适用于大位移井的油基钻井液性能研究.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报2 0 1 4 年 1 月 第 3 6 卷 第 1 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I J a n ． 2 0 1 4 V o 1 ． 3 6 N o ． 1 适用 于大位移 井的油基钻 井液性能研究 陈毅 ，许明标 ，郑铭 长江大学石油工程学院， 湖北武汉4 3 0 1 o o [ 摘要]大位移钻井存在井眼难以清洁、井壁不稳定、摩阻及扭矩大等技术难点，因而对钻井液性能提出 了更高要求。通过室 内研 究，对体 系所 需的添加 剂进 行 了筛选 ，并 对添加 剂 的质量分 数及 油水体 积 比进 行 了优 化设 计。通过进 一步评价 该体 系的 施工性 能，建立 了一套适 合 大位移 井钻 井的油 基钻 井液体 系。 该 体系具有 良好 的流变稳定性能、 电稳 定性 能、润滑性 能、抑 制性 能以及较 高的动 塑比等优 点，能有效 地控制井壁稳定 ，降低 摩阻和 扭矩 ，达 到有效携 岩效果，较好地 满足 了大位 移井的钻 井施 工要求。 [ 关键词]油基钻井液 ；大位移井 ；性能研究 [ 中图分类号]T E 2 5 4 [ 文献标志码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 4 0 1 0 1 1 4 0 4 随着大型整装油气田及优 良储层开发的扩大，以单井方式获得 的可采储量呈现递减趋势 。为了提高 单井可控储量 ，降低成本 ，根据储层分布开展定 向钻进的大位移井及水平井技术越来越常见 。大位移井 一 般是指水平位移与垂直深度之比 以下简称 “ 水垂 比” 大于 2的定向井和水平井 ；当水垂 比大于 3 时，则称为超大位移井。大位移井具有能大范围地控制含油面积 、提高油气采收率、降低油 田开发成本 等优点 。 在大位移井钻进中 ，钻井液必须具有保持井眼清洁 、维持井壁稳定 、降低摩阻和扭矩 、保护储层等 性能 ，是作业成败的关键因素之一。针对大位移井钻井特点 ，室内建立了一种适合大位移井钻井的油基 钻 井 液 ，其 基本 配方 为 3 白油 2 ． 6 主 乳化 剂 HI E MUL 0 ． 4 辅 乳 化 剂 HI C OAT 1 ． 5 流 型 调 节剂 HI RHE2 ． 5 碱度调节剂 MOAL K1 ． 5 有机土 MOG EL 1 ． 0 增黏剂 HI VI S 2 6 9 ／ 6 氯化钙 水溶液2 ． 0 降滤失剂 HI F L O重晶石 ，密度可调 配方中百分数均为质量分数 。 体系配方基本性能评价 1 ． 1 乳化 剂 的质量 分数对 体 系性 能的影 响 乳化剂是配制油基钻井液的关键组分，油基钻井液是油包水体系。该体系是否稳定 ，很大程度上取 决于乳化剂的使用。乳化剂包括主乳化剂 HI E MuL 和辅乳化剂 HI C O AT ，通过二者复配来调节 钻井液体系的性能。 表1 给 出了乳化 剂HI E MUL和HI C 0A T不 同质量 分数 组合下 体系 的流变性 能 。 当主乳化剂 和辅 表 1 乳化剂 H I E MU L和 HI C OA T的质量 分数对体 系性能的影响 乳化剂配方 状态 ／ mP as p／ mP a s r d／ P a N∞ N U b ／ V 2 ．6 HI EM U L 0 ．4 HI COAT 2 ．5 HI EM U I 1 ． 0 HI COAT 3 ． 0 ％ HI E MUI 1 ． 5 HI C 0AT 滚前 滚后 滚前 滚后 滚前 滚后 滚前 滚后 注 为表观黏度 ； 为塑性黏度；“C d 为动切力 ； N 、 N 3分别 为六速旋转黏度计 6 、3 r ／ mi n对应 的读值 ； U b为破乳 电压 。 试 验条件 ，流变测试温度 6 5 C；热滚 1 1 0 ℃ 1 6 h 。 下同 。 [ 收稿 日期]2 0 1 30 9 0 5 [ 作者 简介]陈毅 1 9 8 9一 ，男 ，2 0 0 7 年大学毕业 ，硕士生 ，现主要从事钻完井方向的学习与研究工作 。 9 1 9 4 0 O 2 O 盯 “ ∞ 叽 蚰 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 6 卷 第 1期 陈毅 等 适用于大位移井 的油基钻 井液性能研究 乳化剂总质量分数为 2 ． 6 时，热滚后的油基钻井液体系具有低表观黏度 2 7 mP as ，高塑性黏度 1 9 mP a s 和较高的动切力 S P a ，说明体系具有 良好的流变性能 ，基本满足了应用要求。随着乳化 剂质量分数的增大，流变数据都稍增加 ，当乳化剂质量分数达到 4 ． 5 ％时 ，流变性能最好 。考虑到体系 的携 岩性 能 ，后续 评价 试 验选 用总 质量 分数 为 3 ． 0 乳化 剂 。 1 ． 2 流 型调 节剂 的质 量分 数对 体 系性 能的 影 响 井 眼清 洁是 大位 移井 钻井 的核 心 问题 之 一 。在大 位移井 钻 井过 程 中 ，钻井 液 的动 塑 比越 大其 携岩 能 力越强，井眼清洁效果越好 。为了提高该钻井液的动塑比，引入流型调节剂 HI RHE。 表 2为 HI RHE质 量分 数 在 0 ～2 ． 0 之 间的流 变 性 能变 化。如表 2所 示，与空 白样 相 比， HI RHE的加入能够改善钻井液流变性 ，并显著提高该钻井液 的动塑 比。当 HI RHE质量分数为 1 ． 5 ％ 时，动塑 比增大了 1 0 0 。此外 ，破乳 电压数据显示，HI RHE质量分数对体系的电稳定性影 响很小 ， 可 以忽 略 。因此 ， 一 流 型调 节剂质 量 分数 可控 制在 1 ． 0 9 ／ 6 ～2 ． 0 之 间 。 表 2流型调节剂 HI R HE的质量分数对体 系性能 的影 响 HI RHE质量分数／ 状态 ／ mP a s p／ mP a s r d／ P a Rd p／ P a mP as N口 6 N。 3 U b ／ V 空 白 0 ． 5 1 ． 0 1 ． 5 2 ． 0 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚后 滚前 滚后 滚前 滚后 注 Ra 为动塑 比。表 中空 白表示未测 。下 同 1 ． 3 降滤 失剂 的质量 分 数对体 系性能 的影 响 表 3为降滤失剂 HI F L O质量分数在 1 - 5 ～3 ． 0 之 间体 系的基本流变性能。如表 3所示 ，随着 HI F L O质量分数增多 ，钻井液的流变性能稍增大 ；同时 ，破乳 电压增加 ，说 明电稳定性 随 HI F L O质 量分数增大而增加 。在考虑的 HI F L O质量分数范围内，高温高压滤失量随着 HI F L O质量分数的增加 显著降低 。在 3 ． 0 时 ，高温高压滤失量仅为 4 ． 4 mL，充分说明了 HI F I O对失水的控制性能 良好。 表 3 降滤 失剂 H I F L O的质量分数对体 系性能 的影 响 HI F I O质量分数／ 状态 ／ mP as p ／ mP as r d ／ P a N N∞ U b ／ V Vh p／ mI 滚前 滚后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 注 Vh t h 。为高温高压滤失量 。 1 ． 4 油水体积比对体 系性能的影响 油基钻井液的油水体积比对油基钻井液流变性 的影响较大 ，油水体积比越高，越有利于乳状液的稳 定口 。除了对流变性有影响外 ，油水体积 比对油基钻井液的润滑性影响也较大 ， ．高油水体积 比的油基钻 井液可使金属一 金属或金属一 砂岩界面之间的摩擦力下降接近 5 o ％，高的油水体积 比可 以明显改善油基 2 3 O 3 8 9 7 O 弘 阻 ∞ 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 气工程 2 0 1 4 年 1 月 钻井液的润滑性 。如表 4所示 ，随着油水体积 比的增大 ，体系动切力下降 ，电稳定性提高 。可以通过 调整有机土和乳化剂的质量分数来调节高油水体积 比的油基钻井液流变性。 表 4 油水体积比对体系性能的影响 2 体系施工性能评价 2 ． 1 抗 钻屑 侵污性 能 室内评价了油基钻井液抗钻屑侵污的性 能，表 5为钻屑质量 分数在 0 ～1 5 ％之 间体系的流变性 能 。如表 5 所示 ，在 1 5 ％钻屑侵污的情况下 ，体系流变性基本无变化 ；随着钻屑质量分数的增加 ，电 稳定性有所降低 ；在 1 5 钻屑侵污下 ，电稳定性仍能达到 4 6 6 V，能满足现场施工要求。 表 5 抗钻屑 侵污 性能 2 ． 2密度 变化 通过钻井液密度的变化 ，可调节钻井液在井筒内的静液柱压力以平衡地层孔隙压力 ，从而维持钻井 的正常进行 。钻井液密度的调节一般采用加重剂来实现 ，加重剂的加入不仅改变了钻井液的密度 ，还带 来流变性能 的改变。表 6为密度在 1 ． 1 0 ～1 ． 2 5 g ／ c m。 之间钻井液的流变性能 ，从表 6可以看出，滚后体 系的流变性能变化不大 ，破乳电压均能保持在 5 0 0 V 以上，能满足现场施工要求 。 表 6 密 度变 化对钻 井液性能影晌 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 6卷第 1期 陈毅 等 适 用于大位移 井的油基钻井液性能研究 2 ． 3抑 制 性能 抑制性反映了钻井液稳定井壁的能力 。室 内通过滚动 回收率考察 了该体系 的抑制性能 。l o o C下烘 干的 6 ～1 0目钻屑 5 0 g ，1 1 0 C1 6 h热滚 ，4 O目筛 出，烘干至恒重 ，计算滚动 回收率为 9 7 ． 6 ，表明 该 油基 钻井 液具 有 良好 的抑 制性 能 。 2 ． 4 摩 阻及润滑性能 室内采用 F a n n公 司生产的 E P极压润滑仪 ，对该油基钻井液 的润滑性能进行评价 。其中摩阻系数 的计算 方 法为 摩阻系数 一极压润滑仪扭矩读数／ 1 0 0 如表 7所示 ，水基无固相钻井液 ，钻井液摩阻系数为 0 ． 1 2 ；而该油基钻井液摩 阻系数为 0 ． 0 6 ，摩 阻系数降低了 5 O ，具有良好 的润滑性能 ，可以满足大位移井对钻井液润滑性能的要求。 表 7 摩 阻及润滑 系数评价 注 “ 一”表示无此项。 3 结论 1 通过室 内研究 ，得出适合于大位移井钻井的油基钻井液体系 ，其配方为 3 白油2 ． 6 主乳化 剂 HI E MUL0 ． 4 辅乳 化剂 HI C OAT1 ． 5 流 型调 节剂 HI R HE2 ． 5 9 ／ 6 碱度 调节剂 MOAL K _1 ． 5 有机土 MOG EL 1 ． 0 ％增黏剂 HI VI S 2 6 氯化钙水溶液2 ． 0 降滤失剂 HI F L O重晶石 ，密 度可调 配方中百分数均为质量分数 。 2 体系具有较好的流变性能 ，动塑比较高 ，具有低黏度高剪切 的特性 ，能够很好地在大位移井 中 携带岩屑 ，清洁井眼。 3 体系的抗侵污性能较好 ，在受到钻屑等侵污后 ，钻井液的流变性变化不大 ，破乳 电压能够稳定 在 4 0 0 V 以上，具有较好的抗侵污性能 。 4 体 系具 有较 好 的密度 控制 能力 ，在 密度 变化 时 ，体 系性 能变化 较小 ，能够较 好 的适 应 密度改 变 ， 满足不同地层破裂压力的需要 ，给现场施工调节钻井液性能带来方便 。 5 油基钻井液具有优 良的润滑性能 ，摩阻系数降低 了 5 O ％，可以满足大位移井钻井对钻井液的摩 阻系数的要求 。 [ 参考文献] E 1 3许 明标 ，张春 阳，龚纯 武，等 ．一种简化 现场作业 的高性 能油基钻 井液 E J 3．石油 天然气学报 江汉 石油学 院学报 ，2 0 0 8 ，3 0 3 1 2 O～ 1 2 2 ． [ 2 ] 韦红术 ，张伟 国，张俊斌 ．一种适合于大位移水 平井的油基钻井 液体 系研究[ J ] ．长江大学学报 自然科学版 ，2 0 1 0 ，7 3 2 3 5 ～ 2 3 6 ． E 3 1 许明标 ，唐海雄 ，曾晶，等 ．一种高效油基钻井液乳化剂的加量极 限 E J 1．石油天然气学报 江汉石油学院学报 ，2 0 0 8 ，3 0 5 2 7 8 ～ 2 8 0． [ 4 1蔡 利山 ，林永 学，王文立 ．大位移井钻井液技术综述 I- J 1．钻井液与完井 液，2 O l O ，2 7 3 1 ～1 3 ． [ 5 ]谢彬 强 ，邱正松 ，黄维 安 ．大位移井钻井液关键技术问题 E J ]．钻井液与完井液 ，2 0 1 2 ，2 9 2 7 6 8 2 ． E 6 ]余 可芝 ，李 自立 ，耿铁 ，等 ．油基钻井液在番禺 3 0 1 气 田大位移井 中的应用 I- J 1．钻井液与完井液 ，2 O l 1 ，2 8 2 5 ～9 ． ’ [ 编辑] 帅群 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