硅酸盐钻井液对泥页岩地层井眼稳定性影响研究

油基钻井液的使用对保护环境和降低成本造成了越来越大的压力，研制出一种具有油基钻井液特性而又没有环境污染的水基钻井液成为必然。室内实验验证了硅酸盐钻井液稳定泥页岩地层井壁的机理，当硅酸盐钻井液渗入泥页岩地层时，就会和泥页岩孔隙流体迅速作用，发生聚合和沉淀反应；由凝胶物和硅酸盐沉淀物形成的屏障和高选择性渗透膜系统将进一步阻止滤液侵入和压力渗透，对页岩中的裂缝和裂纹起封堵作用。对硅酸盐钻井液性能研究表明，其流变性可通过控制钻井液的pH值（不小于11）调节；现场硅酸盐加量最好不要超过5％；无论是加重前还是加重后，硅酸盐钻井液的常规性能均能满足钻井工程的一般要求；抗粘土污染能力强。在WZ12-1-7井的应用表明，硅酸盐钻井液在钻进过程中性能良好，钻井、下套管施工顺利。     

硅酸盐钻井液防塌性能的室内研究

在一系列硅酸盐水溶液和泥浆中测定了页岩回收率和页岩稳定指数。结果表明，防塌钻井液所用的硅酸盐模数以２．８—３．２为好，加在２％—５％左右较好；当用于含ＫＣｌ的泥浆时，硅酸盐的钠钾比对防塌性能的影响不显著；适量的无机盐可与硅酸盐产生协同作用而提高防塌性能，但钙离子过量会破坏泥浆性能。有机处理剂和粘土主要影响硅酸盐钻井液的流变性和滤失性能，对防塌性能基本上无直接影响。     

硅酸盐钻井液LS的研制与性能评价

硅酸盐钻井液由于具有环保、价格低廉、抑制性能好等优点,近年来得到了人们的普遍关注.硅酸盐钻井液稳定井壁的机理为:当硅酸盐钻井液的pH值大于11时形成凝胶,而且硅酸盐还能与地层水中的高价金属离子形成沉淀,堵塞页岩的裂缝与孔隙,阻止了钻井滤液的侵入与压力的传递,同时由于硅酸盐与无机盐具有协同效应,增强了页岩的抑制性能,避免了井壁失稳的发生.研究了硅酸盐与无机盐KCl的加量、聚合物及pH值对钻井液性能的影响,得出了合理的钻井液配方:5%膨润土 5%硅酸钠 1%MV-CMC 2%SMP 3%KCl 0.5%其它添加剂.研究结果表明,所研制的硅酸盐钻井液LS具有很好的抑制性与抗温性能.     

硅酸盐基钻井液

新型可溶性硅酸盐水基钻井液钻（微）裂缝页岩、白垩岩等易出现复杂情况的地层，具有不可比拟的优越性，另外，这些无机体系对环境无害，并且价格也不贵。本篇详细地介绍了硅酸盐基泥浆的井眼稳定性机理及其钻井液工程设计。另外还给出油田试验结果。这些给果证明了新泥浆体系稳定井壁的能力。     

硅酸盐-烷基葡萄糖苷钻井液的研究与评价

硅酸盐体系是一种抑制能力比较强的钻井液体系,现代固控技术的发展和新型化学助剂的不断推出为硅酸盐体系的重新使用提供了可靠的技术保证.烷基葡萄糖苷(APG)近年来被发现具有降低水活度、改变页岩孔隙流体流动状态的作用,因此最初被作为抑制剂使用,但实验结果表明,这种材料加入到钻井液以后,体系具备了部分油基钻井液的特点,如润滑性好、可提高抑制能力等.通过实验证实了APG与硅酸盐体系复配以后,能够较好地改善硅酸盐体系的综合性能,包括流变性能、抑制性能、润滑性能等,并对体系的抗污染能力进行了评价.结果表明:由于硅酸盐与APG均属无毒物质,有利于环境保护,具有比较广阔的应用前景.     

水基硅酸盐钻井液的页岩井眼稳定性研究

结合室内实验数据,分析了硅酸盐钻井液粘土稳定作用的主要影响因素。结果表明,硅酸盐的模数在2.8—3.2、加量在3％—5％时钻井液抑制性能较好,无机盐与硅酸盐的协同效应提高了硅酸盐的抑制性能。提出硅酸盐稳定页岩井壁的机理为:硅酸盐形成凝肢与沉淀堵塞微裂缝与页岩孔隙,阻止滤液进入地层,减少压力穿透;抑制粘土矿物水化膨胀与分散;与无机盐协同作用阻止水进入地层;与粘土矿物反应导致渗透率降低等。     

稀硅酸盐钻井液防塌性能的影响因素

以多种稀硅酸盐水溶液和泥浆进行了页岩分散试验和页岩稳定指数试验.结果表明：防塌钻井液所用的硅酸盐模数以2.8～3.2为好,加量在2%～5%较好;当用于含KCl的泥浆中时,硅酸盐的钠、钾比例对防塌性能的影响不显着;适量的无机盐可与硅酸盐产生协同作用提高防塌性能,但钙离子过量会破坏泥浆性能.有机处理剂和粘土主要影响硅酸盐钻井液的流变性和滤失性能,而对防塌性能基本上无直接影响.地层特性是影响稀硅酸盐钻井液防塌效果的最复杂因素.     

硅酸盐钻井液实验研究

在对硅酸盐钻井液发展进行调研的基础上，针对当前硅酸盐钻井液研究中的不足，进行了室内实验研充，包括：硅酸盐钻井液与常用钻井液处理剂的配伍性；无机盐含量、膨润土含量、硅酸盐模数、硅酸盐加量对硅酸盐钻井淑性能的影响。结果表明。硅酸盐钻井液与含有铵、钙等离子的处理剂如NH4PAN、PAC-141等不配伍，与WF-1和XY-28的配伍性也不是很好，与SD-102、高温高压降滤失剂SPNH、HV-CMC、LV-CMC等处理剂的配伍性鞍山；在兮适的有机处理剂下。KCl和NaCl对硅酸盐钻井液流变性和滤失量的影响较小，而CaCl2的影响较大；硅酸盐的模数越大，钻井液抑制页岩分散的能力越强，防塌性能越好；随着硅酸钠加量的增大，黏土对硅酸钠的吸附量不断增大（在100g／L以上）。硅酸钠加量不变，随着温度的升高。黏土对硅酸钠的吸附量也增大，而且增幅逐渐变大，说明吸附主要为化学吸附。     

硅酸盐钻井液技术发展机遇与挑战

随着国内新增储量钻采难度逐渐增加和国内页岩气迅速发展,井壁稳定问题备受重视。同时,油基
钻井液环境污染问题日益突出。在此背景下,硅酸盐凭借堪比油基钻井液的防塌性能和相对较低的成本优势,迎
来大好发展机遇,与此同时,也面临挑战。文章从储层损害、润滑性能、高密度硅酸盐钻井液流变性和滤失量控制
及现场维护四方面,指出目前硅酸盐钻井液面临的储层渗透率恢复值低、润滑性能差、高密度硅酸盐滤失性和流变
性难以控制、现场硅酸盐消耗量测定方法不准确且国内缺乏成熟的硅酸盐钻井液维护规范等问题,并提出未来硅
酸盐钻井液技术应从研发硅酸盐凝胶破碎剂、高效润滑剂、不增或少增黏的降滤失剂、低成本高效降黏剂,改进硅
酸盐钻井液消耗量计算方法等方面来寻找突破和迎接挑战。     

硅酸盐在粘土上的吸附特性及硅酸盐聚合物钻井液作用机理

考察了复合硅酸盐CS-1在不同含量的膨润土基浆上在不同温度下的吸附规律，同时考察了钻井液中劣质土和抗盐土对复合硅酸盐CS-1在膨润土上吸附特性的影响，在此基础上，对硅酸盐聚合物钻井液的作用机理进行了研究．最后得出低膨润土含量、处理剂在膨润土表面上的吸附作用以及润滑剂在膨润土表面上形成隔离薄膜三一起成为硅酸盐聚合物钻井液体系的作用机理。     

复合硅酸盐钻井液体系室内研究

对复合硅酸盐钻井液作了详细的室内实验研究，包括：与常用钻井液和钻井液处理剂的配伍性，配方研究（膨润土含量，护胶剂PTV加量，pH值，降粘手段，加药顺序）和应用性能评定（阻止压力传递，滤液中SiO2含量，硅酸盐模数，硅酸盐加量与岩屑回收率，与其他体系钻井液抑制性比较，抗温，抗盐，抗钙性能，抗膨润土污染性能，加重钻井液，润滑剂的使用，电稳定性，岩心伤害）。主要结论如下：（1）硅酸盐对膨润土浆有降粘作用，与含有铵，钙等离子的处理剂如NH4HPAN，PMHC，PAC141等不配伍；（2）硅酸盐必须与护胶剂一起加入淡水钻井液中；（3）pH值是影响哇酸盐钻井液性能特别是粘度的主要因素（pH值应＞12），此外，护胶剂PTV含量，膨润土含量，硅酸盐模数及加量等对硅酸盐钻井液的流变性和滤失量有较大影响，聚合醇防塌润滑剂和表面活性剂ABS共用在改善硅酸盐钻井液润滑性能的同时，还能提高钻井液的高温稳定性。（4）配方适当的硅酸盐钻井液抗温，抗盐，抗钙，抗钻屑污染能力和封堵能力强，抑制性好，润滑性能好，稳定性好，保护储层的效果明显。报道了性能优良的硅酸盐钻井液的配方。     

新型KCl/硅酸钠钻井液在强水化分散泥页岩中的应用

井壁稳定一直是影响钻井进度的重要因素.长期以来,油基钻井液一直是解决井壁稳定问题的首选,但因其成本高、环保性差而被成本更低、环保性更好的硅酸盐钻井液所替代.针对苏丹南部油田强水化分散的泥页岩地层,研制出了一种新型KCl/硅酸钠钻井液,该钻井液克服了传统的硅酸盐钻井液流变性控制困难、滤失量偏高等缺点,其防塌性能也明显优于原来在该油田使用的KCl/聚合物钻井液.现场应用表明,该钻井液具有流变性易调、滤失量可控、配制维护简便等特点,使井下复杂情况大大减少,取得了很好的稳定井壁效果,值得其他地区钻进强水化分散地层时借鉴.     

硅酸盐钻井液防塌机理与应用技术

利用Zetasizer3000胶体电位-粒度仪、Turbiscan红外分散稳定仪以及SHM泥页岩化学-力学耦合模拟试验装置等先进的实验仪器和研究手段，初步探索了硅酸盐钻井液防止井壁坍塌的微观作用机理。研究表明，浓度为5％的硅酸盐水溶液的粒度分布较窄、颗粒较均匀，协同使用的无机盐最佳加量为3％，且粒度分布受溶液pH值和硅酸盐模数影响较大。硅酸盐胶体溶液Zeta电位为-41．O～-31．0mV，对泥岩钻屑分散体系具有很强的稳定作用；硅酸盐与泥页岩作用可以形成致密的“隔膜”，具有较理想的阻止滤液侵入和压力传递的作用。研究开发了硅酸盐钻井液配方，现场试验表明，硅酸盐钻井液流变性好，井壁稳定能力强。图6表3参11     

硅酸盐钻井液体系在鄂尔多斯盆地东胜气田的应用

鄂尔多斯盆地东胜气田二叠系石千峰组、石盒子组发育大段泥页岩,在钻井施工中井壁失稳现象频发。结合东胜气田地层特征,分析井壁失稳原因,研究硅酸盐的封堵性和抑制性,优选形成硅酸盐钻井液配方,并对其抑制性及封堵性进行实验研究。研究结果表明:(1)石千峰组、石盒子组泥页岩中黏土矿物平均含量为56%,以伊蒙混层为主,伊利石次之;泥页岩原生层理及微裂缝,黏土矿物中伊利石、蒙脱石的水化膨胀性能差异是井壁失稳的主要原因。(2)自主研发的硅酸盐钻井液体系具有较强的抑制泥页岩水化膨胀的能力,较强的微小裂缝封堵能力;当该体系中硅酸盐的模数为2.8~3.0、加量3%、p H值维持在11以上时,硅酸盐钻井液的抑制效果更好;同时该体系中的硅酸盐与地层矿物反应生成絮状沉淀,可封堵地层微小裂缝和孔隙,阻止滤液深度侵入,维持了井壁稳定。(3)通过在东胜气田两口井的现场试验,达到了环境保护和井壁稳定的目的,取得了较好的应用效果。该研究成果为其他类似地质条件钻井液的应用提供了借鉴经验。     

WDX硅酸盐钻井液的强抑制性和HSE优越性

采用改性硅酸盐和多种无毒害添加剂,研制出了强抑制性WDX硅酸盐钻井液,测试了该钻井液的主要工程特性,分析了硅酸盐的改性机理和稳定井壁机理,测试并评价了WDX硅酸盐钻井液的生物毒性、重金属(铅、铬、镉、汞、砷)和石油类含量及pH值等环保指标.实验结果表明,WDX硅酸盐钻井液具有良好的流变性和抑制性,130 ℃时钻井液的线性膨胀率小于6%,页岩回收率大干95%;该钻井液对操作人员无毒害,其重金属含量不超标,不合石油类物质,急性生物毒性等级为无毒;将1份废弃钻井液与2份土壤混合后,其pH值为8.0,土壤中废弃钻井液环境保护指标完全满足GB 4284-84、GB 8978-1996的相关规定,实现了环境保护与工程性能统一的目标.     

硅酸盐钻井液防塌机理研究

基于电位、粒径分布、红外稳定性、压力传递和吸附量等测定方法,对硅酸盐钻井液的防塌机理进行的研究结果发现,无机盐类型和浓度以及pH值是硅酸盐粒径分布的主要控制因素,通过影响硅酸盐粒径分布从而影响硅酸盐钻井液的防塌效果,适当的无机盐也有利于协同防塌。通过压力传递实验研究发现,硅酸盐钻井液阻缓压力传递的效果显著,诱导的化学渗透压力效果也非常明显,其膜效率高。这也从另一个侧面反映了钻井液的强封堵能力可能源于在井壁上所形成的硅酸盐与页岩作用的膜,用实验验证了硅酸盐钻井液能够在极短时间内有效封堵井壁。     

硅酸盐钻井液的抑制性及其影响因素的研究

硅酸盐钻井液具有良好的井壁稳定作用，且无毒、无荧光、成本低，被认为是具有发展前景的水基钻井液之一。着重研究和探讨了硅酸盐的抑制能力、影响因素及稳定井壁的机理。研究表明，硅酸盐具有较强的抑制能力，抑制效果明显地优于KCl、CaCl2等无机盐类；硅酸盐的模数、加量和钻井液的PH值是影响硅酸盐抑制能力的主要因素；钻井液中硅酸钠的模数为2．8～3．0，加量为3％～4％，且钻井液的pH值维持在11以上时，硅酸钠的抑制效果更好；硅酸盐能与无机盐和聚醇类产生协同作用，从而提高硅酸盐的抑制能力。硅酸盐稳定井壁的机理：硅酸盐与地层矿物反应生成沉淀封堵地层微小裂缝和孔隙，改善和提高了泥页岩的半透膜效率；抑制粘土水化膨胀和分散；降低地层孔隙中压力传递速度；与地层中粘土矿物发生反应。     

硅酸盐抑制性及稳定井壁机理探讨

硅酸盐钻井液是一种抑制性能优良、环境相容性好、成本较低的水基钻井液体系。国外近年研究应用较多,而国内研究应用相对滞后。通过抑制性实验、针入度实验及凝胶生成等实验研究,认为该体系稳定井壁机理是:堵塞泥页岩孔隙和微裂缝,阻止滤液进入地层;抑制页岩中粘土矿物水化膨胀和分散;硅酸盐与地层粘土矿物发生化学反应生成利于井壁稳定的新矿物;配合使用的高浓度氯化钠或氯化钾的协同稳定作用。     

硅酸盐钻井液室内试验研究

硅酸盐钻井液的影响因素、配方优选和防塌抑制性等试验表明：硅酸盐钻井液的pH值最好控制在11．0以上；模数为2.8～3．0硅酸盐综合性能最好，其最优加量为2％～4％；室内研制的硅酸盐钻井液基础配方具有良好的防塌抑制性，较强的抗钙、抗劣土污染性能，还具有具有较好的电稳定性、抗温性和可加重性；硅酸盐钻井液与岩心所形成的膜结构降低了岩心污染深度，具有较好的保护油气层性能。     

硅铝钻井液体系的室内研究及现场应用

在常规硅酸盐钻井液基础上,引入偏铝酸盐,研制了硅酸盐-铝酸盐防塌钻井液体系,并对硅酸盐-铝酸盐钻井液的抗污染、抑制性、封堵和封固性进行了室内研究与评价。结果表明,硅酸盐-铝酸盐钻井液具有抗10%钙土污染、15%钻屑污染以及CO32-和HCO3-污染能力,对泥页岩岩屑滚动回收率达95%以上,具有良好的抑制性;岩心浸泡实验表明硅铝钻井液具有良好的防塌能力,岩心抗压试验表明硅铝钻井液使岩心抗压强度提高了37.5%;对低孔低渗岩心的封堵率达99%,表明该体系具有较强的物理封堵和化学封固性能。该硅铝钻井液在内蒙意15井进行了现场应用,取得了一定的井壁稳定效果,并体现了较好的保护和发现油层的作用。