随钻堵漏型无固相弱凝胶钻井液体系研究.pdf

第 2 5卷 第 3 期 2 0 0 8年 5月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI I LI NG F LUI D C OM P I ETI ON FI UI D Vo 1 ． 2 5 NO． 3 M a y 2 0 0 8 文章 编 号 l O O l 一 5 6 2 0 2 0 0 8 0 3 0 0 5 2 0 3 随钻堵漏型无 固相弱凝胶钻井液体 系研 究 黄珠珠 蒲晓林 罗兴树 董学成 西南石 油大学石 油工程 学院 ， 四川成都 摘 要 用具 有适 当分子量 的聚丙烯 酰胺 与交联刺 乙酸铬 进行 交联实验 ， 运用 正交法安 排 了实验 ， 通过 综合平 衡法和方差分析 法得 到 了最佳 交联组合 。实验分析 了影响此成胶体 系性 能的主要 因素 ， 并 对其作 为随钻堵 漏型无 固相弱凝胶 钻井液的可能性进行 了研 究。结果表 明， 该 成胶体 系具有一定的黏弹性 ， 流动性好 ； 在其 中加 入重铬 酸 钾 后抗 温性 可得 到明显提 高， 达 8 O C； 加入 了超低渗透剂和超 细碳 酸钙的凝胶 体 系具 有 良好 的堵漏 效果； 最 终得 到 的无 固相 弱凝胶体 系成胶 范围宽 、 成本低 、 适应性强 ， 具 有随钻堵 漏作 用。 关键词 弱凝胶钻 井液 无 固相钻井液 钻井液配方 漏失 随钻堵漏 中图分类号 TE 2 5 4 ． 3 TE 2 8 2 文献标识码 A 弱凝胶可保护储层 ， 还可随钻封堵储层中存在 的微裂 缝 、 构造 裂缝 和 收缩 缝 。无 固 相 钻井 液 可 避 免对储 层 的固相 损害 。 因此 在现 有聚合 物研 究基 础 上 ， 经 过文献 调研 ， 用具 有适 当分 子量 的聚丙烯 酰胺 与交联剂乙酸铬进行交联 ， 研制出一种随钻堵漏 型 无 固相 弱凝胶 钻井 液体 系 ] 。 1 弱凝 胶 的制 备 1 ． 1 实验药品和设备 聚丙 烯 酰 胺 分 子 量 分 别 为 3 0 0万 ～ 6 0 0万 、 6 0 0万 ～ 9 0 0万 、 9 0 0万 ～ 1 2 0 0万 PAM一 1 、 PAM一 2 和 P AM一 3 ， 部 分 水 解 聚 丙 烯 酰 胺 分 子 量 分 别 为 3 0 0万 ～ 6 0 0万 、 6 0 0万 ～ 9 0 0万 、 9 0 0万 ～ 1 2 0 0万 的 HP AM l 、 HP A M一 2和 HP AM一 3 ， 氢 氧化 钠 ， 甲 醛 ， 乙酸 铬 ， 氯 化 钠 。电子 天 平 ， 烘箱 ， 搅 拌 器 带 叶 片的玻璃棒 ， 恒 温水浴箱 ， N D J旋转 黏度计 ， 浮筒 切力 计 ， 广 口瓶 ， 烧 杯 ， 量筒 ， p H 试 纸 ， 恒 温 箱 ， 记 时 器， AP I 失水仪 ， 漏失仪等。 1 ． 2 聚丙烯酰胺与乙酸铬的成胶实验 由于影响实验的因素 温度 ， 聚丙烯酰胺的分子 量 、 浓 度 ， 乙酸 铬 的浓 度 较 多 ， 以 L 。 3 正 交 表 进 行实验 ， 将表观黏度和切力作为实验指标 ， 根据经验 在实验中不考虑几个因素的交互作用 ， 结果如表 1 所示。通过运用综合平衡法进行分析 ， 优选出最佳 交 联组 合为 0 ． 2 6 P AM一 2 0 ． 0 6 乙酸 铬 。 表 1 聚丙烯 酰胺 与乙酸铬 的成胶 实验组合 6 0 PAM一 1 o． 26 PAM一 2 o． 27 PAM一 3 o． 25 O． O6 o． 04 o． o5 1 o 8 1 5 80 PAM一 1 o ．27 PAM一 2 o ．2 5 PAM 一 3 o ．2 6 o． o5 O． O6 o． 0 4 5 5 2 2 各 因素对成胶 性能的影响 2 ． 1 温 度 由实验数据可知， 温度 对凝胶体系的黏度、 切 力影响较小 ， 温度主要是影响交联体系的成胶时间 ， 温度 对成 胶 时 问 的影 响见 图 1 。 由图 1可 以 看 出 ， 当温度低于 4 o℃时 ， 成胶时间长 ， 这是因为温度低 时 ， 分子 间的碰撞 难 以克 服交联 反应 的活化 能 ， 交 联 反应 难 以进行 ； 当温 度 升 高 时 ， 分 子 的热 运 动 加 剧 ， 分 子间的碰撞加剧 ， 使得聚合物分子与交联剂之间 第一作者简介 黄珠珠 ， 西南石油大学在读 硕士， 主要从事堵 漏型钻 井液和保护储层钻 井液 的研 究。地址 四川省成都 市 新都区西南石油大学油气井工程硕士 O 6级 ； 邮政 编码 6 1 0 5 0 0 ； 电话 1 3 5 1 8 1 9 8 2 6 8 ； E ma i l _ h u a n g a i d y 2 0 0 3 1 6 3 ． c o rn。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 3期 黄 珠珠 等 随钻堵 漏 型无 固相弱 凝胶 钻 井液体 系研 究 5 3 的交联 反应 更剧 烈 也 更 快 。 当温度 太 高时 ， 聚合 物 分子链 之 间 、 分 子链 与氧之 间 的反应增 灶 。 聚合 物容 易发 生降解 ， 影 响凝胶 的稳定 性 。因此 选 择 6 0 为 最佳 温度 。 厘 鲁 嫠 图 1 温度对成胶时间的影响 2 ． 2 聚合物浓度 聚合物 浓度对 凝胶 体 系的成 胶时 间和 成胶 强度 的影 响 见 图 2 。 由 图 2可 以 看 出 ， 增 大 聚 合 物 浓 度 ” 可 以缩短 交联成 胶 时 间 ， 同时 增 大 成胶 强 度 。 这 是 由于聚 合物浓 度增 大时 ， 高 分子链 密度 增大 ， 凝 胶 形成 时间必 然缩 短 ， 凝 胶 同时变 为立 体 网状 结 构 ， 因此凝胶 强度 与稳定 性 也显著 提 高 。选 择 聚合物 浓 度 为 0 ． 2 6 。 础 慧 嫠 P A M浓度／ ％ 图 2 P AM 浓 度 的影 响 2 ． 3乙酸铬浓度 乙酸铬浓 度对 成胶 强度 的影 响见 图 3 。 5．6 5 ． 5 5 ．4 强5 ． 3 餐5 ．2 5 ． 1 5 ． 0 0 ．量 g 厘 留 嫠 镫 交联剂加量／ o／ 0 图 3 乙酸铬浓度对成胶强度 的影响 由图 3可 以看 出 ， 交联 剂 浓度 大 于 0 ． 0 4 可 以 形成 符合要 求 的凝 胶体 系 ， 成 胶 强 度 随 着 交 联剂 浓 度 的增 大 而 增 大 ， 但 是 当交 联 剂 浓 度 大 于 0 ． 0 6 时 ， 体 系 的成胶 强 度 减 弱 。这 是 因 为交 联 剂 浓 度 太 大时 容易 使 聚丙烯 酰 胺 与 铬 离子 发 生 过度 交 联 ， 使 凝 胶 发生脱 水反 应 ， 破坏 了凝 胶 的强度 ， 同时降 低凝 胶 的黏附性 ， 容 易 产 生 滑 动 。选取 乙酸 铬 的 浓度 为 0 ． 0 6 9 ／ 6 。 2 ． 4 聚合物分子量 实验 表 明聚合物 分 子量越 大 ， 成胶 时间越 短 ， 成 胶强 度也 就越 大 。这 是 因 为 聚合 物 分 子 量越 大 ， 分 子 中含 的 C OO 量相 对 较多 ， 其 与 C 接 触 的机会 就越 多 ， 故 交联 速度 就越 快 ， 生成 的凝胶 强度 也就越 强 。选择 分 子量 为 6 0 0万 ～9 0 0万 的 P AM一 2聚合 物 。 2 ． 5 p H值 p H 值对 成胶 性 能 的 影 响 见 图 4 。由 图 4可 以 看 出 ， 在酸 性 、 中性条 件 下 ， 羧 基 的解离受 到抑 制 ， 交 联 速度 慢 ， 生 成 凝 胶 的 强 度 也 不 高 ； 在 强 碱 性 条 件 下 ， OH与 C r ” 作 用 形 成 C r OH 。而 消耗 C r ” ， 成 胶性 能 也 不 好 。只 有 在 碱 度 一 定 的条 件 下 ， 即 p H 值为 7 ． 5 ～8 ． 5时 ， C 一 才 可 以缓慢 而 有效 地 释 放 出来 ， 成胶 性 能也较 好 。 础 尽 p H 图 4 p H 值对成胶性能的影响 2 ． 6 矿 化 度 研 究表 明适 当 的矿 化度 可 以促 进 聚 合 物 与 交 联剂 的交 联反 应 ， 因此 在 实验 开 始 的凝胶 制 备 中 加 入 了 0 ． 5 的 Na C 1 以促 进交 联反应 的进 行 。 3凝 胶 体 系评 价 3 ． 1 稳 定性 将制 备好 的凝 胶 体 系 放 于 广 口瓶 中 ， 在 4 0和 6 0℃ 下 静 置 ， 用 N D J旋 转 黏 度 计 测 定 凝 胶 黏 度 。 实验结 果 表 明 ， 体 系黏度 变化 很微小 ， 说 明该凝 胶体 系具有 较 好 的热 稳 定 性 。但 是 随 着 温 度 的继 续 升 高 ， 凝 胶体 系 的热稳 定性 变差 ， 出现 絮凝状 况 。这是 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 8年 5月 因为 随着 温度 的升 高 ， 体 系 的成胶速 度加 快 ， 成 胶 时 间不好控制， 而且在高温条件下聚合物容易发生热 氧化而降解 ， 同时聚合物在高温条件下会迅速水解 ， 这种 水解反 应在 含有 金 属 离 子 特 别 是 二价 金 属 离 子 的水 中进 行得 特 别 快 ， 水解 度 变得 非 常 大 ， 容 易 与金属离子作用而生成沉淀。 3 ． 2抗温 性 将该 凝胶体 系 在 8 O C下热 滚 1 6 h后 ， 测 其 性 能 。结果 表 明 ， 凝胶 体系 的抗温 性较 差 ， 热滚 后凝 胶 出现严 重脱 水现 象 ， 凝胶 体 系 中出现 絮状物 ， 同时 失 水量剧增， 性能完全改变。在凝胶体系中加入重铬 酸钾重 新进 行 评价 。实验 药 品的 加 入顺 序 为 H。 一 Na C I 一 乙酸 铬一 重 铬 酸钾一 P AM一 2 ， 实 验 条件 为 在 6 0℃恒 温水 浴箱 中低 速搅 拌 ， 成 胶 后 在 8 0 C下 热滚 1 6 h 。结果 发现， 热滚 后凝胶 中脱 出一部 分 水 ， 但 凝胶 性 能 变 化 不 大 ， 说 明 凝 胶 体 系 的抗 温性 好 。所 以优 选 重 铬 酸 钾 来 提 高 凝 胶 体 系 的抗 温 性 能 。 4 凝胶 堵漏实验 凝 胶堵漏 实验 结果 见表 2 。 表 2凝 胶 堵 漏 实 验 体系 漏失量 堵漏 mI 效 果 凝胶 7 5 滞留 凝胶 3 钠土 絮凝 凝胶3 国外超低渗透剂 5 0 2 mi n 不 明显 凝 胶 。 要 璺 透 剂 3 o 2 m i n 明 显 3 超 细 碳 酸 钙 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 注 实验 条件 为 实 验温 度为 2 5 C， 加 入 9 0 mI 堵液 ， 施加 0 ． 6 9 MP a的压 力 ； 砂 床 由粒 径 为 0 ． 4 5 ～0 ． 9 0 m m、 O ． 2 8 -- o ． 4 5 mm、 O ． 1 8 ～ O ． 2 8 mm 砂 粒按 3 O 3 O 4 O的 比 例组成 ， 砂总量 为 1 0 0 g 。 由表 2可 以 看 出 ， 单 纯 的 凝胶 体 系 的堵 漏 效果 较差 ， 但是所制备的凝胶有一定的滞 留能力， 基本上 具备 了凝胶的封堵条件； 加入钠膨润土后的凝胶体 系 ， 因为钠 膨润 土与 聚合 物发生 反应 ， 使凝 胶体 系 出 现絮凝情况 ， 不能用来堵漏 ； 在胶凝体系中加入国外 超低 渗透剂 后 ， 其堵漏 效果 有所 改善 ， 但 是漏 失量 依 然较 大 ； 在 胶凝 体系 中加入 国外 超低 渗透剂 后 ， 再 加 入超细碳酸钙 ， 其堵漏效果 明显 改善， 加入 9 0 mI 凝胶体 系 只流 出 3 0 mL液体 ， 而且再 加 入超 细碳 酸 钙后 ， 砂柱 上 面 留有 凝 胶 样 ， 下 面 部 分 未 被 凝 胶 浸 没 ， 说 明加 入超 细碳 酸 钙 后 凝胶 体 系 的封堵 效 果 明 显 。 5 结 论 1 ．实验 运用 正交 实验法 确 定 了实验 方 案 ， 在实 验过 程 中通过综 合平 衡法 和方 差分 析得 到了最 佳的 交联组 合 0 ． 2 6 P AM 2 0 ． 0 6 乙酸铬 。 2 ．该 凝 胶 体 系在 6 0℃ 下 有很 好 的 热 稳 定性 ， 但 其在 8 0 C下 1 6 h热 滚 后性 能 改 变较 大 ， 但 加 入 重 铬酸 钾可 以提 高其抗 温性 到 8 0℃ 。 3 ．优选 出一 套 随钻 堵 漏 型 无 固相 弱 凝胶 钻 井 液 ， 其 配 方为 0 ． 2 6 P AM一 2 0 ． 5 N a C l 0 ． 0 6 乙酸 铬 0 ． 5 重 铬 酸钾 3 国外 超 低 渗 透 剂 3 超 细碳 酸钙 ， 该体 系 的成胶 范 围宽 、 成本 低 、 适 应 性 强 ， 有一 定 的 抗 温 性 和堵 漏效 果 ， 可用 于 随钻 堵 漏 。 参 考 文 献 [ 1 ] 顾雪蓉 ， 朱育平． 凝胶 化学． 第一 版． 北 京 化学工 业出 版社 ， 2 0 0 5 ， 1 E 2 3 张熙 ， 黄荣华 ， 徐僖． 水解聚丙烯 酰胺 柠檬酸铝体系成 胶行为与形态结掏 的研究． 高分子学报 ， 2 0 0 1 ， 2 8 - 1 2 E 3 ] 王松．无固相凝胶 堵剂 NS G 一 2的合成 与性能评 价． 特 种油气藏 ， 2 0 0 4 ， 1 1 3 7 6 7 8 E 4 ] 范山鹰． 无 固相弱凝胶钻井液体 系的室 内实验研 究． 江 汉石油学院学报 ， 2 0 0 4 ， 3 6 9 - 7 3 E s ] 张斌 ， 杜小勇 ， 杨进 ， 等． 无 固相 弱凝胶 钻井 液技术． 钻 井 液 与 完 井 液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 5 3 5 3 7 [ 6 ] S mi t h J E ．Qu a n t a t i v e E v a l u a t i o n o f P o l y a c r y l a mi d e Cr o s s l i nke d Ge l s f or Us e i n En ha n c e d Oi l Re c o ve r y ． Pr e s e n t e d a t t he I n t e r n a t i o na l ACS Sy mp os i um ， An a he l m ，Ca l i f or n i a，a n d Se p t e mbe r 1 9 86 9 1 2 [ 7 2 赵 秀鹃 ． 李洪玺 ， 王传军 ， 等． 抗 高温弱凝胶配方 的实验 室研究 ． 试采技术 ， 2 0 0 2 ， 2 3 1 5 O 一 5 3 [ 8 ] 王 克亮 ， 高振环 ， 孙立滨 ， 等． 聚合物微凝胶 的研 制及配 方筛选． 油气采收率技术 ， 1 9 9 9 ， 6 1 1 7 2 0 ， 2 5 E 9 ] 唐孝芬 ， 李红艳 ， 刘玉章 ， 等． 交联聚合物冻胶堵漏 剂性 能评价指标及方法． 石油钻采工艺 ， 2 0 0 4 ， 2 6 2 4 9 5 3 [ 1 O ] 张同友 ， 赵劲毅 ， 胡勇 ， 等． 聚合 物凝胶体 系性 能评价方 法 研 究 ． 大 庆石 油地 质 与 开 发 ， 2 0 0 5， 2 4 2 8 6 9 1 [ 1 1 ]林 海钦 ， 李 明远 ， 韩 飞雪 ， 等． 盐度对 交联 聚合物溶液性 质的影响． 石油学报 石油加工 ， 2 0 0 3 ， 1 9 3 4 3 4 6 收 稿 日期 2 0 0 7 1 0 2 6； HGF一0 8 0 2 N2； 编 辑 王 小娜 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m