240℃超高温饱和盐水钻井液室内研究.pdf

第 2 8卷 第 4期 2 0 1 1 年 7月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D ＆ COM PLET1 0N FLUI D Vo 1 ． 28 NO ． 4 J u l y 2 01 1 文章编号 l O 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 4 0 0 1 9 0 3 2 4 0 O C 超高温饱和盐水钻井液室内研究 王旭， 王中华， 周乐群 ， 张滨 ， 胡小燕， 王亚彬 中原石油勘探局钻井工程技术研究院，河南濮阳 摘要针对超深井钻井工艺对钻井液的要求，采用抗高温降滤失剂MP 4 8 8 、抗高温解絮凝剂L P 5 2 7 、抗盐高 温高压降滤失剂HT A S P，配制了抗温达 2 4 0℃、密度为 2 ． 0 g ／ c m 的饱和盐水钻井液体系。性能评价结果表明，该 钻井液体系经过 2 4 0℃、1 6 h高温老化后具有 良好的流变性，高温高压滤失量 1 8 0 小于2 0 mL，钻井液抗钙、 钻屑、黏土污染性能好，页岩一次回收率达 9 7 ． 4 ％，沉降稳定性好。 关键词 降滤失剂 ； 解絮凝剂 ； 抗高温 ； 不增黏 ； 高温 ； 流变性能 ； 饱和盐水钻井液 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识 码 A 在高温深井 的钻井过程 中，随着井深的增加 ， 钻井难度逐渐提高，尤其是在超深井的钻探过程 中，钻遇盐或盐膏混层时 ，钻井液 的流变性和滤失 量控制非常困难 ，钻井液性能往往是直接影响钻探 成败 的首要 因素。以上问题 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 [ 1 - 2 ] 。因此 ， 根据 实 际需 要 [ 3 - 7 ] ，采用 抗高 温降滤 失剂 MP 4 8 8 、 抗高 温解絮凝剂 L P 5 2 7和抗盐 高温高压 降滤失剂 H T AS P ，形 成 了抗温 达 2 4 0℃、密度 为 2 ． 0 g ／ c m 的饱和盐水钻井液体 系，并在室 内对其进行 了性能 评价 1 实验仪 器 、材 料及 方法 高温滚动加热炉 5 0 ～3 0 0℃； Z N N． D S型旋 转黏度计 ； Z NS型失水仪 ； 7 1 型高温高压失水仪 ； 变频高速搅拌机 。 膨润土 钙基 ，重 晶石 ，磺化褐煤 ，均取 自 现场 ； 抗 高温降滤失 剂 MP 4 8 8 ，抗 高温解 絮凝剂 L P 5 2 7 ，抗盐高温高压降滤失剂 H T AS P，高温稳定 剂 C G W- 5 ，高温保护剂，均为室内合成。 钻井 液性能测 试按 照 G B ／ T 1 6 7 8 3 -- 1 9 9 7水基 钻井液现场测试程序进行。 2 实验 结果 与讨论 2 ． 1 单因素对饱和盐水钻井液性能的影响 评价 了各 因素对饱和盐水钻井液性能 的影响 ， 实验时将钻井液在 2 4 0℃老化 1 6 h ，然后在 6 0 下测定其常规性能。实验用基础配方如下 。 1 ％～6 ％ 膨润土浆 0． 5 ％～2 ． 5 ％ MP 4 8 8 2 ． 5 ％ ～ 3 ． 5 ％ L P 5 2 7 0． 5 ％ ～ 3 ． 0 ％ CGW． 5 3 ． 0 ％ ～ 7 ． 0 ％ HT AS P 0 ． 5 ％～ 2 ． 0 ％ Na OH 3 6 ％Na C l 重晶石 加重至密度为 2 ． 0 g ／ c m 2 ． 1 ． 1 膨润土含量 膨润土含量对饱和盐水钻井液眭能的影响见表 1 。 表 1 膨润土含量对饱和盐水钻井液性能的影响 注 钻井液密度为 2 ． 0 g ／ e ra ，凡 H T H P 在 1 8 0℃、3 ． 5 MP a 下测定。 基金项 目 中原石油勘探局科技攻关项 目 “ 抗温2 4 0℃水基钻井液体系研究” 2 0 0 9 3 1 3 部分研究成果。 第一作者简介 王旭，工程师，1 9 7 9年生，2 0 0 2年毕业于北京化工大学化学工程专业，现在从事钻井液技术研究工作。 地址 河南省濮阳市中原路 5 9号 ；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 m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 钻 井 液 与 完 井 液 表 1 所示 ，随着膨润士 量 的增加 ，钻井液 的黏度干 切力逐渐升高 ，中压滤失量 、高温高压滤 欠 先降低后升高。通过实验确定合适的膨润土力 I I 艟为 2 ％～4 ％ 、 2 ． 1 ． 2 Na O HJ J I I 量 f n J 表 2所爪 ，随着 Na OH加量的增加 ，钻井液 的表观黏度和高温高 滤失量先降低后增大 ， Na O H 的合适加 为 1 ． 0 ％～ 1 ． 5 ％。存饱和盐水钻井液 1 1 ’ 高温的作用使 N a 深入膨润士颗粒 ，置换 H‘ ，使 钻井液 p H值下降， 此用 N a O H将老化后的钻井 液 p H值渊 整为 9后冉次评价钻井液性能。由实验 结果 f 知 ，渊整 p H值后钻井液的流变性改善明显 ， 高温高压滤失量有 一 定的降低，所以超高温饱和盐 水钻 升液 的 p H值应 8 ． 5 ～9 ． 5之 问， 为 p H 值过低时 ，黏 土水化分散性弱 ，黏土颗粒聚结 导致 钻井液增稠 ；当 p H值过高时 ，钻井液 中的黏土颗 粒容易产尘高温钝化 ，使钻井液塑性 黏度提高 ，动 切 力和初终切降低 ，滤欠量增 大 ，p H值过高还会 促使处理剂的分子链断裂 ， 加剧处理剂的高温降解 。 表 2 p H值对饱和盐水钻井液老化后性能的影响 Na OH／ 州 AV ／PV ／Y P／ G F L ／ 凡 ⋯ P ／ ％ pH mPa． s mP a． s P a Pa ／ P a I 1I1 L pH 1nL 小删 l 0 7 ． 5 5 3 5 4 ． 5 3 5 ． 0 ／ 4 4 ． 0 4 ．8 7 ． 0 4 0 0 5 删 D H 7 6 ． 0 3 5 41 ． 0 2 3 ．0 ／ 2 6 ． 0 4 ． 8 9 ．0 2 8 州挚 6 4 ． 0 4l 2 3 0 9 ．0 ／ 1 4 ． 5 8 ．0 7 ． 5 2 0 1 ． 0 p l 1 6 2 0 40 22 ． 0 9．0／ 1 3． 5 7． 0 9．0 1 6 jJ l1J 6 5 ． 0 4 0 2 5 0 7 0 ／ 1 1 ．5 1 3 ． 0 7 ． 5 3 0 l 5 州 p H 6 2 ． 0 4 7 1 5 ． 0 5 0 ／ l 2 ．0 1 4 ．0 9 ．0 2 4 小州 5 9 ．0 5 3 6 ． 5 1 5 ／ 4 ．0 1 1 ． 0 8 ． 0 5 0 2 0 洲 p i t 4 9 ． 5 3 6 1 3 ． 5 3 ． 0 ／ 8 ． 0 1 2 ． O 9 ． 0 3 8 钻外液密度为 2 ． 0 g ／ c m ； 川 N a OH凋 p H值 、 2 ． 1 ． 3高温稳定 ,l C G W- 5 ／ ] n 量 如 表 3所 示 ，随 着 C G W． 5加 量 的 增 加 ，钻 液 的表观黏 度 、切 力逐渐增加 ，而 高温 高爪滤 失量是先降低后增 力 I 』 ，说明 C GW- 5的合适加量 为 1 ． 5 ％ ～ 2 ． 0 ％ ，、 2 ． 1 ． 4 抗高温解絮凝NL P 5 2 7 ／ J n 量 如表 4昕， J ，抗高温解絮凝剂 L P 5 2 7的加 鞋从 2 ． 5 ％ 增l力 l l 拿 3 ． 5 ％，钻井液的表观黏度从 7 6 ． 5 mP a s 下降 6 3 ．5 m P a s ，动切力从 3 5 ．5 P a 下降至 2 2 ． 5 P a ，切 力从 1 9 ． 5 ／ 3 0 P a ／ P a 下 降至 7 ／ 1 9 P a ／ P a ，而 中 滤失量和高温高 滤失量变化不大 ，蜕 高温 饱和盐水钻井液 r { J 利，} _} J 解絮凝j f I J 可有效改善钻 液 的流变性。L P 5 2 7分子 世较低 ， 饱干 l J 盐水钻“液 巾可以吸附在膨润土颗粒 的断键边缘形成吸附水化 层 ，消弱黏土颗粒之 盐 的絮凝作川 j 彤成 的端一 面和端一 端 的连接，消弱或拆散钻 外液 t l I f ， 1 问 架结构 ，降低黏度和切力， 就是起铡解禁凝作川 表 3 C GW一 5加量对饱 和盐水钻 井液性能的影响 ％ mPa S mPaS P a P a ／ Pa mL 0． 5 6 7． 5 4 7 20 ． 5 8． 0 ／ 1 2． 0 4． 0 1 ． 0 66． 5 4 5 21 ． 5 9． 5 ／ l 3． 5 4． 8 1 ． 5 68． 5 44 2 4． 5 l 1 ． ／ 1 7 ． 0 3 2 2．0 7 5 5 4 7 28 ． 5 l 2． ／ 】 9． 0 2． 8 3．0 8 O． 0 5 0 30 0 1 6 0 ／ 2 3． 4． 4 ． ． F’ ⋯ 川 l 1 ] 【 _ 9 ． 0 44 9 0 3 6 9 0 20 8． 5 2 4 8 5 3 2 表 4 L P 5 2 7加量对 饱和盐水钻 井液性 能的影响 2 ． 1 ． 5 抗高温降滤失剂MP 4 8 8 加量 如表 5所 尔 ，随抗 高温降滤 火制 MP 4 8 8 加 } 的增加 ，钻 ， }丰 液的表观黏度 、} J J J 逐渐增』 】 I 1 ，l f l 川 滤失量和高温岛 滤失量逐渐降低 ，说『 J』 』 MP 4 8 8 在饱 和盐水 浆 巾能较好地 提 离钻 外澉的黏度 力 、降低钻 J r 液的高温高J } i 鞋 ． 表 5 MP 4 8 8加量对饱和盐水钻 井液性能的影 晌 MP 4 8 8为梳 聚合 物降滤 _大制 ，梳 J 结构 能 保护分子中的u 及附堆 和水化基川 ， 离 热稳定 性 ，保证处理剂 商 温条件 有较骰的降滤火干 u 摊 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 4期 王旭等2 4 0℃超 高温饱和盐水钻井液室内研 究 2 l 黏度 、切力 的作用。 2 ． 2 钻井液配方的确定 通过对各种不同处理剂加量 的考察 ，在文献 [ 7 ] 的基础上确定 了抗温达 2 4 0 c jC、密度为 2 ． 0 g ／ c m 的 饱和盐水钻井液配方如下。 2 ％～4 ％ 膨润土浆 1 ％～2 ％ MP 4 8 8 3 ％ ～ 4 ％ LP 5 2 7 1 ％ ～ 2 ％ CGW ． 5 5 ％ ～ 9 ％ HT AS P 1 ％～2 ％ Na O H 3 6 ％Na C l 重品石 该饱和盐水钻井液的漏斗黏度为 7 6 S ，滤失量 为 2 ． 8 mL，表观黏度为 7 5 mP a S ，动切力为 2 1 P a ， 切力为 8 ／ 1 3 ． 5 P a ／ P a ，1 8 0℃下 的高温高压滤失量为 1 6 m L。 2 ． 3 钻 井液性 能评价 2 ． 3 ． 1 抗Ca C 1 ， 污染 将钻井液经 2 4 0 o C 老化 1 6h后 ，加入不同加量 的 C a C 1 ， ，常温下狈 0 其性能 ，结果见 图 1 。 C a 2 ／ mg ／ L 冈 1 C a C1 加量对钻井液性能的影响 罡 由此可知 ，随着钙离子浓度的增加 ，钻井液的 滤失量 、表观黏度均变化不大 ，当钙离子累计含量 达 5 0 0 0 mg ／ L后 ，钻井液仍具有 良好的流变性和较 低的滤失量 。 2 ． 3 ． 2 抗黏土、岩屑污染能力 如表 6所示 ，在饱和盐水钻井 液中加入 5 ％ 岩 屑粉和 5 ％ 钙膨润土 ， 钻井液经 2 4 0 老化 1 6 h后 ， 在 6 0 下仍具 有 良好 的流变性 和较 低 的滤失 量。 说明该钻井液体系的抑制能力强。 表 6 抗黏 土、岩屑污染试验 2 ． 3 ． 3 抑制性 将 页岩加入 饱和盐 水钻井液 中，该 钻井液 经 过 2 4 0 老化 1 6 h后 ，测 得钻井液 的一次 回收率 达 9 7 ． 4 ％，二次 回收率 为 8 9 ． 3 5 ％，相对 回收率 为 9 1 ． 7 4 ％，表明该钻井液 的抑制性强 ，可有效控制泥 页岩的水化分散 、控制劣质 同相的高温分散。 2 ． 3 ． 4 沉降稳定性 该饱和盐水钻井液经 2 4 0 o C老化 1 6 h后 ，静置 7 2 h ，钻井液的上下密度差仅为 0 ． 0 4 g ／ c m ，说明该 钻井液具有良好的沉降稳定性。 3 结论 1 ． 以抗高温不增黏降滤失剂 MP 4 8 8 、抗高温解 絮凝剂 L P 5 2 7 、抗盐 高温 高压 降滤失 剂 HT AS P为 主处理剂辅助其他处理剂的协 同作用形成 了抗温达 2 4 0 c C、密度为 2 ． 0 g ／ c m 的饱和盐水 钻井 液体 系， 该钻井液经过 2 4 0 c 老化 1 6 h 后 ，流变性较好 ，高 温高压滤失量 1 8 0℃ 小于 2 0 mL，能满 足井底温 度达到 2 4 0 的钻井工艺要求 。 2 ． 抗温达 2 4 0℃ 、密度为 2 ． 0 g ／ c m 的饱和盐水 钻井液具有 良好的抑制性 ，抗钻 屑、黏土污染能力 强 ， 抗钙能力达 5 0 0 0 mg ／ L， 具有 良好的沉降稳定性。 参 考 文 献 [ 1 】 王显光，杨小华 ，王琳 ，等 ． 国内外抗高温钻井液降 滤失剂研究与应用进展 [ J J ． 中外能源，2 0 0 9 ，1 4 4 37 42． [ 2 ] 王旭 ，周乐群，张滨，等 ． 抗高温高密度水基钻井液室 内研究 『 J _】 ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 9 ，2 6 2 4 3 4 5 ． [ 3 】 王中华 ． 超高温钻井液体系研究 I 抗高温钻井 液处理剂设计思路 [ J 】 ． 石油钻探技术， 2 0 0 9 ， 3 7 3 1 - 7 ． [ 4 ] 王中华， 王旭， 杨小华 ． 超高温钻井液体系研究 Ⅱ 聚合物降滤失剂的合成与性能评价 石油钻探技术 ， 2 0 0 9 ，3 7 4 1 - 6 ． [ 5 ] 王中华，王旭 ． 超高温钻井液体系研究 I l I 抗盐 高温高压降滤失剂研制 『 J ] ． 石油钻探技术， 2 0 0 9 ， 3 7 5 5 9． f 6 ] 王中华， 王旭 ， 杨小华 ． 超高温钻井液体系研究 Ⅳ 盐水钻井液设计与评价 [ J ] ． 石油钻探技术， 2 0 0 9 ， 3 7 6 1 5 ． [ 7 ] 王中华 ． 钻井液降滤失剂 P A MP S I P AM． A M 的合成 与评价 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 2 1 0 ． 1 3 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 0 2 2 5 ；H G F I 1 0 4 N5 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m