硅酸盐钻井液.docx

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1、硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液是一种功能比拟独特的钻井液，各种钻井液一般只在某一种或几种特定的技术指标上表现比拟良好，如抑制能力、封堵效应、储层保护效果、流变性能、现场维护性等，但其余功能无法兼顾，有时为了到达某种技术要求甚至需要削弱或放弃一些重要功能。从国内外使用硅酸盐钻井液的经历得知，除对地层有一定程度污染外，几乎具备了所有其它钻井液的优良功能1硅酸盐聚合物钻井液80年代以来，硅酸盐与聚合物配伍钻井液逐步在现场中应用。其中前苏联在卡巴科沃62号井5410-5521m井段所用的钻井液配方为：57膨润土+5-7硅酸盐+O710CMC+O2-05不水解PAM，现场应用中井眼的规则性和钻井综

2、合效益要明显优于无聚合物的硅酸盐钻井液；80年代后期美国杜邦公司优选的硅酸盐钻井液配方为：基浆+O35聚阴离子纤维素+O2XC+03PVA(部分水解聚醋酸乙烯酯)+O3硅酸钾+03碳酸钾，其指导思想是以硅酸盐为催化剂，利用硅酸根夺取PVA羟基的质子，使PVA分子链上产生强亲核性的醇氧负离子，后者与粘土外表的硅醇基缩合，把多个粘土颗粒胶结起来，进而大大提高井壁稳定性。80年代，在北海中部渐新世、始新世的高地应力页岩层钻井经过中，我国曾用含水54-56的液体硅酸钾钠与PHP作为泥页岩稳定剂，现场获得了较好地应用效果。1987年在川东卧96井130-996m井段，使用l5含有150目粉状硅酸钾钠的聚

3、合物钻井液，机械钻速比同地区提高lO8212阱l。塔西南KS一1井在近40MPa的井底压差下发生四次严重卡钻之后，使用了一定比例的硅酸钾与聚合物降滤失剂，改善了钻井液的防塌性能和润滑性能，进而有效地解决了超高压差卡钻的难题2硅酸盐硼凝胶钻井液用三聚磷酸钠、煤碱剂与硅酸钠(体积比715)复配成高效的降粘降滤失剂；用硼酸与硅酸钠制成液态硅酸盐硼凝胶，密度112113kgL，漏斗粘度40-60s，pH值10-11，加量为051O时有降粘作用。这两种复配剂可单独使用，可以同时使用，对于未胶结的易塌页岩或粉砂岩地层，能减少洗井和扩眼所需的时间。用硅酸盐硼凝胶钻井液钻灰岩层或岩盐层时，未加上述含煤碱剂的降

4、粘降滤失剂，也具有良好的防塌效果。3混合会属硅酸盐钻井液在美国奥斯汀的Chalk油田白垩系裂缝性油气层钻水平井时，使用含有混合金属硅酸盐、增粘剂、降滤失剂和除氧剂等处理剂的钻井液，因具有凝胶性质而对地层裂缝起了封堵作用，防止了钻井液漏失，进而保护了储层。而在同一地区用常规聚合物钻井液钻井时，曾出现严重漏失和频繁井涌等问题。地层中C02的侵入仅使混合金属硅酸盐钻井液的pH值略微降低；而其它钻井液在C02侵入时，会发生严重絮凝，并且粘度及滤失量大幅度增加。15硅酸盐钻井液防塌机理(1)堵塞页岩孔隙和微裂缝，阻止滤液进入地层，同时减少了压力穿透。带负电的硅酸根聚集体很小，能够因扩散和水力流动而进入页

5、岩孔隙中，当这些聚集体进入孔隙水pH接近中性的页岩后，会克制凝聚而构成三维网状凝胶构造，同时地层水中的多价金属离子(如Ca2+，M92+)会与这些聚集体反响生成沉淀，提供物理屏障以防止滤液进一步侵入和压力穿透。上述构成凝胶和沉淀的经过非常快，能在发生较大滤失量和压力穿透前构成。(2)抑制页岩中粘土矿物水化膨胀和分散。滤液进入到泥页岩中，滤液中的硅酸根离子有较强的抑制粘土水化膨胀和分散的作用，产生的水化应力较小，有利于保持井壁稳定。(3)硅酸盐与粘土矿物发生反响。在较高温度下，硅酸盐和粘土接触一定时间后，粘土会和硅酸盐反响生成一种类似沸石的新矿物。将高岭石浸泡于模数为283，浓度为3和5的硅酸钾

6、溶液中一周时间，维持温度为150。C，X射线衍射结果表明高岭石和石英含量减少了一半左右，生成了一种非晶质的连接非常致密的新矿物，这种新矿物的剪切强度达6MPa。硅酸盐与地层粘土矿物之间的这种化学反响有利于井壁稳定。(4)无机盐的协同稳定井壁作用。硅酸盐钻井液与KCI配伍使用，由于KCl本身具有抑制页岩中粘土矿物水化膨胀的作用，会协同硅酸根离子稳定井壁。硅酸盐钻井液降黏机理研究对于硅酸盐钻井液来讲，其黏度过大的主要原因是pH值偏低引起的，这在预实验中已经得到证明。原因有三：(1)硅酸盐在通常加量下，钻井液pH值保持在110，而当钻井液中侵入Ca2+、M92+后，钻井液的流变性变得很差，pH值小于

7、105，这时在硅酸盐钻井液中起抑制作用的硅酸根离子转变成原硅酸和硅酸盐沉淀，并且Ca2+、M92+会置换吸附粘土外表的Na+，使钠质粘土转变成钙质粘土，导致粘土颗粒毛电势变小，使得阻止粘土颗粒结合的斥力减小，聚结玢散平衡向着有利于聚结的方向变化，这样钻井液中粘土颗粒变粗，网状构造加强，致使钻井液的黏度和切力增大，导致了钻井液的流变性能变差。因而硅酸盐钻井液的pH值较低时不能构成稳定的钻井液流态。(2)在高温状态下钻井液中的Na+、K+等低价金属离子与膨润土颗粒中的H+发生离子交换，释放出的H+消耗钻井液中部分OH一，这会导致钻井液的pH值降低，钻井液构成凝胶，钻井液的黏度剧烈增大，即凝胶沉淀稠

8、化。(3)空气中的C02也会对钻井液黏度产生影响。硅酸酸性比碳酸弱，钻井液在搅拌、静置、循环时不可避免要与空气接触，硅酸盐与C02发生反响，降低了钻井液的pH值，将具有防塌作用的硅酸根离子转化成硅酸，使硅酸盐防塌效果失效，同时钻井液的黏度增加。因而，硅酸盐钻井液必须保持较高的pH值才能有稳定的流变性。实验研究发现，硅酸盐钻井液黏度过大时，可直接添加硅酸盐或复合碱调节钻井液的pH值来降低黏度。以较高模数硅酸盐配制的钻井液对碱有缓冲作用，加碱不会使pH值产生大的波动，添加复合碱不仅不会削弱硅酸盐钻井液的防塌能力，反而能使由于pH值降低而生成的原硅酸重新转化为起防塌作用的硅酸根离子。现场应用硅酸盐钻井液时应当注意，硅酸盐钻井液黏度升高反映了钻井液pH值下降，这就给硅酸盐钻井液流变性调节提供了维护根据。因而，为了保证钻井经过中钻井液流变性良好，硅酸盐钻井液的pH值应该保持在ll13之间。