在新疆探区的应用
胜利石油管理局钻井工程技术公司
KCl-欠饱和盐水钻井液技术在新疆探区的应用
摘要：针对复合盐层、纯盐层钻井过程中所出现的溶、塌、缩、卡、喷、漏等井下复杂情况，结合胜利油田钻盐膏层的经验和新疆探区盐膏层的特点，研制推广了 KCl-欠饱和盐水钻井液体系及钻穿盐膏层的技术工艺，并在固1井、羊塔克101井、迪那2井、克拉205井、牙哈3井、库南2井、台202井等十几口井得到了成功应用。室内研究和现场应用表明该体系具有强抑制、强封堵、流变性好、泥饼质量好、滤失量较小的特点，解决了膏盐层、盐岩层的缩径、垮塌及易漏性砂岩地层的防漏问题，缩短钻井周期，降低钻井成本，提高了综合经济效益。 概 述
复合盐层、纯盐层在新疆探区分布较为广泛，厚度从几十米到超过1000多米，分布层位多（含寒武系、二叠系、石灰系、下第三系、上第三系等），分布面积大（近万km2）,并且盐岩层和复合盐层常与泥页岩互层或混杂在一起，在不同构造的钻探中都会钻遇。复合盐层钻井过程中常出现井下缩径、垮塌，漏、喷等复杂情况,进而造成起下钻遇阻、卡钻、电测遇阻、固井质量不好、套管挤坏等问题，严重时会使井报废。 针对复合盐层、纯盐层特点，胜利油田结合胜利油田钻盐膏层的经验和新疆探区复合盐层、纯盐层的特点，在对新疆探区复合盐层、纯盐层情况进一步认识的基础上，通过大量的室内实验研究，研制开发了 KCl-欠饱和盐水钻井液体系，该体系运用化学封堵、物理封堵的方法防塌、防阻卡、平衡地层压力，配合使用新型钻井液材料，调整高密度钻井液流变性、滤失量，形成了一套针对性强、经济实用的高密度KCl-欠饱和盐水钻井液技术，在固1井、羊塔克101井、大宛101井、大北1井、迪那22井、克拉205井、英买7-2井、牙哈3井、牙哈5井、牙哈303井、库南2井、台202井上进行了应用，成功地解决了大段膏盐层、高压气层的缩径、垮塌、易漏、易喷的问题，同时配套了钻穿盐膏层的工艺技术，满足了该地区钻遇复合盐层、纯盐层的需要。
原因分析及对策
1、新疆探区钻遇复合盐层特点
虽然在不同地区所钻遇复合盐层特点不同，所经历井下复杂情况严重程度也各不相同。但根据复合盐层特点可分为两大类：
1）第一类：纯厚盐层
此类地层是纯厚盐层，单层厚度较大，一般从几米至几十米，总厚度从几十米至1900m；盐间夹层为不易发生坍塌的白云岩、石灰岩及层理裂隙不发育不易坍塌的硬泥页岩等：粘土矿物分为两类：一类以伊利石为主(93%～99%)、含少量绿泥石(1%～7%)；另一类以伊利石（42%～59%）与伊蒙有序间层(21%～7%)为主：泥页岩阳离子交换容量低，3～10mmol/(10Og 土 )，中等分散，回收率大于20%(回收率与泥页岩中是含盐有关，含盐泥页岩的回收率低，不含盐回收率高 )：易膨胀，膨胀率 26%～30%, 膨胀率与泥页岩中含盐量和含水量有关。
2）第二类：盐、膏、泥复合盐层
此类地层盐、膏、泥相间 , 互层多且薄，岩性变化大，并含盐膏软泥岩、碎泥与盐结合 物及以盐为胶结物的角砾岩等；泥页岩层理、裂隙发育，软泥页岩含水高；泥页岩中粘土矿物可分为二类：一类以伊利石为主 (75%～90%) 、并含绿泥石 (10%～5%)， 另一类以伊利石为主(43%～100%)、并含伊蒙有序问层、高岭石、绿泥石；阳离子交换容量低，1～lOmmol/(10Og 土)，中等至弱分散，含盐膏泥岩的回收率防爆voc在线监测系统(14%～90%)，其回收率随含盐量增加而下降；膨胀率 4%～26%, 膨胀率与泥页岩中含盐量与含水量有关，含盐量高的泥页岩初始膨胀率高，随着测量过程中泥页岩中盐的溶解，可能出现负的膨胀率；泥页岩大多孔隙压力异常，部分地区的盐、膏、泥页岩处于地应力作用下。
2、钻遇复合盐层时出现复杂情况的原因
膏盐层由于其岩石力学特性的特殊性，在该层段钻井完井中，复杂情况和井下事故频繁。特别是当钻开井眼后，膏盐层的蠕动常造成井眼失稳、卡钻以及固井后挤毁套管等事故。就其原因，主要有以下几个方面：
1）盐岩的塑性变形
盐岩在井下处于应力平衡状态，当钻开盐层时，盐岩受力状态发生变化，当上覆岩层压力
指向井内的侧压力大于液柱压力时，盐岩就会发生塑性变形，导致缩径，起下钻遇阻、卡钻等井下复杂情况。盐岩的塑性变形与井深、钻井液密度、井温、盐岩组份有关。例如：英买7-平1井，在井深4627.70-4629.70m的盐岩由于塑性变形，最终将本井段的177.8mm技术套管挤变形，最小直径139.7mm。
2）盐的溶解
使用水基钻井液钻进复合盐层时，地层中盐会被钻井液部分溶解。对于第一类盐层，则造成井径扩大，形成糖葫芦井眼，给钻井、固井、电测工作造成困难；对于第二类盐层，盐岩与泥岩互层多且薄。盐溶造成泥岩失去支撑而坍塌，这类盐层的盐还以盐脉、大小不等的结晶块形式出现在泥岩中，或大小不等盐结晶形式与碎泥结合在一起，或在盐岩中存在许多泥块，盐溶会引起泥岩坍塌。如固1井，由于复合盐层的加厚，钻进至井深4319.00m，氯离子由初始的2600mg/L上升到45093mg/L。此种现象表明，地层中的盐类大量溶入钻井液中，引起复合盐层段的盐溶解，井径扩大，井壁趋向不稳定，尤其在3200.00-3700.00m井段，出现了严重的“糖葫芦”井眼。
表1不同盐类溶解度（g/100g水）
| 0℃ | 10℃ | 20℃ | 40℃ | 60℃ | 80℃ | 100℃ |
CaCl2 | 59.5 | 64.7 | 74.5管 | 115 | 136.8 | 147 | 159 |
NaCl 金桥通联轴器 | 35.7 | 35.8 | 36 | 36.6 | 37.3 | 38.4 | 39.8 |
KCl | 27.6 | 31 | 34 | 40 | 45.5 | 51.1 | 毒草解毒剂56.7 |
| lanm MgCl2 | 52.9 | 53.6 | 54.25 | 57.5 | 60.71 | 68.87 | 72.7 |
CaSO4 | 0.223 | 0.244 | 0.255 | 0.264 | 0.265 | 0.244 | 0.234 |
MgSO4 | 22 | 28.2 | 33.7 | 38.9 | 44.5 | 54.6 | 55.8 |
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3）盐膏层的吸水膨胀
盐膏层中往往夹杂其它盐类，如石膏、芒硝、氯化镁、氯化钙等，它们原始状态都含有结晶水。在上覆地层压力作用下失去结晶水，成为无水石膏、无水芒硝。当使用水基钻井液钻开此类地层时，无水石膏就会吸水变为二水石膏，体积增大26%，引起岩石强度下降，易发生坍塌、缩径。如库喀1井，使用水基钻井液钻开2732-2735m石膏带，起下钻遇阻，划眼后立即电测，井径为135mm，比钻头215.9mm缩小了80.9mm。
4）含盐膏泥岩吸水膨胀与塑性变形
第二类盐层中夹杂的泥岩均含有可溶性盐类。这类泥岩钻开后会出现以下一些复杂情况：
（1）塑性流动：含盐膏泥岩与盐岩一样具有流动性，在深井段，当钻井液密度偏低时，同样会引起缩径。
（2）吸水膨胀：含盐膏泥岩吸水能力很强。
（3）由于泥岩含盐，在沉积时，盐部分被溶蚀，形成许多孔隙，采用水基钻井液，滤液沿着溶孔入侵，溶解了盐造成泥岩坍塌。
5）盐的重结晶
使用饱和盐水钻井液钻进深部盐层时，盐的溶解度随温度的增加而增加，在地面盐水处于饱和到井底变的不饱和，造成井底盐溶，井径扩大；当返至地面，钻井液温度下降，由饱和变为过饱和，在上部井段或地面重结晶。温度对复合盐溶解度的影响比纯盐大，钻复合盐时，重结晶现象比钻纯盐层严重。例如，迪那22井，钻进至复合盐层，由于盐的重结晶，曾经将上部钻具水眼堵死，后加入盐重结晶抑制剂，解决了这一问题。
6）盐层下高压油、气、水层与盐层间泥岩的低破裂压力的矛盾
上述矛盾往往引起井漏，更加剧了钻复合盐层的复杂情况。例如克拉202井是塔里木的一口评价井，该井钻进至井深4017m处出现盐水层，压力系数为1.84，属高压低渗透层，密度在2.30g/cm3以上的钻井液也不能压住地层。但压井时，发生井漏，全井共发生严重井漏5次，漏失钻井液达3404 m3，压力系数异常，井底气层活跃。
7）“软泥岩”地层
软泥岩以粘土矿物为主，同时含有少量盐（2-10%）和石膏（8-19%）。粘土矿物以伊利石为主，含量大约为26%，其次是伊蒙混层和绿泥石，不含蒙脱石。通过理化实验知，这类粘土矿物的吸水性、膨胀性和分散性相对较弱，那么这类粘土矿物表现的吸水性、膨胀性，主要是因为其中含的膏、盐造成的，盐、膏含量愈大，表现出的吸水性、膨胀性愈强，在高的地应力作用下，就表现出塑性流动。羊塔克101井四开井段5107-5110m和5175-5183m分别有两套“软泥岩”，遇水很快分散，返出的岩屑粘性强，成团块状。塑性蠕变速度快。电测结果表明：“软泥岩”具有“高伽玛、声波时差高、低电阻”的电性特征，蠕变速度为3mm/h（当时的钻井液密度是2.33g/cm3）
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