硅酸盐钻井液前景看好.pdf

冲 { { 隧签， 国 井 技术 3 1 皇 糍 鎏 ㈣ 嚣 霉 硅 酸 盐 钻 井 液 前 景 看 好 f ／ 6 z ， 。 h n c q u h a n 著 u Y ． 丁c 译 1 9 3 5年 ，p Q 公 司 的首席 化学 家 C h e s t e T B a k e r 与 得 克 萨斯 州 赖 斯 大学 的 G a r r i s o n一 起注意到 ，“ 在水 中迅速 崩解 的那 些嘭胀性 页 岩薄 片 ，在一种适 宜 的硅 酸盐 溶液 中至 少 两 个 月可保持 不变 ” 2 0世纪 3 0年代 ，膨 胀 性 页岩 和 井 跟坍 塌 复杂 问题 曾使得克 萨斯 油气公 司遭受 沉 重 经 济损 失 钻 遇一 层 活性 页岩 几乎必 定 是 一 口井 的终 止 不 然要 几 个星 期 、甚 至 几个 月 地去处理 严 重的 井 眼复 杂 问题 硅 酸 钠钻 井 液的应 用是 把 B a k e r和 Ga r r i son的实 验 室 观 察所 表明的付之实旋 的一 种企 图 “ 很 可能需 要 很长 的开 发时期 证 实硅酸 盐是 否提供 了 长期探索 的解决这个复 杂问题的方法 。 ” 直到 1 9 3 5年才 在得克 萨斯 州 的 F r e e p o r t 的 B r y a n Mo u n d用硅 酸钠钻 井液来 钻 一个早 先因为膨胀性页岩而不 能钻进的地 区 最 近 的研 究 1 9 9 4年 ，B W 钻 井 液 公 司 在 北 海 与 飞 马 、英国石油公 司及壳 牌 的一 次难得 的合 作 中 ，又一次成功 配 制硅 酸盐 钻井 液并 用来 钻 进。政府立法是 推 动那 些石 油公 司总 部重 新 考虑 。未来不 可能 自由地 应用油 基钻 井 液或 拟油基 钻井 液 为了遵 守 政府 法规 ，由于将 油浸钻 屑 运 至 岸上 处 置 、处 理 或 注入 井 下 ， 这趋 向于 使包 括 一 切 的顺 应 费 用 显 著 增 加。 一 种水基钻 井 液 ，如果 它 能完成 油基 钻 井液 所能做的每一件事，或者即使完成其2 o ％～ i 8 0％，那将是受欢迎 的 B a k e r研 究 了 在 硅 酸 盐 溶 液 中 长 达 几 个 月的页岩。岩 样 能够保 持 在 原来状 态 正 象油基钻井 液所 能做 到 的那 样 然 而 ，要 使 硅酸 盐溶 液变成 工程用 的钻 井液将 是一 项费 力 的 任 务 。B a k e r 称 赞 ， 一 种 含 有 大 量 硅 酸 盐的 钻井 液的性 能和作 用 同石油钻 井 同行熟 悉的水一牯土钻井液有相 当大的不 同 ” 最近 4年 ，关于 硅酸 盐钻 井液 的作 用的 令人 困惑 的问题 已集 中在硅 酸盐 如何 影响下 列 问题上 页岩 抑制作 用 ，钻 井 液粘 度 或胶 凝作用 ，积 成物 和钻 头泥 包 ，储层 特 性 ，流 体污染 ，润 滑性 能 ，一般 工程和流体组 成／ 处 理 。高级钻 井 液公 司 已开 始和 p Q 公 司及 国 家硅 酸盐 有 限公 司联合 进行 研究 以解 决这些 问题 硅 酸盐钻井液如何工作 用 电子扫描显微镜检查 了蛋 白石状页岩 ， 包括其元 素 分析。 由此发 现 ，页岩 l缦没 于水 中会迅 速 崩解 ，把 它浸 没 于 一种 特配 的 8 ％ 和 5 0 ％硅酸盐溶液 的混合 液 中 ，岩样 是完整 的 ，孔 隙和 表 面有效 地被 包被 。然后 将 此包 被了的岩 样 浸没 于 一种 硅酸 盐破碎 剂 中。两 个小 时后 检查 岩样 ，发现 已恢复 到 接近 其原 来状 态。对岩 样 表面 的元素 分析 支 持这 个显 微照相迹 象 发现 干岩 样与 经破 碎剂破 碎后 岩样 的密切 的关联 作用 。 实际上 ，硅 酸盐包 被在 页岩 上 并阻 止与 维普资讯 3 2 国外钻井技术 第 1 4卷l 9 9 9年第 4期 水接触 ，因此 保持原 来 的岩层 特性 。如 同 可 以从实验 结果 看到 的 ，原来 的岩 样性 质 没有 变化。 当在一产 层 中用一 种硅 酸盐破 碎 剂来 除掉包 被时 ，将 在非 常短 的时 间 内从 页 岩表 面除掉几 乎所有 的硅酸 盐 痕迹 。这些 结果 表 明，用硅 酸盐 钻井液 钻 的储集 层段 能够 恢 复 到接 近其 原来状 态。 在 北海 用硅 酸盐 钻井液 已钻 了 8 0口以上 的井 。它们 也用在 阿拉斯 加 、纽芬 兰 和墨 西 哥湾 ，得到不同的结果 最 近 的现 场试 验 最近 由瑞士核储 藏公 司在瑞 士 J u r a山脉 的 Te r r i山进 行 了一 次试 验。 用包 括 加有 聚 阴离子纤维素和烧碱 的一种 3 0 ％硅酸 钠溶液 在蛋 白石状 页岩 中钻 了一个 井 眼井取 心 。另 一 个井跟是 用水和 一种 5 ％KC l ／ P A C钻 井液 钻进和取 心 的。这种硅 酸盐 钻 井液 使页 岩 保 持在原来 状态 。在到 达总 深 度后 ，用硅 酸 盐 破碎剂 浸泡 ．然后 替人地 层水 以进 行水 文测 试 。硅 酸盐 钻井 液不 改变 渗透 率并 保持 了岩 石 原 来 的 可 压 缩 性 。 1 ． 钻 井液配方 虽然硅酸盐 钻井 液能够 用 盐水 或塬 土来 配制 ，流体稳 定性 成 为一 个 问题 盐水 和 粘 土改 变 s i o Na z O 比值 ，增 大 聚合 作 用 和 粘 度 ，并减 少 s i c h和 Na 2 O的含量 。 所用硅 酸盐 数 量反 映合 适 的井 眼 稳定性 所要求的 页岩 抑制 作 用水平 。 种体 积 比为 3 0／ 6 0的硅酸 盐浓 度提供 与油 基钻 井 液相 同 的抑制作 用 ，而与一 般相 信 的相 反 ，本来一 点 也无 需牯 性 如 果需 要 的话它 能 象水 一样 输送 。B a k e r的图表对页 岩抑制 作 用所 需硅 酸盐水乎给 出 良好指 南 ，见表 l 裹 1 浸没在不同的硅酸钠溶液 中的膨胀性页岩岩样情况 硅 酸盐等级 浓度 韫役 下 时间后 岩样 的抑制 程度 最后 观 测值 固 相 抑制 质量 ％ 质量 ％ 商标 体 积 ％ 天 2天 3天4天 5天 6无 7天 期 间 程度 J 1 0 3 3 l l 5 1 1 l 2十 月 5 9 8． 7 2 0 4 4 3 2 2 2 2 2十 月 1 o 9 I 6 ． 3 3 0 6 6 4 4 4 4 4 2十 月 4 l 5 ． 3 2 3． 0 3 5 8 8 7 7 7 ， 7 2个 月 7 【 7 ． 4 2 6 1 4 0 1 o 【 o 1 0 1 0 l 0 【 o 1 0 2十 月 l 0 【 9 4 2 9 0 4 5 【 o 1 Ⅱ 1 0 l o 【 o 1 Ⅱ 1 0 21 、 月 1 0 2 1 ． 2 3【8 5 0 【 o 1 0 l 0 【 o l 0 1 0 1 0 2个 月 1 0 2 2 9 3 4． 4 K 1 0 3 3 3 1． 5 l 1 l 2十 爿 4 4 5 9 2 0 4 3 ． 5 3 5 2 2 2 2 个 月 9 4 【 1 ． 4 3 0 6 4 4 4 4 3 5 3 2个 月 【 2． 1 l 6 4 3 5 7 6 5 5 4 ． 5 4 ． 5 4 4 2十 片 1 3 8 1 8 5 4 0 ’ 1 5． 5 5 5 5 5 2个 月 l 5 5 2 0 9 4 5 1 o 【 0 9 7 5 5 5 5 2十 月 4 1 7． 1 2 3 【 5 0 1 0 1 0 l 0 【 o 7 7 6 ． 5 2个 月 4 1 8 ． 6 2 5． 2 5 3 1 o 1 0 【 o 【 0 8 8 8 7十 星期 4 l 9． 5 2 6 5 6 0 1 0 1 0 1 o 1 0 1 0 1 o l 0 7个 星期 4． 5 2 1 ． 5 2 9． 1 维普资讯 国外钻井技术 3 3 表 1 续 眭酸盐 等级 浓度 摄投 下 时间后 岩样 的抑制 程度 最后 观攫f 值 S -02 固相 商标 体积【j 6 1 【2 3天 4天 5无 6 -7 质量％ 质量％ N 1 0 1 1 1 I l 2 个月 l 一 3 ． 8 5 ． 0 ’ 2 0 3 f 3 3 f 2 2 个月f一 7 ． 4 9 ． 7 3 0 4 l 4 l 4 l 4 2 个 月I 一 l 0 7 l 4 ． 1 35 4 5 f 4 5 I 4 f 4 2 个 月 l 一 1 2 ．3 1 6 l l 2 6． 9 4 0 4 5 } 4 ． 5 f 4． 5 l 4 5 2个月 一 1 3 8 4 5 6 l 4 5 I 4 ． 5 4 ． 5 2 个 只l 3 l S ．3 5 0 } f I ． 2 十 月I 3 1 6 ．7 5 3 6 ．5 【 5 5 I 4 5 6 个 星 期 一 17 5 5 5 m f j s 6 十 星 期 4 ．5 18 1 60 10 J 9 l 8 J 6 6 个 星 期 f 6 l9 ．4 6 2 。【 o s 1 6 个 星 期 1 1 9 9 6 十 星期【7 5 2 0 7 2 7 1 6 3 儿 }1 0 I 1 0 l l 】 0 【 6 1 、 I 1 0 2 1 ． 9 2 8 7 7 0 1 0【l O 1 0 1 1 0 6 十 星 期 1 0 2 3 2 3 0 ． 3 7 5 o { o l o t。 6 十 星 嘏 10 2 4 ．3 3 L ．8 8 0 S l 0 ． 5 0． 5 0． 5 0． 5 0 ． 5 2 , q-- 3． 1 3 ． 2 0 3 O 3 5 l 。 7 l 。 i 誊 童 ； I 薹 40 45 50 65 75 79 90 BW 30 4 3 3 3 I 。3 5 个 星 期 l 3 8 l 14．8 5 十 星 期 f 3 J4 3 23 8 5个 星期 9 1 6 2 2 6 ． 4 4 j 3 1 0 。 5个 星期 【 l 0 l 7 7 3 2． 3 1 0 l 0 1 0 35 二j 1 。0 10 10 】0 4 0 45 5 2 I O 1 0 l 0 51 、 星期l 1 0 1 9 ． 8 较 高 的硅 酸盐 浓度 产 生 对 钙 、0 、固 体或其它二 价离 子 的较大 的抗 污染 能 力 ，因 此 高 的硅 酸盐浓 度等 同于较 大 的稳 定性 和页 岩抑 制作 用 。 2 ． 流体的控 制 p H值大小 、S l 。2 和 Na 2 0含量是极 其重 要的 总是应该保 持 p H 值 1 1 ． 0以上 ．用 滴 定法 测定 S i O2 和 Na 2 0两者 下转 第 3 6页 维普资讯 国外钻井技术 第 1 4卷1 9 9 9年第 4期 具下入井 内后发现 在 9 i n套 管 内有一 个孔 洞 ．而 套管破损 处在 预定 锻铣 层之 上 。基于 此原因 ，侧 钻 点 改 在 3 1 2 0 f t 即 套 管 破 损 处 。侧 钻过程 中暴 露 出四个枯 竭 砂层 。钻井 液 中加 入 G E M 后 即观 察到 钻屑 质量的 改善 ， 经过 6 O小 时的钻井 ，直 到井深达到 8，8 0 0 ff 也 没有 观察 到钻头 泥包 、卡钻 等 问题 。该 井 没有经过通井 即起钻并进行 了测井 、下套管 ， 均 没 有 事 故 发 生 。 [ 应用 2 ． ]在墨西哥湾的某一个 区块钻 的第 一 口井 发生 了严 重的漏 失。在直 井 段 的 夹 层 通 过 井 径 测 井 ．发现 井径 冲 蚀 由 8 平 均扩大 到 1 6 ，个 别层段 超 过 2 3 。钻 井公 司 决 定在第 二 口井 中有 问题 的夹层 使 用聚 乙二 醇体系 。井底 温度超 过 2 0 0 下 ，在 该 井 底条 件下 ，所选择 的 聚 乙二 醇是 可 以浊化 的 。现 场应 用表 明 ，体 系成 功地 降低 了坤蚀 ，井 眼 接近 标准 扩大量 9 到 1 0 。直 到 开始 定 向 ，8 的井眼才被 坤蚀 到平均 1 1 ，个 别 井段达 到 l 8 。在墨 西哥 湾海 岸 的井 大 多 发 生过严 重 的 并 且 是 多 层 次 的 冲蚀 平 均 为 l 6 ，个别达到 2 3 。在 同样 的地层 ，被 迫进 行 直井钻 井而且使 用低 功率 的钻井 泵以 降低 冲蚀 GE M 体系 的成 功应 用证 明其抑制性 强 于 以前 在海湾 钻井 用的其它体 系。 结论 1 该 体 系即使 用于 深 井 ，性 能 也是极 其稳定 的 ，在返 出井 眼 1 6 h r 后粘 度最大值 改 变 约 8 s e c ／ q t ，并且时 间极短 即可恢 复。 2 与其 它 WB I v I 体 系 比较 ，稀 释率 非 常低 ，并 且稀 释 对 钻 井 液 的性 能 影 响较 小 ； 当 与O B M体 系 比 较 时 ， 其 稀 释 率 为 0． 2 8 b b l m ， 而 后 者 的 平 均 值 在0． 1 8 到 O． 2 5 b b l ／ f t 之 间 。 3 聚 乙二醇 体系 的性 能合 理 ，体 系无 需 进行大的维护 。 4 该 产 品的 毒性较 低 ，适于 做 水 基钻 井 液的添加剂 ，符合 沿海 国家的环保要求 5 现 场成 功应用 表 明 ，该 体 系 的适 应 性广 ，可 以 强 化钻 井 液 对 泥 页 岩 的 抑 制性 、 降低 对夹层 构造 的损 坏 ， 而提 高井 眼 的稳 定性 ，降低井 眼冲蚀 ，减少井下事故 的发生 译 自 石油工程杂志1 9 9 7 ． 3 { 上接第 3 3页 它们能 够 消耗 而 与 相互 无关 。S i Na z O 比值 表明钻 井液 体 系的状 态 ，也 就是 聚合 程 度 加入 S i O 2 硅 酸 盐 或 Na 2 O 例 如 烧 碱以恢 复流体 中的含量 和 比值 ．从 而 回到 虽忧 的钻 井液 状况 。 一 种 开 始 时 有 着 i Q Na 2 O 最 优 比 值 2 ． 0的体 系 ，可能迅 速 变 化。这 些变 化 可能 导致粘度 升高或 胶 凝 ，而 可 以是 胶粘性 和钻 头泥包 的原 因 钻 屑 到达 地面 时 ，将 其完 整 而有效地 除去 是重 要 的。固相的 增加 使 粘 度 升高 ，并使 S i oz ／ Na ， O含量减少 。 3 ． 流体 润滑性 能 太斜度井要求一种专门的能在强碱的硅酸 盐钻井液 中起作用的润滑剂。采用两种硅酸盐 溶液的混合物 ，其 中之一优先包被钢材而能防 硅酸钠 ，而 l 0 ～3 5微米 的硼 硅酸盐 小珠能作 为强碱的硅酸盐钻井液润滑剂工作 良好。 4 ． 钻 井液处理 为了回收钻井 液 ，设 计 了一 种 方法将 硅 酸盐从 固相 中分 离 出来 在最初 的 处理 钻井 液后 ，使 用离 心机 表 明是 一 种能 避 免将 强碱 材料废 弃在敏 感地 区 的好办 法 。并且有 着 超 过其 它方法的经济效益 。 结论 总的说 来 ，使 用硅酸 盐钻 井液 体 系本来 不是 一项 繁 重 的 工 程任 务 。通 过 保 持 s i ／ N 2 O含量 、比值和 p H 值 ，钻 井人员 能够有 一 非常有效的钻井液体系 译 自 Wo r l dOi l 1 9 9 8年 1 0月号 维普资讯