高密度硅酸盐钻井液体系的研究和应用

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1、高密度硅酸盐钻井液体系的研究和应用何兴华马慧朱成君成效华（胜利石油管理局钻井泥浆公司）摘要：研究了无机硅酸盐在高密度、高固相、高矿化度钻井液体系中应用，着重对钻井液体系的配方和性能的控制，以及体系的抑制性、抗固相污染及盐膏污染能力进行了评价。通过实验证明，硅酸盐钻井液体系具有良好的抑制泥页岩的水化膨胀能力，并具有一定的抗盐抗钙抗固相染污能力。分别在河坝1井和牛斜114井进行了应用，现场应用表明，硅酸盐钻井液体系在高PH值环境下防止地层的垮塌起到防塌和保护井壁的作用，具有良好的抑制防塌能力，悬浮携岩能力，保护油气层能力，有着良好

2、的经济价值和极为广阔的应用前景。关键词：机理体系抗污染现场应用硅酸盐作用机理硅酸盐钻井液体系的防塌机理，硅酸盐具有良好的抑制性，稳定井壁能力强。（1）含有硅酸根离子的钻井液滤液在井壁表面和进入泥页岩地层裂隙以后，可以迅速与地层流体中的PH值小于9的高硬度孔隙水中的高价重金属离子（Ca2+、AI3+Fe3+Mg2+）接触生成凝胶状物质和新盐沉淀物，而覆盖于岩石表面并堵塞孔隙；从而封堵泥页岩孔隙和微裂缝[1]。（2）当井温低于80℃时，硅酸盐可通过氢键力、静电力和范德华力的叠加与地层粘土矿物牢固结合；而井温高于80℃（特别在高于1

3、05℃）时，其分子中的硅醇基与粘土矿物的铝醇基发生缩合反应，产生胶结性物质，将粘土等矿物颗粒结合成牢固的整体，封固井壁。（3）硅酸盐稳定含盐膏地层的机理，主要是SiO32-与地层岩石表面的Ca2+、Mg2+发生作用，生成沉淀，从而在地层表面形成坚韧、致密的封固壳以加固井壁。硅酸盐是以封堵作用为主的防塌剂[2]。(4)硅酸酸性比碳酸弱,在受到CO2污染后,硅酸盐与CO2发生反应降低钻井液体系的PH值,从而将具有防塌作用的硅酸根转化成硅酸,使硅酸盐作用失效。通过化学作用（包括自身的化学胶凝反应及其与粘土矿物、钙镁离子等的化学反应）

4、封堵微裂缝和孔喉，稳定井壁。具有物理/化学固壁特性[3]。硅酸盐与各种钻井液体系配伍实验1、普通淡水聚磺钻井液体系：4%般土浆+0.3-0.5%包被剂+3%护胶剂+1-3%降失水剂+2-5%硅酸盐，该体系一般适用于深井超深井的钻探工作，但在许多复杂井，特别是山前构造区域地层倾角较大、易吸水膨胀跨塌缩径的探井施工过程中，受到钻井液材料荧光级别和地质录井的影响，防塌工作只有靠提高钻井液的密度来实现，但收到的效果不理想，不利于发现和解放油气层。实验证明，硅酸盐钻井液体系的钻井液具有较强的抑制性和特殊的防塌机理，较高的岩屑回收率，且对

5、于不同密度的钻井液，具有非常稳定的性能,钻井液性能见表1。表1钻井液性能配方D/g/cm3FL/mlPV/mpa.sYP/paPH聚磺体系1.031225512+3%硅酸盐1.031027611加重至2.01.862.293711加重至2.302.275.6911211加重至2.352.3410.4952411130℃/16h2.3414.66010102.饱和欠饱和盐水钻井液体系：4%般土浆+0.3-0.5%包被剂+3%护胶剂+1-3%降失水剂+35%盐+2-5%硅酸盐。复合盐:10%KCI+25%NaCI），该体系为饱和欠

6、饱和盐水钻井液体系，具有较强的抗高温抗盐抗污染能力，一般适用于海相沉积构造的深井、超深井，但在许多特殊复杂井，特别是易吸水膨胀垮塌缩径的盐层，盐膏层井段和具有塑性很强的泥岩（红层，橡皮层）地层的钻探施工过程中，仍然难度很大，一般采用提高钻井液的密度来平衡地层应力，防止盐层，盐膏层井段和塑性很强的泥岩段蠕动变形，但对盐膏层井段的石膏和塑性很强的泥岩段抑制能力效果并不理想。实验证明，饱和欠饱和盐水硅酸盐钻井液具有较强的抑制性，较高的岩屑回收率和特殊的防塌机理，不同密度的饱和欠饱和盐水钻井液，其性能比较稳定,钻井液性能见表2。表2钻

7、井液性能配方D/g/cm3FL/mlPV/mpa.sYP/paPH盐水钻井液1.2061699+3%硅酸盐1.208201310加重至2.01.988441610加重至2.302.3116701811加重至2.352.3616672611130℃/16h2.3644258103.环保钻井液体系4%般土浆+0.3%IND30+3%护胶剂+3%降失水剂+3%聚合醇+5%无荧光白沥青+3%硅酸盐。随着对环境保护的要求，环保型钻井液体系越来越多地应用于实际的钻井施工过程中。该钻井液体系的使用，虽解决了有关钻井液的环保和安全问题，但是，

8、体系的抗高温能力、稳定性和防塌性仍存在一定的问题。由于硅酸盐钻井液体系所使用的无机盐，具有无毒，无色，无荧光的特性。所以，硅酸盐钻井液体系不会影响整个钻井液的环保要求，并具有较强的抑制性、稳定性，解决了探井钻探中钻井液的污染和荧光问题，有利于地质录井和环境保护，钻井液性能见表