甲酸钾对PDF-THERM钻井液的影响.pdf

第 3 1 卷 第 5期 2 0 1 4年9月 钻井液与 完 井液 DR【 L LI NG F L UI D ＆ COMPL ET I ON F LUI D V0 1 ． 3l No ． 5 S e p t ．2 0 1 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 0 9 甲酸钾对 P DF ． T H E R M 钻井液的影响 刘 自明， 苗海龙， 王冲敏， 陈俊生 中海油田服务股份有限公司油田化学事业部 ，河北廊坊 刘自明等 ． 甲酸钾对 P D F ． T H E R M钻井液的影响 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 5 3 2 - 3 4 ． 摘要在高温高密度聚磺钻井液体系中引入甲酸钾 ，既提高了主要抗温聚合物的抗温性能，从而减少了抗温聚合 物加量，也减少了钻井液总的固相含量，同时还提高了钻井液的抑制性，这对于控制高温高密度钻井液的流变性能和 减少材料方面都有重要意义。在中国南海东方气田的高温高压井应用的P D F ． T H E R M 体系中采用了这一方案，不但简 化了原钻井液配方，使得钻井液性能更稳定，还减少了钻井液的总固相含量，优化了钻井液泥饼，有效地满足 了钻井 的需要 。 关键词 甲酸盐 ； 高温高密度 ； 钻井液 ； 抗温能力 中图分类号T E 2 5 4 ． 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 4 0 5 ． 0 0 3 2 ． 0 3 P D F ． T H E R M 钻井液是一种海水基抗高温高密度 聚磺钻井液体系，主要由抗温聚合物和磺化材料组 成，和其他聚磺钻井液体系一样，该钻井液通常通过 加入大量的聚合物和磺化材料来维持高温状态下钻井 液的性能。另外，由于使用海水配制钻井液，所以对 使用的抗温聚合物有更高的要求。P D F ． T H E R M钻井 液体系在高密度时，也会由于加入大量加重材料使得 钻井液的固相含量增加，任何不溶处理剂的引入都会 造成固相含量的进一步增加。这也是高温高压井在钻 井时常见的钻井液黏度失控的主要原因之一，并且这 种黏度的上涨难以通过抗温降黏剂缓解，通常只能通 过大量置换新浆或采用固控设备清除钻井液中的膨润 土来 调节。 由此可见 ，对于 P DF ． T HE R M 钻井 液而 言，能够有效地降低固相含量是非常必要的，通常通 过以下 2 个手段实现 一是选用抗温性更好 、功能更 强大的材料，降低功能材料的加量 ； 二是使用密度更 高的加重材料，如采用氧化锰或者铁矿粉等，或者使 用表面改性的加重材料，如纳米重晶石或者活化重晶 石等。但这 2 个手段都受到成本和现有配套技术能力 的限制，在中国并没有被广泛的使用。通过在体系中 加入甲酸钾 ，一方面减少了重晶石的加量 ，另一方面 又提高了聚合物的抗温能力，从而达到减少固相含量 的作用。 1 甲酸盐对 聚合物抗 温性 的影响 甲酸盐溶液能够提高油 田常用聚合物的热稳定 性 [1- 5 ] ，如黄原胶、P A C和淀粉， 对于高温体系而言， 这就降低了抗温聚合物的热稳定性要求，减缓了聚合 物的高温降解作用，从而为减少聚合物的加量提供了 条件，并且也可以扩大抗温聚合物的选择种类。在实 验室测定 了几种盐类对 P DF 。 T H E R M 钻井液 中几种 抗温聚合物的 1 6 h 稳定温度 聚合物黏度损失 5 0 ％ 或降滤失能力降低 5 0 ％的温度 的影响，实验用 2 ％ 的聚合 物及各种饱和盐水 ，在不 同温度下老化 1 6 h ， 然后再测 定黏度或控制滤失量 的能 力 ，结果见图 l 。 从 图 1 可以看出，甲酸盐能大幅度提高常用聚合物的 1 6 h稳定温度。 ℃ 图 1 4 种饱和盐水对 3 种聚合物耐温性的影响 第一作者简介 刘 自明， 高级工程师， 1 9 6 4年生， 毕业于南开大学， 现任中海油田服务股份有限公司油田化学事业部副总经理。 地址 河北省三河市燕郊开发区行宫西大街三号 ；邮政编码 0 6 5 2 0 1；电话 0 1 08 4 5 2 2 2 4 5； E - ma i l l i u z mc o s 1 ． t o m． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第5 期 刘 自明等． 甲酸钾对P D F ． T H E R Mg ； 井液的影响 3 3 2 甲酸盐对钻井液抑制性的影响 抗高温高密度钻井液黏度的失控，一方面是由 于高固相造成的，另一方面是由于地层黏土不断侵入 加剧了这种黏度的上涨。普通的聚磺钻井液多是一种 分散体系，对于黏土的抑制性不足，而P D F T H E R M 体 系则 由于加入 了大量无机盐而具有较强 的抑制性 ， 而引入 甲酸盐也可以加强对黏土分散 的抑制作用 ，这 对于控制流变性至关重要。实验通过对 H O L E P L U G 标准泥页岩样 品 的滚动 回收率和线性膨胀率 ，评 价 不 同 甲酸盐 加量 的 P DF ． T H E R M 体 系 的抑制 性 ， 结果见图 2 。由图 2可知 ，岩屑的滚动 回收率随着 甲 酸钾加量的增加而增加 ，而页岩线性膨胀率则随着 甲 酸钾加量 的增加而减少 ，而在 甲酸钾加量超 过 3 0 ％ 之后 ，这种趋势减缓 。考虑到成本和效果等因素 ，建 议体系 中的甲酸钾加量控制在 3 0 ％ 5 0 ％之间。 得 回 臀 { i 8 图2 不同甲酸盐加量抑制性的对 比 3 甲酸盐对 重 晶石溶 解度 的影响 由于加人了甲酸钾，使得配浆盐水的原始密度提 高了，因此可减少重晶石 的加量 ，如表 1 所示。从表 1 可 以看 到 ，加入 5 0 ％ 甲酸盐后 ，再用重 晶石加重 到 2 ． 0 g ／ c m。 ，可 以减少 3 7 ％ 的重 晶石加量 ，这有利 于高密度钻井液的固相含量控制。 表 1 甲酸盐浓度对 P D F ． T H E R M体系中重晶石加量的影响 甲酸钾 ／ ％配浆盐水的原始密度 ／ g ／ c m 重晶石 ／ g ／ mL 重晶石能够在甲酸盐溶液里部分溶解 ，如表 2 所示 ； 同时，对于甲酸盐溶液而言，重晶石 的溶 解度会 随着其溶液浓度 的增加而增加 ，见 图 3 。从 图 3可以看出 ，在高浓度 甲酸盐溶液 中重晶石的溶解 度会成倍地增加 ，所 以重晶石 和甲酸钾同时使用 时， 不宜使 用高浓度 的甲酸盐溶液 ，建议低于 3 5 ％，此 时的溶解度大约为 1 0 0 mg ／ L左右。另外 ，在海上作 业时， 如果用海水稀释钻井液， 会使甲酸盐浓度下降， 溶解 的重晶石也会再次沉降 ，这对于环境的影响也就 可以忽略不计了。 表 2 重晶石在不同盐溶液里的溶解度 8 5℃ 羹 蔷 甲酸钾溶液浓度／ ％ 图 3 重晶石在不同浓度甲酸钾溶液中的溶解度 4综合 性能评价 P DF ． T H E R M 体系引入 了甲酸盐以后 ，一方 面降 低了体系的固相含量，另一方面也提升了体系的抑制 性 能和抗温性 能。在 P D F T HE R M 的基础配方 1 ％ 海水膨润土浆 8 ％P AC 3 ％S P N H 3 ％S MP ． I 2 ％F T - 1 1 ． 2 ％DF L 重晶石 中分别加人 1 0 ％ 和 5 0 ％ 的甲酸 钾 ，测定钻井液主要参数 的变化 ，结果如表 3 所示。 表 3 甲酸钾对 P D F ． T H E R M体系性能的影响 注 老化条件为 1 8 0 、1 6 h ，F L 测量温度为 1 5 0℃。 从表 3 可知，基浆中加入 1 0 ％的甲酸钾后 ，钻 井液的黏度升高，但滤失量下降，这是由于甲酸盐的 加入提高了聚合物的抗温能力，使得同等加量的聚合 物的作用更 明显 ； 而 甲酸钾加量增加到 5 0 ％后 ，流 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 钴井液与完 井液 2 0 1 4 年 9月 变参数则有明显的降低，而且其滤失量也处于较低的 水平。其原因是由于固相含量下降，同时由于矿化度 大幅增加，使得聚合物的提黏效果受到抑制，引起了 黏度的下降，而滤失量的降低是由于聚合物降滤失剂 的抗温性由于甲酸盐的加入而有所提高造成的。 5 现 场应 用 P D F ． T H E R M 体系已经在南海西部海域东方高温 高压气田的 7口探井成功应用，现场配方中加人了 1 0 ％～3 0 ％的甲酸钾，表 4 为其中2口井 D F 1 3 ． 2 6 和 L S 1 3 ． 2 ． 1 井 典 型钻井 液性能 和 L S 4 2 ． 1 井 没 有 加 甲酸钾 的性 能 对 比，而表 5为 L S 1 3 2 ． 1和 L S 4 ． 2 1 两 口井 主要 处 理剂 加量 对 比，DF 1 3 ． 2 6和 L S 1 3 2 1 井的钻井液配方基本相同。 表 4 P D F ． T H E R M体系现场典型钻井液性能 温高压井作业的需要。 6 结论 1 ．甲酸钾能够提高 P D F ． T H E R M体系主要抗温 聚合物的抗温性能，这对于减少抗温聚合物加量、控 制高密度钻井液的固相含量都有积极作用。 2 ．加入甲酸钾后，能够提高钻井液的抑制性， 抑制地层中泥页岩水化分散，同时由于甲酸盐能够提 高钻井液基液的密度，同等密度条件下也能够减少重 晶石的加量， 这就使得高密度钻井液的固相含量减少， 同时缓解了劣质土污染造成的黏度增加 。 3 ．重晶石能够溶解在 甲酸钾溶液中 ，但是这 和 甲酸钾溶液的浓度相关，所以现场应该控制甲酸钾的 加量 。综合考虑 ，建议加量在 3 0 ％ 左右为宜 。 4 ．P D F T H E R M体系加入甲酸盐的方案是可行 的，并且在南海高温高压井得到证实，现场钻井液I生 能稳定， 流变性容易控制 ， 满足了钻井液作业的需要。 参 考 文 献 阎醒 ． 用作钻井液和完井液的甲酸盐溶液 【 J 1 ． 钻采工艺 ， 2 0 0 1 ，2 4 5 7 7 9 O ． Y a n Xi n g ． Th e f o r m a t e s o l u t i o n f o r d r i l l i ng f l u i d a nd c o mp l e t i o n fl u i d [ J ] ．Dr i l l i n g＆P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y ，2 0 0 1 ， 2 4 5 7 7 ． 9 0 ． 李剑 ，赵长新 ，吕恩春，等 ． 甲酸盐与有机盐钻井液基 液特性研究综述 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 4 7 3 ． 7 7 ． Li J i a n，Zh a o Ch a n g x i n，L v E n c h u n，e t a 1 ．C h a r a c t e r i s t i c s o f f o r ma t e a n d o r g ani c s a l t b a s e fl u i d [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d a n d C o m p l e t i o nF l u i d ， 2 0 l 1 ，2 8 4 7 3 ． 7 7 ． 陈乐亮， 汪桂娟 ． 甲酸盐基钻井液完井液体系综述 续 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 3 2 0 3 3 ． 3 8 ． C h e n L e l i a n g ，Wa n g Gu i j u a n ． Re v i e w o f F o r ma t e b a s e d Dr i l l i n g F l u i d a n d C o mp l e t i o n F l u i d S y s t e m[ J ] ． Dr i l l i n g F l u i da n dC o m p l e t i o n F l u M， 2 0 0 3 2 0 3 3 ． 3 8 ． 王威 ，欧阳兆辉 ． 重晶石矿粉表面改性研究与应用 [ J ] ． 中 国非金属矿工业导刊，2 0 0 5 6 3 7 ． 3 9 ． W a n g W e i ，Ou y a n g Zh a o h u i ．S t u d y a n d a p p l i c a t i o n o n s u r f a c e mo d i fi c a t i o n o f b a r i t e p o wd e r [ J ] ． C h i n a No n m e m c Mi n i n g I n d u s t r y He r a l d ， 2 0 0 5 6 3 7 3 9 ． 吴乐， 徐同台， 韩教， 等． 黄原胶高温稳定性的影响因素 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 1 ， 2 8 6 7 7 ． 8 0 ． W u Le ，Xu To n g t a i ，Ha n Xi a o，e t a 1 ． Re s e a r c h o n h i g h t e mp e r a t u r e s t a b i l i t y e f f e c t s o f x a n t h a n g u m[ J ] ．Dr i l l i n g F l u i d a n dC o m p l e t i o nF l u i d ， 2 0 1 l ， 2 8 6 7 7 ． 8 0 ． 收稿 日 期2 0 1 4 ． 0 6 ． 1 2 ；H G F 1 4 0 4 W5 ；编辑汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m