低密度全油基钻井液体系研究.pdf

石油天然 气学报 江汉石油学院 学报 2 0 1 4 年 7 月 第 3 6 卷 第7 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I J u 1 ． 2 0 1 4 V o 1 ． 3 6 N o ． 7 低 密度全油基钻 井液体 系研 究 宋周 成 ，段 永贤 ，何 思龙 张国，张宏强 中 石油塔里木油田分公司塔中勘探开发项目 经理部， 新疆库尔勒。 ’ 。 。 。 蒋卓 ，王荐 ，陈洪 湖北汉科新技术研究 所， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 舒福 昌 长江大学化学与环境工程学院， 湖北N J 0 N 4 3 4 0 2 3 向兴金 长江大学石油工程学院， 湖北武汉4 3 0 1 o o [ 摘要] 随着石油开采 ，油藏的勘探 开发难度增大 ，对钻井液 密度 要求增高 。结合低 密度及 油基钻 井液 特 点，室 内研制 出了低密度全油基钻 井液体 系。该钻 井液体 系具 有很 好 的流变性 ，滤 失量小 高温高压 滤 失量为 6 ． 6 mL ，性能稳定 破 乳 电压≥2 0 0 0 V ，并且 密度可调控 ，下 限可以低至 0 ． 8 5 g ／ c m 。 ，具有好 的 抗 污染能力 ，抑制性强及储藏保护 效果好 ，可 以应用 于复 杂敏 感性 地层 ，有 利于提 高机 械钻速 、井壁 稳 定 性及 储层保护。 [ 关键词]低 密度钻井液 ；全油基钻 井液 ；低压低 渗储层 [ 中图分 类号]TE 2 5 4 [ 文献标 志码 ]A [ 文章 编号]i 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 4 0 7 0 1 0 7 一O 5 随着 石油 开采 ，国内外 诸多 的大 油 田都进 人 了后期 开发 阶段 ，一 些低 压低 渗油藏 相继 投入 开发 。这 些油藏的勘探开发难度大 ，对钻井液密度要求高。为了防止钻井液漏失以及保护油气层，经常需要钻井 液的密度低于 1 ． O g ／ c m。 。低密度钻井液大致可分为 4类 ] ①气体类钻井液，密度小于 0 ． 5 g ／ c m。 ，需 配备专用充气设备 ，投人大 ，抗地层出水 、油侵能力差 ，而且对于太深的井 ，气液比太小 ，密度太低不 能满足钻井要求 ；②微泡沫钻井液，密度 0 ． 5 ～0 ． 9 5 g ／ c m。 ，体系对压力敏感 ，受井深的限制 ，极 限井 深大约为 3 0 0 0 m，同时泡沫、微泡影响电测和数据传输 ；③水包油钻井液 ，密度最低可至 0 ． 9 g ／ c m。 左 右 ；④油基钻井液 ，密度可低至 0 ． 8 0 ～0 ． 8 5 g ／ c m。 。相对比较 ，全油基钻井液具有抗高温 、抗盐 、有利 于井壁稳定 、润滑性好和对油气层损害程度小等优点 ，更适合于现阶段低压储层的勘探和开发 J 。 1 钻井液体系构建 低密度全油基钻井液体系主要 由基液、有机土、润湿剂、有机土增效剂、增黏提切剂 、降滤失剂 、 碱度控制剂组成 ；然后根据不 同密度 的需 要，配备不 同的密度减轻 剂及 加重剂 。最 低密度可 以降低 到 0 ． 8 g ／ c m。 。 1 ． 1 基液 的优 选 室内研究通过对气制油 、白油以及柴油等基液进行分析 比较 ，最终选择全油基钻井液配制所用的基 液 ，基液性能见表 1 。对比 5 种基液情况 ，从价格 、应用环境及密度因素考虑 ，室内选择 2 柴油作为 室 内研 究 的全油 基基 液 。 1 ． 2增 黏剂 的优 选 全油基钻井液和油包水钻井液体系不同，由于全油基钻井液体系当中水的质量分数极少，因此全油 基钻井液体系的黏度与切力更难以调控 ，因此需要对其增黏剂进行筛选 。室内研究选取了多种合成聚合 物作为增黏剂加入到全油基钻井液 当中，并对其滚前和滚后 的流变性能变化进行 了评价。试验基本配 方 2 柴油2 ％c a O3 有机土2 增黏剂3 ％降滤失剂 AOHJ 一 1 1 乳化剂 配方中百分数为 [ 收稿 日期]2 0 1 3 1 2一O 3 [ 作者 简介] 宋周成 1 9 6 6一 ，男 ，1 9 8 9年大学毕业 。博士 ，高级工程师 ，长期从 事油气 田开发方面的研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油 天然 气工程 2 0 1 4年 7月 质量分数 ，下 同 。试验结果如表 2 所示 ，在所选择的聚合物中，Z N一 5在热滚后具有较明显的增黏提切 作用，其动切力和旋转黏度剂读数值均较大。因此 ，室内研究选用 Z N 一 5作为全油基钻井液 的增黏剂。 增黏剂 热滚条件 a P ／ mP as ／ mP a s N N0 3 滚前 滚后 滚 前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚后 滚前 滚后 注 为表观黏度 ； 为塑性黏度； r d 为动切力 。热滚条件为 1 2 O ℃1 6 h 。下同。 1 ． 3降滤 失剂的 优选 降滤失剂在全油基钻井液体系当中主要起到形成亲油性胶体 ，参与形成致密滤饼 、控制滤失量和增 加全油基钻井液稳定性的作用 。室 内研究在全油基钻井液体系中分别加入沥青类降滤失剂 AOHJ 一 1 、合 成树脂类降滤失剂 AOHJ 一 2和改性树脂类 降滤失剂 A OHJ 一 3 ，以评价其 降滤失效果 。试 验基本配方 2 柴油2 C a O 3 有机土2 增黏剂1 乳化剂降滤失剂。试验结果如表 3所示，在全油基 钻井液体系当中分别加入 AOHJ - 1 、AOHJ 一 2 、AO HJ 一 3单一降滤失剂，均能有效降低全油基钻井液体 系的 AP I 滤失量和高温高压滤失量 ，其中 AOHJ 一 2降滤失效果最佳 ，而 AOHJ - 3对体系流变性的影响 最小。但是单一降滤失剂尚不能满足要求 ，而质量分数 2 AOHJ 一 2降滤失剂和 2 AOHJ 一 3降滤失剂 复配使用 ，可使全油基钻井液体系的高温高压滤失量降低至 6 ． 6 mL。 1 ． 4润湿 剂 的作用效 果 在全油基钻井液体系当中，由于加重材料的存在 以及防止水侵污全油基钻井液和防止水润湿的钻屑 等固相侵污全油基钻井液 ，造成钻井液体系的流变性恶化 ，因此 ，在体系配方 中需要加入一定量的润湿 剂。试验基本配方 2 柴油2 C a O3 有机土2 增黏剂1 9 ／ 6 乳化剂2 9 ， 6 降滤失剂 AOH J 一 2 2 降滤失剂 AOHJ 一 3 1 润湿 剂。试 验结 果如 表 4所 示 ，加入 润湿 剂后 ，体 系 具有 很好 的抗 污 染能 力。 ～ 4 o 1 1 6 3 7 1 6 1 3 6 屯 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 6卷第 7期 宋周成 等 低密度全油基钻 井液体系研究 ．1 0 9． 注 VA P I 为 AP I 滤失量 ； Vh h 。 为高温高压滤失量 。高温高压条件为 1 2 o c3 ． 5 MP a 。下同。 表 4不同污染条件下润湿剂 的作 用效 果 注 Rd 。 为动塑 比。下 同。 1 ． 5稳 定剂 的作 用效 果 室 内评 价 了体 系加 重条 件下 的钻 井液 性 能 ，发 现 随着 固相 物质 的加入 钻井 液滚 后冷 却过 程 中罐底有 少量沉降 ，土污染后也同样存在少量沉降，分析原 因主要是 由于体系还存在一定的稳定性 问题 ，为了解 决钻井液滚后冷却过程中的沉降问题 ，室 内通过大量试验筛选 了稳定剂 AO E S T增强体系的稳定性 ，并 在 密度 为 1 ． 1 g ／ c m。 钻 井 液 中加 入 质量 分 数 为 3 稳 定 剂 AOE S T进 行 性 能 的评 价 。试 验结 果 如表 5所 示 ，在全油基钻井液体系当中加入 3 稳定剂 AO E S T后 ，整个体系非常稳定，热滚后冷却没有沉降现 象 ，因此可以避免钻井液滚后出现沉降问题 。 表 5稳定剂对钻 井液性能影响 注 r 为初切力 ； r f 为终切力。 综上所述 ，最终低密度全油基钻井液体系配方 2 柴油2 ％C a O, 3 有机土2 ％增黏剂1 乳 化剂2 降滤 失剂 AOHJ 一 2 2 降 滤失剂 AOHJ 一 3 1 润湿剂 3 稳定 剂 AO E S T 密度减轻 剂／ 加 重材 料 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油 天然 气工程 2 0 1 4 年 7 月 2 钻井液性能评价 2 ． 1不 同密度 条件 下性 能评价 针对低 压 地层 以及其 他不 同地 层 情况 ，室 内评 价 了不 同密 度 条 件 下 的钻 井 液性 能 。试 验情 况 见 表 6 。可 以看 出 ，全油 基钻 井液基 础泥 浆密 度 为 0 ． 8 7 g ／ c m。 ，可 以满足 大 多数 的低 压油 气 储层 ，并且 通 过 密度减轻剂可以进一步降低钻井液密度 ，对其性能影响不大 ；也可以通过重晶石等加重材料提高钻井液 密度 ，适应 于一般 地层 。 表 6 不 同密度条件下性能评价 注 U b为破乳 电压 。下同 。 2 ． 2抗 水侵 能力评 价 在钻井液体系里 ，加入不同质量分数的水 ，考察钻井液性能变化，结果见表 7 。可以看出，随着水 侵入量的增大，钻井液的切力和黏度基本呈增大趋势 ，滤失量呈降低趋势；而破乳电压逐渐降低 ，且降 低幅度较小 ，但 当水侵 入量 为 2 O ％时，其破乳 电压仍 有 1 0 0 0 V，说 明该钻井 液具 有 良好 的抗 水污 染 性能 。 表 7 抗 水 污 染 能 力评 价 水 的质量 分数／ 热滚 条件 滚前 滚 后 滚前 滚后 滚前 滚后 滚前 滚后 a P rd ／ mP a s ／ mP as ／ P Rd p VA P l yh t h D U b N N ／ mL ／ m ／ v O ． 2 7 0 ． 5 O O ． 4 7 O ． 4 4 0 ． 5 3 O ． 4 4 0 ． 44 O ． 3 8 2 0 0 0 2 0 0 0 1 7 0 0 1 8 0 0 1 2 0 0 1 5 0 0 9 00 1 0 0 0 2 ． 3 抗 钻屑 污染 能力评 价 以现场易水化分散的泥页岩钻屑粉末为污染源，评价钻井液的抗土污染能力，结果见表 8 。可 以看 出，随着钻屑量的增大，钻井液的切力 、黏度和滤失量基本呈增大趋势 ，但变化不大；而破乳电压逐渐 降低 ，且降低幅度较小 ，当钻屑污染量达到 2 0 时 ，其破乳 电压仍有 9 0 0 V，说明该钻井液具有 良好 的 抗 钻 屑污染 能力 。 ’ 2 ． 4 钻井液抑制性能评价 室内研究考察了优选出的全油基钻井液体系的抑制性能 ，并和油包水钻井液体系的抑制性能进行了 对 比室内研究 ，岩屑采用露头岩样，钻井液体系的抑制能力评价结果见表 9 。可 以看出，低密度全油基 钻井液体系滚动回收率达到了 9 8 ． 6 ％。这说 明低密度全油基钻井液体 系有很好 的页岩抑制性能，可以 一 “ 0 8 2 1 2 O 5 O 6 1 6 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 6卷第 7期 宋周成 等 低密度全油基钻井液体 系研究 应 用 于各种 敏感 性强 的地 层 ，能够 很好 地稳 定井 壁 。 表 8 抗钻屑污染 能力评价 2 ． 5 渗 透率 恢 复评价 选取塔中区块岩心测试水基和全油基钻井液渗 透率恢复值 ，并分别用煤油和泥饼清除液清洗岩心 端面 ，测试渗透率恢复值 ，试验结果见 表 1 0 。可 以看出，低密度全油基钻井液体系渗透率恢复值在 静态和动态条件下 ，都可 以达 到 9 0 以上 ，比其 他钻井液体系拥有更好 的储层保护能力 ，对储层基 本无 污染 。 表 9钻井液体系的抑制性能对 比 钻井 液体系 滚动 回收率／ 清水 全 油基钻井液 油包水钻井液 1 0 ． 8 9 8 ． 6 8 9 ． 2 注 老化条件为 1 2 0 ℃ x1 6 h 。 表 1 0 钻 井液渗透率恢 复值试验数据及结果 3 结论 1 研制出一种低密度全油基钻井液 ，该钻井液体系具有很好 的流变性，滤失量小 ，性能稳定 破 乳电压≥2 0 0 0 V ，并且密度可调控 ，下限可以低至 0 ． 8 5 g ／ c m。 ，可以满足大多数 的低压油气藏 的勘探 和开 发 。 2 全油基钻井液体系具有抗污染能力好 、抑制性强及储藏保护效果好的特点 ，可 以应用于复杂敏 感性地层 ，有利于提高机械钻速 、井壁稳定性及储层保护。 [ 参考文献] [ 1 ]张高波 ，黄新成，史沛谦 ，等 ．中国低密度欠平衡钻井液研究应用现状 [ J ]．油 田化学 ，2 0 0 2 ，2 5 6 7 4 7 6 ． [ 2 ]舒福昌 ，岳前升，黄红玺，等 ．新型无水全油基钻井液 [ J ]．断块油气田 ，2 0 0 8 ，1 5 3 1 0 3 ～1 0 4 ． [ 3 ]蓝强 ，李公让 ，张敬辉 ，等 ．无黏土低密度全油基钻井完井液 的研究 [ J ]．钻井液与完井液 ，2 0 1 0 ，2 7 2 ；6 ～9 ． E 4 3 张振华 ，鄢捷 年，樊世 忠 ．低密度钻井流体技术 E M]．东 营石油大学 出版社 ，2 0 0 4 ． [ 编辑] 帅群 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m