硅酸盐钻井液技术现状和发展趋势

介绍了硅酸盐钻井液６０余年的发展历程，对８０年代中期以来出现的硅酸盐聚合物钻井液、植物胶—硅酸盐钻井液、硅酸盐—硼凝胶钻井液及混合金属硅酸盐钻井液四种体系的配方及性能特点进行了分析。国内外的现场应用表明，该钻井液具有良好的井眼稳定性，且无毒、无荧光，能显著降低钻井液成本，具有广阔的发展应用前景。     

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.     

苏丹地区硅酸盐钻井液发泡原因及消泡对策分析

硅酸盐钻井液具有良好的防塌性能,在苏丹地区的长期现场使用情况表明,硅酸盐钻井液具有抑制性强、性能稳定、易于维护等特点,但经常遇到钻井液起泡且难于去除的现象,一定程度上影响了钻井液性能的稳定.通过实验对苏丹项目常用的钻井液处理剂在硅酸盐钻井液体系中的发泡效果进行了评价,井对硅酸盐钻井液体系泡沫产生的机理进行了分析,提出了控制硅酸盐钻井液体系发泡的对策.实验证明,硅酸钠和CO2反应是引起硅酸盐钻井液体系容易发泡的主要原因,消泡剂和润滑剂配合使用可以起到较好的消泡效果;温度、pH值和大分子聚合物处理剂对泡沫的稳定性有一定影响.     

pH值对硅酸盐钻井液性能的影响

硅酸盐钻井液体系的流变性能、防塌性能以及油层保护性能受pH值影响最甚。采用常规方法研究了不同pH值下硅酸盐钻井液体系的性能,采用动态光散射技术研究了聚硅酸粒子的粒径分布和表面电荷。研究表明:pH值对体系的失水影响最大;对黏度影响则不同,在低浓度(1.0%)时pH值对体系的黏度影响不大,在高浓度(5.0%)时黏度随着pH值增加迅速下降;而防塌性能随着pH值增加先增强后减弱,在pH=8.0处达到最强;pH值通过控制聚硅酸粒子的粒径分布和表面电荷控制聚硅酸粒子的絮凝程度,从而影响到聚硅酸/造浆黏土和聚硅酸/井壁黏土之间的作用。该研究结果有利于人们从本质上认识硅酸盐钻井液体系的宏观性能,进一步促进硅酸盐钻井液体系的应用。     

硅酸盐钻井液流变性与滤失造壁性探讨

为了解决硅酸盐钻井液的流变性、滤失造壁性问题，通过分析硅酸盐、黏土、盐、pH值、温度等因素对钻井液的影响，探讨了硅酸盐体系的作用机理。在探讨硅酸盐体系黏度、滤失量影响因素的基础上，提出了晶核理论、成膜理论、溶胶／凝胶理论、井壁稳定机理、电性排斥机理。通过采用聚合物电解质、调节电位等方法，形成无黏土硅酸盐钻井液，实现在较低pH值下对硅酸盐钻井液流变性和滤失造壁性的合理控制，为硅酸盐综合性能的调节开拓新的途径。     

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。     

国内外硅酸盐钻井液研究应用现状

详细叙述了国内外硅酸盐钻井液研究应用现状,包括硅酸盐的抑制性、硅酸盐钻井液的防塌机理、硅酸盐钻井液的研究情况和应用情况,最后介绍了笔者对硅酸盐钻井液的研究情况及认识。     

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.     

硅酸盐钻井液用多功能润滑剂

北部湾盆地特殊地层特性导致钻井作业时井壁失稳情况频发,故引入具有“封固”优势的硅酸盐钻井液体系,但硅酸盐钻井液本身自带严重缺陷,即润滑与滤失问题。为了解决这些问题,研制出了一种ALM多功能润滑剂。室内研究结果表明: ALM多功能润滑剂具有优秀的润滑性能、抗磨性能,能抑制储层段掉块岩样水化分散;与硅酸盐体系配伍性良好,同时能够发挥其膜效应,降低钻井液的滤失量,加入5% ALM多功能润滑剂可使硅酸盐体系API滤失量从4.0 mL降到2.1 mL,高温高压滤失量从16.3 mL降至6.8 mL,且对体系的流变性能无影响,润滑系数降低率为85.21%,改善了该体系的润滑和抑制性能。      

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。     

高密度饱和盐-稀硅酸盐钻井液技术

塔里木盆地巴楚地区寒武系地层组成复杂,盐岩、膏泥岩及裂缝性灰岩往往出现在同一裸眼井段,且地层压力高,在该地层钻进极易导致钻井液性能恶化,发生井下复杂情况。为有效解决这一技术难题,在对饱和盐-稀硅酸盐作用机理研究的基础上,研制出一种适合复合盐膏层钻进的高密度饱和盐稀硅酸盐钻井液配方。室内试验和现场应用证明,该钻井液具有良好的抑制性能,能有效降低盐岩和石膏的溶解;具有较好的流变性、滤失性、抗温性能和抗盐及石膏污染的能力。现场应用的欠饱和盐稀硅酸盐钻井液,很好地解决了巴楚地区复合盐膏层中潜在的复杂情况,大幅度降低了钻井液成本。     

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。     

Applications of strongly inhibitive silicate-based drilling fluids in troublesome shale formations in Sudan

For several decades, wells drilled in Sudan Block 6 have experienced serious hole-instability problem related to drilling fluids due to the highly reactive and dispersive shales existing in the Aradeiba and Abu Gabra formations. The problem included washed out hole sections combined with tight hole, as well as serious sloughing shale. Frequent wiper trips were frequently required and logging of the wells was not usually successful.Previously, several conventional inhibitive water-based drilling fluids such as KCl/polymer, KCl/lime/polymer, and KCl/PHPA have been used in this area, but with only marginal improvements in hole stability and drilling performance. Recently, a newly formulated KCl/sodium silicate system, which overcome the fatal drawbacks of the silicate-based mud systems used previously and characterized by the perfect rheological properties and filtration control, was developed and applied to provide the necessary inhibitive character. The first trial well was drilled with this kind of drilling fluid in Sudan Block 6 and the following benefits were observed: (1) Excellent integrity exhibited by drilled cuttings for shale formations; (2) Stable borehole kept with lower mud weight; (3) Reduced wiper trips; (4) In-gauge borehole shown from caliper logs.Later on, five more wells were drilled with the KCl/sodium silicate drilling fluids in this area. It was found that this kind of drilling fluid could fully meet the demands of drilling operations in this area. Case studies were presented in this paper in terms of wiper trip, inhibitive character of cuttings, hole conditions and mud weight. This newly formulated silicate-based drilling fluid is currently applied in Block 3/7 and Block 6, Sudan widely.     

硅酸盐钻井液综合机理研究

对硅酸盐及硅酸盐钻井液的性能进行研究 ,比较了不同无机盐的防塌能力 ,分析了各组分对硅酸盐钻井液性能的影响。实验结果表明 ,在相同加量下 ,硅酸盐的防塌能力优于其它无机盐 ,硅酸盐与其它防塌剂复配能提高钻井液的防塌能力 ,p H值是影响硅酸盐防塌能力的主要因素     

用新型KCl/硅酸钠钻井液缓解苏丹页岩钻进过程中的问题

1. Introduction The sodium silicate was firstly used in water-based drilling fluids in the 1930s. These systems, known as protective silicate drilling fluids, were successful in drilling very reactive shale formations, but the control of their rheologies …     

强抑制性KCl/硅酸盐钻井液体系及其在苏丹六区的应用

为解决苏丹六区Abu Gabra层在钻井过程中出现的严重井壁失稳问题,在对坍塌层位岩样进行综合分析的基础上,通过室内实验,研制出一种KCl/硅酸盐钻井液体系.该体系的特点是组成简单,硅酸盐的模数适中,具有较高的pH值,抑制岩屑水化膨胀能力强.硅酸盐稳定井壁的实质是一种化学封堵、固结作用,而沥青类、聚合醇类封堵型井壁稳定剂主要是通过物理作用来达到稳定井壁的目的,因而抑制能力相对较弱.另外,硅酸钠对环境无影响、无荧光、使用温度范围宽、价格较其它两类处理剂低.介绍了该体系在Moga-8井和FN-29井的应用情况.现场应用结果表明,该体系满足了苏丹六区的钻井施工要求,收到了良好的应用效果.     

中国硅酸盐钻井液技术面临突破

滤液中二氧化硅含量高于20000 mg/L的典型硅酸盐钻井液具有优良的抑制、封堵性能和膜效应,国外石油公司用该体系成功地进行了数百口井的施工,而中国真正用该体系完成的井只有5~7口,其它众多应用井使用的只是稀硅酸盐或复合硅酸盐体系,滤液中二氧化硅含量不高于3000 mg/L。从多个角度阐述了造成中国硅酸盐钻井液的实质性现场应用进展缓慢的原因,包括缺少完整的维护技术措施,加入硅酸盐易引起黏度升高甚至无法控制的问题没有解决,没有使用无机盐助剂,没有配套的专用助剂,离心机和清洁器的利用率太低,非技术性因素等。认为要加快硅酸盐体系由研究向实用的转变,可以从规范专用助剂、降低膨润土含量并开发高效降滤失剂、使用处理后的液体硅酸盐方面获得突破。对硅酸盐体系的研究和试用方式提出了建议。     

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。