石油地质与工程
2021年1月PETROLEUM GEOLOGY AND ENGINEERING 第35卷第1期文章编号：1673–8217（2021）01–0105–04
柯探1井高钙盐水层的钻井液技术
are you kidding me
白海鹏，刘学清，商国玺，陈勇，陈海军
（北京京能油气资源开发有限公司，北京100000）
摘要：柯探1井是部署在新疆阿克苏地区柯坪县的一口风险探井，在寒武系沙依力克组钻遇高钙盐水层，持续不断地钙侵导致重晶石沉降，发生了卡钻等一系列井下故障。为优化复杂地质条件下钻井液配方，现场开展多种试验，提出了钙盐水层钻井液等一系列钻井液配方：①三开配浆即用海泡石代替现在的膨润土，控制好低密度固相，为转换四开饱和盐水钻井液做好准备；②除聚合物之外，常见的淀粉比较适合该区块；③除应用纯碱和小苏打除钙外，使用一些硅酸钾，能预防钙侵，生成的硅酸钙对井壁稳定、防塌有一定的帮助，同时钾离子可以提高钻井液的抑制性；④采用质量较好的白沥青，实现快速优质钻进。现场应用表明，四开高钙盐水层，电测无阻卡，井径规则，套管一次性下到位，钻井液性能满足固井施工要求，现场施工效果良好。
关键词：新疆阿克苏地区；柯探1井；高钙盐水；优化配方；抗钙降滤失剂
中图分类号：TE254 文献标识码：A
Drilling fluid technology for high calcium brine layer in Ketan-1 well
BAI Haipeng, LIU Xueqing, SHANG Guoxi, CHEN Yong, CHEN Haijun
(Beijing Jingneng Oil and Gas Resources Development Co., Ltd., Beijing 100000, China) Abstract: Ketan-1 well is a risk exploration well deployed in Keping County of Aksu area in Xinjiang. During drilling in Shayilik formation of Cambrian system, high calcium brine layer was encountered, and barite ttlement was caud by continuous calcium invasion, and a ries of downhole failures such as pipe sticking occurred. In order to optimize the drilling fluid formula under complex geological conditions, a variety of field tests were carried out for a ries of drilling fluid formulations. ①In the third spud, piolite is ud to replace the prent bentonite to control the low density solid pha and prepare for the conversion of the fourth spud saturated salt water drilling fluid;②Besides polymer, common starch is more suitable for this block;
③In addition to the application of soda ash and sodium bicarbonate to remove calcium, some potassium
silicate can be ud to prevent calcium invasion. The generated calcium silicate is helpful to wellbore stability and collap prevention, and potassium ion can improve the inhibition of drilling fluid;④High quality white asphalt is ud to realize fast and high quality drilling. The field application shows that the high calcium brine layer has been opened four times in Ketan-1 well, the well diameter is regular, the casing is put in place at one time, the drilling fluid performance meets the requirements of cementing operation, and the field operation effect is good.
Key words: Aksu area in Xinjiang; Ketan-1 well; high calcium brine; optimized formula; anti calcium fluid loss additive
柯探1井是京能油气公司部署在新疆阿克苏地区柯坪县的第一口重点风险探井，目前已在中下寒武系盐下吾松格尔组获得日产百万方的高产天然气流，获得塔里木盆地新区新层系的重大突破。由于缺乏相应地质资料，该井在四开钻井过程中钻遇高钙盐水层，发生了卡钻等井下故障，耗时两个月才
收稿日期：2020–06–28；修订日期：2020–07–13。
韩语我想你怎么说第一作者简介：白海鹏（1985—），男，工程师，现在从事钻井液技术研究工作。E–mail：****************。
·106·石油地质与工程2021年第1期
恢复正常钻进。为了保证快速安全钻进，需要寻找合适的钻井液体系。
1 钻井概况及工程难点
1.1 钻井概况
柯探1井三开完钻井深3 300.21 m，四开井眼φ215.90 mm，最终完钻井深3 743.00 m。地质预测四开井段主要岩性为一套膏盐岩地层，按照设计使用的钻井液体系为欠饱和盐水聚合物，以1.56 g/cm3的钻井液密度钻至3 484.56 m时发生溢流，将钻井液密度提至2.00 g/cm3时压井成功，循环加重时测得井底段受污染钻井液，钙离子浓度为50 000 mg/L，钻井液完全固化，失去流动性，自钻遇高钙盐水层以后，钻井液体系由欠饱和转换为饱和盐水聚合物。卡钻以后采取了一系列的措施，主要改进了钻井液配方等，顺利钻穿高钙盐水层[1–2]。
1.2 施工难点
（1）缺乏资料。柯探1井属于新区块1字号井，地质资料偏少，卡层及地层预测困难，缺乏可以参考的钻井液资料。
（2）地层容易发生垮塌、卡钻。含膏质泥页岩吸水膨胀，钻井液抑制性不好极易发生卡钻；夹层纯盐岩段由于盐溶导致井壁垮塌，井径不规则影响固井质量等。
（3）钻井液性能要求高。一般饱和盐水钻井液能抗浓度为2 000 mg/L钙离子污染，该段地层水钙离子浓度为50 000 mg/L左右，对钻井液抑制性要求更高；环保要求严格，不允许使用磺化类材料，使用的为非磺化类饱和盐水钻井液，其密度最高2.0 g/cm3，因此对胶体稳定性提出了更高的要求。
（4）钻井液性能处理难度大。四开次发生溢流，钻井液密度提至2.00 g/cm3时还多次出现井漏，裸眼内“漏”、“涌”同存，钻井液密度处理“窗口”窄。起下钻期间多次发现溢流，关井套压为零，开井以后井口始终存在线流现象，属高压低渗地层，高钙盐水和钻井液的重力置换导致始终存在钙侵，加剧了钻井液的钙污染。
2 技术对策
2.1 钙污染机理和解决思路
yue是什么意思2.1.1 钙污染机理
钻井液属于一种絮凝状态的胶体体系的，其大部分胶体主要成分为钠蒙脱石。一般情况下钻井液抗二价盐污染能力较差，这是因为钙离子可进入钠蒙脱石晶层间将钠离子置换下来，钠离子水化能力比钙离子强；其次，黏土颗粒周围会有大量的阳离子吸附，黏土颗粒的扩散双电层被压缩，致使水化膜变薄，分散度降低，导致钻井液塑形黏度和表观黏度增加，切力降低失去悬浮性，失去封堵能力，滤失量无法控制。
2.1.2 解决思路
通过改进钻井液配方解决以上两种原因导致的钻井液失稳。结合钻井液机理及其他区块钻井经验，提出两种对策：①降低膨润土（主要成分为含钠蒙脱石）的含量，将膨润土的含量控制在下限；②加入非磺化类的降失水剂，扩大或者稳定扩散双电层的厚度，保证钻井液在适量钙侵的情况下依然具有良好的悬浮性、流动性和封堵能力[3–6]。
2.2 现场试验
2.2.1 基浆准备
柯探1井现场使用的饱和盐水钻井液作为实验用基浆，由材料使用量计算基础配方：0.17%NaOH+0.23%Na2CO3+NaCl（氯根饱和）+7.14%K C l+2.14%N F A–25+2.85%P G C S–1+1.42%PAC–LV+1.07%KWKY–1+0.17%IND30+ 重晶石（井浆密度2.00 g/cm3）。
用溢流井浆的上层清水和部分生产水配制成的高钙盐水做模拟地层水污染实验。配制盐水的性能：钙离子浓度为53 000 mg/L，氯根浓度为216 000 mg/L，密度为1.23 g/cm3，pH为6。
做a、b两组实验。a实验直接测基浆性能。b实验将60 mL高钙盐水混入946 mL基浆中，直接强絮凝，高速搅拌12 min后黏切开始下降，流动困难；
30 min后流动性有所改善，开始进行室温和热滚实验。柯探1井四开井底温度约为70 ℃（本文所有的热滚实验均采用75 ℃）。结果见表1，从表中可以看出，受污染的钻井液热滚之后，流动性依然很差，近乎全失水，表明基浆在钙侵下已完全失去流动性和悬浮性，基浆不具备抗钙污染能力。
2.2.2 抗盐黏土海泡石代替膨润土实验
采用抗盐黏土海泡石代替膨润土，将海泡石和膨润土按照质量分数为15%配制成胶液，水化24 h 之后备用。
同样做a、b两组实验对比。a实验取946 mL基浆，混入60 mL高钙盐水和60 mL海泡石胶液，高速搅拌10 min。b实验取946 mL基浆，混入60 mL
白海鹏等．柯探1井高钙盐水层的钻井液技术·107·表1 高钙盐水对基浆性能的影响
say hello 歌词体系名称实验
条件
ρ/
（g·cm-3）
表面黏度/
（mPa·s）
塑性黏度/
（mPa·s）
动切力/
Pa
静切力/
（Pa·Pa-1）
φ6/φ3
滤矢量API/
mL
Ca2+/
（mg·L-1）
a 室温 2.00 82.0 73 9.0 1.50/10.00 5/4 5.2 500
b
热滚前 1.96 75.5 36 39.5 25.00/26.00 67/59 130.0 1 600 75 ℃，3 h 1.92 45.0 24 21.0 15.00/17.00 44/39 118.0 720
注：实验用的基浆直接从循环池取样，井底温度约为70 ℃，热滚实验温度75 ℃
高钙盐水和60 mL膨润土胶液，高速搅拌10 min。结果见表2，从表中可以看出，加入海泡石胶液的基浆流动性和降滤失效果略好于加入膨润土胶液的基浆。分析认为，四开钻井液全部由三开转换来，膨润土已经充分水化，容固空间有限，海泡石可以在饱和盐水当中造浆，但是难以取代已经充分水化的膨润土浆。
结合现场实际情况，如果采用海泡石提高钻井
表2 海泡石和膨润土受高钙盐水的影响
体系名称实验
条件
ρ/
（g·cm-3）
表面黏度/
（mPa·s）
塑性黏度/
（mPa·s）
动切力/
Pa
静切力/
（Pa·Pa-1）
φ6/φ3
滤矢量API/
mL
Ca2+/
（mg·L-1）
基浆室温 2.00 82.0 73 9.0 1.50/10.00 5/4 5.2 500
a
热滚前 1.97 85.0 76 9.0 3.00/16.50 9/7 6.0 1 600 75 ℃，3 h 1.96 37.5 32 5.5 1.00/4.00 3/2 31.0 1 200
b
热滚前 1.97 80.5 61 19.5 11.50/19.00 22/21 8.0 1 600 75 ℃，3 h 1.95 35.5 28 7.5 0.75/8.50 3/2 40.0 800
注：基浆从循环池取样，热滚完之后冷却至室温测性能
液的抗钙污染能力，需要替换大量旧浆，经济成本太高。新疆地区组织海泡石较困难，从其他地区组织过来周期太长。综合考虑以上因素，现场最终未使用海泡石。
2.2.3 抗钙降滤失剂实验
引入高质量的多糖聚合物POLYSAL，该材料相当于一种聚合物涂层，可以有效地保护胶体，防止压缩扩散双电层。a组实验胶液配方：0.125%IND30+1.000%抗钙降滤失剂+1.500%KWK Y–1+0.500%NaOH+10.000%NaCl+10.000%KCl。b组实验胶液配方0.125%IND30+1.000%PAC–LV+1.500%KWK Y–1+0.500%NaOH+10.00%NaCl+ 10.000%KCl。测得两组胶液密度均为1.12 g/cm3。
a实验取946 mL基浆，混入60 mL高钙盐水和a组胶液，高速搅拌10 min。b实验取946 mL基浆，混入60 mL高钙盐水和b组胶液，高速搅拌10 min。结果见表3，从表中可以看出，a组和b组对比流动性和悬浮性差不多，但是加入抗钙降滤失剂的a组在热滚之后，API滤失量明显降低很多，说明加入该药品可以提高钻井液体系的抗钙污染能力。
表3 抗钙降滤滤失剂受高钙盐水的影响
2.2.4 现场配方优化
将现场井浆加入1.5% POLYSAL，加入Na2CO3控制钙离子浓度低于500 mg/L，补充0.5% PAC–LV，加料泵不停地循环剪切。取处理完的井浆加入60 mL 配制的高钙盐水进行对比实验。实验结果见表4，从表中可以看出，流动性和悬浮性变化不大，失水略微增加，但还在设计范围之内，说明此配方已具备抗钙侵的能力。
2.3 井场钻井液维护
在井场试验的基础上针对该井四开的施工难点，分别采取相对应的措施。
2.3.1 调整钻井液体系及配方
一是将钻井液体系由欠饱和转换为饱和盐水聚合物，防止盐溶造成的垮塌；二是加大抑制剂PGCS–1和KCL的含量，加大随钻堵漏剂SLD–1、CARB的加量，提高钻井液的封堵性；优化钻井液配方，将后期维护性能的胶液配方调整如下：0.5%NaOH+0.3%Na2CO3+7.0%KCL+2.0%NFA–25+ 3.0%PGCS–1+1.5%PAC–LV+1.5%POLYSAL+ 1.0%KWKY–1+0.1%IND30+NaCl（氯根饱和）。
体系名称实验
跑酷是什么意思条件
ρ/
（g·cm-3）
表面黏度/
（mPa·s）
塑性黏度/
（mPa·s）
动切力/
Pa
静切力/
（Pa·Pa-1）
φ6/φ3
滤矢量API/
mL
Ca2+/
（mg·L-1）
基浆室温 2.00 82.0 73 9.0 1.50/10.00 5/4 5.2 500
a
热滚前 1.96 75.0 54 21.0 15.00/30.00 34/32 97.2 1 600 75 ℃，3h 1.96 36.0 31 5.0 2.00/6.00 2/1 12.0 800
b
热滚前 1.96 80.5 61 19.5 11.50/19.00 22/21 96.4 1 500 75 ℃，3 h 1.95 35.5 29 6.5 0.75/8.50 2/1 45.0 600
·108·石油地质与工程2021年第1期
表4 转换后的井浆受高钙盐水的影响
2.3.2 保证钻井液性能达标
一是严密监测循环池液面的变化，加入惰性随钻堵漏剂；二是严密监测钻井液性能，控制pH值不低于10，控制钙离子浓度不高于500 mg/L，根据实际情况灵活调整钻井液流变性；三是每次起下钻作业将井底受污染的钻井液排放掉，防止受污染的钻井液入井。
2.4 应用效果
通过改进钻井液配方和上述措施，顺利钻穿柯探1井四开高钙盐水层，电测无阻卡，井径规则，套管一次性下到位，钻井液性能满足固井施工要求，现场施工效果良好。
3 结论
（1）为了优质高效地完成勘探作业，需要控制好低密度固相，为转换四开饱和盐水钻井液做好准备。设计当中至少需要两种抗盐、抗钙的降失水材料，该区块井底温度偏低，除聚合物之外，常见的淀粉比较适合该区块。
（2）除应用纯碱和小苏打除钙外，可以使用一些硅酸钾，能预防钙侵。生成的硅酸钙对井壁稳定、防塌有一定的帮助，同时钾离子可以提高钻井液的抑制性。
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（编辑赵川喜）
（上接第104页）
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（编辑蒲洪果）
体系名称实验
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条件
ρ/
（g·cm-3）
表面黏度/
（mPa·s）
塑性黏度/
digital什么意思（mPa·s）
动切力/
Pa
静切力/
（Pa·Pa-1）
φ6/φ3
订书机英语
滤矢量API/
mL
Ca2+/
（mg·L-1）
钙侵前75 ℃，3 h 2.00 78.5 68 10.5 1.50/9.50 5/4 4.4 400 钙侵后75 ℃，3 h 1.96 84.00 66 9.0 2.00/10.00 5/3 4.8 600
