超深井抗高温钻井液体系优化研究

1、超深井抗高温钻井液体系优化研究摘要：随着国际市场油气需求日益增加，各个国家和地区的油气勘 探开发力度也在逐年加人，面对浅层油气的快速枯竭，深层油气资源勘探 开发变得越来越重要，深层油气田钻井难度增加的一个主要因素，就是钻 井液体系和所钻地层如何进行最大程度的匹配。为满足高温复杂地层钻探 的对钻井液的实际需求，迫切需要加强超高温钻井液技术优化研究。关键词：钻井液体系，超深井中图分类号：te254文献标识码：a文章编号：引言：随着我国油气田勘探开发工业的快速发展以及对油气资源需 求的不断增大，国内外从20世纪的70年代开始就一直在不断的进行高温 深井钻井液体系及抗高温钻井液处理剂的研究和开发，并在

2、深井、超深井 钻井中得到了应用。下文即笔者根据油田现阶段技术条件，结合现场工程 实际优选出的几种钻井液体系。(1) 聚磺钾盐钻井液体系抗高温处理剂smp、smc在淡水钻井液中抗温能力达200°c220°c。smp 通过很好的吸附于粘土粒子表面提高其苛电位和增大水化膜厚度来保证 钻井液中胶体粒子比率，提高微粒的堵孔能力，聚合物可提高滤液粘度， 从而提高滤饼质量，降低滤饼渗滤系数，以达到降低钻井液高温高压滤失 量的目的。滤饼质量高，粘附系数k “氐，井下摩阻小，高温高压滤失量 低。加入smc可以控制粘切。kc1由于k+具有较强的抑制页岩渗透水化能 力，起到防塌稳定井壁的作用。聚

3、磺钾盐钻井液具有防塌能力显著、高温 稳定性能好、润滑性能好、抗污染能力及携屑载砂能力强等特点。(2) mmh聚合物饱和盐水钻井液体系该钻井液体系对盐膏层有较强的抑制性，悬浮携砂性能好，抗污染， 抗温达 220°c-230°co(3) 复合金屈聚殒钻井液体系该体系的基本配方为：60%8% 膨润土浆 +0. 05%kpam+0. 05%by 一 1+3%smc+5%smp 胶液 +3%rstf+5%-7%frh+2%-3%jn-l+0. 5%-1%除硫剂。该体系未加jn-1的基浆仅能抗温到200°c,且随温度的增加，性能逐 渐变坏，j7-1的加入有利于体系抗温能力的增

4、强，抗温达220°c ;同时随 温度的增加，性能变化趋势渐缓，该体系在200°c条件下静恒5天性能变 化很小，说明该体系热稳定性能好。并且随着jn-1的加入该体系的粘切 升高，特别是动塑比值升高，这有利于携带钻屑。现场应用表明，复合金 属聚磺钻井液抗温能力强，流变性能好，性能稳定，维护处理方便，体系 携砂能力强，有利机械钻速的提高，防塌能力强，有利于深井、超深井安 全快速钻进。(4) 聚磺钻井液体系该体系的配方为；基浆+hpah+kpam+sf-1+sf 2+smp 一 2+scur+zx 1+mmh+其它辅助剂。该体系抗温达230°c,具有较高的粘土容量(10%

5、钙膨润土)，较强的抗水泥污染能力(抗10%水泥污染)和相对较好的抗盐能力(抗10%nacl) o（5）低胶质体系低胶质体系通过控制粘土、活性固体浓度，并使用大量木质素，使得 水基钻井液具冇较广的温度范围，高温稳左性可达260c。这种钻井液由 下列儿种基木物质组成：重晶石;粘土;锯木质素;苛t生钠;聚 合物;石灰;resinex （m订park生产的抗高温树脂材料）。这种钻井液在现场具有广泛的用途：它可用作地层温度高于150°c 时的钻井液：対于开发深层气区，它可用于替换油基钻井液;新制备 的钻井液能提供良好的悬浮和最小的泵压來打破循环，对地层起封隔作 用。（6）高温抗污染水基钻井液体

6、系在水基钻井液中加入vsva聚言物能使其耐204°c的高温和高电解质杂 质的污染。钻井液具有控制失水和稳定流变性双重功能，填补了高温高污 染地层使用水基钻井液的空白，将对在钻井液工业产牛重要影响。用vsva配制的盐水泥浆配方如下：饱和盐水（1l）+o86%海泡石+2. 9%膨润土 +1. 7%合成树脂 +1. 7%vsva+1. 4%cac03+0. 86%馅木质素殒酸盐+0. 14%氢氧化钠+15009重晶 石（加重）“该钻井液现场使用取得良好的效果，在有些地层甚至不能用其 它钻井液来代替。（7）高温高压条件下使用的石灰基钻井液体系右灰基钻井液体系是20世纪40、50年代广泛使用的

7、并被认为抗污染 能力较强的抑制性钻井液体系。但这种钻井液体系在较高井底温度下易发 生严重胶凝。20世纪80年代研制klm （钾石灰mor-rex （用于石灰基钻井液 的聚合物稀释剂)、钾石灰聚合物钻井液等体系之后，石灰基钻井液体系 的使用重新引起了人们的注意。(8) 抗高温duratherm水基钻井液体系flqmagcobar公司提供的一种水基泥浆，适合于极高温度(260°c)条件 下工作。在有可溶性钠、钙盐和二氧化碳的影响下，具有良好的抗污染稳 定性。该泥浆体系抗热稳定性与泥浆处理剂xp. 20和resiner产品的耐高温 降解能力密切相关。尽可能减少胶凝添加剂含量并使用适量的聚合

8、物材 料，使整个体系的活性固相浓度降低，从而减轻了高温下活性固相絮凝所 引起的问题，并减轻了因盐水、c02、可溶性钠、钙盐污染引起的增稠现 象。(9) 阳离子聚合物钻井液阳离子聚合物钻井液以高分子阳离子聚合物作为粘土包被抑制剂，以 小分子阳离子作为粘土稳定剂，并复配以增粘剂、降滤失剂、封堵剂等。 大阳离子的大分子链上含有正电荷基团，与粘土的作用除氢键作用外，主 要为粘土表面的负电荷与聚合物分子链上的正电荷之间的静电作用。小阳 离子分子量小并带有正电荷，易吸附在粘土表面，进入粘土晶层间并取代 交换性阳离子而吸附于其屮，由于吸附力很强而不易脱附。吸附分子外表 面是含有碳氢基i才i的憎水表面，可阻止

9、水分子进入，故能有效地抑制粘土 的水化膨胀和分散，稳定井壁。由这些处理剂可组配成效果更好的阳离子聚合物钻井液，该钻井液在塔里木盆地、渤海、南海、冀东等油田近200 口深井、超深井、水平井中 使用，最高密度达2. 3g/cm3(英科1井)，在抗温、抗盐、润滑、稳定井壁 等方面均取得较好的效果。(10) 皂石一海泡石聚合物钻井液体系carney consultants i nc、texas tech u.和 inti. drilling fluids 的有关人员，在大量文献资料的调研及室内研究的基础上，研制了 “皂石 诲泡石聚合物钻井液体系”。这种钻井液体系主要由皂石、海泡石、相 対分子质量高的聚

10、合物降滤失剂、相对分子质量低的聚合物解絮凝剂等组 成。这种钻井液体系具冇良好的高温稳定剂，温度在260°c(500下)时仍 具有良好的流变性和较低的滤失量：这种体系已成功地用于井深超过 5181. 60m(17000ft)的深井中。(11) 分散性褐煤一聚合物钻井液体系chcvom服务公司等使用分散性褐煤一聚合物钻井液体系在密西西比 海域成功地钻了一口井深为7178.04m(23550ft)、井底温度高达212. 8°c (415 t)的探井_ms 57#1井。由于其良好的灵活性和适应性而可用于各种 井下条件，因而这种分散性褐煤一聚合物钻井液一直广泛应用于墨西哥湾 的钻井中

11、，但从未用像ms57#1井这样的井下条件极其复杂的超深井中。 现场应用表明，该体系具有以下特点：%1 抗高温能力强ms57#1井中，在密度高达2. 088 g/cm3井底温度高达212. 812 (415f) 的情况下，钻井液性能稳定。%1 抗污染能力较强 被石膏层、盐岩层、碳酸盐、氯化钙型盐水、水泥等污染后，体系本 身性能稳定，易于处理。%1 抑制性较强，具有较好的稳定井壁功能，且对油气层的损害小（12）抗高温无毒水基钻井液体系exxon公司等研制的流变性稳定的无毒高温水基钻井液体系（简称eht 体系）成功地应用于陆地和海上钻井中，井底温度最高达215. 5°c （420下）, 钻

12、井液密度达l869/cm3。该体系是根据“高温诱发的粘土颗粒的分散是 引起高温水基钻井液稳定性问题的根源和基本机理这一假设而研制的， 这种体系的流变性在较高的温度下仍很稳定。（13）新型抗钙聚合物钻井液体系在西德zechstein地层的钻井过程中,由于该地区普遍存在含有极高 含量二价阳离子（如钙、镁离子）的巨大岩体构造，因而遇到了严重的钻井 问题。用水基钻井液在zechstein地层钻井中，经常遇到钻井液性能严重 破坏、成本过高等问题。为此，研制了一种抗盐抗钙新型磺化聚合物并成 功用于该地层的钻井，极大改善了钻井液的性能，降低了钻井成木。其中 研制的新型磺化聚合物降滤失剂能抗盐至饱和、至少能抗75000mg/l的钙 离子和100000mg/l的镁离子、至少能抗高温至204°c （400f）。（14）高温石膏钻井液体系20世纪60年代后期以来，石膏钻井液体系是在匈牙利应用最广泛的 钻井液体系。这种体系可抗二氧化碳污染和盐水污染，且具有抗固相污染 和抗高温能