一种可转化为压裂液的杂多糖无固相钻井液.pdf

第 2 8卷 第 3期 2 0 1 1 年5月 钻井液与完并液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D Vo 1 ． 28 No ． 3 M a y 2 01 1 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 3 0 0 1 6 0 3 一 种可转化为压裂液的杂多糖无固相钻井液 郭钢 ， 张洁 1 ． 中国石油长庆油田分公司第一采气厂 ，陕西靖边 ； 2 ． 西安石油大学化学化工学院，西安 摘 要 为 了减少 钻井和压裂作 业时油 田化学工作液 的总耗材量和 总排放 量 ，实现油 田钻 井一 压裂水基 基础工作 液通用，以无固相钻井液作为基础，通过选择具有 良好生物降解性和储层保护性能的杂多糖 s J 作为主剂，优选主 要的添加剂及其适宜加量， 确定出一种可转化为压裂液的杂多糖无固相钻井液的基础配方， 并对其性能进行了评价。 结果表明，该钻井液具有 良好的流变性和抑制性，滤失量小于 6 mL，能够抵抗 2 8 0 0 mg m 的C a 、1 9 0 0 mg ／ L的 Mg 和 2 5 0 0 mg ／ L的 的污染 ； 抗温达 1 2 0。 C，符合钻井一 压裂水基基础工作液通用转化技术要求。 关键词 无固相钻井完井液 ； 杂多糖 ； 压裂液 ； 钻井一 压裂 ； 通用工作液 中图分类号T E 2 5 4 ． 4 文献标识码A 长期 以来 ，油 田使用不同体系的钻井液与压裂 液 ，且配方较复杂 ，不但给注水 、测井 、集输及炼 化等前序或后序作业造成很多困难 ，还使得每 口井 的施工工艺变得越来越繁琐 ，难以控制。废弃工作 液的排放造成大量资源浪费和经济损失 ，又给油 田 当地生态环境和环境保护工作带来 了巨大压力 ] 。 近年来 ，油气勘探开发井 的数量 随着油 田快速发展 也大幅增加。因此如何利用现有条件，寻找一条既 适用又经济的通用工作液处理方案是油田目前非常 紧迫的任务之一。针对储层特点，最好选用无固相 钻井液进行钻井作业 ，并且无 固相钻井液应具有井 眼净化效果好 、井壁稳定 、能有效控制滤失和漏失 、 润滑性能好 、储层伤害小等特点。以实现钻井 ． 压 裂水基基础工作液通用为目标，研制了一种无固相 钻井液 ，对其进行了系统的性能评价实验 ，其性能 符合钻井 ． 压裂水基基础工作液通用转化技术要求 ， 在油田具有较好 的应用前景。 1 实验材 料及仪器 黏稠液体 s J ，江苏扬州润达油田化学剂有限公 司生产； 膨润土， 宁夏中卫天瑞公司生产 三级 ； 岩屑， 采 自长庆油田直罗组地层 粒径为 0 ． 6 6 ～2 ． 0 0 mm 。 Z N N． D 6型六 速旋 转 黏度 计 ； GW3 0 0型高 频 高温滚子加热炉 ； Z NS 型钻井液滤失量测定仪 ； NP 一 0 1 型常温常压膨胀量测定仪 。 2 杂 多糖 S J s J 是褐色固体，属于天然聚合糖类衍生物，平 均分子量为 3 0 万～2 0 0 万，其中分子量较小部分 能溶于水形成透明溶液 ； 分子量较大部分不溶于水 但能均匀悬浮于水中 ； 分子量居中部分则表现出胶 体粒子的性质。s J 在油 田水基工作液 中具有增黏降 滤失 、抑制页岩膨胀 、抗温抗剪切 、润滑作用 ，s J 水基钻井液滤液易生物降解 [ 2 ] ，具有一定 的保 护储 层能力 ； S J 处理浆 的渗透率恢复值大于 s J 水溶液 ， 说 明黏土 固相形成的泥饼 阻止 了聚合物侵人岩心 ， 能起到桥塞作用 p 】 。 3 杂多糖无 固相钻井液基础配方优选 3 ． 1 S J 的加量优选 以不同浓度的 s J 水溶胶液作为无 固相钻井液的 基液 ，以钻井液的流变性 、滤失造壁性为评价指标 ， 基金项 目 受到国家 自然科学基金项 目 5 0 8 7 4 0 9 2的资助。 第一作者简介 郭钢，1 9 8 6年生，现在主要从事油气田化学工艺科研与应用工作。地址 陕西省西安市电子二路 1 8号 西安石油大学化学化工学院杨乃旺 收 ；邮政编码 7 1 0 0 6 5；电话 1 5 8 2 9 2 9 3 3 8 3； E - ma i l g u o g a n g _l i u 1 6 3 ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 3期 郭钢等一种可转化为压裂液的杂多糖无 固相钻井液 l 7 确定 S J的最优加量 ， 实验结果见图 1 。由图 1 可知 ， 随着 S J 加量 的增 大，钻井液 的表观黏度 、塑性黏 度逐渐增大 ； 但当 s J 加量超过 2 ％后，表观黏度过 大 ，易造成重新开泵困难 ，且滤失量降低很少。 静 s J Nf J ％ 图 1 S J 加量对无固相钻井液性能的影响 页岩在蒸馏水 、 l ％s J 1 ％HP A N、 1 ． 5 ％S J 、 2 ％S J 、 3 ％S J溶 液 中 的 膨 胀 率 分 别 为 7 0 ． 8 0 ％、5 2 ． 0 2 ％、 5 1 ． 4 1 ％、3 1 ． 0 1 ％ 和 3 0 ． 4 1 ％。由此 可知 ，S J 加量超 过2 ％以后， 页岩膨胀率降低很少。 综合考虑流变性、 抑制性和成本因素， 确定 s J 的最优加量为2 ％～3 ％。 3 ． 2 助增黏剂的优选 虽然 s J 本身可以作为增黏材料，但是其水不 溶物较多 ，当其加量大时可能会影响后期转化 的压 裂液性能 ，同时考虑成本因素 ，因此需加入助增黏 剂。3种助增黏剂的性能对 比见表 1 。 表 1 3种处理剂的性能对比 由表 l可 知 ，助 增 黏剂 Z N． 3 黄 原 胶 类 添 加量为 0 ． 1 0 ％～O ．2 0 ％； Z N ． 2 C MC类 添加量为 0 ． 2 5 ％～0 ． 3 5 ％ ； Z N． 1 P A C类 添加量在 0 ． 1 0 ％ 时， 都能起到较好的增黏效果 ； 在相 同的0 ． 1 0 ％的加 量下 ，Z N． 3 在 表观黏度与动切力上对钻井液 的贡 献最大，但是其动切力太大，可能会对重新开泵造 成困难 ； Z N ． 2 在塑性黏度上对钻井液的影响最大， 但是其动切力稍小 ； Z N． 3 在控制滤失量方面最好， Z N 1 次之。综上所述，对于单剂来说，Z N ． 2 对改 变钻井液的流变性能更为合适。虽然如此在后面的 配方研究 中，由于需要考虑处理剂 的配伍性 ，因此 对 3种处理剂均进行了研究 。 3 ． 3 降滤失剂的优选 选择 J L S 一 1 酚醛树脂类 、J N一 2 C 聚丙烯腈盐 类 、 Y Z ． 6 J T - 8 8 8 、J L S - 3 沥青类 、J L S 一 4 腐植 酸盐 降滤失剂对钻井液进行降滤失效果的评价 [4 -5 1 ， 结果见表 2 。由表 2可知 ， J L S l 加量为 2 ． 0 ％～2 ． 5 ％ 时或 Y Z ． 6的加量为 0 ．3 ％～0 ．4 ％时，钻井液的降 滤失效果均较好，而 J N ． 2 C的降滤失效果较差， J L S 一 3与 J L S 一 4的降滤失效果则更差 。 表 2 5种降滤失剂对钻井液性能的影响 3 ． 4 杂多糖无固相钻井液基础配方的确定 实验研究了杂多糖无 固相钻井液各种处理剂以 及相应加量，增黏剂为 0 ． 2 5 ％ 0 ． 3 5 ％ Z N一 2 、0 ． 1 ％ Z N一 1 或 0 ． 1 ％～0 ． 2 ％ Z N一 3 ，降滤失 剂为 0 ． 3 ％～ 0 ． 4 ％ Y Z ． 6 , 0 ． 4 ％J N_ 2 C或 2 ． 0 ％～2 ． 5 ％ J L S 一 1 。对 3 种降滤失剂与 3 种增黏剂分别进行了配伍性实验， 通过进行 3 3种配方的性能测试 ，确定杂多糖无固相 钻井液基础配方为 2 ％S J 0 ． 2 0 ％Z N一 2 2 ． 5 ％J L S ． 1 。 4 杂 多糖 无 固相钻井液 的性能评价 4 ． 1 流变性与滤失造壁性 参照 S Y／ T 5 6 2 1 -- 1 9 9 3 钻井液测试程序评价 了 该钻井液的性能。测得该钻井液 的塑性黏度为 1 6 ． 6 m P a S ，动切力为 4 ． 8 P a ，流性指数为 0 ． 6 ，稠度系 数为 0 ． 1 5 P a S ，滤失量为3 ． 1 m L ，1 6 h 膨胀率为 2 7 ． 0 6 ％ 人造 岩心在水中的 1 6 h膨胀率为 5 4 ． 0 ％ ， 能抗 、C a z 、Mg 的浓度分别为 2 5 0 0 、2 8 0 0 和 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年5月 1 9 0 0 mg ／ L 。由此可知 ，该钻井液具有较好 的流变 性和滤失造壁性 ，能较好地抑制岩心膨胀。 4 ． 2抗温性 能 对优选 出的钻井液配方进行 了抗温性能评价 ， 结果见表 3 ，钻井液配方如下。 l 2％ S J 0． 2 5％ZN 一 2 2． 5 ％ J LS一 1 2 2 ％ S J 0． 25 ％ZN． 2 2． 5 ％J LS． 2 3 2 ％ S J 0- 3 0％ZN一 2 4 2 ％ S J 0 ． 20 ％ ZN一 3 5 2％ S J 2． 5％J LS． 2 6 2 ％S J 0 ． 2 5 ％Z N． 2 0 ． 3 ％YZ一 6 7 2 ％S J 0 ． 1 0 ％Z N一 3 0 ． 4 ％YZ一 6 8 2％ S J 0 ． 3 5 ％ ZN． 20 ． 5 ％J N一 2 C 9 2 ％ SJ 0． 2 0 ％ ZN一 3 0． 5 ％ J N一 2 C 1 0 2％ S J 0． 1 0 ％ ZN一 3 2． O％J LS一 2 1 1 4％ S J 0． 25 ％ZN 一 2 2． 5 ％ J LS一 1 1 2 l 2 ％ J LS． 4 表 3 不同实验条件下钻井液的性能 21- 3 22． 3 23 ． 6 20 ． 0 9 ． 5 26． 0 23． 0 2 4． 5 1 9． 5 1 7． 5 4 7． 0 2 2． 5 4． 8 3． 1 0． 7 21 _ 3 5 ． 9 9． 0 0． 7 5 ． 2 3 ． 0 0 ． 7 2 3 ． 0 6 ． 1 6 ． 5 0 ． 7 5． 1 6． 0 0． 7 3． 0 1 ． 2 2 00． 0 0． 5 7 ． 9 5 ． 3 0 ． 5 3 ． 3 0 ． 3 2 0 0 ． 0 1 ． 1 1 ． 5 5． 3 0 ． 7 1 5． 0 4． 1 7． 2 0． 7 6． 7 8．0 0 ． 6 6． 6 1 ． 0 l 7 ． 1 0 ． 8 7． 1 7． 0 0． 6 4． 3 0． 8 2 00． 0 0． 8 5_ 3 5． 0 0． 7 3 ． 5 0． 5 20 0． 0 0． 8 7 ． 6 5 ． 2 0 ． 5 3 ． 0 0 2 0 0 ． 0 1 ． 0 6 ． 1 4． 0 0． 5 1 6． 8 6 ． 4 1 0 ． 6 0． 5 1 3 ． 8 4 ． 0 0 ． 7 4 7 ． 5 1 4 ． 8 3 ．4 0 ． 6 3 ． 5 4． 1 0． 7 1 9． 0 4． 5 3． 0 0． 6 由表 3可 以看 出 ，除 5 配方 外 ，3 ～9 配方 经热滚后表观黏度均很低 ，不利于携带岩屑，热滚 后 滤失量 亦较 大，5 配方虽 然滤失 量小 ，但热 滚 后 流变性 较差 ；l 1 配方表观黏度太高 ，开泵阻力 大 ； 钻井液 中加入 J L S ． 1 ，尤其是加入 J L S 一 2 酚醛 树脂类 ，J L S l 的改性产 品 后 ，钻井液热滚后滤 失量较小，流性指数变化不大，都处在适宜的范围 内， 这表 明热滚后 的钻井液仍具有 良好的携岩效果。 确定杂多糖无 固相钻井液高温基础配方为 2 ％S J 0 ． 2 0％ZN一 2 2． 5％J LS． 2。 5 钻井液转化 的压裂 液性能评价 在钻 井 液 2 ％S J 0 ． 2 0 ％Z N． 2 2 ． 5 ％J L S ． 2 工 作 后， 去除固相， 调节无固相钻井液的p H值， 加入助增 黏剂 、黏土防膨剂 、助排剂 、破胶剂和交联剂 ，配 制压 裂液 ，参照 S Y／ T 5 l 0 7 2 0 0 5水基压裂液性 能 评 价方法评价转化 后的压裂液性能 ，结果见表 4 。 由表 4可知 ，压裂． 钻井 液通用水基 工作液用作压 裂液的主要技术指标均满足 S Y／ T 6 3 7 6 -- 1 9 9 8要求 。 表 4 通用水基工作液用作压裂液综合性能测定结果 6 结论 研 制 的新 型无 固相 钻井液具有 较好 的流变性 能 ，且抑制性强 、滤失量小于 6 mL，解 决 了无 固 相钻井 液滤失量大 的难题 ，能够满足 压裂一 钻井液 通用工作液 的主要技术指标 。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 】 [ 5 ] 参 考 文 献 羊东晓 ． 塔河油 田废弃钻井液回收利用经济性评价 [ J ] ． 石油钻探技术 ，2 0 0 4 ，3 2 3 7 3 7 4 ． 秦芳玲，张洁 ． 杂多糖甙水基钻井液可生物降解性的实 验研究 [ J ] _ 钻井液与完井液 ，2 0 0 9 ，2 6 3 6 7 6 9 ． He l i o Sa nt o s， e t a 1 ．No Da ma ge Dr i l l i ng Ho w t o Ac h i e ve t h i s C h a l l e n g i n g Go a l [ J ] ． I A DC ／ S P E As i a P a c i fi c Dr i l l i n g Te c hn ol o g y， 2 002 ． 许春田， 吴富生， 张沲 等 ． 新型环保型杂多糖甙钻井液在 江苏油田的应用 【 J 】 ． 钻井液与完井, 2 0 0 6 ， 2 3 1 1 9 2 3 ． 王军义，王在明，王栋 ． 甲基葡萄糖甙钻井液抑制机理 研究 【 J J ． 天然气勘探与开发，2 0 0 6 ，2 9 3 1 - 5 ． 收稿 日期2 0 1 0 ． 1 2 ． 1 5 ；HG F I 1 0 2 N6 ；编辑王小娜 砷 寸 ．。． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m