高性能铝化合物钻井液体系研究.pdf

第 2 8 卷第 l 期 2 0 1 1年1月 钻井液与完井液 DRI LLI NG F LUI D COM PLET1 ON FLUI D V_o 1 ． 2 8 NO．1 J a n ．2 0l l 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 1 0 0 1 8 - 0 2 高性能铝化合物钻井液体系研究 刘伟 ， 蒲晓林 ， 欧阳伟 ， 郑锟 ， 王娟 1 ． 川庆钻探工程公司广汉钻采院 ， 四川广汉 ； 2 ． 西南石油大学油气井工程研 究所 ， 成都 ； 3 ． 川 I 庆钻探工程公 司井下作业处 ， 成都 摘要油基钻井液在 解决 复杂井钻 井难题方 面表现 出了极大 的优势 ，但其存在环境 不友好 、钻 井液和钻屑排 放等 问题。针对该 问题 ，从高性能铝化合物 的作用机 理 出发，以铝 化合 物、有机胺抑制剂为基础 ，人工合成的抗 高温降滤失剂 P A ADS ，配以其它传统处理剂，经过反复优化实验研究，研制出了新型高性能铝化合物水基钻井液 体系，该体 系与有机胺 盐抑制剂配合使用 ， 具有较强的页岩抑制能力 ，能抗 2 0 0 。 C高温且稳定性好 ，降滤失能力强， 其摩擦 系数与油基钻井液基本相 当，重要指标 已经达到 油基钻井液性能范 围，具有 了高性能水基钻井液的特点。 关键词 高性能钻井液 ； 钻井液添加剂 ； 铝化合物 ； 胺盐 ； 抑制剂 ； 作用机理 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A 随着油气勘探开发钻井技术 的发展 ，深井 、大 位移井、水平井和深水井等钻井作业越来越多，钻 遇的地层越来越复杂，对水基钻井液提出了更高的 要求。虽然油基钻井液 的性能可以满足以上需求 ， 但油基钻井液存在环境污染、钻井液和钻屑的排放 处理成本高等问题 ，为此需要开发一种性能和油基 钻井液接近的水基钻井液 ，保障深井 、大位移井 、 水平井和深水钻井作业安全顺利进行。 1 铝化合物 的井壁稳定机理 将选定的铝化合物溶于定量的水中，加入计量 的铝离子稳定剂和螯合剂，搅拌均匀后 ，在一定 的 温度下反应 ，并调节 p H值 ，搅拌均匀后 ，于 自然 温度下反应 l h ，在 1 2 0。 C 下干燥 、粉碎后 即得铝 化合物泥岩抑制剂 wJ 一 1 。铝化合物 wJ ． 1 溶于水中 形成铝离子 ，以六水合离子形式存在于一个八面体 的构型中， 高价铝离子导致水合物外面质子的失去 ， 产生了一系列的水解物 [ 1 -4 1 。 铝化合物改善泥页岩稳定性是基于改变泥页 岩 的物理一 化学行 为实现的，其方法是铝化学剂变 成铝的氢氧化物沉淀，并逐渐与岩石基质结合 ，这 种铝沉淀极大加强了敏感泥岩段 的稳定性和物理强 度 ，形成了物理屏障，阻止滤液对泥岩的侵入。氢 氧化铝合成物溶解于水基钻井液中， 形成 AI O H 4 - ， A 1 O H 4是钻井液环境下最主要 的可溶物 ，当遇 到 酸性较低 的泥岩，Al OH 一 就会从滤液 中沉淀 出来。当碱性钻井液滤液遇到原生水 ，其 p H值低 至 4 ～5 ，滤 液在钻井液微 裂缝 中就会产 生沉淀。 AI O H 可以以不定型沉淀或者各种晶体形式存在 ， 如j水铝石 、 羟铝石或硬水铝石 [ 5 - 6 1 0在一定条 件下 ，al O H 只形成一种沉淀，但很快变成另一 种形式或者同素异形体。其 中由铝化物到氢氧化铝 的转变过程可以预防敏感性泥岩的水化， 加固井壁。 2 铝化合物钻井液配方的确定 常用 的聚 阴离子纤 维素 P AC系列和其它磺化 类降滤失剂，抗高温尤其是抗 2 0 0。 C以上高温能力 有限，因此选择在实验室合成的一种抗高温高性能 钻井液 降滤失剂 P AA DS ，该处理剂具有优 良的抗 高温降滤失作用 ，其与其它降滤失剂在相同条件下 的性能对 比见表 1 。根据室 内大量实验 ，在确定其 关键处理剂 的基础上 ，通过配伍性实验，确定其他 第一作者简介 刘伟，1 9 8 2年生，现在主要从事钻井液的科研及现场技术服务工作。地址 四川省广汉市中山大道南 二段 广汉钻采 工艺技术研 究院钻井液公 司 ； 邮政编码 6 1 8 3 0 0； 电话 1 3 8 8 1 0 0 8 1 2 1 ／ 0 8 3 8 5 1 5 1 3 7 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 1 期 刘伟等高性能铝化合物钻井液体 系研 究 1 9 处理剂 ，最终确定铝化合物钻井液的配方如下。 4 ％膨 润土 浆 0 ． 4 ％F A一 3 6 7 5 ％S P NH 0 ． 5 ％ C MC 3 ％S MP 一 Ⅱ1 ． 5 ％P A ADS 5 ％WJ 一 1 1 ％胺 盐抑 制剂 AY - 3 表 1 不同降滤失剂作用效果对比分析 3 铝化合物钻井液性能评价 3 ． 1 抗高温稳定 性 铝化合物钻井液的热稳定性见表 2 。从表 2可 知 ，该钻井液在不同高温下老化后都没有 现高温 固化 、增稠或者稀释的现象 ，且具有 良好的流变性 和降滤失性能 ， 因此该钻井液具有 良好的热稳定性 。 表 2 铝化合物钻 井液热稳定性评价 实验条件 m P V／ Y P／ F m LA L plf FL m H L TH p H 井液 、聚磺钻井液 、甲酸盐钻 井液 、聚合 物 ／ KC 1 钻井液 、油基钻井液 中的滚动 回收率 8 0。 C、l 6 h分别为 1 7 ． 6 ％、9 1 ． 0 ％、4 4 ． 0 ％、6 3 - 3 ％、8 5 ． 5 ％、 9 9 ． 0 ％。由此可以看 出，无机铝钻井液具有较高 的 回收率 ，表 明该钻井液 中的处理剂在页岩表面具有 较强的吸附包被能力 ， 能有效控制泥页岩水化分散。 3 ． 3润滑性 钻井液润滑性的主要评价参数有 3个 ，即钻井 液的极压润滑系数 、钻井液的极压膜强度 P和钻 井液泥饼的黏附系数 。铝化合物钻井液的润滑性 评价结果见表 3 。 表 3 钻 井液的润滑性评价实验 注 老化条件为 2 0 0。 C、1 6 h 。 从表 3可以看出 ，实验 中配制 的高性能铝化合 物钻井液的极压润滑系数 、泥饼黏附系数和泥饼黏 滞系数都较小 ， 虽然没有油基钻井液 的润滑性能强 ， 但是优于基浆 、聚磺钻井液和聚合醇钻井液。由此 可看 出，该体系具有良好的润滑性能，对防止压差 卡钻等复杂事故的发生和安全钻进具有重大意义。 3 ． 2 抑制性4 结论 1 页岩膨胀率实验。将 泥贞岩岩心浸泡存钻 井液滤液与蒸馏水 中，进行膨胀率实验对 比。实验 结果为 泥页岩在清水 、无机铝钻井液 、硅酸钾钻 井液 、聚合物 ／ K C 1 钻井 液 、油基钻井 液 、高性 能 水基钻井液 中的线性膨胀率分别为 3 0 ． 4 ％、1 3 ． 1 ％、 1 7 ． 0 ％、2 3 ． 0 ％、1 2 ． 8 ％ 和 1 1 ． 3 ％。 由此 可 以看 ， 无机铝钻井液抑制黏土水化分散的能力仍较强 ，具 有 良好的抑制性。 2岩屑 回收率实验。岩屑在清水 、无机铝钻 1 ． 对高性能铝化合物钻井液体系的抗温性 、流 变性 、页岩抑制性 、润滑性进行了评价 ，结果表明 该体系能很好地满足钻井要求。 2 ． 高性能铝化合物钻井液与其它常用钻井液相 比，实验表 明其具有较好的抑制性能和润滑性能。 3 ． 高性能铝化合物水基钻井液中采用一种特定 分子结构 的胺类页岩抑制剂 ，当与络合铝配合使用 时 ，其抑制性与油基钻井液相 当。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 1 期 王先兵等新型防漏堵漏剂T F D与油气层保护技术 2 3 保护油气层作用。 4 结 束 语 I ． 针 对超 低 渗 透纳米一 微米 级 微 裂缝 和细 微 裂缝地层 的封堵 ，研制 f 了一 种新型 防漏堵漏 剂 T F D，其颗粒粒径在 0 ． 1 ～2 0 0 g m范围内可调。 2 ． T F D颗粒具有不规则性 ，能与地层孑 L 隙 、裂 缝的不规则性很好地配伍 。 其与钻井液的配伍性好 ， 且任钻井液中能迅速分散为超微粉末状。 3 ． T F D具有较高强度 、 延时膨胀性和可变形性 ， 能有效封堵低渗透地层 ，f _1 一 封堵强度高 ，正向承乐 能力达 1 2 MP a以 L，反 承压能力达 8 MP a以上 ， 封堵过程体现 特殊 的 “ 软木塞”原理和 “ 阻滞 ” 作用。其最件加量为 3 ％～5 ％。 4 ． T F D通过提高地层承压能力和漏失压力 ，降 低地层坍塌压力，可有效扩大安全密度窗 口，达到 较好 的保护油气层作用。 5 ． 由于 T F D形成 的泥饼薄 而韧，在 同井作业 时不必除去井壁上的泥饼 ， 为崮升作业带来了便利 。 6 ． T F D的原材料来源广 ，无毒无害无污染 ，现 场使用方便 ，产品便宜 ，价格约为国外膨胀性段塞 随钻堵漏剂 L C P ． 2 0 0 0价格的 1 ／ 6 ～ 1 ／ 8 倍 。 参 考 文 献 [ 1 ] 胡 _二清 ，何保生 ． 保护油层堵漏钻井液 的研究 ． 石油 钻探技术 ，2 0 0 0 ，2 8 1 3 3 3 5 ． [ 2 ] 宋军 ，严君 风 ． 高膨胀材料堵漏技术及工艺 [ J ] ． 西部探 矿 T程 ，2 0 0 0 ，1 2 1 8 9 9 0 ． [ 3 ] 张歧安 ，徐先 国，董维 ，等 ． 延迟膨胀颗粒堵漏剂的研 究 与应用 钻井液与完井液 ， 2 0 0 6 ，2 2 2 2 1 - 2 4 ． [ 4 ] 孙金声 ，张家栋 ，黄达全 ，等 ． 超低渗透钻井液防漏堵 漏技术研究与应用 【 J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 4 21 23 ． [ 5 ] 工正良，周玲革 ，胡 清 ． J P D吸水膨胀型聚合物堵漏 剂的研究 l J 1 ． 石油钻探技术 ，2 0 0 4 ，3 2 1 3 2 3 4 ． 【 6 16 郑水林 ． 中同超细 粉碎和精细分级技术 现状与发展 【 J 】 ． 现代化 工 ，2 0 0 1 ，2 1 1 1 1 0 1 5 ． [ 7 ] 杨华明，王淀佐 ，邱冠周 ． 超细粉碎技术的进展 f J ] ． 金 属矿 山 ，1 9 9 8 ，1 1 9 2 0 2 6 ． [ 8 ] 张更超 ，应 富强 ． 超细粉碎技术 现状 及发展趋 势 [ J ] ． 中 国非金属矿丁业 导刊 ，2 0 0 3 ，9 2 4 4 4 8 ． 收稿 日期2 0 1 0 1 1 - 2 5 ；HG F I 1 0 1 N9 ；编辑 王小娜 术拳术术球拳术枣术率术聿术术举奉拳术牢术率术术求术求术术术术术术术术米术蚪 术米米率术术术率术举米术术术术3} l莹 术拳 {l 暑 上接第1 9 页 参 考 文 献 4 1 V a n O o r t ，e t a 1 ． P h y s i c o C h e mi c a l S t a b i l i z a t i o n o f S h a l e s [ R] ． S P E 3 7 2 6 3， 1 9 9 7 【 1 】 G a r r i s o n S ． T h e E n v i r o n me n t a l C h e ms i t r y o f Al u mi n u m． f 5 ] s t a t e n H A v a n ,de Br un P L．Pr e ci pi t a t i on f r o m Su pe r _ [ M] ． C RC P r e s s ， Ne w Yo r k 1 9 9 6 ． s a t u r a t e d Al u mi n a t e S o l u t i 0 n s ， I I ．Ro l e o f Te mp e r a tur e 『 J 1 ． [ 2 ] Bo l GM ， Wo n g SW，Da v i d s o nC J ， e t a 1 ． B o r e h o l e S t a C o l l o i dI n t e r f a c e S c i e n c e ．1 9 8 4，1 0 2 1 2 6 0 2 7 7 ． b i l i t y i “S h a 1 e s [ J ] - S P E D r i l l i n g a n d C o mp l e t i o n - 1 9 9 4 ，9 【 6 ] vi o 1 a n t e A ，Vi o1 a nt e P．I nf lue n ce 0 fpH ，Co nc e nt r a t i on, 2 J8 7 9 4 a n d Ch e 1 a t i n g P o we r o f Or g a n j c An i o n s o n t h e S y n t h e s i s [ 3 1 Mo d y F K， Ha l e A H B o r e h o l e S t a b i l i t y Mo d e l t o 0 f A1 u mi n u m Hy d r o x i d e s a n d O x y h y d r o x i d e s [ J 】 ．Cl a ys Co upl e M e c ha n i c s a nd Ch e mi s t r y of Dr i l l i ng Fl ui d ／ Sh a l e a nd Cl a y M i ne r a l s ，1 9 8 0 ，2 8 6 ， 4 2 5 4 3 4 ． I n t e r a c t i o n s ． 【 J ] J o u r n a l P e t r o l e u m T e c h n o l o g y ． 1 9 9 3 ，4 5 1 1 1 0 9 3 1 1 0 1 ． 收稿 日期2 0 1 0 0 6 0 9 ；H GF 1 1 0 1 N6 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m