抗高溫硅酸鹽鉆井液體系室內(nèi)研究

陸玉亮 趙遠(yuǎn)遠(yuǎn) 周姍姍

摘? ? ? 要： 硅酸鹽鉆井液在解決井壁失穩(wěn)問題具有突出優(yōu)勢(shì)，但目前對(duì)硅酸鹽鉆井液體系在高溫條件下的研究較少，制約著硅酸鹽鉆井液體系的推廣應(yīng)用。通過硅酸鹽、高溫流變調(diào)節(jié)劑、降失水劑及pH穩(wěn)定劑等單劑的篩選，最終確定硅酸鹽鉆井液體系配方，并進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：所研究的硅酸鹽鉆井液體系可以抗170 ℃高溫，體系流變及高溫高壓失水均可滿足需求;體系具有較好的抗鉆屑、海水及鹽污染的能力，侵污前后流變相差不大;該硅酸鹽鉆井液體系具有較好的抗溫性能和抗搬土污染性能。

關(guān)? 鍵? 詞：抗高溫;硅酸鹽鉆井液;井壁失穩(wěn);抗污染

中圖分類號(hào)：TE 254? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2019）09-1998-04

Abstract： Silicate drilling fluid has outstanding advantages in solving the problem of wellbore instability. However， there are few studies on silicate drilling fluid system under high temperature conditions， which restricts the popularization and application of silicate drilling fluid system. Through the screening of single agents such as silicate， high temperature rheology modifier， fluid loss reducer and rheological stabilizer， the formula of silicate drilling fluid system was finally determined and the performance was evaluated. The results showed that the silicate drilling fluid system could resist high temperature of 170 °C， and the system rheology and high temperature and high pressure water loss met the drilling demand. It could resist 15% of soil pollution， and the rheology before and after pollution was not much different. The silicate drilling fluid system has good temperature resistance and resistance to soil contamination.

Key words： High temperature resistance; Silicate drilling fluid; Wellbore instability; Anti-pollution

井壁穩(wěn)定問題是油氣田鉆井過程中，最常見的問題。硅酸鹽鉆井液在穩(wěn)定井壁上具有突出優(yōu)點(diǎn)。何恕等發(fā)表的文章《利用壓力傳遞實(shí)驗(yàn)技術(shù)評(píng)價(jià)硅酸鹽鉆井液井壁穩(wěn)定性能》中，采用井壁穩(wěn)定物化-力學(xué)耦合模擬實(shí)驗(yàn)裝置，通過測(cè)定用鉆井液處理后泥頁巖滲透率及單透膜系數(shù)評(píng)價(jià)硅酸鹽鉆井液，結(jié)果表明硅酸鹽鉆井液具有很強(qiáng)的穩(wěn)定井壁的能力，且穩(wěn)定井壁的能力隨時(shí)間延長(zhǎng)而增強(qiáng)[1]。張金波等發(fā)表的文章《KCl/硅酸鹽鉆井液體系在蘇丹6區(qū)的成功應(yīng)用》成功提高了井壁穩(wěn)定性，降低了鉆井液密度，降低了鉆井成本[2]。硅酸鹽優(yōu)異的抑制性及穩(wěn)定井壁的特點(diǎn)，使國(guó)內(nèi)外對(duì)硅酸鹽鉆井液進(jìn)行了大量的研究，但目前硅酸鹽體系在高溫條件下的研究較少，文獻(xiàn)資料顯示硅酸鹽鉆井液研究最高溫度為150 ℃[4-7]，另外硅酸鹽鉆井液的流變控制及濾失量控制一直制約著其推廣[4-9]。為了滿足高溫深井的需求，室內(nèi)對(duì)硅酸鹽鉆井液所用硅酸鹽、高溫流變調(diào)節(jié)劑、降失水劑及流變穩(wěn)定劑等單劑進(jìn)行篩選，解決硅酸鹽鉆井液的流變及濾失量控制問題，建立一套可抗170 ℃高溫的硅酸鹽鉆井液體系。

1抗高溫硅酸鹽鉆井液體系構(gòu)建

室內(nèi)構(gòu)建了密度為1.25 g/cm3，性能滿足鉆井要求的硅酸鹽鉆井液體系。基本配方如下：淡水+0.3%NaOH+0.3%PAC-LV+0.1%XC+2.5%封堵劑+2.5%降失水劑1+2%降失水劑2+3%硅酸鹽+3%pH穩(wěn)定劑+1%高溫流變調(diào)節(jié)劑+重晶石（加重到所需密度）。實(shí)驗(yàn)從硅酸鹽鉆井液所用降濾失劑、硅酸鹽濃度及pH穩(wěn)定劑對(duì)體系性能影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1? 降濾失劑加量變化對(duì)體系性能影響

鉆井過程中，鉆井液濾液侵入地層泥頁巖水化膨脹，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致井壁失穩(wěn)及各種井下復(fù)雜情況。雖然硅酸鹽鉆井液濾液侵入可與低pH值的地層水反應(yīng)生成凝膠，起到封堵地層孔喉及微裂縫作用[10]，但綜合考慮鉆井過程中對(duì)濾餅質(zhì)量及安全鉆井要求，其濾失量不宜過大。室內(nèi)優(yōu)選出聚合物類降濾失劑1，并進(jìn)行評(píng)價(jià)結(jié)果如表1。

從表1可以看出，隨著降濾失劑1加量增大，鉆井液黏度切力逐漸增加，濾失量逐漸降低，當(dāng)加量為2%時(shí)，流變性及失水量均較好，推薦降濾失劑1加量為2%即可。

1.2? 硅酸鹽加量對(duì)體系性能影響

為了評(píng)價(jià)硅酸鹽加量對(duì)硅酸鹽鉆井液體系性能影響，室內(nèi)對(duì)優(yōu)選出的硅酸鹽加量進(jìn)行評(píng)價(jià)。從表2中可以看出，硅酸鹽加量為6%時(shí)，硅酸鹽鉆井液體系高溫高壓失水相比5%硅酸鹽加量增加22 mL，同時(shí)體系粘切隨硅酸鹽加量增多降低，綜合考慮硅酸鹽鉆井液抑制性對(duì)硅酸鹽濃度的要求，推薦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用硅酸鹽有效含量應(yīng)在3%～5%之間為宜。

1.3? pH穩(wěn)定劑對(duì)體系性能影響

針對(duì)硅酸鹽溶液在不同pH值條件下會(huì)有不同狀態(tài)，室內(nèi)評(píng)價(jià)了不同pH條件下，3%的硅酸鹽溶液的狀態(tài)，在室溫條件下，當(dāng)pH=10.7時(shí)，放置24 h后，溶液由清澈變渾濁，繼續(xù)降低pH值，硅酸鹽溶液開始形成凝膠;在高溫條件下，硅酸鹽更易形成凝膠。所以硅酸鹽鉆井液在使用過程中需要保證pH值至少大于11.0。

1.3.1pH值對(duì)體系性能影響

滾后pH值為10.04時(shí)，熱滾后開罐較稠，流態(tài)較差，分析認(rèn)為pH降低后，硅酸鹽以原硅酸或低聚硅酸的形式聚集析出，形成凝膠結(jié)構(gòu)，但高速攪拌后，破壞凝膠結(jié)構(gòu)，粘切從流變數(shù)據(jù)來看雖然明顯增稠但依然可控;pH值為11.21時(shí)，粘切可滿足鉆井需求，隨著pH升高當(dāng)其達(dá)到12.97時(shí)，體系粘切降低，攜砂性變差，推薦硅酸鹽鉆井液pH控制在11～12之間（表3）。

1.3.2? pH穩(wěn)定劑加量對(duì)體系性能影響

為了保持鉆井液中pH始終高于11，室內(nèi)優(yōu)選的RheSTAB pH穩(wěn)定劑，降低鉆井過程中因鉆屑侵入等原因?qū)е碌膒H降低。

從表4可以看出，加入3% RheSTAB后，體系滾前滾后pH差值僅為0.3，比不加的降低了0.83，表明硅酸鹽體系中加入pH穩(wěn)定劑能有效的穩(wěn)定體系pH值，降低體系在作業(yè)過程中因pH值降低而造成流變性難以控制的風(fēng)險(xiǎn)。

2? 抗高溫硅酸鹽鉆井液體系性能評(píng)價(jià)

2.1? 硅酸鹽鉆井液抗溫性能評(píng)價(jià)

室內(nèi)評(píng)價(jià)了硅酸鹽鉆井液體系抗溫性能，從上表5可以看出，隨著熱滾溫度升高，體系粘切有所降低，當(dāng)熱滾溫度達(dá)到170 ℃時(shí)，體系依然具有較好的流變性，表明該硅酸鹽鉆井液具有較好的抗溫性能，可滿足鉆井需求。

2.2? 鉆井液抗污染能力評(píng)價(jià)

2.2.1? 不同鉆屑加量對(duì)體系性能影響

為模擬實(shí)際鉆井過程中，鉆屑侵入鉆井液體系對(duì)其影響，室內(nèi)分別在硅酸鹽鉆井液體系中添加5%、10%、15%現(xiàn)場(chǎng)鉆屑進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，從表6可以看出，在加入15%的鉆屑后，體系粘切雖有一定增加，但依然在可控范圍內(nèi)，體系pH值在鉆屑污染情況下始終穩(wěn)定在11以上，具有較好的抗鉆屑污染能力，可以滿足鉆井需求。

2.2.2? 不同海水加量對(duì)體系性能影響

在海上應(yīng)該過程中，鉆井液體系中可能侵入海水，室內(nèi)分別在硅酸鹽鉆井液體系中添加5%、10%、海水進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，從上表7可以看出，在加入10%的海水后，體系粘切只有輕微降低，體系pH值在鉆屑污染情況下始終穩(wěn)定在11以上，具有較好的抗海水污染能力，可以滿足鉆井需求。

2.2.3? 不同NaCl加量對(duì)體系性能影響

室內(nèi)分別在硅酸鹽鉆井液體系中添加5%、10%NaCl進(jìn)行鹽污染評(píng)價(jià)，從表8可以看出，在加入10%NaCl后，體系依然具有較好的粘切，表明該體系具有較好的抗鹽污染能力。

2.3? 抑制性、潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)室采用熱滾動(dòng)回收率評(píng)價(jià)硅酸鹽鉆井液體系抑制性能，在不加入KCl、聚胺的情況下，回收的露頭土棱角分明，滾動(dòng)回收率高達(dá)98.2%，表明硅酸鹽鉆井液體系具有優(yōu)異的性能。

在鉆井過程中，若鉆開液潤(rùn)滑性不好，會(huì)影響鉆井扭矩和阻力及鉆具摩損，潤(rùn)滑性對(duì)減少卡鉆等井下復(fù)雜情況，保證安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆進(jìn)起著至關(guān)重要的作用。室內(nèi)評(píng)價(jià)了潤(rùn)滑劑HLUB對(duì)體系性能的影響，從9可以看出，隨著潤(rùn)滑劑HLUB的增加，體系流變性能基本無變化，但摩阻明顯降低。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，推薦加入2%的HLUB。

3? 結(jié) 論

（1）硅酸鹽鉆井液體系配方：淡水+0.3%NaOH+0.3%PAC-LV+0.1%XC+2.5%封堵劑+2.5%降失水劑1+2%降失水劑2+3%硅酸鹽+3%pH穩(wěn)定劑+1%高溫流變調(diào)節(jié)劑+重晶石（加重到所需密度）。

（2）該硅酸鹽鉆井液體系具有良好的抗污染能力;良好的抑制性、潤(rùn)滑性及較好的抗溫性能，高溫條件下通過補(bǔ)加一定材料，可抗170 ℃高溫。

（3）硅酸鹽加量會(huì)嚴(yán)重影響硅酸鹽鉆井液控制，推薦體系加量以3%～5%為宜。

（4）pH值是影響硅酸鹽存在形式的主要因素，在實(shí)際應(yīng)用過程中必須保證pH>11。

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