环保高酸溶无黏土钻井液的室内研究.pdf

第 2 8卷 第 4期 2 0 J 1年7月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D V0I 2 8 NO ． 4 J u 1 v 2 0l 1 文章编号 l 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 4 0 0 3 0 0 2 环保高酸溶无黏土钻井液的室内研究 石秉忠 1 ． 中 石化石油1 程技术研究院 ，北京 ； 2 ． 中国地质大学 北 1 程技 术 、 院 ，北京 摘要针对低压低渗储层勘探开发 、钻完井技术和提高钻速的要求．通过优选具订保护环境 、高酸 、强 制性特点的处理剂，形盛了一种新型无毒无黏土钻井液。该钻井液能够解决常规钻井 无 同时满足强抑剖和档 土充分水化来形成体系结构的矛昏，消除了人为加入黏土造成的睹层损害等问题，且钻井过程中由岩 小 产 L 的黏土粒 子能很快被清 除掉 。评价 结果表 明，该体 系动塑比在 O ． 6 P a ／ mP a S 上 ，携 岩能力强，滤戋量 ，泥研 酸溶事大干 5 0 ％，砂床 入深度小于 3 O lT I ，抗温性好 ，抑制性强 ，利于低压低渗睹昙保 护 、环境睬 护和攫高 沾选 关键词 无黏土钻 井液 ； 环境保 护 ； 高酸溶 ； 流 变性 ；cIt 速钻 井 中图分类号 T E 2 5 4 3 文献标识码 A 研制 了一种新型无毒无黏土钻井液体 系，该钻 井液能很快清除掉钻井过程中南岩屑水化产生的黏 土粒子，始终保持钻井液具有一定的流变性能，保 持无黏土 、低 同相 、低密度 、低流阻 ，而且具有暂 堵能力 、泥饼可酸化 、无毒环保等特点 ，进而保护 低压低渗储层 、提高完井储层恢复率 、降低因大量 同相粒子存在而对提高钻井速度的影响 ，促进了油 气勘探开发 ，满足 了13益严格的环境保护要求 。 1 处理剂优选及 配方 的确定 1 ． 1 增黏携砂剂 通过室 内实验优选 了一种能保护环境 、高酸溶 的非高聚物类增黏携砂剂 MZ J 。该增黏携砂剂 以特 种无毒环保天然矿物为主原料 ，经过化学改性 、微 破碎 、造粒等综合T艺制成 ，呈细微纤维状 ，具有 一 定的合理级配 ，其既不会堵塞钻头水眼 ，也不易 被振动筛筛除，含有特殊的流变结构调整组分，在 水 中搅拌后能迅速分散 、伸展 ，并形成有一定强度 的网状结构 ， 可合理调节钻井液黏度和切力的大小 ， 进而 自由洲节动塑 比，在钻井液中起 到携带钻屑 、 增强钻井液的携砂能力 、保持井眼清洁的作用。 1 ． 1 ． 1 流 变性 在高 速搅拌 下 ，分 别将 1 ． 0 ％、1 ． 5 ％、2 ． 0 ％ 的 MZ J 缓慢加 入 3个装有 4 0 0 mL清水 的高搅杯 r f 1 ， 高速搅拌 3 0 mi n，在室温下密闭水化养护 2 4 h 洲 试前高速搅拌 5 mi n ，然后用六速旋转黏度汁分 别 测定其黏度 。结果表明，1 ． 5 ％MZ J 溶液的动 比达 0 ． 7 5 0 P a ／ mP a S ，说明 MZ J 具有提高动塑 比的能力 ， 可满足携带钻屑的需要 。 表 1 增黏携砂剂 MZ J 的流变性调节效果 1 ． 1 ． 2酸溶 性 将 MZ J 样品烘干冷却至室温后，称取 5 g 佯 3 份 ， 分别放入盛有 2 5 ％酸液的烧杯中， 煮沸 2 h后 ， 测定其酸失量分别为 5 8 ． 2 ％、5 4 ． 6 ％、5 7 ． 5 ％，平 均 为 5 6 ． 7 6 ％。表 明，MZ J 遇酸发 生较强反应 ，但 基 本不影响后续酸化作业效果 ， 对储层 会造成伤害 基金项 目 中国石化 重点科技攻关项 目 “ 川 I 西深层复杂地层井筒强化技术研 究” P l 0 0 3 7 ． 第一作者简介 石泵忠，中国地质大学 北京在读博士研究生，现在主要从事深井与超深井钻斗液技术研奄工怍地址 北京市朝阳区北辰东路 8号北辰时代大厦5 1 8室，邮政编码 1 0 0 1 0 1 ；电话 o 1 0 8 4 9 8 8 1 9 0； E - ma i l s h i b z ． s g k y s i n o p e c ． c o n 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 4期 石秉忠环保 高酸溶无黏土钻井液的室内研 究 3 1 1 ． 1 ． 3 封堵性 MZ J 在钻井液 中吸收水分并呈一定的塑性 ，稍 加搅拌即可部分以纤维状分散在钻井液中，其余则 以不同形态 的颗粒分散 ，说 明 MZ J的封堵性加好 ， 避免 了无黏土聚合物钻井液 因无 固相而难 以形成泥 饼导致滤失量较大的缺点 ，无需再添加暂堵剂 ，钻 井液就能对较小裂缝及渗透性漏层进行封堵。 钻井中若钻遇渗透性漏失层 ，分散在钻井液中 的纤维直接随漏失钻井液进入孑 L 隙 ，封堵微裂缝和 孑 L 道 ，再由其它细小颗粒进行填充 ，最终在漏失层 表面形成致密滤饼 ，从 而阻断漏失达到堵漏 目的 ； 若钻遇裂缝性漏层 ，首先由粒径较大的颗粒随漏失 钻井液在裂缝 和孔道的 “ 喉道 ”处 “ 架桥” ，再 由 其它不 同粒径 的颗粒进行充填 ，分散的纤维封堵微 裂缝 ， 最后经压实形成滤饼而达到封堵通道的 目的。 在钻 井液 中分 别加 入 1 ％、2 ％、3 ％MZ J 后 进 行可视式中压砂床滤失实验 ，测得钻井液侵入深度 分别为 4 ． 8 、3 ． 4 、2 ． 6 c m。结果表 明 ，MZ J能封堵 所选砂层 ，很大程度地减少了钻井液的侵入深度 。 1 ． 2絮凝 剂 为 了保持低 固相 、低密度 ，实现高钻速 ，在确 保钻井液能够按工程设计上的要求及时顺利地携带 出大量钻屑的情况下，还必须能够使钻屑始终保持 不分散的状态 ，利于通过振动筛和固控设 备将钻屑 全部清除 ，为此选择 了 K P A M 作为高效絮凝剂 ，实 现对钻屑的包被絮凝作用 ， 并增强钻井液的抑制性。 1 ． 3 抑制剂 为提高钻井液 的抑制能力和封堵效果 ，优选 了 一 种新 型硅基成膜强抑制剂 S MA，其具有 比硅 酸 盐 、聚合物抑制剂更强 的抑制泥页岩水化膨胀 、分 散的能力 。S MA粒子通过吸附 、 扩散等方式集合到 黏土晶层端部 ，堵塞黏土层片问的缝隙 ，抑制黏土 水化 ； 在某些条件下如高温、长时间接触等，S MA 中的有机硅与黏土进行化学反应形成 s i O s j 键 ， 使黏土等矿物颗粒凝结成牢 固的整体 ； 其还可与地 层多价离子反应 ，在井壁上形成一层具有半透膜性 质的薄膜，在井壁外围形成保护层，可防止滤液侵 入 、泥页岩水 化膨胀 、分散 ，封堵地层层理裂隙 ， 防止地层内黏土颗粒的运移，防止井壁坍塌，保护 油气层。评价实验表明，S MA的黏土造浆降低率 不小于 7 5 ． 0 ％，二 次失水 降低率不小 于 4 5 ． 0 ％，说 明其具有较强 的抑制性和较好的封堵膜效应。 1 ． 4 降滤失剂 一 般 的无黏土聚合物钻井液由于主要依靠高分 子量聚合物作为增黏剂， 缺少合理级配的固相粒子， 难 以形成 泥饼 ，导致滤失 量不易控制 ，选用 MZ J 作为增黏提切剂可以克服这一缺点。为了进一步降 低滤失量 ，提高钻井液的抑制性 ，选择了中、小分 子量的聚合物降滤失剂如 K P AN或 NH P A N等。 1 ． 5 钻井液 基本配 方 根据以上实验结果 ，优选出新型无黏土钻井液 基本配方如下。 清 水 1 ． 0 ％～2 ． 0 ％ MZ J 0 ． 5 ％～1 ． 0 ％ S MA 0 ． 0 5 ％～0 ． 1 ％ K P AM 0 _ 3 ％～0 ． 5 ％ K P A N或 NH P A N超细碳酸钙 加重剂 2 钻井液综合性能评价 按照清水 1 ． 5 ％MZ J 0 ． 0 8 ％K P AM 1 ． 0 ％S MA 0 ． 3 ％K P AN的配方配制钻井液，评价 了钻井液 的性 能 ，结果见表 2 。结果表明，钻井液各项性能良好 ， AP I 滤失量不大于 6 mL，泥饼酸溶率不小于 5 0 ％， 砂床侵入深度不到 3 c m，在 1 2 0 热 滚 1 6 h后钻 井液的性能基本不变 ，能够满足钻井施工的要求 。 表 2 新型无黏土钻井液的综合性能 注 室温下钻井液的黏土造浆率降低率为 8 6 ％，砂床 侵入深度为 2 ． 8 C l T I ，泥饼酸溶率为 5 2 ． 3 ％。 3 结论 1 ． 该新型无黏土钻井液 由清水添加特种无毒环 保天然矿物为主原料的增黏携砂剂和强抑制剂等组 成， 具有保护环境、 泥饼可酸溶、 可封堵、 抑制性强、 使用方便等特点，克服了无黏土聚合物钻井液不易 形成泥饼 ，滤失量大的缺点。 2 ． 该无黏土钻井液可以很好地适应特殊地质条 件和钻井作业条件，在快速钻进方面应用前景广。 收稿 曰期2 0 1 1 - 1 ． 2 7 ；HG F 1 1 0 4 M1 ；编辑马倩芸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m