景谷凹陷钾盐调查JG-2井饱和氯化镁盐水钻井液技术.pdf

钻探工程Drilling Engineering第 50卷第 5期2023年 9月Vol.50 No.5Sep.2023：88-94景谷凹陷钾盐调查 JG-2井饱和氯化镁盐水钻井液技术易强忠1，熊正强*2，周兴华1，汪林3（1.云南地质工程第二勘察院有限公司，云南 昆明 650200；2.北京探矿工程研究所，北京 100083；3.中国地质调查局昆明自然资源调查中心，云南 昆明 650100）摘要：JG-2井位于云南省普洱市景谷傣族彝族自治县凤山镇，构造位置属思茅盆地景谷凹陷，完钻深度 1829.44 m。钻遇地层主要为泥岩、砂岩、泥砾岩、石盐岩、钾石盐岩等，泥岩易发生水化膨胀剥落、造成井壁坍塌危害，局部松散砂岩易坍塌掉块，而石盐岩、钾石盐岩易溶蚀形成坍塌超径和盐矿心采取率低等安全和质量隐患。针对 JG-2井上述施工难题，进入石膏脉盐岩地层后，采用饱和氯化镁盐水钻井液钻进，圆满地完成了工程钻井与取心任务，解决了钾石盐岩等盐矿心溶蚀、石盐岩粗颗粒不易携带、钻头泥包及松散砂岩坍塌掉块等技术难题，顺利取全盐岩层顶板与底板等岩心，获取了优质的石盐岩、钾石盐岩等盐矿心，全井平均岩（矿）心采取率达 97.5%，且未发生溶蚀。本文成功经验可为从事类似钾盐钻探工程提供借鉴和参考。关键词：饱和氯化镁盐水钻井液；钾石盐；钾盐调查；绳索取心中图分类号：P634.6；TE254 文献标识码：B 文章编号：2096-9686（2023）05-0088-07Saturated magnesium chloride brine drilling fluid technology for the potassium salt survey Well JG-2 in Jinggu SagYI Qiangzhong1，XIONG Zhengqiang*2，ZHOU Xinghua1，WANG Lin3(1.Yunnan Geological Engineering Second Prospecting Institute Co.,Ltd.,Kunming Yunnan 650200,China；2.Beijing Institute of Exploration Engineering,Beijing 100083,China；3.Kunming Center of Natural Resources Survey,China Geological Survey,Kunming Yunnan 650100,China)Abstract：Well JG2 is located in Fengshan Town，Jinggu Dai and Yi Autonomous County，Pu er City，Yunnan Province.The structural location belongs to Jinggu Sag of Simao Basin，and the completion depth is 1829.44m.The lithology of drilling strata are mainly mudstone，sandstone，mud conglomerate，halilith，sylvinite and so on.The mudstone is prone to hydration expansion and spalling，resulting in wellbore collapse hazards.Local loose sandstone is prone to collapse，while halilith and sylvinite are easy to dissolve to form hole enlargement and low salt core recovery rate.In view of the above construction problems，saturated magnesium chloride brine drilling fluid was used when entering the gypsum vein salt formation to successfully complete the engineering drilling and coring tasks.The technical problems such as the dissolution of salt cores such as sylvinite，difficulty to carry coarse particles of salt，bit balling and collapse of loose sandstone were solved.Full salt cores containing the roof and floor part were successfully taken，and highquality salt cores such as halilith and sylvinite were obtained.The average core recovery rate of the whole well was 97.5%without dissolution.The successful experience of this paper can provide reference for similar potassium salt 收稿日期：2023-04-05；修回日期：2023-06-04 DOI：10.12143/j.ztgc.2023.05.013基金项目：中国地质调查局地质调查项目“重点含盐盆地锂钾资源调查评价”（编号：DD20221913）第一作者：易强忠，男，汉族，1971年生，钻探副总工程师，高级工程师，探矿工程专业，从事地质与钻探工程管理与研究，云南省楚雄市固业路809队，。通信作者：熊正强，男，汉族，1985 年生，高级工程师，探矿工程专业，从事钻井液技术研究与应用工作，北京市海淀区学院路 29 号，。引用格式：易强忠，熊正强，周兴华，等.景谷凹陷钾盐调查 JG-2井饱和氯化镁盐水钻井液技术 J.钻探工程，2023，50（5）：88-94.YI Qiangzhong，XIONG Zhengqiang，ZHOU Xinghua，et al.Saturated magnesium chloride brine drilling fluid technology for the potassium salt survey Well JG-2 in Jinggu Sag J.Drilling Engineering，2023，50（5）：88-94.第 50卷第 5期易强忠等：景谷凹陷钾盐调查 JG-2井饱和氯化镁盐水钻井液技术drilling projects.Key words：saturated magnesium chloride brine drilling fluid;sylvite;potassium salt survey;wireline coring0引言云南景谷地区尚未发现工业钾盐矿，但存在相对较好的钾矿化特征1-3。为进一步扩大文卡盐矿区的钾盐找矿成果，力争钻穿勐野井组（厚度 571124 m），确立文卡矿区钾盐成矿模式，中国地质科学院矿产资源研究所在云南省思茅盆地西区中部景谷凹陷部署了一口钾盐地质调查井JG-2 井。JG-2井目的含盐层位主要是下白垩统勐野井组，盐层矿石类型主要为含泥砾石盐岩、泥砾质石盐岩，盐层矿物组份主要为石盐，其次有钾石盐、硬石膏等。以往在 JG-2井附近完成的可借鉴钻孔有 2个。其中，ZK-15孔于 1967年 12月施工完钻，位于 JG-2井井口的北东东向，孔深 96.59550.87 m 均为含盐地层，但限于当时的施工设备能力，550.87 m 深度即终孔，更深部的含盐、含钾地层未被揭露。部署在景谷地区某钾盐地质调查井，采用氯化钠盐水钻井液施工，由于氯化钠加量不足及钻井液性能较差，局部盐矿心采取率90%，且不能使用含钾离子的盐水钻井液施工。因此，针对 JG-2 井上述施工难点问题，并满足绳索取心钻进工艺，要求使用的盐水钻井液必须具备优良的抑制钾石盐和石盐溶解能力、优良的护壁护心性能、较低的固相含量和较低的黏度。2钻井液选择JG-2 井钻井设计要求钻井液处理剂不得含钾元素，以避免影响岩心样品成分分析。而前期景谷地区某钾盐地质调查井使用饱和氯化钠盐水钻井液施工，仍存在盐矿心溶蚀、岩心直径与质量未满足要求等问题。因此，通过总结分析现有钾盐钻探钻井液应用等资料，采用高溶解度盐抑制低溶解度盐溶解的原理，最终选用北京探矿工程研究所研制的饱和氯化镁盐水钻井液技术施工。该钻井液具有优良的抑制钾卤石等盐矿溶解能力和泥岩水化分散性能以及良好的流变性能等特点，主要材料有氯化镁、钠膨润土、抑溶剂、接枝淀粉 GSTP、降失水剂 GPNA、增粘剂 GTQ、包被剂 GBBJ、稀释剂及润滑剂等。饱和氯化镁盐水钻井液中各处理剂的主要作用见表2。推荐使用的饱和氯化镁盐水钻井液为：氯化镁表 2处理剂名称及其作用Table 2Names and functions of additives处理剂氯化镁抑溶剂降失水剂GPNA增粘剂 GTQ接枝淀粉 GSTP包被剂 GBBJ钠膨润土作 用抑制剂，抑制钾石盐、石盐溶解降低高溶解性矿体的溶解速度及溶解度对温度的敏感性降低钻井液的滤失量提高钻井液的黏度和切力，降低钻井液的滤失量降低钻井液的滤失量絮凝沉淀岩粉提高钻井液的黏度和切力，降低滤失量表 1JG-2井钻遇地层表Table 1Drilling strata by Well JG-2地 层第四系白垩系曼宽河组勐野井组景星组井段/m020.1020.10299.22299.221776.161776.161829.44厚度/m20.10279.101476.9453.28岩 性灰褐、棕黄色粘土，碎块、角砾以浅灰紫灰紫色粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩为主，局部夹薄层状中层状粉砂质泥岩、泥岩棕红色泥砾岩，青灰、棕红色含泥砾或泥砾质石盐岩、灰紫色粉砂岩与泥质粉砂岩、粉砂岩为主棕红色、粉砂质泥岩，青灰色泥岩、粉砂质泥岩夹少量白色砂岩；1819.081829.44 m 为棕红色构造角砾岩，角砾成分为泥岩、粉砂质泥岩、砂泥质、钙质胶结，角砾呈次棱角状1PPhPPP1hP#FQ8PPhPPP1hP#FQ8PPhPPP1hP#FQ8PPhP?-J图 2JG-2井井身结构Fig.2Well structure diagram of Well JG-290第 50卷第 5期易强忠等：景谷凹陷钾盐调查 JG-2井饱和氯化镁盐水钻井液技术饱 和 溶 液+0.2%1%抑 溶 剂+01%钠 膨 润 土+0.3%0.5%GPNA+0.3%0.5%GSTP+0.3%1%GTQ+0.1%0.2%GBBJ。以配方“氯化镁饱和溶液+0.3%抑溶剂+1%钠膨润土+0.5%GPNA+0.5%GSTP+0.5%GTQ+0.1%GBBJ”为例，室内对其进行性能测试评价，结果见表3。从表 3 可看出，新配制的饱和氯化镁盐水钻井液具有良好的流变性、抑制性以及较低的滤失量。而室温陈化 16 h 后钻井液的粘度与静切力均增加，但是钻井液仍具有较低的粘度，满足绳索取心钻进工艺要求。这是因为饱和氯化镁溶液中水的活度低，加入的聚合物处理剂在饱和氯化镁溶液中溶胀分散速度慢，使得新配制的饱和氯化镁盐水钻井液黏度较低。但是，当在室温陈化 16 h后，聚合物处理剂在饱和氯化镁溶液中已充分地分散，使得陈化后的饱和氯化镁盐水钻井液黏度增加。因此，现场应用时要注意此问题，避免新配制的饱和氯化镁盐水钻井液在循环几周后出现黏度大幅地增加，导致泵压增加进而影响钻进效率。3饱和氯化镁盐水钻井液现场应用3.1现场不同井段钻井液使用配方一开井段使用聚合物钻井液钻进至 66.40 m，岩心出现石膏脉盐层标志。为确保顺利采取盐矿层顶板岩心，将钻井液转换为无固相的饱和氯化镁盐水钻井液。一开、二开钻井液使用配方为：1 m饱和氯化镁盐水+15 kg 抑溶剂+5 kg GSTP+5 kg GPNA+510 kg GTQ+1 kg GBBJ+35 kg 润滑剂+35 kg消泡剂。随着三开深度增加，为了提高盐水钻井液的悬浮及携带石盐钻屑颗粒的能力，在饱和氯化镁盐水钻井液中适当加入了低粘增效粉（LBM）或钠膨润土。并且，添加了磺化沥青以增加钻井液对微裂缝封堵、防止坍塌的能力。为解决陈化后的黏度增升偏大问题，减少膨润土加量，并加入少量的稀释剂GSY。三开井段钻井液使用配方为：1 m饱和氯化镁盐水+15 kg 抑溶剂+13 kg LBM 或钠膨润土+5 kg GSTP+5 kg GPNA+5 kg GTQ+5 kg磺化 沥 青+1 kg GBBJ+01 kg 稀 释 剂 GSY+35 kg润滑剂+35 kg消泡剂。不同井段钻井液实测性能见表 4。3.2饱和氯化镁盐水钻井液配制与维护3.2.1配制方法以一开、二开井段钻井液为例，三开井段钻井液配制类似，均在抑溶剂加入饱和氯化镁溶液之后。具体配制过程为：向体积 1.2 m3配浆罐中泵入 1 m3已冷却至室温的饱和氯化镁溶液，然后加入 15 kg抑溶剂，搅拌 5 min。再依次加入 5 kg GSTP、5 kg GPNA、35 kg润滑剂，搅拌 2030 min。最后再加入 510 kg GTQ、1 kg GBBJ、35 kg 消泡剂，搅拌2030 min后即可使用。现场配制饱和氯化镁溶液时，由于无水氯化镁与水接触后水化放热，溶液温度上升较快且产生高表 3饱和氯化镁盐水钻井液性能测试结果Table 3Performance test results of saturated magnesium chloride brine drilling fluid实验条件未陈化室温陈化 16 h苏式漏斗黏度/s2540表观黏度/mPas14.527动塑比/Pa/(mPas)0.210.35静切力/(Pa/Pa)0.25/0.51/1.5API滤失量/mL44相对膨胀降低率/%88.488.9表 4钻井液分段性能Table 4Drilling fluid performance table of different sections开次一开二开三开密度/(gcm-)1.271.401.271.351.271.36苏氏漏斗黏度/s406028373439表观黏度/（mPas）22.5302533.52739API滤失量/mL102181169泥饼厚度/mm0.520.30.3pH值565667含砂率/%6111.5912023年 9月钻探工程温。为避免给人员安全、环境保护带来较大的危害与影响，专门配置了由柴油罐改装的罐（容积 3.6 m3）用于配制饱和氯化镁溶液，具体见图 3。3.2.2维护措施（1）严格按照钻井液配方配制，若钻井液性能需要较大调整时必须进行小样试验，确保调整后的钻井液性能满足井内安全需求。当钻井液的黏度偏高时，配制适量稀胶液与加入少量的稀释剂以降低黏度；当钻井液的黏度偏低时，可适当增加增粘剂和包被剂的加量，聚合物处理剂预先配制成胶液以便使用时减少分散时间。（2）每个小班测试井口返出钻井液的性能，包括密度、苏氏漏斗黏度、中压滤失量、泥饼厚度、含砂量等。并观察与鉴别地层岩心岩性及层位，结合井内钻进参数和地层情况的变化及时调整钻井液性能。（3）进入目的层加密测试氯离子与镁离子的含量，确保钻井液中氯化镁达到饱和状态，并采用浸泡实验评价钻井液抑制石盐、钾石盐等溶解的性能。采用莫尔银量法和 Cl-快速检测试剂监测钻井液中氯离子含量。66.40330.39 m 井段共测试 8次；井 深 330.39 m 出 现 石 盐 地 层 后 加 密 监 控，330.391520 m 井段共计测试 63 次，Cl-含量均大于 352100 mg/L。采用 Mg2+快速检测试剂与普瑞森镁离子控制器监测钻井液中镁离子含量，盐岩矿层井段共计测试 67次镁离子含量，均120000 mg/L。为确保钻井液能抑制钾石盐矿等溶解性能，进入盐层前采用浸泡实验评价石盐岩心（见图 4）和NaCl、KCl 试剂样品（见图 5）在饱和氯化镁盐水钻井液中是否溶解。从图 4可看出，石盐岩心浸泡 7天后无明显潮解溶蚀现象，岩心表面保持完整，无溶蚀。从图 5可看出，NaCl、KCl试剂样品在饱和氯化镁盐水钻井液中浸泡长达 96 h后仍未出现潮解溶蚀现象，而在清水浸泡 10 min 后发生明显潮解溶蚀。图 4、图 5浸泡实验结果充分表明该钻井液对钾石盐等矿层具有优良的抑溶性能，能达到保护盐层岩心的效果。（4）泥岩、泥砾岩井段钻进产生的泥岩岩粉掺入钻井液中，导致钻井液固相含量和密度增加、泥饼虚厚，而且钻头与卡簧泥包和堵心问题均较为突出。通过配备离心机及时清除有害固相、加入润滑剂改变钻头表面亲水性从而预防钻头泥包、起钻前循环与倒杆间隙时间大排量（300 L/min）冲洗钻头水道与井底等措施，有效解决了泥岩和泥砾岩地层钻D1D&O.&OBK#KE.&OB$#KF1D&OB$#PLQ图 5NaCl与 KCl试剂样品在不同介质浸泡实验Fig.5Soaking experiment of NaCl and KCl reagent samples in different medium图 3配制氯化镁饱和溶液的罐Fig.3Canister for preparing saturated solution of magnesium chlorideD#E0E#G图 4石盐岩心浸泡实验Fig.4Soaking experiment of halite core92第 50卷第 5期易强忠等：景谷凹陷钾盐调查 JG-2井饱和氯化镁盐水钻井液技术头泥包和卡簧抱心的危害（见图 6）。（5）石盐岩粉在温差变化下产生盐析重结晶形成粗颗粒沉砂，而绳索取心钻具环空间隙小，饱和氯化镁钻井液切力不足导致粗颗粒石盐大多聚集于150500 m 井段。经过现场室内试验与现场测试对比，在钻井液中适当加入低粘增效粉或钠膨润土，可达到较好悬浮、携带石盐颗粒的效果。3.3饱和氯化镁盐水钻井液应用效果JG-2井采用饱和氯化镁盐水钻井液施工，优质地完成了取心任务，盐矿心采取率与岩心直径均超过工程设计要求，并保障工程顺利完钻。具体应用效果主要有：（1）钻井液具有优良的抑溶效果和护心性能。井深 330.39 m 揭露盐岩层顶板，井深 1348.02 m 时钻穿盐岩层底板，均顺利取出了完整的石盐岩、钾石盐岩岩心样品，全井平均岩（矿）心采取率 97.51%。取出的含钾石盐岩、石盐岩等盐矿心表面光滑，未发生溶蚀（见图 7、图 8）。（2）钻 井 液 具 有 良 好 的 护 壁 性 能。三 开470.671829.44 m 井段主要为泥岩、石盐岩、泥砾岩、粉砂质泥岩等地层，地层岩性变化较快。施工裸眼时间长达 94 d。但是，施工过程中井眼较为顺畅，井壁完整性较好，未发生坍塌卡钻或埋钻事故。二开井径扩大率为 14.03%，三开全井段平均井径为149.8 mm，平均井径扩大率为 12.2%。（3）钻井液具有良好的携带性能。钻进过程中没有出现提下钻遇阻现象，提下钻顺畅，完钻后测井顺利。4结论（1）针对云南景谷凹陷钾盐调查 JG-2井地层特点及施工难题，优选并成功应用了饱和氯化镁盐水钻井液技术，具体钻井液配方为：氯化镁饱和溶液+0.1%0.5%抑溶剂+01%低粘增效粉或钠膨润 土+0.5%GPNA+0.5%GSTP+0.5%1%GTQ+0.1%GBBJ+0.3%0.5%润 滑 剂+00.5%磺化沥青+00.1%稀释剂 GSY。（2）JG-2 井 66.401829.44 m 井段采用饱和氯D$PE$PF2#H2#LG$P图 6采取措施前后钻头与卡簧泥包情况对比Fig.6Comparison of bit and circlip balling before and after taking measures-N-M&8.-&,8#.-图 7取出的含盐层顶板、底板及石盐岩心Fig.7The photo of roof and floor strata and halite core图 8取出的盐层岩心Fig.8The photo of core containing salt932023年 9月钻探工程化镁盐水钻井液施工顺利，井壁稳定性好，二开井段平均井径扩大率为 14.03%，三开井段平均井径扩大率为 12.2%；钾石盐岩等盐矿心表面未发生溶蚀，岩心采取质量高，平均岩心采取率达 97.5%。现场应用结果充分表明，饱和氯化镁钻井液具有优良的抑制钾石盐和石盐等溶解能力、良好的流变性和悬浮携带能力、良好的护壁和护心效果，可为类似钾盐钻探工程提供借鉴和参考，在云南钾盐钻探工程中应用前景广阔。参考文献（References）：1 岳维好，高建国，李云灿，等.云南省勐野井式钾盐矿找矿模型及预测 J.地质与勘探，2011，47（5）：809-822.YUE Weihao，GAO Jianguo，LI 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