抗高温海水微泡沫钻井液实验研究.pdf

第 2 5卷 第 6期 2 0 0 8年 1 1月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI L LI NG F LUI D COM P I E TI ON F LUI D Vo 1 ． 2 5 NO ． 6 NO V ． 2 0 0 8 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 O 2 O O 8 O 6 0 0 3 2 0 4 抗高温海水微泡沫钻井液实验研究 张荣 莫成孝 中海油 田服务股份有限公司油 田化学事业部 ， 天津塘沽 摘要 针对渤海油 田深部古潜山高温低压地层钻井需要， 通过考察起泡剂、 稳泡剂和加 重剂 等主要处理剂 以及 聚合物加序、 p H值对钻井液性能的影响， 优选 出了抗高温海水微泡沫钻井液配方。该体 系使用起泡剂 S D P - l和稳泡 剂 S D P - 2 ， 它们 的发泡能力强， 泡沫小， 分布均匀， 稳定性好， 抗污染能力强； 加入 了特制的加 重剂 T J ， 同时通过适当降 低发泡搅拌速度 ， 可使体 系密度达到 0 ． 6 ～O ． 9 5 g ／ c m ； 引入 了高温稳定剂 L N W， 它使 海水微泡沫钻井液的抗温性达 1 5 0℃， 长期稳定性达 7 d 。评价结果表明， 该体系的抗温、 抗盐、 岩屑、 海水和油污染能力强， 油气层保护效果好。 关键词 微泡沫钻井液 海水 高 温 钻井液密度 防止地层损害 渤海油田 中图分 类号 TE 2 5 4 ． 3 文献标识码 A 在海洋钻井过程中， 经常钻遇低压地层， 为了保 证钻进的顺利进行 ， 防止钻井 过程 中发生钻井液漏 失 、 保护低压储层 ， 有必要研制一种适应海洋环境的 微泡沫钻井液。针对渤海油田深部古潜山高温低压 地层 ， 结合海洋钻井特点 ， 优选出 1 种海水微泡沫钻 井液。用海水配制的微泡沫钻井液与普通的淡水微 泡沫钻井液不同， 海水中含有大量的 C a 、 Mg 抖等 金属离子和微生物， 这对泡沫剂提出了更高的要求。 1 海水微泡沫钻井液配方优化 1 ． 1 聚合物加序的影响 改变聚合物加序 ， 拟定海水微泡沫钻井液配方 如下 ， 性 能见表 1 。 1 6 0 mL 8 膨 润 土 浆 - I - 1 2 O mL 海 水 0 ． 5 起 泡 剂 S D P 一 1 0 ． 6 9 ／ 6 稳 泡 剂 S D P 一 2 0 ． 2 CM C M V 0． 1 XC 2 6 0 mL 8 膨润土浆 1 2 0 mL 海水 0 ． 2 ％CMC MV 0 ． 1 XC0 ． 5 S DP 一 1 0 ． 6 S DP一 2 表 1 聚合物加序对海水微泡沫钻 井液 的影响性能 从表 1 可以看出， 聚合 物加序对微泡沫钻井液的流 变性 和稳定 性影 响不 明显 。 1 ． 2 p H的影 响 为了确定海水微泡沫钻井液的最佳 p H值 ， 将 2 配方的 p H 值分别调整为 4 、 5 、 6 、 8 、 9 、 1 0 、 l 1 ， 观 察各 p H 值下体 系的起泡能力 ， 实验结果见 图 1 。 由图 1可以看 出， p H 值为 1 0时 ， 体系的稳 定性最 好 ， 出液 时间和半 衰期 均达到 最大值 。 因此 ， 海水微 泡沫钻井液的合理 p H值为 9 ． 5 ～1 0 ． 5 。 4 0 0 3 0 0 口 { 2 0 0 1 0 O O 4 5 6 7 8 9 l 0 l l p H 图 1 体系 p H值对泡沫稳定性的影 响 1 ． 3 泡沫密度的调节 实验测得微泡沫钻井液的初始 密度仅为 0 ． 2 4 g ／ c m。 ， 远没有达到现场要求 O ． 6 ～1 ． 0 g ／ e m。 ， 而 泡沫的稳定性也不是很好。为进一步提高该钻井液 的密度及其稳定性 ， 采取了以下改进措施 增加膨润 土浓度至 1 2 ， 适当增加聚合物加量， 调节基液 p H 值为 9 ． 5 ～1 0 ． 5 ， 并适当减小泡沫剂的加量， 调整海 水基浆配方， 然后探索加入特制加重剂 T J 。实验配 第一作者简介 张荣 ， 中海油服股份有限公司油田化学事业部塘 沽基地资深工程 师。地 址 天 津市塘沽 区 5 7 6信 箱油田 化学事业部塘沽基地； 邮政编码 3 0 0 4 5 2 ； 电话 0 2 2 6 6 9 1 7 9 7 3 ； E - ma i l z h a n g r o n g l c n o o c s ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 6期 张荣等 抗高温海水微泡沫钻井液实验研究 3 3 方如下 ， 加重该钻井液后 ， 其性评价结果见表 2 。 基浆6 0 mL 1 2 膨润土浆 1 2 0 mL 海水 0 ． 2 Na 2 CO3 0 ． 1 Na OH 3 2 0 0 mL 基 浆 0 ． 6 C MC MV0 ． 1 ％ X C0 ． 4 S D P - 1 0 ． 5 oA S DP 一 2 起 泡 稳 定 后 再 加 1 5 0 g TJ 4 2 0 0 mL基 浆 0 ． 6 C MC MV 0 ． 1 ％ X C 0 ． 4 S D P - 1 0 ． 5 S D P - 2 起 泡稳 定 后 再 加 2 0 0 g TJ 5 2 0 0 mL基 浆 0 ． 6 C MC MV 0 ． 1 ％ XC 0 ． 4 S D P ～ 1 0 ． 5 S D P 一 2 1 5 0 g T J与起 泡 剂 、 稳泡剂一起加入 从表 2可以看出， 加入 T J 后有一定 的效果。另 外， 对比 3 和 5 配方性能得知， T J的加入次序对微 泡沫钻井液密度没有影响。在较高转速下 ， 由于气体 含量过高， 很难通过聚合物和 T J 完全实现泡沫密度 在 0 ． 6 ～1 ． 0 g ／ e ra 之间调节。因此， 配制时还可通 过适当降低发泡搅拌速度来调整泡沫密度。 表 2加重微泡沫钻井液稳定性评价 1 ． 4 配方及配法 通过考察研选起泡剂 、 稳泡剂和加重剂等主要 处理剂 以及 聚合 物加序、 p H 值对钻 井液性能 的影 响， 优选出了抗高温海水微泡沫钻井液配方如下。 6 0 mL 9 膨润 土浆 1 2 0 mL海水 0 ． 2 Na 2 CO3 0 ．1 Na OH 0 ． 6 CMC MV 0 ． 3 X C1 L NW 高温稳定 剂0 ． 4 S D P 一 1 0 ． 5 S DP - 2 TJ 该微泡沫钻井液 的具体 配法 ①配 9 ％膨润土 浆 ， 预水化 2 4 h ； ②取 2份海水 ， 加入 0 ． 2 Na 。 C O 。 和 0 ． 1 Na OH软化 ， 然后在其 中混入 1份 9 预水 化膨润土浆， 配制成 3 ％海水基浆 ； ③取 2 0 0 mL 3 ％ 海水基浆 ， 边搅拌边加入 0 ． 6 C MC MV 和 0 ． 3 9 ，6 XC； ④在 以上配方 中加入 1 9 ／ 6 L NW、 0 ． 4 S D P 一 1和 0 ． 5 9 ／ 6 S DP 一 2 ， 用增 力电动搅拌仪搅拌 4 ～5 h ； ⑤起 泡稳定后再加 2 0 0 g T J 。测定该微泡沫钻井液的各 项性能 ， 结果见表 3 。从表 3可知 ， 抗高温海水微泡 沫钻 井液 具有 泡 沫 可循 环 、 稳 定 性 好 、 密度 可 调 、 滤 失量低等特点 。 表 3 抗 高温 海水 微泡沫钻 井液配方基本 性能 2 性 能 评价 2 ． 1 抗海水污染能力 海水中含有大量 的无机 电解质和微生物， 微生 物可消耗钻井液中的处理剂 ， 无机电解质侵入到微 泡沫钻井液中， 存在 3个作用l_ 2 ] 一是多价金属离 子与阴离子型表面活性剂 中的有机离子 酸根 作用 形成不溶或难溶 的盐 ， 还可以使表面活性剂从溶液 中盐析 出来而失效 ； 二是电解质压缩离子型活性剂 在液膜两侧形成 的扩散双 电层 ， 降低两侧吸附电荷 产生的分离压， 使液膜易于变薄 ， 无机阳离子价数越 高， 越不利于微泡沫 的稳定； 三是电解质 的侵入， 降 低 了增黏型稳泡剂 如聚合物 的作用 ， 使溶液黏度 降低， 导致液膜的排液速率和液膜 的透气性提高。 将海水 取 自渤海湾 加入到配方 中， 对其进行 抗海水性能评价 ， 实验结果见表 4 。 表 4 抗高温海水微泡沫钻井液的抗海水污染能力 由表 4可知， 随着海水含量 的加大， 微泡沫钻井 液 的密度先降低后上升 ， 黏度逐渐下降 ， 当海水加量 为 2 5 时， 微泡沫钻井液的稳定性急剧下降 ， 说 明 该微泡沫钻井液的抗海水量为 2 0 ～2 5 。 2 ． 2 抗岩屑污染能力 在钻井过程 中， 钻屑的一般颗粒体积 比气泡要 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 0 8年 1 1月 大许多倍， 颗粒基本上都被气泡承托着 ， 颗粒的下沉 只有 在气泡 发生 变形 ， 或 颗 粒挤 出一 条通 道 时 才会 出现。如果钻屑的重量没有使气泡变形或者大于气 相或液相之间的界面张力使气泡移动 ， 就证明泡沫 对砂粒的悬浮能力是很强的， 此时钻屑在泡沫中的 沉降速度可忽略不计 ， 这对海水微泡沫钻井液具有 优越的携岩能力极为重要 。采用海洋油田岩心进行 抗 岩屑 污染实验 ， 实验结 果见 表 5 。 表 5 抗高温海水微泡沫钻井液的的抗岩屑污 染能 力 由表 5可 知 ， 岩屑 加 量 的增加 对 微泡 沫钻 井 液 的密度 、 稳定 性和滤失 量几乎 没有影 响 ， 说 明此微 泡 沫钻井 液具有 良好 的悬浮岩 屑能力 。 2 ． 3 抗盐污染能力 在钻井过程中， 地层水的侵入会对海水微泡沫 钻井 液造 成影 响。通 过 实验对 微 泡 沫钻 井液 抗 Na 、 C a 和 Mg 外等离 子污 染 的能 力 进行 了评 价 ， 结果 见表 6 ～表 8 。 由表 6 ～表 8可 以看 出， 该 海 水 微泡沫钻井液具有 良好 的抗盐能力， 抗 Na C I 达到 1 6 以上 ， 抗 C a C 1 。和 Mg C I 6 H2 O达 到 1 ． 2 以 上 ， 能够满足现场钻井 的需要 。 表 6 抗高温海水微泡沫钻井液的抗盐能力 2 ． 4 抗原油污染能力 原油具有一定的消泡作用， 在采用微泡沫钻井 液钻遇油层时， 地层 中原油的侵入将会对微泡沫钻 井液产生 影响。实验 采用渤 海油 田 J Z 2 5 1 S 一 8井 井 深 1 6 1 8 2 0 1 0 ． 2 m 原油评 价 了抗 高温海 水微 泡 沫钻井 液 的抗 原油污 染能力 ， 结果 见表 9 。从 表 9 可知， 原油侵入量为 5 后 ， 微泡沫钻井液各项性能 变化不大 ， 说明该抗高温微泡沫钻井液的抗原油污 染 能力强 。 表 7 抗高温海水微泡沫钻井液的抗 C a C I z 能力 表 8 抗高温海水微泡沫钻 井液 的抗 Mg C I 6 H O能力 表 9 抗高温海水微 泡沫钻井液的抗原油污染能力 2 ． 5 抗温性能[ 4 ] 随温度升高 ， 微泡沫钻井液的稳定性迅速下降。 从微泡沫结构来看， 一方面这是 由于温度升高时， 液 膜黏度降低 ， 液膜排液速度加快， 液体蒸发速度加 快 ， 使液膜迅速变薄， 因而液膜强度下降所致 。另一 方面， 温度升高后 ， 液膜黏度降低， 液膜透气性增大， 泡沫问的气体扩散速度增加 ， 这也使得微泡沫 的稳 定性下降 。从微泡沫钻井液组成来看， 温度升高 ， 使 微泡沫钻井液中的黏土分散 和钝化 ， 使处理剂发生 降解和交联， 微泡沫剂降解或失效 ， 从而导致微泡沫 钻井液稳定性下降。在该微泡沫钻井液中引入了高 温稳定剂 L NW ， 它极大地提高 了微泡沫钻井液的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 6期 张荣等 抗高温海水微 泡沫钻井液 实验研 究 3 5 高温稳定性 ， 在 1 2 0 、 1 5 0℃热滚老化 1 6 h后 ， 体 系 仍然具有较好的性能， 见表 1 0 。 表 1 0 抗高温海 水微 泡沫钻井液的抗温性能 T Pv YP Fl pH p t ttl t 1 ℃ mP a s P a mL g ／ c m。 mi n mi n 室 温 3 7 2 6 ． 5 4 ． 4 9 ～ 1 0 0 ． 7 0 1 4 4 0 1 4 4 0 1 2O 32 23 ．5 5． 6 9～ 1 O 0． 65 1 44 0 1 44 0 1 5O 3O 22 ． O 8． 0 8～ 9 0． 63 12 0 1 2 00 2 ． 6 长期稳定性 为了满足现场微泡沫钻井液施工周期需要 ， 实 验考察了泡沫的长期稳定性 。将微泡沫钻井液放人 老化 罐 中 ， 在 1 2 0℃下最 长 静 置 7 d ， 长期 高 温 老 化 测 试结 果见 表 1 1 。 由表 1 1可 以看 出 ， 钻 井 液 在 长 时 间放 置后 ， 可 通过 搅拌 来起 泡 ， 不需 要重 新加 入起 泡剂 ， 起泡后体系的各项性能变化不大， 仍然能够满 足现场钻井 的需要 。这样可很 好地节省钻 井液成 本 。 表 1 1 抗 高温海水微泡沫钻井液的长期稳定性 实验 2 ． 7 油气层保护性能l 8 ] 微泡沫钻井液的封堵作用和疏水屏蔽作用使得 其具有很好 的油气层保护性能 。采用 中渗和高渗 2 种人造岩心， 通过多功能油气层保护实验仪评 价了 抗 高温 海水 微泡 沫 钻 井 液 的油 气 层 保 护 性 能 ， 实 验 污染温 度 为 8 0℃ ， 污 染 压 差 为 3 ． 5 MP a ， 围 压 为 5 MP a ， 时间为 3 0 mi n ， 转速为 2 0 0 r ／ mi n ， 用 蒸馏水 作驱替 液。实 验测 得 原始 渗 透率 分 别 为 8 0 ． 5 X 1 0 _ ‘ 、 9 9 8 1 0 _ m 的岩心 ， 污染后渗透率分别为 5 ． 5 X1 0、 1 7 8x 1 0 m ， 封堵 率分别为 9 3 和 8 7 。 由此 可 以得知 ， 通过 封堵 和疏 水屏 蔽作 用 ， 海 水微泡沫钻井液能够在岩 心端面形成强的封堵带 ， 能够保护 油气层。渗透率恢 复实验 结果 见表 1 2 。 从表 1 2看出， 海水微泡沫钻井液具有高的渗透率恢 复值和低的返排解堵压力 ， 这说 明微泡沫钻井液具 有很好的油气层保护性能 ， 可用来钻低压储层。 表 1 2 渗透率恢复 实验 结果 3 结论 1 ． 发 泡 剂 S D P 一 1和 S D P 一 2复 配 后 ， 发 泡 能 力 强 ， 泡沫小 ， 分布均匀 ， 稳定性好 ， 抗污染能力强 ， 用 海水基浆配制的微泡沫钻井液具有较好的稳定性 和 油气层保护性能。 2 ．引入高温稳定剂 L N w 后， 可提高海水微泡 抹 钻 井液 的抗 温性 1 5 0℃ 和 长期稳 定性 7 d 。 参 考 文 献 [ 1 ] 马勇 ， 崔茂 荣 ， 等． 可循环微泡沫钻井液体系． 特种油气 藏 ， 2 0 0 5 ， 1 2 3 5 - 8 [ 2 ] Ar g i l l e r J F， He r z h a f t B ， T o u r e A ．S t a b i l i t y a n d f l o w i n g p r o p e r t i e s o f a q u e o u s f o a ms f o r u n d e r b a l a n c e d dr i l l i n g． SPE 48 98 2， 1 9 98 1 5 23 E 3 ] 周静 ， 谭永 生． 稳 定泡 沫流体 的机理 研究 ． 钻采 工艺 ， 1 9 9 9， 2 2 6 7 5 - 7 6 [ 4 ] 马 宝歧 ， 孙 风 顺． 三 相 泡 沫 特 性 的 研 究． 油 田化 学 ， 1 9 9 2， 9 3 2 3 8 2 4 1 [ 5 ] 费立 ， 陈礼仪． 高温 对泡沫 泥浆 的影 响． 钻井 液与完 井 液 ， 1 9 9 5， 1 2 5 2 4 2 5 [ 6 ] 李胜 强 ， 樊世忠 ． 泡 沫配方 的室 内研 究和 现场设 计． 油 田化 学 ， 1 9 9 1 ， 8 1 7 - l 1 [ 7 ] 左风 江 ， 贾东 民 ， 郭 卫． 可循 环微 泡沫钻井 液技 术研 究 与应用． 钻井液与完井液 ， 1 9 9 9 ， 1 6 5 8 5 - 8 6 [ 8 ] 厉玉玺． 泡沫钻井液保护油层机理及其性能． 内蒙古 石 油化工 ， 2 0 0 6 ， 2 1 4 3 1 4 4 收稿 日期 2 0 0 8 0 8 1 5 ； HGF 0 8 0 6 W1 3 ； 编辑 汪桂娟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m