正电结构剂在冀中地区定向井钻井液中的应用.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 FLU I D ＆ COM P LETI ON FLUI D Vl0 1 ． 2 7 NO． 5 S e p t ．2 01 0 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 o 0 5 0 0 4 1 0 3 正电结构剂在冀中地区定向井钻井液中的应用 吕立新 ， 吴宏宾 ， 詹红侠 吴永兴 ， 段乃 中 ， ， 刘洪涛 ， 申法忠 ， 刘志广 ， 宁军 1 ． 渤海钻探第网钻井丁程分公司 ，{ q J L 任丘 ； 2 ． 长城钻探钻井液公司，北京 1 摘要 为提高 大斜度 定 向井 、水平 井钻井液 的悬 届能力 ， 减 缓岩羁床 的形 成，在钻井漾 中引入 了正 电结构 剂。 正 电结构剂为 一种 含季铵盐和 二 甲基氧 化铵 的有机 阳离子 化合物 ，它的正电荷作用 比正 电胶和 常 见的 阳离子 聚合 物持续 时问长 ，又 不会象高分子量聚 合物一样 因分子链 而形戎结构性 较强的 网状结构 ，其 可以实现在 钻井液黏度 、 切 力不明显上升 的情况 下，提高钻 井液的悬浮携带 能力 经过 7口井的现场应用 ，研 究出一套现场施工工艺技术 ， 较好地解决 了水平 井 、大斜度定 向井的井眼清洁 问题。 关键词 正电结构剂 ；井艰净化 ；水基钻井液 ； 定 向井 ； 冀中地 区 中图分类号 T E 2 5 4 ． 4 文献标识码 A 在钻大斜度定向井 、水平井时，为了提高钻井 液的悬浮携带能力 ，减缓岩屑床的形成 ，通常采取 加入正电胶或高分子量聚合物 以提高钻井液动塑比 值的方法 。现场施工表 明，这种方法虽然提高 了钻 井液的动塑 比值 ，但钻井液的黏度 、切力也会 同时 上升。又 南于复合钻进时钻速快 ，钻井液 中岩屑的 浓度高，细粒度的有害固相难以靠 固控设备进行清 除，钻井液含砂量 、密度增加 ，导致在滑动钻进时 出现拖压严重 、工具面难控制的情况 ，上提钻具时 ， 动载明显增加 【 1 ] 。即便是提高钻井液润滑剂的含量 ， 降低钻井液摩阻的效果也不明显 ，使钻井液 防卡难 度明显增加。因此需要一种既能提高钻井液结构 力 又不会使钻井液的黏度 、切力明显上升的处理剂 。 1 室 内研 究 正 电结 构剂为 一种含 季铵盐和二 甲基氯 化铵 的有机 阳离子化合 物 ，对黏土 和钻屑可起 到很好 的抑制水 化膨胀作 用 ，它 的正 电荷 作用 比正 电胶 和常见的阳离子聚合物的正电荷作用持续 时间长 ， 又不会象高分 子量聚合 物一样 因分子 链而形成结 构性较强 的网状结构 。正 电结构剂应 用于水基 钻 井液 中 ，可 以提高钻 井液 的抑 制能 力，并 明显 提 高钻井液 的动塑 比值 ，但 不会使钻 井液黏度 和切 力升高 ，满 足钻大斜 度定 向井 、水平 井有效减 缓 岩屑床形成的需要 。 1 ． 1 正 电结构剂对 钻井液 性能 的影响 用取 自两柳地 区某井井深 1 8 0 0 m处的井浆为 基浆 其 中含有 3 ％P R T、0 ． 2 ％KP AM 和 I ％NP A ， 存其 巾分别加入 K P AM、正电结构剂和正电胶 ，评 价钻井液的流变性能 ，结果 见表 1 。 表 1 正 电结 构 剂 对 比实 验 数 据 处理剂 F V ／ P V ／ ． Y P P ／ P Y P ／ PV／ ． n 由表 1 可以看出，加入 K P AM 后 ，钻井液的黏 度 、切力和动塑 比值 同时上升，流性指数明显下降 ； 第一作者简介 吕立新，工程师，1 9 6 7年生，2 0 0 0年毕业于河北大学，现在从事钻井液技术管理工作。地址 河北省任 丘市渤海钻探工程有限公司第四钻井工程分公 司 ； 邮政编码 0 6 2 5 5 2；电话 0 3 1 7 2 7 8 8 4 1 9； E - ma i l z j 2 _l l x c n p c ．c o rn． c r l 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 0年 9月 加人 0 _ 3 ％ 正 电胶 MMH后 ，钻井液的性 能变化较 小 ，加入 0 ． 5 ％MMH后 ，钻井液 的黏度 、切力 、动 塑比值上升，流性指数明显下降 ； 加入正 电结构剂 后 ，钻井液 的黏度 、切力变化不明显 ，动塑比值明 显上升 ，但流性指数可以保持为 0 ． 6 3 。 1 ． 2 加量实验 在基浆 3 ％膨润土1 ％NP A N中逐步加人正 电结构剂 ，观察钻井液流变参数的变化 ，以确定正 电结构剂的合理加量 ，实验结果见表 2 。 表 2 正电结构剂加量的优选实验 由表 2可见 ，当基浆 中加人 0 ． 3 ％～0 ． 4 ％ 正电 结构剂时，钻井液的动塑 比值最高 ； 当其加量超过 4 ％ 以后 ，钻井液的动塑 比值反而下降 ，漏斗黏度 明显上升，流性指数也发生明显下降 ，从而确定其 最优加量为 0 ． 3 ％～0 ． 4 ％。 1 ． 3 配伍性实验 1 正 电结构剂与降滤失剂 的配伍性 。对加入 正电结构剂的钻井液和加入 MMH的钻井液进行降 滤失效果对 比，从 而观察正 电结构剂与聚合物类 、 磺化类降滤失剂的配伍性，实验结果见表 3 。由表 3 可见，正电结构剂与常用的聚合物、磺化类降滤 失剂的配伍性较好。 2其它处理剂与正电结构剂 的配伍性 。在加 人 0 ． 3 ％正电结构剂的基浆 中分别加入聚合物类处 理剂 NP A N、磺化类处理剂 S MP ，观察这 2种常用 的处理剂对钻井液动塑 比值等流变参数的影响 ，实 验结果 见表 4 。从 表 4可 以看 出，加人 NP AN后 ， 钻井液 的黏度 、切力 、动塑 比值和流性指数变化不 明显 ； 而加入 S MP后钻井液黏度 、切力和动塑 比 值明显下降，流性指数升高。一 口井通常在后期由 聚合物体系转化为聚磺体系 ，而且定 向井位移大 ， 需要更高的动塑比值来悬浮和携带钻屑，所 以需要 在 加人 S MP的钻井液 中提高 正电结构剂 的加量 ， 再加人 0 ． 1 ％正 电结构剂后动塑 比值有所恢复。实 验数据见表 4 。 表 3 正电结构剂与降滤失剂 的配伍性 实验 表 4 其它处理剂对正电结构剂钻井液流变性的影响 注 1 基浆 ； 2 基浆 0 ． 3 ％正 电结构剂 ； 3 2 O ．2 ％NP A N ； 4 2 0 ． 3 ％S MP； 5 4 0 ． 1 ％正 电结构剂 。 2 现 场应 用 2 ． 1 现场应用技术 对于垂深小于 2 5 0 0 m的井 ，钻井液以正电结 构剂为主聚合 物 ，其加量为 0 ． 3 ％ ； 而对 于垂深大 于 2 5 0 0 m的井 ，在钻井液 中复配使用 K P AM 与正 电结构剂 ，正电结构剂的加量在 O ．2 ％～0 ． 3 ％ 之间； 其它处理剂按常规方式加人。 具体施工方法为 在进人造斜井段前按每个循 环周加入 1 0 0 ～2 0 0 k g的方式逐步加人正电结构剂 ， 造斜 至 4 5 。前 ，正电结构剂 的加量达到 0 ． 2 ％，井 斜超过 4 5 。后 ，逐步增加其加量至 0 ． 3 ％ ； 保持钻 井液 的动 塑 比值 为 0 ． 4 3 ～0 ． 4 7 P a ／ mP a S ，流性指 数大于 0 ． 6 0 。这样既可以提高钻井液的抑制性，又 可以在钻井液黏度、切力不明显升高的同时提高钻 井液的悬浮携带能力 ，从而保证施工安全。 2 ． 2 岔3 3 1 4 3 X井的施工情况 岔 3 3 ． 1 4 3 X井的基本钻井数据见表 5 。为了提 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 5期 吕立新等正电结构剂在冀 中地区定向井钻井液 中的应 用 4 3 高钻井液的抑制性 ，该钻井液在使用正电结构 剂的 同时加入 K P A M，用 2 种处理剂作主处理剂，具体 配方如下。该井全井施工顺利 ，钻井液肚能见表 6 。 3 ％膨 润土 0 _ 3 ％K P AM 0 ． 3 ％～0 ．4 ％ 正电结 构剂 1 ． 5 ％ 聚合 物 3 ％ 磺 化处 理 剂 1 ％ 防塌 剂 润滑 剂 表 5 岔 3 3 1 4 3 X 井钻 井液性 能 l 9l 1 ． 1 5 3 6 l 0 3． 0 0．30 0． 7 O 1 ． 0 ／ 3． O 苏 7 5 X*2 2 7 2 1 ． 1 6 4 1 I 4 4 ． 5 0 ．3 2 0 ．6 9 1 ． 0 ／ 4 ． 0 24 3 0 1 ． 1 8 4 3 l 3 4 ． 0 0 ． 3 1 0 ． 7 0 1 ． 0 ／4 ． 5 注 为对 比井性能 。 2 ． 3 应 用效 果 通过在问 1 1 ． 3 0 X井等 6口大斜度定 向井 、1口 水平井现场试验应用 各井基本数据见表 6 ，逐步 形成了一整套现场钻井液施] _ 1 二 艺技术 ，实现 了大 斜度定 向井和水平井钻井液在黏度 、切力不 明显上 升的情况下 ，动塑 比达到了 0 ． 4 3 ～0 ． 4 7 P a ／ mP a s ， 表 5 提供了 3口井 的钻井液性能 。7口井施T顺利 ， 取得了很好的钻井效果 。 选取 同时期 、同区块应用 MMH钻井液的 3口 井 数据见表 6进行对 比。在这些井 中，钻井液 的动塑比值得到了提高 ，但钻井液的黏度 、切力 同 时上升 ，见表 5 。 表 6 7口井钻 井数据 注 为对 比井 。 3认 识 与 结论 通过引入正 电结构剂 ，在保持钻井液黏度 、切 力不明显上升的情况下 ，提高了钻井液的悬浮携带 岩屑能力 ，并使钻井液保持有 良好的流变性能 ，同 时通过适当冲刷 下井壁 ，减缓了大斜度井段岩屑床 的形成。辅以适 时的短程起下钻 ，大排量循环携带 岩屑的钻井措施 ，形成 了一整套 “ 减缓和破坏岩屑 床”的技术 ，在解决水平井 和大斜度定向井的岩屑 床问题方面取得 了突破。 参 考 文 献 ⋯ 1 赵江印，王芬荣 ， 李建铭 ． 岩屑床的控制技术及其应用 【 J 1 ． 钻井液与完井液 ，1 9 9 9 ． 1 6 3 4 4 4 5 ． 收稿 曰期2 0 1 0 一 O 3 2 5 ；HG F 1 0 0 5 W7 ；编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m