抗高温高密度水基钻井液室内研究.pdf

第 2 6卷 第 2期 2 0 0 9年 3月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I I I NG FLUI D COM PI ETI N FI U I D VO1 ． 2 6 NO ． 2 M a r ． 2 00 9 文 章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 2 0 0 4 3 0 3 抗高温 高密度水基钻井液室 内研 究 王旭 周 乐群 张滨 王亚彬 王 中华 杨 小华。 1 ． 中原石油勘探局钻井工程技术研究院 ． 河南濮阳 ； 2 ． 中国石化石油勘探 开发研究院钻井所 ． 北京 摘要 针对深井和超深井钻 井工 艺技 术对钻井液的要求． 合成 了抗高温不增 黏降滤失剂 C w l 、 抗盐高温高 压降滤失剂 【 ’ ； w一 2等处理剞。C GW l抗温达 2 2 0 C。 黏度低， 能避免钻井液高温增稠现象 ； C G W 2 具 有 良好 的抗 盐 性 能 。 以 它们 为主 处 理 剂 形 成 了密 度 为 2 ． 5 g c r l l 的淡 水 钻 井 液 及 密 度 为 2 ． 3 g ／ c m。的饱 和 盐 水 钻 井 液 。 实验 结 果 表 明 ， 该 抗 高 温高 密 度钻 井液 经 过 2 2 0 C、 1 6 h高 温 老 化 后具 有 良好 的 流 变 性 ， 高 温高 压 滤 失量 小 于 2 O mI ； 密度 为 2 ． 5 g ／ c r 1] 。的 淡 水钻 井液 具 有 良好 的 抗 岩 屑 、 黏 土 、 钙污 染能 力 、 较 强 的抑 制 性 和 良好 的 沉 降 稳 定 性 。 关键 词 高 密 度钻 井液 ； 高 温钻 井液 ； 降滤 失 利 ； 流 变 性 能 ； 饱 和 盐 水 钻 井 液 中 圈分 类 号 F E 2 5 4 ． 3 文献 标 识 码 A 钻井实践表 明 ， 高温 深井 钻井 液性 能难 以控 制 ． 已成 为制约深部地层石油 天然气资源勘 探 、 开发 的瓶 颈技术之一 。 。 。 ] 。高温促使钻井 液 中的黏 土颗粒 分散 度增 大 ， 这要求 合成 聚合物 的分 子量 不 能太 大 ， 以避 免在其有效加量范 围内造成 钻井 液严重 增稠 ， 同时要 求聚合物要有一定 的抑制性 ， 可 以有效地 抑制黏 土高 温分散 。因此 为解决 以上难题 ， 需 要研制 具有 良好抗 温能力 的不增 黏降滤失剂 ， 以达到在不增 加钻井 液黏 度情况下 。 有效地 降低滤失量 和保证高 温稳定性 。因 此基 于以上 研究 思路 ， 利用 分子设 计 原理 ， 合 成 了 抗高 温不增 黏 降滤 失 剂 C G W l ， 利 用分 子 修饰 原 理 合成 了抗 盐 高 温 高压 降 滤失 剂 C GW- 2 。 同时 以这 2 种 处理剂 为主处理 剂形成 了抗温 达 2 2 0 C的淡 水和 饱和盐 水钻井液 。 l 抗 高温 降 滤 失剂 的合 成 1 ． 1 C GW一 1 的合 成与性 能评价 1 ． 1 ． 1 抗 高温不 增黏 降滤失剂 C G W一 1的合成 实验原 料 液体 丙烯 酰胺 AM 、 丙 烯 酸 AA 、 2 - 丙烯酰 氧 异戊 烯磺 酸钠 AO I AS 、 C a ， 均 为工 业 品 ， 引发剂 和 Na H 为分析纯 。 合成 将 Na OH 溶 于适 量 水 配 成 溶 液 ， 然 后 加 入 a ， 在搅拌 下 加 入 液 体 AM 至 混 合 液 透 明 ， 再 依次加 入 A A、 A I AS ， 搅 拌使 之 溶解 ， 调 整 p H 值 至要 求 ， 加 入 一 定 量 引 发 剂 ， 在 搅 拌 下 反 应 5 ～ 1 5 mi n得凝胶 状产 物 ， 将 所得产 物剪切 造粒 ， 于 1 0 0 C 下烘 干粉碎 ， 该粉末 状产 品 即为 C Gw l共聚 物 。 1 ． 1 ． 2 CG W一 1的性 能评 价 1 抗温性 能。在 4 淡水 浆 中加 人 1 C G w l ， 分别在 1 8 0 、 2 0 0 、 2 2 0 C高温老化 1 6 h 后 ， 测定其表观 黏度和滤失量 ， 实验结果见 图 1 。 三 宅 皇 图 1 抗高温不增黏 降滤失剂 C G W 1 的抗温性能 由图 1 可 以看 出 ， 随 着温度 的升高 ． 钻 井液 的表 观黏度 先 升 高 后 降 低 ， 滤 失 量 由 l 4 ． 4 mI 降低 到 1 1 ． 6 mI 再 增 加 到 1 6 ． 8 mI ， 说 明共 聚物 CGW一 1 在 2 0 0 C下 的性能 优 于其 在 1 8 0 C下 的性能 ， 充 分 表 明 了该聚合 物 的 良好抗 温性能 。 2 不增黏性 能 。在 高温 条件 下钻井 液 中的膨 润 土颗粒会 出现高温分散 的现象 ， 导致钻 井液发生 高温 增稠， 这就要求处理剂在有效降低钻井液滤失量的同 时 ， 尽可能少地 增加 钻井 液 的黏度 ， 同时 要求 聚合 物 有一定 的抑制 性 ， 能 抑制 膨润 土 的高温 分散 ， 避免 钻 井液高温增稠 。表 1 是不 同聚合 物 1 水溶液的表观 黏度 ， 图 2 是 C C - W- ]在 8 淡水 浆中的性能 。 第一作者简介 王旭 ， 1 9 7 9年 生， 2 0 0 2年 毕业于北京 化工大学， 现在从事钻井液研 究工作 。地址 河南省濮 阳市 中原路 5 9 号钻井工程技术研 究院 ； 邮政编码 4 5 7 0 0 1 ； 电话 0 3 9 3 4 8 9 9 5 4 8 ； E ma i l z p e b w x 1 6 3 ． c o i l ] 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 9年 3月 表 1 不 同聚 合 物 1 ％ 水 溶 液 的 表 观 黏 度 注 S I P E 是 一 种 中 分 子 量 的 聚 合 物 降 滤 失 剂 ， P AMS 6 0 I为大分子璇的聚合物降滤失剂 。 C G W l 加 量 ／ ％ 图 2 C w 1在 8 淡 水 基 浆 中 的性 能 从表 1叮看 出 ， C GW 1的 1 水 溶 液 表 观 黏度 比 S l O P E和 P AMS 6 0 l溶 液 的 都 低 ， 说 明 C GW 1 分子量 较低 。从 图 2可 以看 出 ， 在 2 2 0 C老 化 1 6 h 后 ， 聚合物 加量从 0增 加到 0 ． 5 ， 表观黏 度从 5 1 ． 5 mP a S降低至1 8 ． 5 mP a S ， 滤失量从 2 2 ． 0 mi 降低 至 1 1 ． 2 mI ， 聚合 物加 量再增 加 到 1 ． 0 ， 表 观 黏度 和滤失量都略有 降低 ， 表明 C GW l在有效 降低钻 井液 滤失量 的 同时 ， 具 有一 定 的抑制性 ， 能 一定 程度 上抑 制膨 润土 的高温 分散 。通 过这两 方面 的性 能评 价 可 以看 出 ， C G W 一 1 具 有不 增黏性 能 。 3 抗 盐 能力 。在 4 膨润 土饱 和 盐 水浆 中加 入 不同量 的 C GW一 1 ， 在 2 2 0 C滚动 1 6 h后 ， 在 室温 测 定其 降滤失 能 力 ， 结果 见 图 3 。 由图 3可 以看 出 ， 随 着聚 合物加 量增 加 到 1 ． 5 ， 滤 失量 由 1 2 0 mL降 至 5 0 mI ， 表 明合 成聚 合物具 有 良好 的抗盐 性能 。 聚合物加量／ ％ 图 3 C GW～ 1 在饱和盐水浆 中的降滤失能力 1 ． 2 C G W一 2的合成与性能评价 1 ． 2 ． 1 抗盐 高温 高压 降滤 失 剂 C G W- 2的合 成 将褐 煤 、 有 机 单 体 、 改性 剂 、 接 枝 剂 等 按 比例 加 入高压 釜 ， 于 1 5 ～1 8 0。 C下 反应 4 ～6 h ， 取 出烘 干 ， 粉碎 即得 w一 2 。 1 ． 2． 2 CGW一 2的性 能评 价 将 密度 为 2 ． 3 g ／ c m 饱 和盐 水钻 井液 在 2 2 0 C 老 化 1 6 h后 ， 在 6 0℃测 定其 表观 黏度 和滤 失量 ， 实 验 结果 见表 2 。 由表 2可 知 ， 在 饱 和 盐 水 钻 井 液 中 加 入 C GW一 2后 ， 钻 井 液流 变 性能 变化 不 大 ， 中压滤 失量 由 4 ． 8 mI 降 至 0 ． 8 mI ， 高温 高压 滤 失量 1 8 0 ℃ 由 1 8 0 mI 降至 8 mI ， 说 明 C GW一 2具有 良好 的 降滤 失 和抗盐 能 力 。表 2中钻井 液配 方如 下 。 1 4 膨 润 土 3 6 Na C1 3 ～ 4 CGW 一 1 0 ． 5 XJ 0 ． 5 Z S C 一 2 0 1 2 Na OH 重 晶石 2 1。 8 ～ 1 2 CGW ～ 2 表 2饱 和 盐 水 钻 井液 性 能 注 ’『 | I I T H P 的实 验 温 度 为 1 8 0 C。 2 抗 高温高密度水基钻 井液研 究 抗高 温 不增黏 降 滤 失剂 C G W一 1分 子 的 主链 和 侧链 热稳 定性 高 ， 具 有 抗 高 温 、 不 增 黏 性 能 ， 能 有 效 避免钻 井 液 的高 温增 稠 ， 且 具 有较好 的降滤 失能 力 。 利用 分子 修 饰 原 理 合 成 的 抗 盐 高 温 高 压 降 滤 失 剂 C G W一 2具有 良好 的 降滤 失 能 力 和 抗 盐 能 力 。通 过 复 配使 用 C GW一 1和 C GW 2能 保 证 钻 井 液 有 较 好 的流 变性 、 降滤 失能 力 以及 抗 污染 能力 。 2 ． 1 淡水钻井液配方组成及性能 通 过 C GW一 1 、 C GW一 2与 其 他 处 理 剂 的配 伍 性 和加量 实验 ， 进行 了高 温 高 密 度淡 水 钻 井 液 配 方 试 验 ， 并 将所 设计 的高温 高 密 度淡 水 钻 井 液 在 2 2 0 C 老化 1 6 h ， 再 冷却 至室 温 ， 高 速 搅 拌 5 rai n以后 ， 在 6 0 I C 下 测 其性能 ， 结 果见 表 3 。由表 3 可 知 ， 密度 为 2 ． 3 、 2 ． 5 7 g ／ c m 的 淡水 钻井 液经 2 2 0 C、 1 6 h滚 动 后 ， 流 变 性 能 良好 ， 高 温 高 压 滤 失 量 小 于 2 0 mI ； C G W一 1 、 C GW一 2配合其他处理剂的协同作用 ， 能满 足井底 温度 达 2 2 0 C的钻 井 工艺要 求 。表 3中钻井 液配方 如下 。 3 2 膨 润 土 2 ．5 ～ 4 ． 0 C GW 1 6 ～ 8 9 ／ 6 C G W一 2 0 ． 5 X J 0 ． 5 Z S C 2 O 1 1 Na H重 晶石 4 1 膨 润土 2 ～3 CGW一 1 6 ～ 8 CGW一 2 0 ．5 X J 0 ．5 Z S C一 2 0 1 l Na H重 晶石 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 2期 王旭等 抗 高温 高密度 水基钻 井液 室 内研 究 表 3 不 同密 度 的 高 温 高 密度 淡 水 钻 井 液 性 能 注 FI 的 实 验 温 度 为 l 8 0 、 。 2 ． 2 饱和盐 水钻 井液配 方组成 及性能 由表 2可 以看 出 ． 密 度 为 2 ． 3 g, C I T I 。。的 饱 和盐 水钻井液 经 2 2 0 C 、 、 1 6 h热滚后性 能 良好 ， 1 8 0 C 、 高 温 高 滤 失量小 于 1 5 mI ． 说 明 由抗 高温 不 增 黏 降 滤失剂 、 w一 1 、 抗盐 高 温 高压 降 滤 失剂 C GW一 2配 制的抗 高温高 密度 钻井 液 抗盐 污 染 能 力强 ． 可 以满 足高温深 井钻井 技术要 求 。 2 ． 3 高温高密度淡水钻井液性能评价 2 3 1 抗黏 土、 岩屑 污染能 力 高 温高 密 度淡 水钻 _井液 的抗 岩 屑 、 黏 土污 染 能 力如表 4所示 。从表 4可 以看 出． 加 入 岩屑 粉 后 高 温高密 度淡水钻 井液 滤失 量 从 4 ． 0 mI 增 加至 5 ． 0 ml ； 膨润土 污染 后 ． 钻 井 液 滤失 量 从 4 ． 0 mI 增 加 至 6 ． 4 ml ． 说 明该 钻井 液 的抑 制 能 力较 强 ． 在 岩 屑 和黏上 污染的情 况下钻 井液仍具 有 良好 的性 能 。 表 4 3 配方 钻 井 液 的 抗 岩屑 、 黏 土 污染 能 力 t i -． 2 2 0 岛 温 老 化 l 6 11后在 6 0 C测 定 性 能 。 2 ． 3 2 抗 C a CI 污染 将 配制 好的钻井 液经过 2 2 0 C、 ] 6 h高 温老 化 后 ， 用不 同加 舒的 C a CI 进 行污染试 验 ． 在常 温下 测 定其性 能 。 结 果 见表 5 。 表 5 高温高密度淡水钻井液抗钙污染能力 注 *钻， t - 液在 2 2 0 C老化 1 6 h后， 在 6 0 Ci fl , 4 定性能 。 由表 5可 以看 出 ， 钙 离 子 含量 达 3 0 0 0 mg ／ I 时 ， 钻井 液表 观黏 度 从 1 1 1 mP a 降 至 9 4 mP a S ， 滤失量 变化 不大 ； 钙 离子 含量为 3 0 0 0 rag ／ I 污 染 的钻井 液再经 2 2 0 C高 温老 化 1 6 h后 ． 在 6 0 C测 得钻井 液 具 有 良好 的 流 变性 ， 滤 失 量 由 2 ． 4 mI 增 加至 4 ． 0 mI ， 表 明该钻井 液具有 良好 的抗钙 污染能 力 ， 可 以满足 实钻需 要 。 2． 3 ． 3抑制 防塌性 能 页岩 滚动 回收率 实验 表 明 ． 高温 高 密度 淡水 钻 井液 的一次 和 二 次 回 收率 分 别 为 9 9 ． 2 、 8 6 ． 3 ， 而清水 的 回收率 仅 为 1 3 ． 5 5 ． 说 明该 体 系抑 制 泥 页岩分 散 的能力较 强 ， 能 有效控制 泥页 岩水化 分散 。 2， 3 ． 4沉 降稳定 性 从 表 6可 以看 出 ， 高 温 高密 度淡 水 钻井 液经 过 4 8 h静 置后 ， 上下 密 度 差为 0 ． 0 2 g ／ c m ， 说 明该 钻 井液具 有 良好 的沉 降稳定性 。 表 6 高温 高密度淡水钻井液的沉 降稳定性 3 结论 1 ．合成 厂 抗 高 温不增 黏 降滤失 剂 C G W- 1 ． 其 抗 温达 2 2 0 C； 在淡 水钻 井液 、 饱 和盐 水钻 井液 中具 有 降滤失 能力 ； 黏度低 ， 能避免钻井液高温增稠现象 。 2 ．合 成 了 抗 盐 高 温 高 压 降 滤 失 利 C GW一 2 ， C G W一 2具有 良好 的高 温降滤 失能 力和抗盐 性能 。 3 ． 利用 C G W-- l 与 C GW 2以及其它处 理剂 的协 同作用 ， 形成 r 抗温 达 2 2 0 C、 密度达 2 ． 5 7 ／／ c m。。 的 淡水钻井液及 密度为 2 ． 3 g ,／ c m。 的饱和盐 水钻井液 ， 该钻井液 的流 变性 能 、 抗 高温降 滤失 能 力 、 高温 稳定 性能 良好 。淡水 钻井 液具 有 良好 的抗岩 屑 、 黏 土 、 钙 污染能力 、 较强 的抑制性 和良好 的沉 降稳 定性 。 参 考 文 献 l J 汪世国 ， 张毅 。 等． 莫深 1井抗 高温高 密度水基 钻井液 体系室内研究[ J ] ． 新疆石油科技 ， 2 0 0 6 ． 3 1 6 9 1 3 [ 2 ] 张喜风 ， 挛天太 ， 等． 深井抗 高温高密度盐 水钻井 液实 验研究 [ J ] ． 西安 油大学学报， 2 0 0 7 ． 2 2 5 3 7 4 0 [ 3 ] 梁 大川 ． 汪世 国． 等． 抗高温 高密度水 基钻井液体 系研 究 E J ] ． 西南石油大学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 0 1 1 1 3 6 [ 4 ] 王 中华． 钻井液化学品设计与新产品开发 M ． 陕西西 安 西 北 夫学 出版 社 ． 2 0 0 6 收 稿 日期 2 0 0 8 1 2 - 3 0； HGF一0 9 0 2 W 1 ； 编 辑 汪桂 娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m