抗盐钙钻井液技术研究与应用

柴龙 商森 史东军

摘 要：新疆塔河油田，塔中、巴麥、玉北及外围勘探区盐水地层分布范围广，存在大段盐膏地层及含高钙盐水污染，在钻井过程中高密度钻井液受到严重污染，给该区块的钻探施工带来较大困难。针对该地区地层特点，分析了盐水对钻井液体系影响机理，优选出抗高钙降滤失剂SMPFL-L和流性调节剂SMS-19等关键处理剂，通过各处理剂的优化和配伍，室内形成一套抗钙能力达13000mg/L、抗温150℃、抗20%地层水污染、密度大于1.80g/cm3，沉降稳定性小于0.03g/cm3的抗污染钻井液体系。该技术在玉北X井进行应用，在钻穿古近系大段盐膏层后性能稳定，表现出较好抗污染能力，整个二开井段施工顺利，未发生任何井下复杂情况，能够满足巴麦地区的使用要求。

关键词：抗盐钙；高密度钻井液；盐水层；盐膏层

中图分类号：TE254 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）13-0168-02

Abstract： In Tahe Oilfield in Xinjiang， the salt water strata in the exploration areas of Tazhong， Bamai， Yubei and its periphery have a wide distribution， and there is a large section of salt paste formation and high calcium salt water pollution. During drilling， the high-density drilling fluid is seriously polluted. It brings great difficulties to the drilling construction of this block. According to the formation characteristics of this area， the influence mechanism of brine on drilling fluid system is analyzed. The key treatment agents， such as SMPFL-L and SMS-19， are selected and optimized and compatible with each other. A set of anti-pollution drilling fluid system with 13，000 mg/L calcium resistance， 150℃ temperature resistance， 20% formation water pollution resistance， with a density >1.80g/cm3 and settling stability less than 0.03g/cm3 was formed， which can meet the requirements of the Bama area.

Keywords： salt-resistant calcium； high-density drilling fluid； brine layer； salt-gypsum layer

引言

随着勘探开发的深入，钻遇高压盐水层越来越多[1]，施工中钻井液流变性难以维护，易造成井壁失稳、重晶石沉降、卡钻等复杂情况，不仅严重影响钻探作业的速度，还大大增加了工程的安全风险。国外在抗高钙钻井液技术应用较为成熟，抗钙能力大于10000mg/L、抗温大于150℃。国内抗高钙盐钻井液体系一般使用温度在120℃左右，在使用过程中表现出较好的抑制防塌效果，但当温度超过120℃后，钻井液体系抗高温高钙能力不足，导致胶体稳定性破坏，造成井下复杂。在分析了高钙盐水对钻井液影响机理后，优选关键抗高温抗钙处理剂，在室内形成抗温达150℃、抗钙达13000mg/L的钻井液体系，经过现场应用表明其抗污染能力强，能够满足高钙地层的使用。

1 高钙盐水对钻井液影响机理

二价钙离子对钻井液体系的污染要远大于一价盐的影响，主要是对体系中的聚合物和粘土产生污染。聚合物处理剂在高钙环境下分子链发生收缩，特别是在高温下更易发生降解失效，破坏了聚合物的吸附及护胶作用，造成降滤失能力大幅降低。同时，钙离子可强烈吸附在黏土颗粒表面或进入晶层间进行离子交换，严重压缩双电层，使表面电位下降、水化膜变薄，不仅导致粘土晶片发生面-面、端-端聚结而发生黏土颗粒絮凝[2]，而且表面电位下降严重影响聚合物处理剂与粘土间的吸附，二者的增黏、捕集及物理堵塞等过程也受到影响，最终导致钻井液的滤失量和流变性失控，严重的影响了钻探作业效率，增加了工程安全风险。

2 抗盐钙钻井液体系的构建与评价

2.1 处理剂单剂的研选

2.1.1 抗钙降滤失剂优选

收集国内外具有代表性的几种抗高温抗钙降滤失剂进行优选，分别在高钙盐水配方中加入4%不同类型降滤失剂后进行降失水性能评价，从图1结果可以看出，当盐水体系中的钙离子含量达到13000mg/L时，Hostadrill和SMPFL-L效果最好，但是前者价格是后者价格的4倍，综合考虑后选择SMPFL-L作为抗污染钻井液体系的主要降滤失剂，该处理剂是一种用含磺酸基的烯基单体和丙烯酰胺、丙烯酸共聚合成了一种耐温抗盐的聚合物降滤失剂，在钻井液中的黏度效应小，热稳定性好，抗温抗盐能力强[3]。

2.1.2 流型调节剂优选

对于盐水高密度体系来说，除了尽量保证加入的处理剂具有较低的增粘效应外，流性调节剂是调整体系流变性的一种重要手段。评价流性调节剂一个重要指标是对低转速下粘度的降低程度，其中Φ6/Φ3能够较好的反映出这种趋势，在基础钻井液配方中分别加入1%不同类型流性调节剂后，评价结果如表2。根据四种流性调节剂对盐水钻井液体系的降粘效果来看，SMS-19具有较好的降粘效果，低剪切速率下的粘度降低率达到50%以上[4]，并且具有一定的降滤失作用，比较适合于在抗污染高密度钻井液体系中使用。

2.2 抗盐钙钻井液体系性能评价

在优选出抗盐降滤失剂SMPFL-L和流性调节剂SMS-19的基础上，又引入有利于稳定井壁的聚胺抑制剂SMJA-1和磺化沥青SMFF-2等，通过各配伍处理剂，最终形成了抗污染能力较强钻井液体系，常规及抗污染性能见表3。

体系配方：2-4%膨润土+0.3%L-PAC+0.5%SMPFL-L+0.3%SMJA-1+3%SMP-2+3%SMFF-2+2%SMC+1%SMS-19+3%KCl+0.5%NaOH+重晶石（ρ=4.2g/cm3）。

3 现场应用

玉北X井是塔西南坳陷麦盖提斜坡麦盖提1区块玛东奥陶系3号构造的一口勘探井，二开钻进古近系盐膏层时使用抗盐钙钻井液技术，钻进过程中钻井液密度1.80g/cm3，Ca2+由400mg/L上升至1960mg/L，Cl-由21000mg/L上升至54000mg/L，通过提前加入抗盐降滤失剂SMPFL-L和流性调节剂SMS-19，将井高温高压失水控制在12mL以内，塑性粘度控制在25-30mPas，动切力在8-12Pa之间，变化幅度较小，起下钻顺畅，电测结果显示井眼规则，二开井眼扩大率为3.4%，未发生任何复杂事故。

4 结束语

（1）以抗盐降滤失剂SMPFL-L和流性调节剂SMS-19为核心处理剂形成的抗钙钻井液体系抗钙能力优于现用钻井液体系，能够满足高盐环境下的钻进要求。

（2）随着超深井勘探与开发的推进，研发抗盐钙能力强、抗温能力大于150℃的抗钙钻井液处理剂及体系是将来重要的发展方向之一。

参考文献：

[1]孙举，王中华，王善举，等.强抑制高钙盐聚合物钻井液体系的研究与应用[J].断块油气田，2011，18（4）：541-544.

[2]黄汉仁.钻井流体工艺原理[M].北京：石油工业出版社，2016：342-343.

[3]楊小华，李家芬，钱晓琳，等.超高温聚合物降滤失剂PFL-1的合成及性能评价[J].石油钻探技术，2010，38（2）：37-42.

[4]杨小华，林永学，王琳，等.一种超高密度钻井液用分散剂、制备方法与应用CN，ZL.201110301295.2[P].2011-9-28.