深井高温水基钻井液体系研究.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报2 0 1 3 年 9 月 第3 5 卷 第 9 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I S e p ． 2 0 1 3 V o 1 ． 3 5 N o ． 9 深 井高温水基钻 井液体 系研究 赵文 ，张荣 ，徐博韬 中海油田服务股份有限公司上海基地， 上 海 2 0 0 0 3 0 罗觉生 ，万芬 长江大学化学与环境工程学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 由福昌 荆州嘉华科技有限公司， 湖北荆州4 3 4 0 0 0 [ 摘要] 钻井液在 高温下 的流变性 、滤 失性控 制是 抗高 温钻 井液技 术的难 点；以高 温稳定 剂为核 心处 理 剂 ，研制 出一套耐抗 2 0 0 ℃ 高温的水基钻 井液体 系；评价 了该钻 井液体 系在 高温下的稳定性、高温高 压流 变性能、抑制性能和抗污染性 能；试验 结果表 明，抗高 温钻 井液体 系热稳 定性好 ，经过 2 0 0 ℃ 高温老 化 后 ，高温高压滤失量低 ，流变性好 ，并具有 良好 的抑制性能和抗盐 、抗劣土侵性能。 [ 关键 词] 水基钻井液；高温去水 化；高温流变性；高温抑制 性；储层保护 [ 中图分类号]TE 2 5 4 [ 文献标志码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 3 0 9 0 1 4 6 0 3 国内外 大量研 究资 料表 明 水 基钻 井液 用于 深井 、超深 井钻 井 时 ，钻 井液 中各组 分长 时 间处在 高温 条件下 ，将发生黏土粒子及加重材料的高温去水化作用 、高分子处理剂的高温氧化降解作用等 ，从而严 重影响钻井液的性能。因此 ，如何提高钻井液的抗高温能力 ，使之在高温高压条件下能够保持其性能稳 定 ，已成为 钻井 过程 中急需 解决 的 问题 Ⅲ 。 l 高温稳定剂的评选 1 ． 1 高温 稳定 剂的作 用机 理 高温条 件下 ，水 分子热 运 动加剧 ，黏 土粒 子 水 化 膜变 薄 ，黏 土 颗 粒 之 间 排 斥 力减 弱 ，聚 结趋 势 增 加。如果钻井液中黏土含量在容量下限以下 ，黏土粒子因聚结而使黏土分散度降低 ，单位体积内黏土颗 粒数减少 ，钻井液性能表现出高温减稠；如果钻井液 中的黏土含量在容量上限以上 ，则会使大量黏土粒 子相互聚结形成网架结构 ，钻井液黏切大幅度升高 ，严重时发生胶凝或固化[ 2 ] 。为提高钻井液的抗高温 能力 ，研制 筛选 出 了高温稳 定剂 S TB HT，其 作用机 理 为 ① 球状 高分 子 的柔性链 接 ，提 高搬 土 及重 晶 石等的悬浮稳定性；②介观流体 半刚性微粒黏度特性 。 结 合 以上 2个特 性 ，可实 现黏度 、润 滑 、滤 失 的综合 控制 。 1 ． 2 高温 稳定 剂的性 能评 价 为评价高温稳定 剂 S T B HT对 钻井 液性 能影 响，在下 述基本 配 方 的钻 井液 中加 入 高温稳 定 剂 S TB HT， 评 价体 系的抗 高温 稳定 性 能 。基 本 配方 2 ． 0 Y oo 膨 润 土 0 ． 5 Na OH0 ． 5 Y oo Na 。 C 。 0 ． 5 P F PI US 0 ． 4 PAC I V 0 ． 1 PF XC 1 PF LP F H 2 P F DYF T l 2 J I X C 1 TEM P 5 K C I 重 晶石 加 重密 度 1 ． 3 g ／ c m。 。 试验 条件 1 8 0 ℃下 热滚 1 6 h ，5 0 ℃下测 其流 变性 。结果 见表 1 。 表 1基本配方中引入 S T B H T热滚前后的性能 注 为表观黏度 ； 为塑性黏度 ； r d 为动切力 ； N 6、 N∞ 分别为六速旋转黏度计 6 、3 r ／ mi n对应的读值 ； Va in为 AP 1 滤失量 。 [ 收稿日期]2 0 1 3 0 7 0 2 [ 基金项目]中海石油 中国有限公司重大科研项目 CNO OC K J 1 2 5 Z D XM 0 7 L TD 0 6 S H2 0 1 2 。 [ 作者简介]赵文 1 9 8 0一 ，男 ，2 0 0 2年石 油大学 华东毕业 ，工程师 ，现主要从事管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 9期 赵文 等 深井高温水基钻井液体系研究 从表 1试验数据看出，体系中加入 S TB HT在 1 8 0 C热滚 1 6 h后，体系的流变性明显变好 ，失水大 幅降低 。 1 ． 3 搬 土含 量 的影 响评价 高温条件下 ，搬 土含量对钻井液 的性能影响显著 。因此 ，室内评价了 1 8 0 C高温条件下 ，搬 土加量 变化对体系性能的影响。 表 2搬 土 含量对体 系性 能的影响 从表 2数据可以看出，随着土 般土含量 的增加，钻井液体系在高温老化后，呈现 明显增稠 的趋势。 因此 ，现场钻进过程中 ，要严格控制搬 土含量 ，建议配方 中搬 土加量为 2 ． 0 。 2 抗高温水基钻井液体系的配方及性能 2 ． 1 抗 高温 水基 钻 井液体 系的配 方 通过大量 的筛选试验 ，以高温稳定剂 S TB HT和高温降滤失剂 D F L HT为核心处理剂 ，研制出一套 耐抗 2 0 0 ℃高温的水 基钻井液体 系。配方为 2 ． 0 膨润土 4 - 0 ． 5 Na OH0 ． 5 Na 。 C O。 - t - O ． 4 P F P L US 2 DF L HT3 ％TE MP2 J L X C2 P F D YF T 一 2 3 S T B HT3 S MP 一 1 5 KC 1 重 晶石 加 重密 度 1 ． 3 g ／ c m。 。 2 ． 2 体 系的 性能 2 ． 2 ． 1抗温 性能 室 内评 价 了抗 高 温水 基钻 井液 在高 温条 件下 老化t 1 6 h后 的流 变性 能及 滤失 性能 ，结 果见 表 3 。 表 3 S T B HT体 系 的 抗 温 性 能 热 温度 状 态 a Z d N∞ N 3 VA P I ／ ℃ ／ mP a s ／ mP a s ／ P a ／ ml 1 8 O 滚前 6 0 ． 0 4 2 ． 0 1 8 ． 0 6 5 一 滚后 4 7 ． 5 2 5 ． 0 2 2 ． 5 1 9 1 6 3 ． 0 2 0 0 滚前 5 9 ． 0 4 6 ． 0 1 3 ． 0 4 ． 5 2 ． 5 一 滚 后 3 7 ． 0 2 4 ． 0 1 3 ． 0 1 3 1 1 3 ． 5 Vh t h p ／ ml 注 Vh h 。 1 5 0 “C为高温高压滤失量 ；“ 一”表示没有数据 。 从 表 3结果 表 明 ，该钻井 液 体 系经 2 0 0 C高 温热 滚后 ，体 系性 能 稳定 ，流变 性 能好 ，动塑 比大 ，失 水小。这是 由于高温稳定剂在高温下与其他处理剂起到协同作用 ，改善了体系的抗温性能。 2 ． 2 ． 2 抑 制性 能 钻 井液 抑制 性好 坏 对稳定 井 壁 、控制 流变 性 具有至关重要的作用 。称取 5 0 g左右 6 ～1 0目的 干燥 露 头 土 ，加 入 到 3 0 0 ml 钻 井 液 中 ，并 且 在 不同温度热滚 1 6 h后 ，用 4 O目的筛子 回收露头 土 ，在1 0 5 ℃ 下 干 燥 2 h后 称 其 质 量 。结 果 见表 4 。 表 4露头土滚 动回收率实验结果 从表 4试验数据看出，体系在 1 5 O ～1 8 0 C热滚 i 6 h后 ，热滚 回收率达到 9 1 ． 0 ％～9 2 ． 1 ，表 明该 钻井液体系的抑制性能强。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天 然气 工程 2 0 1 3 年 9 月 2 ． 2 ． 3抗污 染性 能 在钻遇泥岩等地层时，钻井液抗污染能力强 ，则有助于减少井下复杂情况的发生 。室内选择考察 了 该抗 高温 水基钻 井 液体 系对 Na C 1 、露头 土粉 的抗 污染性 能 ，试验 结果 见表 5 。 表 5 S T B H T体 系抗污染 能力评价 结果 处理剂种类及加量 状态 ／ L ／ mP as p／ mP a s r d／ P a N 6 5 露头土粉 1 0 露头 土粉 1 5 露头土粉 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 滚前 滚 后 注 试验条件为 1 8 0 ℃1 6 h 。 结果表明，该体系在不 同加量的 Na C I 、露头土粉侵污 ，经过 1 8 0 C热滚后 ，体系的流变性能稳定 ， 失水小 ，抗 污染 能力强 。 2 ． 2 ． 4 对 气层储 层保 护性 能评 价 采用氮气驱测定岩心渗透率的方法 ，在压差 3 ． 5 MP a 、温度 1 5 0 C、损害时间 1 2 5 mi n的试验条件 下，模拟钻井液对岩心的损害后 ，测定其渗透率恢复值 ，试验结果见表 6 。 表 6 钻 井液损 害后岩心 的渗 透率恢 复值 注 K 为损 害前岩心气测渗透率 ； Ka 为损 害后岩心气测渗透率 ； Kd g o 5为截去损害端 0 ． 5 c m 后岩心气测渗透率 ； K如／K 为损害后 的岩心气测渗透率恢 复值 ； Kd s ／K 为损害后截去损害 端 0 ． 5 c m的岩心气 测渗透率恢复值 。 从 表 6 数 据看 出 ，抗高 温水 基钻 井液 损 害 岩 心 ，截 去岩 心 损 害端 0 ． 5 c m 后 ，岩 心 的气 测 渗 透 率恢 复值平 均 为 8 7 ． 0 5 。 3 结论 1 高温稳定剂 S T B HT具有明显的稳定高温钻井液流变性的作用。 2 钻井液抗温最高达 2 0 0 C，高温老化之后具有 良好 的流变性能 、低 的滤失性能 ，悬 浮能力强， 并具有较强的抑制性能和抗侵污性能 ，能满足超高温井的作业要求 。 3 钻井液损害岩心后 ，模拟射孑 L 完井 ，岩心渗透率恢复值平均达到 8 7 ． O 5 。对气层保护性能好 。 [ 参考文献] [ 1 ]李午辰 ．国外新型钻井 液的研究与应用 [ J ]．油 田化学 ，2 0 1 2 ，2 9 3 3 6 2 3 6 7 ． [ 2 ]施里宁 ．温度和膨润土含量对水 基钻井液流变性 的影响 [ J ]．石油钻探技术 ，2 0 0 8 ，3 6 1 2 0 2 2 [ 编辑] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m