新型弱凝胶水基钻井液研制及作用机理分析.pdf

第 3 2卷 2 01 5点 第 2期 3月 铭井液与 完 井液 DRI LL I NG F LUI D C0M P L ETI ON F L UI D 、 ， o l I 3 2 No ． 2 M a t ．2 01 5 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 0 3 新型弱凝胶水基钻井液研制及作用机理分析 向朝纲 川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，四川广汉 向朝纲 ． 新型弱凝胶水基钻井液研制及作用机理分析 [ J ] l 钻井液与完井液，2 0 1 5 ，3 2 2 1 1 1 4 ． 摘要 目前弱凝胶钻井液存在抗温、 抗盐和封堵性能差等问题， 限制 了其推广使用。研制出一种新的弱凝胶成胶剂， 其抗温达 1 5 0 q c，抗钙可达 4 0 0 0mg ／ L 。以该成胶剂和优选出的降滤失剂I MP E R ME X、封堵剂J A为主剂，以C X 一 2 1 5 和 KC I 作抑制剂，形成了一种新型弱凝胶水基钻井液。评价结果表明 该钻井液在接近静止状态下的黏度可达 9 0 0 0 0 mP a s ， 剪切后黏度快速下降，且静切力表现出无时间依赖性，属于快的弱凝胶体系； 具有好的降滤失和稳定井壁能力。 环境扫描电镜和蔡司体显微镜分析结果表明，该钻井液微观结构由三维空间网状结构与包裹、镶嵌在网状结构节点上 的溶胶颗粒组成，是一种具有独特空间结构的复杂胶体分散体系 ； 该钻井液在微裂缝内能形成具有良好压缩性的致密 封堵层，封闭岩石通道，具有良好的井壁稳定怍用。 关键词 弱凝胶水基钻井液 ； 抗温 ； 抗钙 ； 井壁稳定 ； 钻井液流变性 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 1 5 0 2 0 0 1 1 - 0 4 弱凝 胶水基钻井液是一种有别于普通胶态分散 体系、具有特殊内部结构的新型钻井液体系，目 前主 要用于海洋 、陆上油 田的直井大井眼段 、定向井 、水 平井 中 n 。 ] 。国内外钻井实践表 明，该体 系在特殊工 艺井和环境敏感区域使用时具有明显优势。目前该钻 井液体系主要存在抗温能力 ≤ 1 2 0 o C 、抗盐性能 和封堵性能差等问题 ，限制了其推广使用 [4 -6 ] o针对 这一问题 ，通过大量室内实验 ，研制 出一种抗温抗盐 弱凝胶水基钻井液成胶剂，并开发出综合性能优异的 弱凝胶水基钻井液，并对其作用机理进行研究。 1 弱凝胶水基钻井液配方及性能评价 1 ． 1 成胶剂加量的确定 根据 聚合 物水溶液弱凝胶 结构形成理论 和处 理 剂抗高温抗盐作用原理，设计成胶剂的分子结构，选 用丙烯酰胺、2 ． 丙烯酰胺 一 2甲基丙磺酸和疏水单体 2 一 丙烯酰胺基烷基磺酸为聚合单体，得到的聚合物 为 白色粉末状 。配制不 同浓度的成胶剂溶液 和钙污 染溶液，测定在 1 5 0 oC 老化 1 6 h 前后溶液的流变特 征 ，结果见表 1 。实验结果表明 ， 不 同浓度成胶剂在 水 中能形成具有一定黏度和切力的弱凝胶态体系 ， 在 1 5 0 o C 热滚 1 6 h和 4 0 0 0 mg ／ L的 C a 2 污染后仍具有 良好稳定性，从低转速下的读值和静切力值来看，该 弱凝胶具有较强的静结构力 ，满足静置条件下岩屑悬 浮或水平井岩屑携带。综合考虑，确定弱凝胶成胶剂 的加量为 1 ． O ％。 表 1 弱凝胶 溶液热滚前后 1 5 0℃、1 6h 的流变性能 1 ． 2 抑制剂的优选 用 泥页岩滚动 回收实验和岩心浸泡实验来评价 第一作者简介 向朝纲，1 9 8 5年生，2 0 1 2年获西南石油大学硕士学位，现主要从事油气井工作液力学方面的研究及现场技 术服务。地址 四川广汉市中山大道南二段 ； 邮政编码 6 1 8 3 0 0； 电话 1 8 7 8 1 0 8 5 6 1 7； E - ma i l ws x c g 1 2 3 1 2 6 ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 钴井液与 完井液 2 0 1 5年 3月 各处理剂 的包被抑 制性能 ，结 果见表 2 。结果表 明， K C 1 和 C X ． 2 1 5 测试液的滚动回收率达 9 6 ． 2 ％，高于 其它几类。岩心浸泡实验表 明，C X ． 2 1 5高分子量聚 合物的包被作用和 的镶嵌晶格增强黏土内聚力的 作用，对抑制泥页岩膨胀分散具有较好的作用。选用 0 _ 3 ％C X一 2 1 5和 5 ％KC 1 作为弱凝胶钻井液 的抑制剂 。 表 2 岩屑滚动回收率和岩屑浸泡实验对比 测试液 回收率 ／ ％ 岩屑状态描述 1 - 3 降 滤失剂 的优 选 由于弱凝胶钻井液含有极少甚至无黏土相存在 ， 因此其控制滤失的能力十分困难 。此外 ，在含盐或含 膏的高温复杂地层钻进，要求降滤失剂具有 良好的 抗温抗盐钙能力 [ 7 - 8 ] o考察 3 ％T HJ N、P AC L v、C MS 和 I MP E R ME X聚合物降滤失剂在盐膏污染下的降滤 失性能，结果见表 3 。实验的基础配方如下。 水 0 ． 2 ％Na OH 5 ％KCI 1 ． 0 ％成 胶 剂 0 ． 3 ％ CX一 21 5 1 0 ％Na CI 0 ． 5 ％ CaS 04 表 3 在基础配方中加入不同产品降滤失效果对比 注 凡 在 1 3 0℃测定。 实验结果 表 明，与其他 4类 降滤失剂相 比， I MP E R ME X淀粉类降滤失剂能显著降低滤失量，在 1 5 0℃高温老化前后，0 ．6 ％I MP E R ME X加量下能将 A P I 滤失量控制在 5 m L左右，高温高压滤失量控制 在 1 5 mL以 F ‘ 。 1 ． 4 封堵剂的优选 实验室优选 了以下 4类封堵材料展开对 比实验 ， 包括石蜡类、沥青类 、醇类、热塑性聚酯类。先将各 物质加入到 4 ％膨润土浆 中， 浓度均为 3 ％， 在 1 4 0℃ 恒温滚子炉中老化 1 6 h ，再分别测 3 0 m i n的高温高 压静滤失量 、滤饼厚度以及摩擦系数 ，实验结果见表 4 [ 9 ] 。实验结果表明，在高温条件下热塑性聚酯 J A 一 1 的降低高温高压滤失性能和滤饼质量明显优于醇类封 堵剂和石蜡类封堵剂 ，且优于沥青类封堵剂中最好的 乳化沥青。综合考虑选用 3 ％ 热塑性聚酯 J A一 1 为封 堵剂 。 表 4 在 4 ％膨润土浆中加入不同封堵材料的封堵性能对比 1 - 5 新型弱凝胶水基钻井液性能评价 依据上述实验结果 ，在大量实验基础上 ，优选 出 抗温抗盐无土相弱凝胶水基钻井液的配方如下 ，钻井 液性能见表 5 、图 1 和图 2 。 水 0 ． 2 ％Na 0H 5 ％K cl 0 ． 3 ％C X． 2 1 5 1 ． 0 ％成 胶 齐 0 0 ． 6 ％I MP E R ME x 3 ％J A 力 口 重剂 表 5表明，该钻井液具有 良好 的流变性能和润滑 性能 ，在 1 5 0℃老化前后流变性能和滤失性能稳定 ， 表明该钻井液抗温性能强。由图 l 和图 2可知 ，该钻 井液低转速下黏度值较高，在接近静止状态下的黏度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m