新疆探区复合盐层、纯盐层钻井液技术

新疆探区复合盐层、纯盐层钻井液技术

樊营石慧利

中原油田培训中心

1、新疆探区钻遇复合盐层特点

1.1复合盐层单层厚度较大，一般从几米至几十米，总厚度从几十米至1900米，盐间夹层为不易发生坍塌的白云岩、石灰岩及层理裂隙不发育不易坍塌的硬泥页岩等，粘土矿物分为两类，一类以伊利石为主、含少量的绿泥石，另一类以伊利石与伊蒙有序间层为主。

1.2盐、膏、泥复合盐层存在互层多且薄，岩性变化大，并含盐膏软泥盐、碎泥与盐结合物及以盐为胶结物的角砾岩中等，泥页岩层理、裂隙发育，软泥页岩含水高，泥页岩中粘土矿物可分为两类，一类以伊利石为主、并含绿泥石，另一类以伊利石为主、并含伊蒙有序间层、高岭石、绿泥石，含盐量高的泥页岩初始膨胀率高，随着测量过程中泥页岩中盐的溶解，可能出现负的膨胀率，泥页岩大多孔隙压力异常，部分地区的盐、膏、泥页岩处于地应力作用下。

2、钻遇复合盐层时出现复杂情况的原因

2.1盐岩的塑性变形

盐岩在井下处于应力平衡状态，当钻开盐层时，盐岩受力状态发生变化，当上覆岩层压力指向井内的侧压力大于液柱压力时，盐岩就会发生塑性变形，导致缩径，起下钻遇阻、卡钻等井下复杂情况。盐岩的塑性变形与井深、钻井液密度、井温、盐岩组分有关。

2.2盐的溶解

使用水基钻井液钻进复合盐层时，地层中盐会被钻井液部分溶解。对于第一类盐层，则造成井径扩大，形成糖葫芦井眼，给钻井、固井、电测工作造成困难。对于第二类盐层，盐岩与泥岩互层多且薄。盐溶造成泥岩失去支撑而坍塌，这类盐层的盐还以盐脉、大小不等的结晶块形式出现在泥岩中，或大小不等的盐结晶形式与碎泥结合在一起，或在盐岩中存在许多泥块，盐溶会引起泥岩坍塌。

2.3盐膏层的吸水膨胀

盐膏层中往往夹杂着其他盐类,如石膏、芒硝、氯化镁、氯化钙等，它们原始状态都含有结晶水。在上覆地层压力作用下失去结晶水，成为无水石膏、无水芒硝。当使用水基钻井液钻开此类地层时，无水石膏就会吸水变为二水石膏，体积增大26%，引起岩石强度下降，易发生坍塌、缩径。

2.4盐的重结晶

使用饱和盐水钻井液钻进深部盐层时，盐的溶解度随温度的增加而增加，在地面盐水处于饱和到井底变得不饱和，造成井底盐溶，井径扩大，当返至地面，钻井液温度下降，由饱和变为过饱和，在上部井段或地面重结晶。温度对复合盐溶解度的影响比纯盐大，钻复合盐时，重结晶现象比钻纯盐层严重。

3、钻井液技术对策

钻复合盐岩及盐下地层的最佳体系是油基钻井液或油包水钻井液，但由于其成本高，安全性较差，污染环境等缺点，其应用受到限制。钻探井时还存在荧光问题。因此，目前应用较多的还是欠饱和/饱和盐水钻井液。根据所钻地层特点，选择单一或复合盐，配成欠饱和/饱和盐水钻井液，可以有效地控制盐岩的溶解及泥页岩地层的膨胀与坍塌问题。至于是选择欠饱和还是饱和盐水钻井液体系，则要根据盐的溶解速度与蠕变速度哪一个更大来确定。盐的溶解速度小，则应选择欠饱和盐水钻井液体系，反之，则应选择饱和盐水钻井液体系。

4、欠饱和盐水钻井液特点

4.1、稳定性好

对于欠饱和盐水高密度钻井液，如何保持钻井液的稳定性，保持适当的粘度、切力，是重要的。这里取决于合适的粘土含量和足够有效的护胶材料，如果钻井液中的MBT含量和低密度固相含量太高，会造成钻井液性能失控，特别是在高密度钻井液体系中粘切很难控制，钻井液中的MBT含量和低密度固相含量太低，致使钻井液悬浮能力降低，钻井液稳定性差，会出现重晶石或铁矿粉沉淀。所以，控制好钻井液中的般土含量和适度分散至关重要，因此该体系采用了抗盐土，并保持般土含量10-25g/L之间。

4.2、抗温、抗污染能力强

体系选用抗温抗盐能力较强的钻井液处理剂，如SMP、SPNP、FT-1和浓度为0.1%-0.5%的抗盐聚合物胶液，如KPAM、AT-1、80A51、FA367。这样有效降低了欠饱和盐水的高温高压失水，改善高温高压泥饼质量。提高钻井液的滤液粘度，增强钻井液本身的结构力，改善钻井液热稳定性和抗盐、抗钙能力。

4.3、良好的润滑性

为保持钻井液有良好的润滑性，防止高密度钻井液下的压差卡钻，体系采用了润滑性较好的聚合醇防塌润滑剂和固体润滑剂。

4.4、良好的抑制盐结晶性能

由于盐的溶解度受钻井液温度的影响，在地面盐水处于饱和到井底变得不饱和，钻井液温度下降，由饱和变为过饱和，在上部井段或地面重结晶，加入盐抑制剂，抑制盐结晶析出。

5、欠饱和盐水钻井液的应用

5.1、聚合醇聚磺钻井液

我们在塔河区块二开使用聚合醇聚磺钻井液，其配方为0.5%-0.8%NaOH+0.2%PAM+0.5%AT-1+3%JT-1+4%SPNP+3%聚合醇防塌润滑剂+1-2%SMT。安全钻穿3200-3700m段的纯盐层、泥质膏盐、复合盐层。使用聚合醇聚磺钻井液有效克服了地层中的盐类大量溶入钻井液中，引起的复合盐层段的溶解，井壁趋向不稳定现象。

5.2、KCL欠饱和钻井液体系

我们在四开选用KCL欠饱和盐水钻井液体系后，对泥页岩的抑制性，尤其是盐溶的抑制作用得到了充分体现。转化后井径比转化前相对规则，但上部盐溶比较明显，造成井径较大。KCL欠饱和钻井液使用特点：降低MBT含量15-25g/L，增加抗盐抗钙降失水剂含量。加入KCL、NaCL，将钻井液转化为KCL欠饱和盐水钻井液，体系转化后，钻井液维护主要以7%KCL+25%NaCL为主的胶液维护。对泥页岩的抑制性，尤其是盐溶的抑制作用得到了充分体现。

五、结论

欠饱和盐水钻井液的室内研究和在新疆地区多口井的施工表明，该体系能有效的抑制泥岩、石膏层的吸水膨胀和盐岩层的溶解，防止因地层压力过高发生地层塑性蠕动，保证了井壁的稳定。该体系还具有良好的抗高温抗盐能力，保证了钻井液中适当的聚合物含量和足够的降失水剂和防塌剂，降低了钻井液的高温高压失水，改善和提高了泥饼质量，增强了钻井液的稳定性。该体系能有效的控制钻井液中的坂土含量，保证钻井液中有一定自由水分，同时提高钻井液的滤液粘度来增强钻井液本身的结构力，防止了固相含量过高而造成的性能不稳定。该体系具有良好的造壁和封堵性，聚合醇可在水中可以形成不同大小的颗粒，这些颗粒通过吸附、扩散等途径结合到井壁上，封堵地层孔喉。综上所述，欠饱和盐水钻井液成功的解决了深井钻进复合盐层的问题。

六、参考文献

[1]孟庆生，江山红，石秉忠．塔河油田盐膏层钻井液技术．钻井液与完井液．2018年19卷6期-74-76．

[2]张锦荣，陈安明，周玉仓．塔里木深井盐膏层钻井技术石油钻探技术．2018年31卷6期-25-27．