无土相油基钻井液的研究与应用.pdf

第 3 1 卷 第 6期 2 0 1 4年1 1 月 钴井液与 完井液 DRI L LI NG F L UI D C0MP LE TI ON F L UI D Vo 1 ． 31 No． 6 No v ．201 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 6 ． 0 0 6 无土相油基钻井液的研究与应用 吴满祥 L 2 ， 刘伟 ， 牟杨琼杰 ， 王京光 L ， 赵海锋 ， 王勇强 2 1 ． 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 ； 2 ． 川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，西安 3 ． 川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，西安 吴满祥等 ． 无土相油基钻井液的研究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 6 2 1 ． 2 3 ． 摘要为解决无土相油基钻井液电稳定性差、油水极易分层的问题，研发出一种兼具润湿作用的新型复合型乳化 剂 G3 2 6 ． HE M，该剂以由高分子量脂肪酸、有机伯胺为主要原料合成的脂肪酸酰胺作主剂，该主剂具有亲油及亲水2 个基 团，可以在油水界面形成具有一定黏弹性的界面膜 ，显著降低界面张力 ； 辅助增效剂为优选出的天然植物脂肪酸， 可与体系中过量的石灰反应，生成的产物可在油水界面锲行排列，配合主剂形成油包水乳状液。以G 3 2 6 ． H E M 为乳化 剂配制的无土相油基钻井液性能稳定，抗温可达 1 8 O℃，密度可达 2 ． 5 0 g ／ c m ，可抗 1 0 ％N a C I 盐水或 1 5 ％ 岩屑的污染， 乳化稳定性好，用矿物油或合成油均可配制。在 Z T - 2 1井获得 了成功应用，解决 了以往含土相油基钻井液在高密度条 件下暴露出的流变性差、起下钻不畅、易发生压差卡钻、易诱发井漏等难题。指出，无土相油基钻井液由于当量循环 密度低，在高密度条件下相对于含土相油基钻井液更具优势，尤其在高压易漏地层具有更好的应用效果。 关键词 乳化剂 ； 无土相油基钻井液 ；高密度钻井液 ； 稳定性 ；当量循环密度 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 40 6 0 0 2 1 ． 0 3 目前在开发页岩气及非常规气藏的过程中使用 的 油基钻井液均为含土相油基钻井液 ，采用有机土作为 增黏剂 ，悬浮重晶石。而在实际应用过程中含土相体 系在高密度条件下流变性差，使起下钻不畅，易引发 压差卡钻等井下复杂事故 ； 由于低固相含量高，当量 循环密度高，易诱发井漏 ； 钻遇塑性泥岩时机械钻速 低。因此研究出了一种无土相油基钻井液体系。与常 规 的含土相油基钻井液相 比，新型无土相油基钻井液 除具有抑制性强 、润滑性好 的特点之外 ，还具有流变 性好、相同条件下当量循环密度低、利于提高机械钻 速等突出特性 。该无土相油基钻井液只需要很小的驱 动力 ，即可破坏其形成 的空间结构 ，因此解决 了高密 度含土相钻井液因结构强度太大而造成憋泵 、开泵泵 压过高、当量循环密度过大而易诱发井漏的问题 [1 -5 1 。 1 配方 的研 究与评价 1 ． 1 无土相油基钻井液配方的开发 常规油基钻井液体 系中如果不加入有机土 ，均出 现破乳电压大幅降低、加重材料大量沉淀的现象，即 使大幅增大乳化剂加量依然不能解决问题。为解决无 土相油基钻井液 电稳定性差 、油水极易分层 的问题 ， 研发出一种复合型乳化剂 G 3 2 6 ． H E M。该乳化剂以由 大分子脂肪酸、有机伯胺为主要原料合成得到的产物 脂肪酸酰胺为主剂。 该 主剂具有亲油及亲水 2 个基 团， 可以存在于油水界面上，形成具有一定黏弹性的界面 膜，显著降低界面张力。乳化剂 G 3 2 6 一 H E M 以优选 出的天然植物脂肪酸作为辅助增效剂，他可与体系中 过量的石灰反应 ， 生成的产物可在油水界面锲行排列 ， 形 成油包水乳状液 。乳化剂 G3 2 6 一 H E M 同时具有润 湿作 用。以复合 型乳化剂 G3 2 6 ． HE M 为核心 ，使用 油溶性聚合物代替有机土， 提高钻井液的黏度和切力， 构建了无土相油基钻井液体系，体系不需要额外的润 湿剂 ，并有别于必须同时添加主乳化剂和副乳化剂的 常规油基钻井液。 在高密度条件下油水 比对 钻井液 的性能影 响较 大，尤其是流变性能。在密度一定时，随着油水比的 降低、水相含量的升高，会导致破乳电压降低，黏度 基金项目 中石油集团公司科技项目 “ 西部大庆建设长庆钻完井整体提速及压裂一体化技术研究与现场试验” 2 0 1 3 T - 0 1 0 5 - 0 0 1 。 第一作者简介 吴满祥， 工程师， 1 9 8 1 年生， 2 0 0 4年毕业于西南石油学院应用化学专业， 现从事钻井液完井液方面工作。地址 陕西省西安市兴隆园小区 ；邮政编码 7 1 0 0 2 1；电话 0 2 98 6 5 9 4 9 3 5 ／ 1 3 5 7 2 2 5 8 5 3 5； E - ma i l g c y w mx 1 6 3 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钴井液与 完井 液 2 0 1 4年 l 1月 和切力及滤失量上升 。因此随着密度升高 ，应适 当增 加连续相含量 ， 调高油水 比。在密度为 2 ． 1 0 g ／ c m 时 ， 油基钻井液适宜的油水 比为 8 5 ／ 1 5 ～9 0 ／ 1 0 。所以最终 形成的无土相油基钻井液配方如下。 基 础 油 3 ％G3 2 6 。 HE M 乳 化 剂 2 0 ％C a C 1 ， 盐 水 1 ．8 ％C a O H ， 2 ．0 ％G 3 2 8 降滤失剂 0 ．4 5 ％V I S L M 主提黏提切剂 0 ． 8 ％ VI S S M 辅提黏提切剂 重 晶石 ，油水 比为 8 5 1 5 1 ． 2 无土相油基钻井液的性能评价 l - 2 ． 1 抗温性能 温度对无土相油基钻井液的流变性能影响较大 图 1 ，随着温度的升高，钻井液的流变性先降低然 后上升 ，在 2 0 0℃热滚 1 6 h后钻井液稠化 ； 随着温 度的升高，钻井液的破乳电压降低，但在 2 0 0 ℃热滚 1 6 h后钻井液的破乳 电压仍能达到 8 0 0 V。由图 l 可 以看 出，该无土相油基钻井液抗温可达 l 8 0℃。 c 口 鸯 明显，说明盐的加入降低了体系的电稳定性，但体系 的破乳 电压仍能满足实际需要 ，体系整体稳定 ，因此 该钻井液具有较强 的抗盐水污染性能。 由表 2 还可知 ， 加入岩屑前后的钻井液性能相差不大，表明该无土相 油基钻井液可抗 1 5 ％ 岩屑的污染。 表 2 无土相油基钻井液抗盐水或岩屑污染的性能 注 热滚 条件为 1 5 0℃ 、1 6 h ，盐水为 1 0 ％Na C 1 。 1 ． 2 ． 4 在不同基础油中的性能 测试 了不同基础油配制的钻井液性能 ，结果见表 3 。由表 3可知 ，在相 同密 度 、相 同油水 比条 件下 ， 基础油选择气质油 、柴油或白油时 ，使用 G3 2 6 ． HE M 配制的无土相钻井液乳化性能均 良好 ，用柴油和 白油 配制的钻井液乳化性能和降滤失性能均优于气质油。 ℃ 图 1 无土相油基钻井液在不同温度下热滚 1 6 h后的性能 表 3 不同基础油配制的油基钻井液乳化性能和降滤失性能 1 ． 2 ． 2 加重性能 由表 1 的实验结果可知，在相同油水比条件下， 随着钻井液密度的升高，钻井液的破乳电压升高，高 温高压滤失量降低 ； 在油水比为 9 0 ／ 1 0 的条件下，无 土相油基钻井液体系密度可达 2 ． 5 0 g ／ c m 。 表 1 无土相油基钻井液的加重性能 根p | E S ／P v | Y P | F L ∞ P 1 5 0 、 2 4 h ／ 比 c n l 3 V m P a S P a m L c m 注 F L H T H 的测定条件为 1 5 0℃、3 ． 5 MP a 。 1 ． 2 ． 3 抗污染性能 无土相油基钻井液抗盐水和岩屑污染的性能如表 2 所示。由表 2可知，加入 1 0 ％ N a C 1 盐水后，钻井 液的流变性能变化不大，热滚后的破乳电压下降较为 注 F L H T H P 的测定条件为 1 5 0℃、3 ． 5 MP a 。 1 ． 3 无土相与含土相性能对比 对 比测试了相同密度及相同油水 比条件下的无土 相 1 与含土相油基钻井液 2 的性能 ， 结果见表 4 。 由表 4可知 ，在相 同密度及相同油水 比条件下 ，无土 相油基钻井液的动切力、静切力、塑性黏度均小于含 土相油基钻井液。实验配方如下 。 1 S a r a l i n e 1 8 5 V 3 ％G3 2 6 一 HE M 2 0 ％C a C 1 ， 盐水 2 ． 0 ％C a O H 2 2 ％G3 2 8 0 ． 4 5 ％VI S L M 0 ． 7 5 ％ VI S S M重晶石 2 气质油 S a r a l i n e 1 8 5 V 3 ％G 3 2 6 一 H E M 2 ． O ％ 有 机 土 G3 3 0 2 0 ％C a C 1 ， 盐水 2 ％C a oH ， 2 ％ G3 2 8 0 ． 5 ％提黏剂 HR P 1 ． 5 ％ 提切剂 V E R S A MO D B a S O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l卷 第 6期 吴满祥等 无土相 油基钻井液的研 究与应用 2 3 表 4 无土相与含土相油基钻井液的流变性能 2现 场应 用 在 四川壳牌梓潼项 目Z T - 2 1 探井 西1 6 5 ． 1 ml T l 井 眼 3 9 2 9 ～4 7 3 0 m井段成功使用无土相油基钻井液 ， 用时 4 7 d 。该井三开上部井段 3 5 6 9 ～3 9 2 9 m 使 用含 土相油基钻 井液 ，钻 至井深 3 8 8 3 m 处发生 溢 流， 关井套管压力为 2 1 MP a ， 溢流 1 ．2 m 。循环除气， 套管压力最高达 3 4 MP a ， 逐渐降至 9 ．4 MP a ，控压钻 进至 3 9 2 9 m。在 3 8 8 3 ～3 9 2 9 m井段共漏失 2 2 4 m3 油基钻井液，处理复杂 1 3 d ，大幅度增加了钻井液成 本。采用高浓度随钻堵漏油基钻井液进行堵漏后 ，将 体系置换 为无土相油基钻井液。 将无土相油基钻井液密度逐步提高到 2 ． 2 3 g ／ c m ， 最高达 2 ． 2 6 g ／ c m3 。由于地质预计须三段可能存在连 通雷 口坡组 的断层 ，雷 口坡组含有高浓度硫化氢 ，因 此钻至须 四段底部 3 9 5 0 m处 ，加入 1 2 k g ／ m 的 海绵铁，钻井液黏度维持在 5 0 ～9 0 s 。在钻进过程中 该流变性能稳定 ，剪切稀释性能强 ，有利于悬浮和携 砂，重晶石无沉降现象，保证井下安全、井眼清洁， 见图2 。该体系还表现出了良好的乳化稳定性，如图 2 所示。新浆的初始破乳电压高于 6 0 0 V，经过钻头 的剪切，其破乳电压上升到 1 0 0 0 V以上，后期即使 加人了海绵铁 ，体系依然保持较高的破乳电压 ，为顺 利钻穿高压易漏地层提供了技术保障。 在现场应用 中， 无土相油基钻井液密度最高达 2 ．2 6 g ／ c m ，钻井液流 变性良好，剪切稀释性能强，井眼清洁，在应用井段 仅漏失 2 5 I I l3 油基钻井液，节约了大量的基础油 ； 井 径规则，井壁稳定，钻井液携砂能力强，润滑性好， 施工工艺简单，现场维护容易，无需频繁处理。在 Z T - 2 1 井 的应用 表明，无土相油基钻井液在高密度条 件下相对于含土相油基钻井液更具优势 ，尤其是对于 高压易漏地层具有更好的应用效果。 图 2 Z T - 2 1 探井油基钻井液性能随井深的变化 3 结论 1 ．该无土相油基钻井液体系使用复合型乳化剂 G 3 2 6 一 H E M，解决了以往油基钻井液乳化剂产品必须 分为主乳化剂 、副乳化剂 的难题 ，并且其具有润湿功 能，体系无需再添加润湿剂。 2 ．该无土相油基钻井液抗 温可达 1 8 0 c IC，密度 可达 2 ． 5 O g ／ c I n 3 ，可抗 1 0 ％Na C 1 盐水 或 1 5 ％ 岩 屑的 污染 ，乳化稳定性好 ，用矿物油或合成油均可配制。 3 ．该无土相油基钻井液解决 了以往含土相油基 钻井液在高密度条件下暴露出的流变性差 、起下钻不 畅、易发生压差卡钻 、易诱发井漏等一系列难题 ，流 变性能较有土相体系低，有利于降低当量循环密度 ， 为高密度油基钻井液 的防漏提 出了新思路。 参 考 文 献 [ 1 ] 王中华 ． 国内外油基钻井液研究与应用进展 [ J ] ． 断块油气 田，2 0 1 1 ，1 8 4 5 3 3 ． 5 3 7 ． W a n g Z h o n g h u a ． Re s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n p r o g r e s s o f o i l b a s e d d r i l l i n g f l u i d a t h o me a n d a b r o a d [ J 】 ． Fa u l t f 0 c kO i l ＆ G a s F i e M ， 2 0 1 1 ， 1 8 4 5 3 3 ． 5 3 7 ． [ 2 ] 蓝强，李公让，张敬辉 ，等 ． 无黏土低密度全油基钻井 完井液的研究 [ J 】 ． 钻井液与完井液，2 0 1 0 ，2 7 2 6 - 9 ． L a n Qi a n g ，l i Go n g r a n g ，Z h a n g J i n g h u i ，e t a 1 ． S t u d y o n c l a y f r e e l o w d e n s i t y Wh o l e o i d b a s e d r i l l - i n fl u i d [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ， 2 0 1 0 ，2 7 2 6 - 9 ． [ 3 ]3 党庆功 ， 孙双， 贾辉 ． 油基钻井液用 C E T乳化剂的研制 [ J 】 ． 油 田化学 ，2 0 0 8 ，2 5 4 3 0 0 ． 3 0 1 ． Da n g Q i n g g o n g ，S u n S h u a n g ，J i a H u i ，e t a 1 ． E mu l s i fi e r C E T f o r u s e i n o i l b a s e d d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． O i [fie l d C h e mi s t r y ， 2 0 0 8 ，2 5 4 3 0 0 ． 3 0 1 ． [ 4 】 李春霞 ，黄进军，徐英 ． 一种新型高温稳定的油基钻井 液润湿反转剂 [ J ] ． 西南石油学院学报，2 0 0 2 5 2 1 ． 2 3 ． Li Chu n Xi a ， Hu a n g J i n J u n，Xu Yi n g ． A D e w h i g h t e mp e r a t u r e s t a b l e w e t t a b l l i t y r e v e r s a l a g e n t i n 0 i l b a s e mu d [ J J o u r n a l 0 fS o u t h w e s t P e t r o l e u mI n s t i t u t e , 2 0 0 2 5 2 1 - 2 3 ． 收稿 日期2 0 1 4 9 ． 2 6 ；HG F 1 4 0 6 W6 ；编辑汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m