合成基钻井液技术研究与应用.pdf

第 3 1 卷 2 01 4卑 第 4期 7月 铝井 液与 完 井液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLUI D V．o 1 ． 31 No ． 4 J ul y 2 0l 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 0 8 合成基钻井液技术研究与应用 万绪新 ， 张海青 ， 沈丽 ， 陈二丁 1 ． 胜利油田勘探监督中心，山东东营 ； 2 ． 胜利油田钻井工程技术公司，山东东营 万绪新等 ． 合成基钻井液技术研究与应用 【 J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 4 2 6 ． 2 9 ． 摘要 通过对基液和处理剂的优选，研制出一种合成基钻井液，对其性能进行 了评价。该合成基钻井液选用气制 油作基液，其具有较高的闪点和苯胺点、较低的凝点和运动黏度，几乎不含芳香烃 ； 主辅乳化剂的配比为 2 ． 0 ～2 ．5 ， 总量在 3 ％～5 ％之间 ； 优选的有机土 9 0 mi n的胶体率大于 9 0 ％ ； 用油分散性的疏水改性腐植酸 S GJ ． 1 作 降滤失剂。 性能评价结果表明 该合成基钻井液密度可达 2 ． 0 g ／ c m ，能够抗2 0 0 o C的高温，流变性和稳定性均很好，而且具有好 的润滑抑制性、储层保护效果和环境保护性能。该体 系在超稠油井郑4 1 ． 平 2井、曲8 一 侧斜 1 1井的强水敏性地层进 行了成功应用。结果表明 体系具有良好的抗污染能力、优良的悬浮和携岩能力，实现了良好的封堵，保持了井壁的 稳定和井眼的规则，且性能稳定 、维护简单、挥发量小、气味小，安全环保。 关键词 合成基钻井液 ；气制油 ； 高密度钻井液 ； 抗高温 ； 抗污染 中图分类号T E 2 5 4 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 4 0 4 0 0 2 6 0 4 油基钻井液 由于具有页岩抑制性强 、润滑性好 、 抗高温 、抗污染能力强和储层保护性能好 等优点 ，一 直是钻高难度井和复杂井的最佳选择。但大量室 内研 究和长期现场应用实践表明 油基钻井液存在动塑 比 偏低 、低温增稠 、悬浮性较差 、破坏环境 、生物毒性 大和影响荧光 录井等问题 。合成基钻井液具有环境可 接受性 、生物毒性小和低温流变性变化小等优势 ，在 墨西哥湾和北海地区，合成基钻井液已替代了大部分 水基钻井液、 普通油基钻井液及低毒矿物油基钻井液， 是目前国际公认的尖端钻井液技术之一，这也反映了 当今钻井液技术 的发展趋势 [ 】 一 】 。因此 ，研制 出一种 合成基钻井液并进行 了现场应用。 1 合成基钻井液配方优选 1 - 1 合成基液的优选 通过对第一 、第二代合成基液及柴油、矿物油 、 白油和气制油性能指标的对比分析，得出气制油是性 能优良的合成基液，具有较高的闪点和苯胺点、较低 的凝点和运动黏度 ，几乎不含芳香烃 ，特别是运动黏 度低，更适合作为合成基钻井液的基液，见表 1 。 表 1 不同合成基液及基油的基本性能 1 ． 2 乳化剂的优选 为了能够快速 、有效地优选出符合要求 的乳化剂 并确定其最优加量，采用了均匀设计法。根据乳状液 的稳定性机理和合成基钻井液乳化剂的选择原则，采 基金项目 中国石化基金项 目 “ 合成基钻井液技术研究” J P 1 0 0 0 7部分研究内容。 第一作者简介 万绪新，高级工程师，1 9 6 6年生，1 9 8 8年毕业于西南石油学院应用化学专业，主要从事钻井液技术研究与应 用工作。地址 山东省东营市胜利油田勘探监督中心 ； 邮政编码 2 5 7 0 9 7； 电话 1 5 6 1 5 1 6 2 3 6 9； E - ma i l w a n x u x i n 3 6 9 1 2 6 ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 4期 万绪新等 合成基钻 井液技术研究与应用 2 7 用复合乳化剂形成 的复合膜 比单 一膜更结实 ，强度 更大 ，会使乳状液更稳定。选取 了 l O余种乳化剂采 用均匀设计法进行 了优选优配实验。每组实验选取 2 种乳化剂 ，主乳化剂考察加量分别为 1 ． 5 ％、2 ． 0 ％、 2 ． 5 ％、3 ． 0 ％、3 ． 5 ％、 4 ． 0 ％； 辅乳化剂考察加量分别为 0 ． 5 ％、1 ． 0 ％、1 ． 5 ％、2 ． 0 ％、2 ． 5 ％、3 ． O ％，即两 因素 六 水平 。选用了油包水钙皂型表面活性 剂 RA 3作为 主乳化剂 ，氧化钙作为激活剂 ； 水包油型表面活性剂 R A7作为辅助乳化剂 ，2 类表面活性剂的疏水端均为 直链烷烃 。2 类表面活性剂通过在油水界面两侧吸附 形成相互契合的 “ 复合物”结构，从而很大程度地增 强界面膜的强度。最终确定主乳化剂和辅乳化剂的 配 比在 2 ． O ～2 ． 5之间 ，总量应控制在 3 ％～5 ％ 之间 ， 实验结果见表 2 。 表 2 乳化剂复配实验 注 配方为 合成基液 3 ％～5 ％乳化剂 2 ％碱度调节 剂 2 ％有机土 2 0 ％C a C 1 2 水溶液，油水 比为 8 5 1 5 。 1 ． 3 有机土的优选一 一 对 比评价了优选的几种有机土在基液中老化前后 的流变性能和胶体率，结果见表 3 。 表 3 有机土优选实验 注 老化条件为 2 0 0℃、1 6 h； 测试温度为 5 O c C 5℃。 具体实验方法为 将 4 g有机土加入 2 0 0 mL基 液中，高速搅拌 2 0 mi n ，冷却至室温后重新搅拌均 匀 ； 将 1 0 0 mL浆液倒人 1 0 0 mL的量筒 中，分别静 置 9 0 min和 1 6 h ，读上层游离油的体积 和 。胶 体率的计算公式为 胶体率 ％ 1 0 0 一 或 ／ 1 0 0 1 0 0 ％。根据表 3 ，优选出有机土 3 作为配制合 成基钻井液的有机土。 1 ． 4 降 滤 失剂的优选 合 成基钻井液 中的黏 度偏高 ，同时乳滴 作为可 变形粒子具有封堵作用 ，因此合成基钻井液的滤失量 较小。合成基钻井液用降滤失剂必须是油分散型封堵 或油溶型提高液相黏度 ，实验选用油分散性 的疏水改 性腐植酸 S G J 一 1 作降滤失剂。在合成基钻井液中加入 I ％S GJ 一 1 ，在 2 0 0℃老化 1 6 h后 ，测得钻井液 的滤 失量为 2 m L，小于加人其他 降滤失剂的体 系的滤失 量 ，实验结果见表 4 表 4降滤失剂优选实验 注 测试温度为 5 0℃ 5℃ ； 降滤失剂加量均为 1 ％。 1 ． 5 其他处理剂的优选 通过做悬浮重晶石体积沉降实验 ，对 4种润湿剂 进行了优选 ，测得润湿剂 3的效果最好。通过对改性 松香、 F B ． R H、 S D R M等 5 种流型调节剂的对比评价， 优选出了S D R M 作为合成基钻井液的流型调节剂。 最终优选出的合成基钻井液配方如下。 气制油 2 ． 5 ％ ～ 3 ． 0 ％ RA 3 1 ． 0 ％ ～ 2 ． O ％ RA 7 O ． 3 ％S DR M 3 ％ 润湿剂 3 2 ． 5 ％ 有机土 2 0 ％C A C 1 2 水溶液 2 ． 5 ％C a O 1 ％S G J 一 1 重晶石 根据 需要 ，油水比为 7 0 3 0～ 9 5 5 。 2 合成基钻井液性能评价 2 ． 1 常规性能 不同密度合成基钻井液性能见表 5 。 将密度为 1 ． 8 0 e C c m 的合成基钻井液体系 ，在不同温度下滚动老化 1 6 h ，测试其流变性和破乳电压，结果见表 6 。由表 6 可看出，该合成基钻井液性能随温度变化，破乳电 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 钴井液与 完井液 2 0 1 4年 7月 压先上升后下降， 在 1 2 0℃达到最高 ； 在 2 0 0 ℃老化 1 6 h后体系的流变性能和稳定性能仍然维持在一个较 好的水平 。 由实验结果可知 ，合成基钻井液具有优异的抑制 岩屑膨胀和分散的能力，见表 7 。 实验结果说明，与其他体系相 比，合成基钻井液 具有更好的润滑性能 ，见表 8 。 表 5 不同密度合成基钻井液配方性能 注 老化条件为 1 5 0℃、1 6 h ； 测试温度为 5 0℃ 5℃； 凡H T H 测定条件为 3 ． 5 MP a 、1 5 0℃。 表 6 合成基钻井液的抗温性能 表 7 岩屑回收率、页岩线性膨胀高度和页岩吸水量实验结果 2 ． 2 储层保护效果 实验采用 D W- Ⅲ动态污染仪模拟钻井条件对人 造岩心进行了动态污染实验 ，结果表明 聚合醇钻井 液 、聚合物抑制性钻井液和合成基钻井液的渗透率恢 复值分别为 7 1 ． 9 ％、8 6 ． 5 ％ 和 9 2 ． 1 ％，动 滤失量分 别 为 2 ． 1 8 、3 ． 1 4和 1 ． 0 1 mL，表明合成基钻井液具有优 良的保护油气层效果。 表 8 合成基钻井液及其他体 系的润滑性 能 2 ． 3 环保 性能 生物毒性测试数据表 明，合成基钻井液 4 8 h 、7 2 h 、 9 6 h的 G0 分别为 1 3 7 3 0 0 、 8 9 5 0 0和 7 7 3 0 0 mg ／ L， 均远远大于 1 0 0 0 0 mg ／ L ，表明其是一种无害化环保 的钻井液体系。 2 ． 4 高温高压流变性 如 图 1 所示 ，在 5 0 ～2 0 0 o C范 围 内，随着温度 的升高，该合成基钻井液的黏度均逐渐降低，加入增 黏提切剂可明显改善体系在高温高压下的流变性能。 籁 椽 图1 合成基钻井液的高温高压流变参数 3 合成基钻井液的现场应用 3 ． 1 稠油地 层 郑 4 1 ． 平 2井为滚动式勘探井 ，主要钻采 目的层 为沙三段稠油层 ，水平段长 2 2 4 m，实际完钻井深为 1 6 5 5 m。该井三开地层主要以稠油胶结砂砾岩为主 ， 含有易水化黏土矿物。如果使用水基钻井液体系，容 易造成黏土矿物水化膨胀堵塞油流通道 ，不能有效地 释放油层 ； 而使用普通油基钻井液体系，容易造成稠 油溶解，引起井壁坍塌或钻井液漏失。该区块完钻的 郑 3 7 0 和郑 4 I 井使用了柴油基钻井液，对稠油溶解 性强 ， 井径扩大率大 ， 达到 2 0 0 ％； 水泥无法有效填充 ， 固井质量差 ，注汽窜槽 ； 现场施工气味大 ，环保性差 。 因此， 在郑 4 l 一 平 2 井选择封堵型合成基钻井液， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 4期 万绪新等合成基钻井液技术研 究与应用 2 9 在配方 中加入不 同粒度的桥堵剂 、可变形材料和填充 粒子形成屏蔽暂堵层 ，在井壁形成有效的封堵 ，减少 滤失量，确保在保护油气层的同时保证井眼的规则。 合成基钻井液在该井获得了以下应用效果。① 实 现 了 良好 的 封堵 效 果 ，7 ． 5 mi n的 AP I 滤 失 量 为 0 mL，3 0 mi n的滤失量为 0 ． 4 mL ，减少 了滤液向地 层的渗透，有效防止其堵塞油气层的孔隙通道，减少 了液相对油气层的损害。②该井施工过程中由于工程 的原因出现一些事故，延迟 5 d 完钻，增加了钻井液 浸泡 、循环冲刷井壁的时间 ，尽管如此 ，依然保持了 井壁的稳定和井 眼的规则 ，套管满管下入顺利 ，摩阻 小于 3 t 。③油层保护效果好，稳产 2 0 t／ d ，创造了该 区块的最高记录。④体系具有 良好的抗污染能力 ，优 良的悬浮和携岩能力 ，且性能稳定 、维护简单 、消耗 量小，气味小、高温挥发性小。 3 ． 2 强水敏地层 曲 8 一 侧斜 1 1 井为一口开窗侧钻井，该井主要钻 采 目的层为沙 四中 ，开窗点在井深 9 0 0 m，完钻井深 为 l 1 6 9 m。该井 目的层沙四段为强水敏地层 ，为保 护油气层 ，提高采收率 ，选择合成基钻井液 ，开窗钻 进 2 0 m后转换成合成基钻井液体系 ，全井施工顺利 。 不同井深钻井液性能见表 9 。应用井井径扩大率和机 械钻速与邻井的对比分析见表 l 0 。 表 9 曲 8 ． 侧 斜 1 1 并不 同井深处钻井液性能 表 1 0 井径扩大率和机械钻速对比分析 4结论 与认 识 1 ．合成基钻井液兼具水基钻井液和普通油基钻 井液的优点，主要替代油基钻井液而被应用到深井、 超深井、大位移水平井和其他各种复杂井，由于它的 安全、环保和利于保护油气层的特性，更适合于非常 规油气藏，尤其是页岩油气的钻井施工，同时也适合 在深海钻井推广应用。 2 ． 在油层钻进过程中， 原油溶解造成钻井液污染 ， 带来环保和荧光问题。回收的合成基钻井液无害化处 理和如何满足下步探井施工需要对科研人员提出了新 的要求 。 参 考 文 献 [ 1 ] J o n a t h a n W i l l s ，M A． Mu d d i e d Wa t e r s [ M] ． S a k h a l i n En v i r o n me n tWa t c h， 2 0 0 0 ， 5 ． [ 2 ] 蒋卓 ，舒福 昌，向兴金 ，等 ． 全油合成基钻井液的室 内 研究 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 9 ，2 6 2 1 9 - 2 0 ． J i a n g Z h u o， S h u F u c h a n g ， X I AN G Xi n g j i n ， e t a 1 ． An a l l o i l s y n t h e t i c d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． D r i l l i n g F l u i d A n d C o m p l e t i o n F l u i d ， 2 0 0 9 ， 2 6 2 1 9 - 2 0 ． [ 3 】 K i m B， J o a n n a h E， ． l l I1 H， e t a 1 ． Ne w l o w v i s c o s i t y e s t e r i s s u i t a b l e f o r d r i l l i n g fl u i d s i n d e e p w a t e r a p p l i c a t i o n s [ R ] ． S P E 6 6 5 5 3 ， 2 0 01 ． [ 4 ] 张琰， 任丽荣 ． 线性石蜡基钻井液高温高压性能的研究 [ J ] ． 探矿工程 ，2 0 0 0 ，2 7 5 4 7 ． 4 9 ． Zh a n g Ya n，Re n Li r o n g ．S t u d y o n p r o p e r t i e s o f l i n e a r p a r a f f i n b a s e d d r i l l i n g flu i d u n d e r h i g h t e mp e r a t u r e a n d h i g h p r e s s u r e [ J ] ． E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 0 ，2 7 5 4 7 - 4 9 ． [ 5 】 孙金声，刘进京 ，潘小铺 ，等 ． 线性 仪． 烯烃泥浆技术研 究 [ J ] ． 钻井液与完井液 ，2 0 0 3 ，2 0 3 2 7 3 0 ． S u n J i n s h e n g ， L I u J i n j i n g ，P a n Xi a o y o n g ，e t a 1 ． L i n e r a l p h a o l e fi n d r i l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d A n d C o m p t i o n F l u i d ， 2 0 0 3 ，2 0 3 2 7 ． 3 O ． [ 6 ]6 肖超，冯江鹏，宋明全，等 ． 尼 日利亚边际油 田合成 基钻井 液技术 [ J ] ． 钻井 液与完井 液，2 0 0 9 ，2 6 2 6 8 0 8 1 ． 8 7 ． Xi a o Ch a o，Fe n g J i a ng pe n g，S o ng M i n g q u a n，e t a 1 ． S y n t h e t i c b a s e dri l l i n g fl u i d t e c h n o l o g y for ma r g i n a l o i l fie l d i n n i g e r i a [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d A n d C o m p l e t i o n F l u i d ， 2 0 0 9 ， 2 6 2 6 8 0 _ 8 1 ，8 7 ． [ 7 ] F r i e d h e i m J E，C o n n H L ． S e c o n d g e n e r a t i o n s y n t h e t i c fl u i d s i n t h e n o r t h s e a a r e t h e y b e t t e r [ R] ． S P E 3 5 0 6 1 ， 】 9 96． 收稿 日期2 0 1 4 ． 0 2 ． 1 1 ；H G F 1 4 0 4 W6 ；编辑汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m