[發明專利]一種以鹵水為基液的飽和鹽水泥漿及其制備方法

有效

• 申請號: 201210060525.5
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102618226A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 王天成;宮俊林
• 申請（專利權）人: 中成新星油田工程技術服務股份有限公司
• 主分類號: C09K8/16
• 分類號: C09K8/16
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明屬于油田化學領域，具體涉及一種適用于巖鹽層尤其適用于鹽膏層鉆井應用的以鹵水為基液的飽和鹽水泥漿及其制備方法。

背景技術

鉆井液是鉆探過程中使用的循環介質，鉆井液具有清潔井底、攜帶巖屑；冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱；平衡井壁巖石側壓力、封閉和穩定井壁；平衡地層壓力；降低巖屑沉降速度；在地面能沉除砂子和巖屑；有效傳遞水力功率；承受鉆桿和套管的部分重力；提供所鉆地層的大量資料；通過水力破碎巖石等重要作用。

在鉆井過程中，經常會鉆遇到大段的巖鹽層、鹽膏層或鹽膏-泥頁巖互層的巖段。此時，巖鹽層中大量的NaCl和其它鹽即會溶解到鉆井液泥漿中，進而使鉆井液本身的聚結穩定性遭到嚴重的破壞，其剪切力和失水量將會大幅度增加；導致井徑嚴重擴大甚至由于泥巖蠕動使得井眼變形等，輕者使鉆井施工無法繼續進行，嚴重者導致一系列井下事故的發生。因此，普通意義上的鉆井液并不適用于鹽巖層或鹽膏層的鉆井之用。

到目前為止，解決巖鹽層或鹽膏層鉆井最有效的鉆井液體系有兩大類：

第一是油基泥漿（包括反向乳化泥漿），該泥漿以油為分散介質，在對膏巖層鉆進時不會出現鹽侵蝕的問題，可以有效防止膏巖層帶來的一系列井下問題，是在復雜地層鉆井最有效的泥漿體系，在全世界各地得到有效應用。但是，油基泥漿的配制和維護成本遠高于水基泥漿，其對區域內生態環境的嚴重影響使其應用受到很大限制，在中國尤其很少使用油基泥漿體系鉆井液。

第二是鹽水泥漿（即含有NaCl的泥漿），該類泥漿大體分為三類：其一是普通鹽水泥漿，即1%<含鹽量<飽和的鹽水泥漿；其二是用海水配制的海水基泥漿，其含鹽量通常在3-4%之間；其三是飽和鹽水泥漿，其含鹽量在>31%，其中Cl^—含量大于18*10⁴mg/L。經實踐發現，對于鹽巖層鉆井最有效的是飽和鹽水泥漿。飽和鹽水泥漿的主要優點是能有效防止NaCl鹽的溶解和泥巖水化膨脹引起的縮徑，有利于控制鉆屑的分散及造漿，避免形成“大肚子”井眼從而減少井下復雜情況的發生。目前國內外均有多種飽和鹽水泥漿配方，在實際應用過程中也解決了很多高難度區塊的鹽巖層的鉆井施工問題。

但是，含有NaCl的飽和鹽水泥漿還存在一些明顯不足：1、由于鹽的溶解度會隨著溫度升高而加大，在地面配制的NaCl基飽和鹽水泥漿到達溫度較高的深井段時則會變成為欠飽和狀態，此時在井下仍會發生由于鹽溶解而導致的諸多問題，而待泥漿重新返回到淺井段和地面時又會成為過飽和狀態，此時部分的鹽會結晶析出變成硬殼附著在鉆具、地面循環系統器具表面，每一次由地面到井下的循環周都回重復一次這個過程，給鉆井施工帶來許多不便；2、NaCl基飽和鹽水泥漿中均為一價離子，雖然對于鹽巖層的鉆井可以有效抑制NaCl鹽的溶解且效果較好，但對于鹽膏層中大量含有的CaSO₄的溶解則沒有抑制作用，仍會存在嚴重的因CaSO₄溶解于泥漿中而導致的井徑擴大問題，因此NaCl基飽和鹽水泥漿不能很好地解決鹽膏層鉆井作業時的井眼問題；3、由于鹽膏層存在明顯的地層壓力異常情況，為了平衡鹽膏層異常壓力，需要大量使用石灰石、重晶石等加重材料配制高比重泥漿，使泥漿的固相含量過高，導致維護處理困難等一系列問題。因此，現有技術中的NaCl基飽和鹽水泥漿對于鹽巖層尤其是鹽膏層的鉆井作業依然存在很大的使用限制。

中國專利CN1247733C公開了一種鉆井液用鉀鈣復合離子抑制劑，該專利所述的復合離子抑制劑主要由碳酸鉀、氧化鈣和至少一種反絮凝劑經過化學反應而成，其中反絮凝劑包括木質素類化合物、木質素類絡合物或腐植酸。該專利以K⁺為抑制劑，以Ca²⁺為輔助抑制劑，而不使用帶大量對鉆井液和鉆井作業其他工序無用或有副作用的陰離子或陰離子團的傳統單一無機鹽KCl或有機鹽KCOOH，而采用另外兩種無機鹽復合配制得方法，并在此基礎上添加木質素或腐植酸，形成復合離子抑制劑。研究表明，K⁺與Ca²⁺混合鹽抑制劑在一定程度上能達到或優于單一KCl抑制性鉆井液的抑制效果。通過將該抑制劑添加入含飽和鹽水的鉆井液泥漿中，可以有效抑制在鹽膏層鉆井中對于CaSO₄的溶解而出現的井下問題。但是，該抑制劑主要是通過化學試劑配制而成，其成本過高，尤其是鉆井過程中每口井對鉆井液的需求量常以幾百立方米計算，因此按照此種方式配制得到的鉆井液的成本很高；另外，該抑制劑加入泥漿中后，對于所述泥漿的比重問題沒有明顯影響，也依然存在著高比重泥漿因大量添加加重材料所面臨的維護成本高和性能維護困難的問題。