柯柯亚区块泥页岩水化膨胀的实验评价.pdf

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1、2014年第8期西部探矿工程43柯柯亚区块泥页岩水化膨胀的实验评价黄静，吕苗荣，万国赋，刘志成，刁建波(常州大学石油工程学院，江苏常州213016)摘要：吐哈盆地柯柯亚区块是吐哈油田“十二五”期间重点开发的区块之一，该区块泥页岩层极易发生井壁坍塌，井下事故频发。主要原因是钻井液侵入岩层表面引起水化膨胀，诱发泥页岩剥落，选用合理的抑制剂对抑制该区块泥页岩水化膨胀显得尤为重要。实验选用氯化钾、硅酸钾、硅酸钠3种无机盐抑制剂对泥页岩样进行高温高压水化膨胀实验，选出适合该区块的无机盐抑制剂以及最佳配方，为下一步优化该区块钻井液体系打好基础。实验表明，氯化钾对泥页岩抑制效果优于硅酸钾和硅酸

2、钠，随着无机盐浓度的增加，泥页岩膨胀率降低，当浓度增加到7％时，泥页岩膨胀率减小幅度不再显著，综合实验和经济成本，浓度为7％的氯化钾对该区块泥页岩抑制效果最佳，同时配合使用5％硅酸钾起协同作用。关键词：柯克亚区块；泥页岩；井壁坍塌；水化膨胀；氯化钾中图分类号：TE311文献标识码：A文章编号：1004-5716(2014)08—0043—03钻遇泥页岩层时，极易出现井壁不稳定的情况，井其他无机盐的配合使用也取得了更加理想的效果4。下事故频发，延长钻井周期，增加钻井成本。每年井壁通过氯化钾、硅酸钾、硅酸钠3种无机盐对泥页岩膨胀失稳造成的井下事故所消耗的费用高达数十亿美元口]。率的对

3、比及相同抑制剂不同浓度的对比，优选出最佳造成井壁失稳的因素主要包括天然和人为2个方面，其的抑制剂及最佳浓度值。中天然因素主要是指岩层本身的构造特征及地层岩1无机盐评述性，人为因素主要是指钻具与地层产生的摩擦、碰撞及氯化钾是一种常用的无机盐类泥页岩抑制剂，具钻井液与泥页岩之间的物理化学作用J。其中，钻井液有较强的抑制页岩渗透水化的能力嘲，国内外许多实验侵入引起水化膨胀是柯柯亚区块泥页岩层井壁坍塌的研究表明，氯化钾在抑制泥页岩方面明显优于其他无主要原因。对该区块岩样及坍塌掉块的电镜扫描，可机盐抑制剂，并在现场应用中取得很好的效果]。苏联以确定该区块粘土矿物含量在20％-30％之间，以

4、伊／伏尔加格勒石油科学研究设计院研究表明，膨润土在蒙混层为主，伊利石含量次之，地应力分布不均匀，粘氯化钾溶液中比在饱和氯化镁及饱和氯化钠溶液中吸土矿物与其他组分胶结分明，有明显的微裂缝发育。收的水少1．5～2倍，现场应用效果显著。近几年，国内当钻井液进人该岩层时，与粘土矿物产生局部水化，造外研究人员多采用氯化钾与其他抑制剂相结合配制成成不均匀的水化应力，促使岩石破碎。钻井液体系，提高其抑制效果，如KCl～硅酸盐钻井为了抑制井壁局部水化，选择适合该区块井壁稳液、KCl一聚合物钻井液、KCl～正电聚醇钻井液等，在定的防膨抑制剂显得尤为重要。其中，钻井液中添加现场应用中抑制能力强，具有

5、明显的防塌效果，取得了无机盐是抑制泥页岩水化膨胀的重要手段之一。室内良好的经济效益]。试验根据泥页岩水化膨胀抑制机理和已有的现场应用20世纪30年代，美国和前苏联就开始研究并使用经验对无机盐抑制剂进行优选，为下一步优化该区块硅酸盐钻井液，并证实了硅酸盐具有较为理想的防塌钻井液体系打好基础。国内外对硅酸盐钻井液在钻井效果，但由于该类钻井液在流变性、滤失性能和热稳定现场的应用效果给予了很高的评价]，是一种对泥页岩性方面的限制，当时并没有得到广泛的应用。20世纪抑制效果显著的优质水基钻井液体系]。而硅酸盐和9O年代以后，由于油基钻井液对环境污染严重、价格昂收稿日期：2013—09—29

6、第一作者简介：黄静(1988一)，女(汉族)，江苏徐州人，常州大学石油工程专业在读硕士研究生，研究方向：井壁稳定性研究。西部探矿工程2014年第8期贵等原因，使用受到限制，而硅酸盐具有对环境无污无机盐对岩样的抑制效果开始出现不同，氯化钾抑制染、适用温度范围广：价格合理等多种有利因素，人们效果最显著且岩样的膨胀率趋于稳定速度最快，5h后重新开始了对硅酸盐的研究及应用]。改进后的硅酸的膨胀率仅为26．77％，硅酸钾次之，硅酸钠效果最差。盐钻井液成功地应用于国内外多个油田，有效抑制了不同抑制剂膨胀率不同的原因解释如下：硅酸盐泥页岩的水化膨胀。目前国内外应用效果最好的硅酸中的硅氧键与岩石

7、颗粒表面结合成牢固的化学键，对盐有硅酸钠和硅酸钾。泥页岩抑制作用。但由于sio；一浓度较小，与颗粒表本次实验结合柯柯亚区块泥页岩特性选用氯化面接触并形成化学键所需的时间较长，水分子可进入钾、硅酸钾、硅酸钠3种无机盐作为无机盐抑制剂。获泥页岩表层发生水化反应，造成泥页岩在硅酸钾、硅酸得这3种材料的途径广泛，节约成本，适宜在钻井现场钠溶液中的膨胀率上升的速度大于氯化钾；硅酸根与使用。岩石颗粒表面形成一层膜，这层膜阻碍了与岩石颗2实验分析粒的接触，使得硅酸钾中I<+的抑制效果有所减弱，