【摘要】：詳細(xì)敘述了國(guó)內(nèi)外硅酸鹽鉆井液研究應(yīng)用現(xiàn)狀，包括硅酸鹽的抑制性，硅酸鹽鉆井液的防塌機(jī)理、硅酸鹽鉆井液的研究情況和應(yīng)用情況，最后介紹了作者對(duì)硅酸鹽鉆井液的研究情況及認(rèn)識(shí)。

　　【關(guān)鍵詞】：硅酸鹽,鉆井液,研究

　　1.國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用現(xiàn)狀

　　1.1硅酸鹽的抑制性

　　最早研究了硅酸鹽的抑制性,對(duì)硅酸鹽的防塌性能進(jìn)行了大量研究,主要包括硅酸鹽的模數(shù)、加量、硅酸鉀和硅酸鈉的比例、無(wú)機(jī)鹽加量和種類對(duì)硅酸鹽防塌性能的影響。模數(shù)為2.8~3.2、加量3%~5%、硅酸鉀和硅酸鈉之間的比例越大的防塌效果最好，少量的無(wú)機(jī)鹽能大大提高硅酸鹽的抑制性。

　　1.2硅酸鹽的作用機(jī)理

　　國(guó)內(nèi)對(duì)硅酸鹽的防塌抑制機(jī)理研究較少，丁銳在有關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)硅酸鹽穩(wěn)定粘土的作用機(jī)理和硅酸鈉與膨潤(rùn)土的作用進(jìn)行了研究,并取得了以下認(rèn)識(shí)[7,8]：①膨潤(rùn)土對(duì)硅酸鹽的吸附在粘土顆粒端面進(jìn)行，水化分散的粘土顆粒在端面吸附帶負(fù)電的硅酸根微粒后，難以再形成凝膠結(jié)構(gòu)，從而使粘度和切力降低；尚未水化分散的粘土顆粒端部層片間隙被硅酸膠粒封堵住,水分很難進(jìn)入粘土內(nèi)，從而粘土不能分散，粘度和切力都不能升高；②硅酸鹽降低頁(yè)巖水化趨勢(shì)的作用。頁(yè)巖在硅酸鹽體系中處理后，吸附量顯著降低,穩(wěn)定性比其它體系處理的頁(yè)巖高得多；③硅酸鹽與地層礦物之間的化學(xué)反應(yīng)。80℃下硅酸鈉與膨潤(rùn)土有可逆的結(jié)合作用，發(fā)生條件是用清水清洗，在現(xiàn)場(chǎng)只要不用清水洗井替換硅酸鈉鉆井液，就不會(huì)有這種結(jié)合，該鉆井液穩(wěn)定井壁的顯著效果就能維持下去；60目的現(xiàn)場(chǎng)巖屑與3%硅酸鉀溶液在105℃作用10d，經(jīng)X射線衍射測(cè)得粘土礦物含量基本上沒有明顯變化。

　　何恕等采用泥頁(yè)巖壓力傳遞和化學(xué)位差誘導(dǎo)的滲透壓力傳遞實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過定量測(cè)定用鉆井液處理后的極低泥頁(yè)巖滲透率和泥頁(yè)巖半透膜系數(shù)，對(duì)硅酸鹽鉆井液進(jìn)行性能評(píng)價(jià)[5]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硅酸鹽鉆井液具有很強(qiáng)的降低泥頁(yè)巖滲透率、改善膜系數(shù)、穩(wěn)定井壁的能力，“封固”能力隨作用時(shí)間的延長(zhǎng)而加強(qiáng)。

　　1.3硅酸鹽鉆井液體系

　　硅酸鹽鉆井液體系的研究主要包括：①硅酸鹽的模數(shù)、加量、硅酸鉀和硅酸鈉的比例、無(wú)機(jī)鹽加量和種類對(duì)硅酸鹽防塌性能和鉆井液性能的影響；②pH值對(duì)鉆井液性能的影響；③處理劑的復(fù)配,其中包括PAC、LV-CMC、KPAM、磺化瀝青、SPNH、SMT、PVT護(hù)膠劑、絡(luò)合醇SLA-2B、聚合醇等都與硅酸鹽有較好的復(fù)配作用,與銨鹽NH4-HPAN復(fù)配效果不佳；④鉆井液的降粘問題。

　　1.4硅酸鹽鉆井液的應(yīng)用

　　勝利油田在諸參1井4380~5005m井段應(yīng)用硅酸鹽鉆井液體系，鉆井液費(fèi)用降低50%,井眼穩(wěn)定、防塌封堵、堵漏效果好,井徑擴(kuò)大率僅為15%(之前平均井徑擴(kuò)大率為40%,最大200%)，各項(xiàng)工程作業(yè)順利。

　　2.國(guó)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀

　　2.1硅酸鹽及硅酸鹽鉆井液體系的抑制性

　　VanOortE認(rèn)為模數(shù)1.8的硅酸鈉溶液粘度最小,模數(shù)越大、濃度越大,粘度越大(國(guó)外用液體硅酸鹽)；在pH值為5~8迅速膠凝，SiO2含量減小，膠凝時(shí)間增長(zhǎng)。該文不但認(rèn)為硅酸鹽能較好地抑制泥頁(yè)巖的膨脹分散，而且對(duì)白堊巖也有相當(dāng)好的抑制分散作用[9]。AlfordS等人認(rèn)為,硅酸鹽體系為頁(yè)巖膨脹和分散提供了最佳的化學(xué)穩(wěn)定作用，但需要鉀離子才能提供最佳的抑制性能。模數(shù)為2.6~2.8的硅酸鹽能給硅酸鹽鉆井液提供最佳的性能，同時(shí)無(wú)機(jī)鹽能提高硅酸鹽的抑制性，以KCl最好,其次是K2CO3、NaCl和K2SO4[10]。硅酸鉀的抑制性比硅酸鈉好，但成本是硅酸鈉的2~3倍。

　　幾種鉆井液體系抑制性由弱到強(qiáng)的順序?yàn)镻HPA聚合物體系-KCl/PHPA聚合物體系-CaCl2體系-聚乙二醇體系—硅酸鹽體系(或硅酸聚乙二醇體系,油基鉆井液體系)。

　　該體系主要靠硅酸鈉或硅酸鉀提供抑制性KCl或NaCl作為第二抑制劑，聚乙二醇用于提高抑制性，改善潤(rùn)滑性，降低失水并作為鉆井液性能的穩(wěn)定劑。一般現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用含量42%、模數(shù)2.0、密度1.5g/cm3的硅酸鈉溶液。

　　2.2硅酸鹽鉆井液的防塌機(jī)理

　　1.硅酸鹽在水中可形成不同大小的顆粒顆粒尺寸分布寬，通過吸附、擴(kuò)散等途徑可堵塞井壁裂縫、孔洞，抑制泥頁(yè)巖的膨脹性和分散性。

　　2.硅酸根在pH值小于9時(shí)，與地層水作用，立即變成硅酸鹽凝膠堵塞裂縫孔隙進(jìn)入地層的硅酸根離子與巖石表面或地層水中的鈣鎂離子發(fā)生反應(yīng)生成沉淀,覆蓋在巖石表面起封堵作用。

　　3.井溫低于80℃時(shí)，硅酸鹽通過氫鍵力、靜電力和范德華力的疊加與地層粘土礦物牢固結(jié)合；井溫高于80℃時(shí)，分子間的硅醇基與粘土礦物的鋁醇基發(fā)生縮合反應(yīng)，產(chǎn)生膠結(jié)性物質(zhì)，將粘土等礦物顆粒結(jié)合成牢固整體，封固井壁。

　　4.硅酸鹽穩(wěn)定含鹽膏地層的機(jī)理,主要是硅酸根與地層巖石表面的鈣鎂離子發(fā)生作用，生成沉淀，從而在地層表面形成堅(jiān)韌、致密的封固殼以加固井壁。

　　2.3硅酸鹽鉆井液的應(yīng)用

　　國(guó)外20世紀(jì)30年代開始使用硅酸鹽體系，由于流變性難以控制而失敗。直到1994年BW和MobilNSL在北海使用成功。

　　AlfordS等人認(rèn)為,該體系不僅提供有效的井壁穩(wěn)定性,也用于巖性改進(jìn)和地質(zhì)解釋[10]。在印度20口井應(yīng)用該體系替代柴油基鉆井液。在挪威用該體系替代最時(shí)髦的乙二醇體系，井壁穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到15d。在卡塔爾用該體系成功鉆成最復(fù)雜的Laffan頁(yè)巖地層。

　　硅酸鹽鉆井液對(duì)油氣層的損害特性還不清楚，VanOortE不推薦用作鉆進(jìn)油氣層的鉆井液。而Ward，ChampmanJW認(rèn)為,硅酸鹽對(duì)巖層的固結(jié)作用可能會(huì)傷害油氣層[11]。通過對(duì)KCl/硅酸鹽聚合物體系和KCl聚合物體系以及2種飽和鹽水體系的反向滲透率的對(duì)比發(fā)現(xiàn),硅酸鹽體系確實(shí)可能存在潛在的損害地層作用。

　　AlfordS等人認(rèn)為，硅酸鹽的聚合與鹽、pH值、硅酸鹽的濃度和離子的種類有關(guān)[10]。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硅酸鹽鉆井液對(duì)地層損害很小，600×10-3μm2的巖心滲透率恢復(fù)值為85%，而200×10-3μm2的巖心滲透率恢復(fù)值為93%。硅酸鹽體系侵入的深度而引起的地層損害在巖心的第一個(gè)5mm，淺層的損害在生產(chǎn)(鉆井和后期作業(yè))過程中可以被清除。在應(yīng)用硅酸鹽體系鉆油層之前,反向滲透率實(shí)驗(yàn)通常決定現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　通過大量的文獻(xiàn)調(diào)研和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合中原油田的地質(zhì)、工程及鉆井液處理劑應(yīng)用的具體情況，作者對(duì)硅酸鹽鉆井液有了更深入的認(rèn)識(shí)，并做了一些研究工作：

　　(1)復(fù)合硅酸鹽具有更強(qiáng)的防塌效果和較為合適的鉆井液性能，可根據(jù)地層情況選擇合適的復(fù)合硅酸鹽。

　　(2)對(duì)硅酸鹽的抑制性、加量、配伍性進(jìn)行研究，從分子結(jié)構(gòu)出發(fā)研制了與該體系配伍性強(qiáng)的高溫高鹽防塌劑和不水解的聚合物降濾失劑。

　　(3)研究出了硅磺聚合物強(qiáng)抑制性淡水鉆井液體系和鹽水鉆井液體系，確定了復(fù)合硅酸鹽在不同體系中的合理加量及抑制規(guī)律，以保證體系在最少硅酸鹽加量的前提下有強(qiáng)抑制性，并對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)。

　　(4)研究了硅磺聚合物強(qiáng)抑制性鉆井液體系的現(xiàn)場(chǎng)工藝，對(duì)硅磺鉆井液體系的作用機(jī)理和強(qiáng)抑制性機(jī)理進(jìn)行了分析和研究。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[5]何恕,鄭濤,敬增秀,等.利用壓力傳遞實(shí)驗(yàn)技術(shù)評(píng)價(jià)硅酸鹽鉆井液井壁穩(wěn)定性能·鉆井液.

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