悬浮乳液钻井液的研究与应用.pdf
第 2 6卷 第 2期 2 0 0 9年 3月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I I I NG FI UI D C M PI ETI N FI UI D Vo 1 . 2 6 NO . 2 M a r . 2 0 0 9 文 章 编 号 1 O O l 5 6 2 0 2 0 0 9 0 2 0 0 9 3 一 o “ 1 悬浮乳液钻井液的研究与应用 吴 富生 何 竹梅 薛芸 王学军 1 . 江苏油田分公司石油工程技术研究院 . 江苏扬州 ; 2 . 江苏石油勘探局安徽石油勘探开发公司 . 安徽天长 摘 要 为解 决 江 苏 油 田 钻 水平 井 、 大 斜度 井时 的原 油 污 染 问 题 , 减 少 钻 井 工 程 的 原 油 消 耗 量 , 巩 固和 发 展 环 锞 型保 护储 层钻 井 液 技 术 。 开 展 了石蜡 悬 浮乳 液 钻 井 液 技 术 研 究 。 室 内 对 该 钻 井液 使 用 的处 理 剂 进 行 了评 价 。 优 选 出 了钻井液配方。该钻井液 已在 闽 4 0 2 1井、 闵 4 O 一 2 2井 、 黄 8 8 7井等 1 0口井钻 井中进行 了试验应用。结果表 明, 该 钻 井液 具 有 优 良的 润 滑 、 防 塌 和 保 护 油 气 层性 能 , 抑制 性 和 抗 污 染能 力 强 . 对 环 境 和 录 井 无 影 响 。 抗 温 达 1 2 O C. 1戎本适 中 , 取 得 了良好 的 钻 探 效 果 。 关 键 词 乳 液 钻 井 液 ; 防 止 地 层 损 害 ; 保 护 油 气层 ; 环 境 保 护 中图 分 类 号 TE2 5 4 . 3 文 献 标 识 码 A 悬 浮乳液 钻井液 是用环保 型 的正电性 钻井 液处 理剂 阳离子乳 液 聚合 物 、 乳 化 石蜡 和有 机 硅醇 主剂 与其 他辅剂配 制而成 。该钻 井液通 过 电荷 中和 作用 和长链 聚合物 的架 桥作 用 , 使 黏 土 的 比表 面 和 负 电 荷大 大下降 , 从而使黏 土 的水 敏性基 本丧 失 , 有效 地 抑制 了黏土颗 粒 的膨 胀 、 分 散 、 运 移 , 起 到 了稳 定 黏 土 的作用 , 结 合乳化 石 蜡 能在 近井 地 带 形成 渗 透 率 极低 的屏蔽带 的协 同作 用 , 减 少进 入储 层 的滤 液 及 有害 固相可能 对油 层造 成 的损 害 , 以防 止井 壁 坍 塌 和保 护油 气层 。悬 浮乳 液 钻 井液 技 术 是将 润 滑 、 防 塌 、 保 护储层 、 保护环 境协调发 展 的新 技术 。 1 悬浮乳液钻井液性能评价 1 . 1 阳离 子乳液 聚合物 D S - 3 0 1 的性能 1 钻屑 回收率试 验 。将 永 2 2井 2 1 8 4 ~2 1 8 5 m井 段钻 屑 加 入 掺 有 不 同抑 制 剂 的 5 膨 润 土浆 中, 在 1 2 O C下 热滚 1 6 h后 测定 回收率 . 测 得 基 浆 为 】 5 . 2 . 0 . 2 PMHA I I 为 2 5 . 2 , 0 . 2 F A3 6 8 为 2 4 . 8 % , DS ~ 3 0 1的加 量 分 别为 0 、 0 . 1 、 0 . 2 % 、 0 . 3 、 0 . 4 、 0 . 5 0 0 、0 . 6 时 , 回收率分别 为 1 4 . 8 、 l 5 . 3 、 2 4 . 9 、 2 5 . 3 、 2 5 . 2 、 2 9 . 9 。由此 可 以 看 出 . D S 3 0 1抑 制 泥 岩 水 化 膨 胀 、 分 散 的 能 力 较 PMHA Ⅱ和 F A3 6 8强 ; 随 着 DS 一 3 0 1加 量 的增 加 , 回收率 逐渐 增大 , 加量超 过 0 . 2 后 , 回收率 增 大趋 势减 缓 , 故 初选 D S 一 3 0 1的加量 为 0 . 2 。 2 泥 页岩膨 胀 实验 。取 永 2 2井 E 。 地 层粒 径 小 于 0 . 1 5 4 mm 岩 心粉 制 成 泥 页岩 岩 心 , 加 入不 同 的钻井 液 中 , 用 N P 一 Ⅱ型 页 岩膨 胀仪 测 其 不 同 时 间 的线 膨胀 率 . 结果 见表 1 。由表 1看 出 , D S 一 3 0 1 对泥 页岩 的 抑 制 性 随其 浓 度 的增 加 而 增 强 ; 同 浓 度 下 D S 3 0 1抑 制 泥 页 岩 分 散 的 能 力 较 P MHA一 Ⅱ和 F A3 6 8强 。 1 . 2 有机 硅醇 D S 一 3 0 2 的性能 1 泥 页岩分散试 验 。在 5 膨润 土 浆 中加入 不 同的防 塌 剂 , 高 速 搅 拌 1 0 mi n后 再 加 入 5 膨 润 土 , 高 速搅拌 2 0 mi n 。测量 试样 在 常温下 养护 2 4 h 和 1 2 0℃热滚 l 6 h后 的表 观黏度 变化情 况 , 结果 见 表 2 。由表 2看 出 . DS 3 0 2的抑 制性 随 其 加量 的 增 加而增 强 , D S 一 3 0 2的抑 制性 比 KI G I和 S AM K 强 , 与 F T 一 3 8 8相 当; 高温能 增强 D S 一 3 0 2的抑 制性 。 2 激光粒 度分 析法 。在 5 膨 润 土基 浆 中加 入 不 同浓 度 的 D S 一 3 0 2 , 高速 搅拌 5 mi n , 加 入 8 %岩 心 粉 , 搅拌 均匀 静置 4 h后 , 用 C I I AS 1 1 8 0激 光粒 度 仪测定 岩心 的 比表 面 、 分散 度 、 D。 。 值 , 结 果 见 表 3 。 由表 3看 出 , D S 一 3 0 2浓度加 至 2 . 0 时 . 钻 井液才 能 有 效抑制 黏土分 散 , 故 D S 一 3 0 2初选 加量为 2 . 0 。 第一作者简介 吴富生, 1 9 6 6年生. 1 9 8 8年毕业于承德石油学校 油化专业,2 0 0 5年 毕业于长江 大学石油工程 系. 一直从 事钻 井液技术研 究工作。地址 江苏省扬州 市文汇 西路 l号江苏油 田分 公司石 油工程技 术研 究院 ; 邮政 编码 2 2 5 0 0 9 ; 电话 0 5 1 4 8 7 7 6 0 9 6 2 / 1 3 8 1 3 1 6 6 3 6 5; E ma i l V U { U S j o e c o . c o n 1 . C D _ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 4 钻 井 液 与 完 并 液 2 0 0 8年 3月 表 1 基浆中加入不同抑制剂后泥页岩膨胀率 随时间的变化 表 2基 浆中加入不同防塌剂其表观黏度降低率 配 方 实验条件 AV降低 率 T/ 。 C t / h mPa s 表 3基浆中加入 不同浓度的 D S 一 3 0 2后岩 心粒 度变化情况 注 岩心粉 取 自永 2 - 2井 2 1 8 4 ~2 1 8 5 m井段沙河街组 地 层 , 岩 心 粒 径 小 于 o . 1 5 4 mm。 1 . 3 乳化石蜡 R H J 一 1 的性能 1 润滑性 能 。用极 压润 滑仪 测定基 浆及 其加 入 不同 润滑剂 后 的 润 滑 系 数 , 结 果 见 表 4 。 由表 4看 出 , RHJ 一 1的润 滑性 较 F X RH、 原 油好 ; 乳 化 石蜡 加 量超过 2 时润滑效果 明显 , 高温能提高其润滑效 果 , 故 初 选 R HJ 一 1加量 为 1 ~2 。 2 RHJ 一 1与 聚 合 物 钻 井 液 的 配 伍 性 。在 该 钻 井液 5 . 0 钠 膨 润 土 0 . 2 P MHA一 Ⅱ 0 . 5 9 / 6 NH - HP AN0 . 2 纯 碱 中 分 别 加 入 0 . 5 、 1 . 0 、 1 . 5 、 2 . 0 RHJ 一 1 , 测 其 性 能 , 结 果 见 表 5 。 由表 5看 出 , RHJ 一 1对 该 钻 井 液 的流 变 性 能 影 响 小 , 随其加 量 的增 加 , 动 塑 比增 大 , 增 强 了 钻 井 液携 岩能 力 , 表 明 RHJ 一 1与 目前 常 用 聚合 物钻 井 液 的配 伍性 好 。 表 4不 同润滑剂在常温下 的润滑性能 表 5 RH J . 1与 聚 合 物 钻 井 液 的配 伍 性 1 . 4 降滤失剂的优选 在 5 膨 润 土浆 中加 入 0 . 2 D S 一 3 0 1和 1 . 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 2 期 吴富 生等 悬浮乳 液钻 井液的研 究与应 用 9 5 D S 一 3 0 2 配 成基浆 , 加 入相 同浓 度 的各 种 降 滤 失 剂 , 测其 滤失量及 流变性 能 , 结 果见 表 6 。 表 6 降 滤 失 剂 优 选 试 验 结 果 由表 6可 以 看 出 , NH 一 HPAN、 Na HP AN 的 降滤失 效 果 较 其 他 降 滤 失 剂 好 , 同 时 NH 一 HP AN 具有 一定 的降黏 作 用 , 而 Na HP AN 具 有 一定 的增 黏作 用 , 故优 选 NH 一 HP AN 作为 降滤失剂 。 1 . 5 降黏剂的优选 在基浆 中 7 膨 润 土 4 - 0 . 2 / oo D S 一 3 0 1 4 - 1 . 5 D S 一 3 0 2 0 . 5 NH 一 HP AN 加 入 同浓 度 的降黏 剂 , 测其 流变性 能 , 结果 见表 7 。 由表 7 看 出 , 该 钻井 液 流变性易调整、 控制, X Y一 2 8的降黏效果较好 。 表 7降 黏 剂优 选 试 验 结 果 1 . 6 悬浮乳液 钻井液 性能评价 悬 浮乳液钻 井液 表 观 黏度 为 1 9 . 5 m P a s , 塑 性 黏度为 1 4 mP a s , 动 切 力 为 5 . 5 P a , 动 塑 比 为 0 . 3 9 P a / mP a S , 静 切 力 为 2 . 5 / 3 . 5 P a / P a , 滤 失 量 为 9 . 4 mI , p H值 为 1 1 , 摩擦系数为 0 . 0 2 6 2 。其配 方如下 。 l 5 膨 润土 0 . 2 D S 一 3 0 1 1 . 5 D S - 3 0 2 0. 5 NH 一 HPAN 0. 2 XY一 2 8 1 抗温性 能 。将 悬 浮乳 液钻 井 液 、 聚合 醇 钻 井 液 2 和 聚合 物 混油 钻 井 液 3 在 6 0 |C下 搅 拌 3 0 mi n后测量 其性能 , 再分 别 于 1 2 0和 1 4 0℃热 滚 1 6 h后观察 其性 能变化 , 结果 见表 8 。 表 8 不同钻井液的抗温性对 比 由表 8看 出 , 悬浮乳 液钻 井液抗 温达 1 2 0℃ ; 聚 合 醇钻井 液抗 温小 于 1 2 0。 C; 聚 合物 混 原 油钻 井 液 抗 温达 1 4 0℃。 2 抗 污 染 性 能 。在 4 配 方 中分 别 加 入 岩 屑 、 Na C 1 和 C a C l 。 , 并 逐 渐 增 加 污染 物 的加 量 测 其 性 能 , 结果 见表 9 。配 方如下 。 4 5 %膨 润 土 0 . 5 NH 一 HP AN0 . 2 DS一 3 0 1 1 . 5 DS - 3 0 2 由表 9可 以看 出 , 随着 岩心粉加 量 的不 断增大 , 悬 浮乳液 钻井液 的滤失 量不 断递减 , 塑性黏 度 、 动切 力 和动塑 比基本 不 变 , 表 明悬 浮乳 液 钻井 液 具 有较 强 的抗岩 屑 污染 能力 ; 随 着 Na C 1 加量 的增 加 , 滤失 量 呈现递 增趋 势 , 塑性 黏度 基本不变 , 动切力 和动 塑 比先增大 后降低 , 然后趋 于稳 定 , 表 明悬浮乳 液钻井 液具 有很 强 的抗 盐污染 能力 ; 加入 0 . 8 C a C 1 的钻 井 液 , 切力 和动 塑 比仍很 高 , 既没絮凝 也没有 分层现 象 , 直到加 入 1 %C a C 1 后 钻 井液 开 始 出 现 絮凝 、 分 层现 象 。 3 加 重悬浮乳 液钻 井液 的稳定性 。在悬 浮乳液 钻井 液 中加 入重 晶石测 其性 能 , 结果 见 表 1 0 。 由表 1 0可 以看 出 , 该 钻 井 液性 能 稳 定 , 加 重 后 钻 井 液不 分层 , 上下层 性能 变 化 不大 , 高 温 老化 后 性 能 良好 , 表 明该 钻井 液具有 较好 的胶体稳 定性 能 。 4 油气 层保护 效 果 。取 堡 1井 储层 岩心 井 深 2 4 8 5 . 4 8 m , 用 J HMD - I I 高 温 高压 动 态 损 害评 价 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 3月 仪, 在 6 0 C、 损害压差为 3 . 5 MP a 、 损害速梯为 2 0 0 s 下 , 测 定加入 不 同钻 井 液 的岩 心渗 透 率 恢 复 值 , 结 果见表 l 1 。 表 9 悬浮乳液钻 井液的抗污 染性能 4 0 . 2 C a C1 2 8 4 . 0 0 . 5 0 1 . 5 / 6 . 0 9 . 6 1 0 4 。 0 . 6 Ca C 1 , 1 ] 3 . 0 0 . 2 7 1 . O / 8 . 0 9 . 4 1 0 4 0 . 8 Ca C1 2 1 9 1 0 . 5 0 . 5 5 3 . o / 6 . 0 1 2 . 0 1 0 4 1 C a C 1 钻井 液开始絮凝分 层 , 絮凝物下沉 , 上层 为水 注 岩心粉 为永 2 2井 2 1 8 4 . 4 4 ~2 1 8 4 . 9 9 m 井段岩心 粉碎过 L 径为 0 . 1 5 4 mm的筛 。 在 1 0 5 3 。C下干燥 4 h 。 表 1 0 加重悬浮乳液钻井液的稳定性 注 *为 在 1 2 0℃ F老 化 1 6 h。 由表 可 以看 出 , 悬浮 乳液 钻井 液储层 保护 效 果 明显高 于超低 渗透 钻井 液和屏 蔽暂 堵 聚合物 钻井 液 ; 悬浮 乳液钻 井液 中加 入 3 QS - 2 , 有 较地 提 高 了 储 层保 护效 果 , 配 方 中加 入 2 乳化 石蜡 的 聚合 物 钻井液储层保护性能与悬浮乳液钻井液相当。 5 荧 光 。悬 浮乳 液钻 井 液 主要 处理 剂 DS 一 3 0 1 、 D S 一 3 0 2 、 RHJ 一 1 及 其组 成 的钻 井 液 的直 照 荧 光 级别 分别为 5级 、 3级、 7级 、 3级 , 表明该钻井液荧光级 别低 , 对地 质录 井无 影响 。 表 1 1 不 同钻 井 液 的 岩 心渗 透 率 恢复 值 2 现 场 应 用 悬 浮乳 液 钻 井 液 技 术 在 闵 4 O 一 2 1井 、 闵 4 0 2 2 井 进行 了应 用 。这 2口井 是 一 组 丛 式 井 , 均 为 金 湖 凹 陷闵桥 构造 闵 4 0断块 上 的定 向调整 井 , 目的层位 为 E f 。 , 油藏 埋深 为 1 5 6 0 m, 属 中孔 、 中低 渗储 层 , 中~偏 强水 敏 、 速 敏 、 盐 敏 , 弱 酸 敏 。 目前 , 闵 4 O断 块 地层 压力 系数 为 0 . 3 9 , 而 邻 近 注 水 井 闵 4 O 一 1 7井 和 闵 4 0 6井 的套管 压力 分别 为 1 2 . 8和 1 1 . 5 MP a , 井底 压力 系数分 别 是 1 . 7 9 、 1 . 7 0 ; 同时 , 该 区 块盐 城 组砾 石层 井段 长 4 0 0 m, 且砾 石粒 径 大 , 最大 粒 径达 5 ~6 c i n , 钻 进 中易发 生沉 砂卡 钻和 渗漏 。因此要 求 钻井液 具有 较强 的悬 浮携 带 能力 、 封堵 能力 、 抑 制性 和造 壁稳 定 性 、 较 低 的 滤 失 量 , 减 小 水 敏 和 水 锁 损 害 , 较低 的界 面张 力 , 减 小水 锁损 害 。 室 内研 究表 明 , 悬 浮 乳液 钻 井 液 性能 符 合 该 区 安全钻 井 和储 层保 护 的需 要 。主要 技 术 措 施 如 下 盐城 组砾 石层 采用 高膨 润土 含量 、 高黏 度 和高切 力 、 随 钻堵漏 钻 井 液 技 术 。戴南 组一 阜 宁 组 主要 发 育 粉 砂 岩 与灰黑 色 泥岩 互 层 。根 据 已钻 井 资 料 显示 , 该 区 E 。 d与 E f 交 界 处 泥 岩 易 吸 水 膨 胀 , 缩 径 , E f 4 灰 黑色 泥 岩 极 易 垮 塌 , 在 钻 井 过 程 中 加 入 DS 一 3 0 2 与 RHJ 一 1 , 以提 高 钻 井 液 的 抑 制 防垮 塌 能力 , 较 好 地 保护 油气 层 。D S 一 3 0 2与 RH J 一 1加 入 前 后 钻 井 液 性 能 变化见 表 1 2 。 闵 4 0 2 1井使 用 悬 浮 乳 液 钻 井 液 钻 井 顺 利 , 钻 井周 期 较 同区块平 均值 8 . 6 7 d缩 短至 5 . 7 9 d , 钻 井 周 期 降低率 大 于 3 O 。 闵 4 O 一 2 2井 全 井 施 工 顺 利 , 井径 规则 , 全井 平 均井径 扩 大 率 为 4 . 4 , 油 层井 径 扩大 率 为 2 . 9 6 , 井 壁 取 心 收 获率 为 1 0 0 , 电测 、 下 套管 顺利 , 固井质量 优 。 下转第 9 9页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 2期 朱峰 等 石 南油田气层 水平井 完井液研 究与应 用 9 9 限 , 采 用 X C调整 流 变性 , 用 P HT 和柴 油 调整 润 滑 性 。使用好除 砂器 和离 心机 2台 , 及 时清 除钻 屑 , 保持 钻井液 的无 固相 特性 , 严 格 控 制钻 井 液 滤失 量 不 大于 5 mL。 S NHW4 0 1水平 井 三开 段 钻 井 液 性 能 稳 定 , 水 平段 长 7 4 5 1 T I , 纯钻进 时间为 8 9 . 7 h , 机械 钻速 达到 了 8 . 3 m/ h 。三 开段 井 壁 稳 定 , 井 眼 畅通 , 起 下 钻 、 电测 、 下筛管 摩 阻 小 , 施 工 顺 利 。钻 井 液 触 变性 好 , 开泵压力激动 小 , 密度 控制较 容易 , 有 效 防止 了 目的 层 井漏 , 保护 了储层 。S NHW4 0 1 井设计 产能 为 5 1 0 I T I 。 , 系统 试 气 油 压 为 l 1 . 5 3 MP a , 套 管 压 力 为 1 3 . 5 4 MP a , 日产气 量为 2 5 . 4 1 0 I T I 。 , 日产油 量 为 2 4 . 9 r r l 。 4 结论 1 .无 固相 盐 水 水 包 油钻 井 液 有 很 强 的抑 制性 和稳定性 , 易维护 , 处 理简单 , 抗盐 能力 好 ; 并且 携砂 建 殳 霸 汪 蹙 宣 受 萱 殳 鞍证受 效果好 , 井壁稳 定 , 起下钻 、 下筛 管正 常 , 能够 满 足水 平段 施工 的要 求 。 2 . 该 钻井液 在配制 时 没有加 固相 , 施 工 中进 入 钻井 液 中 的钻 屑 等 固 相 颗粒 很 容 易 被 净 化 设 备 清 除 , 可大大减 少 固相成 分进入储 层通 道 , 有 利于储 层 保护 , 特别适 用于气层 的保护 , 后期采 用该 钻井 液完 成 的 L UHW4 0 1井 和 D X 1 8 0 5井 日产 气 量 均 超 过 1 0 1 0 I T I 。 。 3 .该钻井 液 中含 1 0 9 / 6 左 右 的 柴 油 , 泥饼 薄 韧 , 滤 失量少 , 润滑性 好 , 井 壁稳 定 , 能 够 减少 钻 井 液滤 液 向储层渗 透 , 达 到保护储层 、 安全生 产的 目的 。 4 .该钻井 液流变性 能 易调 控 , 黏度 可 以控 制在 7 0 S以上 , 动塑 比能够 控制 在 0 . 5 P a / mP a S左右 , 有 利于水平 井井 眼 清 洁 ; 初 切 、 终 切适 中 , 有 利 于悬 浮 钻屑 ; 易 开泵 , 有利 于防漏 。该钻 井液适 合 高压 喷 射 钻井 , 提 高机械钻 速 。 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 - 2 5; HGF0 9 2 A5 ; 编 辑 张 炳 芹 上 接第 9 6页 表 1 2 D S . 3 0 2与 R H J . 1 加入前后钻井液性能变化 井 深 lD F PV y P GP z FL 。 H K m g / c m。 s mP a S P a P a / P a mL ‘ 注 Kf 为加 入 DS - 3 0 2与 RHJ 一 1后 。 3 i t . 识 1 .悬浮乳 液 钻 井 液抑 制 性 强 , 性 能 稳 定 , 维 护 简单方便 , 对 环境无影 响 , 经过长 时 间在高 温下使 用 后 , 钻井液气 味轻 。 2 . 悬 浮乳液 钻井液 控制 地层 造浆 能 力强 , 抑 制 防塌 能力强 , 尤其是后期 钻井液 密度和 流 型易控 制 , 井 径规则 , 后 期作业 顺利 , 有 利于保护 油气层 。 3 .悬浮乳 液 钻 井 液试 验 井 的钻 井 液单 位成 本 较 同 区块使 用 聚合 物钻 井 液井 的 成本 少 , 更 经 济实 用 。 4 .加入乳化 石蜡 的钻 井液 易产 生 一定 量气 泡 , 但不 影响泥 浆泵 的上 水 , 循 环 2 ~3周 后 , 气 泡逐 渐 减少 , 还可加 入少量 消泡剂 , 减少钻井 液中的气泡 。 参 考 文 献 [ 1 ] 鄢 捷年. 钻井 液工 艺学 [ M] . 山东 石 油大学 出版 社 , 2 00 1 [ 2 ] 徐同台 , 王奎才 , 门廉魁. 我 国石 油钻井泥浆处理 剂发 展状况与趋势 [ J ] . 油 田化学 , 1 9 9 5 1 2 1 [ 3 ] 李克向. 保 护油气层 钻井完井技 术[ M] . 北 京 石 油工 业 出 版社 , I 9 9 3 收 稿 日期 2 0 0 8 1 2 2 5; HGF0 9 2 A1 ; 编辑 张 炳 芹 n 蛐 3 2 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m