深水低温合成基钻井液的室内研究.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年 6 月第 3 2 卷第 3 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y J ． J P I ] u n ． 2 O l O V o l 。 3 2 N o ． 3 深水低温合成 基钻 井液 的室 内研究 胡三清 ，雷 昕 ，余姣梅 ，王 松 长江大学化学与 环境工程 学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 [ 摘要] 以线性 a烯烃 I A O 为基液 ，进行 了适用于深水低温条件的合成基钻井液体 系的室 内研究 。通 过试验优选 出了主辅乳化剂及 其 加量 和 油水 比例主乳 化 剂 的推 荐加 量 为 6 ，辅 乳化 剂 推荐 加量 为 0 ． 8 ，油水 比为 7 3 ；评价 了降滤失剂的作 用效果和对钻 井液性能 的影 响3种降滤失剂 中府 殖酸酰胺 对钻井液粘度影响最小，降滤失效果最 明显；确定 了深水 低温合成 基钻 井液体 系的配方 I ． A O基液 水 3 0 C a C I 溶液 7 3 6 主乳化剂0 ． 8 辅乳化剂4 有机土3 石灰 l 润湿剂0 ． 5 增 粘剂1 降滤 失剂重 晶石。试验表 明两套典型配方合 成基 钻井液不仅具 有较 好的高温稳定 性，而且低 温 下 的 流 变 性 能 够 满 足 深 水 钻 井 的 要 求 ，该 合 成 基 钻 井 液 具 有 较 好 的粘 温 性 能 ， 同 时 具 有 良好 的 抗 盐 、 抗 钙镁 能 力 。 [ 关键词]钻 井液 ；深水钻井 ；低温；合成基；流变性 [ 中图分类号]T E 2 5 4 ． 3 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 O 3 一 O l 2 O O 4 深水钻井一般是指在海上作业中水深超过 4 5 0 5 0 0 m 的区域 ，当水深大于 1 5 0 0 m 时的海上作业称之 为超 深水钻井Ⅲ。深水环境是决定海底低温的重要 因素 ，低温条件下进行钻井要求钻井液具有较好的低温稳定性。 笔者以线性 旷 烯 烃 I A 为基液 ，进行 了适合深水低温条件的合成基钻井液体 系的室 内研究 。 l 试验部分 1 试验 药品 线 性 a 一 烯 烃 L AO ， 水溶 液 C a C l 。 含量 3 0 ，重晶石粉 。 2 所用仪 器保 温杯 ，高速 搅拌 器 ， 加热槽 。 2 试验结果与讨论 有 机 土 ，主乳 化 剂 ，辅 乳 化 剂 ，降 滤 失 剂 ，石灰 粉 ，氯 化 钙 电热恒 温 箱 ，六 速旋 转粘 度 仪 ，AP I 滤 失仪 ，陈化 箱 ，水 浴 2 ． 1 合成 基钻 井液稳 定体 系的 建立 2 ． 1 ． 1 优选 主辅 乳化 剂的加 量 合 成基 钻井液 稳定 体系 的建立 主要 是 由油 包水乳 状液 的稳定 性决 定 的 ，根 据主辅乳 化 剂的作 用机 理 选取 主辅 乳化剂 分别 为司 班 8 0和 十二 烷 基苯 磺 酸钠 。试验 结果 如 表 1 。根 据表 1的结果 推 荐 主乳 化 剂 的加量 为 6 ，推荐辅 乳化剂 加量 为 0 ． 8 。 2 ． 1 ． 2油水 比的确 定 I ． AO合 成基钻 井液 与普通 油基 钻井 液一样 ，油 水 比例 变 化对 体 系 的流 变 性影 响 较 大 。因此 进 行 了 油 水 比优选 ，试 验结 果如表 2 。 从 表 2 可 以看 出 ， 油 相 比例增 加 ， 钻井液 的表 观粘度 A V、 塑性粘 度 P V和切 力 Y P 都 有所 减小 。因此 ，增 加水 相 比例 可提 高钻 井液粘 度 。说 明油 水 比的调 整可 以改 变体 系 的流 变性 能 。为降低成本 ，且考虑到钻井液的粘度及稳定性 ，结合试验结果确定该研究采用油水 比为7 3 。 [ 收稿日期]2 0 0 90 7 1 5 [ 作者简介]胡三清 1 9 6 0 一 ，男 ，1 9 8 2年江汉石油学院毕业 ，教授 ，现主要从事油气田应用化学方面的教学与研究1 7 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 3期 胡三 清等 深 水低温合成基钻 井液 的室内研究 表 1 不 同 乳 化 剂 加 量 的 合 成 基钻 井 液 热 滚 前 后 性 能对 比 1 ． 1 ． 3降滤 失剂 加 量 的确 定 为 了 比较 腐 殖酸 酰胺 与 浦溶 纤维 、油溶 沥青 作 为合 成基 钻井 液 降滤 失剂 的效果 ，将 不 同加量 的腐 殖 酸酰 胺 、油溶 纤 维 与油溶 沥 青分 别加 入合 成 基钻 井液 体 系 ，然后 测 定钻 井液 体 系 的滤 失 性能 。结 果 见 图 1和 罔 2 。从 图 l 和 冈 2可 以看 出油 溶纤 维 、油 溶沥 青 和腐 殖 酸 酰胺 3种 降 滤 失 剂 中腐 殖 酸 酰胺 对 钻 井 液粘 度 影响 最小 ，降滤 欠效 果最 明 显 。 口_ 吕 ＼ 桀 降滤 失剂 加量 ／ ％ 图 1 3种 降 滤 失 剂 对 钻 井 液 表 观 粘 度 影 响 比 较 O 0 ． 5 0 1 1 ． 5 O 降滤 失剂加 量 ／ ％ 图 2 3种 降 滤 失 剂 的 效 果 比较 最 终确 定 了密 度分 别 为 1 ． 1 5 g ／ c m 和 1 ． 5 0 g ／ c m 的两套 合 成 基钻 井 液 典 型配 方 分 别 为 ① I A 基 液 水 7 3 6 主乳化 剂 0 ． 8 辅乳 化剂 4 有 机 土 3 石灰 1 润 湿剂 0 ． 5 增粘 剂 1 降滤失 剂 十重 晶石 水 为 3 0 C a C 1 1 溶 液 ；② I A 基 液 水 7 3 6 主乳 化 剂 0 ． 8 辅 乳 化剂 4 ％有 机 土 3 石灰 2 润湿剂 l 增 粘 剂 1 降滤 欠剂 重 晶石 水 为 3 O C a C 1 7 溶液 。 2 ． 2深水 合成 基钻 井 液低 温流 变性 评 价 在 海洋 深水 钻 井 中 ，海 水 低 温 对 钻 井 液 的流 变 性 影 响较 大 ．一 般 随 着 温 度 的 降 低 钻 井 液 粘 度 增 大 。分 别对 密 度为 1 ． 1 5 g ／ c m。 和 1 ． 5 0 g ／ c m。的深 水 合成 基 钻 井 液 的低 温 流 变 性 进 行 了评 价 ，结 果 见 表 3和 表 4 5 0 5 O 5 O 5 L ＼ 删 煺 ∞ 印 ∞ 加 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然 气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 6 月 表 3密度为 1 ． 1 5 g ／ c m 的钻井液 的流变性 注 y P／ P 为动塑比。 表 4密度为 1 ． 5 0 g ／ c m 的钻井液的流变性 由表 3和表 4可见 ，在低 温条 件下 ，两种 典 型合 成基钻 井液 的流 变性 具有较 为 明显 的变化 。随着 温 度 的降低 ，其表 观粘 度不 断上 升 ，切力也 有所 上升 ，滤 失量 变化 不大 。降 温和升 温过 程 中同一温 度 的流 变性基 本一 致 。总体来 讲 ，钻井 液低 温下 的 流变性 能够 满足 深水钻 井 的需要 。 2 ． 3抗污 染性 能评价 2 ． 3 ． 1 抗 Na Cl 评 价 为 了评 价体 系 的抗 盐性 能 ，进行 了抗 Na C 1 试 验 ，其 结 果见 表 5 ，老 化条 件 8 O ℃ 1 6 h ，测 试 温度 4 0 ℃。从表 5 可 以看 出 ，Na C 1 加量 的增加 只对 破乳 电压 略 有影 响 ，起 到 降 低体 系 电稳定 性 的作 用 ，但 是总 的来看 仍能 满 足钻 井液 性能 要求 。体 系具 有很好 的抗 N a C 1 的能 力 。 表 5 两种密度合成基钻井液抗 N a C I 能力评价结果 2 ． 3 ． 2抗 C a C I 评 价 通过在合成基钻井液 中加入不 同量的 C a C 1 ，然后测定该钻井 液热滚前后性能的变化来评价其抗 C a C 1 污染 能力 ，试 验结果 见表 6 ，老化条 件 8 O u C1 6 h ，测 试温 度 4 O ℃。从表 6可 以看 出 ，C a C 1 。 加量 的增 加对 体系 流变 性 和 A P I 滤 失 性 能 影 响较 小 ，破乳 电 压有 一 定 的 减 小 ，故 而 体 系 也 具 有 很 好 的抗 C a C I 。 污染 的能 力 。 2 ． 3 ． 3抗 Mg CI 评价 通过 在合成 基钻 井液 中加入 不 同量 的 Mg C I ，然后 测定 该 钻 井 液 热滚 前 后 性 能 的变 化 来 考 察其 抗 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 3 期 胡三 清等 深水低温合成基钻 井液 的室内研究 Mg C 1 。 污染 能力 ，试 验结 果 见表 7 。从 表 7可 以看 出 ，随着 Mg C 1 加 量 的增 加 ，合成 基钻 井液 典 型配方 热滚后 的表观 粘度 、切 力 降低 ，滤 失 量有 所增 加 ；虽 然流 变性 变化 幅度较 大 ，但仍 能 满足 钻井 要求 ，这 表 明该 钻 井液 具有 很好 的抗 Mg C 1 污 染能 力 。 表 6 两种 密度合成基钻井液抗 C a C I 能力评价结果 表 7 两种密度合成基钻 井液抗 Mg C 能 力评价 结果 合 成 基钻 井液 的生物 毒性 对海 洋 深水 钻井 作业 的环境 保护 产 生较 大影 响 。美 国犹 他州 州立 大学 测试 了美 国使用 的合成 基 钻井 液部 分处 理 剂 的生物 毒 性 ，试 验结 果 是 L AO 基 液 的 L C 5 0值 为 7 9 4 5 0 mg ／ I ，有机 膨润 土 的 L C5 0值 为 1 0 0 0 0 0 mg ／ L ，重 晶石 的 L C 5 0值 为 1 0 0 0 0 mg ／ L，表 明合 成 基 钻 井液 是 无毒 的 。 3 结 论 1 分 别 以司 班 8 O和 十二 烷基 苯磺 酸钠 作 为 主辅乳 化 剂 ，确定 了主辅 乳化 剂 的加 量 主乳 化剂 的推 荐加量为 6 ，辅乳化剂推荐加量为 0 ． 8 ，可建立稳定的合成基钻井液体 系。 2 通过试验确定了密度分别为 1 ． 1 5 g ／ e m。和 1 ． 5 0 g ／ c m。的两套合成基钻井液典型配方 。 3 配制出的合成基钻井液体系具有较好的高温稳定性和滤失性能 。随着温度降低 ，钻井液的流变 性 会发 生较 为 明显 的变 化 ，具 体表 现在 粘 、切 力上 升 ，滤 失量 略下 降 。但 总体 来讲 ，钻 井液 低 温下 的流 变 性能 够 满足 深水 钻井 的要求 ，合 成 基钻 井液 具有 较好 的粘温 性 能 。 4 合 成基 钻井 液体 系 具有 良好 的抗 盐 、抗 钙镁 能 力 ，是一 种无 毒 的钻 井 液体 系 。 [ 参考文献] [ 1 ]胡友林 ，王建华 ，吴彬 ，等 ．海洋深水钻井 的钻井液研究进展【 J ]．海洋石油 ，2 0 0 4 ，2 4 4 8 3 ～8 6 ． [ 2 ]F r o s t ma n L M．An t i a g g l o me r a n t h y d r a t e i n h i b i t o r s f o r p r e v e n t i o n o f h y d r a t e p l u g s i n d e e p wa t e r s y s t e ms[ J ]．S P E6 3 1 2 2 ，2 0 0 0 ． [ 3 ]Ki m B u r r o u s ，J o a n n a h E v a n s ．Ne w l o w v i s c o s i t y e s t e r i s s u i t a b l e f o r d r i l l i n g f h fi d s i n d e e p wa t e r a p p l i c a t i o n s[ J ]．S P E 6 6 5 5 3 ，2 0 0 1 [ 4 ]李春霞 ，黄进军 ，徐英 ．一种新型高温稳定的油基钻井液润湿反转剂 [ J ]．西南石油 学院学报 ，2 0 0 2 ，2 4 5 2 2 ～2 5 ． [ 5 ]张琰 ，任丽荣 ．酯基钻井液 的评价[ J ]．天然气工业 ，2 0 0 1 ，2 1 6 5 4 ～5 7 ． [ 6 ]Mc Ke e J D A，Ke v i n D o wr i c k ，As t l e f o r d S J ．A n e w d e v e l o p me n t t o w a r d s i mp r o v e d s y n t h e t i c b a s e d mu d p e r f o r ma n c e[ J ] S P E ／ 1 AD C 2 9 4 0 5 ， 1 9 9 5 ． [ 编 辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m