无黏土低密度全油基钻井完井液的研究.pdf

第 2 7卷 第 2期 2 0 1 0年 3月 钻井液与完井液 DRI LLI NG F LUI D COM PLET1 0N FLUI D 、 ， o 1 ． 27 No． 2 M a r ．201 0 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 0 0 2 0 0 0 6 0 4 无黏土低密度全油基钻井完井液的研究 蓝强 ， 李公让 ， 张敬辉 ， 薛玉志 1 ． 胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营 ； 2 ． 中国石油大学 华东 ，山东青岛 摘要针对油包水钻井液中存在乳化水滴，会导致低压低渗储层发生较为严重的水锁损害的问题，以生物毒 性和密度都较低的5 白油为基油，通过对主要处理剂，如增黏剂、表面活性剂、碳酸钙、氧化钙、降滤失剂等进 行优选，研制出了一套无黏土全油基低密度钻井完井液。性能评价结果表明，该全油基钻井液密度低，黏度可控， 切力适中，滤失量低，破乳电压大干2 0 0 0 V； 具有电稳定性好、抗温性强、在高温下的乳化效果好等特点 ； 抗水 侵污限为 2 0 ％，抗盐 Na C 1 侵污限为 8 ． 0 ％，抗土侵污限为 2 0 ． 0 ％ ； 且滤液全为油，有利于储层保护。 关键词 全油基钻井液 ； 低密度钻井液 ； 无黏土钻井液 ； 钻井液配方 ； 防止地层损害 ； 低压低渗储藏 中图分类号T E 2 5 4 - 3 T E 2 5 8 文献标识码A 国内外诸多的大油 田都进入了后期开发 阶段 ， 一 些低压低渗油藏相继投入开发。这些油藏的勘探 开发难度大，对钻井液密度要求高。为了防止钻井 液漏失 以及保护油气层 ，经常需要钻井液的密度低 于 1 ． 0 g ／ c m 。目前满足这一需要的体系都是以气体 、 油相为密度减轻剂 [1 ] 。充气钻井液或泡沫钻井液 由于其存在诸多不足， 并具有可压缩性，脉冲信号 衰减严重，钻水平井、大位移井需要使用 MWD时 限制 了其使用 [5 - 1 0 1 e在低压低渗储层 中，常规油基 钻井液 中或多或少含乳化水 ，乳化水滴的存在会导 致储层发生较为严重的水锁。 2 0 0 8 年 ， 舒福昌等人 ⋯ 研究出一种新型全油基钻井液体系，但该体系含有 机土， 有机土的存在会使低渗储层的污染更为严重。 研制出了新型无黏土低密度全油基钻井液体系。该 体系性能稳定 、滤失量低、抗温l 生 强 ，且具有突出 的储层保护性能，因此该体系的开发将对低压低渗 储层的勘探开发起到很大的促进作用。 1 处理剂 的优 选 新型无黏土低密度全油基钻井液 的配方是在对 各种组分进行优化组合的基础上形成的，各种处理 剂的优选均以上一个处理剂优选出后形成的配方为 基浆。配方优化设计的基本原则是 能满足地质 、 钻井工程和保护油气层对钻井液各项性能指标的要 求 ，特别是在钻遇油气层时 ，则应严格控制滤失量 ， 并且不宜使用亲油性很强的表面活性剂 ； 原料来源 比较容易 ，且成本较低。 1 ． 1 基 油 以白油作为基油。为尽量降低基液的密度 ，从 5 白油 密度 为 0 ． 8 3 g ／ mL 、7 白油 密度为 0 ． 8 7 g ／ mL 、1 5 白油 密度为 0 ． 8 9 g／ mL 中选择 5 白 油为基油 。 1 ． 2 油品增黏剂 在 4 0 0 mL 5 白油中分别加入不同量的 R Z一 5和 OS W- 1 ，在 7 5℃下考察其对基油黏度 的影响，结 果见表 l 。由表 1 可以看 出，随着增黏剂加量的增 加 ，基油 的黏度 均迅速 增加，但 OS W- 1的增 幅要 远高于R Z ． 5 ，且当其加量达到 O ．9 ％时，表观黏度 迅速增加至 8 0 mP a S 。黏度增大 ，有利 于提高钻 基金项目 国家重大办项 目 “ 低渗油气田高效开发钻井技术”课题 “ 低渗透储层保护技术研究” 2 0 0 8 Z X 0 5 0 2 2 ． 0 0 4 部 分研 究内容。 第一作者简介 蓝强，工程师，1 9 7 8年生，2 0 0 7年博士毕业于山东大学物理化学专业，现主要从事钻井液处理剂研制 及现场应用研究。地址 山东省东营市北一路 8 2 7号钻井工艺研究院化学所 ； 邮政编码2 5 7 0 1 7； 电话 1 3 8 5 4 6 5 8 9 0 1； E ma i l ml a n q i a n g y a h o o ． c o m．c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 2期 蓝强等 无黏 土低 密度全油基钻井完井液的研 究 7 井液携 岩 屑能力 ，因此选 用 OS W- 1 作 为增 黏剂。 为了提高钻井液的悬浮携岩能力，需要在体系中辅 以增稠剂。通过优选，选用了Z C J 一 1 油品增稠剂。 通过 比较 ，确定 OS W- 1 加量为 0 ． 5 ％，油 品增稠剂 Z C J 一 1的加量为 2 ． 5 ％ 表 1 R Z 一 5 、O S W- 1 加量对基 油黏 度的影响 ．s { P Vf Y P{ oS 一 、 f PV f Y p| ％ mP a S Pa ％ m P a S P a 0 ． 1 0 ． 5 1 ． 5 0， l l ， 5 2． 0 O- 3 3． 8 3． 0 0- 3 4． 6 5． 9 0．4 5． 2 5- 3 0．4 1 0． 5 7． 0 O． 5 1 2．4 7． 1 0． 5 l 2 ． 6 6．4 0 ． 8 1 8 ． 2 1 0 ． 3 0 ． 8 2 5 ． 6 1 6 ．9 O ． 9 2 1 ． 2 1 5 ． 6 0 ． 9 5 4 ． 6 2 5 ． 4 1 ． 3表面 活性剂 在 7 5 条件 下，不 同表面活性剂对油基钻井 液流 变性 能 的影 响见表 2 。从表 2可 以看 出，含 十二烷基苯磺酸钠的钻井液黏度较大，有利于钻井 液有效地携带岩屑 ，而在几种表面活性剂 中，十二 烷基苯磺酸钠的动切力较大， 所以在下面的实验 中， 以其作为表面活性剂 ，且在后续 的抗水侵实验中也 发现 ，该表面活性剂的乳化水 能力很强。表 2中油 基钻井液配方如下 。 1 4 0 0 mL 5 白油 2 ． 5 ％Z C J 一 1 0 ． 5 ％OS W． 1 0 ． 5 ％表面活性剂 表 2 不 同表面活性剂对 油基钻井液流变性能的影响 容易被油所润湿 ，而且具有酸溶性 ，可兼作保护油 气层的暂堵剂。在 7 5 cC 下，在以上优选出的油基 钻井液配方中加入 1 ％的不同碳酸钙，考察其对钻 井液流变性能 的影响 ，结果见表 3 。从表 3可以看 出， L D一 1 0 0 0 C为亲油性碳酸钙 ，含 L D ． 1 0 0 0 C的油 基钻井液黏度较大 ，利于钻井液有效地提携岩屑 ； L D． 1 1 0 0虽然 也能够提高钻井 液 的黏度 和动切力 ， 但它在基油中的分散性相对较差，只有在搅拌速度 高达 1 0 0 0 0 r ／ mi n 条件下搅拌 3 0 m i n 后，才能使其 在油基钻井 液 中较好地分 散。因此 ，L D ． I O 0 0 C更 容易在基油 中分散 ，而且在基油 中与增黏剂和增稠 剂协 同作用 ，形成一定 的空间网架结构。因此 ，优 选 L D一 1 0 0 0 C为最优碳酸钙。 表 3 不同类型碳酸钙对油基钻井液流变性能的影响 1 ． 5 氧 化钙 加量 以上述优选 出的油基钻井液配方为基浆 ，考察 C a O加量对该钻井液流变性能的影响，结果见表 4 。 从表 4可以看出 ，随着 C a O含量的增大 ，油基钻井 液的黏度和切力值变化幅度不大，而滤失量迅速增 大。因此 ，确定氧化钙加量为 0 ． 5 ％。 表 4 C a O含量对体系流变性能的影响 注 基浆配方为1 。 1 ． 6 降滤失剂 F LC 2 0 0 0 加量 1 ． 4 碳酸钙 对油基钻井液滤失量的要求 ，不仅是数量 的多 碳 酸钙可以作 为低密度油基钻井液 密度小于 少 ，而更为重要 的是不 能含水 ，即滤液应全部为基 1 ．6 8 g ／ c m 的加重材料，它的优点是 比重晶石更 油。该实验选用 F L C 2 0 0 0 双亲性胶束聚合物为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 0年 3月 降滤失剂，并对其降滤失性能进行了优化实验，结 果 见表 5 。从 表 5可 以看 出，随着 F L C 2 0 0 0含 量 的增 大，油基钻井 液的黏度和切力值变 化幅度不 大 ，而滤失量却减小 ； 当 F L C 2 0 0 0的加量超过 2 ． 0 ％ 时 ，钻井 液滤失量减小 的幅度并不大 ，因此确定 F L C 2 0 0 0用量为 2 ． 0 ％。 表 5 不同F L C 2 0 0 0加量对油基钻井液性能的影响 综上所述 ， 井液配方如下。 2 ． 2 抗盐侵能力 在 2 配方 的基础上 ，加入 1 0 ％ 的水 ，通过改 变 Na C 1 的加量 ，考察盐侵对该钻井液性能的影响 ， 结果见表 7 。由表 7 可 以看 出，老化前，随着盐侵 入量 的增大 ， 钻井液的切力和黏度基本呈增大趋势 ， A P I 滤失量变化不大，且滤失量都比较小，当N a C 1 加量达到 1 0 ％后 ，钻井液 的黏度增加较大 ，且滤 失量增加至 8 ． 9 mL，而破乳电压逐渐降低 ，盐侵入 量达到 1 0 ％ 后 ，其破乳电压仍不低于 2 1 0 V ； 当在 1 2 0℃老化 1 6 h后 ，钻井液的黏度 、切力都随之有 所升高，在N a C 1 含量小于 8 ．0 ％时，钻井液的性能 变化缓慢，但当其含量增加到 1 0 ．0 ％时，体系性能 急剧恶化，破乳电压也降低至2 5 6 V。因此，该无 黏土低密度全油基钻井液最高抗盐为 1 0 ％。 获得最终的无黏土低密度全油基钻 表7 N a C 1 加量对无黏土低密度全油基钻井液眭能的影响 2 5 白油 2 ． 5 ％ZC J ． 1 0 ． 5 ％OS W． 1 0 ． 5 ％ 十 二 烷 基 苯 磺 酸 钠 I ％ L D ． I O 0 0 C 0 ． 5 ％C a O 2． 0 ％FLC2 0 0 0 2 钻井液的性能评价 2 ． 1 抗水侵能力 在 2 配方的基础上 ，加入不同含量的水 ，考察 该钻井液的性能变化 ，结果见表 6 。 表 6 含水量对无黏土低密度全油基钻井液-陛能的影响 由表 6可以看出，随着水侵入量 的增大 ，钻井 液 的切力和黏度基本呈增大趋势 ，AP I 滤失量虽略 有增大但仍 比较小 ； 而破乳 电压逐渐降低 ，且降低 幅度较大 ，但 当水侵入量 为 2 0 ％ 时，其破乳 电压 仍大于 4 0 0 V，说明该钻井液具有 良好 的抗水污染 性能。 0 2 0 8 ． 0 2 ． 5 ／ 2 ． 8 2 ．0 1 2 5 4 0 ． 5 2 3 6 - 2 3 ．0 ／ 3 ． 5 2 ．4 9 8 5 1 ． 0 21 7． 0 2 ． 9／ 3． 8 2．6 78 6 l 20 、 2．0 20 1 1 ． 5 3． 1 ／ 4． 1 4．4 8 90 1 6 h 5 ．0 2 6 ． 4 6 ． 2 3 ． 4 ／ 4 ． 9 5 ． 9 4 3 2 8 ． 0 2 3． 9 1 2． 9 4． 6 ／ 5． 9 8． 9 38 4 l 0 ． 0 3 5 ． 8 1 7 ． 4 9 ． 9 ／ 1 2 ． 2 1 2 ． 3 2 5 6 2 ． 3 抗土污染能力 以钠膨润土作为土污染实验的研究对象，检 测了土含量对无黏土低密度全油基钻井液性能的影 响，结果见表 8 。从表 8可 以看出，随着膨润土加 量的增大 ，钻井液的黏度小 幅度增加 ，AP I 滤失量 略有减小，切力值变化不大，直到土含量达到 3 0 ％ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 7卷 第 2期 蓝强等 无黏土低 密度全油基钻井完井液的研究 9 后 ，钻井液的黏度 才出现较大幅度变化 。因此 ，该 钻井液抗土污染性能好 ， 其膨润土侵污限为 2 0 ．O ％。 从黏附系数和 E P极压润滑值可以看出，该钻井液 的润滑性能极佳 ，黏附系数在土含量达到 3 0 ％ 时才 开始 出现读数 ，E P极压值也表 明该钻井液的极压 润滑性能液非常优 良，要 比含有亲油胶体和有机土 的钻井液体系 E ． P值约为 5 ～6 的性能好得多。 表 8 土含量对无黏土低密度全油基钻井液性能的影响 恢复值分别为 9 9 ． 6 ％ 和 8 5 ． 0 ％。由此可知 ，全油基 钻井液的储层保护效果最好 ，基本无污染 ，而常规 油基钻井液 由于含有一定 的亲油胶体 、有机黏土和 少量水， 对岩心孔隙产生一定堵塞， 存在一定污染。 3结论 和 建议 1 ． 研制 出一种无黏土低密度全油基钻井液，该 钻井液的密度低 、黏度可控制 、切力适 中、滤失量 很低 、破乳 电压大 于 2 0 0 0 V，且滤液全为油 ，有 利于储层保护。 2 ． 无黏土低密度全油基钻井液具有抗水 、土 、 盐污染性能强 、高温稳定性好 、润滑性能极佳 、页 岩抑制能力强、储层保护性能突出等特点。其中， 抗水 侵污 限为 2 0 ％，抗盐 Na C1 侵污 限为 1 0 ％， 抗土侵污限为 2 0 ％。 3 ． 建议继续寻找密度更低 的油相 ，以便拓宽该 无黏土低密度全油基钻井液体系的应用范 围。 2 ． 4 抑制性能 [ ] 采用滚动 回收法考察 了全油基无黏土钻井液和 常规油基钻井液 油包水 、含 3 ． 0 ％ 有机土的抑制 性能。实验采用粒径为 3 ． 0 ～5 ． 0 mm 的东营组 和沙 河街组易坍塌地层 的岩屑 。该岩屑在清水 中的回收 率仅为 1 5 ． 0 ％。在 1 2 0℃下滚动 1 6 h后 ，全油基无 黏土钻井液和常规油基钻井 液的滚动回收率分别为 9 9 ． 5 ％ 和 8 7 ． 6 ％。这充分证 明了全 油基无黏土钻井 液具有非常优 良的页岩抑制性 能，能够最大程度地 稳定井壁。 2 ． 5 储层保护性能 考察无黏土全油基钻井液的油气层保护效果的 重要指标是渗透率恢复值。实验采用低孔、低渗岩 心。岩心取 自鄂尔多斯油 田 孔 隙度为 3 ． O ％～5 ． 0 ％； 气测渗 透率为 3 x 1 0 ～ ～ 1 0 x 1 0 。 g m 。将这些 天然 岩心洗油后干燥并抽空饱和 ， 测定岩心油相渗透率 ； 然后在 9 0 ℃、3 ．5 MP a 条件下污染 6 h ，测定污染 后岩心油相渗透率，并计算岩心渗透率恢复值。无 黏土全油基钻井液 、常规油基钻井液 的岩心渗透率 参 考 文 献 舒福昌， 岳前升，黄红玺，等 ． 新型无水全油基钻井液 [ J ] ． 断块油气田， 2 0 0 8 ， 1 5 3 1 0 3 1 0 4 ． [ 2 ] 罗立公， 关增臣，苏常明， 等 ． 油基钻井液在特殊钻井 中的应用 [ J ] ． 钻采工艺 ， 1 9 9 7 ， 2 0 3 7 1 7 4 ． [ 3 ] 向瑜章 ． 零滤失油基泥浆 [ J 1 ． 国外油田工程， 2 0 0 3 ，1 9 6 2 1 2 2 ． [ 4 ] 刘党生， 金亮 ． 油基钻井液工艺提高了复杂深井钻进效 果 [ J ] ． 石油钻探技术 ， 1 9 8 5 ，1 4 增刊 9 7 1 0 8 ． 【 5 ] 彭放 ． 低毒油基钻井液在南海西部的应用 [ J ] ． 钻井液与 完井液 ， 1 9 9 6 ， 1 3 6 2 8 3 2 ． [ 6 ] Me l t o n H R， S mi t h J P， Ma i r s H L， e t a 1 ． E n v i r o n me n t a l a s p e c t s o f t h e u s e a n d d i s p o s a l o f n o n a q u e o u s d r i l l i n g F L u i d s a s s o c i a t e d wi t h o f f s h o r e o i l a n d g a s o p e r a t i o n s[ R ] ． S PE 8 6 6 9 6 ，2 0 0 4 ． [ 7 ] Va n s l y k e ，D o n a l d C ． Wh i t e mi n e r a l o i l b a s e d d r i l l i n g F L u i d[ P ] ． US S 3 3 3 6 9 8 ， 1 9 9 4 ． [ 8 ] 赵迎秋 ． 抗高温油基钻井液实验研究 [ D] ． 东营 中国 石 油大 学 华东 ， 2 0 0 6 ． [ 9 ] P a t e l ，Ar v i n d D．Oi 1 - 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