新型无固相弱凝胶钻井液体系研究与应用.pdf

2 46 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 6 月第 3 1 卷第 3 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y J ． J P I J u n ． 2 0 0 9 V o 1 ． 3 1 N o ． 3 新型无 固相弱凝胶钻 井液体 系研究 与应用 马 超 ，赵 林 湖北省油气钻采工程重点实 验室， 长江大学石油工程学院， 湖北荆 州4 3 4 0 2 3 李再均 ，何 斌 塔里木油田监督管理中心， 新疆库尔勒8 4 1 o o o [ 摘要 ]针 对无 固相保 护油气储层钻 井液 P R D体系在塔 里木油 田牙 哈区块应用 过程 中出现 的问题 ，自 主研 制出一种新型 无固相 弱凝胶钻井液体 系来替代 P R D体系。室 内性 能评 价表 明该 钻井液体系在流变 性、降滤 失、抗温抗盐 、悬砂等性能方面 明显优于 P R D钻 井液体 系。现场 应用结果 也证 明该体系是一种 性能优 良的新型无 固相 弱凝胶钻 井液体 系，具有很强的应用推广价值 。 [ 关键词]弱凝 胶；静失水 ；抗 温；抗 盐；储层保护 ；塔里木油田；牙哈 区块 [ 中图分类号]TE 2 5 4 ． 3 [ 文献标识码]A [ 文章 编号 ]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 9 0 3 0 2 4 6 0 5 在水平井钻井 中，传统的水基 、油基钻井液都会对储层造成很大伤害，而且无法解决大斜度段和水 平段的静态悬砂和动态携砂问题 。无 固相 P R D体系能较好地解决这一问题 ，曾在 中国海洋石油公司 深圳公司、塔里木油 田得到广泛应用 ，但在使用过程中出现流变性能、抗温抗盐性能不理想等情况。结 合塔里木油田牙哈区块应用 比较成熟的 P RD钻井液体系，开发研制了一种可替换 P R D体系且性能优 良 的弱 凝胶 钻井 液体 系 。 1 弱凝胶配方研制 弱 凝胶 由 J HG - 2 、C GD - J G、C D X 一 3 、F YU 一 6天然 大 分 子 、生 物 聚 合 物 等 可 生 物 降解 的物 质 经 活 化 、复合等 工 艺 制 备 得 到 ，为 白 色 或 灰 白色 可 流 动 粉 末 。经 过 大 量 室 内 筛 选 实 验 ，确 定 两 组 配 方 ① 2 O J HG - 2 6 O ／ 4 C GD - J G 1 5 C DX 一 3 5 F YU一 6 ；② 1 0 J HG - 2 6 0 C G D - J G 2 0 C DX 一 3 1 O FYU一 6。 量取 4 0 0 ml 淡水 蒸馏水O ． 1 Na OHO ． 2 ％Na 。 C O 。 或盐水 4 ／ 4 Na C 1 加入到高搅杯中，加 入相 同质 量的样 品 P R D常规 凝 胶 或 配方 ① 或 配方② ， 以 l O 0 0 0 r ／ mi n的速 度 高搅 2 0 mi n后 ，于 室温 密 闭静置 2 4 h ，再 以 1 0 0 0 0 r ／ mi n的速 度高搅 5 mi n ，如果测 试高 温 1 0 0 ℃ 时 ，需在 滚子炉 中老 化 1 6 h 后 ，取 出冷却 至室温 ，再高搅 5 mi n后 ，按 钻井 液 测试 程 序 S Y／ T 5 6 2 1 9 3 ] 进行 室 内评 价 。结 果 见表 l和表 2 。 表 1常温 、高温淡水弱凝胶 性能参数 注 ； AV为表观粘度 ； P y为塑性粘度 ； y 尸为动切力 ； 1 o 、 G 1 o 为初切力 、 终切力。 [ 收稿日期]2 0 0 9一O 1 0 6 [ 作者简介 ]马超 1 9 7 9一 ，男 ， 2 0 0 3年大学毕业 ，硕士 。助教 ，现主要从事油田化学方面的教 学和科研工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 3期 马超等 新型无固相弱凝胶钻井液体系研究与应用 2 4 7 表 2常温 、高温盐水弱凝胶性 能参数 该弱凝胶利用聚合物之间的协同效应，具有不加交联剂，成胶温度 、时间低 ，低浓度高粘度 的特 性 。这一独特的流变性能可以有效地悬浮和携带钻屑，阻止大斜度段和水平段岩屑床的形成，能够防止 钻井液对井壁的冲刷 ，有效地控制钻井液对储层 的侵入深度，最大限度地减少对储层的损害。由表 l 和 表 2分 析可 知 ，优化 的两组 配方 的表 观粘 度在 常温淡 水 、高温淡 水 、常温盐 水 、高 温盐水 条件 下 ，均 大 于 P R D常规凝胶 ，特别是高温盐水条件下表观粘度增幅更大。由此可见该弱凝胶增粘效果相 当好。另 外 ，从 初切 ／ 终切 值可 以看 出 ，该 体系 比 P R D 常规凝 胶有更 好 的触变性 。 2 无固相弱凝胶钻井液体系性能评价 在原 有塔 里木 油 田牙 哈 区块 应用 广 泛 的常规 P RD钻井 液体 系 的基 础 上 ，用 研 制 的弱 凝 胶替 换 原来 配方 中的 P R D常规 凝胶 ，并测 定它们 的流变 性 、滤失 性 、低剪 切 速率 下 的粘 度 。在 此基 础 上确 定最 终 优化 配方 ，并 对其综 合性 能进行 评价 。 2 ． I基本 配 方 配 方体 系 1 4 0 0 ml 自来水 0 ． 1 2 Na OH 0 ． 2 C X - 2 1 6 1 ． 2 J MP - I 2 ． 0 P E G 1 ． 0 DRH 0 ． 8 C S W 5 y x 一 1 2 6 石 灰石 粉 。 配 方体 系 2 4 0 0 ml 自来 水 0 ． 1 2 Na OH 0 ． 2 C X - 2 1 6 1 ． 2 J MP 一 1 2 ． 0 P E G 1 ． 0 DRH 0 ． 8 C S W 2 P R D常规 凝胶 5 y x 一 1 2 6 oA石灰 石粉 。 配 方体 系 3 4 0 0 ml自来 水 0 ． 1 2 Na OH 0 ． 2 C X 一 2 1 6 1 ． 2 J MP - I 2 ． 0 P E G 1 ． 0 D RH 0 ． 8 C S W 2 自制弱 凝胶 5 y x - I 2 6 石 灰石粉 。 2 ． 2性 能评 价试 验 2 ． 2 ． 1流变 性试验 采用 Z NN D 六速旋 转粘 度计 ，在 1 2 0 ℃滚动 1 6 h前后 常温 下进行 流 变性 测试 。分 别 测定 各 自的 旋 转粘度值 6 0 0 、 3 0 0 、 2 0 0 、 1 0 0 ，j 2 『 6 ， 3，计算出上述 3种钻井液体系的流变性参数 AV、 PV、 y P、 y P／ PV。 为了有效地提高水平井中悬浮钻屑能力及防止钻屑床的形成 ，表观粘度一般应大于 4 5 mP a S ，动 塑比 y P／ P 可控制在 O ． 4 ～1 i 0 S 一 。由图 1和图 2流变性参数可以看出滚动后，各流变性参 数满足要求且基本稳定 ，加入弱凝胶后，热滚前后表观粘度、动塑 比明显大幅度上升 ，加入 自制弱凝胶 后的配方体 系 3比加入 P R D常规凝胶的配方 2热滚前后表观粘度、动塑比较高。由此可见配方体系 3 的流变性明显优于配方体系 2 。 2 ． 2 ． 2滤 失和低 剪切 速率下 的粘 度试 验 在 1 2 0 ℃下 滚动 1 6 h前后 常温 、中压 O ． 6 9 MP a 条 件下 测 试 静 失水 ；1 2 0 ℃下滚 动 1 6 h后 测试 低 剪 切速率 下 的粘度 ，结果 见 图 3和图 4 。 由图 3可见 ，加入 自制弱凝胶后 ，热滚前静失水大幅度降低，热滚后该体系的静失水大于 P R D常 规凝胶的配方体系 2 ，说明体系在控制失水上稍逊配方体系 2 。 由图 4可见，自制弱凝胶钻井液热滚后的低剪切速率下的粘度较高 3 r ／ mi n转速下 ，为 6 5 0 0 mP a s ，明显 好于 配方体 系 2 ，能够 满 足悬 浮 携 砂 的要 求 ，并且 有 利 于 阻止 钻 井 液 固相 和 液 相 侵入 地 层 ， 有效地控制了污染带的深度 ，避免钻井液对井壁的冲蚀 ，保护储集层 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 8 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9年 6月 8 0 7 0 6 O 5 0 4 O 据 3 0 2 0 l O O 二 盎 皇 暖 1各配方热 滚前后表观粘度变化 配方型号 图 3 各配方热滚前后滤失量变化 l。 丑 剥 臀 7 0 0 0 6 0 0 0 5 0 0 0 { 4 0 0 0 罄3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 O l 2 配方型号 图 2各配方热滚前后 动塑 比变化 图 4配方在不同剪切条件下粘度的变化 2 ． 2 ． 3抗 温性 试验 在基本性能评价 的基础上，为了改善体系的降滤失性能 ，在配方体系 3中加大 y x - 1超细碳酸钙的 含量，加入新型降滤失剂 J H 1 ，所形成的滤饼粘滞 系数很小 ，阻力低，不会对钻具造成较大的粘滞 作用。形成最终配方体系为4 0 0 ml 自来水0 ． 1 Na OH 0 ． 2 C X 一 2 1 6 1 ． 2 J MP 一 1 o ． 8 J HG - 1 2 ． o oAP E G 1 ． 0 D RH2 G E L - 3 0 7 y x - 1 2 4 石 灰石 粉 。 在该体系 中加人 3 0 g钻屑 ，不同温度下滚动 1 6 h ，过 4 O目筛筛 出钻屑，将 收集的钻井 液冷却至室 温 ，测试 其流 变性 和静 失水 以及 钻屑 回收率 。 表 3配方 体 系 抗温 性 能 试 验 结 果 注 y 尸／ P V 为动 塑比； R4 o为 4 O目页岩 回收率； AP I F L为API静失水量。 9 8 7 6 5 4 3 2 1 O O 0 O 0 O O O O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1卷第 3 期 马超等 新型无固相 弱凝胶钻井液体系研究与应 用 从表 3试 验结果 可 知 ，优化 后 的配方 体系在 不 同温 度条 件下 热滚 后 ，流变性 变 化不大 ，动 塑 比仍然 较高，钻屑回收率高，钻屑完整 、坚硬且干净，说明配方体系的抑制性强 ； 失水小，滤液清晰，滤饼薄 而韧，说明体系具有优 良的抗温性能。这是因为在配方体系中引入 了温度稳定剂 ，阻止了大分子在高温 下 的氧化 降解 ，能保 证 在 宽 温度 范围性 能基本 保持稳 定 。 2 ． 2 ． 4抗盐性试 验 在该配方体系中累积加入不同量的 Na C 1 ，室温下测试其流变性能 。 表 4配方体系的抗盐性试 验结果 加量／ AV／ mP a s P v／ m Pa s Y P／ P a y P／ P ／ 1 0 一 S 一 O 5 1 0 2 O 3 0 4 3 ． 5 4 9 ． 0 4 8 ． 5 4 6 ． 0 4 7 ． 5 2 6 ． 5 2 6 ． 0 2 3 ． 5 2 2 ． 0 Z 1 ．5 1 ． 5 6 l I 1 3 0 ． 9 4 0 ． 92 0 ． 83 从表 4可知，该配方体系加盐后 AV和P 稍有增加， y P和 Y P／ P V略有下降 ，但仍保持一个 比较 高的值 ，说明该配方体系能抵抗至少 3 0 的 Na C 1 盐。这是由于配方体系中流型调节剂的分子结构属大 分子 刚性链 ，具有 很强 的抗 盐抗 污 染能力 。 2 ． 2 ． 5 悬浮 性试 验 将该配方体系装入 1 0 0 ml 量筒 中，将悬砂 为塔里木油 田牙哈 区块某油 田岩屑经磨碎过筛 而成 均匀地 悬于其 中 ，9 O ℃下静 置 ，观察 悬砂悬 浮直 到下 沉 的 时间 。然 后 将 该 体 系在 1 2 0 ℃下 滚动 1 6 h ，再 进行上 述 同样试 验 ，结果 见 表 5 。 表 5配方体系悬浮性试验结果 由表 5可知 ，该 系在 1 2 0 ℃热 滚 1 6 h后 ，再 在 9 0 ℃条 件下 ，还 能 悬浮一 定量 的砂 粒 ，表 明具 有 优 良 的携 砂能力 ，这 为水平 井 和大斜 度 井的悬 浮携砂 提供 了保 障 。 2 ． 2 ． 6储 层保 护试验 根据 S Y 5 3 3 6 8 8 常规岩心分析推荐方法 [ 。 和 S Y／ T5 3 5 8 9 4 砂岩储层敏感性评价实验的推荐实 验方法 [ ，对塔里木油 田牙哈区块天然岩心进行静态渗透率恢复试验，来评价该钻井液体系储层保护 性能 。结果见 表 6 。 模 拟牙 哈 区块 的地 层 水 配 方 如 下 Na C 1 7 8 ． 0 g ／ L C a C 1 1 2 ． 8 g ／ L Mg C 1 。 0 ． 5 g ／ L Na HCO。 O ． 5 g ／ L十 Na 2 S O4 5 ． 2 g ／ L KC1 O ． 2 2 g ／ L 。 表 6 岩心渗透率恢复试验 由表 6岩心静态渗透率恢复试验结果可见，渗透率恢复值均达到 8 0 以上 ，YH8 3号岩心渗透率恢 0 O 0 0 O “ { s 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9年 6月 复值达到 9 2 9 ， 5 。说明该 体系具有非常好的储层保护能力 。 3 现场应用 新型弱凝胶钻井液体系在塔里木油田应用多 口井 ，成功地解决了钻长裸眼水平井和打开油气层时所 遇到的井壁稳定 、井眼净化和油气层保护等问题，钻进正常、井内畅通，下完井管柱 筛管或尾管和 生产 管柱 过程均顺 利 安 全 。以轮 南地 区 L N2 - 3 3 - H8井 井深 为 4 5 1 4 4 8 2 5 m 的造斜 及定 向段 为 例给 予说 明 1 钻井速度快。无 固相弱凝胶钻井液体系密度低 ，能大大提高钻头破岩能力 ，使钻井速度明显提 高 。以和该井井距较近 、施工条件及参数基本相同的 L N2 - 2 一 HI 井做对 比，使用自制弱凝胶钻井液体 系 的 L N2 - 3 3 - H8井平均机械钻速为 1 9 ． 7 m／ h ， 而使用聚合物磺化钻井液体系的 L N 2 - 2 一 H1 井 的平均机械 钻速为 1 0 ． 4 m／ h ，在相 同地层条件下平均机械钻速提高近 1 0 0 。 2 钻井液性能稳定 。在钻进过程 中，该钻井液漏斗粘度能够长时间稳定在一个固定值上；漏斗粘 度波动仅在 2 s 以内，在静止 l O , - - - 3 o h后 ，其粘度增加值仅为 2 ～3 s ，切力几乎无变化。每次起下钻非常 顺利，没有出现增粘 、坍塌 、拔活塞和下钻不到底等现象。 3 井眼稳定。钻井液流动时和静止后粘度均较低 ，起下钻和开泵时没有 出现较大的压力波动 ，有 效地防止了井漏和蹩泵 。钻进中返砂均匀而干净、松散而无稀泥和大泥团块现象 ，说明井眼稳定 ，井壁 泥饼较 薄 。 4 结 论 1 通过对经活化 、复合等工艺制备得到 J HG - 2 、C GD - J G、C D X - 3 、F YU 一 6天然大分子、生物聚 合物的复合筛选得到新型弱凝胶 ，该弱凝胶为白色或灰白色可流动粉末。 2 在原来基本配方的基础上，利用 自制弱凝胶替代常规弱凝胶所形成 的新型无固相弱凝胶钻井液 体系在流变性、低剪切速率下的粘度 、降滤失基本性能方面明显优于常规弱凝胶体系。只是在热滚后降 滤失性能稍逊常规弱凝胶体系。 3 为了改善体 系的降滤失性 能，在该体系中加大 y x - I超细碳酸钙 的用量 ，加入 新型 降滤失剂 J HG - 1 ，使体系降滤失性能得到明显改善。 4 通过对优化配方体系的其他性能评价，表明该体系具有强的抗温性、抗盐性、悬浮性能 、储层 保 护能力 。 5 现场应用证明，新型无 固相弱凝胶体系能完全满足塔里木油 田牙哈区块 的钻井需要 ，具有很强 的推广应 用价 值 。 [ 参考文献] [ 1 ]谢克姜 ，胡文军 ．方满宗 ，等 ． P R D储层钻井液技术研究 与应用 [ J ]．石油钻采工艺 ，2 0 0 7 ，2 9 6 9 9 ～1 0 1 ． [ 2 ]S Y／ T 5 6 2 1 9 ，钻井液测试程序 [ s ]． [ 3 ]S Y5 3 3 6 8 8 ，常规岩心分析推荐 方法 [ s ]． [ 4 ]S Y／ T5 3 5 8 9 4 ，砂 岩储层敏感性评价实验 的推荐实验方法 [ s ]． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m