成膜强抑制纳米封堵钻井液的研究.pdf

第 2 8卷 第 3期 2 0 1 1 年 5月 钻井液与完并液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D V_o l _ 2 8 NO． 3 M a v 201 1 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 3 0 0 3 9 ． 0 3 成膜强抑制纳米封堵钻井液的研究 陈二丁， 周辉 中国石化胜利油田钻井工程技术公司，山东东营 摘要针对胜利油田某些区块的东营组高孔高渗储层具有较强的水敏性和速敏性的特点，研究开发了成膜强 抑制纳米封堵钻井液体系。该体系具有强抑制性和成膜特性，能够最大程度地减轻储层伤害，有利于发现和保护 油气层 ；多种防塌抑制剂的协同作用，有利于稳定井壁，减少复杂情况的发生，保证快速钻进和安全钻井，为胜 利油田有效开发该类区块提供了有效保障。 关键词 强抑制钻井液 ； 封堵 ； 纳米乳液 ； 成膜封堵剂 ；防止地层损害 中图分类 号 T E 2 5 4 ．3 文献标识码 A 胜利油田某些区块的东营组储层以浅灰色粉砂 岩为主 ，砂岩成分以石英为主，长石次之 ，分选 中 等 ，泥质胶结 ，结构疏松 ，砂岩成分成熟度低 ，为 河 流相沉积 。依据这 些 区块取 心井东营组 地层物 性分析资料 ，孔隙度平均为 3 6 ．4 ％，渗透率平均 为 1 5 1 0 X 1 0 帅 ，碳 酸盐含量 为 3 ． 4 ％，属高孔 、 高渗储层。由粒度资料分析所折算的黏土含量为 6 ％～ 1 0 ％ ； 薄片分析表明岩石中的岩屑含量高 ，为 4 2 ％～6 8 ％，主要为中性喷出岩岩屑，黏土矿物成分 主要为蒙脱石，遇水膨胀可能堵塞孑 L 喉，具有较强 的水敏性和速敏性，对人井流体的抑制性有较高要 求。针对该类区块的储层特 ，为了提高钻井液的油 气层保护效果，开发了成膜强抑制纳米封堵钻井液。 1 成膜强抑制纳米封堵钻井液 1 ． 1 钻井液 配方 的优选 以有机 黑色正 电胶 B P S钻井液为基础 ，通 过 引 入 一种 比表 面积 更 大 的纳 米乳 液 NL 一 1 ，改 善 钻井液 的润滑性和 防塌能力 ； 使用 同时具有封 堵 作用和 吸附作 用 的新 型水 基钻井液成 膜抑制剂 S D一 8 0 5 ，它能形成独特的界面化学势差封堵膜。 通过实验 ，初步确定成膜强抑制纳米封堵钻井 液配方如下 ，其 和现用钻井液的性能对比见表 1 。 1 膨 润土 B P S S D一 8 0 5 NL l 流 型调 节剂 抗温降滤失剂 加重剂 由表 1 可知 ，与现用钻井液相 比，该成膜强抑 制纳米封堵钻井液在滤失量降低的同时，其黏度和 切力有所提高 ，页岩膨胀量和黏附系数显著降低 Ⅲ。 表 1 不同钻井液的性能对比 1 ． 2 NL一 1 的性 能评价 N L ． 1 是 在无机纳米材料 的表 面覆盖 了一层疏 水型的非离子有机物 ，该有机物作为保护剂使 纳米 材料保持稳定 ，其平均粒径不大于 1 0 0 n m，电动 电 位不小于3 0 mV，酸溶 率不小于9 0 ％，2 4 h胶体 稳 定率 大于 9 9 ％。 在 5 0 。 C下 用 极 压 润 滑 仪 测 得 基 浆 、基 浆 2 ％NL ． 1 的润滑系数分别 为 0 ． 6 3和 0 ． 1 4 ，2 ％NL 一 1 对基浆的润滑系数降低率 为 7 8 ％。用高温高压黏附 系数测定仪测定了不 同钻井液在 3 ． 5 MP a 、1 2 0。 C、 第一作者简介 陈二丁，2 0 0 2年毕业于西南石油学院石油与天然气工程专业并获工学博士学位，现在主要从事钻井液、 完井液开发方面的研究。地址 山东东营胜利油田钻井工程技术公司泥浆公司； 邮政编码 2 5 7 0 7 7 ； 电话 0 5 4 6 8 7 2 2 8 3 6 ； E ma i l e r s w p i 2 s i n a ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年 5月 3 0 mi n实验条件下 的黏附系数 ，结果 见表 2 。实验 结果表明，几种钻井液在高温下的滤失量均降低 ， 黏附系数与钻井液的滤失量具有对应 的关系 ，滤失 量大时，形成的泥饼较厚 ，黏附系数也相应地增加 ； 加入原油 的钻井液润滑 系数 比原浆有所 降低 ，常温 下降低 8 ％，高温后降低 3 2 ％ ； 加入 N L ． 1 的钻井 液 的润滑 系数 降低显 著 ，与加入原油 的钻井 液相 比，常温下降低了 6 8 ％，高温后降低 了 6 6 ％ ； 加入 NL 一 1的钻井 液高温后的润滑性能较高温热滚前提 高 了 3 5 ％，说明 NL 一 1的润、滑．I生和抗高温性能好。 表 2 钻井液的黏附 系数 页岩岩心在 去离子水 、0 ． 2 5 ％NL ． 1 、I ％NL ． 1 、 7 ％K cl 溶 液 中的滚动 回收率 7 7。 C、1 6 h 分别 为 2 7 - 3 ％、5 5 ． 8 ％、6 4 ． 5 ％ 和 4 3 ． 9 ％。 由此 可 以看 出， NL 一 1 具有 良好 的防塌抑制性。 1 ． 3 S D 一 8 0 5 的性能评价 S D ． 8 0 5 是由环氧化物在碱性催化剂作用下， 用 醇作起始剂，进行阴离子聚合制得的非离子型表面 活性剂 ，其为黏稠液体 ，密度为 1 ． o 0 ～ 1 ． 1 0 g ／ c m ， 荧 光级 别不 大于 5 。用 5 0 g 粒 径 为 2 ～5 I Y l n l 的岩 样在 自来 水 、2 ％ 甲酸 钾水 溶液 、2 ％KC 1 水溶 液 、 2 ％S D一 8 0 5水溶液中滚动 7 7 o C、 1 6 h ， 用筛孔为 O ． 4 5 n q lT l 的筛回收，测得回收率分别为 1 0 ． 7 ％、3 4 ．8 ％、 4 6 ． 2 ％和 7 1 ． 2 ％。由此可 以看 出，S D 一 8 0 5 具有很强 的抑制性。同时进行了岩心浸泡实验 ，结果见表 3 。 表 3 岩心在不 同溶液 中的浸泡 实验 试液 现象 水 5mi n少量剥落，3 h完全解体 2 ％KC 1 1 mi n少量剥落，1 3 5 rai n完全解体 2 ％ 甲酸钾 3 mi n少量剥落， 6 h完全解体 2 ％ s 。一 8 。 s 笑 起 2 4 h 产 生 裂 纹 ’ 由表 3 可知，用 S D ． 8 0 5 溶液浸泡的岩心比用 其它试液浸泡的岩心稳定，几天后仍未剥落，且用 S D 一 8 0 5溶液浸泡的岩心表面很硬 ，表明 S D ． 8 0 5能 在岩心表面形成一个保护膜 ，从而阻止水进人。 1 ． 4 B P S 、 N L 一 1 和S D 一 8 0 5 的协同稳定井壁作用 将 6 0 g东 营组地层 的黏 土与 3 0 g蒸馏水混拌 均匀 ，捏成每个 约重 1 0 g的小球 ，放人不同的钻井 液 中浸泡 ，每隔一定时间称量泥球 ，计算进入泥球 中水的百分量，该吸水比值越小 ，钻井液抑制黏土 水化膨胀 的效果越 好 ，结果 见表 4 。从表 4可知 ， 泥球 在 1 配方钻井液里浸泡 7 2 h后 ，吸入 的水量 最少 ，不超过泥球原始重量的 8 5 ％，远低 于泥球在 其它钻井液中浸泡时所进入 的水量。分析原 因其是 成膜强抑制 纳米封堵钻井液 中含有 B P S、NL 一 1和 S D． 8 0 5 ，这几种防塌抑制剂之间协 同增效 ，阻止 了 黏土矿物的吸附水 和层间水 的变化和增加 ，使其遇 水后不再吸水膨胀 ，起到稳定井壁的作用 。 表 4 泥球在钻井液中浸泡不同时间后的吸水比 钻井液 泥球在不同时间下的吸水 比／ ％ 1 2 h 2 4 h 4 8 h 7 2 h 1 聚磺钻井液 MMH聚合物钻井液 东营组储层区块现用 40． 41 92．27 78_ 3 6 5 9 ．0 7 5 2． 1 2 1 2 6． 4l 9 6． 4 2 8 5． 0 9 72． 8 4 1 97． 8 0 1 37． 68 1 05．92 8 0． 57 2 37． 6 8 1 5 3． 47 1 1 2． 61 2 成膜强抑制纳米封堵钻井液的性能 2 ． 1 膨胀率实验 用 N P ． 0 2 智能型页岩膨胀仪测定岩心的线性膨 胀量 ，结果见表 5 。 表 5 东营组地层岩心在不同钻井液中的膨胀高度 注 5 、 6 、 7 分别为聚磺钻井液、 MMH聚合物钻井液 、 东营组储层区块现用钻井液。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 3 期 陈二丁等 成膜强抑制纳米封堵钻井液的研究 4 1 由表 5可知 ，该钻井液稳定地层黏土的能力优 于普通聚合物钻井液和现用常规钻井液。 2 ． 2 钻屑污染实验 聚磺钻井液 、东营组储层现用钻井液和成膜强 抑制纳米封堵钻井液的抗该地 区钻屑污染能力见表 6 。由表 6可知 ，加人钻屑粉后 1 配方钻井液 的流 变性 能变化较小 ，表 明其抑制力和抗污染性较强。 表 6 钻井液的抗污染能力 2 ． 3 抑制性 如表 7所示 ，1 配方钻井液 的页岩滚动 回收率 较其它钻井液有 明显提高 ，而且从该钻井液 回收的 岩心棱角分明 ， 基本保持原状 ， 说明其抑制能力强。 表 7 页岩在不同钻井液中的回收率 2 ． 4 回收率实验 如表 8 所 示 ，l 配方 钻井 液 的极压 润滑 系数 和泥饼摩擦系数均较低。这是因为改进后的成膜强 抑制纳米封堵钻井液中包含有 B P S 、特别是一定量 的 N L 一 1 有很好的润滑性能，体系的黏附系数随着 N L 一 1 加量的增加不断减小，至其加量达到 2 ％时， 泥饼摩擦系数低于 0 ． 0 3 。 2 ． 5 岩心污染和滤液伤害评价 用岩心流动试验仪测定N L 一 1 和聚合醇、阳离 子乳化沥青、黑色正电胶 B P S 的渗透率恢复值，结 果 见表 9 。 由表 9可知 ，NL 一 1和 B P S的渗透率恢 复值较高 ，说 明 NL 一 1 和 B P S有利于提高钻井液的 保护油气层效果 。这 2者 与 S D一 8 0 5配合使用 ，通 过多元复合作用可起到非常理想的油气层保护效 果，这点从渗透率恢复值的测定结果可得到印证。 表 8钻井液的润滑系数 钻井液配方 渗透率恢复值 ／ ％ 4 ％膨润土浆 8 8 2 ％聚合醇 8 2 ％ 阳离子乳化沥青 8 2 ％ BPS 8 2 ％NL ． 1 8 2 ％ BP S 2 0／ o NL 一 1 8 2 ％BP S 2 ％NL一 1 0 ． 5 ％S D一 8 0 5 注 动态污染实验条件为 9 0。 C、3 ． 5 MP a； 8 配方为膨 润土抗温降滤失剂流型调节剂加重剂。 3 结 论 1 ． 成膜强抑制纳米封堵钻井液具有较好 的悬浮 携带 、护壁防塌 、润滑防卡 、提高地层承压 、抗油 气污染和保护油气层能力 ，能够满足东营组强水敏 性储层钻井施工的特殊要求 。 2 ． 钻井液中加人纳米防塌润滑乳液和成膜处理 剂，以物理防塌和化学防塌相结合，通过形成封堵 性的有机膜，提高和改善泥饼质量，减少钻井液滤 液 的进入 ，起到 了防塌和井壁稳定 的效果 ，可减少 井下复杂情况的发生 ，达到了保护油层的 目的。 参 考 文 献 ⋯ 1 陈军，王学军，高远鹏，等 ． 石蜡纳米乳液钻井液技术 在水平井中的应用 【 J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 0 ， 2 7 4 3 0 3 3 ． 收稿 日期2 0 1 0 ． 1 2 1 1 ；H GF 1 1 0 1 N3 ；编辑 王小娜 8 6 8 7 8 5 9 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m