水基钻井液高效抑制剂GY-1.pdf

第2 9卷 第3 期 2 0 1 2年5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D 、 ， o l _ 2 9 NO． 3 M a y 201 2 【 理论研究与应用技术 】 水基钻井液高效抑制剂 G Y - 1 黄治中 ， 乔东宇 ， 魏云 ， 李称心 ， 郑义平 1 ． 中国石油西部钻探钻井工程技术研究院，新疆克拉玛依 ； 2 ． 中国石油新疆油田公司技术监督检测中心，新疆克拉玛依 黄治中等 ． 水基钻井液高效抑制剂 GY - 1 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 2 ，2 9 2 2 3 2 4 ，2 8 ． 摘要研制出了一种高效抑制剂 G Y - I 。实验结果表明，GY - 1对钻井液的性能影响小，在用其处理钻井液时， 无需与其他处理剂复配使用 ； G Y - 1能显著增强钻井液的抑制性，试验井平均机械钻速和该区块同类井相比提高了 1 0 ％ 以上 ； G Y - 1能提高聚合物钻井液抗膨润土污染的能力，膨润土加量为 5 ％ 时，G Y - 1 加量为 1 ％ 的钻井液的表 观黏度上升率 同聚合物钻 井液 相比， 从 1 6 0 ％ 下降到 2 0 ％，下降幅度达 8 7 ．5 ％； GY _ 1 钻井液还具 有较强的抗碳酸 盐、 抗钙污染能力，均优于钾钙基聚磺钻井液，而且其配方所用处理剂较少，其成本也较钾钙基聚磺钻井液低。 ． 关键词 强水敏地层 ； 钻头泥包 ； 井径缩小 ； 井壁垮塌 ； 抑制水化 中图分类号T E 2 5 4 ． 4 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 20 3 0 0 2 3 0 2 钻井施工 中，经常钻遇强水敏泥页岩地层 ，容 易造成钻头泥包 、井壁垮塌、钻具阻卡等复杂情况 ， 给钻井工程带来极大危害。目 前，中国广泛使用具 有较强抑制性的 K C 1 聚磺钻井液、有机盐钻井液和 阳离子聚合物钻井液 ，这些钻井液在一定程度上解 决了水敏性泥页岩地层不稳定的问题 ，但是现用抑 制剂如 K C 1 、有机盐 以及 阳离子 聚合物等对钻井液 流变性和造壁性有严重负面影响 ，需要加入大量其 他处理剂进行调整 ，在增加了钻井液成本 的同时 ， 也使钻井液体系转化和维护处理更加复杂。研究了 一 种抑制性强 、对钻井液流变性和造壁性影响小、 处理钻井液时无需加入其他处理剂进行调整的高效 抑 制剂 G Y - 1 ，这对 于解决水敏性泥页岩井段钻井 复杂问题 、提高钻井速度具有较大意义。 1 GY - 1抑制 黏土水化 的机理 高效抑制剂 GY _ l的分子结构独特 ，集合 了阳 离子抑制剂和聚合物包被剂 的强抑制官能团。因此 ， GY - 1 既具有阳离子抑制剂 和聚合物包被剂 的抑制 能力 ，又克服 了现用抑制剂对钻井液相关性能影响 大的问题。 G Y - 1 抑制黏土水化 的机理主要基于2 点 ① G Y - 1在水 中能够 电离 出 K 、C a ，从 而具有抑 制黏土水化 的能力 ； ② G Y - 1 分子 中的阴离子基 团 上含有一 O H、一 C O NH 2 和一 NH2 等黏土吸附基 ， 能够通过静电引力 、氢键和范德华力牢固吸附在泥 页岩 的表面 ，产生一种固结和疏水作用 ，从而减缓 了泥页岩的水化 [ 1 - 6 ] 。 2 GY _ 1的性能评价 2 ． 1 用GY 一 1 处理的聚合物钻井液的性能 1 G Y - 1 对聚合物钻井液滤失量的影响见表 1 。 表 1 在基浆中加入不同处理剂对钻井液滤失量的影响 GY- 1 ／ ％ F L A P l ／ mL KC1 ／ ％ FL A P I ／ mL O 1 1 ． 5 1 1 4 1 1 1 ． 2 2 28 2 1 6． 0 3 40 3 1 3． 6 4 52 4 1 3． 6 注 基浆为 4 ％膨润土 0 ． 2 ％F A3 6 7 0 ． 2 ％XY2 7 。 第一作者简介 黄治中，高级工程师，1 9 6 3年生，1 9 8 3年毕业于四川大学化学系化学专业，现在从事钻井液完井液研 究与应用工作。地址 新疆克拉玛依鸿雁路 8 0号钻井工程技术研究院科研中心 ； 邮政编码 8 3 4 0 0 0；电话 0 9 9 06 8 8 3 0 4 6； E ma i l h z z k 1 8 6 8 7 s i n a ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 5月 由表 1 可知 ，G Y - 1 对 聚合物钻 井液滤失量 的 影响很小 ，用 G Y - 1 处理钻井液 时，不必再加入其 他处理剂 ； KC 1 对聚合物钻井液滤失量的影响很大， 用 KC 1 处理钻井液时，必须要加人大量的其他处理 剂进行复配处理，以保持钻井液滤失量的稳定。 2G Y - 1 对聚合物钻井液流变性 的影响见表 2 。 表 2 G Y - 1 对聚合物钻井液流变性的影响 注 AV 、P 、y 尸 为在 1 2 0℃老化 1 6h后的性能。 实验结果表 明，钻井 液的黏度和切力随 G Y - 1 加量 的增 加而上升 ，当 GY - 1 加量大于 2 ％ 时 ，趋 于稳 定。因此 ，G Y - 1能增强 钻井 液 的携 岩 能力 ， 有利于保持井眼清洁 ，减少井下复杂情况 。高温后 钻井液 的黏度和切力有所降低 ，但仍然保持了较高 的黏度和切力 ，不会影响钻井液 的携岩能力。 3G Y - 1 对聚合物钻井液抑制性的影 响见表 3 。 由表 3可知 ，G Y - 1 能增强钻井液 的抑 制性 ，提高 聚合物钻井液抗膨润土污染的能力 ，加入 5 ％ 膨润 土，GY - 1 加量为 1 ％ 的钻井液的表观黏度上升率同 聚合物钻井液相比，从 1 6 0 ％下降到 2 0 ％，下降幅 度达 8 7 ． 5 ％。 表 3 G Y - 1 钻井液抗膨润土污染实验结果 注 AV 、P V 、Y P 为加入 5 ％膨润土在 1 2 0℃老化 1 6 h后 的性能 。 2 ． 2 与钾钙基聚磺钻井液对比实验 清水 、钾钙基 钻井液 、G Y - 1 钻井液 的膨 润土 块回收率分别为 4 ％、9 4 ． 6 ％ 和 9 5 ． 6 ％。并且开展了 G Y - 1 钻井液与钾钙基 聚磺钻井液 的黏土水化膨胀 量对 比实验 如图 l 所示 和抗碳酸盐 、抗钙污染能 力对 比实验 结果见表 4 。 表 4中钻井液配方如下。 G Y - 1 钻井 液 1 3 ％膨润 土 0 ． 2 ％Na ， C O 0 ． 1 5 ％M AN1 0 4 0 - 3 ％MANl 0l 2 ． 5 ％RS TF 5 ％Kr _ n 5 ％G Y - l 十重 晶石 钾 钙 基 聚 磺 钻 井 液 2 3 ％膨 润 土 0 ． 2 ％ Na 2 CO3 0． 3 ％Na OH0． 2％M AN 1 04 0． 4 ％ M AN 1 01 3． 5 ％ RS TF3 ％ S M P一 1 5 ％ Kr n 5 ％ KCI 0． 5 ％ Ca O 重晶石 表4 G Y - 1 钻井液与钾钙基聚磺钻井液的性能 老化前 老化后 3 ． 0 1 ． 5 ／ 9 ． 0 8 4 5． 0 3 ． 0／ 1 0． 5 8l 4 ． 0 3 ． 5 ／ 1 8 ． 0 9 3 3 ． 2 3 ． 0 ／ 1 0 ． 0 8 9 3． 6 5 ． 5 ／ 1 5． 5 9 4 注 钻井液密度为 1 ． 8 0 1 ． 8 1 g ／ c m ， 老化温度为 l 1 0℃。 3 ． 5 3 ． 0 髻1 ． 5 1 ． 0 O．5 0．O 时间m 图 1 G Y - 1 钻井液与钾钙基聚磺 钻井液黏土水化膨胀量对比 由此可知 ，GY - 1 钻井液不仅具有 较强 的抑制 性 ，还具有较强的抗碳酸盐 、抗钙污染能力 ，均优 于钾钙基聚磺钻井液 ； 而且其配方所用处理剂较少 ， 因而其成本也较钾钙基聚磺钻井液低。 下转第2 8 页 “ O 5 0 0 L 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 2年 5月 2 ． 针对强分散软泥岩地层 ，保证钻井液强抑制 性的同时 ，必须使用劣质 固相容量限高的钻井液体 系。由于软泥岩分散到钻井液后出现不可预料 的后 果， 在钻井过程中每次处理前都必须做好小型实验， 优选配方 ，按最优实验配方进行钻井液维护处理 。 3 ． 使用好 四级 固控设备是关键 ，所用振动筛筛 布孔径为 0 ． 1 0 0 ～0 ． 1 2 5 m m，除砂器使用率为 5 0 ％， 除泥器使用率为 9 0 ％，间断使用离心机， 使用率在 1 5 ％ 以上 ，保证尽可能多的劣质 固相被及时清除。 4 ． 工程上根据地层的缩径周期 ，加强短程起下 钻 ，保证井眼通畅。 5 ． 克深 4井 由于预案到位 ，钻井液的选择和转 换及时得当， 保障了强分散软泥岩地层的顺利钻进。 但 由于地层变化大 ，地层软泥岩的厚度及钻井液密 度远超预案范围，从钻进结果来看 ，针对强分散地 层 ，使用油基钻井液或在温度较低时使用钙处理的 粗分散体系 ， 或许能更有效解决钻井液强分散问题。 上接第2 4 页 3 现 场应 用 GY - 1 在克拉玛依油 田九 区 D9 5 5 1 7 7 定 向井中 进行了现场试验。该井完钻井深为 7 0 6 ． 0 3 m，垂深 为 6 7 6 ．8 9 m。钻探目的是开发克拉玛依油田九区石 炭系油藏。该井要钻遇大段水敏性极强的泥岩 ，造 成钻屑黏糊振动筛 、钻井液黏度上升 、钻头容易泥 包等问题。该井在二开井段进行 了试 验，GY - 1 加 量为 3 ％～5 ％，加入后增强 了钻井液 的抑制性 ，振 动筛返出钻屑形状保持完好 、棱角分 明。钻井液黏 度保持在 4 2 ～5 8 s ，动塑 比高 ，携岩效果极好 ，保 障了D 9 5 5 1 7 7 定向井的安全高效钻井。该区块同期 共钻同类井 6口，试验井平均机械钻速和该 区块同 类井相比提高了 1 0 ％ 以上。 4 结论 1 ． 高效抑制剂 GY - 1 对钻井液性能影响小 ，在 用其处理钻井液时， 无需加入其他处理剂复配处理。 2 ． GY - 1 能显著增强钻井液 的抑制性 ，提高泥 页岩的滚动回收率 、钻井液的黏度和切力 ，有利于 保持井眼清洁，减少井下复杂情况。克拉玛依油田 九区块 同期共钻 同类井 6口，试验井平均机械钻速 和该区块同类井相比提高了 1 0 ％ 以上。 参 考 文 献 [ 1 ] 左凤江 ． 盐膏层有机盐钻井液技术研究与应用 [ J ] ． 钻井 液与完井液 ，2 0 0 4 ，2 1 5 8 - 1 3 ． [ 2 】 周川，周亮 ，李善云，等 ． 费尔甘纳盆地高温超高密度 聚磺复合盐水钻井液技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ， 2 8 5 1 6 ． 1 9 ． [ 3 ] 蔡利山，林永学，田璐 ，等 ． 超高密度钻井液技术进展 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 5 7 0 ． 7 7 ． [ 4 ] 张民立 ， 穆剑雷， 尹达， 等 ．B H A T H“ 三高” 钻井液的研 究与应用 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 1 1 ，2 8 4 1 4 ． 1 8 ． [ 5 ] 瞿凌敏，王书琪，王平全 ，等 ． 抗高温高密度饱和盐水 聚磺钻井液的高温稳定性 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ， 2 8 4 2 2 ． 2 4 ． [ 6 ] 匡韶华，蒲晓林，柳燕丽，等 ． 高密度钻井液稳定性和 流变性控制技术 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 1 1 ， 2 8 3 5 - 8 ． [ 7 ] 邱春阳，马法群 ， 郭祥娟，等 ． 永 1 ． 平 1 井四开小井眼 高密度钻井液技术 [ J ] _ 钻井液与完井液， 2 0 1 1 3 8 5 ． 8 7 ． 收稿 日期2 0 1 2 0 1 ． 2 5 ；H G F 1 2 0 3 N2 ；编辑王小娜 3 ． G Y - 1 能提高聚合物钻井液抗膨润土污染 的 能力 ，G Y - 1 的加量仅为 l ％，钻井液的表观黏度上 升率 同聚合物钻井液相 比，从 1 6 0 ％ 下降到 2 0 ％， 下降幅度达 8 7 ． 5 ％。 4 ． G Y - 1 钻井液的抗碳酸盐 、 抗钙污染能力较强 ， 且优于钾钙基聚磺钻井液 ，且其配方所用处理剂较 少 ，其成本也较钾钙基聚磺钻井液低 。 参 考 文 献 [ 1 ] 孙明波，侯万国，孙德军，等 ． 钾离子稳定井壁作用机 理研究 [ J ] ． 钻井液与完井夜 ，2 0 0 5 ，2 2 5 7 - 9 ． [ 2 】 艾贵成 ． 钾钙基阳离子钻井液技术 [ J ] ． 石油钻采工艺 ， 2 0 0 7 ，2 9 4 8 7 8 8 ． [ 3 】 苏秀纯，李洪俊，代礼扬 ，等 ． 强抑制性钻井液用有机 胺抑制剂的性能研究 [ J ] _ 钻井液与完井液， 2 0 1 1 ， 2 8 2 3 2 35 ． [ 4 ] 张洪伟 ， 左凤江， 贾东民， 等 ． 新型强抑制胺基钻井液 技术的研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 1 ，2 8 1 l 4 ． 1 7 ． [ 5 ] 蒲晓林，罗兴树，李燕梅，等 ． 甲酸盐与无机盐抑制性 的比较评价 [ J ] ． 油田化学，2 0 0 0 ，1 7 2 1 0 4 1 0 6 ． [ 6 ] 杨勇，赵誉杰 ，汪廷洪 ，等 ． WDX硅酸盐钻井液的强 抑制性和HS E 优越性 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 1 0 ， 2 7 5 38 ． 40． 收稿 日期2 0 1 1 - 1 0 ． 2 6 ；H GF 1 2 0 2 N 2 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m