抗高温海水无黏土相钻井液研究.pdf

第 2 9卷 2 0 1 2正 第 6 期 1 1月 钻井液与完井液 DRI LL I NG F LUI D COMP LET 1 0N F L UI D Vb1 ． 29 NO ． 6 NO V ．2 0 1 2 【 理论研究与应用技术 】 抗高温海水无黏土相钻井液研究 杨鹏 ， 吕开河 ， 隗虎 ， 尹方雷 1 ． 长城钻探工程公司工程技术研究院，辽宁盘锦 ； 2 ． 中国石油大学 华东 ，山东青岛 ； 3 ． 长城钻探钻井二公司，辽宁盘锦 杨鹏等 ． 抗高温海水无黏土相钻井液研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 6 2 1 - 2 3 ，2 7 ． 摘要 通过室内研究， 优选出适用于抗高温海水无黏土相钻井液的增黏剂、 降滤失剂、 润滑剂和防塌抑制剂等， 研制 了抗高温海水无黏土相钻井液。其性能评价结果表明 该海水无黏土相钻井液耐温达 1 5 0 ，同时具有较好 的抗膨润土污染能力，润滑性和防塌性较好 ； 体系易于控制，能有效减少井下事故的发生，提高钻进速度 ； 岩心 渗透率恢复率大于 9 3 ％，具有较好的储层保护效果。 关键 词 海水 ； 无黏土相 ； 钻井液 ； 高温 ； 性 能评价 ；油气层保 护 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 20 6 ． 0 0 2 1 ． 0 3 随着油气 田勘探开发 由陆地 向海上发展 ，海水 钻井液体系的应用与研究越来越多。 海水含盐量高 ， 成分复杂 ，不但含有多种无机盐类 ，且含有各种有 机物 ，增大了配制海水钻井液 的难度 。无黏土相钻 井液中不存在黏土等亚微米固相颗粒 ，可减少对油 气层的损害，同时解决了携砂、清洁井眼和减少钻 头阻力 的难题 ，从而提高了钻进速度 。因此 ，通过 对处理剂 的优选 ，研制 了一种抗高温海水无黏土相 钻井液 。【 1 抗高温海水无黏土相钻井液研究 1 ． 1 增黏提切剂 以丙烯酸、丙烯酰胺 、磺酸基共聚物 、阳离子 单体等通过溶液 聚合方式合成了磺酸盐共聚物增黏 降滤失剂 S S D P ，其性能如图 l 、图 2 所示。由图2 可 以看 出，S S D P在清水 中具有较好的增黏降滤失 作用 ，同时可抗 1 8 0℃高温 ，因此可应用于无黏土 相钻井液中。 S S Dp ／ ％ 图 1 S S D P在 清水 中的性能 热滚条件为 1 5 0 o C 1 6 h 6 O 5 5 5 0 4 5 4 0 3 5 3 O 2 5 2 0 ℃ 图 2 S S D P加量为 2 ％ 时的抗温性能 热滚时间为 1 6 h D DL是线性高分子聚合物 ，具有较强的增黏提 切能力 和抗 温性能 ； P AM 是油 田常用 的线性 高分 子聚合物 ，具有较强 的增黏能力 ，分子量为 l 4 0 0 万。 实 验 表 明，S S D P、DDL 、P AM 聚 合 物 复 配 基金项 目 国家科技重大专项 “ 煤层气井钻井关键技术研究” 2 0 0 9 Z X0 5 0 6 0 和 “ 储层保护机理及新技术研究” 2 0 0 8 Z X0 5 0 0 2资助 。 第一作者简介 杨鹏，硕士研究生，毕业于 中国石油大学 华东 ，现在主要从事钻井液 室内研 究及 技术服务方 面的工作。地址 辽宁省盘锦 市兴隆台区惠宾街 9 1 号长城钻探工程技术研 究院钻 井液所 ；邮政编码 1 2 4 0 0 0； E ． ma i l y a n g p e n g 0 0 6 2 5 1 6 3 ．t o m。 1 ． J j r t I j 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 1 1月 并加 入 四硼酸钠 儿一 8 在海水 中具 有较好 的增 黏 提 切作 用 。对 3种 增 黏 剂 进 行 不 同加 量 的实 验 ，测定热滚前后钻井液性能 热滚条件为 1 5 0 1 6 h ，实验结 果见 表 1 。 由表 1可知 ，增 黏 剂 加 量 为 0 ． 6 ％S S DP 0 ． 8 ％D DL 0 ． 8 ％P A M 时 ，钻 井 液热滚 前后 的黏度 和切 力变化较小 ，动塑 比可达 O ． 4 5 P a ／ mP a S ，满足钻井液携岩的要求 。 表 1 增黏剂加量对钻井液流变性的影响 注 基础配方为海水 0 ． 2 ％Na 2 C O 3 0 ． 5 ％J L - 8； 热滚条 件为 1 5 0℃、1 6 h 。 考察 了 J L ． 8对钻井液性 能的影响 ，实验结果 见表 2 。由此 可知 ，在 几 8加量为 0 ． 5 ％ 时，钻井 液热滚前后的性能变化较小 ，表观黏度和动切力较 理想 ，综合考虑 ，儿． 8的加量为 0 ． 5 ％。 表 2 儿． 8 加量对钻 井液流变性的影响 注 基础配方为海水 0 ． 2 ％Na 2 C O 3 0 ． 6 ％S S DP 0 ． 8 ％DD L 0． 8 ％ P AM 。 1 ． 2 降滤失剂 通过实验确定 以超细碳酸钙和 S L ．1 I 复配作为 降滤失剂方案，研究了不同加量降滤失剂对降滤失 效果 的影响 热滚条件为 1 5 0℃ 1 6 h ，实验结 果见表 3 。由表 3可得 ，随超细碳酸钙和 S L ．Ⅱ加 量的增加 ，滤失量降低 ，黏度和切力满足钻井液的 要求 ； 热滚前后流变性能变化较小 ； 但超细碳酸钙 和 S L ． Ⅱ加量超过 3 ％ 时，滤失量变化不大 ，黏度 有所增加 ； 综合考虑 ，降滤失剂的适宜加量为 3 ％ 超细碳酸钙 3 ％S L I I 。 表 3 降滤失剂的加量对体系滤失量的影响 注 基础配方为海水 0 ． 2 ％Na 2 C O 3 0 ． 6 ％S S DP 0 ． 8 ％D DL 0 ． 8 ％P AM 0 ． 5 ％J L一 8 。 1 ． 3 防塌剂和 润滑剂 选用胺基聚醇 AP ． 1 作为防塌剂，H L 一 8作润滑 剂 ，考察 AP ． 1 和 H L 一 8对流变性 的影响 ，热滚条件 为 1 5 0℃ 1 6 h ， 实验结果见表 4 。由表 4 可以看 出， 加入润滑剂和防塌剂后，体系的滤失量降低，流变 性能较好 ，满足钻井液的要求。 表 4 添加剂对基浆热滚 前后 1 5 0 o C、1 6 h 的性能影响 注 基础配方为海水 O ． 2 ％ Na 2 C O 3 0 ． 6 ％S S D P 0 ． 8 ％DD L 0 ． 8 ％P AM 0 ． 5 ％J L ． 8 3 ％ 超细碳酸钙 3 ％S L lI 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 6期 杨鹏等抗 高温海水无黏 土相钻井液研 究 2 3 2 海水无黏土相钻井液性能评价 性能， 能 减少 井下复 杂 事故的 发 生， 提高 钻 进速 度。 海水无黏土相钻井液的基本配方如下 。 海 水 O ． 2 ％Na 2 CO3 O ． 6 ％S S DP 0 ． 8 ％DDL 0 ． 8 ％P AM 0 ． 5 ％几． 8 3 ． O ％S L 一 Ⅱ 3 ． O ％超细碳酸钙 1 ． 0 ％ HL． 8 2 ％ AP一 1 2 ． 1 抗 土污染 性能 在 海 水 无 黏 土 相 钻 井 液 中，分 别 加 入 5 ％、 1 0 ％、 1 5 ％ 的膨润土， 测钻井液热滚前后的性能 热 滚条件为 1 5 0℃ 1 6 h ，实验结果见表 5 。由表 5 可看 出 随着膨润土加量 的增大 ，无黏土相钻井液 的黏度小幅度增加 ，中压滤失量降低 ，切力略有增 加 ，直到土加量达 到 1 5 ％ 时，钻井液黏 度才 出现 较大幅度变化 。因此 ，海水无黏土相钻井液具有较 好 的抗膨润土污染能力 ，抗膨润土污染 的容量限在 1 0 ％ 以 E。 表 5 海水无黏土相钻井液抗膨润土污染性能评价 2 ． 2 抗温 性能 海水无黏土相钻井液抗温性能实验结果见表 6 。 由表 6可以看 出，随着温度 的升高 ，海水无黏土相 钻井液流变性 比较稳定，表观黏度和动切力随热滚 温度升高变化较小 ，当温度超过 1 5 0℃，钻井液的 黏度切力开始下降，由此可见，海水无黏土相钻井 液 的耐温能力达到 1 5 0℃。 2 ． 3润滑性 能 室内采用 E P 极压润滑仪测得海水无黏土相钻 井 液的极压润滑系数为 0 ． 0 4 8 ，接近于油基钻井液 的润滑系数，远低于普通水基钻井液 0 ． 1 ～0 ．2的润 滑系数 ，说明海水无黏土相钻井液具有较好 的润滑 表 6 海水无黏土相钻井液抗温性能 2 ． 4 防塌 性 称取 5 O g的粒径为 2 ． 0 ～3 ． 2 mm 的东营组钻屑 加 入到钻井液 中，在 7 7℃ 1 6 h条 件下热滚后 ， 过孔径为 0 ． 4 5 mm筛回收称重 ，质量为 4 8 ． 1 6 g ，回 收率为 9 6 ． 3 2 ％。页岩膨胀实验见 图 3 。由图 3 可知， 岩心在海水无黏土相钻井液 中的膨胀率 明显小于清 水 中的膨胀率 ，说明该钻井液能有效抑制泥页岩的 水化膨胀 。因此该钻井液具有较好 的防塌性能。 霉 耋 6 0 5 0 40 3 0 2 0 l 0 0 f m 图 3 海水无黏土相钻井液页岩膨胀 曲线图 2 ． 5 储层保护性能 采用 YB H． 1 岩心流 动实验 仪 ，用海水无 黏土 相钻井液对不 同渗透率 的人造岩心进行污染实验 ， 然后测定 岩心渗透率恢复值 ，计算渗透率恢复率 ， 结果见表 7 。 表 7 海水无黏土相钻井液渗透率-恢复实验 下转第2 7 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 6期 李东进等 吉林油田甲酸盐无固相欠平衡钻井液技术 2 7 表 7 甲酸盐钻井液应用井的机械钻速及钻井周期 筹衡／m钻 井 液 m P a 机 剐 表 8 甲酸盐钻井液应用 井的储层保护效果 3 结论 与认 识 1 ． 用甲酸盐配制的无 固相钻井液密度可调范 围 大 ，溶解速度快 ，且溶液黏度较低 ，具有 良好 的流 变性与较低的切力值。 2 ． 新浆第一次人井后 ，经过高温 、水眼剪切后， 漏斗黏度下降 2 0 S 左右 ，可加入增黏剂、储层保护 剂 、降滤失剂进行调整。 3 ． 在英 台地区深层欠平衡井段钻井施工过程 中 使用 甲酸盐无固相钻井液 ，与使用抗高温成膜聚合 物钻井液相 比，机械钻速平均提高了 5 7 ％ ； 与使用 水包油钻井液对 比，机械钻速平均提高了 2 0 ％。 参 考 文 献 [ 1 ] 张丹阳，耿晓光，周大宇，等 ． 无固相钻井液的室内实 验研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 3 3 8 ． 4 0 ． [ 2 ] 程玉生，杨洪烈，张明，等 ． 无 固相有机盐钻井液在 南海西 部 H K2 9 1 - 2井 的应用 [ J ] ． 钻井液 与完井 液， 2 0 1 1 ，2 8 6 2 7 ． 2 9 ． 收稿 日期2 0 1 2 ． 0 8 ． 0 6 ；H GF 1 2 0 5 N8 ；编辑王小娜 上接第2 3 页 由表 7可看出 ，海水无黏土相钻井液对岩心伤 害小 ，渗透率恢复值大于 9 3 ％，说明海水无黏土相 钻井液具有很强的保护油气储层 的能力。 3结论 与 建议 1 ． 通过室内研究 ，优选出适用于抗高温海水无 黏土相钻井液体系的增黏剂、降滤失剂、润滑剂和 防塌剂 ，研制出抗高温海水无黏土相钻井液 。 2 ． 所研制的海水无黏土相钻井液具有较好 的抗 温性能 ，耐温达 1 5 0℃，可应用于深井 、超深井 ； 同时具有较好 的抗土污染性能 ，润滑性 和防塌性较 好，岩心渗透率恢复率大于 9 3 ％，能够较好地保护 油气储层。 3 ． 抗高温海水无黏土相钻井液性能维护简单， 能有效减少井下事故的发生 ，提高钻井速度 ，具有 较好的经济效益。 参 考 文 献 c o n c e p t u a l d e s i g n o f a n o n -- i n v a s i v e s o l i d s f r e e d r i l l - i n fl u i d [ R] ． S P E 9 4 2 8 7 ，2 0 0 5 1 - 5 王仲广，唐红霞，王涛，等 ． 抗高温抗海水降滤失剂的 研究与性能评价 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 0 ， 2 7 2 1 4 1 5 ． J a vo r a P H ，Ba c c i ga l o pi Gl e nn D ，Sa nf o r d J o h n R， e t a 1 ． Ef f e c t i v e h i g h - d e n s i t y we l l b o r e c l e mi n g fll u i d s b r i n e - b a s e d a n d s o l i d s f r e e [ J ] ．S P E 9 9 1 5 8 ． Sa muel M ， M a r ci ne w R， A1 一 Ha r bi M ， et a 1 ．A ne w s o l i d s - f r e e n o n -- d a ma g i n g h i g h t e mp e r a t u r e l o s t c i r c u l a t i o n p i l l d e v e l o p me n t a n d f r i s t f i e l d a p p l i c a t i o n s [ R ] ． S P E 81 49 4． 刘晓栋，徐鸿志，王宇宾 ． 大港滨海区块磺酸盐共聚物 高温海水基钻井液 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 0 ， 2 7 6 3 0 ． 3 3 ． Co b i a n c o S， Ba r t o s e k M ， Le z z i A ， e t a 1 ． Ne w s o l i d s f r e e d r i l l i n fl u i d f o r l o w p e r me a b i l i t y r e s e r v o i r s [ R ] ． S P E 6 49 79， 20 01 1 - 5 ． 张冬玲，薛玉志，马云谦，等 ． 无固相抗高温钻井完井 液在渤深 6区块的应用 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 0 8 ，2 5 11 2 ． 1 4 ． [ 1 ] Ma r t i n s A L，Wa l d ma n n A T A，R i b e i r o D C，e t a 1 ．T h e 收稿 日2 0 1 2 6 - 1 ；HG F 1 2 0 6 F 7 ；编辑付碉颖 吲 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m