硅酸盐钻井液稳定井壁机理

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1、第20卷第2期西南石油学院学报Vol.20No.21998年5月JournalofSouthwestPetroleumInstituteMay1998硅酸盐钻井液稳定井壁机理分析梁大川(西南石油学院石油工程系,四川南充637001)摘要以硅酸钾或硅酸钠为主要处理剂的硅酸盐钻井液体系近年来应用较多,该类体系具有很强的稳定井壁能力和环境相容性,其稳定井壁机理不同于其它常用水基泥浆体系。文中在介绍该类泥浆体系及应用情况基础上详细分析了其稳定井壁机理,认为有四个方面:①快速在近井壁堵塞孔隙和微缝,阻止滤液进入地层,减少压力穿透;②抑制页岩中粘土矿物水化;③

2、硅酸盐和粘土矿物发生反应;④其它无机盐的协同稳定作用。主题词钻井液;硅酸盐矿物;井眼稳定;机理;页岩中图分类号TE254.4硅酸钠具有很强的抑制页岩水化、防止井塌的年代前苏联用该体系钻井十多口,包括一口6806m能力,早在30年代就被人们所认识,并用高浓度硅的超深井,稳定井壁能力和热稳定性较好。酸盐(20─50%V/V)泥浆在海湾地区钻井一百多口,但存在粘切难以控制、维护处理困难等问题。表1无机硅酸盐体系典型配方及性能60年代Darley等人发现低浓度(<20%)硅酸盐泥配方和加量(Kg)性能浆具有好的稳定井壁能力,使用稀硅酸盐无机盐体ρ(g/cm

3、3)1.562.04[1]无水硅酸钠74AV(mPa·s)3948系钻井三口。但60年代后期由于聚合物泥浆的粘土6.8初切(Pa)00～5应用,硅酸盐泥浆体系的研究较少。近十余年来,由食盐17终切(Pa)5～1010～20水132API失水cm34～84～8于使用油基和合成基泥浆带来环保问题,因此迫切重晶石不定泥饼厚(mm)1.61.6pH12.212.2需要研究抑制性非常好的水基泥浆,故又对硅酸盐泥浆进行了广泛的研究,已形成一大类防塌泥浆体表2稀硅酸盐泥浆典型配方及性能系,在实际应用中也取得很好的效果。本文在介绍配方和加量(Kg)性能该类泥浆体系

4、的基础上,着重分析其稳定井壁的机粘土(坡缕缟石)50～753理。ρ(g/cm)1.60～CMC-500或1.65CMC-60012.5～22.5漏斗粘度(s)60～70纯碱5初切(Pa)0.61硅酸盐泥浆体系氯化钠200终切(Pa)0.9硅酸钠7033～4API失水cm重晶石850pH10.0水600～620根据所用的硅酸盐不同。可分为无机、有机硅[2]酸盐和硅酸盐聚合物泥浆三类。1.2硅酸盐聚合物泥浆1.1无机硅酸盐体系据所用聚合物品种和是否加入无机盐,该体系该体系主要依靠硅酸钠或硅酸钾抑制页岩水实际使用配方较多。前苏联以粘土、硅酸钠、CMC化,

5、典型配方及性能见表1。前苏联应用该体系在地质条件复杂的雅库梯亚地区钻井5口,制止了页岩和PAM配成泥浆在卡巴科沃62井5410-5521m[2]坍塌,改善了井眼条件,基本解决了井眼堆积岩屑井段使用成功。VanOortE等人介绍了一种以和卡套管等问题,。前苏联学者还对分别用CMC,水溶性硅酸盐为基础的水基泥浆,其基本配方见表聚丙稀类化合物、淀粉、腐植酸盐稳定的稀硅酸盐泥3。Mobil公司在北海南部的49区块用KCl/聚合物[3]/硅酸钠泥浆取得了很好的效果,井径非常规则。国浆进行过深入研究,典型配方及性能见表2。601997—09—02收稿梁大川,男

6、,1964年生,硕士,讲师,主要从事钻井液教学及井壁稳定方面的研究工作54西南石油学院学报1998年内也曾用液体或固体硅酸钾钠和PAM配伍使用,上式中,T为温度,R为气体常数,Vw为水的偏摩取得了较好的经济效益[4,5]。sds尔体积。aw和aw分别为页岩和泥浆的水活度。当aw1.3有机硅酸盐体系

7、的降滤失和防透率,用有效渗透压力产生的反向流动抵消压差产[2]塌效果。生的滤液侵入等途径均可以减少滤液侵入,从而有表3硅酸盐聚合物钻井液配方利于井壁稳定。硅酸盐泥浆主要就是通过这些途径KCl/聚合物/硅酸盐饱和盐/硅酸盐添加剂体系体系而稳定井壁的,具体地说,有下面几个方面的机理。XC2.865.722.1堵塞页岩孔隙和微裂缝,阻止滤液进入地层,PACR4.29-同时减少了压力穿透(PressurePenetration)PACLV2.862.68淀粉11.4411.44带负电的硅酸盐聚集体很小,足以因扩散和水HaOH1.430～0.57KCI1.4

8、3～100-力流动而进入页岩孔隙中,当这些聚集体进入孔隙Na2CO30.72-水pH接近中性的页岩后,会克服凝聚而形成三维