弱凝胶合成基钻井液技术.pdf

第 3 0卷 第 6期 2 0 1 3年l 1 月 钻井液与完井液 DRI LLI NG F L UI D COM P LE TI ON F L UI D 、 ， o 1 ． 3 0 NO． 6 NOV ．2 0l 3 【 理论研究与应用技术 】 弱凝胶合成基钻井液技术 张行云 ， 李 自立 ， 雷克， 苏乐， 罗健生 中海油田服务股份有限公司油田化学事业部 ，河北燕郊 张行云等 ． 弱凝 胶合成基钻井液技 术 [ J ] ． 钻 井液与完井液，2 0 l 3 ，3 0 6 3 3 3 5 ． 摘要针 对复杂地 层并 哏失稳，大位移 井 、水平 井及 大尺 寸井眼段存在 携带钻屑及起 下钻 困难等 问题 ，研 制 了一种抑制性好、井眼清洁能力强的弱凝胶合成基钻井液。该钻井液引入 了一种活化提切剂，其是由育机酸与有 机胺在氯气的保护下经过缩聚反应形成的具有非线性网状结构的高分子量聚合物． 、实验结果表明，在传统合成基 钻井液中加入该活化提切利后，低剪切速率黏度提高2倍 以上，而且塑性黏度略有降低。该钻井液在印尼油田成 功应用 8口井，钻井过程中没有发生任何井下事故。对比井 S K W- J井使用传统的合成基钻井液钻井，发生了2次 卡钻和 1 次钻具断落事故，最后打水泥塞暂时弃井，然后转用弱凝胶合成基钻井液侧钻，成功完钻。 关键词 合成基钻井液 ；弱凝胶 ； 井眼净化 ； 提切剂 ； 钻井液配方 ；印尼油田 中图分类号 T E 2 5 4 - 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 3 0 6 0 0 3 3 0 3 对于大斜度井 、大位移井 、水平井及大尺寸井 眼段的钻进 ，使用传统 的水基钻井液钻进时 ，由于 钻井液抑制性差 ，容易造成井壁失稳 ，加上钻井液 润滑性不好 ，摩阻及扭矩大 ，还容易造成起下钻 困 难等问题 ； 若使用传统的油基及合成基钻井液钻进， 虽然钻井液的抑制性及润滑性好，但其低剪切速率 黏度较小 ，悬浮及携带钻屑能力不强 ，导致在井壁 附近形成岩屑床 。因此 ，为了彻底解决 以上难题 ， 有必要研制一种具有很高的低剪切速率黏度 ，能够 满足大斜度井 、大位移井、水平井及大尺寸井眼段 钻进需求的弱凝胶合成基钻井液 [ 1 - 8 1 。 1 钻井液室内研究 气制油合成基钻井液除了具有传统油基钻井液 抑制性强 、润滑性及抗温稳定性好 ，现场维护简单 等优点外 ，同时还具有钻速快 ，环境友好等特点 ， 这主要是由于合成基液的运动黏度小 ，几乎不含芳 烃， 易生物降解。但是， 对于大斜度井、大位移井、 水平井及大尺寸井 眼段 ，仅有上述优点还不够 ，钻 井液还必须具有 良好的悬浮及携带钻屑的能力 ，即 钻井液必须具有很高的低剪切速率黏度。 1 ． 1 合成基钻井液的构建 在传统的合成基钻井液基础上 ，研制 了一种活 化提切剂 P F ． MOVI S ，该剂是 由有机酸与有机胺在 氮气的保护下经过缩聚反应形成 的具有非线性 网状 结构的高分子量聚合物，其能够提高钻井液的低剪 切速率黏度。实验测定结果表明，传统的合成基钻 井液的低剪切速率黏度为 4 5 8 7 0 mP a S ，而加有活 化提切剂 P F MO V I S的弱凝胶合成基钻井液的低剪 切速率黏度为 9 9 9 6 9 m P a S ，是传统合成基钻井液 的 2倍多。 该合成基钻井液是由气制油、 1 0 ～3 5 有机 土 P F MOG E L、质量 分数 为 2 5 ％～3 5 ％氯 化钙水 溶 液 、5 ～4 0 g ／ L主 乳 化 剂 P F MOE MUL P 2种 阴离子表面活性剂的混合物 、 5 ～3 5 g ／ e辅乳化剂 P F ． MOC O A T阴离子表面活性剂 、5 ～2 5 L润 湿剂 P F MOWE T 非离子表面活性剂 、 1 0 ～4 0 g ／ L 线性高分子量聚合物降滤失剂 P F MO H F L 、 5 ～3 5 g ／ L碱度调节剂 P F MO AL K、 3 ～ 1 0 L活化提切剂 P F MO VI S 、 加 重材料 重 晶石或石灰石 等材料 第一作者简介 张行云，硕士，现为 中海油服油田化学事业部总经理、油田化学研究院院长。地址 河北省三河市燕 郊开发区行宫西大街 8 1号 ； 邮政编码 1 0 1 1 4 9； 电话 0 1 08 4 5 2 3 2 9 6； E - ma i l z h a n g x y c o s 1 ． c o m． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 钻 井 液 与 完 并 液 2 0 1 3年 1 1月 构建而成 ，油水比为 6 0 4 0 ～9 5 5 。 1 ． 2 合成基钻井液的配制及性能测试 在气制 油中，加入所述 质量的 P F ． MOG E L中 速搅拌 1 0 0 0 r ／ rai n3 rai n ， 再依次加入所述质量 的 P F ． MO E MU L P、 P F ． MOC O A T高速搅拌 1 0 0 0 0 r ／ mi n 5 rai n； 在高速搅拌的条件下加入所述体积 份数 的氯化钙水 溶液 ，高 速搅拌 3 0 rai n；加入所 述质量 的 P F ． MO AL K高速搅拌 1 0 rai n； 加人所述 质量 的 P F MOWE T高 速搅拌 5 rai n；加 入所述质 量的 P F MOH F L高速搅拌 8 rai n； 加入所述质量的 P F ． MO V I S ，高速搅拌 5 m i n； 加人所述质量的重 品石 ，把钻井液 密度调至 1 ． 2 g ／ c m ，高速搅拌 2 0 rai n ， 装入老化罐中在 1 0 0 o C 老化 1 6 h ， 然后在 5 0 下测定钻井液性能 ，结果见表 1 和表 2 。 表 1 合成基钻井液配方 7 0 30 7 0 3O 8 0 20 8 0 20 9 0 1 0 30 30 25 25 35 25 25 25 15 3 0 1 0 l 0 8 8 1 5 1 5 1 5 1 8 1 8 2 2 25 25 25 25 3 0 8 8 8 8 l 5 25 25 25 25 3 0 0 3 0 5 9 3 25 3 25 3 25 3 25 3 25 从表 2呵以看出 ，1 ～5 配方的气制油合成基 钻井液 的低剪切速率黏度均较高 ，且加有活化提切 剂 的 2 、4 及 5 配方 弱凝 胶合成基钻井液 的低剪 切速率黏度均高于 8 0 0 0 0 mP a S ，说明这几种不同 密度的弱凝胶合成基钻井液悬浮及携带钻屑的能力 很强 ，由于它们的塑性黏度较小 ，因此对机械钻速 的提高具有较大的作用 。 从表 2还可以看出，2 配方钻井液 的效果优于 不 含 P F MOV I S的 1 配方钻井 液的效果 2 配方 的低剪切 速率黏度为 9 9 8 7 6 mP a S ，而 l 配方 为 4 9 3 1 6 mP a S ，2 配方 的动切 力及 、 均 比 1 配方 的高 ，且 2 配方 的塑性 黏度 比 1 配方 的低 ； 含有 0 ． 5 ％ 的 P F MOV I S且 P F MOGE L含量相对较 低 的 4 配方 钻井液 的效果优于 不含 P F MO VI S且 P F ． MOG E L含量较 高 的 3 配方 钻 井液 的效果 ，4 配方 的低 剪切速率黏度 高达 8 9 4 8 8 mP a S ，且 4 配方 的动切力及 妒 、 均 比 3 配方的高 ，4 配方 的塑性黏度比 3 配方的低 。 表 2 合成基钻 井液 的性能 2 现 场 应 用 弱 凝 胶合 成 基 钻 井 液在 印尼 东 爪 哇 油 兀 J 的 SK W A 、 SKW B 、 SKW C 、 SK W D 、 SKW E 、 S K W F井等 8口井成功应用。在使用弱凝胶合成基 钻井液前， S K W- J 井使用传统的合成基钻井液钻井， 在 4 4 4 ． 5 m m井眼钻至井深 1 5 2 8 ． 0 11 1 时，起钻过 程 中在井深 9 6 0 ． 7 13 3 处发生卡钻 ，【六 1 无法解 卡进行 倒扣 ，最后打捞落鱼成功 ，历时 2 9 d； 存 3 1 1 ． 1 5 mm井段钻进至井深 2 3 6 0 ． 7 1 1 3 ，起钻至井深 1 5 7 0 1 3 3时发生憋泵 ，扭矩高 ，憋压活动钻具 过程 巾钻 具断落井底 ，打捞落鱼没有成功 ，打水泥塞侧钻 ， 历 时 2 9 d；在 3 l 1 ． 1 5 mi l l_ 侧 钻 井段 钻进 至井 深 2 2 3 4 ． 8 I T I ，起钻完下钻到井深 2 1 5 3 ．4 m发生 钻 ， 没能解 ，致使井下落鱼 ，打水泥寨暂时弃 然 后使用弱凝胶合成基钻井液在 b 3 1 1 ． 1 5 mm井眼的 井深 2 0 9 1 ． 0 I n处侧钻 ，历时 5 2 d完钻 ，没有发生 任何井下事故 。 下面以 S KW- A和 S K W- F井为例 ，介绍弱凝胶 合成基钻井液的应用情况 ，具体性能 见冈 1 和冈 2 。 现场钻井液配方如下。 S a r a l i n e 1 8 5 V 1 5～ 2 0k g ／ m P F MOGE L 8～ 1 2k g ／ m P F MOEMUL P 1 5～ l 8k g ／ m P F ． MOC0A T 8～ l 0 k g ／ m PF ． MOW E T 2 0～ 2 2 k g ／ m P F M0AL K 2 0 ～ 2 5 k g ／ m P F MOHF R 1 5～ 1 8 k g ／ m P F． M OLP F 2 8 ％ ～ 3 0 ％ Ca CI ， 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 一 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷 第 6期 张行云等 弱凝胶合成基钻井液技术 3 5 水溶液 5 ～9 k g ／ m P F MO VI S重晶石 按密 度需要 ，油水比为 7 0 3 0 4 8 0 2 0 疆 擐 掣 摄 井 深， m 1 S KW． A井钻井液性能 0 0 井深／ m 同2 S KW- F井钻井液性能 S K W． A井最大井斜角为 4 1 ． 2 8 。 ， 从 6 6 0 ． 4 mm 开始使用弱凝 胶合成基钻井液 ，钻至井深 2 7 4 _ 3 m， 下入 4 , 5 o 8 ． 0 F i l m套管至井深 2 7 2 ． 8 1 T I ，钻井液密度为 1 ． 0 7 ～1 ． 1 0 g ／ c m ； 4,4 4 4 ． 5 I I l l T I 井段至井深 1 3 3 3 ． 8 1 T I ， 下人 3 3 9 ． 7 mm套管至井深 1 3 3 2 ． 6 IT I ，钻井液密 度为 1 ． 1 0 ～ 1 ． 3 5 g ／ c m ； 3 1 1 ． 1 5 mm井段钻至井深 2 3 2 2 ． 0 m，下人 西2 4 4 ． 5 ml T l 套管至井深 2 3 2 1 ． 0 m， 钻井液密度为 1 ． 3 5 ～ 1 ． 4 8 g ／ c m。 。 S KW- F井从 西6 6 0 ． 4 mm开始使用弱凝胶合成 基钻井液 ，钻至井深 2 7 4 ． 6 m， 下入 西5 0 8 ． 0 1y l r r l 套 管至井深 2 7 3 ． 4 1T I ，钻井液密度为 1 ． 1 0 ～ 1 ． 2 0 g ／ c m。 ； 4,4 4 4 ． 5 l T l m井段 钻至 井 深 l 4 7 9 ． 8 I n ，下入 4,3 3 9 ．7 mm套管至井深 1 4 7 8 ． 3 m，钻井液密度为 1 ． 3 9 1 ． 4 4 g ／ c m ； O h 3 1 1 ． 1 5 mi l l 井段钻 至井深 2 9 2 8 ． 5 i i l ，下 人 西2 4 4 ． 5 fi lm套管至井深 2 9 2 7 ．0 m，钻井液密度为 1 ． 4 4 ～ 1 ． 5 3 g ／ c m 。 在钻进期间密切关注 MWD及钻井参数 ，如扭 矩 、泵压及当量循环密度，保证井眼清洁，防止形 成岩屑床，维持较高的 、 读数，依据机械钻速 的快慢 ，每钻 完 3 ～5柱 扫一个 稠塞 ；维持 C a C I ， 的浓度在 3 0 ％左右 ，高温高压滤失量小于 5 mL且 滤液 中不含水 ， 破乳 电压在 6 0 0 V以上 ，如果发现 有水滴 出现 ，立 即补充 1 5 k g ／ m P F ． MOE MUL、 l 8 k g ／ m P F ． M OAL K、1 2 k g ／ m P F MOWET 1 8 k g ／ m PF． M OHF R 。 从 图 1 、图 2可以看 出，这 2口井在不同层位 时的钻井液密度完全控制在设计范同内，钻井液流 变性变化平稳 ， 、 读数较高，有一个较高的低 剪切速率黏度。现场作业起下钻顺利 ，电测一次到 位 ，下套管顺利，没有出现井下事故。 3 结论 1 ． 弱凝胶合成基 钻井液具有 较高 的低剪 切速 率黏度 ，完全能满 足大尺寸井眼 、大斜度井 的钻进 需求 。 2 ． 弱凝 胶合成基钻井 液现场应 用流变性能稳 定 ， 携砂能力强 ， 抑制性好 ， 润滑性强 ， 起下钻顺利 ， 电测成功 ，没有发生井下事故 ，在 8口井的作业中 取得成功应用 。 参 考 文 献 [ I 】 鄢捷 年 ． 钻井 液 丁艺学 [ M] ． 中同石 油大学 版社， 2 0 06 236 26 3． [ 2 ] 徐同台，彭芳芳，潘小镛 ，等 ． 气制油性质和气制油钻 井液 Ⅲ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 5 7 5 ． 7 8 ． [ 3 ] 余可芝， 李白立， 耿铁， 等 ． 油基钻井液在番禺3 0 1 气田 大位移井中的应用 【 J 1 ． 钻井液与完井液， 2 0 1 1 ， 2 8 2 5 - 9 ． [ 4 ] 张文波 ，戎克生，李建国，等 ． 油基钻井液研究及现场 应用 ． 石油天然气学报，2 0 1 0 ，3 2 3 3 0 3 3 0 5 ． [ 5 1 Ma h a l i n g a m S a n t h a n a m． L i q u i d r h e o l o g i c a l a d d i t i v e s pr o vi di ng r he ol og hi c a l p r op e r t i e s t o no n a q ue o us s y s t e ms US ，5 7 2 3 6 5 3[ P ] ． 1 9 9 8 ． [ 6 ] Wi l l a r d L Mo r g a n，Ea r l e D Mc l e o d ． F a t t y a mi d e p o l y me r s U S ，2 4 1 0 7 8 8 [ p ] ． 1 9 4 6 ． [ 7 】 Va n O o rt E， L e e J ，F r i e d h e i m J ， e t a 1 ． Ne w fl a t r h e o l o g y s y n t h e t i c b a s e d mu d f o r i mp r o v e d d e e p wa t e r d r i l l i n g【 R ] ． SPE 9 09 87．20 0 4． [ 8 ] He r z b a f t B，R o u s s e a u L，Ne a u L，e t a 1 ． I n f l u e n c e o f t e mp e r a t u r e a n d c l a ys ／ e mu l s i o n m i c r o s t r u c t u r e o n o i l b a s e d mu d l o w s h e a r r a t e r h e o l o g y [ J ] ． S P EJ o u r n a l ，2 0 0 3 ， 8 3 2 1 1 21 7 ． 收稿 日期2 0 1 3 - 0 7 1 9 ；H GF 1 3 0 6 W1 ；编辑 汪桂娟 ∞ 如 加 2 m O ∞ ∞ 如 加 2 m O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m