一种用于PRD钻井液的缓释破胶剂.pdf

第 2 7卷 第 1 期 2 0 1 0年1月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D CoM PLET1 0N FLUI D 、 ， 0 1 ． 27 NO．1 J a n．201 0 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 0 0 1 0 0 3 3 0 3 一 种用于 P R D钻井液的缓释破胶剂 程鑫桥 ， 舒福 昌2 ， 李蔚萍 ， 华桂友 ， 向兴金 ． 耿令 昌 1 ． 长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 ； 2 ． 湖北汉科新技术股份有限公司，湖北荆州 摘要用P R D无固相弱凝胶钻井液钻井后，在裸眼筛管完井过程中，必须采用破胶技术来恢复油井产能。为 了省去破胶作业实施程序，提高钻完井作业效率，采用包囊材料 S L和氧化剂G H制备 了缓释性破胶剂G H S L ，评 价 了其缓释性能和对 P R D钻井液的破胶效果。结果表明，与常规氧化型破胶剂相比，破胶剂GH ． S L具有较好的 缓释破胶性能，且随着包囊材料 S L质量分数的增大，其缓释性能越来越好； 缓释破胶剂 G H S L对钻井液的破胶率， 随着G H S L加量的增大而增大， 随着温度的升高而增大， 随着破胶时间的延长而缓慢增大； 当G H S L加量为5 ％时， 在 8 O。 C 下经过 5 d破胶，P R D钻井液表观黏度由4 3 ． 0mP a S降到 8mP a s ，可以满足完井作业破胶要求。 关键词 钻 井液 ； 钻井液添加剂 ； 破胶剂 ；防止地层损害 中图分类号 T E 2 5 4 ．4 文献标识码 A P R D钻井液是钻开油层用的无固相 、快速弱胶 凝体系 ] ，已成功在水平井的水平段推广应用 。由 于 P R D钻井液主要 由高分子处理剂 增黏剂 、降 滤失剂 组成 ，高分子链长 、体积大 、黏度高 ，一 旦被挤入地层 ，容易吸附 、滞留在缝 隙中，造成油 流受阻 、油井产能降低 l2 ] 。因此 ，在裸眼加筛管完 井过程中 ，必须通过化学方法进行破胶 ，以恢复近 井地带渗透率 ，但是实施破胶必然会增加完井作业 时间和施 工工序 ，因此研究 出一 种缓释性破胶 剂 G H． S L 。该破胶剂是利用包囊技术在普通破胶 剂外 层覆盖一层 固体膜而制成的不同包裹率 的胶囊破胶 剂。在钻井作业快完成时，将缓释性破胶剂加入到 钻井液 中循环至井下 ，在下筛管完井作业过程 中， 破胶剂缓慢释放出来 ，使钻井液黏度缓慢降低。当 完井作业结束时 ，钻井液 中的高分子也基本降解形 成小分子片断而使黏弹性解除 ， 达到减小油流阻力 、 提高油井产能的 目的 I 3 J 。因此 ，采用缓释性破胶剂 无需额外实施破胶程序 ，可节省作业 时间 ，提高钻 完井作业效率。 1 实验部分 1 ． 1 仪器 与药 品 G J S B1 2 K高频 高 速 搅 拌机 ； E N0 2 9 8精 密 天 平 精度为 0 ． 1 mg ； Z N N． D6 S型六速旋转黏度计 ； H H一 8 数显恒温水浴锅 ； 颗粒制备筛 f 自制 等。 酸 、高锰酸钾 、过硫酸铵 、过硫酸钾 、氯化钾 、 氯化钠、氢氧化钠 、无水氯化钙 、无水氯化镁 、无 水碳酸钠均为化学纯或分析纯化学试剂 ； F L O C A T 降滤失剂 、HV I S增 黏剂 、盐 、J L X C聚合 醇、S L 包囊材料 、 S AC表面活性剂 、 氧化剂 GH均为工业品。 1 ． 2 缓释性破胶剂的制备 将一定质量的包囊材料 S L加热熔融后 ，加入 5 ％ 的表面 活性 剂 S A C，并搅 拌均 匀 ，冷却 至约 1 0 0。 C 后 ，加入 氧化破胶剂 G H，持续搅拌 3 0 mi n 直至混合均匀 。利用颗粒制备筛进行挤压筛分 ，风 干后即得到缓释破胶剂 GH ． S L [ 4 - 6 ] o 1 ． 3 破 胶性能评 价方法 按配 方用高速搅 拌机配制 出 P R D钻井液 ，然 后 用六速旋转 黏度计测 定钻井液破胶前 的表 观黏 度 ； 再向钻井液中加入一定量的破胶剂 ，搅拌均匀 ， 放置在一定温度下 的恒温水浴 中进行破胶 ； 测定不 同时间下破胶后钻井液的表观黏度 ； 计算不 同时间 下的破胶率。P R D钻井液基础配方如下。 人工海z k 0 ． 2 ％Na OH 0 ． 1 5 ％Na 2 C O 3 0 ． 6 ％HVI S 1 ． 5 ％ FI OCAT 2 ％ J I ，X． C】 1 ％ KC】 第一作者简介 程鑫桥，在读硕士研究生，1 9 8 3年生，现在主要从事油田化学领域的研究工作。地址 湖北省荆州市 长江大学东校 区 ； 邮政编码 4 3 4 0 2 3；电话 1 3 5 9 3 8 7 8 6 2 7； E ma i l c h q c h e n g q i a o 1 2 6 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 0年 1月 2 实验 结果 与讨论 2 ． 1 S L 质量分数对破胶剂缓释性能的影响 在 8 0。 C 下，对用不同质量分数包囊材料 S L制 得的缓释性破胶剂 G H． S L进行破胶性能评价 ，结 果 如图 1 所 示。由罔 1 可 以看 出，随着包囊 材料 s L质量分数的增大 ，制备的缓释破胶剂在相同时 间下对钻井液 的破胶率逐步减小 ，表明其缓释性能 越好。因此 ，破胶剂的缓释性能可通过改变包囊材 料 S L质量比调节 。 褂 嫠 挂 图 1 S L质量分数对破胶剂缓释性能的影响 2 ． 2 破胶剂加量对钻井液破胶效果的影响 在 P R D钻井液中分别加入 0 、 2 ％、 3 ％、 4 ％、 5 ％ 的破胶剂 G H． S L 包囊材料 S L质量分数为 3 0 ％ ， 在 8 0 0 C 下进行破胶性能评价 ，结果见 图 2 。由图 2 可知，P R D钻井液在没有加入破胶剂时也会发生一 定程度降解，但是其在 5 d内的降解率小于 2 5 ％ ； 随着 G H． S L加量的增大，钻井液 的破胶率也 随之 增大。实验测得 ，当 G H ． S L加量为 5 ％ 时，经过 5 d的破胶，钻井液的表观黏度 由 4 3 mP a S 变为 8 m P a S ，可以满足完井作业破胶要求。 餐 9 0 8 0 7 0 6 O 5 0 4 0 3 O 2 O 1 0 图2 破胶剂加量对钻井液破胶效果的影响 2 ． 3 破胶时 问对钻井液 破胶 效果的影响 从图 2可以看 出，破胶剂 G H． S L对钻井液的 破胶率随着 破胶 时间的延 长而缓慢增大 ，与空 白 实验相 比，破胶效果 明显 ，加入破胶剂 G H S L后 P R D钻井液在前 3 d内开始缓慢破胶，但是破胶率 仅能维持在相对较低的 5 0 ％左右 ，而在第 5 d时破 胶率可达到 8 0 ％ 左右。 2 ． 4 温度对钻井液破胶 效果的影响 在 P RD钻井液中加人 5 ％ 的破胶剂 G H． S L 包 囊材料 S L的质量分数为 3 0 ％ ，分别在不同温度下 进行破胶性能评价实验 ，结果见图 3 。由图 3可知 ， 随着温度升高 ，相 同时间下破胶剂 G H． S L对钻井 液的破胶率也随着增大 ，表明破胶剂释放速度随着 温度升高而增大。 褂 髫 9 0 8 0 7 0 6 O 5 0 4 0 3 O 2 O 1 O 图3 温度对钻井液破胶效果的影响 2 ． 5 与常规破胶剂 的对比 将制得的缓释性破胶剂 G H． S L 包囊材料 s L质 量分数为 3 0 ％ 与常规的氧化型破胶剂 N H 2 0 。 、 K， S O 和 K Mn O 在 8 0。 C 下，对 P R D钻井液的破 胶能力进行对比评价 ，结果见表 1 。 表 1 不 同破胶剂在不 同时间下的破胶率 破胶剂力 NH 4 2 S 2 O8 1 9 5 ． 3 5 K2 S2 O8 1 9 7． 6 7 K M n O4 1 8 1 ． 3 9 8 3 ． 7 2 8 3 ． 7 2 8 4 ． 0 4 8 4 ． 0 4 GH S L 2 2 5 ． 5 8 3 7 - 2 l 4 8 ． 8 4 5 8 ． 1 4 7 2 ． 0 9 GH S L 5 3 4． 88 48． 8 4 55． 8l 67．44 81 ． 4 0 由表 1 可 知，常规氧 化型破 胶剂 在 1 d内对 钻井 液 的破 胶率 就 达 8 0 ％ 以上 ，而缓 释性 破胶 剂 G H ． S L对钻井液的破胶率随着时间延长而缓慢 增大 ，其具有较好 的缓 释破胶性能 ，到 了 5 d才 达 7 0 ％～ 8 0 ％。而且 用 岩 心 驱替 法进 行 评价 ，经 P Y3 0 ． 1 3井地层水饱和的岩心用 P R D钻井液污染 后，若用 G H ． S L进行破胶，岩心渗透率恢复值在 9 5 ％以上， 储层保护效果较好。 下 转第 3 7 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 1 期 赵素丽等用弱凝胶替代水基钻井液 中膨润土的技 术 3 7 图 5 可知，0 ． 3 ％聚合物弱凝胶 与 4 ％膨润土浆 的瞬 时扩散速度相差不多 ，但随着时间延长 ，弱凝胶 的 扩散速度逐渐低于膨润土浆 ，最终弱凝胶的扩散半 径为 2 ． 5 5 c m，而膨润土的扩散半径为 3 ． 7 5 c m。 图 4 4 ％ 膨润土和 O ． 3 ％弱凝胶渗滤对 比 4 ． 0 3 ． 5 量 3 ．0 2． 5 2 ． 0 0． 5 5 应 用前景分析 用聚合物弱凝胶代替膨润土 ，并在室 内初步合 成了产 品。该 聚合物 以单个粒子形式分散到水中， 粒子本身的静 电斥力使其保持悬浮稳定。该聚合物 可以全部或部分代替膨润土 ，即能保持钻井液 的黏 切，又能有效封堵弱裂隙、降低滤失 ； 该聚合物还 可以系列化 ， 可以根据地层需要调整单体进行合成。 由该聚合物为基础配浆材料配制的钻井液处理剂不 通过在膨润土上吸附而起作用 ，改变 了处理剂作用 机理。聚合物弱凝胶钻井液从根本上解决了钻井液 性能与井眼稳定性之间的矛盾 ，同时又避免了传统 无 固相钻井液滤失较高 、抗温能力不强的缺点 ，经 济和社会效益 巨大 。 参 考 文 献 [ 1 ] 王平全， 周世良． 钻井液处理剂及其作用原理 [ M] _ 北京 石油工业出版社 ，2 0 0 3 ，9 1 9 ． [ 2 ] 鄢捷 年 ． 钻 井 液工 艺学 I M] ． 东 营 石 油 大学 出版 社 ， 2 00 0， 81 55． [ 3 ] 盛沛 ． 黏土型高吸水性复合材料的制备及其性能研究 [ D] ． 武汉 武汉理工大学 ，2 0 0 7 1 - 2 ． 图5 4 ％膨润土和 0 ． 3 ％弱凝胶渗滤半径对比 收稿 曰2 0 0 9 0 6 1 6 ；H GF 0 9 0 6 M5 ；编辑 马倩芸 上接第3 4 页 2 ． 6 GH S L缓释 破胶机理 G H． S L缓释破胶剂的延迟释放方式主要是膜化 学侵蚀和溶解导致破胶剂释放的方式。利用破胶剂 与熔融的膜材料混合压制成一定大小 的颗粒 ，膜材 料在破胶剂表面生成包膜 ，因而阻止 了破胶剂溶解。 在适 当的温度条件下 ，膜材被缓慢破坏 ，导致 GH 破胶剂缓慢释放。 3 结 论 1 ． 随着包囊材料 S L质量分数 的增大 ，由包囊 材 料 S L和氧化 剂 G H制备 的缓释破 胶剂 GH S L， 在相同时间下对钻井液的破胶率逐渐减小 ，表明其 缓释性能越来越好 。 2 ． 缓释破胶剂 G H． S L对钻井 液的破胶率 ，随 着 GH． S L加量的增大而增大 ； 随着温度升高而增大； 随着破胶时间的延长而缓慢增大。 KMn O 比较 ，缓释破胶剂 G H S L具有较好 的缓释 破胶 性能 。 参 考 文 献 [ 1 ] 范山鹰 ． 无固相弱凝钻井液体系的室内评价 [ J ] ． 江汉石 油学 院院报 ，2 0 0 4 ，2 6 1 6 9 7 0 ． [ 2 ] 向兴金 ． 破胶剂改善聚合物完井液的储层保护效果 [ J ] ． 国外油 田工程 ，1 9 9 8 ，1 4 7 4 1 0 ． [ 3 ] G u l b i s J ，K i n g ，e t a 1 ．E n c a p s u l a t e d B r e a k e r f o r a q u e o u s P o l y me r i c F l u i d s [ J ] ． S P E， 1 9 4 3 3 ． [ 4 】 J a n e t Gu l b i s ，M T Kt n g ， W Na wk t n s ，e t a 1 ． E n c a p s u l a t e d b r e a k e r f o r a q u e o u s p o l y me r i c fl u i d s [ J ] ． S P E 1 9 4 3 3 ． [ 5 】 L e wi s No r ma n ， S a n j a y V i t t h a l ， J o h n T e r r a c i n a ． Ne w b r e a k e r t e c h n o l o g y f o r f r a c t u r i n g ．h i g h p e r me a b i l i t y f o r ma t i o n s [ J ] ． S PE 3 00 97 ． [ 6 ] M An n B a k e r ， Wi l l i a m H a t t o n ． C a l c i u m p e r o x i d e a s a s e e d c o a t i n g ma t e r i a l f o r p a d i r i c e [ J ] ． P l a n t a n d S o i l ，1 9 8 7 ， 】 2 35 7 36 3． 3 ． 与常规氧化型破胶剂 N H4 2 S 2 O8 、K2 S 2 O8 和 收稿日 N2 0 0 9 0 3 2 1 ； H G F 1 0 0 1 A 5 ；编辑 张炳芹 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m