超高密度抗高温饱和盐水钻井液技术.pdf

第 2 7卷 第 5期 2 0 1 0年 9月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D V_0 1 ． 2 7 NO ． 5 Se p t ．2 01 0 文章编号1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 00 5 0 0 1 2 0 3 超高密度抗高温饱和盐水钻井液技术 张志财， 孙 明波 中国石油大学 华东 石油工程学院，山东东营 摘要 室内实验通过优选油田现有的处理剂，并配合使用室内研制的高温稳定剂 S A，建立了一套抗 2 0 0 o C 高 温 的超高 密度 2 ．5 0 g ／ c m 饱和盐水钻 井液 。室内实验表 明，该钻 井液不仅具有 良好 的稳定井壁作用，而且抗钙污 染能力 抗 0 ． 5 ％C a C 1 和抗岩屑污染能力 抗 2 0 ％岩屑 较强，满足 了超深井钻井的需求。 关键词 超高密度 ； 抗高温 ； 饱和盐水 ； 钻井液 ； 流变性 ； 稳定性 ； 超深井 中图分类号 T E 2 5 4 3 文献标识码 A 近年来 ，随着钻井深度的增加 ，更多地钻遇高 温 、高压 、膏盐层及各种复杂地层 ，对钻井液提 出 了更高的要求。 目前 ，较成熟 的抗高温高密度钻井 液主要为聚磺钻井液 ， 该体系抗温能力高达 1 8 0。 C， 抗盐可至饱 和。但是 ，随着地层 的复杂 ，在高温 、 高密度、饱和盐水同时具备的情况下，聚磺钻井液 也会出现流变性变差 、滤失量无法控制 的现象。在 这种情况下 ，聚磺钻井液中磺化处理剂的过度交联 是造成钻井液性能恶化的重要原 因 [ 1 - 3 ] o这 时体系 严重增稠，常规稀释剂根本不能解决问题 ，甚至会 出现反效果。在优选聚磺钻井液处理剂的基础上， 在钻井液 中引人能抑制处理剂过度交联的高温稳定 剂 ，成功配制 出了超高密度抗高温饱和盐水聚磺钻 井 液 。 1 超 高密度抗 高温饱 和盐水 钻井液 体 系 的 研 制 据相关文献报道，目前已研制 出了抗 1 2 0 0 C 以 上高温、密度超过 3 ．0 g ／ c m 的超高密度水基钻井 液 ，并成功应用于 四川盆地官 3井 ，但是该体系抗 温能力较差。使用有机盐加重的钻井液具有流变性 好、 抑制性强、 造壁性好、 无腐蚀、 无污染等优点 I4 ] ， 然而其成本太高 ，尚未在现场广泛应用 。根据油 田 多年来钻探的现场经验 ，选用抑制性强、抗温性能 好的聚磺饱和盐水钻井液为研究基础 。 1 ． 1 处理剂 的优选 1 降滤失剂 。通过对单剂筛选 ，优选出磺甲基 酚醛树脂类降滤失剂 S MP 一 3 和 S D ． 1 0 2 ，并对 2 者 进行 了对 比评价，基浆配方如下，结果见表 l 。 1 2 ． 5 ％膨 润土 1 ． 0 ％ 烧 碱 8 ％ 降滤失 剂 4 ％S P NH 2 ％P S C 一 2 2 ％润滑剂 7 ％K C 1 2 2 ％Na C I 加重剂 钻 井液密度为 2 ． 3 0 g ／ c m 表 1 抗高温抗盐降滤失剂的优选 降滤失剂实验条件 PV ／ sP a Y P／ F m LA L p／ 注 基浆为 1 配方钻井液 ； p H值为9 ． O ～9 ． 5 。 由表 1 可以看 出，S MP ． 3在老化前的黏度和切 力小于 S D， 1 0 2 ，且老化后高温高压滤失量要远小 于 S D 一 1 0 2 ，因此选择 S MP ． 3 作为高温降滤失剂。 S MP 一 3是近年来研究 的新型磺 甲基化 酚醛树脂产 第一作者简介 张志财，1 9 8 4年生，中国石油大学 华东 0 7级油气井工程专业硕士研究生，现在主要从事钻井液完 井液化学与工艺技术研 究工作。地址 山东省东营市 中国石油大 学石油工程学院； 邮政编码 2 5 7 0 6 1 ； 电话 1 3 8 5 4 6 2 5 3 8 5 ； E ma i l z h a n g z c l s i n a ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 5期 张志财等 超高密度抗高温饱和盐水钻井液技术 1 3 品，其最大特点就是磺化剂的加量与苯酚的加量控 制在 0 ． 6 5 1 左右 ，研究认 为这一 比例可以使磺化 产品达到最佳应用性能。 2 辅助 降滤失 剂。通 过单剂筛选 ，初步优选 出聚合物接枝改性腐殖酸类抗高温抗盐降黏降滤失 剂 J NJ S 一 2 2 0 、烯类单体共聚物抗高温抗盐降滤失剂 KWY和 S P N H作 为辅助降滤失剂 ，并进行 了对 比 评价 ，基浆配方如下 ，结果见表 2 。 2 2 ． 5 ％ 膨 润 土 1 ． 0 ％ 烧 碱 8 ％S MP ． 3 4 ％ 辅 助降滤失 剂 2 ％S P NC 2 ％ 润滑剂 7 ％KC 1 2 2 ％ Na C l 加重剂 密度为 2 ． 3 0 g ／ c m 表 2 辅助 降滤失剂的优选 注 在 1 5 0。 C 老化 1 6 h后再测定钻井 液的性 能。 南表 2可看出 ，J NJ S 一 2 2 0的降滤失效果很 好 ， 但是动切力太低 ，无法满 足携岩要求 ； KWY本身 的黏度和切力并不高 ，但是与其他处理剂复配后黏 度和切力迅速增大 ，不符合要求 ； 加有 S P NH的钻 井液不仅黏度 和切力低于前 2者 ，滤失量也可以满 足要求。 3 加重剂 。重 晶石粉和铁矿石粉是用量最多的 加重剂 ，一般在钻井液密度高于 2 ． 2 g ／ c m 时需要 2 者复配加重 ，以期降低高密度钻井液的 同相含量 ， 改善其流变性 L l l 。当铁矿石粉与重 晶石的质量 比为 2 1时，钻井液的高温高压滤失量最低 。 为铁矿 石粉为较硬的球状颗粒，而重晶石为片状颗粒，从 理论上讲 ，重 晶石更容易形成较致密的泥饼 ，当钻 井液密度达到 2 ． 5 g ／ c m 时，铁矿石粉和重晶石的质 量比应调整为 3 1 。 重晶石可改善钻井液的滤失量 ， 而铁矿石粉则可改善其流动性 ， 降低其黏度和切力 ， 因此 ，不 同的密度需要合适 的配 比。 4 沥青。根据单剂筛选 的结 果 ，从 HW 阳离 子沥青粉 、DYF T - H和 T 1 8 0等几种沥青 中优选适 合抗 高温高密度饱 和盐水 钻井液 的沥青 ，结 果见 表 3 。由表 3可知 ，3种沥青都能很好地起 到稳定 井壁作用 ，高温高压滤失量达到了要求 ，但是选用 D YF T - H时 ，钻井液高温后的黏度和切力较高，使 得钻井液流变性变差 ； 选用 HW 时 ，钻井液高温后 的黏度 、切力和高温高压滤失量很好 ，然而老化前 加入 HW 后钻井液 的黏度和切力增大过多，增稠现 象明显 ，因此选用 T 1 8 0为高密度近饱和盐水钻井 液的页岩抑制剂。 表 3 沥青 的优选 1 ． 2 超高密度饱和盐水钻井液配方的确定 膨 润土含量 的确定是保证高密度钻井液具有 良 好的流变性能和沉降性 能的前提 【 4 。 。在钻井液密 度 高达 2 ． 5 g ／ c m 的情况下 ．可选用 1 5 ～2 0 g ／ L的 膨润土。降滤失剂采用主降滤失剂和辅助降滤失剂 复配 ，加重剂采用重晶石和铁矿石粉复配。由于聚 磺体系在高温 、高矿化度条件下会高温交联过度而 导致钻井液流变性变差 ，为此实验室研制了高温稳 定剂 S A，很好地解决 了这 一问题 。超高密度近饱 和盐水钻井液配方如下 。该钻井液高温老化后的性 能见表 4 。 3 1 ． 5 ％膨 润 土 6 ％S MP 一 3 2 ． 5 ％S P NH 3 ％ P S C 一 2 2 ％T B 1 8 0 3 0 ％Na C l 7 ％KC l 0 ． 5 ％ S P 一 8 0 加 重至 2 ． 5 0 g ／ c m 铁矿石粉与重晶石的比例为 3 1 4 3 0 ． 1 ％ 高温稳定剂 S A 由表 4可看出，4 配方分别经 1 8 0。 C 和 2 0 0。 C 高温老化后 ，钻井液性能都较好 ，满足现场施工要 求 ； 加入 S A后 ，高密度饱和盐水钻井液 的流变性 有 明显 的改善 ，且滤失量较低 。稳定剂的加量既不 能过高也不能过低 ，过高会完全抑制处理剂 的高温 交联 ，使体系的滤失性变差 ； 过低则抑制交联的作 用不够，钻井液的流变性不理想。磺甲基酚醛树脂 由于苯环上未被磺化 的羟甲基基团具有很强的反应 活性 ，在一定温度和弱碱性或 中性条件下 ，其相互 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 0 年 9月 问就可发生脱水缩合反应而交联甚至固化 ，S MP分 子链上 的酚羟基邻 位或对位 的活泼氢也易发生反 应。高温稳定 剂 S A则是通过与羟 甲基发生反应 ， 从而钝化活性基团 ，抑制 S MP的过度交联。 表 4 超高密度饱和盐水钻井液高温老化后的性能 注 测试温度为 1 8。 C 。 1 ． 3 超高密度饱和盐水钻井液的抗污染实验 在 4 配方 中加入不同的污染物 ，在 1 8 0。 C 老化 1 6 h后 ，在室温下测其性能 ，结果见表 5 。 表 5 超高密度饱和盐水钻井液的抗污染性能 由此可知 ，加入 C a 后 ，钻井液 的流变性反而 变得更好，中压滤失量也变化不大，该体系的抗钙 能力达到使用要求 ； 钻井液中加入 2 0 ％的岩屑老 化后 ， 体系的黏度和切力均有所增大 ，流动性变差 ， 中压滤失量稍有下降，可见该体系的抗岩屑污染 可 2 O ％ 2 结论 1 ． 通过优选油 田现有的各种处理剂并实验调整 各种处理剂的合适加量 ，配合使用实验室研制出的 高温稳定剂 S A，以改善体系的流变性和滤失造壁 性， 建立了一套密度大于 2 ．5 0 g ／ c m 、 抗 2 0 0。 C 高温、 抗盐达饱和的钻井液体系。 2 ． 该超高密度抗高温饱和盐水钻井液不仅有 良 好的稳定井壁作用 ，而且抗钙能力较强 ，符合现场 应用的要求。 参 考 文 献 [ 1 ] 张喜凤 ． 适用于塔里木油田克拉区块高密度钻井液的配 制 『 J ] ． 西安石油大学学报 自然科学版 ，2 0 0 5 ，2 0 4 57 63． [ 2 ] 王平全 ． 三磺处理剂的高温交联及影响因素 [ J ] ． 钻井液 与完井液 ，1 9 9 1 ，8 4 2 6 3 2 ． 【 3 ] 周华安 ． 川 i 东地区深井高密度聚合物钻井液技术问题的 研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，1 9 9 5 ，1 2 1 4 1 ． 4 5 ． [ 4 ] 王平全， 周世良． 钻井液处理剂及其作用原理[ M】 ． 北京 石油工业 出版社 ，2 0 0 3 7 5 ． [ 5 ] 周进，王宏 ，陈林，等 ． 却勒构造高密度欠饱和盐水 水 钻 井 液 技 术 ． 钻 井 液 与 完 井 液 ，2 0 0 3 ，2 0 5 38 4 0． [ 6 ] 鄢捷年 ． 钻井液工艺学 [ M] ． 东营 石油大学出版社， 2 0012 一 I1 ． [ 7 ] 胡德云 ． 超高密度 p≥3 ． 0 0 g ／ c m 钻井液的研究与应 用 f J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 1 ，1 8 1 6 - 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