高密度饱和盐水钻井液体系在大段盐膏层的应用

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摘要：我国油田盐膏层分布广泛，由于盐膏层极不稳定，钻井施工过程中常常引起各类工程事故，施工作业风险极大。本公司通过多年的钻井技术实践，对该钻井液体系在应用上有了较深层次的认识。本文从高密度饱和盐水钻井液技术方案的制定、钻井液的配制及现场应用三个方面进行了阐述，旨在为同类型井钻井液使用维护提供可借鉴的经验。

关键词：饱和盐水 盐膏层 钻井液 现场应用

前言

我国油田盐膏层地层分布广，该层段在钻井和完井施工过程中受强地层应力的作用发生蠕变缩而导致缩径卡钻，另外石膏溶解会对钻井液造成污染。该类油田的开发周期长，成本高，严重影响油气勘探开发的进程。一般情况下，盐的溶解是造成盐膏层钻井过程中各种井下复杂情况的主要原因。因此，要想顺利钻穿盐膏层，就必须采取有效的措施以控制盐的溶解速率。高密度饱和盐水钻井液矿化度极高，因此具有很强的抑制性，并具有很好的抗盐侵、钙侵和抗高温的能力，以及对地层损害小等特点，特别适于钻穿埋藏较深、厚盐层及岩性复杂的复合盐层。高密度饱和盐水钻井液体系设计及应用都是建立在深井盐膏层的地质物性特征分析评价基础之上，其配制及现场应用事关重要。

1 高密度饱和盐水钻井液的组成

1.1 膨润土或抗盐土

主要用来提高饱和盐水钻井液的塑性粘度和动切力。一般情况下，钻井液中膨润土含量应控制在25～50g/L。钻井液中最佳膨润土含量应随钻井液密度与温度增高而下降。膨润土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，但必须使用剪切枪使抗盐土在水中充分分散。

1.2 盐类

一般选用氯化钠。在特殊情况下，亦选用氯化钾与氯化钠进行复配。对于石膏含量较高的地层，亦可选用硫酸胺，利用同离子效应来控制Ca2+对钻井液性能的不良影响。

1.3 护胶剂与降滤失剂

使用时，处理剂数量必须加足，才能保证性能稳定。上述处理剂抗温能力不同，因此需依据所钻井最高井底温度来选用护胶剂和降滤失剂，以确保在高温下仍具有良好的性能。上述处理剂抗温能力不同，因此需依据所钻井最高井底温度来选用护胶剂和降滤失剂，以确保在高温下仍具有良好的性能。钻进深部盐膏层时，为了降低高温高压滤失量，可加入磺化度高的磺化酚醛树脂或SPNH、SLSP等。

1.4 重结晶抑制剂

为了抑制深井段因盐岩溶解而引起井径扩大，并避免出现井下复杂情况以及防止盐的重结晶，可在饱和盐水钻井液中加入适量的重结晶抑制剂，使其成为过饱和盐水钻井液。常用的重结晶抑制剂有氮—三乙酰胺、亚铁氰化钠、亚铁氰化钾、氯化镉和NTA。其中NTA是一种合成的氮氚三乙酰胺的衍生物盐抑制剂，除了具有抑制盐重结晶的作用外，还能提高钻井液的热稳定性，使滤失量略有下降，对钻井液流变性能影响不大，其加量一般为0.2%～0.4%。

1.5 其他

降粘剂、流型调整剂、磺化沥青类产品、烧碱与纯碱等。

2 钻井液及相关工艺确定

2.1 确定钻井液

提高钻井液密度是控制盐膏层的蠕变速度的有效方法。钻开盐膏层之前，首先要提高上部地层的承压能力。考虑饱和盐水钻井液盐溶能力对盐膏层蠕变的抵消作用，满足钻盐膏层的要求，对盐上裸眼井段必须作地层承压堵漏作业，使地层承压能力达到要求。

高密度饱和盐水钻井液各种主要性能的一般范围是：密度，2.0～2.30g/cm3；漏斗粘度，60～80s；塑性粘度，60～75mPa·s；动切力，10～20Pa；API滤失4ml/1.0mm；HTHP滤失≤10ml/3.0mm；膨润土含量，20～30g/L；[Cl-]≥190，000mg/L；pH值，9～10。

2.2 确定钻井液配方和性能要求

受井身结构限制，选择中等钻井液密度（井眼收缩率取中值），钻进过程中必然出现一定的盐膏层塑性流动，工程上表现为缩径，选择饱和或过饱和盐水钻井液体系，难以解决缩径卡钻问题。为尽可能控制成本和满足盐膏层钻井提出的苛刻要求，钻井液体系的选择上只能选用针对性强的饱和盐水钻井液体系。考虑到饱和盐水钻井液盐溶扩径作用，确定实钻应用该密度范围满足施工要求的钻井液密度，通过钻井液液柱压力控制盐岩溶解速率，实现盐膏层蠕变与溶解的动态平衡，从而使缩径卡钻难题得以解决。

2.3 合理的钻井液维护措施

在现场维护过程中，钻井液维护主要是要严格控制氯根含量范围在一个合适的区间，保证饱和盐水钻井液对盐膏层的溶蚀速度，使盐层塑性蠕变速度与溶蚀速度达到一个动态平衡，以保证安全钻井、测井和下套管作业。另外还应注意严格控制膨润土量、处理剂应配成胶液加入、重视钻井液pH值变化和固相控制等要点。

2.4 合理的钻井工艺措施

盐膏层井身设计是根据孔隙压力、破裂压力、维持特定盐膏层蠕变速率的安全钻井液液柱压力二个压力剖而选择必封点，形成盐膏层井身结构设计技术。一般采用长裸眼揭示盐膏层的五开次井身结构设计方案。

3 现场应用技术措施

3.1 高密度饱和盐水的配制

高密度饱和盐水的配制方法可大致分为两种。一种是在地面直接配好饱和盐水钻井液，在钻达盐层前将其替入井内，然后钻穿整个盐岩层。另一种方法是在上部地层使用淡水或一般盐水钻井液，然后在循环过程中提前进行加盐处理，使含盐量和钻井液性能逐渐达到要求，在进入盐岩层前转化为饱和盐水钻井液。然而，在现场实际操作中，有以下四种方法用于配制高密度饱和盐水钻井液。

3.2 高密度饱和盐水钻井液转换小型实验

高密度、高矿化度钻井液体系流变性调节需控制低坂上含量，密度、矿化度越高，坂上含量相应降低。在确定饱和盐水钻井液坂上含量的前提下，根据饱和盐水聚磺钻井液配方、性能要求及井浆性能情况，配制不同浓度胶液及加重剂进行转换小型实验，测定性能，优选体系转换最佳方案。

3.3 高密度饱和盐水钻井液转换

根据高密度饱和盐水钻井液转换小型实验，确定胶液配制浓度和与原聚磺钻井液混合比例，将胶液均换时，应严格按配浆程序及小型实验结果，将原浆与胶液混合均匀，性能满足要求后，再加盐、加重至匀混入，加KCl、NaCl及重晶石。前期钻井液组分及性能的调整与预处理是饱和盐水钻井液转换成功的关键。

3.4 劣质固相的清除

深井盐膏层钻进时，控制适当的坂上含量和固相含量、加足高聚物是保持良好流变性能和调节环空流型的关键也是降低环空压耗、预防盐上井漏的重要措施。钻进过程中应最大限度清除劣质固相，保持钻井液较低的坂含和固含，及时补充相应钻井液添加剂、控制好钻井液流变性、高温高压失水、性等，并保持性能稳定。

4结论

盐膏层的开发是一项系统工程，开发过程中需系统分析盐膏层的物化性能，优选合适的高密度饱和盐水钻井液，合理选择钻井液维护和处理工艺技术，拟定合适的钻井参数、操作方法。探索出不仅能能够适应石炭系地层，还能满足钻井工程的需要，保证井身质量的一整套钻井工艺。优化的高密度饱和盐水钻井液不仅能把蠕变缩径处的盐岩不断溶解，以弥补钻井液密度偏低的不足，还能达到井壁处盐岩蠕变速率与溶蚀的“动态平衡”，保证安全快速钻穿盐膏层。为更好的适应地层复杂化的趋势，还需不断探讨、总结施工过程的经验。

参考文献

[1]张锦荣，陈安明等.塔里木深井盐膏层钻井技术[J].石油钻探技术，2003，31（5） ： 25-27

[2]鄢捷年.钻井液工艺学[D].石油人学出版社，2001