阳离子聚合物钻井液体系研制及现场试验.pdf

第 3 3 卷第 6 期 2 0 1 4 ． 0 6 试验研究 阳离子聚合物钻井液体系研制及现场试验 毛伟汉 大庆 油田 钻探 工程 公司 钻 井三 公司 摘要阳离子聚合物钻井液体系的抑制、包被、絮凝效果显蓍。对包被剂、抑制剂性能的 评价有两种 方法 一是测定岩屑 回收率 ，回收率越 高，抑制分散效果越好 ；二是岩心膨胀量的 测定 ，膨胀量越低 ，抑 制性越好。确定钻井液处理 剂配方为 O ． 2 ％～0 ． 3 ％H义 ．一D O ． 2 ％～O ． 3 ％ Nw一 1 0 ～0 - 3 ％NP AN 一 2 0 ． 2 ％～0 ． 4 ％HP NH 0 ． 2 ％～0 _ 3 ％D J C 或 0 ． 2 ％F P S 。大 、小 阳 离子 聚合物钻井液是一种优 良的聚合物钻井液体 系，该体 系对抑制 大庆油田上部地层大段泥岩造浆 和井壁泥岩水化膨胀效果显著，可有效减少缩径、井眼不畅、下钻遇阻、钻具泥包等井下复杂 现 象。该钻 井液体 系性能稳定 ，固相含量低 ，外排钻井液量少。 关键词大 阳离子 ；小 阳离子 ；聚合物钻井液 ；黏度 ；实验 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 4 ． 6 ． 0 1 3 大庆油田油层以上为大段泥岩层 ，埋深最小达 到 8 0 0 m，最大到 1 0 0 0 m。嫩江组从嫩 4 段到嫩 1 段长 6 0 0 8 0 0 m，黏土矿物 含量达到 5 0 ％以上 ，其 一 f 1 以蒙脱 和伊利石为主。2 0 0 0 年以后 ，通过使 用钾铵聚合物钻井液体系和乳液高分子聚合物钻井 液体系地层造浆得到有效控制，同时泥岩吸水膨胀 导致 的缩 和井 剥落坍塌觇象大幅度减少。但是 钻外液稳定性还不理想 ，钻 J 液外派量大 ，还存在 下钻遇阻 、泥包 问题。通过对围内外有关聚合物钻 片液 丈献 的研 究 ，阳离子 聚合物 钻井液体系 的抑 制 、包被 、絮凝效果显著。经过对大阳离子 、小阳 离子性能以及与其他处理剂 的配合性进行研究 ，合 成 r一种适合强抑制钻井液配方体系 ，现场应用取 得 r 著效果。 1 实验部分 抑制剂包括聚丙烯酸钾 K P A M、乳液包被剂 G J 一2 、两性 离子聚合物 F A 3 6 8 、大 阳离子聚合物 包被絮凝剂 x wD 、小阳离子N w一1 。防塌降滤 失剂包括铵盐 N P A N、复合铵盐 N P A N 一2 、磺化沥 青 F T D2 、高 温 高 压 降 滤 失 剂 H P NH、褐 煤 树 脂 S ML P 。稀释剂包 括改性栲胶 J N A、两性 离子降 黏剂 X Y 2 7 、低分子 聚丙烯 酸钠 D J C、复合 甲基 硅 酸 钠 。 土粉 为 钠膨 润 土 ，评 价土 为 地层 取 芯 泥岩 。 使用的仪器有苏氏漏斗黏度计、六速旋转黏度 计 、页岩膨胀仪 、标准筛 、高速搅拌器 、老化罐和 滚子加热炉。 1 ． 1 处理齐 0 抑韦 0 性能 对包被剂 、抑制剂性能的评价有两种方法 一 是测定岩屑回收率，回收率越高，抑制分散效果越 好 ；二是岩心膨胀量的测定 ，膨胀量越低 ，抑制性 越好。 1 岩屑回收率实验 。用钠膨润土和评价土制 成人工岩屑，将待测抑制剂配成 0 ． 5 ％的水溶液， 分别在 1 2 0。 C 下做滚动回收率实验。将地层泥岩井 段 的岩心制成过 1 0目、余 2 0目标 准筛 的岩屑，烘 干，然后用 0 ． 5 ％抑制剂溶液在 1 2 0。 C 下做滚动 1 6 h 回收率 实验 。 由实验结果可知 ，大 阳离子聚合物 HX D对岩屑的 回收率最高 ，小阳离子 N W一1 岩 屑同收率达到 6 5 ％，大阳离子和小 阳离子配合岩屑 回收率达到7 5 ％，且表观黏度值最小 ，说明大阳离 子和小阳离子有较好的配伍效果 。 2 岩心膨胀量 实验 。用地层泥岩粉 制作岩 心 ， 分 别 做 0 ． 5 ％ K P A M、 0 ． 5 ％G J 一2 、0 ． 5 ％ F A 3 6 8 、0 ． 3 ％ H X D 0 ． 2 ％N W一 1 溶液 的膨胀量 实 验 。所 得 结 果 数 据表 明 ，0 ． 3 ％ H X D 0 ． 2 ％ N W一1 溶液对泥岩 的抑制性最好 。因此 ，在下面 的研究中选择大 、小 阳离子做聚合物钻井液配伍性 实验 。 1 ． 2 处理剂配伍眭 1 稀释剂配伍性实验 。取现场 自然造浆钻井 液 ，加 O ． 2 ％HX D和 0 ． 2 ％N w一1 后形成基浆 ，然 后分另 0 加 0 ． 4 ％J N A 、0 ． 4 ％X Y _ r2 7 、0 ． 4 ％D J 一 _ C、 0 ． 4 ％F P S ，对 比稀释效果 。实验结果表明 ，与大 、 小 阳离子 聚合 物 配合 最 好 的 是稀 释 剂 D J C和 F P S ；F P S 在降切方面较好 ，动塑 比稍低 ，一定程 度影响钻井液的悬浮岩屑的能力 。因此 ，在钻井液 体系中以D J ～C 作为主稀释剂，以F P S 作为辅助稀 油气田地面工程 h t lp ／ ／ w w w ． y q t d m g c ．c 。 m -2 3 - 第 f { 3 卷第 6 期 2 0 1 4 ． 0 6 试验研究 释剂 ，在悬浮性和电阻率条件允许情况下用 F P S 能 更快地调整钻井液性能。 2 防塌降滤失剂配伍性实验。在上述实验基 础上，对5 种防塌降滤失剂进行对比实验。对比实 验结果表明，各种防塌降滤失剂都能与大、 小阳离 子聚合物钻井液体 系配合使用 ，其 中N P A N 一2和 S ML P降滤失效 果显著 ，但 S ML P比H P N H增黏效 果更好 。因此选择 N P A N 一2 和 HP N H作为体系 的 防塌降滤失剂。综合以上实验，确定大、小阳离子 聚合物钻井液体系为H X D N W一 1 N P A N 一2 H P N H D J C 或F P S 。 1 ． 3 钻井液配方性能 1 聚合 物 加 量 实 验 。 南实 验 数 据 表 明 ， H X D的加量以0 ． 2 ％～0 ． 3 ％为宜 ，超过 0 ． 4 ％的加 量 ，黏度较大 ，不利于钻井液后续调 整。NW一 1 的加量 以0 ． 2 ％ ～ 0 ． 3 ％为宜 ，苏氏漏 斗黏度计测量 的现场合适的钻井液黏度一般在 3 0 ～ 4 0 S ，达到 5 6 S 的黏度 已经较 高 ，这个黏度加稀 释剂容易调 整 。 因此 ，确 定聚合 物 抑制 剂 加量 为 0 ． 2 ％ ～ 0 ． 3 ％HX D 0 ． 2 ％ 一0 ． 3 ％NW一 1 。 2 复合铵盐加量 实验 。用加完 0 ． 3 ％N w一 1 的实验浆液作 基浆 ，进行复合铵盐 N P A N ～2 加量 实验。实验数据表明，N P A N 一2 在开始时降低黏 度 ；随着 N P A N 一2 加 量增加 ，黏度又开 始上升 。 从黏度和失水指标看 ，N P A N 一2的加量以 0 ． 2 ％ ～ 0 ． 3 ％为宜 。 3 高温高压降滤失剂加量实验 。在上述 N P A N 一2加 量 0 ． 3 ％实 验 的基 础 上 ，做 H P N H实 验。南加量实验数据可知 ，H P N H的加量为0 ． 4 ％时 可满足需要。 4 稀 释剂加量和加重实验 。将 上述 0 ． 4 ％加 量的 H P N H基浆用 D J C调整后进行加重实验。实 验说明，钻井液的流变性较好 ，塑性黏度和动塑比 都 比较理想 ，经过稀释后钻井液 黏度 、滤失量合 理 ，加重钻井液 1 2 0 o C 热滚老化后性能没有显著变 化 ，证明各种处理剂的加量选择 比较合理。 5 配方确定。综上所述，最后确定钻井液处 理 剂 配 方 为 0 ． 2 ％ ～0 ． 3 ％HX D0 ． 2 ％ ～0 ． 3 ％ NW一 1十0～0 ． 3 ％ NP AN 一 20 ． 2 ％ ～0 - 4 ％ HP NH 0 ． 2 ％一0 ． 3 ％D J C 或0 ． 2 ％F P S 。 2 现场试验 2 ． 1 钻井液处理维护方法 1 开钻转老泥浆 1 0 1 5 m。 ，加 2 0 3 0 m。 水 ， H X D加量 0 ． 1 5 t 、N W一 1 加量 0 ． 2 t ，地面经钻头 循环 3 0 rai n ，充分水化后按要求加重到设计密度 ， 然后加人铵盐 2 0 0 k g 。 2 钻进到 3 5 0 4 0 0 m H e W N 入 ] ． 2 t 的N F 八 N 一 2 、0 ． 2 t 的 I f P N f 1 。钻进过程用 HX D和 N w一 1 水 溶 液 维 护 ，保 持 含 量 。黏 度 高 时适 当用 f J C 处理 。 3 加重前用 D J c调 整好钻 片液黏度 、切 力 ，加入 0 ． 4 t 的H P N H，加重后黏度升高可用 F P S 处理 以稳定性 能 。钻进时用 D J C维护钻 l井液性 能 ，马氏黏度控制在4 5 5 5 S 之间。 4 进入 P 1 组加入0 ． 2 t I q P N H，加入 0 ． 1 ～ ． 2 t N P AN 一2 ，控 制滤失量≤ 4 mL ，避免 P 1 组 高渗地 层形成厚泥饼。 5 完井前 1 0 0 i1 1 ，先用 D J C将黏度处理到 5 0～5 5 S ；完钻前 5 0 m尽量减少处理剂用量 ，电阻 率保持在 3 ． 5 4 ． 5 n m ／ 1 8。 C 之问 ，大排量循环洗 净 1 ． 5 h 以上 ；起钻通井后电测 ． 6 下套管用F P S 处理钻井液性能 ，达钊 求 再同井。 2 ． 2 取得的效果 1 钻井液抑制效果 显著 。现场应用过程 中， 钻屑返 效果非常好 ，返 大量钻屑 ，钻屑经过包 被絮凝 ，成团块状。 2 南于钻屑得到较好的絮凝清除 ，钻井液含 砂量低 ，固相含量低 ，性能稳定时间长，从而减少 了废钻井液排放量 ，平均减少2 0 ％。 3 钻井施 ] _ 顺利 。王 见场试验 8 0外 ， r 均 井径扩 大率 5 ． 6 ％，没 m现井 眼不畅 、钻 具 顶 、 钻 具 泥 包 等 井 下 复 杂 现 象 ，电 测 一 次 成 功 率 9 8 ． 2 ％ 3 结果与讨论 3 ． 1 阳离子抑制剂作用机理 1 大 、小阳离子在水 中电离 有机 阳离子基 团，靠静电与黏土表面负电吸附，这种吸附作用很 强 ，冈而比较牢同，不容易破坏。 2 大阳离子聚合物有较长的分子链 ，依靠吸 附基团能进行多点吸附 ，在黏土颗粒问进行架桥 ； 同时层问静电吸附压缩双电层 ，因而可将黏土颗粒 或钻屑黏接在一起形成密实团块 ，这就是絮凝包被 作用。 3 小阳离子聚合物是一种小分子化合物，F} 1 于分子量小 ，在水中的运移比大阳离子快 ，冈而能 够优先吸附在黏土表面进入晶层 问，阻止水分子进 入 ，从 而抑 制黏 土进一 步 水 化分 散 ，稳定 黏 土 颗粒。 2 4 油． _‘ 田地面工程 h t t p ／ ／ www． y c l t c t mg c ． c o rn 第3 3 卷第6 期 2 0 1 4 ．0 6 试验研究 疏水缔合聚合物三元体系的性能 闫伟 大庆油田 勘探开发研究院 摘要疏水缔合聚合 物中含有少量疏水基 团或疏水链 的水溶性 高分子 ，其特有的两亲结构 使其溶液特性与一般 水溶性聚合物差异显著 ，近年来在工业上得到广泛应用。界面张力评价结 果表明 ，在聚合物浓度 1 0 0 0 mg ／ L ，碱 浓度为 0 ． 6 ％～1 ． 2 ％、活性剂浓度为O ． 0 5 ％～O ． 3 ％时，两种 三元体 系均与表面活性 剂具有较好的配伍性 ，能够与试验 区原油形成 1 0 mN／ m数量级的超低 界 面张力。为进一步评价三元体 系聚驱后驱 油效果 ，开展 了天然岩心驱 油实验研究。实验结果 表明 ，与2 5 0 0 万聚合物三元体 系相 比，缔合聚合物三元体 系可在节省聚合物 用量3 6 ％的前提 下 提 高采收率3 个百分点以上。 关键词聚驱后；缔合聚合物j元体系；配伍性；抗剪切性；采收率 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 4 ． 6 ． 0 1 4 大庆 油 田目前 已有 3 1 个 区块进入后续水驱 阶 段 ，地质储量 4 ． 5 7 亿吨 ，采 出程度 5 5 ． 8 ％，综合 含 水高达 9 7 ． 2 ％。近年来 ，大庆油田在室内优选评价 了多种聚驱后提高采收率方 法⋯ ，并先后开展了现 场试 验I I ，试 验效 果不 理想 ，需 要进 一步 开展研 究 。疏水缔合聚合物 中含有少量疏水基团或疏水链 的水溶性高分子 ，其特有的两亲结构使其溶液特性 与一般水溶性聚合物差异显 窘，近年来在二 r - 业上得 到广泛应用 。通过研究疏水缔合三元体系的溶液特 性 、流动特性及驱油效果 ，勾其在聚驱后应用提供 室内研究基础。 1 溶液特性评价 1 ． 1 增黏性能 黏浓 关系测定 实验结果表 明 ，缔合聚合物 与 2 5 0 0 万 聚 合物 相 比 ，具 有 明显 的抗 碱性 和增 黏 性 ，如 图 1 所 示 。 当 聚合 物浓 度 为 1 6 0 0 m g ／ L， 2 5 0 0 万聚合 物溶液 黏度为 9 2 m P a S 时 ，与碱和 表活剂复配后的三元体系黏度降至4 5 m P a S ；当 缔合聚合物溶液黏度为 8 1 mP a S 时 ，与碱和表活 剂复配后三元体系黏度可达到1 6 2 m P a S ，是2 5 0 0 万 聚合物j元体系黏度 的3 ． 5 倍。 2 0 0 1 6 0 考 。 魁8 O 栅 4 O O 0 4 0 0 8 0 0 l 2 0 0 1 6 0 0 2 0 0 0 浓度／ m g 图1 不同体系黏度与浓度关系对比 4 小阳离子和大阳离子相互配合 ，小阳离子协 同大阳离子增强了抑制黏土水化分散的作用 ，在钻屑 团块表面形成的阳离子溶剂 阻止了进一步的水化分 散，因此 ，钻井液才具有了突出的包被絮凝作用 。 3 ． 2 其他处理剂的作用 在 大 、小 阳 离 子 聚合 钻 井 液 中 ，复 合 铵盐 N P A N 一2 是 一 种 分 子 量在 几万 到 十 几万 的聚 合 物 ，带 有大量 的羧基 和氨基 ，增强 了体 系水 化作 用，所以具有一定的稀释作用。复合铵盐使钻井液 的滤液黏度增加 ；同时在滤饼表面形成聚合物膜， 因而降低了钻井液的滤失量 在该体系中，降黏剂D J ～C是一种分子量为几 千的阴离子聚合物 ，依靠羧基较强 的吸附和水化作 用，显示了较好的降黏作用；同时，低分子量聚合 物和高分子聚合物有较好的配伍性。 4 结语 1 大、小阳离子聚合物钻井液体系有较好的 抑制 、包被 、絮凝效果 ，是一种优良的聚合物钻井 液体系。 2 该体系对抑制大庆油田上部地层大段泥岩造 浆和井壁泥岩水化膨胀效果显著，可有效减少缩径、 井眼不畅、 下钻遇阻、 钻具泥包等井下复杂现象。 3 该钻井液体系性能稳定 ，同相含量低 ，外 排钻井液量少。 栏 目主持杨军 t b m l mt t i i m；zt l h t t p ／ ／ v ww． y q t d mg c ． c 。 m 一2 5