無機鹽在鉆井液中的應(yīng)用及對鉆井液性能影響

1、無機鹽在鉆井液中的應(yīng)用無機鹽在鉆井液中的應(yīng)用及對鉆井液性能影響及對鉆井液性能影響硅酸鹽應(yīng)用及影響硅酸鹽應(yīng)用及影響 研究背景研究背景鈣鹽應(yīng)用及影響鈣鹽應(yīng)用及影響 其他無機鹽應(yīng)用及影響其他無機鹽應(yīng)用及影響碳酸鹽應(yīng)用及影響碳酸鹽應(yīng)用及影響結(jié)論結(jié)論目錄目錄 研究背景研究背景 井壁穩(wěn)定問題是鉆井過程中經(jīng)常遇到井壁穩(wěn)定問題是鉆井過程中經(jīng)常遇到的難題。據(jù)統(tǒng)計，世界石油工業(yè)每年用于處的難題。據(jù)統(tǒng)計，世界石油工業(yè)每年用于處理井壁穩(wěn)定事故的經(jīng)費高達理井壁穩(wěn)定事故的經(jīng)費高達7 7億美元。由于無億美元。由于無機鹽鉆井液的抑制性能近于油基鉆井液，有機鹽鉆井液的抑制性能近于油基鉆井液，有利于保護油氣層，且成本低、無毒、無

2、污染，利于保護油氣層，且成本低、無毒、無污染，具有良好性能。具有良好性能。硅酸鹽防塌機理硅酸鹽防塌機理堵塞頁巖空隙和微裂縫，阻止濾液進入地層，同時減小了沖擊壓力2硅酸鹽與粘土礦物發(fā)生反應(yīng)34抑制頁巖中粘土礦物膨脹和分散與其他無機鹽的協(xié)同穩(wěn)定井壁作用1硅酸鹽應(yīng)用及影響硅酸鹽應(yīng)用及影響應(yīng)用歷程應(yīng)用歷程 早在20世紀30年代，前蘇聯(lián)和美國就開始研究硅酸鹽鉆井液，并應(yīng)用在墨西哥灣地區(qū)打斷已坍塌頁巖底層，解決了鉆井過程中卡鉆等問題。 20世紀60年代研究利用硅酸鹽提高羥甲基纖維素鈉的抗溫性。稀硅酸鹽鉆井液開始在現(xiàn)場應(yīng)用，取得了較好的穩(wěn)定井壁效果。 20世紀90年代國外石油公司基本上已將硅酸鹽體系作為成熟

3、技術(shù)使用。我國也開始對該體系進行系統(tǒng)研究，開發(fā)了多種復(fù)合型硅酸鹽鉆井液體系。硅酸鹽應(yīng)用及影響硅酸鹽應(yīng)用及影響硅酸鹽的模數(shù)和加量對鉆井液的抑制性和六邊形影響硅酸鹽的模數(shù)和加量對鉆井液的抑制性和六邊形影響較大，鉆井液較大，鉆井液PHPH和溫度對其抑制性防塌性有重要影響。和溫度對其抑制性防塌性有重要影響。良好的環(huán)境保護和井壁穩(wěn)定能力是硅酸鹽鉆井液主要良好的環(huán)境保護和井壁穩(wěn)定能力是硅酸鹽鉆井液主要的技術(shù)優(yōu)勢。的技術(shù)優(yōu)勢。時間證明硅酸鹽鉆井液既經(jīng)濟又環(huán)保，具有封堵能力時間證明硅酸鹽鉆井液既經(jīng)濟又環(huán)保，具有封堵能力強、抑制性好、潤滑性能優(yōu)良等特點，能有效保護油強、抑制性好、潤滑性能優(yōu)良等特點，能有效保護油

4、氣層。氣層。硅酸鹽應(yīng)用及影響硅酸鹽應(yīng)用及影響結(jié)論結(jié)論鈣處理劑種類鈣處理劑種類 鈣鹽應(yīng)用及影響鈣鹽應(yīng)用及影響 鈣處理鉆井液是以鈣處理劑為主要處理劑的水基鉆鈣處理鉆井液是以鈣處理劑為主要處理劑的水基鉆井液?？捎玫拟}處理劑包括石灰，石膏和氯化鈣等，它井液?？捎玫拟}處理劑包括石灰，石膏和氯化鈣等，它們分別稱為石灰處理鉆井液、石膏處理鉆井液和氯化鈣們分別稱為石灰處理鉆井液、石膏處理鉆井液和氯化鈣處理鉆井液。處理鉆井液。 鈣處理鉆井液具有抗鈣侵、穩(wěn)定頁巖和控制鉆井液鈣處理鉆井液具有抗鈣侵、穩(wěn)定頁巖和控制鉆井液中粘土分散性等特點。中粘土分散性等特點。現(xiàn)場應(yīng)用現(xiàn)場應(yīng)用 鈣鹽應(yīng)用及影響鈣鹽應(yīng)用及影響 2003

5、2003年、年、20042004年，塔河油田在鉆進第三系、三疊系、石炭系地年，塔河油田在鉆進第三系、三疊系、石炭系地層時應(yīng)用了高鈣鹽鉆井液體系，鉆井過程中鉆井液性能穩(wěn)定、濾失層時應(yīng)用了高鈣鹽鉆井液體系，鉆井過程中鉆井液性能穩(wěn)定、濾失易于控制、流變性易于調(diào)整，起下鉆順暢，全井最大摩阻小于易于控制、流變性易于調(diào)整，起下鉆順暢，全井最大摩阻小于300kN300kN，很少出現(xiàn)劃眼現(xiàn)象，三疊系和石炭系井徑擴大率均小于很少出現(xiàn)劃眼現(xiàn)象，三疊系和石炭系井徑擴大率均小于6%6%，表現(xiàn)出，表現(xiàn)出很好的防塌性。很好的防塌性。 再者，在配制膠液時可全部使用井場高礦化度水再者，在配制膠液時可全部使用井場高礦化度水，僅

6、此一項就僅此一項就節(jié)約淡水幾千方，在塔河油田淡水緊缺地區(qū)具有重大意義。節(jié)約淡水幾千方，在塔河油田淡水緊缺地區(qū)具有重大意義。 在鉆遇含石膏地層時，高鈣鹽鉆井液基本不存在鈣污染問題，在鉆遇含石膏地層時，高鈣鹽鉆井液基本不存在鈣污染問題，至鉆穿含膏地層，鉆井液性能保持穩(wěn)定。至鉆穿含膏地層，鉆井液性能保持穩(wěn)定。結(jié)論結(jié)論 鈣鹽應(yīng)用及影響鈣鹽應(yīng)用及影響1.1.高鈣鹽鉆井液體系具有極強的抑制性和防塌能力，對解決深部泥頁高鈣鹽鉆井液體系具有極強的抑制性和防塌能力，對解決深部泥頁巖地層剝蝕掉塊垮塌問題有明顯效果。巖地層剝蝕掉塊垮塌問題有明顯效果。2.2.高鈣鹽鉆井液體系通過協(xié)同作用確保該體系具有較強的防塌能力。

7、高鈣鹽鉆井液體系通過協(xié)同作用確保該體系具有較強的防塌能力。同時有機聚合物的包被絮凝作用與鈣鹽、鉀鹽、鋁鹽的無機封堵、固同時有機聚合物的包被絮凝作用與鈣鹽、鉀鹽、鋁鹽的無機封堵、固壁作用相結(jié)合，進一步提高了井壁的穩(wěn)定性。壁作用相結(jié)合，進一步提高了井壁的穩(wěn)定性。3.3.高鈣鹽鉆井液體系性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化、處理、維護簡單易行。高鈣鹽鉆井液體系性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化、處理、維護簡單易行。碳酸鹽應(yīng)用及影響碳酸鹽應(yīng)用及影響1.1.隨著隨著NaNa2 2COCO3 3的增加，的增加，pHpH不斷增加，濾失量不斷增加，表現(xiàn)粘度不斷增加，濾失量不斷增加，表現(xiàn)粘度和動切力先增加后減??；隨和動切力先增加后減?。浑SNaClNaC

8、l濃度的增加，濃度的增加，pHpH不斷減小，濾不斷減小，濾失量不斷增加，表現(xiàn)粘度動切力先增加后減小。失量不斷增加，表現(xiàn)粘度動切力先增加后減小。NaNa2 2COCO3 3或或NaClNaCl加加入量較少時，塑性粘度變化不大；加入量較大時，塑性粘度增入量較少時，塑性粘度變化不大；加入量較大時，塑性粘度增加，但增加量不大。加，但增加量不大。2.2.無論用無論用NaNa2 2COCO3 3和和NaOHNaOH調(diào)調(diào)pHpH，隨，隨pHpH的增加，表現(xiàn)粘度和動切力先的增加，表現(xiàn)粘度和動切力先增加后減小，增加后減小，pH=812pH=812，塑性粘度基本不變；，塑性粘度基本不變；pH11pH11時，濾失量

9、時，濾失量隨隨pHpH緩慢增加。緩慢增加。碳酸鹽應(yīng)用及影響碳酸鹽應(yīng)用及影響3.3.向基漿中加向基漿中加NaNa2 2COCO3 3至飽和，基漿表現(xiàn)粘度和動力粘度基本不變，塑至飽和，基漿表現(xiàn)粘度和動力粘度基本不變，塑性粘度變化不大，隨性粘度變化不大，隨NaNa2 2COCO3 3濃度增加，基液濾失量不斷增加。濃度增加，基液濾失量不斷增加。4.4.隨隨NaNa2 2COCO3 3濃度增加，基漿的表現(xiàn)粘度和動切力顯示降低，然后有所濃度增加，基漿的表現(xiàn)粘度和動切力顯示降低，然后有所增加，塑性粘度變化不大，高濃度時有所增加。增加，塑性粘度變化不大，高濃度時有所增加。5.5.鈣侵可以導(dǎo)致鉆井液粘度增加，而

10、進一步鈣侵會導(dǎo)致粘度減小。鈣侵可以導(dǎo)致鉆井液粘度增加，而進一步鈣侵會導(dǎo)致粘度減小。6.6.隨隨COCO2 2增加，基漿表現(xiàn)粘度減小，塑性粘度減小，動切力減小，但增加，基漿表現(xiàn)粘度減小，塑性粘度減小，動切力減小，但變化不大，變化不大，pHpH減小，濾失量增加，碳酸根減小，碳酸氫根增加，用減小，濾失量增加，碳酸根減小，碳酸氫根增加，用NaOHNaOH調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)pHpH，碳酸根增加，碳酸氫根減少，基漿的其余各項性能沒有，碳酸根增加，碳酸氫根減少，基漿的其余各項性能沒有恢復(fù)?；謴?fù)。 其他無機鹽應(yīng)用及影響其他無機鹽應(yīng)用及影響純堿能通過離子交換和沉淀作用使鈣質(zhì)粘土變?yōu)殁c質(zhì)粘土純堿能通過離子交換和沉淀作用使鈣

11、質(zhì)粘土變?yōu)殁c質(zhì)粘土Ca-Ca-粘土粘土NaNa2 2COCO3 3Na-Na-粘土粘土CaCOCaCO3 3從而有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入適量純堿可使新漿從而有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入適量純堿可使新漿的失水下降，粘度、切力增大。但過量的純堿要產(chǎn)生壓縮雙電層的的失水下降，粘度、切力增大。但過量的純堿要產(chǎn)生壓縮雙電層的聚結(jié)作用，反而使失水增大。其合適加量要通過造漿實驗來確定。聚結(jié)作用，反而使失水增大。其合適加量要通過造漿實驗來確定。生石灰是生石灰是CaOCaO，吸水后變成熟石灰，吸水后變成熟石灰Ca(OH)Ca(OH)2 2，在水中的溶解度不大，在水中的溶解度不大( (常常

12、溫下約為溫下約為0.16%)0.16%)且隨溫度升高而降低。石灰可提供且隨溫度升高而降低。石灰可提供CaCa2+2+，控制粘土的，控制粘土的水化分散能力使之保持適度的粗分散，配合降粘劑和降失水劑進行水化分散能力使之保持適度的粗分散，配合降粘劑和降失水劑進行鈣化處理，可得性能比較穩(wěn)定、對可溶鹽侵污不敏感、對泥頁巖防鈣化處理，可得性能比較穩(wěn)定、對可溶鹽侵污不敏感、對泥頁巖防塌性能較好的鈣處理泥漿。但石灰泥漿在高溫情況下可能產(chǎn)生固化塌性能較好的鈣處理泥漿。但石灰泥漿在高溫情況下可能產(chǎn)生固化，因此超深井慎用。石灰還可配制石灰乳堵漏劑封堵漏層。，因此超深井慎用。石灰還可配制石灰乳堵漏劑封堵漏層。 其他無

13、機鹽應(yīng)用及影響其他無機鹽應(yīng)用及影響水玻璃加入泥漿，可以部分水解生成膠態(tài)沉淀：水玻璃加入泥漿，可以部分水解生成膠態(tài)沉淀：NaNa2 2O OXSiOXSiO2 2+(Y+1)H+(Y+1)H2 2O XSiOO XSiO2 2YHYH2 2O+2NaOHO+2NaOH可使部分粘土顆粒可使部分粘土顆粒( (或粉砂等或粉砂等) )聚沉，從而保持較低的固相含量和比聚沉，從而保持較低的固相含量和比重。此外，水玻璃泥漿對泥頁巖的水化膨脹有一定的抑制作用，故重。此外，水玻璃泥漿對泥頁巖的水化膨脹有一定的抑制作用，故有較好的防塌性能。有較好的防塌性能。氯化鈣氯化鈣(CaCl(CaCl2 2) )能大量溶于水中

14、能大量溶于水中( (常溫下約為常溫下約為75%)75%)且其溶解度隨溫度且其溶解度隨溫度增高而增大，它比石灰、石膏的溶解度大得多，故可用來配制防塌增高而增大，它比石灰、石膏的溶解度大得多，故可用來配制防塌性能較好的高鈣泥漿。由于性能較好的高鈣泥漿。由于 ，用，用CaClCaCl2 2處理時常常引起泥漿處理時常常引起泥漿pHpH值降值降低，同時低，同時CaClCaCl2 2泥漿的泥漿的pHpH值不宜過高，才能保證較高的值不宜過高，才能保證較高的CaCa2+2+濃度。濃度。 其他無機鹽應(yīng)用及影響其他無機鹽應(yīng)用及影響食鹽食鹽(NaCl)(NaCl)為白色晶體，常溫密度約為為白色晶體，常溫密度約為2.

15、17g/cm32.17g/cm3。純品不潮解，含。純品不潮解，含MgClMgCl2 2、CaClCaCl2 2、等雜質(zhì)的食鹽容易吸潮。在水中的溶解度較大、等雜質(zhì)的食鹽容易吸潮。在水中的溶解度較大(20(20時時為為36.036.0克克/100/100克水克水) )，且其溶解度隨溫度增高略有增大，且其溶解度隨溫度增高略有增大(80(80時為時為38.438.4克克/100/100克水克水) )。食鹽主要用來配制鹽水泥漿和飽和鹽水泥漿，以防巖鹽井。食鹽主要用來配制鹽水泥漿和飽和鹽水泥漿，以防巖鹽井段溶解成段溶解成“大肚子大肚子”。還可用來提高泥漿的礦化度，抑制井壁泥巖水化。還可用來提高泥漿的礦化度

16、，抑制井壁泥巖水化膨脹或坍塌。有時用于提高泥漿的切力和粘度。膨脹或坍塌。有時用于提高泥漿的切力和粘度。重鉻酸鈉重鉻酸鈉(Na(Na2 2CrCr2 2O O7 72H2H2 2O)O) 加堿時平衡右移。加堿時平衡右移。在泥漿中在泥漿中 能與有機處理劑起復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，生成的能與有機處理劑起復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，生成的 又能與多官又能與多官能團的有機處理劑形成絡(luò)合物能團的有機處理劑形成絡(luò)合物( (如木質(zhì)素磺酸鉻，鉻腐植酸如木質(zhì)素磺酸鉻，鉻腐植酸) )，少量鉻酸，少量鉻酸鹽能提高鐵鉻鹽泥漿和煤堿劑泥漿的熱穩(wěn)定性，有時也用作防腐劑。鹽能提高鐵鉻鹽泥漿和煤堿劑泥漿的熱穩(wěn)定性，有時也用作防腐劑。結(jié)論結(jié)論(1)(1)離子交換吸附。主要是粘土顆粒表面的離子交換吸附。主要是粘土顆粒表面的NaNa+ +、CaCa2+2+交換。這一交換。這一過程在改善粘土的造漿性能，泥漿的鈣侵及其處理，鈣處理泥過程在改善粘土的造漿性能，泥漿的鈣侵及其處理，鈣處理泥漿以及防塌等方面都很重要，對泥漿性能的影響也較大。漿以