盐土或者膨润土主要用于提高和改善高密度饱和盐水钻井液的动切力。大部分情况下, 膨润土在钻井液中含量一般在26-55g/l。如果钻井液中膨润土太低, 会使得整个钻井液的切力下降, 从而影响岩屑的携带, 而如果钻井液中膨润土太高的话, 也会相应的影响整个钻井液的切力。因此需要在钻井液中加入膨润土或抗盐土从而改善和控制钻井液的动切力。由于膨润土在盐水中不易水化, 故应先将膨润土在淡水中进行预水化, 然后再加盐或加到盐水钻井液中。而抗盐土可以直接加到盐水或饱和盐水钻井液中, 但必须经过剪切使抗盐土在水中充分分散。

三、高密度饱和盐水钻井液的现场维护技术

钻井液的维护, 特别是高密度饱和盐水钻井液的维护, 对维持钻井液性能的稳定以确保井下安全至关重要。高密度饱和盐水钻井液在井下极易形成厚泥饼和假泥饼, 从而造成井径缩小和钻头、扶正器泥包, 再与盐、膏、软泥岩的复杂情况交织在一起, 会造成对井下阻卡原因的判断失误和操作处理不当。因此, 对于高密度饱和盐水钻井液, 必须运用科学方法和态度精心维护、正确处理, 并严格控制其固相组成和各项性能参数, 以形成优质泥饼, 并具有良好的流变性能。

高密度饱和盐水钻井液的维护原则是以护胶为主, 降粘为辅。这是因为在该类钻井液中, 粘土颗粒不易形成端-端或端-面连接的网架结构, 而特别容易发生面-面聚结, 变成大颗粒而聚沉, 因此需要大量的护胶剂维护其性能, 否则在使用过程中常会出现粘度、切力下降和滤失量上升的现象。一旦出现以上异常情况, 应及时补充聚合物。添加预水化膨润土也能起到提粘和降滤失的作用, 但加量不宜过大。