高密度钙基防塌钻井液室内研究.pdf

第 2 8卷 第 4期 2 0 1 1 年 7月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLET1 0N FLUI D VlO 1 ． 2 8 NO ． 4 J ul y 201 1 文章编号 1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 1 0 4 0 0 2 7 0 3 高密度钙基防塌钻井液室内研究 苏雪霞， 周亚贤， 李保慧， 张浩 中原石油勘探局钻井] _ 程技术研究院，河南濮阳 摘要在合理控制游离 C a 2 和膨润土含量、优选处理剂的基础上，研究出了一套密度为 1 ． 9 ～2 ． 2 g ／ c m 的钙 基防塌钻井液。性能评价结果表明， 该钻井液具有很好的流变性、 抗温性能 1 5 0℃ 和抑制性； 具有较强的抗盐 饱 和 、抗石膏 1 ． O ％C a S O 污染能力，能抗 2 ％Na C O 污染 ； 在密度为2 ． 0 g ／ c m 钙基防塌钻井液中加入 1 0 ％ 的 膨润土， 或者在密度为2 ． 2 g ／ c m 的钻井液中加入 5 ％膨润土， 钻井液仍能保持良好的流变性、 润滑性和沉降稳定性， 有利于井壁稳定，适用于易发生页岩垮塌、井眼扩大和地层损害等复杂情况地层的安全钻进。 关键词 高密度钻井液 ； 钙处理钻井液 ；防塌钻井液 ； 钻井液配方 ； 抗盐 ； 井眼稳定 中图分 类号 T E 2 5 4 _ 3 文 献标 识码 A 巴楚地区地质构造复杂 ，卡拉沙依组 、巴楚组 地层压力高 ， 易剥落掉块 ， 且膏质 白云岩 、 膏岩发育 ， 钻井液密度高、盐水和石膏污染严重。为此，在合 理控制游离 C a 和膨润土含量 、优选优配处理剂 的 基础上 ， 室内有针对性地研究 了一套密度为 1 ． 9 ～2 ． 2 g ／ c m 的钙基防塌钻井液 [ 1 - 6 ] 。 1 高密度钙基防塌钻井液配方的确定 1 ． 1 膨润土加量优选 考察了膨润土加量对密度为 2 ． 2 g ／ c m 钙基防塌 钻井液性能 的影响 ，结果见 图 1 。从 图 1可知，膨 润 土含量 低于 1 ． 5 ％ 时，钻井 液 的悬浮稳 定性差 ， 高温高压滤失量较高 ； 当膨润土加量为 1 ． 5 ％～2 ． 0 ％ 时 ，钻井液的流变性较好 ，高温高压滤失量较低。 1 ． 2 抗温抗盐钙处理剂加量优选 选 择 钻 井 院 自行 研 制 的 两 性 离 子 磺 酸 盐 C P S ． 2 0 0 0和聚 阴离子 纤 维素 L V - P AC为抗 温抗盐 钙处理剂 ，C P S 一 2 0 0 0主链 以 “ 一C C 一 ”链相连 ， 分子链上既有阳离子基 团，又有环状结构 ，具有较 好 的抗 温、抗盐钙 污染 和抑制性能 ； L V - P AC为体 性结构，在钙基钻井液中具有较好的降滤失效果。 复配使用这 2者后 ，加量为 0 ． 5 ％～ 1 ． 0 ％ 时，钻井 液的流变性好 ，且高温高压滤失量低。 譬 霎 膨 润土加量／ ％ 图 1 膨润土加量对防塌钻井液l生能的影响 p 2 ． 2 g ／ c m 1 ． 3 抑制防塌剂优选 该 防塌钻井液以 C a C 1 ， 为主要抑制剂 ，并选择 含有高价金属离子的聚合铝 、 在泥页岩 中具有 吸附 、 镶嵌作用的 K C 1 和聚合醇 ，用页岩回收率和相对抑 制率评价抑制剂之间的配伍性 ，结果见图 2 、表 1 。 由此可知 ， 这几种处理剂具有较好的协同增效作用 ， 当复合抑制剂加量为 3 ． 0 ％ 时 ，钻井液 的相对抑制 率高于 9 5 ％、页岩回收率高达 8 0 ％。 1 ． 4 钙基防塌钻井液配方的确定 通过对不 同处理剂加量的优选及 配伍性实验 ， 确定了钙基防塌钻井液的配方如下。该钻井液流变 第一作者简介 苏雪霞，工程师，1 9 8 0年生， 2 0 0 6年毕业于石油大学石油工程专业，现主要从事钻井液技术研究工作。 地址 河南省濮阳市中原路 5 9号中原石油勘探局钻井工程技术研 究院 ；邮政编码 4 5 7 0 0 1；电话 0 3 9 3 4 8 9 9 5 4 8； E ． ma i l s u x u e x i a 2 0 0 3 1 6 3 ．t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年 7月 性好 、现场可操作性强 、1 5 0 以上抗温稳定性好 、 滤失量低 ，其性能如表 2 、表 3所示 。 2 ％～4 ％基 浆 4 ％～6 ％ S MP 一 Ⅱ 4 ％～ 6 ％ S MC 0． 3 ％～ 0 ． 5 ％ L V P AC 0 ． 5～ 1 ． 0 ％ CP S一 2 0 0 0 1 ． 0 ％ ～ 1 ． 5 ％ Ca CI ， 1 ． O ％～ 1 ． 5 ％ KC I 0 ． 5 ％～ 1 ． 0 ％ 聚合铝 1 ． 0 ％～2 ． 0 ％ 聚合醇 0 ． 5 ％～ 1 ． 0 ％ T D W一 2 重 晶石 1 0 5 9 0 7 5 羹 6 0 霞4 5 罂 3 0 1 5 不同抑制剂加量／ ％ 2 不同抑制剂的相对抑制率对比 表 l 不同抑制剂溶液的页岩 回收 率对 比 抑制剂 一次旧收率／ ％ 二次回收率／ ％ 相对回收卒／ ％ 表 2 不同游 离钙含 量钻 井液老化 后 1 5 0 、1 6 h 的性能 注 实验测定温度为 6 0 o C ； F L H 在 1 5 0 q 、3 ． 5 MP a F测定 ，以下同 ．． 表 3 游离钙含量为 1 5 0 0 mg ／ L的不同密度钻井液的性能 注 为老化前 ，其它均为老化后 1 5 0。 【 、1 6 h 测得 2 钻井液性能评价 2 ． 1 抗污染 能力 1 抗 N a C 1 污染 能力 钙基防塌钻井液老化后 1 5 0 、l 6 h ，加人 不同量的 N a C 1 ， 6 0 lJ 下 考察该钻井液的抗盐污染能力 ，结果见表 4 、从表 4可知 ，随 Na C I 加量的增加 。N a _ 增多 ，黏上 粒 的扩散双电层受到挤 ，水化膜变薄 ，r j 电位 卜 降 ， 黏土颗粒相互吸附 ，使钻井液的黏度 、切力和滤欠 量增加 ； 加量为 2 5 ％ 已饱 和 时 ，密度为 2 ． 0干 2 ．2 g ／ c m 的钻井液仍可保持较好的流变性能，说日』 J 该钻井液具有 良好的抗 N a C I 污染性能。 表 4 防塌钻井液老化后 1 5 0 c 、1 6 h 的抗 N a CI 污染能力 2 抗石膏污染能力。在 l 5 0[ 1 、 1 6 h滚动 的 钙基防塌钻井液中加入不同量的 C a S O ， 经 1 5 0_ J 、 1 6 h滚动后测定钻 l井液的性能 ，结果 表 5 。从表 5可知 ，密度 为 2 ． 0 ～2 ． 2 g ／ c m 的防塌钠 片液 f f 1 入 1 ． 0 ％C a S O ，钻井液具有较好的流变性和较低的 高温高 滤失量 。 表 5 防塌钻 井液老化后 1 5 0℃ 、1 6 h 的抗石膏污染能力 3 抗 C O 污染能力。在防塌钻升液叶 J 』 J f J 人 一 定量 的 Na C O ，老化后 1 5 0 o C、1 6 h 测 性能 ， 结果见表 6 。由表 6可知 ， 钻井液中加人 2 ％Na ， C O C O 的理论计算值为 l 1 0 0 0 m g ／ L 后仍能保持 良好的流变性 和较低的高温高压滤失量 ，表明该钻 井液具有较强的抗 C O 污染能力。 4抗黏土污染能力． ．表 7是高密度 基防 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 4期 苏雪霞等 高密度钙基防塌钻井液 室内研 究 2 9 钻井液抗黏土污染实验。从实验结果可以看出，在 密度 为 2 ． 0 g ／ c m。 的钙基 防塌钻井液 中加入 1 0 ％ 膨 润土 ，或者在密度为 2 ． 2 g ／ c m 的钻井液 中加入 5 ％， 钻井液均能保持 良好流变性 ，表 明该钻井液具有 良 好 的抑制膨润土分散能力 。 表 6 防塌钻井液老化后 1 5 0℃、 1 6 h 的抗碳酸根污染能力 表明该钻井液具有较好的沉降稳定性能。 2 ． 4 润滑 性 用 NZ泥饼黏滞系数和极压润滑系数评价钙基 防塌钻井液的润滑性能，并与现场所用的聚磺钾盐 钻井液进行 了对 比，结果见表 9 。从表 9可知 ，该 钻井液润滑性能较好 ， 能够满足现场施工技术要求 。 表 9 不同钻井液的润滑性对 比 表7 防塌钻井液老化后 1 5 o ℃、 1 6 h 的抗黏土污染能力 3 结论 2 ． 2 高温稳定性 钙基 防塌钻井 液的高温稳 定性见表 8 。从表 8 可以看出 ，该钻井液在 1 5 0 老化 4 8 h后 ，黏度和 切力变化较小，高温高压滤失量略有增加，说明该 钙基防塌钻井液具有 良好的高温稳定性能 。 表 8 钙基防塌钻井液的高温稳定性 1 5 0℃ 2 ． 3 沉降稳定性 取密度为 2 ． 0 2 ． 2 g ／ c m。 、 老化后 1 5 0 、 1 6 h 的钙基防塌钻井液 5 0 0 mL ，在 1 0 0 0 0 r ／ rain下搅拌 2 0rai n ，停止后迅速倒入 5 0 0mL量筒 中，在室温下 放置 2 4h后 ， 测量钻井液上下密度差为 0 ． 0 1 5 g ／ c m。 ， 1 ． 高密度钙基 防塌钻井液具有较好的高温稳定 性 和流变 性能 ，该钻 井液密 度为 2 ． 2 g ／ c m 、游 离 C a 含量为 1 5 0 0 mg ／ L时，表观黏度为 6 3 mP a S 、 滤失量小于 2 ． 0 mL、高温高压滤失量小于 1 5 mL。 2 ． 高密度 钙 基 防塌钻井 液 的抗 Na C1 、石膏 、 C O 及 黏土污染能力强 ； 高温稳 定性 和润滑性 能 较好，有利于井壁稳定，适用于易发生页岩垮塌、 井眼扩大和地层损害等复杂情况地层的安全钻进。 3 ． 通过控制游离 C a 2 含量小于 1 5 0 0 mg ／ L、膨 润土含量为 2 ％左右 ， 合理应用抗温 、 抗盐钙处理剂 ， 可以保证钙基防塌钻井液具有 良好 的流变性能。 参 考 文 献 [ 1 ] 王清顺，汪志明，赵雄虎 ． 氯化钙／ 聚合物钻井液体系 室内研究 [ J 1 ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 3 ，2 0 5 2 3 2 5 ． [ 2 ] 张东海，马洪会 ． 超高密度钻井液在官 7 井的应用 [ J ] _ 钻井液与完井液 ，2 0 0 6 ，2 3 5 8 - 1 1 ． [ 3 ] 何振奎 ，蒋建宁，景国安，等 ． 连通盐井饱和盐水钻井 液技术 [ J ] ． 钻井液 与完井液 ，2 0 0 6 ，2 3 5 7 4 7 7 ． 【 4 ] 莫绍兵，宋建源 ，鲁先振 ，等 ． 铵盐氯化钙钻井液在苏 丹泥页岩井段的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 0 ， 2 7 3 47 5O ． [ 5 1 崔文锋，牛全印 ． 高钙盐钻井液在塔河油田T K 9 0 9 H井 的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 6 ，2 3 4 3 5 3 8 ． [ 6 】 杨海，马文英，王善举 ，等 ． 多元 防塌钻井液技术在 T K1 1 0 8井的应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 3 8 2 8 3 收稿 日期2 0 l 0 1 0 1 4 ；HG F I 1 0 3 N5 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m