复合缓释型钻井液滤饼清除剂的研究与应用.pdf

第 2 8卷 第 4期 2 0 1 1 年 7月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D CoM PLETI ON FLUI D V0 1 ． 28 NO ． 4 J ul y 2 011 文章编号 1 o o 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 4 0 0 3 2 0 4 复合缓释型钻井液滤饼清除剂的研究与应用 袁萍， 谢葵， 马巍， 黄一汉， 沈飞 江苏油 田分公 司石油T程技术研究院 ，江 苏扬州 摘要 复合缓释型钻井液湾饼清除剂是由一系列可以产生羟基 自由基的不同链长的皖基和芳香基的 戎 有机 物与无机 物、助 剂复配而成 的。该钻井液滤饼清除剂在温度 3 0 ～1 8 0℃范围内钻井液滤拜清除率达到 9 0 ． 3 8 ％～ 1 0 0 ％ ； 5 0 o C时对高黏度聚 分物降解率达到 9 7 ． 3 0 ％ 以上 ； 对抑制 性型 、硅 基型 、复 合金禹离子型 、环境 无害化等类型钻井液滤饼清除率达到 9 5 ． 7 9 ％ 以上，岩心渗透率恢复值达到 了9 4 3 ％，在油水井解堵改造童1} 1 中， 增产增注效果显著。 关键词 钻井液 ； 滤饼 ；氧化剂 ；清除 中图分类 号 T E 2 5 8 文献标识码 A 油 田开发中后期 ，对于地层压力下降较大的油 藏，在钻井过程 中钻井液易侵入储层 ，使储层近井 带受到损害 ，对于裂缝性储层或裸眼完井 的井 ，钻 井液侵入较深 ，储层损害更 为严重。钻井完成后如 何解除钻井液滤饼堵塞 、恢复储层渗流能力成 为关 键 问题 l 】 ～ 1 。南于一般钻井液滤饼清除剂氧化能力 不强 ，且存在选择性氧化分解等缺点 ，对现有钻井 液滤饼清除效果不理想 ，为此 ，需探索高效滤饼清 除方法 1 3 - 6 ] 。 选 用代号为 WJ 的复合缓释型高效钻井液滤饼 清除剂 ，进行常用钻井液滤饼清除实验 ，结果表明 ， 该滤饼清除剂具有 良好 的清除效果 ，在油水井解堵 改造应用中，增产增注效果显著 ，应用前景广阔。 1 复合缓释 型氧化剂的钻井液滤饼 清 除 机 理 由基的强氧化性 分解钻井液滤饼的聚合物 ，提高聚 合物 的分解效率。②缓释性 wJ 分子 『 l l 有小同链 长的烷基和芳香基 ，其 中短链 的烷基有机物存低温 下 能分解 羟基 { 由基 ，长链 的烷基有 机物 } l 温能分解出羟基 自由基，长链 的芳香基有机物存高 温下 能分解 羟 基 自南基 ，能满足较宽温 度范 2 0 ～2 0 0 下清除钻井液滤饼的需要 。⑧对聚合 物分解 的多样性。羟基 自 基与不同聚合物的反应 速率常数相差很小 ，当滤饼中含有不 聚合物时， 不会 现一种物质被降解而另一 一 种物质基本不变的 情况 ，这就克服了传统氧化刹对聚合物 选择性 氧 化分解等缺点 ，提 高了聚合物的分解效率。④增加 了聚合物亲水性。由于羟基 自}丰 I 基很小稳定 ．也容 易在高分子上连接羟基或把羟基氧化成羧基 。这样 也增加 r高分子聚合物的亲水性而更易被清除。 2 实验 研 究 ①强氧化性。wJ 是一种 能稳定分解 出羟基 自 南基的有机氧化剂，常温存储时较稳定，但遇到聚 2 1 实验配方的确定 合物和微量 的特定金属离子后 ，kq 身分解生成大量 2 ． 1 ． 1 基础配方优选 非常活泼的羟基自由基 --O H ，然后依靠羟基 白 将 wJ 与常规氧化剂 N a C 1 0、C 1 0 组成 l 5 组 基金项目 江苏油田重大科研专项 “ 高邮凹陷南部断裂带低渗特低渗油藏开采关键工艺技术研究” J S 1 0 0 5 0 第一作者简介 袁萍，工程师，2 0 0 6年毕业于石油大学 华东 石油工程专业，现在主要从事酸化研{ 芒 工怍 地址 江苏 吉扬州市 文汇西 路 I 号江 苏油 田工程 院压裂 酸化 室 ；邮政编码 2 2 5 0 0 9；电话 0 5 1 4 8 7 7 6 0 4 0 1 ／ 1 3 6 6 5 2 3 3 6 8 8； E ma i l y u a n p j o e c o ．c o m． c n ． ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8 卷 第4 期 袁萍等复合缓释型钻井液滤饼清除剂的研究与应用 3 3 基本配方 ，在 8 0℃水 浴下 ，对尺寸为 5 6 1 T I IT I 2 6 mm 的复合金属离子钻井液滤饼静态浸泡 2 h ，比较 不同配方的清除效果，结果如表 1 所示。 表 1 3种氧化剂不 同配方 的清 除效 果 配 方 票 配 方 0 ． 2 5 ％ W J 7 8 - 3 5 0 ． 5 ％ C1 02 3 ％HC1 6 0 ． 4 7 0 ． 5 ％W J 8 2 ．4 8 0 ． 5 ％ CI O2 l ％Na 0H 1 5 ． 2 5 1 ． 0 ％ W J 8 3 ． 2 7 0 ． 2 5 ％Na C1 0 6 8 ． 7 3 O ． 5 ％W j 3 ．0 ％HCl 7 8 ． 2 6 O ． 5 ％ Na C1 O 7 3 ． 8 1 0 ． 5 ％W J ．1 ％ Na OH 8 3 _ 3 9 1 ． 0 ％ Na Cl 0 7 5 ． 6 9 0．25％Cl O， 72． 5 6 0． 5 ％Na Cl 03 ％HC1 65． 5 0 0 ． 5 ％Cl 02 7 6 _ 3 8 0 ． 5 ％Na C1 01 ％Na OH 5 0 ． 9 5 1 ． 0 ％ C1 0， 77．90 由表 1 可以看出，单独使用氧化剂 WJ 、Na C 1 0 或 C 1 0， 时 ，随着其 浓度 的增加 ，滤饼清除率不 同 程度地提高 ，其 中 wJ 的效果最好 ；当氧化剂 中加 入酸时，滤饼清除率下降，加入碱时，除 wJ 的滤 饼清除率增加外 ，其它 2种氧化剂 的滤饼清除率下 降，说明碱与 WJ 强氧化剂的配伍性好 ，不影响其 清除滤饼的效果。因此采用 0 ．5 ％WJ 作为该体系的 基础 配方 。 2 ． 1 ． 2 清除剂配方确定 在滤饼清除剂 中添加表面活性剂 、螯合剂 ，不 仅能螯合滤饼中的金属离子，还能够降低清除剂 的表面 张力 ，增加 清除剂 的润湿性 、分 散性 、溶 解性 ，利于后期排出 l 5 ] 。根据滤饼组成 的特点 ，首 先 选取 浓度 为 0 ． 0 3 ％ 的 OT 、D T、S P 、T w 、B M 、 B H等 6种表 面活性剂加人 WJ中，考察其对钻井 液滤饼清除效果 的影 响，结果滤饼清除率都有不同 程度的提高，加入 O T的清除剂体系清除率最低， 为 8 4 ．6 6 ％，加入 B H的清除剂体系的清除率最高， 为 8 8 ． 4 3 ％，最终选取 O ． 5 ％WJ 0 ． 0 3 ％B H进行实验。 选取浓度为 0 ． 5 ％ 的 NM、S J 、J S S螯合剂来考察螯 合剂对体系清除效果的影响，结果表明加入 s J 螯 合剂的体系的清除率最高，为 9 3 ．8 9 ％。因此选取 0 ． 5 ％WJ 0 ． 0 3 ％B H 0 ． 3 ％S J 进行实验 。 添加渗透剂 ，可对滤饼起 到更好 的渗透作用 ， 从而达到快速高效清除滤饼的 目的。 在配方 0 ． 5 ％WJ 0 ． 0 3 ％B H O ． 3 ％S J中分 别加 人浓 度为 0 ． 0 2 ％ 的渗 透剂 J F C、OE P、H B S后 ，各配方对钻井液滤饼 的 清除率分别为 9 6 ． 4 7 ％、 9 7 ． 1 3 ％、 9 7 ． 9 6 ％。由此可知 ， 体系 中加 入不 同渗 透剂后 ，滤饼清 除率都在 9 5 ％ 以上 ，且 B HS效果最好 。确定 了复合缓释型氧化 剂清除剂最佳配方如下。 0 ． 5 ％ 复 合 缓 释 型 氧 化 剂 WJ 0 ．0 2 ％ 渗 透 剂 B HS 0 ． 0 3 ％表面活性剂 B H 0 ． 3 ％螯合剂 S J 2 ． 2 性能评价 2 ． 2 ． 1 热稳定性 在 3 0 、6 0 、8 0 、1 0 0 、1 4 0和 1 8 0 下，复合 缓释型氧化剂 wJ 对滤饼的清除率分别为 9 0 ． 3 8 ％、 9 5 ．4 2 ％、9 7 ． 3 5 ％、1 0 0 ％、1 0 0 ％、1 0 0 ％，结果表 明 随着温度的升高，滤饼清除率逐渐增加 ，6 0 后滤 饼清除率变化较小 ； 在 1 0 0 ～ 1 8 0℃的温度下 ，滤 饼可完全被清除。 2 ． 2 ． 2 降解性 钻井液滤液进入储层后 ，一般会对储层造成伤 害。测定钻井液滤饼清除剂体系的降解性能，可以 评价其解除钻井漏失滤液对储层造成伤害的能力， 实验结果见表 2 。 表 2 wJ氧化剂体 系的降解 性能 由表 2可知 ，、 v ． 『 氧化剂体系对 高黏度聚合物 降解率达到 9 7 ． 3 0 ％ 以上 ，能有效解除钻井漏失滤 液对地层造成 的伤害。 2 ． 2 ． 3 腐蚀性 按照 S Y／ T 5 2 7 3 --2 0 0 0标准将 N8 0试片固定在 旋转挂片装置上 ，浸于 3 ％WJ 清除液中进行旋转挂 片实验 ，控制试片水 中线速度为 0 ． 5 m／ s 左右 ，水 浴加热至 6 0 1 ℃进行 1 h 或 4 h的腐蚀实验， 结果见表 3 。从 表 3可看出 ，N8 0 钢挂 片在氧化剂 中 1 h的平均腐蚀速率为 0 ． 3 6 9 g ／ m ，腐蚀程度低 ； 经 4 h腐蚀实验后挂片增重 ，说 明在挂片上形成了 钝化膜 ，对挂片起到了保护作用 ，因此该氧化剂可 以直接用于现场作业 ，不需要添加缓蚀剂。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 l 1 年7月 表 3 wJ 钻 井液滤饼清除剂腐蚀性 实验 6 0 2 ． 3 与其它清除剂体系的滤饼清除效果比较 利用 Z N5 6型泥浆失水测定仪制作复合金属离 子钻井液滤饼 ，制作乐力为 0 ． 7 MP a ，压缩时间为 3 0 rai n ，将压制好的泥饼放人 8 0 下烘箱干燥 5 0 rai n后 ，进行不 同清除体系的滤饼清除对 比实验 ， 结果见表 4 。 表 4 不 同清 除剂体 系的滤饼清 除结 果 8 0℃ 配厅 清 实验现象 1 3 ． 1 6 少量滤饼脱落，表面变得平整致密 1 0 ． 5 6 滤饼基本无脱落， 表面变得平整致密 8 5 ． 6 7 火量滤饼脱落 8 8 ． 7 9 绝大部分滤饼脱落 9 7 ． 7 9 滤饼全部脱落 从 表 4可 以看 出，钻 井 液滤 饼 在 1 5 ％H C I 和 1 2 ％HC I 3 ％HF酸液中的清除率都在 1 5 ％ 以下 ，滤 饼少量或基本 没有脱落 ，滤饼表 面变得平整致密 ， 表 明酸 液与滤饼 中的聚合物发 生了交联反应 ，变 成 r 更大分子量的交联互穿聚合物 网络 ； 滤饼在 3 ％N a C l O、3 ％C 1 0 ， 和 3 ％WJ 酸液 中的清除率均在 8 5 ％ 以上 ，滤饼大量或全部脱落 ，表明它们能够破 坏滤饼结构，使滤饼变得松散脱落，其巾 wJ 体系 的清除率高达 9 7 ． 4 5 ％，高于其它 2种氧化剂。 2 ． 4 对 同类型钻井液滤饼的清除效果 使用 wJ 清除剂对抑制型 、硅基型 、复合金属 离子型 、环境无害化等类型钻井液滤饼进行 了清除 实验 ，结 果见表 5 。从表 5看 出，WJ 对 抑制性 等 多种不同类型的钻井液滤饼均有 良好 的清除效果 ， 能破坏滤饼结构 ，使滤饼变得松散脱落 ，清除率均 能达到 9 5 ． 7 9 ％ 以上。表 明该清除剂体系有很强 的 亲和力，易于附着在钻井液聚合物表面 渗入到聚 合物内部对聚合物进行氧化分解。 表 5 WJ 清除剂体 系对不同钻井液滤饼的清除结果 8 0 c 滤饼类 清除率 ／ ％ 实验现象 聚合物钻井液滤饼 9 7 ．4 2 滤饼全部脱落 抑制性型钻井液滤饼 9 5 ． 7 9 滤饼 全 脱落 硅綦钻井液滤饼 9 6 ． 7 0 滤饼 部脱落 复合金属离子钻井液滤饼 9 7 ． 7 9 滤饼伞 脱落 环境无害化钻井液滤饼 9 6 ． 6 5 滤饼仝部脱落 2 ． 5 钻 井液污染 岩心解堵 改造工 艺模拟实验 现场取 复合金属离子 钻井液 ．使川 J HMD f I 高温高 动态{ 6 { 害评价 试验仪对天然岩心进行动态 污染 ，南于钻升液滤饼被强氧化剂清除后 ， 地 处于悬浮或沉淀状态 ， 容易在流动 【 { l 堵塞油 孔道 ， 冉次伤害地层。[ 大 J 此 ，需采 酸溶解后排 f 采』 IJ 新型复合缓释型钻舛液滤饼清除剂体系对污染 心 进行解堵改造T艺模拟效果评价 ，实验结果 l 实验配方如下。 前置酸1 2 ％HC I 添加剂 主体酸有机多元酸 添J J Ⅱ 剂 4 0 。 呈 彗 。 1 0 0 钻 井 液 滤 饼 前 置 主 体 1 3％ N H C 1 1／ 污 染 清 除 剂 酸 ．／ ／ ／ 、 l 0 2 0 4 0 6 O 8 0 1 0 0 I 2 O 1 4 0 1 6 0 l 8 0 注入体积／ P V 罔 1 WJ 滤饼清除刹解堵改造 岂模拟史验效 由冈 1 可 以看f } J wJ 复合缓释型钻 液滤饼 清除剂体系能解除钻井液滤饼污染，岩心渗透率恢 复值达到了 9 4 ． 3 ％，再通过酸化改造后 ，岩心最终 渗透率提高 r 2 ． 3 3倍。 3 现 场应 用 3 ． 1 W2 9 2 低渗欠注井降压增注 赤岸油 田 W2 块 E 、 t 平均孔 隙度 为 1 8 - 3 ％，平 均渗透率为 9 ． 51 0 m ，属中孔低渗 、特低渗储 a w ，J 删 删 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 4期 袁萍等 复合缓释型钻井液滤饼 清除剂的研究与应用 3 5 层。从试油测压数据可知 ，该块地层压力系数仅为 O ． 3 8 ，地层能量较低。W2 ． 9 2井是该 区块 的一 口注 水井 ，投注初期 ，注水压力就高达 l 4 ． 5 MP a ，投注 之后注水量迅速下降，采取措施前已经处于注不进 的状态 ，注水压力为 2 0 MP a 。测试 吸水剖面 的资 料显示 ，该井主要 的吸水层位只有 2层 ，其 中有 6 层只吸少量的水，1 层基本不吸水，需采取降压增 注措施 。分析认为 ，除地层物性差是该井注不进水 的重要因素之外 ，钻井过程 中的钻井液污染也是该 井 注不进水 的重要原 因。因此 ，决定首先采用 WJ 钻井液滤饼清 除剂解除钻井过程 中的钻井液堵塞 ， 再进行酸化改造。施工后 ，该井初期注水压力下降 到 1 4 MP a ，注水量为 2 5 m ／ d ， 目前 ，注水压力稳 定在 1 6 MP a ，注水量为 2 0 i l l ／ d ，累计增注 2 1 0 9 ． 8 i n ，表明 wJ 清除剂体系与酸化相结合的措施对具 有钻井液污染的低渗欠注井可起到降压增注效果 。 3 ． 2 C2 2 A油井 解堵增 产 C 2 2 A油 井 是 C 2断 块 的 一 口试 油 井 ，采 用 1 2 7 弹、以 1 6 孔 ／ m孔密射孔后试油，无任何油气 显示，根据该井地质、钻井情况以及邻近井情况的 分析 ，认为该井储层在钻完井过程中受到伤害 ，决 定采 用 wJ 钻 井液滤 饼清 除剂 处理后 进行 酸化改 造。在对该井泵注钻井液滤饼清除剂 的过程 中，同 一 泵注排量下施工压力由最初的 2 4 MP a 下 降到 2 1 MP a ，表明 wJ 清除剂体 系解 除了钻井液堵塞 ，措 施后该井产油量为 6 ． 4 d 。 4 结论 与认 识 1 ． wJ 复合缓 释型钻井液滤饼清除剂具有强氧 化性、缓释性、对聚合物分解的多样性、能增加聚 合物的亲水性， 是一种较理想的钻井液滤饼清除剂。 2 ． wJ 复合缓释型钻井液滤饼清除剂在 3 0 ～ 1 8 0℃下 对钻井 液 滤饼 清除 率达 9 0 ． 3 8 ％～ 1 0 0 ％， 使用 温度范 围宽 ；在 5 0 时对高黏度 聚合物降解 率达 9 7 ． 3 0 ％ 以上 ，具有较好 的降解性 能 ； 可在钢 材表面形成钝化膜起到保护作用，可直接用于现场 作业。 3 ． 复合缓释型钻井液滤饼清除剂体系对滤饼的 清除效果较其它体系好，对抑制型、硅基型、复合 金属离子型 、环境无害化等类型钻井液滤饼清除率 达到 9 5 ． 7 9 ％ 以上 ，适合大多数钻井液类型。 4 ． 复合缓释 型钻 井液滤饼 清除剂体 系能解除 钻井液滤饼污染 ，污染岩心的渗透率恢复值达到 了 9 4 ． 3 ％，再通过酸化改造后 ，岩心最终渗透率提高 2 - 3 3 倍 。 5 ． 复合缓释型钻井液滤饼清除剂体系在现场油 水井都得到了成功的应用，效果显著。 参 考 文 献 李克向 ． 保护油气层钻井完井技术技术 [ M] ． 北京 石 油上业出版社 ，1 9 9 4 ． 彭志刚，冯茜，杨景辉，等 ． 一种清除钻井液滤饼的新 技术 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 9 ，2 6 5 2 2 ． 2 3 ． 岳前升，向兴金，舒福昌，等 ． 水平井裸眼完井条件 下的油基钻井液滤饼解除技术 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 5 ，2 2 3 3 2 3 3 ． 李颖颖，徐同台，王海良 ． 水平井及多分支井钻井液滤 饼的生物酶清除技术 [ J ] ． 钻井液与完井液， 2 0 1 0 ， 2 7 2 74 77． 魏茂伟 ，薛玉志，李公让，等 ． 水锁解除技术研究进展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 6 6 5 6 8 ． 杨倩云，郭保雨 ． 生物酶可解堵钻井液降解动力学模型 研究 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 7 ，2 4 1 1 5 1 6 ． Gon z fi l e z G ，Ne v e s G B M ， Sa r ai va SM ，e t a1 ．El e c tro k i n e t i c c h a r a c t e r i z a t i o n o f a s p h a l t e n e s a n d t h e a s p h a l t e n e s r e s i n s i me r a c t i o n [ J ] ． E n e r g y F u e l s ，2 0 0 3 ，1 7 4 8 7 9 ． 8 8 6 ． 收稿 日期2 0 1 1 3 - 5 ；HG F 1 1 0 4 M5 ；编辑马倩芸 Ⅲ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m