新型水基防塌钻井液室内研究.pdf

第 3 0卷 第 3期 2 0 1 3年5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLET1 0N FLUI D 、 ， 0 I ． 3 0 NO． 3 M a y 2 01 3 【 理论研究与应用技术 】 新型水基防塌钻井液室内研究 李方， 余越琳， 蒲晓林 ， 刘鹭 西南石油大学石油工程学院，成都 李方等 ． 新型水基防塌钻井液室内研究 [ J ] _ 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 3 1 - 3 ． 摘要提 出了一种新型水基钻井液防塌思路，即在水基钻井液中引入疏水成分，在正压差作用下，使其在井 壁孔隙和泥饼 中形成弱亲水或亲油通道，通过毛细管阻力阻止或减少滤液进入地层，从而解决井壁地层吸水而产 生井壁不稳定的问题。采用 自制的疏水降失水剂 S DG和疏水封堵剂 S T G，并以此作为钻井液的主处理剂，构建 出了新型水基防塌钻井液，并对其性能进行 了评价。室内评价结果表明，构建的新型防塌钻井液抗温可达 1 5 0℃， 对钻屑容量可达 5 ％，在 1 5 0 下抑制性优越，具有良好的沉降稳定性，且加入疏水处理剂后的钻井液也改善了对 储 层的损害程度 。 关键词 水基 防塌钻 井液 ； 疏水处理剂 ； 岩心流 动实验 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 30 3 ． 0 0 0 1 0 3 井壁不稳定问题是钻井工程中经常遇到的一个 复杂难题 [1 -2 ] o目前，水基钻井液的井壁防塌技术 主要有物理封堵和化学抑制 2 种。李洪俊 [3 ] 、彭春 耀 [4 ] 、王立泉 『5 等人就运用强封堵、强抑制的钻井 液解决 了一些井壁稳定问题。但泥页岩孔隙很小 ， 现有这些技术均不能封堵水分的进入 ，未能完全解 决井壁失稳的问题。泥页岩水化作用是引起井壁不 稳定的主要原因之一。在此基础上提 出了一种新型 水基钻井液防塌思路 ，即在水基钻井液中引入疏水 成分 ，如调 节性 能的疏水 降滤失剂和疏水封堵剂 ， 在正压差下 ，它们可能会在井壁孔隙和泥饼 中形成 弱亲水或亲油通道 ，通过毛细管阻力控制钻井液滤 液进入泥页岩地层 ，从而解决井壁地层 因吸水而失 稳 的现 象 。 1 新型水基防塌钻井液的形成 新型水基防塌钻井液的主处理剂为实验室 自制 的疏水降失水剂 S D G和疏水封堵剂 S T G 。S D G是 淀粉疏水衍生物。淀粉及淀粉衍生物多用作钻井液 降滤失剂使用，它们以其成本低廉而在石油工业中 得到大量应用 ，但其抗温能力不佳 ，且多为亲水改 性。淀粉疏水改性主要有物理改性和化学改性 2 种 方法 ，其 中化学改性方法有引入苄基 、长链烷基和 酯化反应几种方法。淀粉分子链 中葡萄糖单元上的 C 2 ／ C 3和 C 6位置上有 羟基 ，在碱性环境下能被酯 化剂取代 ，制得低取代度的淀粉酯。淀粉酯呈 白色 粉末状 ， 对酸、 碱 、 热的稳定性很高 ， 由于位阻影响 ， 碱不易进攻酯基 ，故淀粉酯不易发生水解。笔者在 淀粉上引入了酯基最终得到 S DG，其也具有 良好 的 降滤失效果，且抗温能力比常用淀粉降滤失剂有所 提高。碳酸钙是常见的储层 、非储层封堵剂 ，可形 成致密泥饼。碳酸钙的疏水改性方法也较多 ，常用 的改性剂有无机物类 、偶联剂类 、有机类 、聚合物 类等。笔者对碳酸钙进行 了疏水改性研究 ，得到了 S T G，它在钻井液形成的泥饼 中可起架桥 、填充的 作用。S T G的抗温性能 、与高分子处理剂的相容性 能均 良好。疏水处理剂 S DG和 S T G可以在正压差 作用下形成致密的泥饼 ，在泥饼中形成弱亲水或疏 水通道 ， 通过毛细管阻力阻止滤液进入近井壁地层 。 S D G和 S T G既可单独使用也可复配使用，复配使 基金项目 四川省教育厅重大培育项目 “ 改变井壁岩石和泥饼亲水通道的钻完井液技术研究” 0 9 Z Z 0 3 7 。 第一作者简介 李方，在读博士研究生，现在从事油气田化学和油气田钻井液完井液研究工作。地址 四川省成都市 新都区西南石油大学石油工程学院 ； 邮政编码 6 1 0 5 0 0；电话 0 2 8 8 3 0 3 2 8 2 1； E ma i l mc l i f a n g 1 6 3 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 5月 用的效果更好。由于疏水处理剂中含有一定疏水基 团 ，无法在水 中分散 ，故要在钻井液中加入一些高 分子调节剂 ， 使之能够较好地悬浮在水基钻井液中。 在水基钻井液中加入疏水处理 剂、高分子调节剂、 润滑剂等 ，以钻井液的高温高压滤失量作为主要评 价 目标 ，使优化 出的钻井液有较好 的降滤失性能 ， 最终优化出的新型水基防塌钻井液配方如下 4 ％ 钠 膨 润 土5 ％S DG 0 ． 2 ％F A3 6 7 1 ％ S TG】 ％ RH4 2 新型水基防塌钻井液的性能评价 2 ． 1 抗温性能 表 1 为钻井液在热滚前和 1 5 0 、1 6 0℃热滚后 的性能。由此可知，钻井液在 1 5 0 下热滚 1 6 h后 性能 良好 ，高温高压滤失量仅为 1 2 mL，满足钻井 施工要求 ； 但随着温度升高，1 6 0 时滤失量急剧 增大，这是 由于体 系中主要 的疏水处理剂 S DG抗 温达 1 5 0℃，故 S DG在 1 6 0℃下 已完全 变性 ，无 法满足更高温度的要求。 表 1 新型水基 防塌钻 井液在不 同温度下老化后的性能 实验P／ P ， G e E F L A P l／ F L H T H P ／ 条件 g ／ c m3 mP a ． s P a P a ／ P a mL mL p H 2 ． 2抗盐 能力 钻井液的抗盐能力见表 2 。由表 2可知 ，该钻 井液抗盐和钙 的能力都比较差 ，这是由于疏水处理 剂 S D G的抗盐能力差 ，导致整个体系的抗盐 能力 较差 。 表 2 新型水基防塌钻井液的抗盐 能力 盐毫 p f 1 G e F L D H 条 件 c m mP a s P a P a ／ P a mL “ 2 ． 3 抗污染性能 在该 钻井液 中分别加入 5 ％ 和 1 0 ％过 孔径 为 0 ． 1 5 4 1 71 1 1 ／ 1 的筛的川东遂宁露头岩屑粉 ，在 1 5 0℃下 热滚 1 6 h后，测定其各项性能指标 ，结果如表 3 所 示 。由表 3可以看出，该钻井液具有较好的抗岩屑 污染能力 ，抗岩屑污染能力容量限为 5 ％。 表 3 新型水基防塌钻 井液 的抗岩屑污染性能 2 ． 4抑制性能 1 页岩分散实验。取 5 0 g粒径为 2 ． 0 ～3 ． 2 mm 的钻屑 ，实验条件为 1 5 0 、1 6 h ，用筛孔为 0 ．4 5 mr n的筛 网回收。计算得到钻屑在清水和钻井液 中 的滚动 回收率分别为 7 ． 8 2 ％和 7 5 ． 6 2 ％。由此可知 ， 该钻井液体系具有较好的抑制页岩分散的性能。 2页岩膨胀实验。采用 l 5 g 新疆 中非夏子街 膨润土制备岩样。将膨润土烘干后放在压力机上 ， 在 4 MP a 下稳压 5 mi n制成岩样 ，放入 C P Z ． 2双通 道常温常压膨胀仪 中实验 ，测得岩样在清水 、4 ％ 钠膨润土浆、钻井液滤液 中的 2 h线性膨胀率分别 为 9 ． 3 7 ％、4 ． 6 8 ％ 和 3 ． 8 1 ％，1 6 h线 性膨 胀率分 别 为 1 3 ． 7 6 ％、1 2 ． 6 3 ％和 1 0 I 3 1 ％。由此可以看 出，清 水 2 h和 1 6 h的线膨胀率最大，基浆滤液次之，最 小 的是钻井液滤液 ，说明该钻井液抑制页岩膨胀的 性能最好。 2 ． 5 沉降稳定性 采用近红外液体稳定性分析仪对该钻井液的沉 降稳定性进行了评价 。近红外扫描进行 了 2 4 h ，结 果如图 1 所示。由此可知 ，每小时一次的近红外扫 描出的直线均是一致的。说明其沉降稳定性 良好 。 2 ． 6 岩心流动实验 岩心流动实验装置可以检测外来流体对地层的 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