环保型钻井—压裂通用水基工作液研究.pdf

第 3 3卷 第 2期 2 0 1 1 年 3月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PRODUCTl ON TECHNOL OGY V0 1 ． 3 3 No ． 2 Ma r ．2 01 1 文章编 号1 0 0 07 3 9 3 2 0 1 1 0 2 0 0 6 2 0 3 环保型钻 井一 压裂通用水基 工作液研究 郭 钢 张 洁 1 ． 长庆油 田公 司第一采气厂 ， 宁夏银 川 7 1 8 5 0 0 ； 2 ． 西安石 油大学， 陕 西西安7 1 0 0 6 5 摘要为了减少钻井和压裂作业时油田化学工作液的总耗材量和总排放量， 进行 了钻井一压裂通用水基基础工作液的研 究。选择聚合糖衍生物 s J 作为通用3 - ． 作液的主剂， 参照 s Y／ T 5 6 2 1 1 9 9 3 钻井液测试程序 评价了通用水基工作液作为钻 井液的性能。实验结果表明钻井液流变性、 滤失性和抑制性满足油田应用要求， 而且抗温能力良好， 能够抵抗 2 8 0 0 mg ／ L的 c d 、 1 9 0 0 mg m 的 Mg 和 2 5 0 0 mg ／ L的 I 污染。探索了钻井液转化成压裂液的一体化工艺， 参照s Y 厂 r 5 1 0 7 ～2 0 0 5 水基压 裂液性能评价方法 评价转化后的压裂液性能。实验结果表明以 s J 为主剂的水基钻井液可以向压裂液转化， 实现钻井一压 裂水基基础 工作液通 用的 目标 ， 转化后的压裂液抗温极 限为 8 3 ． 3℃ ， 流变性 、 滤失性 、 携砂性 、 抗剪切性 、 破胶 性、 配伍性和破胶 后残渣含量均可以满足油 田应用要 求。 关键词钻井一压裂通用工作液；转化工艺；杂多糖 ；室内试验 中图分类号 T E 2 5 4 ；T E 3 5 7 ． 1 文献标识码 A Env i r o nme nt f r i e n dl y wa t e r - ba s e d wo r k i n g flui d f o r u ni v e r s a l dr i l l i ng a n d f r a c t u r i ng G U O G a n g ， Z H ANG J i e 2 1 ． N o ． 1 G a s P r o d u c t i o n P l a n t ； C h a n g q i n gO i lfi e l d C o m p a n y ， H n c h u a n 7 1 8 5 0 0 ， C h in a ； 2 X i a n S h o u U n i v e r s i ty ， X i a n 7 1 0 0 6 5 ， C h in a Ab s t r a c t F r a c t u r i n g i s a n e c e s s a r y m e a s u r e me n t t o i n c r e a s e p r o d u c t i o n a f t e r d r i l l i n g a n d c o mp l e t i o n we l l i n mo s t l o w p e r me a b i l i t y o i l fi e l d ． I n o r d e r t o d e c r e a s e t h e t o t a l a mo u n t o f s u p p l i e s a n d t o tal e mi s s i o n s o f o i l fi e l d c h e mi c a l wo r k i n g fl u i d i n d r i l l i n g a n d f r a c t u r i n g t r e a t me n t ， wa t e r - b a s e d d r i l l i n g - fra c turin g u n i v e r s a l wo r k i n g fl u i d wa s r e s e a r c h e d ． He t e r - p o l y s a c c h a r o s e S J wa s c h o s e n a s ma i n fl u i d o fc u r r e n t d r i v i n g fl u i d ， a n d t h e p e r f o rm a n c e o f d ril l i n g - f r a c t u r i n g wa t e r - b a s e d fl u i d wa s e v a l u a t e d a s d r i l l i n g fl u i d a c c o r d i n g t o t e s t i n g p r o c e d ur e o fd r i l l i n g fl u i d S Y／ T 5 6 2 1 1 9 9 3 ． Th e l a b o r a t o ry e x p e rime n t s h o ws t h a t t h e r h e o l o g y b e h a v i o r , fi l trati o n an d i n h i b i t i v e a b i l _ i ty c o u l d me e t the r e q u i r e me n t o f Ch a n g q i n g Oi l fi e l d a p p l i c a t i o n ． I t h a v e we l l a b i l i t y o f r e s i s t i n g t e mp e r a t u r e and a l s o c o u l d r e s i s t the p o l l u t i o n o f 2 8 0 0 meg L C a 2 ． 1 9 0 0 mg ／ L Mg 2 a n d 2 5 0 0 mg ／ L l ． I n d o o r i n t e g r a t i o n p r o c e s s o f d r i l l i n g fl u i d c h a n g ing i n t o f r a c t t L r i n g fl u i d wa s e x p l o r e d ． Ac c o r d i n g t o SY／ T 5 1 0 7 -- 2 0 0 5 ， t h e p r o p e r t y o f fra c t u r i n g flu i d wa s e v a l u a t e d a fte r i t h a s b e e n t r a n s f o rm e d ． L a b o r a 。 t o r y r e s u l t s h o ws t h at S J c o u l d t r a n s f o rm t o f r a c t u r i n g fl u i d wh i c h wa s u s e d a s ma i n fl u i d i n wa t e r - b a s e d d r i l l i n g fl u i d ， a n d c o u l d a c h i e v e the o b j e c t o f d r i l l ing - fr a c t u r i n g c u r r e n t d ri v i n g fl u i d ． t h e ma x i mu m c o mb a t t e mp e r a t u r e w a s u p t o 8 3 ． 3℃， a ft e r b e e n t r a n s f o rm e d ， a n d a 1 l t h e t h e o l o g y , fi l t r a t i o n ， the a b i l i ty o f t a k i n g s a n d ， s h e a r r e s i s tan c e ， b r e a k i n g p r o p e r t y , c o mp a t i b i l i t y a n d the c o n t e n t o f c a p u t mo d e m a f t e r g e l o u t c o u l d me e t the r e q u i r e me n t o f fi e l d a p p l i c a t i o n i n Ch a n g q i n g Oi l fi e l d ． Ke y wo r d s d r i l l i n g ． f r a c tur i n g g e n e r a l wo r k i n g s o l u t i o n ； c o n v e r s i o n p r o c e s s ； h e t e r o p o l y s a c c h a r i d e ； i n d o o r e x p e ri me n t 在石 油开采过程 中如何保持 钻井液与压裂 液 体系的统一， 逐渐成为石油行业又一新的技术课题。 在 已实现钻井液 向完井液转化 MT C技术 、 利用钻 井液压裂液可循环材料配制新的钻井液和压裂液基 础上 ， 实现钻井液 向压裂液 、 酸化液转化 ， 是最终实 现钻井完井压裂工作液 的统一及转化工艺的必要前 基金项 目国家 自然科 学基金项 目 编号 5 0 8 7 4 0 9 2 资助。 作者简介 郭钢 ， 1 9 8 6年生。毕业于西安石 油大学化 学工艺专业 ， 现从事 油气田化 学方 面的科研与应用工作 。E ma i l g u o g a n g l i u 1 6 3 com 。 郭 钢等环保型钻井一压裂通用水基工作液研究 6 3 提 ⋯。运 用环保材料 ， 探索出钻井一压裂通用工作 液基础配方及转化 工艺 ， 不仅符合 “ 三保 ” 油 田化学 工作液 的发展趋势 ， 而且还能降低生产成本 ， 对于油 田生产实践具有重大意义 。 1 钻井一 压裂通用工作液主剂性能评价 聚合糖类产品的研 发与应用是油田化学 品发展 的新方 向之一 ， 近十多年油 田化学工作者 已发现这 类产品具有降失水 、 防塌 、 润滑 、 增黏 、 成膜护壁 、 抑制 水合物结垢等功效 。 S J 是一 种天然高分子产 物经化学改性 而得到 的聚合糖类油 田化学工作液处理剂 ， 该类产品保存 方便 、 使用安全 ， 原料来源广泛 ， 价格低廉 ， 满足通用 工作液处理剂的基本性 能要求 ， 在油 田钻井及压裂 作业 中有 巨大 的应用潜力 和开发价值 。s J 杂聚 糖在钻井液中具有增黏、 降滤失作用 ， s J 水溶胶液具 有半渗透甚至无渗透作用 。笔者以实验室提供 的 s J 为原料 ， 分析 s J 在钻井液与压裂液中的抗剪切性 、 润滑性 、 生物降解性和储层保护性能。 1 ． 1 剪切稳 定性 将 2 ％S J 水 溶胶液装入 样 品杯 中， 用六速旋 转 黏度计 由低速到高速测试其经过较长时间连续剪切 后 ， 在剪切速率为 1 7 0 S 。下的黏度 见表 1 。 表 1 主剂 s J 剪切稳定性 时间 ／ mi n 表观黏度 ／ mP a S O 30 6 O 9 0 1 20 43． 5 42． 5 42． 0 42． 5 42．0 由表 1 可 以看 出 s J 水 溶胶 液 在剪 切速 率 为 1 7 0 S 。下剪切 2 h黏度基本上无变化 ， 说 明基液具有 优异的剪切稳定性。 1 ． 2 生物 降解性 目前 国内外环境科学 与工程工作者普遍使用五 日生物耗氧量 ／ 化学耗氧量 B OD ／ C OD 考察有机 物的生物可降解性。实验操作及具体方法参照 H Z ． HJ ． S Z 一 0 0 6 0 水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法 和 H J 5 0 5 2 o 0 9 水质五 日生物需氧 量 B O D 的 测定 稀释与接种法 。 B O D ／ C OD 值 越大 ， 表 明其生 物 降解性 能越 好 ， 长期 的危害性就越小 J 。由表 2 看出， 加入 s J 后 ， 淡水浆和盐水浆 的 B O D ／ C OD 值 r 差别不大， 由 此说 明无论是在淡水体 系或盐水体系中， S J 水基钻 井液 的滤液都容易生物降解 。 表 2 含杂多糖无黏土钻井液滤液 C OD 和 B O D 测试结果 1 ． 3 岩心渗透率恢复值 参照 钻井液完井液损害油层室内评价方法 ， 对 4 ％S J 水溶胶液 和 4 ％S J 处理浆 的岩心损害恢 复 率情况进行 了评价实验 ， 结果见表 3 。 表 3 渗透率恢复值实验结果 被 测 物 渗透 率恢 复值 ／ ％ 1 ≠ } 岩 心 2 ≠ ≠ 岩 心 由表 3可看 出， s J 的岩心渗透率恢复值较大 ， 说 明 S J 有一定 的保 护储 层 的能力 ； S J 处理浆 的渗透 率恢复值大于 s J 水溶液 ， 说明黏土固相形成的滤饼 阻止了聚合物侵入岩心 ， 能起到桥塞作用 。 1 ． 4 润滑性 使用泥饼黏滞系数测定仪测试 中压失水后滤饼 的润滑性 ， 用极压润滑测试仪对 S J 处理前后的膨润 土基浆和 s J 处理浆 的摩擦系数进行测试。结果表 明在 5 ％ 基浆 中加入 3 ％S J 后 ， 滤饼黏滞系数降为 原来 的 3 9 ． 7 ％， 钻 井液摩擦 系数仅 0 ． 2 0 。处理后钻 井液润滑性有所改善 ， 说 明 S J 具有一定 的润滑作用。 2 通用工作液用作钻井液性能 通过单因素复配试验确定钻井一压裂通用水基 工作液作为钻井液的配方 无固相 为 2 ． 0 ％S J 0 ． 2 ％ 增黏剂 Z N． 2 0 ． 5 ％～ 2 ． 5 ％ 降滤失剂 J L S ． 2 ， 参照 S Y ／ T 5 6 2 1 1 9 9 3 钻井液测试程序 评价了钻井一压裂 通用水基lT作液作为钻井液的性能 见表 4 。 表 4 通用水基工作液作为钻井液 的性能 性 能参数老化前老化后 性 能参数 数值 A mP a S 2 1 ．3 2 3 ． 0 P a s 0 ． 1 5 PV ／ mP a S 1 6 ． 6 1 7 ． 0 1 6h膨胀率 ／ ％ 2 7 ． 0 6 P a 4 ． 8 6 ． 1 抗 Ca 浓度 ／ mg L 。2 8 0 0 F E ／ mL 3 ． 1 6 ． 2 抗 Mg 浓度 ／ mg L 。1 9 0 0 0 ． 6 0 ． 6 抗 I 浓度 ／ mg L 。 2 5 0 0 注 老化条件为 1 2 0℃ 、 1 6 h 石 油钻采3 - 艺 2 0 1 1 年 3月 第 3 3卷 第 2期 由表 4可 以看出 ， 钻井一 压裂通用水基工作液 作为钻井液的流变性 、 滤失造壁性 、 抑制性 、 抗温性 、 抗盐性均能满足现场施工要求 。 3 通用工作液用作压 裂液性能 在基础配方用作钻井液工作后 ， 去除固相 ， 调节 p H值至 8 ～ 1 0 ， 加入增黏剂 、 黏土防膨剂 、 助排剂 、 破 胶剂 、 交联剂配制压裂液。 参照 S Y／ T 5 1 0 7 2 0 0 5 水 基压裂液性能评价方法 评价转化后的压裂液I 生能。 3 ． 1 耐剪切性 将压裂一钻井通用工作液用作压裂液在 7 0℃ 下进行实验 ， 其剪切 时问与黏度 的关 系见 图 1 。可 以看 出 ， 连 续剪 切 6 0 mi n ， 其 黏度 始终保 持在 1 5 0 mP a S 以上 ， 满足现场要求 。 6 o o 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 o o 1 0 0 O 图 1 压 裂液剪切 时间与黏度的关 系 3 ． 2 耐温性 压裂施工要求压裂液在一定温度下保持较高 的 黏度 ， 才能保证压裂液压开地层后并延伸裂缝并有 效携带支撑剂。压裂液黏温曲线见图 2 。 3 0 0 2 5 0 2 o o 1 5 0 1 o 0 5 O O 图 2压裂液黏度 与温度 关 系 由图 2可看 出， 通用工作液用作压裂液在 8 3 ． 3 ℃时才降到 5 0 MP a S ， 表现出较好的耐温性能。 3 ． 3 其他性能 由表 5的试验结果可以看出通用水基丁作液用 作压 裂液的主要技术指标均满 足 S Y／ T 6 3 7 6 -- 1 9 9 8 压裂液通用技术条件 标准的要求。 4 结论 1 聚合糖 S J 性能满足作为钻井一 压裂通用水 基工作液主剂 的要求。 表 7 通用水基工作液用作压裂液综合性能测定结果 2 钻井一压裂液通用水基工作液用作钻井液 、 压裂液均能满足施工要求 钻井液流变性 、 滤失造 壁性 、 抑制性 、 抗 温性 、 抗盐性 较好 ；压裂液抗 温极 限为 8 3 ． 3 o C， 在 7 0 下连续剪切 6 0 mi n的黏度能 保持在 1 5 0 mP a S 以上 ， 滤失性能满足水基冻胶压 裂液滤失技术指标 ， 能彻底破胶。 3 钻井一压裂液通用水基工作液可减少废弃钻 井液的排放 ， 保护了环境与资源 ， 节约了生产成本。 参考文献 [ 1 ] 周风山， 曾光， 何纶， 等 ． 废弃钻井完井液固液分 离技术 研究进展 [ J ]． 钻井液与完井液， 2 0 0 7 ， 2 4 s 0 6 0 6 2 ． [ 2] 胡琦， 张洁， 高飞 ． 杂多糖苷水基钻井液稳定性研究[ J ] ． 天然 气工业 ， 2 0 0 8 ， 2 8 1 9 4 ． 9 5 ． [ 3] 许春田， 吴富生， 张洁， 等 ． 新型环保型杂多糖甙钻井液 在 江苏油田的应 用 [ J ] ． 钻 井液和 完井液 ， 2 0 0 6 ， 2 3 1 1 9 23 ． [ 4] 张洁， 郭钢 ． 杂多糖钻井液抗温抑制性评价 [ J ]． 天然 气工业， 2 0 1 0 ， 3 0 1 8 0 8 1 ． [ 5] 秦芳玲 ， 张洁 ． 杂 多糖甙 水基 钻井液可生物降解性的试 验研究 [ J ]． 钻井液与完井液， 2 0 0 9 ， 2 6 3 6 7 6 9 ． [ 6 ] HE L I O S ANT OS ． No d a ma g e d r i l l i n g h o w t o a c h i e v e t h i s c h a l l e n g i n g g o a l [ J ]． I AD C／ S P E As i a P a c i f i c Dr i l l i ng Te c h nol og y , 20 02． [ 7]杨建军， 叶仲斌， 张绍彬， 等 ． 新型低伤害压裂液性能评 价及现场试验 [ J ]． 天然气工业 ， 2 0 0 4 ， 2 46 6 1 - 6 2 ． 修改稿收到 日期2 0 1 0 1 2 0 2 [ 编辑朱伟 ] ∞ 窘 I l 魁耩 ∞ ． B d Ⅲ／ 越格