新型强抑制胺基钻井液技术的研究.pdf

第2 8卷 第 1 期 2 0 1 1年1月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D C0M P LETI ON FLUI D v 0 1 ． 2 8 No ． 1 J a n．2 01 l 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 O 1 0 0 1 4 0 4 新型强抑制胺基钻井液技术的研究 张洪伟 ， 左凤江 ， 贾东民 ， 刘艳 ， 刘彦妹 ， 何伟平 2 7 田惠 ， 刘学玲 ， 韩菊 3 ， 孙令琴 4 1 ． 渤海钻探工程技术研究 院华北分院，河北任丘 ； 2 ． 华北油 田采 油二厂 ， 河北霸州 ； 3 ． 华北油田渤海石油职业学院培训部，河北任丘 ； 4 ． 华北油田采油一厂，河北任丘 摘要针对大位移井钻遇泥页岩地层存在的水化膨胀缩径和严重造浆的问题，在研制出聚胺抑制剂 J A I 、阳离 子聚丙烯酰胺强包被剂P V等主处理剂，并选用 X C D和 X C ． H V复配作流型调节剂的基础上，开发出了与国外高 性能水基钻 井液 性能相 当的一种新型强抑制胺基钻井液。性能评价 结果表 明，该钻 井液具有很 强的抑制性 ，由于 复配使用 了一种成膜 防塌剂 ，婪岩臂 回收率略高于高外同类体 系 ； 携岩能力强 ，在较低 的表观黏度下具有较高的 动塑比和 、 ， 读数 ； 而且滤失量低 ，抗 温达 l 2 O。 C，抗盐 、抗钻屑污染能力强，润滑性 良好。该在二连油 田巴 l 8 平 7井的现场应用取得 了良好的效果。室内实验和现场应用结果表明，该体系能够有效应用于易水化的泥页岩 复杂地层的钻进 ，并且环境保护性能好 关键词 抑制性钻井液 ； 高性能水基钻井液 ； 聚胺抑制剂 ； 包被剂 ； 高效润滑剂 中图分类号 T E 2 5 4 I 3 文献标识码 A 随着对石油资源的开发，复杂井的数量及其所 占的比例越来越高 ，由于受地域 限制和为了提高单 井产量，有相当一部分井是高难度大位移井 ，这部 分井具有井眼大、位移大、水平井段长 、井眼轨迹 变化较大的特点，存在着泥页岩地层的严重垮塌和 膨胀缩径以及严重造浆等问题 ，国外解决此类问题 大多采用油基钻井液 ，但是随着石油． [ 业 的发展 ， 尤其是环境保护要求的 E t 益严格 ，油基钻井液的使 用越来越受到限制。为 了解决泥页岩抑制性和环境 保护的问题 ，同时又保证钻井液具有 良好的润滑性 和携带岩屑能力 ，国外钻井液公 司开发了与油基钻 井液性能相当的高性能水基钻井液 一 ，并进行 了 广泛地应用 [8 - 1 0 ] o笔者研制出了一种与国外同类钻 井液体系性能相当的新型强抑制胺基钻井液 ，并在 现场进行了试验应用。 该钻井液能很好地保护环境 ， 应用前景广阔。 1 主要 处 理 剂 的性 能 评价 1 ． 1 聚胺页岩抑制剂 研制 出了一种聚胺抑制剂 J AI ，评 价了其抗黏 土污染能力。在体积分数为 2 ％的聚胺溶液中加入 一 定量膨润土，中速搅拌 3 0 mi n ，测定其流变参数， 然后在 9 3。 C 温度下滚动老化 1 6 h ，冷却后 中速搅 拌 3 0 mi n ，再测定其流变参数 ，重复以上过程直到 体系明显增稠。实验结果见表 1 。 表 l 2 ％ 的 J AI 和 U l t r a h i b溶液混入黏土后的流变参数 注 表内数据为在 9 3。 C 下滚动 1 6 h 后 的性能 。 基金项 目 国家重大专项项 目 “ 深 井钻录 、测试技术和配套装备”课题 “ 复杂地质 条件 下深 井钻 井液 与高 温高压 固井 技术研究” 2 0 1 1 Z X0 5 0 2 l 一 0 0 4的部分研究 内容。 第一作者简介 张洪伟 ，工程师，1 9 8 1 年生，2 0 0 7年毕业于 中国科学院研究生院 ，现在从事钻井液的研 究工作。地址 河北省任丘市燕山南道钻研院小 区油田化学研究室 ； 邮政编码 0 6 2 5 5 2；电话 1 3 6 3 0 8 4 1 7 3 0； E - ma i l z h wp u f a n g ma i l ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 1 期 张洪伟等 新型强抑制胺基钻井液技 术的研究 l 5 从 表 1看 出 ，黏 土 污 染 量 达 4 0 ％ 时 ，体 系 的 流变参数 出现明显上升，表 明聚胺抑制剂 J AI 能够 抑制膨润土的水化分散造浆 ，具有很强的抑制性。 对聚胺抑制剂 J AI 抑制泥页岩水化分散的能力 进行了评价。取路 8 5 井 2 2 0 0～2 4 0 0 1 T I 井段易水 化的泥页岩钻屑过筛 ，取 4 0 g粒径为 2 ． 0 ～3 ． 2 mm 的钻 屑 在 1 2 0。 C下 滚 动 老 化 1 6 h ，过 孑 L 径 为 0 ． 4 5 mm或 0 ． 6 8 mm 的筛 回收钻屑称重 ，结果 见表 2 。 表 2 聚胺抑制剂溶液的的钻屑 回收 率实验结果 液体 筛孑 ． mmj 筛孑 ． mm 从表 2可以看出，钻屑在聚胺溶液 中的滚动 回 收率远远高于在清水 中的，而且过孑 L 径为 0 ． 6 8 mm 筛后 的回收率与过孔径为 0 ． 4 5 mm筛的接近 ，说明 处理剂 J AI 能够有效地保证钻屑的完整性 ，提高振 动筛清除泥页岩钻屑 的效率 ； J AI 与 Ul t r a h i b的抑 制性能相当。 1 ． 2强包被剂 研制出一种具有适度分子量 的阳离子聚丙烯酰 胺作包被剂，对其溶液 的流变性 、抑制能力及其分 子电性进行了评价，并与同外同类产品 Ul t r a h i b进行 了对比，结果见表 3 。从 表 3 可以看出，包被剂 P V 的流变性、抑制黏土膨胀能力、电性等各项性能与 Ul t r a c a p相当，而且 P V的抑制性优于 Ul t r a c a p 。 表 3 阳离子聚丙烯酰胺包被剂 P V的性能 1 ％溶液 的流变性 包被剂 O 6 o o 03 0 0 2 o o 妒l O 0 6 3 不同电压下 膨胀量 ／ 的电性 ／ mv mm 2 0 V 40 V 6 0 V Ul t r a c a p 1 8． 0 1 0 6 ． 5 4 0 0 7 ． 1 3 3 6． 83 44 ． 1 6 36 ． 8 5 PV 20． 5 l 1 7 ． 5 4 0 0 6． 7 2 3 8- 25 49 ． 98 37 ． 8 2 1 ． 3流型 调节剂 室内对 比评价 了几 种生物 聚合 物在淡水 和人 工海水 中的流变性 ，其流变性能见表 4 。从 表 4可 以发现，XC D和 XC Hv的淡水和海水溶液的流变 参数与国外钻井液公 司使用 的 MC ． VI S溶液相 当， X C D和 XC 。 HV能够使溶液保持较好的流型 ，因此 确定选 用 X C D 和 XC HV复 配作 为流 型调节剂 。 表 4 不 同生物聚合物的 l ％ 水溶液的流变性 生物 聚合物 6 。 。／ 3 0 0 2 。 。 l { J】 6 M C VI S 90 ／ 1 9． 5 7 4／ 1 3． 0 66． 5 ／ 1 1 5 7． 0／ 8 3 7． 0 ／ 2 ． 5 35．0／ 2 黄原胶 7 7 ／ 8 ． 5 6 0 ／ 4 ． 5 5 2 ． 0 ／ 2 ． 5 4 1 ． 0 ／ 1 2 2 ． 0 ／ 0 1 8 ． 0 ／ 0 XC HV 8 4／ 2 3． 5 68 ／ 1 6． 5 6 2． 0 ／ 1 3 5 4． 0 ／ 1 0 31 ． O／ 4． 0 26． 5 ／ 3 XCD 91 ／ 2 0． 5 71 ／ 1 5． 0 6 4． 0 ／ 1 2 5 4． 0 ／ 9 27． 5 ／ 3 ． 5 23． 5 ／ 3 xCD XC - H V 88 ／ 21 ． 0 7 0／ 1 6． O 6 0． 0 ／ 1 2 5 2． 5 ／ 1 0 30 ． 0 ／ 4． 0 25．0／ 3 【l1 注 “ ／ ”前 面的数据 为去离子水溶液的值 ； 其后面的数 据为人T海水溶液 的值 。 2 强抑制胺基钻井液的性能评价 在研制和筛选 出主要处理剂的基础上 ，优选得 到新型强抑制胺基钻井液的基本配方如下。 6 ％～ 8 ％ KC I 2 ％～ 4 ％聚胺 J AI 0 ． 3 ％～ O ． 5 ％ 阳离子聚丙烯酰胺包被剂 P V 0 ． 3 ％～ 0 ． 5 ％ 流 型调节 剂 XC D X C H V I 1 0 ． 7 ％～ 1 ． 2 ％ 改性 淀 粉 1 ． 0 ％～ 1 ． 5 ％ 防塌剂 1 ． 0 ％～ 1 ． 5 ％ 成膜降滤失剂 2 ％～4 ％ 润滑剂 杀菌剂 消泡剂 根据现场条件可选用碳酸钙 、有机盐或重晶石 加重到所需密度。 实验评价了该钻井液的各项性能。 2 ． 1 基本性 能 该新 型强抑制胺基钻井液基础配方以及用重 晶 石加重后配方的各项基本性能如表 5 所示。由表 5 可以看出 ，该钻井液在较低的表观黏度下，具有较 高的动塑比和 、 读数 ； 在无黏土相存在的条件 下 ，具有较低 的滤失量 ，表明该钻井液有 良好 的井 眼净化能力和保护储层能力。 表 5 新型强抑 制胺基钻 井液的基本性能 注 热滚 条件为 9 3。 C、1 6 h； 加重 配方 的钻 井液密度 为 1 ． 2 0 g ／ c m 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年1月 2 ． 2 抑制性 能 称取 1 0 g干燥 的膨 润土 ，在 4 MP a 下 压实 5 mi n ， 用 N P 一 1页岩膨胀仪测定其 8 h的线性膨胀量 ， 结果见表 6 。从表 6可以看出，与清水相 比，岩心 在 Ul t r a d r i l 钻井液和新型强抑制胺基钻井液中的线 性膨胀量大幅度减小 了，而且成膜 防塌剂 的加入 ， 使新型强抑制胺基钻井液的岩心膨胀率继续明显减 小 ，钻井液的封堵能力进一步提升，因而有利于井 壁稳定 。 表 6 新型强抑制胺基钻井液抑制页岩膨胀的性能 注 钻井液 中未加人防塌剂。 取阿尔 4井 6 0 0 ～9 0 0 m井段易水化 的粒径为 2 ． 0 ～3 ． 2 mm的泥页岩钻屑 4 0 g ，在 9 3。 C 下滚动老 化 1 6 h ，过孔径为 O ． 4 5 mm的筛，称取回收钻屑的 量，结果见表 7 。从表 7可以看 出，新型强抑制胺 基钻井液的页岩回收率略高于国外同类钻井液体系 U l t r a d r i l ，与传统 的水基聚合物钻井液相 比，抑制 性明显提高， 表 明该钻井液能抑制泥页岩水化分散， 解决泥页岩严重造浆的问题。 a 强抑制胺基钻井液 b 清水 图 3 滚动回收后的钻屑 2 ． 3 抗盐能 力 评价 了新型强抑制胺基钻井液抗 N a C 1 污染的 能力 ，结果见表 8 。由表 8 可以发现 ，随着 Na C l 加 量 的增加 ，该新型强抑制胺基钻井液的流变参数基 本维持不变 ，而滤失量略有减小 ，表明该钻井液具 有很强 的抗盐 能力 ，同时也说 明该钻井液与 N a C I 盐水 的配伍性 良好。 表 8 新型强抑制胺基钻井液的抗盐能力 表 7 不同钻 井液的页岩滚动回收率 注 热滚条件为 9 3。 C、1 6 h 。 通过观察滚动回收后的钻屑 见图 1 可以发现， 从清水 中回收的钻屑 仅剩 7 ． 5 ％ ，虽然也有部分 较大颗粒 ，但全部为不水化的砂岩等岩屑 ，所含的 泥页岩全部水化分散 ，表明所选用 的钻屑具有极强 的水化分散性 ； 而新型强抑制胺基钻井液 ，不但具 有较高的回收率 ，而且钻屑的完整性好。这进一步 表明新型强抑制胺基钻井液具有强的抑制泥页岩水 化分散能力。 2 ． 4 抗钻 屑污染能力 将阿尔 4井易水化的泥岩钻屑烘干粉碎，过孔 径为 0 ． 1 8 0 mm的筛，称取一定量钻屑加入该钻井液 中， 钻井液老化前后的性能见表 9 。从表 9可以看出， 随着钻屑的加入，新型强抑制胺基钻井液的黏度和 切力变化均不明显，而且滤失量略有减小，表明该 钻井液能很好地抗钻屑污染。 2 ． 5抗温性能 测定 了新型强抑制胺基钻井液在不同的温度下 热滚 1 6 h后的各项基本性能 ，见表 1 0 。由表 1 0可 以看出，该强抑制胺基钻井液在 1 2 0。 C 条件下，各 项流变参数和切力基本不变 ，能够满足该温度下的 钻井需 要 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 l 期 张洪伟等 新型强抑制胺基钻 井液技术的研究 l 7 表 9 新型强抑制胺基钻井液抗钻屑污染能力 注 热滚 条件 为 9 3。 C、1 6 h 。 表 1 0 强抑 制胺基钻 井液在不 同温度下热滚 1 6 h后的性能 2 ． 6润滑性能 测定了新型强抑制胺基钻井液的泥饼黏附系数 和极乐润滑值 ，泥饼黏附系数表现为不黏 ，极压润 滑系数为 0 ． 0 8 ，表明该钻井液具有 良好的润滑性 ， 能够有效预防黏附卡钻和钻头泥包。 3 现 场 应 用 新 型强抑制胺基钻 井液在二连油 田巴 1 8平 7 井进行了现场应用 ，取得了 良好的效果。巴 1 8 平 7 井是一 口水平井 ，三开采用无 同相强抑制钻井液钻 进 3 5 3 m完钻。在应用过程 巾该钻井液性能稳定 ， 没有 出现因为泥 页岩水化分散 而导致的造浆问题 ， 漏斗黏度在 4 8 S 左右 ，滤失量在 5 mL以下 ，动塑 比接近 l P a ／ mP a s ； 在钻进过程中振动筛除砂效果 良好 ，不存在钻屑黏结和泥包现象 ； 能较好地反映 钻时和地层变化情况 ； 在钻进过程r f 井壁稳定 ，无 垮塌掉块现象 ； 起下钻无挂阻 ； 电测一次到底 。该 钻井液很好地保证了后期作业 的顺利进行。 4 结论 1 ．在研 制得 到 聚胺抑 制剂 、强 包被 剂等 主 要处理 剂的基础上 ，优选得 到新 型强抑制胺基钻 井液 基 本 配 方 6 ％～8 ％ K C I 2 ％～4 ％聚 胺 J AI 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％ 阳离子 聚丙烯酰胺包被剂 P V 0 _ 3 ％ ～ 0 ． 5 ％流 型 调 节 剂 X C D X C H V I 1 0 ． 7 ％～ 1 ． 2 ％ 改 性 淀 粉 1 ％～ 1 ． 5 ％防 塌 剂 1 ％～ 1 ． 5 ％ 成膜降滤失剂 2 ％--4 ％ 润滑剂 适 量杀菌剂 适量消泡剂 ，根据现场条件可以采用碳 酸钙 、有机盐或重晶石加重。 2 ．室 内实验和现场应用表 明，该新型强抑制 胺基钻井液具有很强的抑制性 ，携岩能力强，抗盐 、 抗钻屑污染能力强 ，润滑性 良好 ，能够应用于易水 化的泥页岩复杂地层。 3 ．新型强抑制胺基钻井液的环境保护性能好 ， 应用前景广阔。 参 考 文 献 [ 1 ] S c h l e mme r R， P a t e l A， F r i e d h e i m J ， e t a 1 ． P r o g r e s s i o n o f wa t e r b a s e d fl u i d s b a s e d o n Ami n e Ch e mi s t r y -- c a n t h e r o a d l e a d t o t r u e o i l mu d r e p l a c e me n t s [ J ]AA DE 2 0 0 3 Na t i o na l Te c h nol og y Co n f e r e nc e， 2 00 3，4． [ 2 ] P a t e l Ar v i n d ，S t a n ma t a k i s E ma n u e l ，Yo u n g S t e v e ，e t a 1 ．Adv a nc es i n i n hi b i t i ve wa t e r ba s e d dr i l l i ng f l ui ds C a n t h e y r e p l a c e o i l b a s e d mu d s [ C] ． S P E I n t e r n a t i o n a l Sy mpo s i u m o n Oi l fie l d Ch e m i s t r y， 20 071 0 6 47 6． [ 3 ] Dy e W， D a u g e r e a u K， H a n s e n N， e t a 1 ． N e w w a t e r b a s e d mud ba l a nc e s hi g h p e r f or ma n c e dr i l l i ng a n d e nv i r o n me nt a l c o mp l i a n c e [ R 1 ， S P E ／ I ADC 9 2 3 6 7 ． [ 4 ] B i l l y Dy e ， De n n i s Cl e p p e r ， Ne l s H a n s e n ，e t a 1 ． D e s i g n c o n s i d e r a t i o n f o r h i g h p e r f o rm a n c e w a t e r b a s e d mu d s [ J ] ． AADE 20 0 4 Dr i l l i n g Fl ui ds Co nf e r e n ce，Ho u s t on，Te xa s ， 2 00 4，4． [ 5 ] 张克 勤 ， 何 纶 ， 安淑芳 ， 等 ． 国外 高性能 水基钻 井液介 绍 f J ] ． 钻井液与完井 液 ，2 0 0 7 ，2 4 3 6 8 7 3 ． [ 6 ] 王建华 ，鄢捷年 ，丁彤伟 ． 高性能水基钻井 液研究进展 『 J 1 ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 7 ， 2 4 1 7 l 一 7 5 ． [ 7 ] 张启根，陈馥，刘彝 ， 等 ． 国外高性能钻井液技术发展 现状 钻井液 与完井液 ，2 0 0 7 ，2 4 3 7 4 7 7 ． [ 8 ] 黄浩清 ． 安全环保的新型水基钻计液 U L T R A DR I L L [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 4 ，2 1 6 4 - 7 ． [ 9 ] 孔庆 明 ， 常锋 ， 孙成春 ， 等 ． UL T R AD R I L 水皋钻井液 在张 海 5 0 2 F H 井 的应 用 [ J ] ． 钻 井 液与 完井 液 ，2 0 0 6 ， 2 3 6 7 1 7 4 ． [ 1 0 1工树 永 ． 铝胺高性能水基钻井液 的研究 与应 H J [ J 1 ． 钻井 液与完井液 ，2 0 0 8 ，2 5 4 2 3 2 5 ． 收稿 日期2 0 1 0 - 1 0 2 9 ；I ND F 1 1 0 1 W5 ；编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m