一种深水水基无黏土恒流变钻井液体系.pdf

第 3 0卷 2 01 3丘 第 2期 3月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLET1 0N FLUI D V0l _ 30 NO ． 2 M a r ．2 0l 3 【 理论研究与应用技术 】 一 种深水水基无黏土恒流变钻井液体 系 霍宝玉， 彭商平 ， 于志纲， 刘毅， 章耀元 f 四川仁智油 田技术服务股份有限公司，四川绵阳 霍宝玉等 ． 一种深水水基无黏土恒流变钻井液体系 ． 钻井液-9完井液，2 0 1 3 ，3 0 2 2 9 3 2 ． 摘要深水钻井作业环境温度低，常规钻井液的使用 已不能满足现场技术要求。室内研制出了一种不含膨润 土的深水恒流变钻井液体系，该体系在不同测试温度下具有恒定的动切力、良好的触变性及剪切稀释性能，易形 成平板流，携岩能力强。室内评价结果表明，研制的深水恒流变钻井液抑制效果佳，泥页岩回收率达 9 5 ％ 以上， 膨胀率小于 1 0 ％， 具有较强的抗盐岩污染能力及储层保护功能， 可降低井内压力激动、 E C D值及井眼钻井液漏失量， 防止振动筛跑浆，改善井眼清洁，节约非生产作业时间。该技术还克服 了海上利用膨润土配制海水钻井液存在水 土分层、重晶石下沉等现象，可以满足海洋深水钻井的要求。 关键词 深水钻井 ； 低温增稠 ；当量循环密度 ； 恒流变 ； 钻井液 中图分 类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 l 30 2 ． 0 0 2 9 0 4 目前 ， 中国海上能源开采已由浅海 向深海进军。 但深水钻井所涉及的钻井环境温度低 、钻井液用量 大 、海底页岩稳定性差 、井眼清洗难度大 、浅层天 然气及形成天然气水合物等问题，给海洋深水钻井 带来了严峻挑战 [ 1 - 3 ] o 目前海上利用膨润土配制的海 水钻井液存在水土分层、重晶石下沉等现象，给钻 井施 工带来不利影响 。从海水钻井液体系的稳定 性着手 ，以生物聚合物黄原胶稳定流型 ，以聚阴离 子纤维素 、淀粉降低滤失量 ，以无机盐稳定地层泥 页岩 ，以聚合醇 降低体系摩阻 ，室内通过各处理剂 的合理配比， 研制出了 _一 种无黏土相深水叵流变钻井 液体系， 密度为 1 ． 2 ～1 ． 6 g ／ c m ，不同密度钻井液配方 在 1 2 0 c Ic 热滚 1 6 h后， 高低温流变性波动较小， 特别 是动切力保持恒定 ， 体系静置 2 4 h不析水 、 不下沉 ， 解决了深水钻井液低温增稠而引起的井下复杂情况。 1 室 内研 究 深水恒流变钻井液应具有 以下特性 ① 良好的 低温流变性 ； ②较强的携砂和润滑能力 ； ③ 良好的 抑制气体水合物生成 的能力 [ 5 - 6 ] o室 内实验通过碱 度调节 、处理剂优选及配方优化 ，初步形成了深水 恒流变钻井液基本配方。 1 ． 1 碱度调节 海水中含有较多钙镁离子，为了消除其对各处 理剂 的影响 ，实验确定 了 Na 2 C O 的合理加量 ，实 验结果见表 1 。 表 1 Na C O 加量优选实验 注 老化条件为 1 2 0℃、1 6h； p H值均为 9 ． 5 。 第一作者简介 霍 宝玉，工程师，1 9 8 0年生，2 0 0 9年毕业于大庆石油学院并获硕士学位，现在主要从事钻井液完井 液技术研究工作。地址 四川省绵阳市高新区路南工业区仁智科技产业园 ；邮政编码 6 2 1 0 0 0；电话 1 3 4 5 8 0 9 5 6 8 1； E ma i l f wy f p g Y g Y 1 6 3 ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 3月 由表 1 可知 ， 钻井液中加入 0 ． 2 ％Na 2 C O 时， 老 化后失效 ， 加量为 0 ． 3 ％ 时， 有较多泡沫 ， Na 2 C O 加 量为 0 ． 2 5 ％ 时效果 较好 ， 最 终确定 N a ， C O 的加量 为 0 ． 2 5 ％。钻井液配方如下。 模 拟 海水 3 ％Na Cl 0 ． 2 ％Mg C 1 ， 6 H ， O 0 ． 2 ％ C a C 1 ， 0 ． 2 ％D HV 0 ． 1 ％Na OH 2 ％降滤失剂 R Z． 1 1 ． 2 增黏剂优选及加量确定 1 增黏剂优选 。对不 同生物 聚合物对钻井液 高低 温流变性 、稳定性 的影响进行 了实验 ，实验数 据见表 2 。由此可知 ，加 有普通黄原胶 XC、XC D 的钻 井液在 1 2 0 o C热滚 1 6 h后失去黏度 ，加有改 性黄原胶 D HV的钻井液在热滚 后性能稳定 ，且黏 度和切力随温度变化较小。实验表明 ，改性黄原胶 DHV在无亚硫酸钠除氧的条件下抗温可达 1 2 0 o C， 可作为深水恒流变钻井液的增黏剂及流型调节剂。 表 2 增黏剂优选 实验 注 老化条件为 1 2 0 o C、1 6 h； p H值均为 9 ． 5； 基浆配 方为海水 0 ． 2 5 ％Na 2 C O 3 0 ． 1 ％Na O H。 2增黏剂加量对流变性的影响。优选 出的改 性黄原胶 D HV能快速溶解于海水 ，提高海水黏度 ， 调节流型 ，满足恒流变钻井液对增黏剂的要求 ，不 同 DH V加量对钻井液 流变性 的影 响见表 3 。由此 可知 ，随改性黄原胶 D HV加量 的增加 ，钻井液黏 度和切力逐渐上升 ； 加量不变时 ，不 同测试温度下 的钻井液动切力波动较小 ，表 明黄原胶 D HV低温 增稠不明显 ，适合于作低温钻井液增黏剂。根据表 3的结果 ，确定 D H V的适宜加量为 0 ． 4 ％～0 ． 6 ％。 1 ． 3 降滤失剂优选及加量确定 1 降滤失剂优选 。深海钻井对环境保护 的要 求较高 ，因此选用纤维素 、淀粉等环保类降滤失剂 开展了体系降滤失剂的优选实验 ，结果见表 4 。 表 3 D HV加量优选实验 酶 蘸 验T ／ P y { Y P f G e t } F L } 一 失剂 条件 mP a． s P a P a ／ P a mL 6 p H 注 基浆配方为海水 0 ．2 5 ％N a 2 C O 3 0 ． 1 ％Na O H 0 ． 5 ％ DHV 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷 第 2期 霍宝玉等一种深水水基无黏土恒流 变钻井液体 系 3 l 由表 4可知 ，当分别 加入 0 ． 5 ％R Z一 1和 2 ％J H F 后 ，钻井液滤失量下 降明显 ，且对体系的黏度影响 较小 ； DF 1 4 0在低温下黏度增加较大 ； AP I 淀粉在 经过 1 2 0 o C 老化后滤失量降低较小 。从实验数据分 析认为， 降滤失剂 J HF和 R Z ． 1 较适合恒流变钻井液。 2 降滤失剂加量对流变性的影响。上述降滤 失剂单独使用 ，A P I 滤失量仍然在 1 0 mL左右 ，为 了进一步 降低滤失量 ，将 2种 降滤失剂 复合使用 ， 实验数据见表 5 。由此可知 ， 随着 R Z一 1 加量 的增加 ， 体系 的滤失量下降 明显 ，但低 温下 黏度波 动较 大。 因此 ，R Z 一 1 的加量范围为 0 ． 1 ％～0 ． 3 ％。 表 5 降滤失剂复配 实验 注 基浆配方为海水 0 ． 2 5 ％Na 2 CO 3 0 ． 1 ％Na OH 0 ． 5 ％ DHV2％J HF。 1 ． 4 抑制润滑剂 海底地层由于沉 积速度 、压实方式 以及含水量 的不 同，海底页岩活性大。海水携带细小 的沉积物 离海岸越来越远 ，由于缺乏上部压实作用 ，胶结性 较差 ，易于膨胀 、分散 ，导致过量的固相或细颗粒 分散在钻井液中。因此 ， 针对海底 页岩稳定性 问题 ， 该体系采取 了加入一定量 的页岩稳定剂 KC 1 、Na C1 和具有浊点的聚合醇 ，在增强页岩稳定性 的同时提 高了体系的润滑能力 。 1 ． 5深水恒 流变钻 井液基 本配方 室 内通 过 对 所 优 选 出 的增 黏剂 、降 滤 失 剂 及抑 制润滑剂 的合理 配 比，优 化 出了可控密度 为 1 ． 6 g ／ c m 的深水恒流变钻井液 ，基本配方如下 。 海 水 0 ． 2 5 ％Na 2 CO 3 O ． 1 ％Na OH 0 ． 4 ％～ 0 ． 5 ％ DHV 0 ． 1 ％～ 0 I 3 ％ R Z 一 1 2 ％～4 ％ J HF 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％超 细 碳 酸 钙 3 ％～7 ％ KC I 1 ％ ～ 3 ％ Na C I 高密度重晶石 2 深水恒流变钻井液性能评价 2 ． 1 高低温下的流变性 不 同密度深水恒流变钻井液 的流变性能见表 6 。 由此可知 ，不同密度的该钻井液于 1 2 0 o C 老化 1 6 h 后 ，在不 同测试温度下均具有较好的流变性 ，滤失 造壁性好 ，泥饼薄且致密 ，且高低温动切力波动较 小，体系静置 2 4 h 不析水、不下沉，稳定性良好。 表 6 不 同密 度深水恒 流变钻井液的流变参数 注 老化条件为 1 2 0 、1 6 h； 泥饼厚度均为 0 ． 5 mm。 2 ． 2 抑 制分散 性能 选取 高分散 性泥页 岩，分 别评 价 了清水 、深 水恒流变钻井液热滚 回收率及膨胀率 ，实验方法参 照 S Y ／ T 5 6 1 3 --2 0 0 0 泥页岩理化性能测试 进行。 实验结果如表 7所示 。 表 7 抑制分散性能评价 实验 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 3月 由表 7可知 ，室 内研制的深水恒流变钻井液的 泥 页岩滚 动 回收率 达 9 5 ． 6 ％，膨胀 率仅 为 9 ． 4 8 ％， 具有较强的抑制泥页岩水化分散的能力。 2 ． 3 润滑性 能 室 内采用 泥饼黏 附系数 、黏滞系数 、极压 润 滑 系数评 价方法评价 了深 水恒流变钻井液 润滑性 能，实验测得泥饼黏附系数为 0 ． 0 8 9 0 、黏滞系数为 0 ．0 5 4 2 、极压润滑系数为 0 ．0 9 5 0 ，表明该体系具有 良好 的润滑性能 ，可防止 由压差卡钻和钻头泥包等 引起的井下复杂情况。 表 8 润滑性能评价实验 2 ． 4抗污染 性能 室 内对深水恒 流变钻井液抗 Na C 1 、C a C 1 ， 、岩 屑 过 筛孔 为 0 ． 1 5 4 m m 的筛 污 染 能力 进行 了 室 内评 价 ，结 果 见 表 9 。 由此 可知 ，随着 Na C 1 、 C a C 1 ， 、岩屑加量的增加 ，深水恒 流变钻井液性 能 变化不大 ，说明优选的深水恒流变钻井液具有很好 的抗无机盐及钻屑污染 的能力。 表 9 抗污染性能评价实验 2 ． 5 储 层保护 性能 按照 s Y ／ T 6 5 4 0 --2 0 0 2 钻井液 与完井液损 害 油层室内评价方法 ，选用人造岩心 ，利用 J H DS高 温高压动失水仪 ，在模拟井下条件对钻井液的储层 保护效果 进行了室内评价 ，结果见 表 1 0 。由表 1 0 可见 ，2块岩 心的渗透率恢复率平均值 为 8 7 ． 3 7 ％， 经切片测量污染段小于 0 ． 5 c m，表明 2块岩心受污 染程度较浅 ，同时证 明了该深水恒流变钻井液具有 较强的储层保护能力 。 表 1 0 储层保护眭能评价实验 3 结论 与认 识 1 ． 研制 出了一种不含膨润土的深水恒流变钻井 液体系，该体系在不同测试温度下具有恒定的动切 力 、良好 的触变性 、较强 的剪切稀释性 ，易形成平 板流 ，携岩能力强。 2 ． 室内实验表明， 深水恒流变钻井液性能稳定 ， 静置 2 4 h不析水 、不下沉 ，突破 了以往海水膨润土 钻井液易引起水土分层 、重晶石下沉等现象。 3 ． 研制的深水恒流变钻井液抑制性强 、具有较 强的抗污染能力及储层保护性能，润滑性能达到水 平井施工要求 ，可满足海洋深水钻井需要 。 参 考 文 献 [ 1 ] 吴彬，向兴金，张岩 ，等 ． 深水低温条件下水基钻井 液的流变性研究 钻井液与完井液 ，2 0 0 6 ，2 3 3 1 2 1 9． [ 2 ] 徐加放 ，邱正松 ，毕 波 ，等 ． 深水水基钻井液的配方优 选与性能评价 f J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 1 l ，2 8 4 4 - 7 ． [ 3 ] 胡友林 ，张岩，吴彬 ，等 ． 海洋深水钻井钻井液研究进 展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 4 ，2 1 6 5 0 5 2 ． 【 4 】 戴智红， 刘 自明 ． 中国第一 口超千米深水钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 7 ，2 4 1 2 8 2 9 ． [ 5 ] 王松，魏霞，胡三清，等 ． 保护储层与环境的深水钻井 液室内研究 [ J ] ． 石油钻探技 术 ，2 0 1 1 5 3 5 3 9 ． [ 6 ] 徐加放，邱正松 ． 深水钻井液研究与评价模拟实验装置 【 J ] ． 海洋石 油 ，2 0 1 0 3 8 8 9 2 ． 收稿 日期2 0 1 2 1 2 1 7 ；HG F 1 3 0 2 N2 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m