祝學(xué)飛 馮 麗 嚴(yán)福壽中國(guó)石油川慶鉆探塔里木工程公司, 新疆 庫爾勒 841000

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速溶硅酸鉀在克深區(qū)塊鉆水泥塞中的應(yīng)用

祝學(xué)飛 馮 麗 嚴(yán)福壽
中國(guó)石油川慶鉆探塔里木工程公司, 新疆 庫爾勒 841000

抗污染力;速溶硅酸鉀；鉆井液；鉆水泥塞;流變性；穩(wěn)定性

0 前言

克深區(qū)塊位于塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶,區(qū)塊特性[1]:山前構(gòu)造、區(qū)塊內(nèi)地層差異巨大、膏鹽層埋藏不一、斷層較多、完鉆井深6 000～8 000m、井身結(jié)構(gòu)差異大、井底溫度130～175 ℃、目的層為高壓氣層、套壓100～130MPa。這些區(qū)塊特性對(duì)套管管串結(jié)構(gòu)與固井質(zhì)量[2]提出了較高要求。克深區(qū)塊水泥漿隔離液的處理劑與水基鉆井液不兼容[3],水泥漿運(yùn)移段長(zhǎng)易產(chǎn)生大量混漿;套管管串結(jié)構(gòu)要求浮箍距離井底200～300m,形成長(zhǎng)段水泥塞,尾管要求更高,水泥塞達(dá)500～700m,這些都是造成水基鉆井液嚴(yán)重污染的原因,尤其是高密度鉆井液,增加了水基鉆井液的抗水泥漿隔離液、混漿、水泥塞污染的難度。傳統(tǒng)鉆水泥塞處理方法不能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求,故引入速溶硅酸鉀,利用其在水溶液中的膠凝沉淀效應(yīng)與強(qiáng)抗污染能力[4],同時(shí)由于硅酸根離子與鈣離子反應(yīng)生成硅酸鈣沉淀,使鉆井液保持較強(qiáng)的黏結(jié)性能,避免因鉆井液黏切較低至脫膠，不能滿足帶砂需要而發(fā)生卡鉆事故[5]。

1 傳統(tǒng)鉆水泥塞鉆井液技術(shù)

以往鉆水泥塞過程中,均采用兩種方法[6]：一是加入純堿進(jìn)行預(yù)處理和維護(hù)處理；二是加入樹脂類抗鈣處理劑充分護(hù)膠增強(qiáng)其抗鈣能力。這兩種方法對(duì)隔離液量小、水泥塞較短的井比較容易處理,但對(duì)隔離液量大、水泥塞長(zhǎng)、井底溫度高的井處理比較困難。純堿加量偏低或者偏高都容易造成鉆井液黏切偏低或者偏高,還容易造成鉆井液碳酸根后期污染[7],給鉆井液維護(hù)處理帶來麻煩;樹脂類處理劑價(jià)格昂貴,在上部聚合物鉆井液井段易受限制,而下步井段加量較大,增加了成本。

2 速溶硅酸鉀作用機(jī)理

速溶硅酸鉀是一種白色粉狀物并能快速溶于水的泡化堿，分子式K2O·nSiO2·H2O，其水溶液能有效抑制黏土的水化分散能力。穩(wěn)定黏土的主要機(jī)理是尺寸較寬的硅酸離子通過吸附、擴(kuò)散等途徑結(jié)合到黏土晶層端部,堵塞黏土層片之間的縫隙,鉀離子具有較強(qiáng)的抑制黏土水化作用,從而穩(wěn)定黏土[8];在高溫長(zhǎng)裸眼井段,硅酸鉀與黏土反應(yīng)會(huì)改變黏土表面晶體結(jié)構(gòu),能與黏土進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生無定形的、膠結(jié)能力強(qiáng)的物質(zhì),使黏土礦物等顆粒結(jié)成牢固的整體,使鉆井液黏切更穩(wěn)定。

速溶硅酸鉀最基本的化學(xué)結(jié)構(gòu)單元為硅氧四面體[9][SiO4],溶解于鉆井液中，遇到Ca2+生成沉淀,降低鉆井液中鈣離子濃度,減小其他處理劑與鈣離子反應(yīng)機(jī)會(huì),達(dá)到鉆井液性能更加穩(wěn)定的效果。其化學(xué)反應(yīng)方程式為:

3 速溶硅酸鉀室內(nèi)評(píng)價(jià)

表1 速溶硅酸鉀不同加量對(duì)基漿流變性的影響

硅酸鉀/()密度/(g·cm-3)黏度/s塑黏/(mPa·s)屈服值/Pa初切力/Pa終切力/Pa失水量/mL高溫高壓失水量(160℃)/mL02 29685074102 0100 12 2968527 55132 0100 152 2970548 57162 1110 22 297558108 5202 1110 32 2990641413262 211

4 克深16井與克深904井鉆水泥塞情況

4.1 克深16井鉆水泥塞與處理

表2 克深16井五開、六開鉆水泥塞參數(shù)統(tǒng)計(jì)

開次鉆頭尺寸/mm型號(hào)鉆壓/t轉(zhuǎn)速/(r/min-1)泵壓/MPa排量/(L·s-1)塞長(zhǎng)/m時(shí)間/h五開215 9HJT517G560172230024五開149 3HJT517G550211473850六開149 3CK406D450221232918 5六開104 78CK305250231052033

表3 克深16井五開、六開鉆水泥塞過程中鉆井液性能

開次井深/m密度/(g·cm-3)黏度/s塑黏/(mPa·s)屈服值/Pa初切力/Pa終切力/Pa失水量/mLpH高溫高壓失水量(160～175℃)/mL五開42722 1075558 558 541014五開45722 10755585941014五開53552 1073558 558 541014五開57002 106655103 51141014五開60932 10725395 51341014六開54162 2988521910251 21010六開55002 2986501810251 21010六開57442 2885501810251 21010六開57801 8564361031421010六開60001 866536931321010六開63001 85643592 51221011 注：五開高溫高壓測(cè)試溫度160℃，六開高溫高壓測(cè)試溫度175℃。

4.2 克深904井鉆水泥塞與處理

表4 克深904井三開鉆水泥塞參數(shù)統(tǒng)計(jì)

開次鉆頭尺寸/mm型號(hào)鉆壓/t轉(zhuǎn)速/(r·min-1)泵壓/MPa排量/(L·s-1)塞長(zhǎng)/m時(shí)間/h三開333 38HAT127870174042720三開241 3MS1952SS4～655223623825

表5 克深904井三開鉆水泥塞過程中鉆井液性能

開次井深/m密度/(g·cm-3)黏度/s塑黏/(mPa·s)屈服值/Pa初切力/Pa終切力/Pa失水量/mLPH高溫高壓失水量(140℃)/mL三開35831 9061539282 410 510三開40101 90595181 552 410 510三開64371 905547512 52 410 514三開66751 90504530 51 52 410 516

4.3 兩口井鉆水泥塞黏切變化對(duì)比

由表3可看出,克深16井鉆井液經(jīng)速溶硅酸鉀處理后，鉆水泥塞過程中黏度、初切力、終切力變化趨勢(shì)平穩(wěn),性能穩(wěn)定。

由表5可看出,克深904井鉆井液經(jīng)純堿處理后，鉆水泥塞過程中黏度、切力變化均呈下降趨勢(shì),尤其初切力、終切力下降明顯,高溫高壓失水量增加,不能滿足現(xiàn)場(chǎng)鉆井要求。

5 結(jié)論

1)速溶硅酸鉀抗水泥塞污染能力強(qiáng),經(jīng)其處理的鉆井液在鉆水泥塞的過程中在深井(6 300m)、高溫(電測(cè)井底溫度173.3 ℃)、長(zhǎng)段水泥塞(738m)、長(zhǎng)時(shí)間(50h)條件下表現(xiàn)出良好的流變性與熱穩(wěn)定性。

2)克深16井與克深904井鉆水泥塞過程中分別采用速溶硅酸鉀與純堿維護(hù)處理,通過對(duì)比井漿流變性,證明速溶硅酸鉀優(yōu)于純堿。

3)在克深區(qū)塊,由于井深、密度高、井底溫度高、水泥塞較長(zhǎng),鉆水泥塞過程中應(yīng)推廣使用速溶硅酸鉀,降低鉆水泥塞產(chǎn)生的工程風(fēng)險(xiǎn)，避免鉆井事故。

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2014-12-25

祝學(xué)飛(1983-),男,重慶人,工程師,本科，主要從事鉆井液技術(shù)工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.04.013