[发明专利]含盐隔离液体系及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻井工程固井技术领域中的含盐隔离液体系及其制备方法。

背景技术

随着世界能源需求的增加和石油钻探技术的发展，向深井、超深井以及复杂油气层钻进已成必然。在我国的塔里木、江汉、四川、胜利、华北、中原、新疆、青海、长庆等油田均钻遇过盐膏层。盐膏层是指主要由岩盐(NaCl)和石膏(CaSO₄或CaSO₄.2H₂O)组成的地层。由于盐膏层的复杂性、恶劣性，我国现在的石油资源有10％~20％埋藏于地层深处的盐膏层下难以开采。国内大部分含盐膏层油田都曾有钻遇盐膏层时发现卡钻、套管挤毁，甚至油井报废的恶性事故报道。统计显示，在盐膏层地区钻井的事故率高达50％，是常规地层的3倍到5倍，套管非正常损坏率达30％，一次固井成功率较低，并普遍存在固井质量较差的难题。

优异的盐膏层段固井质量是减少地层事故发生率、保证油气顺利开采和提高油气井生产寿命的前提条件。影响盐膏层固井质量的因素很多，包括地层条件、井眼条件、钻井液性能、水泥浆性能以及冲洗液和隔离液影响等。盐膏层地质特性具有易蠕变、易溶解、易坍塌，容易导致井径不规则和井下复杂情况发生，给固井带来了诸多难题。因此，尽管盐膏层不是油气钻探的目的产层，而盐膏层段固井质量，特别是深井盐膏层和复合盐膏层，一直是一个世界级的技术难题。  以下分析了油气井工作液对盐膏层固井质量的不利影响：

(1)流体之间化学不兼容性的影响

盐水钻井液与水泥浆是不相容的，接触后会呈现严重的化学不兼容现象，产生粘稠的团块状絮凝物质。根据现场实践中混浆量推算可知，化学接触污染形成的混浆带可从几百米直至上千米，并且流态极差。严重不兼容产生的胶凝物会造成流动压耗巨增，不但可能引起因流阻过大压漏薄弱地层的井下复杂情况，甚至可能引起水泥浆“闪凝”现象，导致固井作业失败。并且粘稠物质粘附在套管和井壁上，不容易顶替干净，水泥浆凝固后不但胶结强度低，还容易形成层间局部窜槽，严重影响了水泥石界面胶结质量和层间封隔效果。此外，被污染的水泥浆的固化时间会延长、抗压强度下降，会导致层间油气水窜发生。尤其深部复杂盐膏层段，水泥环抗压强度和界面胶结强度是保证盐膏层安全开采的重要前提，一旦水泥环强度无法抑制盐膏层的蠕变力，会容易引起盐膏层段套管挤毁，甚至油井报废的事故发生。

(2)钻井液性能的影响

钻井液性能主要是影响盐膏层水泥环界面胶结质量，是影响界面胶结质量最为关键的因素。主要影响性能包括钻井液在井壁上形成的泥饼和胶凝的死泥浆、套管和井壁的亲油表面以及钻井液自身流变性。不管泥饼有多薄，死泥浆和亲油表面有多少，固井时都会在井壁上形成一个不可固化层，使水泥环与地层岩石之间存在不同程度的剥离，产生微裂缝，导致界面胶结强度下降，留下层间窜的隐患。另外，由于盐层易产生蠕动，通常采用提高钻井液的密度来抑制盐层蠕变，所以一般盐膏层使用的钻井液的粘度、切力及触变性较高，因此水泥浆顶替效率不易提高，固井质量难以保证。

(3)水泥浆顶替效率低

在一般情况下，水泥浆和钻井液的流动状态对水泥浆驱替钻井液的效果有明显的作用。通过以上介绍的钻井液粘度和切力高影响盐膏层水泥浆顶替效率之外，从顶替机理可知，顶替流态以紊流最好，塞流次之，层流较差。一般认为水泥浆紊流顶替钻井液最有利于提高顶替效率，如两种液体均为紊流流动，滞留在井壁的死区钻井液较薄，容易被钻井液和水泥浆的横向脉动作用清除。但由于受泵功率、水泥浆沉降稳定性等外在条件的限制，顶替过程中水泥浆返速往往达不到施工设计紊流要求。

对于以上导致盐膏层固井质量下降的问题，最有效的解决措施是使用隔离液体系。由于盐膏层易溶解，固井作业时使用淡水隔离液会增大盐膏层段井眼被冲蚀的危险，影响井壁稳定性，特别对于深部复杂盐膏层，甚至有使井眼坍塌油井报废的可能。因此，含盐隔离液体系的发明具有重要的工程应用价值。

含盐隔离液体系不仅可防止盐水钻井液与水泥浆直接接触，避免严重不兼容性造成的危害，还可有效的改善水泥环界面胶结质量，主要作用理论包括物理冲刷理论和化学改善界面理论。另外，含盐隔离液可有效提高注水泥顶替效率。由于水泥浆顶替过程中水泥浆返速往往达不到施工设计紊流要求，而采用隔离液紊流的方法提高驱替效率是很有效的。同时含盐隔离液可以一定程度下稀释钻井液，降粘切和触变性，提高钻井液被顶替的效率。含盐隔离液以上诸多影响作用，最终达到提高盐膏层固井质量的目的。