26、水基成膜鉆井液作用機(jī)理及應(yīng)用

1、1水基成膜鉆井液技術(shù)作用機(jī)理及應(yīng)用水基成膜鉆井液技術(shù)作用機(jī)理及應(yīng)用孫金聲林喜斌蘇義腦（中國石油鉆井工程技術(shù)研究院，北京100083）摘要：通過半透膜劑和隔離膜劑的作用機(jī)理實(shí)驗(yàn)，分析了半透膜劑和隔離膜劑與井壁的作用形式，討論了半透膜劑和隔離膜劑的成膜機(jī)制。成膜鉆井液進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，使用成膜鉆井液，井壁穩(wěn)定、井頸規(guī)則、井徑擴(kuò)大率小、儲(chǔ)層保護(hù)效果好。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：半透膜隔離膜抑制性儲(chǔ)層保護(hù)引言引言成膜鉆井液主要由半透膜劑（B

2、TM2）和隔離膜劑（CMJ2）等處理劑組成，該鉆井液具有半透膜性能，抑制能力強(qiáng)，在井壁上能形成一層（多層）隔離膜，在井壁的外圍形成保護(hù)層，阻止水及鉆井液進(jìn)入地層，可有效地防止地層水化膨脹，封堵地層層理裂隙，防止地層內(nèi)粘土顆粒的運(yùn)移，防止井壁坍塌，保護(hù)油氣層。1半透膜劑的作用機(jī)制半透膜劑的作用機(jī)制1.1半透膜劑在巖石上作用特征半透膜劑在巖石上作用特征用巖心進(jìn)行高溫高壓封堵實(shí)驗(yàn)，在電鏡下觀測(cè)巖心用半透膜劑溶液處理前后表面的結(jié)構(gòu)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3、見圖1.1至圖1.8。圖1.1處理前的巖心表面處理前的巖心表面圖1.2處理后的巖心表面處理后的巖心表面（露頭巖心、（露頭巖心、K=196）（露頭巖心、（露頭巖心、K=196，0.5%BTM2）圖1.3處理前的巖心表面處理前的巖心表面圖1.4處理后的巖心表面處理后的巖心表面31.2.2在泥頁巖井壁表面形成膜在泥頁巖井壁表面形成膜及封堵孔隙及封堵孔隙有機(jī)硅酸鹽分子中含有硅酸根基團(tuán)，具有硅酸根的一般性質(zhì)，即在井下有可能發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)：一是有

4、機(jī)硅酸鹽的硅酸根基團(tuán)中的SiO與無機(jī)硅酸鹽（井壁上的泥頁巖、粘土等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成鍵能較大（452kJmol1）、穩(wěn)定SiOSi鏈鍵的一層較堅(jiān)固的薄膜；二是帶負(fù)電的有機(jī)硅酸鹽分子體積很小，足以因擴(kuò)散和水力流動(dòng)而進(jìn)入頁巖孔隙中，當(dāng)這些有機(jī)硅酸鹽半透膜劑進(jìn)入孔隙，水的pH值接近中性后，會(huì)克服凝聚而形成三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，同時(shí)地層水中的多價(jià)金屬離子（Ca2，Mg2）迅速與這些半透膜劑反應(yīng)生成不溶沉淀物，有效封堵泥頁巖孔隙。由此形成的物理屏障

5、可降低頁巖滲透率防止濾液侵入和壓力穿透，阻止水及鉆井液進(jìn)入地層，因而可防止泥頁巖水化分散、膨脹，防止井壁坍塌。2隔離膜劑的作用機(jī)制隔離膜劑的作用機(jī)制隔離膜劑CMJ1、CMJ2和磺化瀝青FT1在淡水漿中經(jīng)高溫高壓后的濾餅經(jīng)過液氮冷凍，臨界點(diǎn)干燥后，制成掃描電鏡（SEM）分析樣品，對(duì)濾餅的表面形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描放大分析研究。表面形態(tài)是采用二次電子圖像進(jìn)行觀察研究的，配合能譜和波譜研究濾餅的結(jié)構(gòu)組成。圖2.1~圖2.6便是HTHP后濾餅的

6、表面結(jié)構(gòu)，能觀察到表面較致密，大的固相顆粒較少，并且能清晰的看到，存在著大塊的膜結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可阻止水分子向泥頁巖內(nèi)滲透，阻止了濾液向地層滲透，從而降低了泥頁巖的水化膨脹、分散作用，能有效防止井壁坍塌，穩(wěn)定井壁和保護(hù)油氣層。而磺化瀝青FT1是通過壓差在泥頁巖表面形成物理堆積。圖2.1CMJ1SEM膜結(jié)構(gòu)圖膜結(jié)構(gòu)圖圖2.2CMJ1SEM膜結(jié)構(gòu)圖膜結(jié)構(gòu)圖（擴(kuò)大倍數(shù)為（擴(kuò)大倍數(shù)為2510）（擴(kuò)大倍數(shù)（擴(kuò)大倍數(shù)4610）圖2.3CMJ2膜結(jié)構(gòu)圖