乙二醇基添加剂在钻井液中的应用.pdf

乙二醇基添加剂在钻井液中 S ilm o n S e a t o n △t0 、 的 甓 、 丁 f2 I 丫 、 翻 译 圭 旦 新 疆 石 油 管 理 局 钻 井 公 司 校对李文林 新疆石油管理局钻井公司 钱续军 瓿疆石油管理局钻井工艺研 究院 前 言 钻遇复杂的、水敏性强的泥页岩地层对钻井和钻井液公司提出了严峻考验，另外许多 国家还采用严格的环保法律使这种挑战雪上加霜。实际 k ，以前钻水敏性强的泥页岩地层 时，曾经选择乳化钻井泥浆体系，如油基泥浆和油包水乳化泥浆，但由于环保和经济方面 的原因，未能推广使用。 寻找一种既对水敏性强的页岩地层有抑制作用，又能满足环保要求的水基泥浆或添加 剂是对钻井泥浆工作者的挑战。使用乙二醇作为钻井液的添加剂已经有几年的历史，最近 人们的工作焦点是使用浊点的乙二醇作为页岩抑制剂。丰富的经验及对页岩抑制剂的深刻 认识 ，使 人们 成功地发展和应用 了乙二醇增效泥浆 ，即 G E M 乙二醇 的浊点 浊点是乙二醇在水中的反向溶点。大多数盐类在水中的溶解度随温度的升高而增加， 但乙二醇随着温度的升高其溶解度反而降低，直到在一定温度下产生微乳状液，在溶液中 呈云状，乙二醇产生云状的温度称为浊点。这种现象具有可逆性 当温度降低时．乙二醇 又完全溶解 产生浊点的温度取决于乙二醇的选择，即乙二醇在溶液中的浓度及在溶液中 盐的浓度，如钾或钠盐 尽管有人认为，乙二醇的浊点对其性能没有作用 但实践表明， 如果井底温度超过乙二醇的浊点温度，乙二醇在泥浆中处于非溶解状态，其泥浆体系性能 得到很大改善，形成的微乳状液称为 “ 热作用泥浆 ”。 乙二醇泥浆的室内试验 环保法、经济原因及钻井经济和经营者的偏爱都对钴井液的选择有影响 乙二醇增效 泥浆 GE M是将 乙二醇加入到现场常用的水基泥浆 中，并确保原泥浆体系的优 点不受影 响。由于乙二醇的浓度可 调整，因而在试验条件下不改变现有泥浆体系中盐度和组份的 情况对 ，能够保证乙二醇的浊 点和体系性能 良好 。 用线性膨胀仪评价乙二醇。在实验过程中，将这种页岩样品置于金属圆管内．并将圆 管放入试验用的泥浆中，岩样与泥浆接触，导致液体与页岩发生反应，岩样发生膨胀 ，用 儿天的膨胀量来作一张趋势图 见圈 1 。测试不同温度下的泥浆体系是评价乙二醇的重要 ● ● ， l 维普资讯 4 4 范志国乙二醇基添加剂在钻井液中的应用 方法。测试时，采用井底循环温度 6 5 ． 5 5 “ 2 。从图 l可看 出，在 2 3 ． 8 9 “ 2 的情 况下，墨西哥 的页岩在浓度为 2 O ％的 Na C I／ P H P泥浆体系中，5 d以后的页岩膨胀量是 l 2 ％。当分g fJ D 入 两种不同浊点的乙二醇 GE M GP和 GE M C P时，其膨胀量下降到 l O ％。 在 6 5 ． 5 5 ℃时用乙二醇重做以上试验，这个温度 已超过泥浆体系的浊点温度，乙二醇处 于不溶解状态， 这时页岩膨胀率从 1 7 ％降低到 7 ．5 ％。值得注意是，当温度超过浊点温度时， 这两种不同的乙二醇作用完全相同，这表明泥浆体系不需要精确地维护和监测 见图 2 。 国 1 墨西哥湾 2 0 N a C I ／ P H P A泥浆 在 2 ,3 ． 8 9 “ C 下 的线性 膨胀 曲线 时蚵 d 圉 2 墨西哥青 2 0 a C I ／ P V OA泥浆 在 2 3 ． 8 9 “C下的线性膨胀曲线 在如前所述的高含盐泥浆体系中，有足够的电解质来保证乙二醇的絮凝，但在低浓度 盐中，电解质不够 通过对低浊点7_ , --醇的优选和浓度优化，可以设计适合现场应用的低 浊点 的泥浆体系 如图 3 所示，含有 0 ． g 5 ％氯离子的钻井渡引起的页岩体积膨胀量是 1 3 ％ 加入 3 ％ “ 低 浊点”的 G E M C P后，效果不是太好，这是由于没有足够浓度的非溶解乙二醇 当将 G E M C P的浓度增加到 5 ％时，页岩的膨胀量降到 5 ％，这是由于乙二醇的浓度越高，泥浆体系的 浊点就越低的缘故。通过选择合适的乙二醇及浓度可 以保证低盐度泥浆的性能，当然也可 以将其加入到其他泥浆体系中， 如 K C b P A C 淀粉泥浆中， 但与加入到其它泥浆体系中相比， 将乙二醇加入到氯化钾泥浆中作用不太明显，这是由于钾盐泥浆也具有抑制性。 从圈4中可以看出， G E MG P加入到饱和盐水泥浆中， 可以将其膨胀率从 1 5 ％降到 3 ％ 因此，它可以用作钻盐层，也可以作为抑制剂加入到泥浆之中 图 3 古有 O 8 5 x 瓤离子基液的膨胀羞为 1 3 x ，加入 3 x 的 G E U C P效果不太好 但加入 5 x 时，效果明显增加。 囤 4 在饱和盐水泥浆中加入 G E M G P后 页岩的膨胀羞由 1 5 x 降至 3 x 在钻井液中的应用 维普资讯 第 1 9 卷第 3期1 9 9 8 年 9月 新 矗 石 曲 科 技 信 4 5 使用饱和盐水钻油层时，它能够在井壁上形成含 N a C I 的泥饼， 完井后用欠饱和盐水泥 浆将其冲洗掉，这种保护油层的手段 已在世界上广泛使用。但在油层和低产井经常遇到水 敏性强的页岩层，泥浆中加入乙二醇后能够抑制这种水敏性的地层，保证井壁的稳定性， 同时减少地层损害，提高钻井液的渗透率恢复值 在含盐层钻井中的应用 墨西哥湾在盐层下面有一个 “ 橡胶层 ”，在下套管之前必须钻穿它 这层水敏性的地 层由胶粘性差的页岩组成，受到盐水侵后会变的更加不稳定。由于这段地层井底漏失严重。 使用合成基泥浆不经济，而使用含有乙二醇的饱和盐水泥浆可以稳定和抑制这类地层。 毒 性 试 验 实验室试验表明，这种泥浆体系性能良好，但是它必须满足环境要求，否则无法推广 应用。墨西哥湾的环保法要求 L C的值要大于 3 ％。S P P试验得出的 L C值如下袁 实 例 1 ．例 1 在墨西哥湾的一口井上准备进行侧钻，侧钻深度为 l 5 2 4 m，在同一地区的邻近几口井 中均发生过卡钻、扭矩高及漏失情况。井底温度超过 7 1 ． 1 】 ℃，使用 G E M 混合物以确保乙 二醇在井底处于不溶解状态。由于井身结构原因，决定在 9 5 1 m处进行侧钻，侧钻过程中， 发现了4层易漏的砂层。 在 1 5 2 4 m由于泥浆中加入了G E M， 可以看到返出的砂掸质量有明 显的改进。在 6 O多 h的钻进过程中，井眼没有坍塌。提钻时比较正常，只是第 7 柱是经倒 划眼提出；其加重钻杆泥包，但 B H A工作正常 。本井钻进到2 6 8 2 m，没有再发生问题。在 钻进过程中没有发生钻头泥包，井径测井发现只有一段 1 5 m 长的担1 6 ra m 井眼己扩大到 担7 9 mm，其余 的井段井径规则。 2 ．例 2 在墨西哥湾第一 13 1 井的钻井中发现井冲刷严重 井径测井显示出 1 6 m m井眼被冲刷成 平均井径为 0 6 ra m，有的地方达到 8 4 mm。经营商在钻第二 口井时为解决同样的问题， 决定使用 G E M 泥浆体系，井底温度己超过 9 3 ． 3 3 “C，所以应选择在井底不溶解的乙二醇。 这套泥浆体系成功地减少了井 壁的冲刷 。在定 向钻进 之前，井眼基 本上 是规 则的 啦4 1 - 2 5 4 mm 。 定向钻进之后， 担1 5 m m井眼冲成9 2 m m， 而其它直井， 同一层位啦 5 ．m m 的井眼平均冲刷成 0 6 mm ，有几处最大达 8 4 ra m，所以 G E M泥浆体系更具抑制性。 维普资讯 第 1 9卷第 3 期】 9 9 8年 9月 61 结 论 许多关键的数据点来 自于前面的分析 ，首先通过采用电磁加热获得了有利于生产效 益， 现场试验 N o r th min s t e r 和 L a s h b u m 分别获得的增产比最高为 1 ． 2 7 和 3 ． 7 5 在 L a s h b u r n 最低也有 2 0 1 。两个试验都表明即使在低功率输入的情况，生产动态也有迅速的变化； 且在系统损坏期间，流入井内的油流特性仍在改善j当长期加热后，增产比可提高．产量 和可采储量都增加了。 电磁加热工艺的经济潜力，经长期运用才能充分体现 出来，C N W 进行的先导试验是 套管传输结构布局， 这种布局的机械问题 套管绝缘层损坏 使得长期加热值得怀凝 E O R 国际公司和其他公司进行试验的电缆传输系统更适合长期加热，优点包括维护保养方便． 减少了井下不可取设备 绝缘套管的成本费，其经济性是明显的，当投资超过正常费用 的 2 5 ％3 0 ％时，对于典型的重油井来说，产量至少可提高两倍。 油管加热布局在普遍存在油杆脱落问题的井上有应用的可能，经济性如何主要取决于 该地区的供 电能力和费用。 译 自 J c P TNo 4 1 9 9 5 ． 4 ， V o l u me 3 4 8 一 ， XX／ 8 ／ 8 ／ XX／ 8 ／ 8 ／ XX／ 8 ／ 8 ／ XX／ 8 ／ 8 ／ X ／ 8 ／ 8 ／ XX／ 8 ／ 8 ／ XX／ 8 ／ 8 上接 第 4 5页 GE M 泥浆体系的其它优点 1 在起下钻过程中井底泥浆具有极强的稳定性，即使在井底静止 1 6 h ，其最 大漏 斗粘度只增加了 8 s 。 2 与常规水基泥浆相比，具有较低的稀释率，其稀释率为 1 5 0 ．3 3 L ／ m，而油 基泥浆的平均稀释率为 9 6 ． 6 1 3 4 ．2 3 L ／ m。 钻井承包商对 G E M 体系的良好性能印象深刻。钻井之所以成功，没有出现 问题， 选择 G E M 泥浆体系是成功的关键。与同一地区的邻井相比，能够减少对井壁的冲刷。 总之，由于维护便利、抑制性较高、对地层没有危害、产品具有低毒性，使 乙 二醇成为水基钻井泥浆的理想处理剂。这种处理剂仅作为一种添加剂加入现场正在用 的钻井液泥浆体系，而不是重新配制新的钻井泥浆体系。现场使用表明，实验室测试 的优点，同样在现场能够表现出来。它能稳定井眼，减少冲刷，增加抑制性，同时改 进了泥浆的剪切稀释性和泥浆的稳定性。 译 自 Ha r t ’ s P e t r o l e u m E n g i n e e r I n t e rna t i o n a 1 1 9 9 7 ． 3 维普资讯