甲酸钾在渤海深部地层防塌的研究和现场应用

甲酸钾在渤海深部地层防塌的研究和现场应用甲酸钾在渤海深部地层防塌的研究和现场应用摘要: 渤海湾海上油田的勘探开发钻井过程中，深部地层泥岩防塌一直是钻井液技术面对的一道难题。甲酸钾是国外 90年代末用于钻井完井液的新型添加剂 ,成功地用于高密度钻井完井液体系中 ,具有强抑制、配伍性好、环境保护、油层保护等突出优点。本文着重介绍了甲酸钾应用于渤海海上油田深部地层，降低钻井液活度，解决井壁失稳问题，并在多口井的东营组和沙河街组地层的钻井过程中取到了良好的防塌效果验证。甲酸钾在钻完井液中的成功应用势必会对以后渤海地区深井开发起到不可忽视的作用。关键词：甲酸...

甲酸钾在渤海深部地层防塌的研究和现场应用摘要: 渤海湾海上油田的勘探开发钻井过程中，深部地层泥岩防塌一直是钻井液技术面对的一道难题。甲酸钾是国外 90年代末用于钻井完井液的新型添加剂 ,成功地用于高密度钻井完井液体系中 ,具有强抑制、配伍性好、环境保护、油层保护等突出优点。本文着重介绍了甲酸钾应用于渤海海上油田深部地层，降低钻井液活度，解决井壁失稳问题，并在多口井的东营组和沙河街组地层的钻井过程中取到了良好的防塌效果验证。甲酸钾在钻完井液中的成功应用势必会对以后渤海地区深井开发起到不可忽视的作用。关键词：甲酸钾防塌活度沙河街钾盐防塌钻井液在国内外石油钻井工程中的推广使用已成为近代钻井液防塌技术进步的主要标志，大量的室内研究表明[1 ] , K+ 的水化能较低, 并具有合适的离子半径, 能显著抑制泥页岩表面水化和晶层间水化, 具有独特优良的泥页岩防塌效果。传统的无机钾盐防塌钻井液体系多数以KCl 作为K+ 来源，但是随着钻井深度的增加，钻探难度的加大，深部地层泥页岩的防塌（井壁稳定）已经成为钻井液技术必须面临和解决的问题，渤海传统的钻井液抑制性已经不能满足作业要求，很多区块在沙河街组层位钻井时出现井壁坍塌、卡钻等复杂情况，很多井都未能达到完钻井深即被迫完钻，这不但大大增加了钻井的成本，更重要的是没有实现获得深部地层地质数据的钻井目的。为此必须应用新的防塌理论来解决渤海深部地层的防塌要求。甲酸钾活度理论的出现便有效的解决了上述问题。本文推介引进甲酸钾进入渤海传统的PEM体系，降低体系活度使之与地层配伍，增强半透膜效率防止滤液大量进入地层，从而阻止深部地层泥页岩水化膨胀，最终达到防止泥页岩坍塌的目的，在进行了大量的室内研究后，最终在BZ，KL等区块现场使用，取得非常好的防塌效果。 1. 甲酸钾防塌机理 1.1 低钻井液活度甲酸钾钻井液中离子浓度高，自由水较小，水的活度低。根据活度平衡理论，其渗透压可使页岩孔隙中的水反向流动，这种反渗透作用使得钻井液中水流向页岩的净流量减小，结果导致页岩水化降低及毛细管压力上升缓慢，有利于井壁稳定。国内外大量研究[ 1,3,4]表明,甲酸钾的水溶液水活度随着甲酸钾浓度增加而迅速下降,因此甲酸钾可以大幅度降低钻井液的活度,从而有效防止井壁的坍塌。海水活度为0.992，甲酸钾溶解度高高达76%以上，其饱和甲酸钾溶液活度为0.25，而渤海深部地层泥页岩活度一般为0.66-0.85,钻井液体系中引入甲酸钾会大幅降低其体系活度从而发挥的防塌效果。表1.1 几种溶液的活度值对比溶液类别海水饱和NaCl溶液饱和KCl溶液饱和CaCl2溶液 20%甘油溶液饱和甲酸钠溶液饱和甲酸钾溶液活度值 0.992 0.80 0.70 0.35 0.90 0.30 0.20 1.2 电荷中和甲酸钾钻井液中离子浓度高，压缩粘土胶体颗粒双电层能力强，使得粘土负电性大大减弱，水化膨胀能力降低，从而提高钻井液本身的抑制性。根据研究[2] 表明,甲酸钾的加入能够有效提高粘土颗粒上的负电性。在相同当量浓度下,泥页岩粘土颗粒的ζ电位的大小顺序如下: HCOOK < KCl 标准盐水；储保条件：100℃，老化条件：120℃×16h，污染条件100℃。 3. 甲酸钾钻井液现场应用 3.1 甲酸钾在XX-X-5井首次引入渤海某区块深部地层存微裂缝发育，该区块多口勘探开发井在沙河街钻进过程中出现了井壁失稳情况，导致井下复杂情况频出，临井曾出现了卡钻事故，导致钻井作业无法顺利完成。传统的PEM体系在抑制性上不足体现出来，XX-X-5井作业期间PEM钻井液体系中引入甲酸钾，起到了较好效果。 XX-X-5井四开8-1/2〞井段全长775m，穿越东营组和沙河街组，针对邻井井况，决定在原PEM体系中引入20%甲酸钾，钻进过程中钻井液保持了良好的流变性，未出现井壁失稳状况，电测作业顺利；电测期间井下钻井液静置107.25h，未出现性能失稳，并保证了7〞尾管的顺利下至预定深度，体现出良好高温稳定性。与邻井对比，本井体现出甲酸钾钻井液优良的防塌性能。 3.2 甲酸钾在XX-X-4井沙河街层位使用某区块沙河街地层在早期钻井时，层多次出现井壁失稳问题，临井井壁垮塌严重，进入沙河街后钻进过程中一直出现掉块。后引用甲酸钾活度理论，并在XX-X-4井进行实验。XX-X-4井8-1/2〞井段裸眼全长905m，穿越东营组和沙河街组两个地层，开钻钻井液保证15%甲酸钾含量，进入沙河街后提高含量至20%。在长达17天的8-1/2〞钻井作业中，始终未见掉块出现，并保证了4天测井作业的顺利进行，此井的成功再次证明了甲酸钾对渤海深部地层防塌体现出了很好效果。 3.3 甲酸钾在XX-X-1井深部地层的使用

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