[发明专利]一种以卤水为基液的饱和盐水泥浆及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于油田化学领域，具体涉及一种适用于岩盐层尤其适用于盐膏层钻井应用的以卤水为基液的饱和盐水泥浆及其制备方法。

背景技术

钻井液是钻探过程中使用的循环介质，钻井液具有清洁井底、携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡井壁岩石侧压力、封闭和稳定井壁；平衡地层压力；降低岩屑沉降速度；在地面能沉除砂子和岩屑；有效传递水力功率；承受钻杆和套管的部分重力；提供所钻地层的大量资料；通过水力破碎岩石等重要作用。

在钻井过程中，经常会钻遇到大段的岩盐层、盐膏层或盐膏-泥页岩互层的岩段。此时，岩盐层中大量的NaCl和其它盐即会溶解到钻井液泥浆中，进而使钻井液本身的聚结稳定性遭到严重的破坏，其剪切力和失水量将会大幅度增加；导致井径严重扩大甚至由于泥岩蠕动使得井眼变形等，轻者使钻井施工无法继续进行，严重者导致一系列井下事故的发生。因此，普通意义上的钻井液并不适用于盐岩层或盐膏层的钻井之用。

到目前为止，解决岩盐层或盐膏层钻井最有效的钻井液体系有两大类：

第一是油基泥浆（包括反向乳化泥浆），该泥浆以油为分散介质，在对膏岩层钻进时不会出现盐侵蚀的问题，可以有效防止膏岩层带来的一系列井下问题，是在复杂地层钻井最有效的泥浆体系，在全世界各地得到有效应用。但是，油基泥浆的配制和维护成本远高于水基泥浆，其对区域内生态环境的严重影响使其应用受到很大限制，在中国尤其很少使用油基泥浆体系钻井液。

第二是盐水泥浆（即含有NaCl的泥浆），该类泥浆大体分为三类：其一是普通盐水泥浆，即1%<含盐量<饱和的盐水泥浆；其二是用海水配制的海水基泥浆，其含盐量通常在3-4%之间；其三是饱和盐水泥浆，其含盐量在>31%，其中Cl^—含量大于18*10⁴mg/L。经实践发现，对于盐岩层钻井最有效的是饱和盐水泥浆。饱和盐水泥浆的主要优点是能有效防止NaCl盐的溶解和泥岩水化膨胀引起的缩径，有利于控制钻屑的分散及造浆，避免形成“大肚子”井眼从而减少井下复杂情况的发生。目前国内外均有多种饱和盐水泥浆配方，在实际应用过程中也解决了很多高难度区块的盐岩层的钻井施工问题。

但是，含有NaCl的饱和盐水泥浆还存在一些明显不足：1、由于盐的溶解度会随着温度升高而加大，在地面配制的NaCl基饱和盐水泥浆到达温度较高的深井段时则会变成为欠饱和状态，此时在井下仍会发生由于盐溶解而导致的诸多问题，而待泥浆重新返回到浅井段和地面时又会成为过饱和状态，此时部分的盐会结晶析出变成硬壳附着在钻具、地面循环系统器具表面，每一次由地面到井下的循环周都回重复一次这个过程，给钻井施工带来许多不便；2、NaCl基饱和盐水泥浆中均为一价离子，虽然对于盐岩层的钻井可以有效抑制NaCl盐的溶解且效果较好，但对于盐膏层中大量含有的CaSO₄的溶解则没有抑制作用，仍会存在严重的因CaSO₄溶解于泥浆中而导致的井径扩大问题，因此NaCl基饱和盐水泥浆不能很好地解决盐膏层钻井作业时的井眼问题；3、由于盐膏层存在明显的地层压力异常情况，为了平衡盐膏层异常压力，需要大量使用石灰石、重晶石等加重材料配制高比重泥浆，使泥浆的固相含量过高，导致维护处理困难等一系列问题。因此，现有技术中的NaCl基饱和盐水泥浆对于盐岩层尤其是盐膏层的钻井作业依然存在很大的使用限制。

中国专利CN1247733C公开了一种钻井液用钾钙复合离子抑制剂，该专利所述的复合离子抑制剂主要由碳酸钾、氧化钙和至少一种反絮凝剂经过化学反应而成，其中反絮凝剂包括木质素类化合物、木质素类络合物或腐植酸。该专利以K⁺为抑制剂，以Ca²⁺为辅助抑制剂，而不使用带大量对钻井液和钻井作业其他工序无用或有副作用的阴离子或阴离子团的传统单一无机盐KCl或有机盐KCOOH，而采用另外两种无机盐复合配制得方法，并在此基础上添加木质素或腐植酸，形成复合离子抑制剂。研究表明，K⁺与Ca²⁺混合盐抑制剂在一定程度上能达到或优于单一KCl抑制性钻井液的抑制效果。通过将该抑制剂添加入含饱和盐水的钻井液泥浆中，可以有效抑制在盐膏层钻井中对于CaSO₄的溶解而出现的井下问题。但是，该抑制剂主要是通过化学试剂配制而成，其成本过高，尤其是钻井过程中每口井对钻井液的需求量常以几百立方米计算，因此按照此种方式配制得到的钻井液的成本很高；另外，该抑制剂加入泥浆中后，对于所述泥浆的比重问题没有明显影响，也依然存在着高比重泥浆因大量添加加重材料所面临的维护成本高和性能维护困难的问题。