在钻井液中广泛应用的聚乙二醇.pdf

畸 { 纛 一 两 言 、 ， 在 钻 井 液 中 广 泛 应 用 的 聚 乙 二 醇 它 c ，S 使用 油基钻井液来钻高 活性 泥页岩地 层 ， 虽然能够稳定 井壁 ，但很 难适应 有 些 国家 的 环保要 求。钻井公 司在排 放泥浆 前 常常 需要 付 出高额 的费用 进行处 理 ，因而 ，钻井 工 业 转向使 用水基 钻 井液 ，并且 研究 高 效添加 剂 达到抑制 活性 泥页岩 造浆 的 目的 。聚 乙二 醇 G E M正是 在 这种 情 况 下 ，作 为 钻井 液 添 加剂应用到 钻井 行业 的。使用 聚乙二 醇既 可 以增强钻 井液 对牯 土的抑 制性 ，又是 环境 所 能允许 的 ，因而在世界上得到 了广泛 的应 用。 浊点 指 物 质 在 水 中 的 逆 溶 解 性 。 聚 乙 二 醇 不象 大多数 可溶物那 样 在水 中随着温度 升 高溶解度变 大 ，而是 随温度 的升 高溶 解度 减 小 ，直到在 一 个特定 的温度 形成 微 乳液 ，此 时溶液的外 观 浑浊 ，该 浊化形 成 时 的最 低 温 度被称为 浊点 。这 种现 象是 完全 可 逆的 ， 即 随着温度 的 降低 ，聚 乙二醇将 再 一次 变成 完 全可溶的 。浊 化 发生 的最低 温度 依赖 于 聚 乙 二醇 的种 类 、在 溶液 中的含 量 、溶液 的碱 金 属含量 。研 究证 明 ，向钻井液 中加 人 聚 乙 二 醇 ，并且在井 下 处于浊 化状 态则 可 以提高 钻 井液 的抑 制 性 能 ，形 成“ 热 活 性 乳 化 泥 浆 TA ME ” 。 宰 内 窭聆 线性膨胀仪 是用 来评 价聚 乙二 醇 抑制 性 的实验装 置 。在评 价 时 ，将页 岩样 品放A 一 个有筛 眼 的 金 属 管 中，评 价 用 的 页岩 岩 心 ， 是 用 2 0 0目 2 0 g岩粉 压制成 的一 个 直径 1 2 8． 6毫米 、高 1 5 ． 9毫米 的岩心 柱 ， 将金 属管疆 实验 泥浆 中。 由于金属 管壁 有 筛眼 ，泥 浆 可 以与 金 属 管 中的 岩 心 相接 触 ， 丁 E 谢 风 臣编 译 但是 ，试样被 金属管 限制只 可 以在一 个 方 向 膨 胀 ，即沿着 此管 向上 。测量 在 一定 时 间 内 膨 胀的数值即可 以评价 出泥 浆的抑制性 。 由于温度是 评价 聚 乙二醇 泥 浆 的一个 重 要因素 ，为 了检 验岩 心 在不 同温 度下 的膨 胀 情况 ，设计 了一个 加 热装 置 ，选择 一个 典 型 的井底循环 温度 1 5 0 “ I - ’ 来测试这些 体系 图 1 表示的是 以墨西 哥湾常用的 2 0 ％Na C 1 ／ P HP A 泥浆体 系，在 7 5 。 F条件 下实验 5天 的线性 膨 胀数据 实验 表 明 ，在 基浆 中页 岩 样 品的 体 积膨胀 了 l 2 ％，而加 人两种不 同浊点 的聚 乙 二醇 ，即 GE M GP和 G EM C P，可 以使膨 胀 减少到 l 0 ％。图 2表示 的 是 在 1 5 0 下 下 的试 验数据 ，该温 度超 过 了体 系的 浊点 并且 聚 乙 二醇维持 在浊化 态 ，页岩 膨胀 从 l 7 ％减少 到 7 ． 5 ％ 在高矿化度 体 系 中 。如前 面 的例 子 ， 有足够 的电解 质保 证 聚乙二 醇的 浊化 。然 而 在低 矿化度体 系 中 ，诸 如 海 水 体系 ，电解 质较少 ，因而 就 应该 选择 一个 适 当的低 浊 点 体 系 ，并且需 要 对 聚 乙二 醇进 行优 选。 图 3 说 明含 有 7 ，5 0 0 p p m 氯化物 的泥 浆 可以使 页 岩体 积 膨 胀 到 增 加 l 3 ％。 添 加 3 ％ 低 浊 点 G EM CP ．并且所加 的 G EM C P处于 可溶态 ． 则对 页 岩 的 膨 胀 抑 制 性 影 响 较 小 ，但 增 加 GE M C P含量 到 5 ％并 处 于浊 化态 ，则 可 以 使页岩 膨胀 率 降低 到 5 ％ ．因 为 聚 乙二 醇含 量增加 ，整个 体系浊点降低 。 如果 能够 正确 的选择 乙二醇 的种 类 和 浓 度 ，使之 能够 应 用 到其 他 常用 泥 浆 体 系 中 ， 如 Ka／ P A c催 粉体 系 表 1 ，添加 聚 乙二 醇对体 系的抑 制性 影 响小 ，但 将 GE M CP加 到常用雌饱和盐水体系中，则可以观察到 f ’ ， m ． 一 ， s 、 。， f - ∥ 维普资讯 国外钻井技术 图 1 7 5 。 F 2 0 ％Na C I ／ P E I P A 钻井 渡 图 2 1 5 0 下 2 0 ％Na C I ／ P E I P A 钻井 液 图 3 1 5 13 ]7 8，5 0 13 ％p p m 氯离子 钻井 液 图 4 饱 和 盐 水钻井 浓 页岩的 膨 胀 率 减 少 很 多 图 4 ，膨 胀 率 从 l 5 ％减 少 到 3 ％ 。 使用饱和 的盐 水钻 井液 打 开产 层 ．以防 止产层 被悬 浮 的 Na C 1 结 晶 体 污 染 ，此 方 法 在世界上较 通 用。但在 大 多数 情况 下 ．当钻 开这些产层 构 造 的时候 ，如果页 岩 的活 性很 高 ，并且断层受破坏严 重则易发生膨胀。而 聚乙二醇 的 添 加将 抑 制 这些 构 造 发 生 膨 胀 ， 降低井眼稳定性问题的发生和地层损害 随 着三维 地震 图 的出现和后 来 的与含盐 油井 有 关的问题的 出 现 ，饱和盐 水体 系 的使用 逐 渐 增加。在墨西 哥湾 ，有一 种在 盐岩 层下 的伴 生层段 ，称 为 “ 蠕变 ”或 “ 盐 化”层 。该 层 段牯土活性 高 、胶结疏 松 ，由于 盐化作 用而 极不稳定 ，它必 须 被一 次性钻 穿 井下 套管 封 固 ，否皿 4 会发生 较 商的 井下漏 失。这 可导 致 使用油基 或合成 基 钻井液 不经 济 ，而 使 用含 浊点 聚 乙二 醇 的饱 和盐水 体 系可 以有益 于抑 制和稳 定这个复 杂的层段 表 1 聚 乙二醇 在 KC 1 ／ 聚合物 钻井液 中的抑制效 果 膨 胀 时 间 仙 n 。 1 5 】0 I 3 0 0 0 4 5 0 0 6 0 [ H J 7 5 0 o 基 5 ％ G E M C ．P l 1 2 ． 1 J 1 2 3 1 2 ． 4 I 1 2 ． 6 1 2 7 兰 兰 I 12 5 1 2 8 1 3 ． 0 基 J 1 6 -5 1 6 7 1 6 8 l 1 6 8 J 1 6 9 虽然实验 室数 据显 示这些 体系 对页岩 的 抑制性较 高 ，但必 须 符合环 保要 求 才能 被广 泛地 进行 应 用。室 内实 验表 明这些体 系的 生 物毒性符 合墨 西哥 湾的环 保 法规 。实验 数据 见表 2 。该 法 规 规 定 泥 浆 的 值 在 3 0 ， 0 0 0 p p m S P P之上才符合环保要求。 表 2 室 内毒性评价 实验 泥浆类 型 9 6小时 L c5 0 值 3％GE M GP的泥浆 样 品 i 4 5 4 ，0 1 p p m P 3 ％GE M C P的泥 浆样品 4 2 3．8 0 p p m S P P 现 场 应用 应用 1 ． ] 以往 墨西 哥湾 的几 口沿海 井 都 发生 过钻 柱卡钻 、扭矩高和 阻力 太等问题 ， 并且在夹 层发 生 过漏失 ，因 而顺 利钻 井 难 度 很大 。钻井 公 司准备 在 一 口老井 的 5，0 0 0 f t 处安装 一个造 斜器 来进行 侧钻 。由于 井下 的 温 度是 1 6 0 o F，利 于 GEMs的加 人 ，并 可 以 使聚乙二醇在 井下 处于 浊化 态 ，钻 井公 司 决 定使用聚乙二醇钻井液来改善钻井 条件 工 维普资讯 国外钻井技术 第 1 4卷1 9 9 9年第 4期 具下入井 内后发现 在 9 i n套 管 内有一 个孔 洞 ．而 套管破损 处在 预定 锻铣 层之 上 。基于 此原因 ，侧 钻 点 改 在 3 1 2 0 f t 即 套 管 破 损 处 。侧 钻过程 中暴 露 出四个枯 竭 砂层 。钻井 液 中加 入 G E M 后 即观 察到 钻屑 质量的 改善 ， 经过 6 O小 时的钻井 ，直 到井深达到 8，8 0 0 ff 也 没有 观察 到钻头 泥包 、卡钻 等 问题 。该 井 没有经过通井 即起钻并进行 了测井 、下套管 ， 均 没 有 事 故 发 生 。 [ 应用 2 ． ]在墨西哥湾的某一个 区块钻 的第 一 口井 发生 了严 重的漏 失。在直 井 段 的 夹 层 通 过 井 径 测 井 ．发现 井径 冲 蚀 由 8 平 均扩大 到 1 6 ，个 别层段 超 过 2 3 。钻 井公 司 决 定在第 二 口井 中有 问题 的夹层 使 用聚 乙二 醇体系 。井底 温度超 过 2 0 0 下 ，在 该 井 底条 件下 ，所选择 的 聚 乙二 醇是 可 以浊化 的 。现 场应 用表 明 ，体 系成 功地 降低 了坤蚀 ，井 眼 接近 标准 扩大量 9 到 1 0 。直 到 开始 定 向 ，8 的井眼才被 坤蚀 到平均 1 1 ，个 别 井段达 到 l 8 。在墨 西哥 湾海 岸 的井 大 多 发 生过严 重 的 并 且 是 多 层 次 的 冲蚀 平 均 为 l 6 ，个别达到 2 3 。在 同样 的地层 ，被 迫进 行 直井钻 井而且使 用低 功率 的钻井 泵以 降低 冲蚀 GE M 体系 的成 功应 用证 明其抑制性 强 于 以前 在海湾 钻井 用的其它体 系。 结论 1 该 体 系即使 用于 深 井 ，性 能 也是极 其稳定 的 ，在返 出井 眼 1 6 h r 后粘 度最大值 改 变 约 8 s e c ／ q t ，并且时 间极短 即可恢 复。 2 与其 它 WB I v I 体 系 比较 ，稀 释率 非 常低 ，并 且稀 释 对 钻 井 液 的性 能 影 响较 小 ； 当 与O B M体 系 比 较 时 ， 其 稀 释 率 为 0． 2 8 b b l m ， 而 后 者 的 平 均 值 在0． 1 8 到 O． 2 5 b b l ／ f t 之 间 。 3 聚 乙二醇 体系 的性 能合 理 ，体 系无 需 进行大的维护 。 4 该 产 品的 毒性较 低 ，适于 做 水 基钻 井 液的添加剂 ，符合 沿海 国家的环保要求 5 现 场成 功应用 表 明 ，该 体 系 的适 应 性广 ，可 以 强 化钻 井 液 对 泥 页 岩 的 抑 制性 、 降低 对夹层 构造 的损 坏 ， 而提 高井 眼 的稳 定性 ，降低井 眼冲蚀 ，减少井下事故 的发生 译 自 石油工程杂志1 9 9 7 ． 3 { 上接第 3 3页 它们能 够 消耗 而 与 相互 无关 。S i Na z O 比值 表明钻 井液 体 系的状 态 ，也 就是 聚合 程 度 加入 S i O 2 硅 酸 盐 或 Na 2 O 例 如 烧 碱以恢 复流体 中的含量 和 比值 ．从 而 回到 虽忧 的钻 井液 状况 。 一 种 开 始 时 有 着 i Q Na 2 O 最 优 比 值 2 ． 0的体 系 ，可能迅 速 变 化。这 些变 化 可能 导致粘度 升高或 胶 凝 ，而 可 以是 胶粘性 和钻 头泥包 的原 因 钻 屑 到达 地面 时 ，将 其完 整 而有效地 除去 是重 要 的。固相的 增加 使 粘 度 升高 ，并使 S i oz ／ Na ， O含量减少 。 3 ． 流体 润滑性 能 太斜度井要求一种专门的能在强碱的硅酸 盐钻井液 中起作用的润滑剂。采用两种硅酸盐 溶液的混合物 ，其 中之一优先包被钢材而能防 硅酸钠 ，而 l 0 ～3 5微米 的硼 硅酸盐 小珠能作 为强碱的硅酸盐钻井液润滑剂工作 良好。 4 ． 钻 井液处理 为了回收钻井 液 ，设 计 了一 种 方法将 硅 酸盐从 固相 中分 离 出来 在最初 的 处理 钻井 液后 ，使 用离 心机 表 明是 一 种能 避 免将 强碱 材料废 弃在敏 感地 区 的好办 法 。并且有 着 超 过其 它方法的经济效益 。 结论 总的说 来 ，使 用硅酸 盐钻 井液 体 系本来 不是 一项 繁 重 的 工 程任 务 。通 过 保 持 s i ／ N 2 O含量 、比值和 p H 值 ，钻 井人员 能够有 一 非常有效的钻井液体系 译 自 Wo r l dOi l 1 9 9 8年 1 0月号 维普资讯