王 冬，單 進(jìn)，楊嶠峰，黃友亮，樂 明

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100；2.油氣鉆采工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430100；3.中原石油工程公司a.西南鉆井分公司；b.鉆井二公司，河南濮陽457001）

K區(qū)塊鹽膏層鉆井液體系技術(shù)研究

王 冬1，2，單 進(jìn)3a，楊嶠峰1，2，黃友亮1，2，樂 明3b

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100；2.油氣鉆采工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430100；3.中原石油工程公司a.西南鉆井分公司；b.鉆井二公司，河南濮陽457001）

K區(qū)塊所鉆井在鉆遇鹽膏層地層過程中遇到易掉塊，機(jī)械鉆速低，鉆井周期長等難點(diǎn)。筆者基于該區(qū)塊的鉆進(jìn)難點(diǎn)，對(duì)該區(qū)塊的鉆井液體系進(jìn)行了流變性、抑制性及熱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，并通過一系列對(duì)比研究表明通過向氯化鈉飽和或欠飽和鹽水鉆井液中加入硫酸鈉可以較好地控制石膏的溶解和維持鉆井液性能穩(wěn)定。所復(fù)配的鉆井液體系值得在該區(qū)塊后續(xù)的鹽膏層鉆井中進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

鹽膏層；鉆井液；抑制性；推廣

K區(qū)塊的受力性質(zhì)主要是南北方向上的擠壓應(yīng)力，其構(gòu)造特征為一強(qiáng)烈變形的山前逆沖帶，發(fā)育一系列不完整的逆沖推覆構(gòu)造體系，且成排成帶分布。根據(jù)臨近井所鉆資料顯示該區(qū)塊在鉆進(jìn)過程中整體機(jī)械鉆速較慢，鉆井周期較長，鉆進(jìn)效率低且含有巨厚的礫石層、鹽膏層極大程度的影響了鉆進(jìn)效率。

K區(qū)塊在鉆井過程中所遇到技術(shù)挑戰(zhàn)主要有以下幾方面：（1）地層溫度高，要求鉆井液具有較好地抗高溫性能；（2）鉆遇膏鹽層對(duì)鉆井液抗鈣性能和井壁穩(wěn)定提出更高要求；（3）掉塊現(xiàn)象比較嚴(yán)重，需要進(jìn)一步的增強(qiáng)鉆井液的抑制性；（4）地層存在多套壓力系統(tǒng)，包括淺層氣和高壓鹽水層，這就需要對(duì)鉆井液的密度進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。基于以上難點(diǎn)，筆者對(duì)K區(qū)塊鉆井液體系展開了一系列的研究優(yōu)化出了適合本區(qū)塊鉆井的鉆井液體系，對(duì)于該區(qū)塊后續(xù)的勘探開發(fā)具有十分重要的意義。

1 K區(qū)塊鉆井液性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

1.1 流變性能評(píng)價(jià)

K區(qū)塊所鉆井現(xiàn)場5100m處所用鉆井液體系為KCl-欠飽和鹽水鉆井液體系，主要配方：4%膨潤土+0.3%KPAM+8%磺化酚醛樹脂SMP-2+6%抗鹽褐煤樹脂+6%抗溫抗鹽降失水劑+3%瀝青類防塌劑+1%聚合醇防塌劑+0.6%燒堿+15%NaCL +5%KCl+3%聚陰離子纖維素+0.2%隨鉆堵漏劑，其流變性室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 K區(qū)塊氯化鉀欠飽和鹽水鉆井液流變性Tab.1 Rheological properties of potassium chloride under saturated brine drilling fluid in K block

從表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，K區(qū)塊所用的該鉆井液體系流變性性能良好。

1.2 抑制性性能評(píng)價(jià)

取該區(qū)塊的鉆屑樣品在所鉆井所用鉆井液中150℃下熱滾16h后測其回收率，在350mL現(xiàn)場鉆井液中加入過6～10目樣品50g，150℃熱滾16h后過40目篩子回收烘干并稱重，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 K2井樣品熱滾回收率Tab.2 Hot rolling recovery rate of well sample in K2

從表2可以看出，該層位鉆屑在現(xiàn)場鉆井液的熱滾回收率較高，庫2井現(xiàn)場用鉆井液抑制性較好。

1.3 抗溫性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

室內(nèi)評(píng)價(jià)了欠飽和鹽水鉆井液體系的抗溫性，研究了其在140~170℃溫度下鉆井液性能的變化，其數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

表3 欠氯化鉀飽和鹽水鉆井液體系抗溫性Tab.3 Temperature resistance of drilling fluid in Saturated Brine under low potassium chloride

分析數(shù)據(jù)結(jié)果可知，庫2井鉆井液體系的抗溫性能較好。能滿足現(xiàn)場鉆井需要。

1.4 氯鹽對(duì)CaSO4溶解性影響

NaCl、KCl、MgCl2和CaCl2對(duì)石膏溶解度影響見圖1、2。

圖1 NaCl和KCl對(duì)石膏溶解度影響Fig.1 Effect of sodium chloride and chloride on the solubility of gypsum

圖2 MgCl2和CaCl2對(duì)石膏溶解度影響Fig.2 Effect of magnesium chloride and potassium calcium chloride on the solubility of gypsum

作為一價(jià)鹽的KCl和NaCl，隨加量增加，對(duì)石膏溶解度影響規(guī)律有些差異，KCl促進(jìn)石膏的溶解，而NaCl則是先促進(jìn)，超過15%左右時(shí)又抑制石膏的溶解；CaCl2明顯抑制石膏溶解，MgCl2與NaCl規(guī)律有些相似，加量在4%以內(nèi)時(shí)促進(jìn)石膏溶解，超過4%時(shí)又明顯抑制研究溶解。

以15%的NaCl溶液作為欠飽和鹽水，研究了Na2SO4和CaCl2兩種鹽對(duì)石膏的溶解性影響，見圖3。這種規(guī)律與單一的Na2SO4或CaCl2對(duì)石膏溶解性影響規(guī)律性相一致，但CaCl2影響程度相對(duì)更厲害。

圖3 CaCl2和Na2SO4對(duì)氯化鈉欠飽和溶液中石膏溶解性影響Fig.3 Effect of calcium chloride and sodium sulfate on the solubility of gypsum in the less saturated solution of sodium chloride

2 K區(qū)塊欠KCl飽和鹽水鉆井液體系優(yōu)化

從以上室內(nèi)石膏溶解與抑制研究結(jié)果可以知道：在飽和鹽水或欠飽和鹽水鉆井液中通過添加CaCl2或Na2SO4均能有效抑制石膏溶解，而且CaCl2作用效果比Na2SO4更為明顯，但CaCl2對(duì)水基鉆井液體系性能有不良影響，主要表現(xiàn)在許多水溶性聚合物抗鈣能力差，以及Ca2+對(duì)膨潤土有較強(qiáng)絮凝作用，從而導(dǎo)致鉆井液失水量增大，造壁性變差。基于以上考慮，在欠飽和鹽水中加入Na2SO4以抑制石膏的溶解是合適的。

在室內(nèi)以現(xiàn)場欠飽和鹽水鉆井液體系為基礎(chǔ)，確定基漿配方：4%土粉+0.3%KPAM+8%磺化酚醛樹脂SMP-2+6%抗鹽褐煤樹脂+6%抗溫抗鹽降失水劑+3%瀝青類防塌劑+1%聚合醇防塌劑+0.6%燒堿+3%聚陰離子纖維素+0.2%隨鉆堵漏劑+重晶石+5%KCl+15%NaCl+3%Na2SO4。

在該基漿的基礎(chǔ)上分別評(píng)價(jià)了1#：基漿；2#：基漿+1%石膏；3#：基漿+3%Na2SO4；4#：基漿+3%Na2SO4+ 1%石膏，4種鉆井液配方的性能。

室內(nèi)評(píng)價(jià)了穿鹽膏層鉆井液體系的流變性其數(shù)據(jù)結(jié)果見表4。

表4 優(yōu)化后穿鹽膏層鉆井液體系流變性評(píng)價(jià)Tab.4 Evaluation of rheological property of drilling fluid system with optimized drilling fluid

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，不加Na2SO4的KCl欠飽和鹽水鉆井液發(fā)生石膏侵后，其粘度和失水均有明顯變化，而加有3%Na2SO4的鉆井液則保持性能穩(wěn)定。這說明Na2SO4充分發(fā)揮了抑制石膏溶解度功效，有利于保持鉆井液性能穩(wěn)定和井眼穩(wěn)定。

3 結(jié)語

（1）通過對(duì)K區(qū)塊所鉆井5100m處的鉆井液體系的室內(nèi)流變性、抑制性以及熱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)表明KCl-欠飽和鹽水鉆井液體系穩(wěn)定性較好，適合在該區(qū)塊其他井的鉆進(jìn)過程中進(jìn)行推廣；

（2）可溶性鹽對(duì)石膏溶解性影響主要受鹽效應(yīng)和同離子效應(yīng)控制，NaCl、KCl、MgCl2和有機(jī)鹽在常用加量范圍內(nèi)對(duì)石膏溶解性有促進(jìn)作用；

（3）CaCl2和Na2SO4因同離子效應(yīng)對(duì)石膏溶解性有抑制作用，相同加量時(shí)CaCl2對(duì)石膏溶解性抑制作用更明顯；

（4）通過向NaCl飽和或欠飽和鹽水鉆井液中加入Na2SO4可以較好地控制石膏的溶解和維持鉆井液性能穩(wěn)定。

［1］齊恒之，潘億勇，邱增偉，等.井壁穩(wěn)定力學(xué)分析及實(shí)踐［M］.天然氣勘探與開發(fā)，2005.9.

［2］段貴府,胥云,盧擁軍,等.耐超高溫壓裂液體系研究與現(xiàn)場試驗(yàn)［J］.鉆井液與完井液,2014,（3）:75-77；101.

［3］劉慶旺,劉治.新型200℃超高溫壓裂液體系的室內(nèi)研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程,2011,29:7256-7259.

［4］Waples D W．Basin modelling：How well have we done［M］. London：TheGeological SocietySpecial Publication，1998.1-14．

［5］張彥虎，江建軍.川西中江地區(qū)井壁失穩(wěn)機(jī)理研究［J］.鉆井工藝.2001，24（1）：10-12.

Study on drilling fluid system of salt gypsum layer in K block

WANG Dong1,2，SHAN Jin3a，YANG Qiao-feng1,2，HUANG You-liang1,2，YUE Ming3b
（1.College of Petroleum Engineering in Yangtze University,Hubei Wuhan 430100，China；2.The Key Laboratory of oil and gas drilling engineering in Hubei Province,Hubei Wuhan 430100，China；3.a.Southwest Drilling Branch Company,Zhongyuan Oil Field Engineering Company；b.The Second Company，Zhongyuan Petroleum Drilling Engineering Co.Puyang 457001,China）

In the process of drilling in salt gypsum layer,the drilling in K block is easy to fall off,the mechanical drilling speed is low,and the drilling cycle is long.The drilling difficulties based on the block,the block drilling fluid system were rheology,inhibitory properties and thermal stability of the evaluation,and through a series of comparative studies show through to sodium chloride saturated or undersaturated brine drilling fluid adding sodium sulfate can better control the dissolution of gypsum and maintain the stability of drilling fluid properties. The compound drilling fluid system is worthy of further popularization and application in the drilling of salt gypsum layers in the block.

salt gypsum layer；drilling fluid；Inhibitory property；extension

TE242

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161247

2016-07-25

王冬（1990-），男，在讀碩士研究生，研究方向：鉆井工程巖石力學(xué)。

黃友亮（1991-），男，在讀碩士研究生，研究方向：鉆井工程巖石力學(xué)。