深水表层动态压井钻井液增黏剂的研制.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 C0M PLETI ON FLUI D V0 1 ． 28 NO． 4 J ul y 2 011 文章 编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 1 0 4 0 0 0 1 0 3 深水表层动态压井钻井液增黏剂的研制 吴彬 ， 向兴金 ， 李 自立 ， 田荣剑 2 ， 李嗣贵 ， 刘科 1 ． 荆州市汉科新技术研究所，湖北荆州； 2 ． 中海油田服务股份有限公司油化事业部，河北燕郊 ； 3 ． 巾海石油研究总院，北京 摘要针对海洋深水表层钻井过程中钻井液用量大的技术特点，研制出了适用于动态压井钻井液 的增黏剂 Z VS ，并在此基础上构建 了深水表层动态压井钻井液体 系。室内研究表明，研制的增黏剂在基浆中预先钝化后不 起增黏作 用 ，可满足 动态压井钻 井液体 系基浆 的可泵送性 ；当与加入激 活剂的大量海水 混合 后 ，增黏剂迅速 发挥 增黏作用，能满足海洋深水钻井的需求 ； 构建的动态压井钻井液体系基浆具有良好的可泵送性，经海水稀释并激 活后，能满足 深水钻井的要求。 关键词 深水钻井 ； 表层钻进 ； 动态压井 ； 钻井液 ； 增黏剂 ；激活 中图分类号 T E 2 5 4 ． 4 文献标识码 A 随着在 中 国南海深水 水域 油气 资源勘探 的深 人 ，深水油气资源 的开发 已经逐步提上 日程。由于 深水海洋环境和浅部地层情况复杂 ，深水钻井技术 尤其是表层钻井技术 ，是深水钻井的关键技术 [ 1 - 6 ] 。 和浅海 相 比，在深水 环境 下 ，深水钻 井 的井 身结构复杂得多 ，因此表层井眼尺寸大 ，且在海洋 钻井 中需采用隔水管 ，隔水管内的钻井液体积至少 约 3 0 0 m ，再加上 平 台钻井 液 系统 ，因此需要 的 钻井液体积就要比同样地下深度 的陆地井需要 的钻 井液循环总量大得多 ； 且最初深水表层钻进采用 开路循环 ，所需钻井液用量更是大得多。因此 ，为 了满足现场钻井液用量的要求 ，同时考虑到海上深 水作业平台的限制，国外均采用动态压井作业方式 DK D ] ，这就需 要对动态压井 钻井液体系进行 研究 ，以满足动态压井钻井液高密度基浆 的可泵送 性及与大量海水混合后 的携砂性 。 1 动态压井钻井液增黏剂的研制 国外采用 的动态压井钻井液一般是首先配制能 够满足泵送要求 的高密度基浆 密度为 1 ． 9 2 g ／ c m ， 然后通过大量海水稀释后降低钻井液密度 室内研 究 密度变化范 围为 1 ． 9 2 1 ． 3 2 g ／ c m ，直接泵送入 井满足钻进要求 。表 1 给出了高密度基浆稀释到不 同密度后所需的海水量。 表 1 基浆稀释至不 同密度的稀释倍数 从表 1 可以看 出，钻井液密度从 1 ． 9 2 g ／ c m 下 降到 1 ． 3 2 g ／ c m 需 要将基浆稀 释 2 ， 8 7 5倍 ， 此 为 满足基浆能够泵送 以及稀释后 的钻井液满足钻进要 求 ，增黏剂的研制是关键。 室内研究采用含有羧基的不饱和脂肪酸 、不饱 和脂肪酸酯和疏水性不饱和脂肪酸碳链烷基酯为单 体 ，非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂为乳化 基金项 目 国家高技术研究发展计划 8 6 3计划 项 目课题 2 0 0 7 A A0 9 A1 0 3 0 2 o 第一作者简介 吴彬，1 9 7 3年生， 2 0 0 2年获中国石油大学油气井工程博士学位，长期从事钻井液、完井液技术研究工作。 地址 湖北荆州玉桥开发区月堤路 3 9号 ； 邮政编码4 3 4 0 0 0； E ma i l w u b i n 7 3 1 6 3 ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 1 年 7月 剂 ，选择适 当的聚合助剂，以水为连续介质 ，通过 乳液聚合合成 了满足动态 井钻井液需求的增黏剂 Z VS ，该增黏剂存加入一定量 的钝化剂后不起增稠 作用 ，有利于在配制基浆过程 中控制基浆 的黏度 ； 同时钝化后 的增黏剂经过激活剂激活后能迅速起到 增黏作用 ，从而弥补 由于大量海水稀释造成 的钻井 液黏度的降低 ，维持稀释后钻井液整体的稳定性。 2 动态压井钻井液增黏剂的性能评价 膨润土引起， 表明增黏剂在未加入激活剂时不起作用； 加入 0 ． 2 ％激活剂后，随着增黏 t1 ．O H 量的增加，体系 黏度的 } 升幅度明显，l当增黏剂加量为 4 ％时，表观 黏度从 1 0 ． 5 mP a S 上 升到 了 7 0 mP a S ， l J 1f 、 也从未激活前的 2 、l 变为 r 3 2 、2 7 ，这表明陔增黏 剂在加入激活剂后明显被激活，起到了增稠的作州。 表 3 加有不 同加量增黏剂的海水膨润土浆 加入激 活剂前后 的流 变性变化 Z VS ／ 激活剂／ AV ／ P y P ／ 2 ． 1 增黏剂激活前后在海水中的变化 ％ ％ m P a s m P a s P a 室内对加入 激活剂前 后加有不 同加量增 黏剂 Z VS海水 的流变性变化进行 了评价 ，结 果见表 2 。 从表 2可知 ，未加入激活剂时，将不 同加量的增黏 剂 Z VS加入 海水 中后 ，其 黏度变化较小 ，表观黏 度很低 ，表明增黏剂在未加人激活剂前基本不起作 用 ； 而加入 0 ． 2 ％ 激活剂后 ， 随着增黏剂加量的增加 ， 体系黏度的上升幅度明显 ，当增黏N． O H 量为 4 ％ 时 ， 表观 黏度从 4 ． 5上 升 到 了 5 0 ． 5 mP a S ，同 时 也从激活前 的 0 ／ 0变为了 1 3 ／ 1 1 ，这表明该增黏剂在 加人激活剂后明显被激活，起到了增稠的作用。 表 2 加有不 同加量增黏剂 的海水 加入激活剂前后 的流变性变化 注 实验温度为2 0℃ ； 实验配方为 海水 0 ． 3 ％钝化 齐 『J 增黏齐 0 Z VS 。 2 ． 2 增黏剂激活前后在海水膨润土浆中的变化 表 3 为加入激活剂前后不同增黏剂 Z VS加量 的 海水膨润土浆的流变性变化。从表 3 数据可以看出， 在未加入激活剂时，不同加量的增黏剂加人海水膨 润 土浆后黏度变化较小，表观黏度的提高基本上 由 0 1 0． O 7 3 0 3 ／ 2 1 0 ． 2 l 5 ． 5 I 1 4． 5 3 ／ 2 0 l 0 0 8 2． 0 3 ／ 2 2 0 ． 2 38 ． 0 23 l 5． 0 l 0 ／ 8 0 9． 0 7 2． 0 3 ／ 2 3 0_ 2 36 ． 0 1 9 l 7 1 4 ／l 2 O l 0． 5 8 2 5 2 ／ l 4 O ． 2 70 ． 0 37 33 ． 0 32 ／ 2 7 汴 实验温 度 为 2 0 ；实验 配方 2 ％ 海水 膨 f 『}J 上 浆 0 - 3 ％钝化 齐 Ij 增黏齐 IJ Z V S 2 ． 3激活时 问对ZVS 性能 的影响 由于现场作业 巾动态压井钻升液基浆与海水混 合后需要进入井 内后很快 发挥作川 ， 此住短时 内激活剂是否能对动态压 井增黏剂完成激活作用是 室 内研究 的一个方面。在膨润土浆 巾加入 2 ％增黏 剂 Z VS ，埘该钻井液存不 同时问 内激活后 的流变性 进行了研究。表 4给 ／ - H ．t f ,q对动念压井增黏剂单 剂影响评价数据。 表 4 激活 时间对动态压 井增黏剂性能 的影 晌 注 实验温 度为 2 0 o C；实验 配方 为 2 ％ 海水 嘭润 十 浆 0 - 3 ％钝 化剂 2 ％ 增黏剂 Z V S O ． 2 ％ 激活jf lJ J H 一 1 0 O 0 4 0 5 0 一 0 0 s 一 一 5 加 加 一 5 5 5 5 如 如 ％ o 0 。 。 激 ％ 2 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 8卷 第 4期 吴彬等深水表层动态压井钻井液增黏剂的研制 3 从以上实验数据可以看 出，在基本 配方 中加入 激活剂后 ，体系瞬间即完成 了激活，且 随时间的延 长流变性几乎不发生变化 ，这表 明激活剂对动态压 井增黏剂的激活作用不随时间而改变。同时实验研 究还表明 ，该增黏剂 的激活反应是可逆的 ，加入一 定量的钝化剂后 ，增黏剂又重新变为钝化状态 。 3 动态压井钻井液体 系的构建 对动态压井钻井液体 系进行了构建 ，将主添加 剂 Z V S 增黏剂 与海水、降滤失剂、钝化剂、加 重剂 等构建成 一套可泵性 强 的高 密度基浆 ，通过 D K D 与辅添加剂 激 活剂 和海水混合 ，形成性能 满足动态压井钻井作业需求的钻井液 。动态压井钻 井液基浆稀释到不同钻井液密度时的钻井液性能见 表 5 。其基浆配方和采用的稀释液配方如下。 基浆4 ％海 水膨润 土浆 0 ． 4 ％L V ． P AC O ． 3 ％ XC 0 ． 3 ％钝化剂 6 ％增黏剂 z VS 重 晶石 钻 井 液 密度为 1 ． 9 2 g ／ c m 稀释液海水 0 ． 2 ％ 激活剂 J H． 1 0 ． 2 ％抑泡剂 F． 1 表 5 动态压 井钻 井液基浆稀释到不 同密度 时的性能 p| AV ／Pv| Yp| F vi F L ／ g ／ c m 剂 条件mP a． s mP a ． s P a s mL 注 实验温度为 2 0℃ ； 老化温度为常温。 先 在海水膨 润土浆 中分别 加入 L V - P AC、XC， 高 速搅拌 2 0 mi n ，再 加人钝 化剂高速 搅拌 5 mi n ， 最后加入增黏剂 Z VS ，用重 晶石加重到钻井液密度 为 1 ． 9 2 g ／ c m ，配制成基浆 ； 再用稀释液稀释到所 需密度。从 以上实验结果可以看 出，动态压井钻井 液体系基浆具有 良好的流变特性 ，满足现场泵送 的 要求 ，同时经过稀释液稀释后 ，在不同密度条件下 均具有 良好 的稳定性 ，满足现场应用 的要求。 4 结论 1 ． 室内研制 的动态压井钻井液增黏剂具有钝化 后不增黏以及激活后迅速增黏的双重特点。 2 ． 室 内研究表明 ，构建 的动态压井钻井 液基浆 具有 良好的可泵送性 ，经海水稀释并激活后 ，能满 足深水钻井的需求 。 参 考 文 献 [ 1 ] 胡友林 ，张岩 ，吴彬，等．海洋深水钻井钻井液研究 进展 [ J ] ．钻井液与完井液，2 0 0 4 ，2 4 6 5 0 5 2 ． [ 2 ] Z a mo r a M，Br o u s s a r d P N．T h e T o p 1 0 Mu d R e l a t e d Co n c e r n s i n De e p wa t e r Dr i l l i n g Op e r a t i o n s [ R1 ． S P E 5 9 01 9， 2 0 0 0． [ 3 ] S a l a ma M M，S o me C h a l l e n g e s a n d I n n o v a t i o n s f o r De e p wa t e r De v e l o p me n t s [ R] ． Of f s h o r e T e c h n o l o g y Co nf e r e nc e， Hou s t on， Te x a s， 1 997． [ 4 ] L o p e s C A，Bo u r g o y n e A T． F e a s i b i l i t y S t u d y o f a Du a l De ns i t y M u d S ys t e m f o r De e p w a t e r Dr i l l i ng Op e r a t i o n s [ R] ． Of f s h o r e Te c h n o l o g y C o n f e r e n c e ， Hous t o n， Te xa s ， 1 9 97． [ 5 ] C h a r l e z P A，S i mo n d i n A A．C o l l e c t i o n o f i n n o v a t i v e a n s we r s t o Sol ve t h e ma i n p r ob l e ma t i e s e n c ou nt e r e d wh e n d r i l l i n g d e e p wa t e r p r o s p e c t s [ A] ．OT C 1 5 2 3 4 ，2 0 0 3 ． [ 6 ] D a v i d T r a s k ． 深水钻井用的钻井液 [ J ] ．国外钻井技术， 1 9 9 3 ，842 3 ． 2 6． [ 7 ] Mi c h a e l J o h n s o n ，Ri s e r l e s s D r i l l i n g T e c h n i q u e S a v e s T i me a n d M o n e y b y Re d u c i n g Lo g i s t i c s a n d M a x i m i z i n g B o r e h o l e S t a b i l i t y [ R] ． S P E 7 1 7 5 2 ，2 0 0 1 ． 收稿 日期2 0 1 0 1 1 - 1 7 ；HG F I 1 0 4 N1 ；编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m