无固相钻井液的室内实验研究.pdf

第 2 6卷 第 3期 2 0 0 9年 5月 钻 井 液与 完 井 液 DRI LL I NG FL UI D 8 L COMPL ETI ON F LUI D Vo 1 ． 2 6 No ． 3 M a y 2 00 9 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 O 9 0 3 0 0 3 8 0 3 无 固相钻 井液的室 内实验研究 张丹 阳 耿 晓光 周大 宇 宋涛 大庆钻探工程公司钻井工程技术研究 院， 黑龙 江大庆 摘要 大庆外围油藏储 量 巨大， 但长期以来 一直存在 难 以有效 动用 的问题， 因为该低效 油气田 的储 层保 护 问 题难 以解决。针对大庆 外围油藏储层特点 ， 通过科 学的实验设计， 在 室内实验 的基础上 ， 研 究出 了一套保 护储层 的 无 固相钻井液技术， 重点解决无 固相钻 井液 滤失量大 、 抑制性难提高 的问题 ， 优选 出 了一套性能优 良的无 固相钻井 液配方。该钻井液对储 层的伤害小 ， 有效地减小 了固相损害、 水敏 、 水锁 和贾敏效应 ， 滤失量小于 6 mL ， 流 变性好 ， 密度调节范 围宽， 抗污染能力强， 符合钻井完井液技术要求， 在大庆外围“ 三低” 油田具有较好 的应用前景。 关键 词 钻井完井液 ； 无固相钻 井液 ； 钻井液配方； 防止地 层损害； “ 三低” 油藏 中图分类号 T E 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 大庆外 围油 藏储 量 巨大 ， 是今 后 油 田可持 续 发 展储 量接替 的重 要部 分 ， 但 由于外 围油 田大多 属 于 低孔 渗 、 低 丰度 、 低储 层 压 力储 层 ， 长 期 以来 一 直 存 在难 以有效 动用 的问题 l 1 ] 。其 中葡萄 花油层 属 于三 角洲 分流平 原相 以及 内 、 外 前 缘 相沉 积 的低渗 透 油 层 。葡萄花储 层 中黏土 矿 物含 量平 均 为 6 ． 9 5 ， 高 岭石 、 伊利石、 绿泥石 、 伊蒙混层和绿蒙混层 的含量 分别 平 均 为 1 ． 0 5 、 2 ． 9 3 、 0 ． 5 1 ％ 、 0 ． 2 7 和 1 - ， 其 中水敏 性较 强 的泥 质黏 土矿 物 相对 含 量 为 2 O ～3 0 ； 地层 水平均 矿化度 为 1 0 3 6 6 mg ／ L， 水型 为 N a HC O 。型 ； 有效 渗 透 率 为 5 1 0 ～ 5 5 1 0 _ m ， 平均孑 L 喉半 径较小 ， 在 0 ． 1 ～1 0 m 之 间 ， 而且集 中分 布 在 2 ～6 m 之 间 。针 对 大 庆 外 围 油 藏储层 特点 ， 研究 了保 护储层 的无 固相钻井 液技 术 。 1 无 固相钻井液配方的优选 1 ． 1 关键技术 ① 由于无 固相钻 井 液 不含 膨润 土 ， 降 低 了 固相 颗粒对储层的伤害， 但钻井液滤失量大且很难控制， 在打开储层后滤液可能引起储层黏土膨胀 、 水锁和 润湿性反转而导致储层渗透率 降低 ， 因此需选用合 适的降滤失剂将 钻井液滤失 量控制在 8 mL左右。 其次 ， 为最 大程度 地减小 储层 的水敏 性损 害 ， 需要 提 高无 固相钻井 液 的抑制 性 。 1 ． 2 单剂的优选 1 ． 2 ． 1 流 型调 节剂 对 8 0 A5 1 、 流型 调 节剂 与 生 物 聚合 物 X C进 行 了理 论分 析及对 比评 价实验 ， 结果见 表 1 。 表 1 相 同加量 0 ． 5 ％ 条件下不同流型调节剂 的性能对比 8 0 A5 l 为丙烯酸盐与丙烯酰胺的两元聚合物， 该处 理剂 是通过有 机盐解 离 后带 电的长分 子链 与钻 井 液 中带 电 的黏 土 固相 颗 粒产生 作用 而表现 出增 黏 絮凝等 一 系列 作 用 的 。流 型调 节 剂 和 8 0 A5 1在 机理 上相 近 。生 物聚合 物 X C是 一 种高 分子 链状 多 糖 聚合物 ， 不具有 电化 学的性 质 ， 因此在含 有 固相 或 无固相的钻井液中均可使用 。由于其具有优良的剪 切稀释性 ， 能够有效地改进流型。用它处理的钻井 液在高剪切速率下的极 限黏度很低 ， 有利于提高机 械钻速， 而在环形空 间的低剪切速率下又具有较高 的黏度， 并有利于形成平板型层流 ， 使钻井液携带岩 屑能力明显增强 。因此选用 X C作流型调节剂。 第一作者简介 张丹阳， 助理工程师， 1 9 8 0年生， 2 0 0 3 年 毕业于齐齐 哈尔大学化学工程与工艺专业， 现在从事钻 井液技术研 究工作 。地址 黑龙江省大庆 市钻探工程公 司钻井工程技术研究院； 邮政编码 1 6 3 4 1 3 ； E - ma i l z h a n g d a n y a n g c n p c ． c o m ． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 3期 张 丹 阳等 无 固相钻 井液 的 室 内实验研 究 3 9 1 ． 2 ． 2 抑制 剂 对 比评 价 了 甲酸 钠 、 甲酸钾 、 C S W一 1和 C AL 一 9 O 的性 能 。从 实 验 结果 可知 ， 2种 有 机 盐 的抑 制 性 差 别不 大 ， 因此 选 用 成 本 较低 的 甲酸 钠 。岩 心 在 5 甲酸 钠 0 ． 5 C S W一 1 、 5 甲酸 钠 0 ． 5 C AL 一 9 0 或 0 ． 5 C S W一 1 0 ． 5 C AI 一 9 0中 的 回收 率 较 高 ， 分别 为 7 3 ． 7 5 、 7 9 ． 5 5 和 8 5 ． 5 O ％ ， 但 不 理想 ， 5 甲酸钠 0 ． 5 C S W一 1 0 ． 5 C AL 一 9 0对 岩心 的抑 制效果 好 ， 回 收率 达 9 2 ． 2 2 。C S W一 1是 一 种 小 分 子有机 阳离 子季 铵盐 ， 可 以牢 固地 吸 附在 黏 土 颗 粒 表 面 ， 通 过 聚合物 提供 的 阳离 子 中和 部分 黏 土 表 面 的负 电荷 ， 从 而 能降 低 f电位 、 减小 水 化 膜 、 防 止 黏 土 的水化 和 运 移 ； 而且 C S W一 1能 进 入 到 黏 土 晶 层 问 ， 且不 易水化 、 不 易 被 其 它离 子 交 换 ， 因此 具 有很 强 的抑制 黏土 水化 膨 胀 和分 散 性 能 。C AL 一 9 0是一 种 高分子 量 聚合 物 ， 能将 黏土 颗粒包 裹起 来 ， 一 方 面 防止 钻屑分 散变 细 ， 另一 方面增 加颗 粒直 径 ， 能使多 个颗粒物质产生桥联 而发生絮凝 ， 从而增大团块直 径， 便 于清除， 也防止 了黏土的分散。由此可知 ， 甲 酸钠 、 C S W一 1和 C AL 一 9 0配伍 后 的抑 制 性 要 比使 用 单 独 的抑制 剂有较 大 幅度 的提高 。 1 ． 2 ． 3降滤 失剂 对 C MC、 P AC HV、 封 堵 剂 J J F T 和 AP I淀 粉 进行 了机理分析及评价。淀粉类降滤失剂是一种效 果 比较好的降滤失剂， 但存在着发酵的问题 ， 因此在 现 场应用 的不 是很 广 泛 ， 在 该 体 系 的研 究 中只 将 淀 粉类降滤失剂用于降滤失效果 的对 比。C MC适合 在含 有黏 土颗粒 固相 的钻 井 液 中使用 ， 而 其 在无 固相钻井液 中的降滤失效 果较差。P AC HV是一 种复合离子型聚丙烯酸盐 聚合物 ， 由于各种官能团 的协同作用 ， 该聚合物在各种复杂地层和不 同的矿 化度 、 温度条 件 下均 能发 挥 降 滤 失 的作 用 。由此 可 以看 出 ， 该 聚合物适 用 于无 固相钻 井液 。 封堵 剂 J J F T 的主 要 作 用 机 理 与 沥 青 类 似 ， 其 软化点需与地层温度相匹配。在井筒内正压差的作 用 下 ， J J F T会 发生 塑性 流动 ， 挤人 地层 孔 隙 、 裂 缝 和 层面， 封堵裂隙， 提高对裂缝 的黏结力 ， 在井壁处形 成具有护壁作用的内、 外泥饼 ， 起到降滤失的作用。 对 3种降滤 失剂进 行 了评 价， 同时 将加 量 为 4 的封堵剂作为配合材料进行实验 ， 结果见表 2 。 实验结果表 明， 用降滤失剂 P AC HV 配合封堵剂 J J F T可 以控制 滤 失量 小 于 6 mL， 解 决 无 固相 钻 井 液 滤失 量大 的问题 。 表 2 3种 降滤 失剂 的降滤失性能对 比 注 降 滤 失 剂 加 量 均 为 o ． 3 1 ． 2 ． 4润 滑剂 在 优选 出其 它 处理 剂 的基础 上 ， 对 无 荧光 润 滑 剂 、 NP R 一 3、 极 压 润 滑 剂 D RH3 D进 行 了优 选 。从 实 验数 据 可 以看 出 ， 极 压 润 滑 剂 加 量 为 3 ～ 4 时 ， 钻井 液 的摩擦 系数 较小 ， 润滑 性好 。 1 ． 3 处理剂加量优选 利用 正交 实验 法对 无 固相钻井 液 配方进 行 了优 选 ， 实验 方法及 结果 见表 3和 表 4 。 表 3 无固相钻井液添加剂最佳加量正交实验 ． XC CS W 一 1 CAL一 9 0 PAC HV J J F T 因素 利用极差法进行实验结果分析 ， 得到影响该体 系 AP I 滤失 量 的 主次 因素 依 次是 J J F T、 P AC HV、 X C、 C S W一 1 、 C AL - 9 0 ， 影 响该体系动塑 比值 的主次 因素 依 次 是 XC、 P AC - HV、 C AL 一 9 0 、 C S W一 1和 J J F T。综合考虑 2 项指标及 回收率等指标 ， 得到无 固相 钻井 液 的配方 如下 。 5 甲酸钠 1 ． 0 C S W一 1 0 ． 5 C AL 一 9 0 0 ． 3 XC 0 ． 5 P AC HV5 ％J J F T 乱 乱 乱 2 3 4 5 4 5 2 3 5 4 3 2 3 2 5 4 3 4 5 6 4 3 6 5 5 6 3 4 6 5 4 3 c ； c； C ； 5 O 5 O 5 O 5 O 5 0 5 0 5 O 5 O L L L L L L L L 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 C； c ； C； 2 3 4 5 6 7 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 钻 井 液与 完 井 液 2 0 0 9年 5月 表4 无固相钻井液正交实验结果 行 了模 拟损 害 ， 结果 见表 6 。 2 无 固相钻 井液性能评价 2 ． 1 常 规性 能 无 固相钻 井液 性能评 价 结果 见 表 5 。 由表 5可 以看 出 ， 该配方 具有 较合适 的流变性 ， 在黏 度较低 的 情 况下 ， 具有较 高 的低转 速黏度 和较 高 的动 塑 比 ， 具 有 合适 的静切 力 ； 抑 制性 较强 ， 岩屑 的 回收 率达到 了 9 2 ． 7 ％左右 ； AP I 滤 失量 为 5 ． 4 mL。 表 5 优 选配方无固相钻井液常规性能 2 ． 2 储层动态损害评价 根 据 葡萄花 油层渗 透率 大小选 择储层 损 害评价 实验 岩心 ， 用 无 固相 钻井 液 对 9块低 渗 天 然 岩心 进 表 6 无固相钻 井液的储层动态伤害评价实验 注 P1 、 P2分 别 为 损 害 前 后 的 油 相 驱 替 压 力 ， F ’L 为 动 态 滤 失 量 ， D为渗透率恢复值 。 由表 6可知 ， 该钻井液的岩心渗透率恢复值基 本 都 达到 了 9 0 以上 ， 且 损 害 后 的突 破 压力 较 低 ， 同时损 害后 的驱替 压 力 变化 较 小 ， 说 明无 固相 钻井 液对储 层产 生 的损 害小 ， 基本 没有对储 层产 生水敏 、 水 锁 和贾敏 效应等储 层 伤害 。 3 结论 及 认 识 1 ． 研 制 的新 型无 固相 钻井 液 具有 较好 的性 能 ， 抑制 性强 ， 滤失量 小 于 6 mL， 解决 了无 固相 钻 井 液 滤失量大的难题 ， 而且该钻井液与储层岩石及流体 的配伍性好 ， 有效地减小了水敏、 水锁和贾敏效应， 低渗岩心动态损害渗透率恢复值达 9 O 以上 。 2 ． 研 制 的新 型 无 固 相 钻 井 液 对 大 庆 外 围 “ 三 低 ” 油 田具有 较好 的应 用前景 。 参 考 文 献 E l i An s a r i A，Y a d a v K，e t a 1 ．D i v e r s e Ap p l i c a t i o n o f U ni qu e Hi gh pe r { or ma n c e W a t e r Ba s e d M ud Te e hn o l o g y i n t h e Mi d d l e E a s t R] ． S P E 9 7 3 1 4 ， 2 0 0 5 [ 2 ] 曹胜利 ， 景 暖， 刘宝双．国外无侵 害钻井液技 术[ J ] ． 钻 井液与完井液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 3 6 2 6 5 [ 3 ] 樊世忠 ， 鄢捷 年 ， 周大晨．钻井 液完井液及保护 油气 层 技术 [ M] ．东营 中国石油大学出版社 ， 1 9 9 6 2 5 3 2 收稿 日期 2 0 0 9 一 O 1 2 5 ； HGF 0 9 0 3 W2 ； 编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m