硫酸盐钻井液体系研究与应用

硫酸盐钻井液体系研究与应用

杨华

中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院山东东营257000

摘要

钻遇含高钙盐水地层，研究一套成熟先进科学的施工工艺和技术措施；通过检测钻井液中的SO42-就基本能够判断钻井液的状态；解决高温深井高钙盐膏层下部井眼直径小、排量小、高温高密度钻井液受到高浓度钙水浸的复杂难题；开发硫酸盐钻井液体系为高钙盐膏层类钻井开辟了新途径，室内对硫酸盐钻井液体系进行了抗高温、抑制性、抗钙污染能力、油层保护效果评价，评价结果表明，最优配方的流变性良好；完善了硫酸盐钻井液体系的现场施工工艺，并在坨791、利67井、利57井、滨440井、TP7-4井等多口井进行了现场应用试验，解决了安全快速地钻穿盐膏层的施工难题，有效的保护了油气层。

关键词：硫酸盐；高钙盐膏层；保护油气层

深井施工过程中经常钻遇高压盐水层、盐膏层、膏泥盐层等复杂地层，钻遇大段石膏层，芒硝含氯化钙高压盐水层等高含钙类的地层时，钻井液性能会急剧恶化[1]，性能稳定性差，成本增加，甚至造成井下事故，影响钻井施工。从目前钻井液技术看，如果浅井、低密度钻井液遇到含高钙水地层，首先加重压稳该地层，然后加入除钙剂如纯碱、小苏打、硫酸钠，通过中和反应，将钻井液中的钙离子含量降到合适的范围内，通过常规处理，调整钻井液性能，通过改进完善一套对付含高钙水地层的钻井液体系，即含高SO42-的无机盐钻井液体系，有效地解决钻遇盐膏层钻井液受高钙盐水浸的问题，为复杂区块的勘探和开发提供有利的技术保障。。在室内研究出的硫酸盐钻井液体系，利用SO42-与Ca2+反应生成CaSO4沉淀的原理，用硫酸盐来清除钻井液中多余的Ca2+，使得钻井液性能稳定，具有良好的抗钙、抗温稳定性，并在和田1井深井盐膏层井段应用硫酸盐钻井液体系获得成功，很好解决了钻遇高钙盐膏层所遇到的复杂难题，达到安全快速地钻穿膏盐层提高经济效益的目的。进而推广应用于胜利油田的很多地区深部地层，在坨791、利67井等多口井进行了现场应用，解决了安全快速地钻穿盐膏层的施工难题。

1.室内研究

针对钻遇高钙盐水层，在室内研究出硫酸盐钻井液体系，利用SO42-与Ca2+反应生成难溶CaSO4的原理以及同离子效应，用硫酸盐来清除钻井液中多余的Ca2+，使钻井液具有良好的抗钙、抗温稳定性。通过大量的室内实验优选出硫酸盐钻井液配方，并对该体系抗温、抗钙、抑制性、油气层保护效果等性能进行了评价。

1.1硫酸盐钻井液体系配方优选

在以往大量室内钻井液实验研究的基础上，我们在室内完善了硫酸盐钻井液体系的优选配方：3％膨润土＋1~2％聚合物＋3~5％流型调节剂＋1.5％降粘剂＋3~5％抗盐降滤失剂＋1~2％润滑剂＋0.1％抗氧化剂+0.2％表面活性剂+6％硫酸钠。

1.2.硫酸盐钻井液体系优选配方评价

1.2.1抗钙性能评价

从优选配方抗钙性能实验来看，钻井液中加入6％Na2SO4在常温下抗4~5%的CaCl2的污染。通过试验表明了体系配方抗钙能够大于40000ppm。

1.2.2优选配方抗温性评价

硫酸盐钻井液体系在150℃高温下性能良好，在加4%CaCl2和提高密度2.03g/cm3情况下具有良好流变性。

1.2.3优选配方抑制性评价

本文选胜坨地区沙三段泥页岩岩屑（6~10目）作为评价岩屑，做回收率对比实验。

硫酸盐钻井液体系岩屑回收率为93.6%，而聚合物钻井液岩屑回收率为44.8%、聚合物聚磺钻井液岩屑回收率为89.2%，硫酸盐钻井液具有良好的抑制性。

2.硫酸盐钻井液体系现场应用

2.1硫酸盐钻井液体系在利67井的应用

利67井完钻井深4241m，实际完钻钻井液密度1.96g/cm3。针对利67井的地层特点和实际钻进情况，该井三开采用硫酸盐钻井液体系先后解决了井壁掉块、井涌、石膏侵、盐水侵和井漏等各种复杂问题，因此该井在钻至4221m～4241m井段，钻遇盐膏层时，Ca2+含量由120mg/L上升至360mg/L；Cl－含量由7352mg/L上升至11763mg/L时，钻井液未出现因石膏污染和盐水污染而使钻井液粘切增大，流变性能恶化，并且失水增大等问题，改用硫酸盐钻井液体系有效的防止了石膏侵、盐水侵污染。保证了中途测试和钻进施工的顺利进行。

该井主要在沙四段使用硫酸盐钻井液体系，通过该体系的使用顺利钻至沙四段盐膏层，进入岩膏层40m完钻，保证了该井的顺利施工。

经过中途测试求产，获得日产原油100多方、日产天然气16000多方的高产工业油气流。利67井的成功钻探，为在胜利油田的利津深层滩坝砂岩进行勘探提供了科学依据。

2.2硫酸盐钻井液体系在坨791井的应用

坨791井是位于垦利县胜坨乡北距离约150m，胜坨镇北面的一口预探井，设计井深4260m，实际完钻井深为4131.9m。沙三下、沙四段目的层高压，易喷易漏，沙四下将钻遇含膏泥岩，易发生盐膏污染；给钻井施工造成了很大的困难。针对坨791井的地层特点和实际钻进情况，在目的层优选了适合该井的硫酸盐钻井液体系，钻井液密度在1.75g/cm3，先后解决了井壁掉块、油气侵、盐膏侵等各种复杂问题。

从三开的井径看，3122～4131m，井径规则为9″，基本上是一条直线，井径扩大率为5.9%，说明采用的硫酸盐钻井液体系进行三开施工，完全满足井下的情况，抑制、防塌、携砂能力好，井眼稳定。

本井在施工过程中比较顺利，由于设备的老化，出现的检修设备时间较多，本井平均机械钻速为4.89m/h，钻井周期为74.21天，比设计周期节约30天，取得了较好的经济效益。

3.结论

（1）室内研究出了针对含高钙盐水地层的硫酸盐钻井液体系，该体系抗钙大于40000ppm，6%~8%的硫酸钠可以抗4~7%的CaCl2侵；体系优选配方密度达2.0g/cm3以上流变性良好，抗温可达150℃，HTHP滤失量小于15ml；岩屑回收率为93.6%，体系具有较强的抑制性。

（2）硫酸盐钻井液体系体系配伍性良好、抗温稳定性好，在钻遇盐膏层或遇到各种类型的钙侵时，该钻井液体系也将成为首选体系，将会大大降低处理钙侵的时间和财力的损失。

（3）在利67井、坨791井进行了推广应用并获得了成功，安全快速地钻穿深井盐膏层井段。通过对胜利油田不同区块盐膏层选用硫酸盐钻井液技术，在钻遇盐膏层既防止了盐膏层对钻井液的污染，同时提高了单井质量、降低勘探开发成本方面，具有巨大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]黄汉仁.钻井流体工艺原理.石油工业出版社.2016.08.01.

[2]王建华，鄢捷年，丁彤伟.高性能水基钻井液研究进展[J]，钻井液与完井液，2007，24（1）：72-75.

[3]徐同台，崔茂荣，王允良，李健，钻井工程井壁稳定新技术,石油工业出版社，1999.09.