无黏土相羟基酸盐钻井液.pdf

第 2 9卷 第 2期 2 0 1 2年 3月 钻井液与完井液 DRI LL I NG F L UI D COMP LET I ON F L UI D 、 ， r0 1 ． 29 No． 2 M a r ．201 2 【 理论研究与应用技术 】 无黏土相羟基酸盐钻井液 蒋西平， 周天辉， 张勇 中国石油西部钻探钻井工程技术研究院，新疆克拉玛依 蒋西平等 ． 无黏土相羟基酸盐钻井液 [ J ] ． 钻井液-9完井液，2 0 1 2 ，2 9 2 3 0 ． 3 1 ． 摘要研究出了一种对黏土具有很强的絮凝、抑制作用的新型抑制剂羟基酸盐，并以此建立了无黏土相羟基 酸盐钻井液体系。实验结果表明，该钻井液的密度在 1 ． 0 6 ～2 ． 5 g ／ c m3 范围内可调，流变性能较好 ； 具有很强的抑 制黏土水化分散、抗盐、抗钙能力，抗黏土污染能力达 1 0 ％，抗盐能力达 6 ％，抗 2 ％C a C 1 ， ； 具有抑制性强、封堵 性好的特点，配方简单，性能易于控制，是一种新型、环保、经济的钻井液体系。 关键词 钻井液 ； 钻井液性能 ； 水敏性泥页岩 ； 井壁稳定 ； 羟基酸盐 ；抑制性 ； 封堵性 ； 环境保护 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 2 0 2 ． 0 0 3 0 ． 0 2 在钻井 过程 中，井 壁失稳是 引发井下 复杂和 事故的主要原 因。除了一些硬脆性地层 、高倾角地 层和一些砂砾岩等易散塌地层外 ，井壁失稳主要是 由泥页岩的水敏性引起 的，解决该问题最重要的手 段是提高钻井液的抑制性，并使钻井液具有较好的 封堵能力 [ 1 - 2 ] 0 目前 ，国内外抑制性钻井液 主要是 以单一无机盐或者有机盐为核心抑制剂 ，在引入抑 制性金属阳离子的同时，也引入了对钻井液无用的 阴离子或阴离子 团。这些 阴离子或阴离子 团不但 占 用了大量的空间，造成单位体积内钻井液含有无用 物质 的质量加大 ，而且某些阴离子 ，如 c l _ 对测井 作业还有负面影响。因此，研制出了一种新型抑制 剂羟基酸盐。 1 羟基酸盐 的作 用机 理 羟基酸盐是通过 、C a 2 离子与有机物进行有 机结合生成的一种富含 、c 等离子的产品，该 产品中不含对钻井液性能起副作用 的阴离子，加入 钻井液后，其在增加钻井液抑制性的同时，也起到 降低滤失量的作用。该羟基酸盐的作用机理如下。 1 阳离子抑制作用。羟基酸盐在溶液中会电 离出 、C a 等金属阳离子 ，它们可抑制泥页岩的 水化膨胀和分散。 2羟基酸根抑制作用 。羟基酸根 阴离子通过 羟基与黏土表面的吸附作用 ，在黏土表面形成保护 膜，从而阻止黏土的水化，起到抑制作用。 2 羟基酸盐及其钻井液的性能评价 2 ． 1 羟基酸盐的抑制性 在水中分别加入浓度均为 1 5 ％的羟基酸盐、 有 机盐和 KC 1 ，测得岩屑在不同溶液 中热滚 1 2 0℃、 1 6 h 后的回收率为 1 3 ． 3 ％、 3 ．4 5 ％和9 ． 1 2 ％； 岩心 由 露头泥岩制成 的 8 h线膨胀量分别为 3 ． 4 3 、4 ． 1 2和 3 ． 8 5 h im，8 h体积膨胀量分别为 2 7 ．2 3 ％、3 2 ．5 3 ％ 和 2 9 ． 5 8 ％。由此可知 ， 该产品对泥岩岩样具有很强 的抑制性。室内实验对其性能进行了评价。根据室 内实验优选出无黏土相羟基酸盐钻井液配方如下。 0 ． 1 ％Na O H 0 ． 3 ％XC 0 ． 1 ％F A3 6 7 2 ％ 改 性 淀 粉 3 ％S MP 一 1 2 ％S P NH 3 ％沥 青 2 ％OC X一 1 1 ％ wc ． 1 8 ％ 羟基酸盐 2 ％封堵剂 2 ． 2 抗污染性能 无黏土相羟基酸盐钻井液的抗污染性能评价结 果见表 l 。由表 1 可知，该钻井液抗黏土污染能力 达 1 0 ％，具有很强的抑制黏土水化分散的能力， 抗 盐能力达 6 ％，抗 2 ％C a C 1 ， 。 第一作者简介 蒋西平，工程师，1 9 7 7 年生， 2 0 0 0 年毕业于天津理工大学化学工程系，现在从事钻井液研究-9 技术服 务工作。地址 新疆克拉玛依市钻井工程技术研究院 ；邮政编码 8 3 4 0 0 0 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 9卷 第 2期 蒋西平等 无黏土相羟基酸盐钻井液 3 l 表 1 无黏土相羟基酸盐钻井液的抗污染性能 高 ，其对膨润土岩样的抑制性最好。 注 表 内数据为老化 1 2 0℃、1 6 h 后的测定值 。 2 ． 3 密度可调范围 不同密度无黏土相羟基酸盐钻井液在 1 2 0℃老 化 1 6 h后 的性能见表 2 。由表 2可知 ，体系的密度 在 1 ． 0 6 ～2 ． 5 g ／ c m 范围内可调 ，流变性能较好 。密 度达到 2 ． 0 g ／ c m 后 ，考虑到黏度效应 ，将加重料 由 重晶石粉更换为铁矿粉和高密度铁矿粉。 表 2 不 同密 度无黏 土相羟基酸盐钻 井液的性能 注 表内数据为老化 1 2 0℃、1 6 h 后的测定值。 2 ． 4封堵性 采用 F A型无渗透钻井液滤失仪评价该羟基酸 盐钻井液的封堵效果，结果见表 3 。可以看出，该 钻井液的封堵效果很好。 2 ． 5 与其他钻井液的对 比实验 无黏土相羟基酸盐钻井液与将羟基酸盐换为其 他抑制性的该钻井液的对 比实验结果见表 4 。由表 4 可知，无黏土相羟基酸盐钻井液的滚动回收率最 表 3 不同密度无黏土相羟基酸盐钻井液的封堵性 注 砂床为粒径为 O ． 4 5 ～O ． 9 0 mm的砂粒。 表 4 无黏土相羟基酸盐钻井液与其他体系的对比 注 其他体系的基液与无黏土相羟基酸盐钻井液相同， 只是抑制剂不 同 ；回收率为膨润土块在 1 2 0℃下滚动 1 6 h 后的回收率。 3 结论 与认 识 1 ． 羟基酸盐是一种对黏土具有很强絮凝、抑制 作用的处理剂。 2 ． 无黏土相羟基 酸盐钻井液的密度在 1 ． 0 6 ～2 ． 5 g ／ c m 范围内可调，流变性能较好 ； 抗黏土污染能 力达 1 0 ％，抗盐 能力 达 6 ％，抗 2 ％C a C 1 ， ，该钻井 液具有很强的抑制黏土水化分散、抗盐 、 抗钙能力。 3 ． 无黏土相羟基酸盐钻井液具有抑制性强 、封 堵性好的特点，配方简单，性能易于控制，是一种 新型、环保 、经济的钻井液体系。 参 考 文 献 [ 1 ]1 邹大鹏，郝志强，马少强 ． 州 7 2 ． 平 5 4 z多分支水平井 钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 l ，2 8 2 1 6 1 8 ． [ 2 ] 刘兆利，李晓明，张建卿，等 ． 无土相复合盐水钻井液 的研究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 6 3 4 ． 3 7 ． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 0 ． 2 5 ；H GF 1 2 0 2 N 3 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m