一种新型钻井液.pdf

0 石 油 钻 井 工 程 第 3 | 瞽 第 4 胡l 9 9 6 年 l 2月 一 一 种新型钻井液 梅宏 韩新芳 扬志 长 新 疆石 油学院石油 工程 泵 新疆埔矿局 摘要 本文 介毒 g了一 种新 型 钻 井演寺 成 基姑 苷漶 ．它 是取 油基钻 井 l庹 的一 种 新 体 系 ．除 了具 有 油基 泥 囊 的一些性 能外 ．还具有时环境 响小、良奸酌流丈性扣弛端定 兰、璁 定井壁覆 与椽肢制品有 良好 的相溶眭 等特 点． 主题 词 盘 立兰 生 生 芝 堂 兰 塑堡 堑 前 言 T E 呼 自 9 0年代以来。钻井液 技术发展方面又出现了一个新的名词 ，叫 “ 合成 基钻井 液 --- S B M S y n t h e t i c B a s e d Mu d s ”，几 乎是 与水基钻井 液 WB M 或 油基钻井 液 OBM 平行 两成 为 一 种 新 体 系． 由于 该 体 系 的 连 续 相 为 合 成 产 品， 故 又 称 其 为 无 水 或 无 水 相 钻 井 涟 N o n a q u e o u s Dr i l l i n g F l u i d s ．作为 取代 油基钻 井液的新体 系，台成 基钻井液 首先成 功地 用于 美冒墨西 哥湾 、挪威 及英 国北 海水 域 的海上钻井 ．室 内实验 和 现场应 用表 明 它完 全可 以 代替 油基钻 井液， 可用 于水 敏 睫的 泥页岩地层 和定 向井及 水平 井 的钻 进 中， 并可 大 大降低 对环境 的影 响，提 高钻井 速度 ， S RM 体 系的形成 合成 茎钻井 液是为 了满足 日益增加的环 境保 护法 律条例 的要 求， 以消 陈或 减少 因使用 常规油 基钻井液 造成环 境 污染 而发 展起来 的新体 系．尽管 在过去 的几 十年 里， 水 基钻井涟 类型的发 展 已能很 好地 用 于钻 进各种 类 型的地层和处理 复杂 情况 ，但 在有 些情 况下 ，如 大 段 的极为 活性 的水敏性 页岩及 水 平井、定 向井 的钻 进 中， 还必须 使 用油 基钻井 液 以获得 良 好 的抑制 和润 滑技果． 特别 是 8 O年 代，低 毒矿物 油 又称 白油。 L T MO 的 弓 A ，增加 了抽 基钻 井液 的使用 ． 因而 造成 废 油基钻井液 和附着 泊类 的钻 屑随 意倾倒 和排 放， 引起环境 污 染。 这种 情 况在 海上 钻 井 时更 为严重 ． 当时人们 总认为低 毒矿物 油对环 境 的影 响很小 ，但 渣着科 学技术 的发展 ， 人们 越来 越清楚 地认识 到，作为 原油{ } 亍 生物 的矿物 油 ，并 不 能充分 生物 降解，特 别是倾 倒 在海 底 的岩屑上 附着 的油， 在短 时 间淘不 能降解 ， 因而 其周 围的 海 洋环境 难 恢 复原状 ． 目前， 发 达 国家对废 油基钻井 液及 附 油钻 屑的捧 放 有相 当严 格的 法 律限制．一般 足将它 们 与其它 垃 圾一道处理 海上 钻井时，将 它们先运 到岸上 再处 理 ，或填 八其它废井 中，或 在 工厂 借助 溶 剂提 取、蒸 馏而 净化它们 ，所 有这 些做法 的花 费 都是 非常 昂贵的． 在这种情 况下 ， 开发 能器 满足环境 保 护要球， 同时又 具 有类 似于 油 基钻井 液性 能 昀 合成或天然物质为基础f 的钻井液就成为必然的趋势， 9 i 年代初，合成基钻井液在室随 维普资讯 茸3毪第 、 e年 t 2 B 石 油 钻 井 X ． -S 试验成 功， 日前 已有多家泥 浆公 可推 出 了此 类新型钻井液 ．井成 功地 进行 了现场应 用 如 I a r o i d 公 司的P e t r o f r e e 钻 井 液 其 商 名 为E B M， 是一 种 以酯 类为 基 础 的钻 井 液； ME S S T NA公司的 R e d i C o a t 钻井 液， 是一种 以醚 类为 基础的体 系； M- I 公 司的 P AO钻井 液， 足 聚“～ 乙烯为 连续 相的体 系 I DF公 司的 NOVAD RI L L体 系等。 这 些钻 井梭际 具崔极 低 的毒性 P ，流变性 、橡胶相溶性 等都优于 泊基钻井液． 8 BN 钻井液的组成 与性质 台成 基钻井液 的组成 与油基钻 井液 娄 呲，既可与牯 土配 台使用 ，又 可 与水l 或商浓匿盐 水 配成乳化体系 但 由于 台成物 独特的化学 组成 ，使其具有不 同于矿物 油 的性质 ． 1 ， 几种台成 基液体及其性 能 近 年来 ，国际市场上 出现了数种商 品化 的合成基 液体 ，它 们多为 C s～ C 的 有机合成 盘 努。 ① 娄 E s t e r 脂 肪酸 和醇的合成产物 又称为合成植物 油。 ⑦醚 粪r E t h e r 醇 的缩合或部分 氧化 产物 ，有单醚 Mo n o E t h e r 和双 醚 Di E t h e r 两种 ． 而 且 醚 佤于 单 醚 。 聚Ⅱ一乙烯f P AO 由烯烃聚 合而成 的非芳香烃 直链 碳氢化 命物 。 ∞线 型烷 基苯 f L AB 由苯 及连接 在其上的饱和烃组成 ．被认 为是 介于 柴油和低 毒矿物 泊 之 间 的 混 合 物 ． ⑤新型合成 基液体 s B F 合成碳 氢化台物 的高 精炼混合物，不 台 石油 产 品， 特别是 ， “ 舍众所阁知具 有滞 在毒性 的聚 芳香 烃。 遮些台成物 的性 质 类似于低 毒矿钧 油，但 又有极低 的毒性和 在 无氧 及 有氧条件 F可生 毋隆 解的特一 ‘ 亡们的理化性 能对 比见 表 I 表 1 各 种 台成 物 与 氍毒 矿物 油性 能 对 比 e l 能 聚 “ 一 绋 烃 酯 畦 新 型 合 成 物 低 毒 矿 物 油 密 N g／ c m J 0 79 ～ 0 ． 85 0 8 5 0 9 2 0 8 5 0 9 2 0 7 7G 0 8 0 O N 4 0 ℃ m 5 1 D - 3 9 ～ 9 6 5 0 ～ 1 0 3 9 5 0 2 3 2 0 们点 ℃ 1 5 6～ 1 7 2 1 5 0 1 9 5 1 4 4 ～1 6 0 1 1 3 9 3 苯 驻 点 ℃j 1 0 4 1 5 2 0 3 0 3 5 4 5 6 9 7 8 芳 香 妊 音 屠 w； w 0 0 O 0 1 5 倾点 ℃ 一6 5 3 O一 5 4 0 9 1 4 2 O 生 靶 降 解 性 可 可 可 吾 2 ． 台成 基钻 并液的性质 山于合成 基液体 的性质 及蛆成 ，使 得 合成 基钻 井液与泊基钻 井 液性 质表 现 出 了一些不 旧 专 器袤 理在 以下 几 个 方 面 ． f 1聍 环 境 的 影 响 先各种 合成物 的闪 点都高 于矿袖泊 这表 明它们的组成 中易挥 发成 分 少 境 中陈挥 发 ． 成分进 入大气 中 1 起 火灾 及不安全危 害的潜在 可能性 大 大降低 ， 维普资讯 2 梅 丧 一 种静 型拈 井 液 安 全施 工， 间时还 由于低分子 量碳 氢化 合物 含量 少而使 得合成物 的毒’眭减小， 有益于工 作 人 员和 周围环境 的保护． 国外 对各种 台成物 及其钻 井 液都做 了生物 毒性 试验。 试验结果 表 明 酯 、醚 、聚d一 乙烯 和新 型合成物 对海 洋生物 的毒性很小 ，只 有线 型烷 基苯 因其性质象 柴油． 有待 于迎 过增 加烷基链 的长度 和把短 链烷 基苯杂 质 的含量 降到虽 低来 减少 其毒性 在美 国，新 型合成 基钻菏液经用 AP I标 准 钻井 液生物鉴定 推荐 作 法检 测，其糠虾 S P P 悬 浮相 j L C s o 值 达到 了 6 0 0 0 0 0 m ．超过 了 美国环境 保护 署 国家 污染物排故方法的 规定值 3 0 0 0 0 mg l， 【 合成 基钻 井液对 环境影 响很 小的男 一个 袭现 是 该体 系 可生物 降解，原 因在于合成物 分子 中古 有允 许微生物 产生生物 降解 过程 的 官能 团 新 型合成物 生物 降解 试验表 明，在有 氧条什 下 ， 2 8 d的生物 降解 率在 6 0 ％D 上 无氧的条件下 ， 7 0 d的 生物 降解 率为 4 ％．其它 合成物 的摹拟 海底 条件试验的降解 率 1 8 4 d达 到 9 9 ％ 其 中有 1 5 ％为 生物 降解，其余列 以部 分降解 代谢 产物 的溶解 方式 消失 无 氧生物 降解 试验 表 明，醑 和烷 基苯 生物 降解很快 ， 醚和聚q一 乙烯 的无氧生物 降解相对 比较困难 ．摹拟 海底 条件 试验还 表明 ，部分 降解 后的合 成物在 水 中有极 性． 因而很快溶解 分散． 2 流 变 性和 热 稳 定 性 在 正常 环境下 ，合成物 液体的粘度 是低 毒矿物 油粘度 的 2 ～ 4倍 但 其粘度受温度影 响较 大． 幻 2 4℃时，酯的粘度为 8 0 mP a S 醚的枯度 为 7 0 mP a - S温度达 1 5 0℃时，牯 度均 不足 3 0 mP a S。 而低 毒矿物 油的粘 度则受温 度影响很小 ， 在相 同温 度下， 其牯度在 2 0 2 5 r n Fa s之问 ．合成物 液体 低温粘度较 高的1 _口] 题 ，可通过加人 乳化 剂和流 型调 节剂来控 制 连 ⋯ 在 塞际 中选用 攮动筛 硼尺 十时应 予 以充分的考 虑 ．实验 室和 现场敏 据表明，合成 基钻茹液 ．1 o s和 1 0 rai n切力都 很高． 但 凝胶强度并 不显 著、 3 0 mi n切力值仅 比 1 0 mi n切 j 7 值啸 蔫 管 竹成 ； 丁中 旨有利 ] 其生物 降解 的官能 团，但 在高 温及碱 性条 件 F 是稳定 的． 弱溢热浓试 验表 啊 符种台成物 在趟纯氩气 保护 F，于 内衬 氪不镑 钢罐 中 21 8℃ F滚动 1 6 h 舱 i设 掌都 台 9 9 比 ． 3 1 也页岩 脱 水替 能 合成物 的理化 性质 类似于矿物 油， 故 能 以合成物 水 9 0 1 9 ～5 0 5 0的任何 比例 配成 化 泥浆。 其水相 可为淡水 ，亦可为 高浓度 盐水 ．通过 调节 盐水相 浓度， 可使水相 活 度低 于所钻 泥 页岩 中水的 活度 ．这样就 可使泥 页岩 强度增加 ， 并壁稳定 ， 得到井经鞍规 则 的井 0 所 以，台成 壁钻井渣对泥页岩地层 有很 好的抑制和 稳定作 用． f 4 相 溶 性 由于台 成物 液 体不 合或 很少合芳香 旗化合 物 ，因此合 成物 除烷 基苯 外 与钻井设备 上 的橡胶制 品有很 好的相溶性 ，这 一点从合成 物低 苯胺 点 也可 以说 明 在 美国墨西哥湾 数 口使 用 合成 基钻井 液所钻井 的情况 表明，钻 机 上橡胶 部件 的使用 寿命都 比使 用低毒矿物 油 钻井液 时长得 多， 5 其 它 性 质 由于合成 基液体 的独特f ￡ 学 组成， 台成 基钻井 液与 泊基钻 井液 一样 ，对储屠 不会产生 损 害 ． 合成 物 的类似于 油的性 质，使 其具有 良好 的润滑性 能． 由 AP I评价 的土和 合成物 的混 维普资讯 石 油 拈 苷 工 程 栩 水 7 0 3 0液 体配制 的密度为 1 6 0 g ／ c m 钻 井渣 的磨攘 系敏为 O 0 6 ～ 0 ． 0 7 姜 予该比例配制 的泊墼钻井渍 的磨 擦系数为 0 0 5 ～0 O 8 寰 2台成 基钻井 液 的 H THP滤 失 量 台成} { 】 高温高压 滤失量[ mU3 0 mi n Es l e r 1 4 O Ol E【 h e r 3 2 PAo 6 4 L AB 3 0 SBF 3 2 龠 成物 链 井液 具 有很 好 的高 温 高压 滤戋性 能 和乳化性 能。各 SB M 体 系在 1 4 g ℃下 滚动 1 6 h 后的滤失性 能见 襄 2。 其中 E s t e r 、 Di E t h e r 、 P AO 、 L AB 体 系 组 成 为 OCMA 粘 土 含量 1 1 0 g ／ L ， 2 5 ％的 氯化钙溶液 1 1 0 muL， 低剪切流 型调节剂 1 2 g ／ L， 乳化 剂 4 5 6 0 g t L。 SBF体 系 山怀俄 明粘 土与合成 物 的混 合物 水 6 3 3 7的 液 体 和 乳 化 剂 等 组 成 ， 其 性 能 为 密 度 1 3 5g ／ c m。 ， 塑性 粘度 2 6 mP a ．S， 动切 力 9 ． 6 P a， 水的活度 0 ． 8 6。 合成基钻井 液有着 良好 的 电稳定性。如新 型台成 基泥浆 的 电稳定 性达 5 0 0 v．此外合成 基体系还 具有很好 的抗 污染性 能。 结束语 合成 基钻井液作 为 油基钻井 液的替代物 ，最主 要的优 点是大 大减 少 了对 环境 的污 染， 所以很有发展 前 景。 尤其 是在人 们对环境保 护要求 大大提高 的今 天，不 污 染或 极小污染环 境的钻井 液的发展 和应用，特 是非常受欢迎 的。 由于合成物 的性 质，使 合成基钻井 液可配成 高盐相 浓度 及 高密度 而得 到 良好 的泥 浆流 变性 、高温稳 定性 及橡 脏相容性 并且钻井 液可 以象油基 泥浆 一样使用 、 维 护，这就给 此 新体 系的发展应 用提 供 了很 好的基础。 实验 室及现场 表 明，合 成基钻井液 除 了具 有类似于 油基钻 井液 的性质 、 稳定井壁 、减 少钻柱 扭矩 和保 护储层 外，还 有利于清 洁井 眼，提 高钻速 。尽 管 目前合成 物 的价格 高于矿 物油或 柴油 ，但 其优 良的性 能及特 点，特使 合成基钻井液 的综 合效 益高于 油基体 系． 参考文献 ． ’- ● ● 一 ．一’- ● 1 张克勤．皋星．杜德 赴荛参 加 1 8届 AP 1 年会汇报材抖 1 9 9 3 ， 4 ’ ’ ’ ’ 。 ．， 1 ’ 2 J D A M c k e e el al A N ew Dev elop men t To war d I mpr o v ed Sy n t h et i c Bas ed M u d Pe r f o r m a nc e ． SPE／ IADC 2 9 40 5 3 F B Gr e wc o ck e l a 1 ． Ph y s i c oc hemi C al Pr o pe di e s o f sy nt h ehe Ddll i r ．j Fl u ids．I ADC／ APE 2 745 0 4 ， Sa nd y Pa r k et a 1 Th e Suc c es s of S yn t h et i c Ba s ed Dr i l li n g Fluids Offs h or e G u lf o f Me xic o A Fei ld Com p a r i s o n t o Co n v ent i o n al Sy s t em SPE 263 5 4 责任i 皇辑矗治啊 维普资讯