复合钾盐聚合物钻井液的研制及应用.pdf

第 3 4卷 第 6期 2 0 1 2年 1 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI L L I NG P R0DU CT 1 0N T E CHN0L OGY Vo 1 ． 3 4 No ． 6 NO V ，201 2 文章编号1 0 0 0 - 7 3 9 3 2 0 1 2 0 60 0 3 3 0 3 复合钾盐聚合物钻井液的研制及应用 王 京 光 张 小 平 王 勇强 刘 伟 曹 辉 赵海 峰 川庆钻探钻采工程技术研究院 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室． 陕西西安7 1 0 0 1 8 引用格式 王京光， 张小平， 王勇强， 等 ． 复合钾盐聚合物钻井液的研制及应用 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 6 3 3 ． 3 5 ． 摘要四川金秋 区块深盆气资源丰富， 但存在地层压力系数较 高、 气层活跃、 C O 气侵严重、 上部存在较厚的紫红色泥岩层 极易造浆等难题， 且甲方要求不能影响测井， 这些均对钻井液提 出了较高要求。针对以上问题 ， 结合该地区特点， 优选出复合钾 盐抑制剂、 降滤失剂等处理剂， 研发出复合钾盐聚合物钻井液。该体系对泥岩岩屑一次回收率 9 3 ％、 抗 C O， 、 钙镁离子污染能力 强， 密度最高可达2 ． 2 0 ～ 2 ． 3 0 g ／ c m 。现场应用结果表明， 该体系能够满足四川金秋 区块的钻井需要。 关键词复合钾盐抑制剂；聚合物钻井液 ；井壁失稳 ；C O， 气侵；金秋区块 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A St ud y a nd a p pl i c a t i o n O i l c o mpo und po t a s s i um s a l t po l y me r d r i l l i ng flu i d wA N G J i n g g u a n g ， Z HA N G X i a 0 p i n g ， WA N G Y o n g q i a n g ， L I U We i ， C A O I - M， Z H AO H a i f e n g Dr i l l i n g Fl u i d De p a r t me n t o fC h a n g q i n g E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e i n C h u a n Qi n g Dr i l l i n g a n d E x p l o r a t i o n C o r p o r a t i o n ， Xi ’ a n 7 1 0 0 1 8 ， C h i n a Ab s t r a c t J i n q i u b l o c k i n S i c h u a n i s r i c h i n d e e p - b a s i n g a s ， b u t h a s h i g h p r e s s u r e c o e ffic i e n t ， a c t i v e g a s l a y e r , a n d s e r i o u s CO， i n v a s i o n ． T h e u p p e r t h i c k p u r p l e s h a l e wa s e a s y t o h y d r a t e mu d ma k i n g f o r ma t i o n a n d t h e l o g g i n g wa s r e q u i r e d t o b e n o t a ffe c t e d b y s l u r r y ． Th e s e a r e h i g h r e q u i r e me n t s f o r d r i l l i n g fl u i d ． Ba s e d o n t h e e x i s t i n g t e c h n i c a l d i ffic u l t i e s o f dri l l i n g fl u i d ， t h e s t r o n g i n h i b i t i o n o f p o t a s s i u m s a l t p o l y me r dri l l i n g fl u i d s y s t e m wa s o p t i mi z e d ． T h i s s y s t e m u s e s t h e p r e f e r r e d c o mp o u n d p o t a s s i u m s a l t a s ma i n i n h i b i t o r s ． Th e a d v a n t a g e s o f t h i s s y s t e m a r e s t r o n g i nh i b i t i o n ． g o o d t e mp e r a t u r e r e s i s t a n c e a b i l i t y , a n t i p o l l u t i o n a b i l i t y , a n d h i g h d e n s i t y o f 2 ． 2 0 2 ． 3 0 g ／ c m ， wh i c h c a n me e t t h e dr i l l i n g r e q u i r e me n t s i n t h e r e g i o n ． Ke y wo r d s c o mp o u n d p o t a s s i u m i nh i b i t o r ； p o l y me r dri l l i n g fl u i d ； we l l b o r e i n s t a b i l i ty； c a r b o n d i o x i d e i n v a s i o n ； J i n q i u b l o c k 四川金秋 区块是 中石油 与壳牌合作开发 区块 ， 主要开采须家河组的深盆气藏， 钻探过程中， 遇到了 地层造浆、 地层压力系数高、 气层活跃、 C O 气侵严 重等难题， 因此研制抑制性强、 抗污染能力高的钻井 液体系成为能否顺利施工的前提条件 ⋯。钾盐钻井 液因其具有良好防塌抑制性， 在易造浆、 易塌地层的 钻井 中得到了广泛应用 J 。在钾盐钻井 液的基础 上 ， 通过分析金秋区块钻井液技术难点并进行针对 性改进 ， 优化出复合钾盐聚合物钻井液体系， 满足 了现场施工的需要。 1 钻井液技术难点 1 上部地层紫红色泥岩层厚度超过 2 3 0 0 m， 泥 岩含量 8 0 ％～ 9 0 ％， 地层造浆严重， 若钻井液体系的 抑制性不强则会 造成固相含量 高， 容易出现钻井液 增稠、 黏切上升等情况。 2 C O， 含量 8 ％～ 1 2 ％， 最高达 到 2 4 ％， 气侵后 钻井液滤失增大 、 黏切上升 、 掉块增多 ， 引发井壁失 稳， 起下钻遇阻严重， 必须大段划眼， 如金秋区块第 1 口井 J H 一 3 井 0 3 1 1 ． 1 5 m m井段每次起下钻划 眼 基金项目中国石油天然气集团公司项 目 “ 非常规资源钻井提速技术研究” 编号 2 0 1 2 ％0 2 0 1 0 0 5 。 作者简介王京光， 1 9 8 1 年生。2 0 0 7 年毕业于西安石油大学应用化 学专业， 现从事钻 完井液的研 究工作 ， 硕士， 工程师。电话 0 2 9 - 8 6 5 9 4 9 3 5 。E - m a i l w j g 0 3 9 3 1 6 3 ．c o m。 3 4 石油钻采工艺2 0 1 2年 1 1 月 第3 4卷 第 6 期 3 0 0 -4 0 0 m 。 3 地层压力系数 1 ．4 5 ， 要求钻井液密度 1 ．6 g ／ c m 3 ， 由于前期施工井均为探井， 需要长时间电测等作业， 钻井液必须具有良好的悬浮能力。 4 气层活跃， 钻遇大安寨组地层时常遇到严重 油气侵， 节流循环放喷火焰高度达 1 0 m， 钻井液表面 漂浮大量油花 ， 要求钻井液具有较强 的抗污染性能。 5 甲方要求不能影响测井， 钻井液不得使用含 有荧光材料 。 2 钻井液体系构建思路 为防止影响电测， 在处理剂选择上优先使用钾 盐 1 使用硫酸钾及有机钾盐复配提高体系的抑制 性； 2 选用氢氧化钾调节 p H值； 3 选用碳酸钾处理 钙离子； 4 分析钻井液滤液中相关离子含量， 同时使 用熟石灰去除体系中的碳酸根离子， 作为 C O ， 气侵 的处理剂。 3 钻井液体系处理剂的优选 3 ． 1 抑制剂优选 针对地层及测井对钻井液的要求， 选取硫酸 钾与有机钾盐抑制剂 G 3 1 9 ． H K复配后作为体系的 抑制剂。测试了不同加量下 1 2 0 o C 、 1 6 h热滚后岩 屑回收率， 配方为有机钾盐 G 3 1 9 ． H K 硫酸钾 0 ．3 ％降滤失剂 ．L 0 ．3 ％动切力提高剂 G 3 1 0 ． D Q T 0 ． 2 ％KO H2 5 ％重 晶石 K 2 C O 适量。硫酸钾加量 优选实验中有机钾盐 G 3 1 9 ． H K加量为 0 ．3 ％， 硫酸 钾与抑制剂复配实验中硫酸钾加量为 1 0 ％， 实验结 果见图 l 、 图 2 。 胖 回 哩 { l 0 O 9 O 斛 望 8 0 7 O 6 0 硫酸钾加量／ ％ 图 1 硫酸钾加量对回收率的影响 KC1 G31 9 P HP A NH4 CI CW D CS J S I ． 1 抑制剂 图2 硫酸钾与抑制剂复配对回收率的影响 由图 1 可看出， 加入随着硫酸钾用量的增大， 岩 屑回收率显著上升， 但当加量大于 1 0 ％后， 回收率 曲线变缓， 回收率增加不大。考虑到成本及硫酸钾 的溶解度因素， 确定体系中硫酸钾用量 1 0 ％。 由图 2可看出， 硫酸钾与有机钾盐抑制剂 G3 1 9 ． H K的复配效果最佳， 硫酸钾盐与有机钾盐抑制剂 G 3 1 9 一 HK复配后泥岩岩屑一次回收率达 9 3 ％， 可 以 有效增强体系的抑制性， 满足大段泥页岩对钻井液 抑制性的要求。 3 ． 2 降滤失剂优选 分别将P A C、 A S R 一 1 、 S MP 、 S P N H、 Na H P A N等 5 种不同的降滤失剂加人体系中考察降滤失性能， 配 方为0 ．3 ％有机钾盐抑制剂 G 3 1 9 ． H K 1 0 ％K 2 S O 0 ．3 ％降滤失剂 0 ．3 ％动切力提高剂 G 3 1 0 一 D Q T 0 ． 2 ％KO H 2 5 ％重晶石 ， 对 比 1 2 0℃、 1 6 h热滚前后 体系的滤失量 见图3 。可以看出， P A C L V的抗温 性能较好， 热滚前后体系的滤失量变化不大， 因此 优选 P A C L v作为体系的降滤失剂。 P AC一 【 Ⅳ AS R l S MP S P NH Na HPAN 降滤失剂 图 3 5 种 不同的降滤失剂1 4 -_ - 能对 比 4 钻井液体系性能评价 通过复配实验确定了体系配方为0 ． 3 ％有机钾 盐抑制剂 G3 1 9 一 H K 十1 0 ％K2 S O 0 - 3 ％P AC L v 0 ． 3 ％ 动切力提高剂 G 3 1 0 一 D Q T 0 ．2 ％K O H 重晶石， 并以 此开展了体系性能评价实验。 4 ． 1 抑制性 利用页岩膨胀仪测试滤液对膨润土的岩心线膨 胀率， 膨润土的膨胀量在5 6 h 后才能达到最大值2 ．1 5 m l n ， 而使用清水的膨润土膨胀量在 8 h 左右即达极 大值 3 ．4 8 m m；8 h膨润土膨胀降低率 6 1 ． 8 ％， 5 6 h 膨润土膨胀降低率为 3 8 ．5 7 ％。在滤液中膨润土的 线膨胀量明显降低， 表明体系能够有效减弱泥岩水 化分散， 体系的抑制性良 好。 4 ． 2 抗钙、 镁离子污染能力 按照上述的基本配方， 对体系的抗钙、 镁离子污 染能力进行了评价， 实验结果见表 l 。 王京光等复合钾盐聚合物钻井液的研制及应用 3 5 表 1 钻井液体系抗钙、 镁离子污染能力评价 钙、 镁离子污染后钻井液无沉淀， 无稠化， 流变性 好， 表明该钻井液体系具有较强的抗钙镁污染性能。 4 ． 3 抗 CO， 污染能力 对体系的抗 C O ， 污染性能进行了评价， 由于 C O 气侵时主要表现为钻井液滤液 中 HC O 含量迅 速升高， O H 一 降低甚至为 0 ， 因此以H C O 一 含量作为 室内实验评价二氧化碳污染的程度指标， 实验结果 见表 2 。 表 2 钻井液体系抗 C O 污染能力评价 由表 2可知， 该钻井液体系具有较强的抗 C O 污染性能， 体系中H C O 一 浓度升高后体系黏度、 切力 明显上升， 滤失增大， 滤饼粗糙虚厚。加入熟石灰处 理后， 黏切基本恢复， 滤失量明显下降， 滤饼光滑。 4 ． 4 高密度钻井液体系性能 对高密度钻井液体系的基本性能进行了评价， 1 2 0℃、 1 6 h 热滚后钻井液性能见表 3 。可以看出， 该钻井液体系在高密度下仍具有良好的流变性能。 表 3 高密度条件下体系性能评价 序实验 密度 ／ A V ／P V Y P ／ f ／ 固相 ／F L A P 1／ 号条件g c m～ mP a S mP a S P a P a J P a％ mL 4 ． 8 5． 0 5． 4 6 ． 0 7． 0 9． 0 5 现场应用效果 优选的复合钾盐聚合物钻井液体系在四川金秋 区块深盆气开发 中成功应用于 J H 一 1 、 J H 一 2 、 Q L 一 1 等 1 0 余15井， 体现出了抑制性好、 抗污染性能强、 易于 维护等优点。 使用井段井径规则、 起下钻通畅， 测井、 下套管施工顺利。由于钻井液具有较强的抑制性及 抗污染性能 ， 有效抑制了泥页岩水化及 C O， 气侵对 钻井液性能的破坏 ， 降低 了复杂情况发生几率 ， 从而 极大地提高了钻井施工的效率， 降低了成本。 J H． 1 井二开井段为 O 3 1 1 ． 1 5 r n l n井眼 4 5 0 - 2 5 0 0 m ， 使用复合钾盐聚合物钻井液体系， 配方为0 ． 3 ％ 有 机 钾 盐 抑 制 剂 G3 1 9 一 H K 1 0 ％K2 S O 0 ． 3 ％P AC L V 0 ． 3 ％ 动 切 力 提 高 剂 G 3 1 0 一 DQT 0 ． 2 ％KOH 重晶石。二开钻井周期仅 l 1 d ， 较使用聚磺体系的 J H． 3 井 二开施 工周期缩 短 6 d ， 平均 机械钻 速 1 8 - 3 r r d h ， 较 J H 一 3 井提高 9 ％， 平均井眼扩大率 4 ．9 ％也远 低于 J H 一 3 井 1 6 ％ ， 相同井段钻井液材料成本也降 低了 3 8 ％。 6 结论 1 优化后的复合钾盐配方能有效提高体系的抑 制性能 ， 减少了泥页岩水化 ， 避免了因泥页岩水化带 来的复杂问题 。 2 优选的钾盐聚合物钻井液体系具有较强的泥 页岩抑制性能 、 抗污染性能高 ， 满足了在大段泥页岩 及高浓度二氧化碳地层中钻进对钻井液的要求。 3 体 系具有优 良的流变性 、 性 能稳定 、 操作简 单等特点， 有效降低井下复杂事故， 具有广阔的应用 前景 。 参考文献 [ 1 ] 王新学， 周华安， 杨兰平， 等 ． 川渝东部气田复杂深井水 平井钻井液工艺技树 J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 0 7 ， 2 4 9 1 0 4 ． 1 0 8 ． [ 2] 艾贵成 ． 钾钙基阳离子钻井液技术[ J ] ． 石油钻采工艺， 2 0 0 7 ， 2 9 4 8 7 ． 9 0 ． [ 3] 王学良， 武永起 ， 忽建泽， 等 ． 抑制性钾铵聚合物钻井液 的推 广应 用 [ J ]． 钻井液与 完井液， 2 0 0 6 ， 2 3 1 8 0 8 4． [ 4] 赵胜英， 汪绪刚， 杨永利 ， 等 ． 高密度强抑制性钻井液在 缅甸P Y A Y油田的应用[ J ] ． 内蒙古石油化工， 2 0 1 1 1 l 1 8 1 2 0 ． [ 5] 梁大川， 杨金荣． 无氯新钾基钻井液的配制及应用 [ J ] ． 钻采 工艺 ， 1 9 9 7 ， 2 0 6 8 5 8 9 ． [ 6] 黎金明， 陈在君 ， 杨斌， 等 ． 复合钾盐生物聚磺钻井液在 长庆水平气井的应用 [ J ]． 西安石油大学学报 ， 2 0 0 7 ， 3 】 2 3 6 3 9 ． 修 改稿收 到 日期2 0 1 2 1 0 1 2 [ 编辑朱伟 ] 7 5 l 6 9 前后前后 前后 滚滚滚滚滚 滚 热热热热热热