一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆及其制备和使用方法

技术领域

本发明主要涉及钻探技术领域，特别是涉及一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆及其制备和使用方法。

背景技术

我国石盐矿产资源极为丰富，固体石盐在储量中排名第二位，分布广泛而又相对集中，除福建、黑龙江省外，其它各省区均有盐矿(点)分布，开采潜力巨大。除此以外，石盐层可以作为常规油气资源的良好直接盖层，盐膏盖层封盖了全球总油气储量的55％(马力，2004)。中国13个主要含气盆地，其中4个盆地发育石盐层，勘探发现气田165个，占全国气田总数的40％。国内外许多勘探实例已经证明了石盐层具备极强的封闭性能，是很好的油气盖层(王东旭，2015)。

在盐城盆地、江汉盆地、思茅盆地等发育多层石盐层，厚度可达数百米。在固体石盐勘探开发或油气勘探过程中，在石盐层钻进取心对查明盐矿层矿化特征或评价油气藏盖层条件均具有重要地质意义。

在巨厚石盐层中钻探施工难度较大，石盐层井段井壁稳定性差，易发生井壁失稳、溶蚀、垮塌、卡钻等钻井事故。主要原因为：①深部石盐层在一定压力和较高温度下，石盐呈塑性状态，易蠕变，易造成井壁失稳，引起卡钻、缩径；②石盐易溶解，使井眼扩大，形成“大肚子”溶腔，进而导致井壁坍塌；③盐矿心易溶蚀变细，难以取心，导致采取率偏低；④石盐层顶板和夹层主要为泥质岩，巨厚石盐层因底辟作用在顶板和夹层中往往发育大规模破碎带。因此，在巨厚石盐层钻进时，必须选择合适的钻井液，具有良好的流变性和润滑性，除了抑制石盐的溶解，还要抑制顶底板和夹层中泥岩水化膨胀，护壁性好，防止井壁坍塌。选择具有合适性能泥浆成为在巨厚石盐层中钻井施工能否顺利开展的关键。

发明内容

针对上述情况，本发明公开了一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆及其制备和使用方法。本发明所述的水泥浆具有低滤失量、泥皮薄而坚韧、稳定性高、含砂量低、抑制性强、润滑性好、相对密度低、粘度低和石盐溶解率低的优点本发明包括以下技术方案。

一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆，包括以下质量分数的组分：包括以下质量分数的组分：0.1％～0.2％烧碱、1.5％～2％PAC、0.1％～0.3％KPAM、30％-36％NaCl、1％-2％随钻堵漏剂、1％-2％超细钙酸钙、0.5％-1.5％磺化沥青、

0.5％-1.5％润滑剂；以及适量的黄原胶、CMC、重晶石和SOLTEX；余量为生产用水。

上述技术方案中的烧碱(NaOH)主要控制泥浆的PH值，稳定在7～10之间。

上述技术方案中的聚阴离子纤维素(PAC)：增黏型降失水剂。可与泥质岩屑充分吸附后形成较厚的水化膜，防止黏土颗粒经受盐污染后发生聚结。

上述技术方案中的羧甲基纤维素(CMC)：作降失水剂，具有良好抑制性、稳定性、增黏性和降滤失能力，与钻屑中细粘土颗粒粘结，参与网架结构的形成，避免了粘土颗粒相互间的聚结，从而起到了护胶作用，大大的提高了粘土颗粒聚结稳定性，有利于保持和提高细粘土颗粒含量，提高泥饼质量从而降低失水。

上述技术方案中的聚丙烯酸钾(KPAM)：粘土稳定剂，包被、防塌、絮凝，提高粘切，控制泥岩、岩屑水化分散。高分子聚合物，可提高钻井液粘度，对细小氯化钠颗粒进行絮凝、包被，从而达到阻碍盐的结晶核心的增长，延缓盐结晶生长速度的目的，减少地面和井内钻井液中氯化钠溶解度差异。

上述技术方案中的重晶石粉：作为加重剂，稳定井壁，酌量添加，提高钻井液密度到设计范围内。为防止盐层塑性变形，泥浆应保持一定密度，保证钻进过程中井眼稳定。盐层钻进泥浆密度应大于1.25g/cm

上述技术方案中的磺化沥青：能够抗盐、造壁、抑制水化、降滤失，改善泥饼质量，具有良好的抗温能力。磺化沥青中的水溶性大分子在吸附到粘土边缘上时，可阻止粘土颗粒的分散；当其吸附在泥、页岩地层井壁的微小缝隙上时，可有效阻止水渗入岩层，从而减少剥蚀掉块。不溶于水的部分为适当大小的颗粒，覆盖在泥、页岩地层井壁的表面，有助于造壁，改进泥饼的质量，起到抑制泥、页岩分散的作用。用磺化沥青处理钻井液，可使其泥饼变薄，可压缩性增大，滤失量下降。此外，磺化沥青还可以增加泥饼的润滑性，有防卡和解卡的作用。

上述技术方案中的润滑剂：油膜润滑，防塌、防卡、润滑，兼具降粘度、降滤失量作用，保证滤饼的致密与光滑。

上述技术方案中的页岩抑制剂(SOLTEX Additive)能够保持井壁稳定。

上述技术方案中的超细碳酸钙(CaCO

进一步的，上述一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆，包括以下质量分数的组分：0.1％～0.2％烧碱、1.5％～2％PAC、0.1％～0.3％KPAM、33％NaCl、1.5％随钻堵漏剂、1.5％超细钙酸钙、1％磺化沥青、1％润滑剂；以及0.4％黄原胶、0.5％CMC、5％～7％重晶石和1％SOLTEX；余量为生产用水。

进一步的，上述一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆，所述生产用水为自来水或去离子水。

进一步的，上述一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆，所述无钾盐水泥浆具有以下性能：密度1.25～1.30g/cm

进一步的，上述一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆，所述无钾盐水泥浆具有以下性能：密度1.28g/cm

进一步的，上述一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆的制备方法,包括以下步骤：

(1)通过配浆漏斗按照配方中含量向生产用水中加足量氯化钠，充分溶解；

(2)按比例加入CMC、烧碱，控制粘度、滤失量、pH值，稳定泥浆性能；各种处理剂必须经过水化处理后，依据低分子量处理剂先下，高分子量处理剂后加的顺序，按量依次加入，严禁干粉加入搅拌机内配制钻井液；

(3)在循环罐中充分搅拌、循环钻井液至少1小时，各组分充分溶解、水化；

(4)监测钻井液性能、Cl

(5)根据取心效果、返出泥浆各项参数，评价泥浆性能是否满足钻进取心工作，若不满足则根据配方中各组分比例范围继续优化。

进一步的，上述一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆的制备方法，所述步骤(4)中，每25m监测1次泥浆中Cl

进一步的，上述巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆的使用方法，包括以下步骤：

(1)通过配浆漏斗按照配方中含量向生产用水中加足量氯化钠，充分溶解；

(2)按比例加入CMC、烧碱，控制粘度、滤失量、pH值，稳定泥浆性能；各种处理剂必须经过水化处理后，依据低分子量处理剂先下，高分子量处理剂后加的顺序，按量依次加入，严禁干粉加入搅拌机内配制钻井液；

(3)在循环罐中充分搅拌、循环钻井液至少1小时，各组分充分溶解、水化；

(4)监测钻井液性能、Cl

(5)根据取心效果、返出泥浆各项参数，评价泥浆性能是否满足钻进取心工作，若不满足则根据配方中各组分比例范围继续优化；

(6)每回次钻进前，泥浆循环1小时以上方可钻进，降低因井底和泥浆罐中钻井液温差造成的溶解度差异而部分溶蚀岩心；

(7)取心钻进过程中，全程监测钻井液性能，每25m监测1次泥浆中Cl

(8)监测返出钻井液性能指标变化，保持指标稳定，判断泥浆携砂能力，确保孔内干净；

(9)补充的泥浆单独在配浆罐中配置，检测其全套性能满足要求后方可缓慢注入泥浆罐中循环。

进一步的，上述巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆在石盐矿产勘查或含石盐层盆地内油气勘查中钻探施工中的应用。

本发明具有如下有益效果:

本发明将具有良好护壁性能、抑制石盐溶解的无钾盐水泥浆用到石盐层钻进取心过程中，解决盐矿层及其顶底板井径扩大、井壁易失稳、岩心采取率低等问题，保障钻井施工顺利进行，避免了外来钾元素对盐矿层污染，有利于石盐层含钾性评价，降低勘探开发成本。本发明无钾盐水泥浆具有低滤失量、泥皮薄而坚韧、稳定性高、含砂量低、抑制性强、润滑性好、相对密度低、粘度低和石盐溶解率低的优点。适用于石盐矿产勘查和含石盐层盆地内油气勘查中钻探施工，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的巨厚石盐层钻进取心的泥浆制备和使用的工艺流程图。

具体实施方式

一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆，其特征在于，包括以下质量分数的组分：0.1％～0.2％烧碱、1.5％～2％PAC、0.1％～0.3％KPAM、30％-36％NaCl、1％-2％随钻堵漏剂、1％-2％超细钙酸钙、0.5％-1.5％磺化沥青、0.5％-1.5％润滑剂；

以及0.4％黄原胶、0.5％CMC、5％～7％重晶石和1％SOLTEX；余量为生产用水。

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中使用的试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆，包括以下质量分数的组分：0.1％烧碱、1.5％PAC、0.1％KPAM、30％NaCl、1％随钻堵漏剂、1％超细钙酸钙、0.5％磺化沥青、0.5％润滑剂；

以及0.4％黄原胶、0.5％CMC、5％重晶石和1％SOLTEX；余量为生产用水。

上述巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆的制备，包括以下步骤：

(1)通过配浆漏斗按照配方中含量向生产用水中加足量氯化钠，充分溶解；

(2)按比例加入CMC、烧碱，控制粘度、滤失量、pH值，稳定泥浆性能；各种处理剂必须经过水化处理后，依据低分子量处理剂先下，高分子量处理剂后加的顺序，按量依次加入，严禁干粉加入搅拌机内配制钻井液；

(3)在循环罐中充分搅拌、循环钻井液至少1小时，各组分充分溶解、水化；

(4)监测钻井液性能、Cl-含量，满足设计要求后实验性钻进；

(5)根据取心效果、返出泥浆各项参数，评价泥浆性能是否满足钻进取心工作，若不满足则根据配方中各组分比例范围继续优化。

实施例2

一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆，包括以下质量分数的组分：0.15％烧碱、1.7％PAC、0.2％KPAM、33％NaCl、1.5％随钻堵漏剂、1.5％超细钙酸钙、1％磺化沥青、1％润滑剂；

以及0.4％黄原胶、0.5％CMC、6％重晶石和1％SOLTEX；余量为生产用水。

上述巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆的制备，包括以下步骤：

(1)通过配浆漏斗按照配方中含量向生产用水中加足量氯化钠，充分溶解；

(2)按比例加入CMC、烧碱，控制粘度、滤失量、pH值，稳定泥浆性能；各种处理剂必须经过水化处理后，依据低分子量处理剂先下，高分子量处理剂后加的顺序，按量依次加入，严禁干粉加入搅拌机内配制钻井液；

(3)在循环罐中充分搅拌、循环钻井液至少1小时，各组分充分溶解、水化；

(4)监测钻井液性能、Cl-含量，满足设计要求后实验性钻进；

(5)根据取心效果、返出泥浆各项参数，评价泥浆性能是否满足钻进取心工作，若不满足则根据配方中各组分比例范围继续优化。

实施例3

一种巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆，包括以下质量分数的组分：0.2％烧碱、2％PAC、0.3％KPAM、36％NaCl、2％随钻堵漏剂、2％超细钙酸钙、0.5％-1.5％磺化沥青、0.5％-1.5％润滑剂；

以及0.4％黄原胶、0.5％CMC、7％重晶石和1％SOLTEX；余量为生产用水。

上述巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆的制备，包括以下步骤：

(1)通过配浆漏斗按照配方中含量向生产用水中加足量氯化钠，充分溶解；

(2)按比例加入CMC、烧碱，控制粘度、滤失量、pH值，稳定泥浆性能；各种处理剂必须经过水化处理后，依据低分子量处理剂先下，高分子量处理剂后加的顺序，按量依次加入，严禁干粉加入搅拌机内配制钻井液；

(3)在循环罐中充分搅拌、循环钻井液至少1小时，各组分充分溶解、水化；

(4)监测钻井液性能、Cl

(5)根据取心效果、返出泥浆各项参数，评价泥浆性能是否满足钻进取心工作，若不满足则根据配方中各组分比例范围继续优化。

实施例4

使用例

上述实施例1-3所述的巨厚石盐层钻进取心的无钾盐水泥浆的使用方法，如附图1所述流程，包括以下步骤：

(1)通过配浆漏斗按照配方中含量向生产用水中加足量氯化钠，充分溶解；

(2)按比例加入CMC、烧碱，控制粘度、滤失量、pH值，稳定泥浆性能；各种处理剂必须经过水化处理后，依据低分子量处理剂先下，高分子量处理剂后加的顺序，按量依次加入，严禁干粉加入搅拌机内配制钻井液；

(3)在循环罐中充分搅拌、循环钻井液至少1小时，各组分充分溶解、水化；

(4)监测钻井液性能、Cl-含量，满足设计要求后实验性钻进；

(5)根据取心效果、返出泥浆各项参数，评价泥浆性能是否满足钻进取心工作，若不满足则根据配方中各组分比例范围继续优化；

(6)每回次钻进前，泥浆循环1小时以上方可钻进，降低因井底和泥浆罐中钻井液温差造成的溶解度差异而部分溶蚀岩心；

(7)取心钻进过程中，全程监测钻井液性能，每25m监测1次泥浆中Cl

(8)监测返出钻井液性能指标变化，保持指标稳定，判断泥浆携砂能力，确保孔内干净；

(9)补充的泥浆单独在配浆罐中配置，检测其全套性能满足要求后方可缓慢注入泥浆罐中循环。

经过测试，实施例1-3所制备的泥浆其性能指标为：密度1.25～1.30g/cm

实施例5

测试例

使用实施例2的参数制备的泥浆体系。

本发明的无钾饱和盐水泥浆应用于思茅盆地某钾盐钻探工程效果如下：

①使用本泥浆体系之前发生下钻遇阻、石盐矿心溶蚀变细导致收获率低情况，井径扩大率18％；

②使用本泥浆体系后，在1000m以深钻进635.7m，钻遇石盐层410.6m，脆硬性泥岩破碎带225.1m，井底温度64.9℃，盐矿心采取率100％，石盐层井段井径扩大率5.7％，泥岩井段井径扩大率3.3％。使用本泥浆体系后井眼规则、圆滑，没有出现石盐蠕变引起的卡钻、缩径现象，脆硬性泥岩破碎带井壁稳定，未出现塌方、掉块、卡钻等现象。从取出的岩心表面观察，其表面光滑、完整，说明孔壁相对完整，泥岩的水化膨胀得到了有效控制，设计钻探取心施工任务顺利完成。

饱和盐水泥浆在钻进取心过程中充分考虑了井底温度升高情况，地面与井底温度差达50℃，泥浆性能未见大幅变化，整体较为稳定，有效的保证了岩矿心的采取工作。

综上实施例，本发明适用于石盐矿产勘查和含石盐层盆地内油气勘查中钻探施工，具有广泛的应用前景。此外钻井液不含钾，避免了外来钾元素对盐矿层污染，有利于通过获取的盐矿心对石盐层进行含钾性评价。

以上所述实施例仅表达了本发明的有限几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。