甲酸钾溶液作内相的油基钻井液.pdf

第 3 1 卷 第 2期 2 0 l 4年3月 钻井 液与 完井 液 DRI LLI NG FLUI D COM PLETI ON FLU I D V0 1 ． 3l NO ． 2 M a t ．2 O1 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 2 ． 0 0 6 甲酸钾溶液作 内相的油基钻井液 荆鹏 犬津中海油服化学有限公司技术部，天津 荆鹏 ． 甲酸钾溶液作 内相的油基钻井液 [ J 】 _ 钻井液与完井液，2 0 l 4，3 l 2 2 1 ． 2 3 ，2 7 ． 摘要 油基钻井液普遍彳 迎 用 C a C I ， 水溶液作 内相，但体 彖有时会存在乳化稳定性不好、墼体性能下降1 b 对甲馥钾溶液作水相的油基钻井液进行了研究。实验评价结果表明，对比 N a 、C a ，K 易与钻井液中自 目 结合，同时也很容易通过物理吸附和 化学吸附等过程，吸附在固相物质的表面，形成稳定的化学键， 使岩 t 稳定，同时引入的HC O 0一 的空间位阻效应，并没有对整个体系起到很大的影响。性能评价结果表明 E 召的油基钻井液在不同基础油、温度为 1 2 0 ～2 2 0 o c、密度为 1 ． 2 ～2 ． 2 g ／ c m 和水相浓度为 1 0 ％～3 0 ％ 条f 生 能好，电稳定性较好，高温高压滤失量小于 7 mL ，证明该钻井液具有较高的应用性能。该甲酸钾作内相自 更 可以在大位移井、水平井、深水井及超深水井等特殊工艺井以及易漏地层、多套压力系统等复杂地层钻井 关键词 油基钻井液 ； 水相 ；甲酸钾 ； 流变性能 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 2 0 0 2 l 一 0 3 在油基钻井液中，普遍使用 C a C 1， 水溶液作为水 相 ，其作用在于控制水相活度 ，以防止或减弱泥岩地 层的水化膨胀 ，保证井壁稳定 { I - 5 ] o但 c a 在与油基 钻井液中其他处理剂作用时，不易形成钙盐，进而使 整个体系乳化不稳定 ； 并且在形成钙盐后很容易与地 层 中的其他阴离子发生反应 ，生成沉淀 ，进而破坏了 整个体系的网状结构，使油基钻井液整体性能下降 ； 当钻遇泥岩和活性页岩层时 ，还经常出现井径不规则 等问题 [6 -7 1 c实验利用甲酸钾水溶液作为水相，改善 油基钻井液的流变性能 、降滤失性能，进一步提升油 基钻井液整体 能指标和应用性能。 1 实验 部分 1 ． 1 实验原料及仪器 C a C I ， 、有 机膨 润 土 ，T业 级 ； C a O、甲酸 钾 、 甲酸钠 、乙酸钠 、乙酸钾 ，分析纯 ； 重品石 ； 0 柴油 ； 乳化剂 P F MOE MU L白产 ； 润湿剂 P F MOME T 自 产 ； 降滤失剂 P F MOF L I T E R 自产； 5 白油。 变 频 高速搅拌 机，2 3 D型 破乳 电压 仪 F a n n I n s t r u me n t C o mp a n y ，Z NN． D 型六 速旋 转 黏 度计 ， G Z X 一 9 0 7 0 MB E型电热鼓风干燥箱， 高温高压失水仪。 1 ． 2 配制过程 用量筒量取一定量的基础油加入到高搅杯巾，依 次加 入 P F ． MOE MUL、P F MO ME T，在变频 高速搅 拌 仪 上 以 l 1 0 0 0 ～ 1 2 0 0 0 r ／ mi n的 转 速 搅 拌 5 ～ l 0 min ，使之充分溶解 ； 加入一定量的甲酸钾水溶液， 继续高速搅拌 2 0 m i n； 再加入有机土、氧化钙和降 滤失剂，高速搅拌 l 0 m i n； 最后加入重品石，高速 搅拌 2 5 mi n ，配制成为所需油基钻井液 。 1 ． 3 实验方法 按照 S Y ／ T 6 4 5 3 --2 0 0 0测定高温高压滤失量 ； 按 照 S Y ／ T 6 6 1 5 --2 0 0 5测 定 破 乳 电 压 ；按 照 AS T M C l 7 5 2 2 0 l l 进 行油基钻井液流变性能测定 ； 按照 GB ／ T 1 5 5 4 1 --1 9 9 5进行油基钻井液抗污染实验。 2 结果 与讨论 2 ． 1 不同冈素对油基钻井液性能的影响 2 ． 1 ． 1 水相 以 5 白油为基础油，使用不同水相，配制油水 比为 7 5 ／ 2 5的油基钻井液 ，其基础配方 如下 ，钻井液 性能测定结果见表 l 。 作者简介 荆鹏，助理工程师，硕士研究生，主要从事功能性高分子研制及其在油田化学等领域应用的研究工作 地址 天津市塘沽区工农村贻正嘉合小区 1 5 2 ． 2 0 2； 邮政编码 3 0 0 4 5 0；电话 0 2 26 6 9 0 9 9 5 4； E - ma i l j i n g p e n g c o s 1 ． c o m． c a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 钻井液与 完井液 2 0 1 4年 3月 5 白油 水 2 ． 5 ％P F MOE MU L I ． 0 ％P F MO ME T 2 ．0 ％有机膨润土 3 ． O ％氧化钙 2 ．5 ％ 降滤失剂， 密度为 1 ． 5 g ／ c m 。 表 1 不同水相对油基钻井液性能的影响 注 在 1 5 0℃热滚 1 6 h ，6 6℃ F 测定钻井 液流变 性能 ； 用乙酸钠溶液配制的油基钻井液的 ∞读数大于 3 0 0 。 由表 1可知 ，用 2 5 ％ 甲酸钾水溶 液配制 的油基 钻井液，其流变性能、乳化稳定性和降滤失性能等 均表现出极大 的优势 。这主要是 由于 对 比Na 、 C a 2 易与钻井液中的有机官能团结合 ； 同时也很容 易通过物理吸附和化学吸附等过程 ，吸附在有机土和 重晶石等固相物质的表面，形成稳定的化学键， 使整 个体系乳化稳定 ； 同时引入的H C O O 一 的空间位阻效 应 ，并没有对整个体系起到很大的影响。 2 ． 1 ． 2 温 度 以 5 白油 为基础 油 ，2 5 ％ 甲酸钾溶 液为水 相 ， 油水 比为 8 5 ／ 1 5 ，配制油基钻井液，通过改变不同的 热滚温度，考察该配方钻井液的抗温性能，实验结果 如图 1 ～ 图 3和表 2所示 。钻井液配方如下。 5 白 油 2 ． 5 ％P F MO E MU L I ． 2 ％P F MO ME T 2 ．5 ％有机膨润土 3 ．0 ％氧化钙 4 ．5 ％降滤失剂，密 度为 1 ． 8 g ／ c m 。 刀℃ 图 1 温度对油基钻井液乳化稳定性能的影响 刀℃ 图2 温度对油基钻井液塑性黏度的影响 7 ．5 罡 3 ．0 1 ． 5 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 O 刀℃ 图 3 温度对油基钻井液滤失量的影响 表 2 不同温度下油基钻井液的沉降稳定性能 ℃ 2 4h 沉降稳定性能 1 0 0 稳定，软沉降，钻井液恢复性能好 1 2 0 稳定，软沉降，钻井液恢复性能好 1 5 0 稳定，软沉降，钻井液恢复性能好 1 8 0 稳定，有少量死沉降，钻井液恢复性能较好 2 0 0 稳定，有少量死沉降，钻井液恢复性能较好 2 2 5 稳定，有死沉降，钻井液恢复性能较好 由实验可知 ，随着温度升高 ，甲酸钾 一 油基钻井 液的整体性能呈现出下降的趋势，但在 1 0 0 2 2 0℃ 范围内，其破乳电压值可控制在 7 3 0 V以上，塑性黏 度值在 4 5 m P a S 以下，高温高压滤失量能控制在 7 ． 5 mL以下。以上结果证明该钻井液有很好的抗温性能。 2 ． 1 ． 3 密度 实验考察了甲酸钾 一 油基钻井液在不 同密度条件 下其整体性能的变化趋势，如图4 ～图6 所示。 譬 耋 刀℃ 图4 不同密度钻井液在不同温度下的表观黏度 ／ ／ 1 2 图 5 不同密度钻井液在不同温度下的电稳定性 从 图 4 ～图 6中的数据变化趋势可 以了解到 ，在 不同密度条件下 1 ．2 ～2 ．2 g ／ c m ，甲酸钾 ． 油基钻 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l 卷 第 2期 荆鹏 甲酸钾溶液作 内相的油基钻井液 2 3 井液具有 良 好的流变性能、优良的电稳定性和较低的 滤失量。 该 甲酸钾 ． 油基钻井液在较大的密度范围内， 有着很好的可调性，能够满足不同地层和复杂区块的 要求 。 ／ T U 图 6 不同密度钻井液在不同温度下的高温高压滤失量 2 ． 2 甲酸钾一 油基钻井液典型配方 分别测定了在不同基础油 、不 同密度 、温度 、油 水比等因素条件下，甲酸钾 一 油基钻井液典型配方的 性能 ，见表 3 。从表 3可知 ，该钻井液密度和温度的 可调性高 1 ． 1 5 ～2 ． 1 5 g ／ c m 3 ，1 2 0 ～2 2 0℃ ； 流变 性能优良 ； 乳化稳定性高，破乳电压值大于 4 5 5 V； 高温高压滤失量低，小于 7 m L 。说明该 甲酸钾 一 油 基钻井液性能优良，有利于提高钻具机械效率。 表 3 甲酸钾 ． 油基钻井液典型配方和性能 油相 油 1 8 水 甲酸钾 ／ ％ g ／ c m m P Pa V ／ ． Y P P ／FL m H L T H P 『E v S ／ 2 ． 3 钻井液滚动回收率实验和抗污染实验 使用不同基础油、改变各助剂配比和热滚温度， 配制不同密度下的甲酸钾 一 油基钻井液，其滚动回收 率和抗污染实验结果见表 4 和表 5 。 钻井液配方如下。 柴油基钻井液0 柴油 2 5 ％ 甲酸钾水溶液 2 ． O ％P F MO E MUL I ． 5 ％P F MO ME T 3 ． 0 ％ 氧 化 钙 1 ．8 ％有机土 5 ．5 ％降滤失剂，密度 2 ．0 5 g ／ c m l 白油基钻井液5 白油 2 5 ％甲酸钾水溶液 1 ． 8 ％P F MOE MU L 0 ． 9 ％P F ． MO ME T 3 ． 5 ％ 氧 化 钙 2 ． 0 ％有机土 5 ． 5 ％降滤失剂 ，密度 1 ． 9 0 g ／ c m 2 白油基钻井液5 白油 2 5 ％氯化钙水溶液 1 ． 8 ％P F MOE MU L 0 ． 9 ％P F ． MOME T 3 ． 5 ％ 氧 化 钙 2 ． 0 ％有机土 5 ． 5 ％ 降滤失剂 ，密度 1 ． 9 0 g ／ c m。 表 4 甲酸钾 一 油基钻井液的滚动回收率实验 表 5 油基钻井液渗透率恢复值评价 从表 4可知 ，甲酸钾 ． 油基 5 白油和 0 柴油 钻井液的滚动回收率均为 1 0 0 ％，可见该钻井液抑制 岩屑水化能力强 ，对稳定井壁有利，对整个钻井作业 过程都能起到良 好的循环和润滑作用。 由表 5可知 ，相对于氯化钙 白油基钻井液来说 ， 甲酸钾钻井液有较高的渗透率恢复值 ，说明 对地 层页岩和黏土具有很好的抑制性能，能起到较好的油 气层保护作用。 3 结论 1 ． 利用 甲酸钾作为水相配制油基钻井液 ，其具有 流变性好、 电稳定性好、 滤失量低、 能抗高温等特性。 2 ． 通过对稳定性、滚动回收率以及储层保护等性 能 的评价 ，体现 了甲酸钾 一 油基钻井液具有很好 的稳 定性 、能抑制地层 ，具有较好的储层保护性能。 3 ． 甲酸钾 ． 油基钻井液在不同基础油 5 白油、 气制合成油和 0 柴油 、不同温度范围 1 2 0 “2 2 0 ℃ 、不 同密度范 围 1 ． 2 ～2 ． 2 g ／ c m 和不同水相浓 度范围 1 0 ％～3 0 ％ 条件下，性能较好，充分展现 了该钻井液具有很好的可调性 ； 同时也充分证明了甲 酸钾溶液做为水相时， 能很好地应用在油基钻井液中。 下转第2 7 页 目 l 皇 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 1 卷 第2期 邱正松等新型内相油基钻井液性能实验研究 2 7 为内相的油基钻井液体系高温高压滤失量最大。 表 3 不同内相体系配方滤失量测量结果 3 机理分 析 配 制相 同活度 的油基 钻井 液时 ，NH C a NO 水相的密度最大，当钻井液的油水比和密度一定时， 相对于其他内相的油基钻井液而言，其所需加重剂的 量最小，因此钻井液的黏度最低。N H C a N O 水 相的密度最大，电解质浓度最高，电解质压缩液滴表 面的表面活性剂，使表面活性剂排列变得紧凑，界面 张力降低，乳液的粒径变小，乳状液的稳定性增强。 4 结论 1 ． 对于具有相同活度的不同内相的油基钻井液体 系 ，以 NH C a NO 为内相的钻井液老化前后流变 参数的变化幅度最小 ，且相对于 C a C 1 和 Na C I 为 内 相的传统油基钻井液，该钻井液老化前后的黏度低， 流变性能好。 2 ． 油基钻井液的动态沉降量大于静态沉降量，以 上接第2 3 页 ● ⋯ - ● ⋯ - ●⋯ ● ⋯● ⋯- ● ⋯ ●⋯ 参 考 文 献 何远信． 国内外泥浆材料的现状及发展趋势 [ J ] ． 探矿工程， 2 0 01 ， 5 4 7 ． 4 9 ． He Yu a n x i n ． S ta t u s a n d t r e n d o f d r i l l i n g mu d ma t e r i a l s a t h o me a n d a b r o a d [ 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 1 ，5 4 7 - 4 9 ． Ve i l J A，Bu r k e C J ，Mo s e s D O． S y n t h e t i c b a s e d mu d s c a n i mp r o v e d r i l l i n g e f f c i e n c y wi t h o u t p o l l u t i n g [ J ] ． O i l a n d G a s J o u r n a l ，Ma r c h 4，1 9 9 6 ． Ke n n y P ．Es t e r - b a s e d mu d s s h o w p r o mi s e f o r r e p l a c i n g s o me o i l - b a s e d mu d s [ J ] ． O i l a n d G a s J o u r n a l ，1 9 9 3 ． S i mp s o n J P，W a l k e r T O ，J i a n g G Z． En v i r o n ma n t a l l y a c c e p tab l e wa t e r - b a s e d mu d c a n p r e v e n t s h a i e h y d r a t i o n and ma i mt a i n b o r e h o l e s t a b i l i ty [ J ] ． S P E ／ I A DC 2 7 4 9 6 ，1 9 9 4 ． N H a C a N O ， 为内相的油基钻井液体系，在动态剪 切和静态老化条件下，相对于其他体系，其密度的变 化值最小，体系的沉降稳定性能最优。 3 ． 以N H C a N O ， 为内相的油基钻井液体系具 有较低的高温高压滤失量。 参 考 文 献 [ 1 ] R e a g a n J a me s ， Ol e I a c o b P r e b e n s e n ， Oy s t e i n R a n d e b e r g ． Re d u c i n g r i s k b y u s i n g a u n i q u e o i l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d f o r a n o f f s h o r e c a s i n g d i r e c t i o n a l d r i l l i n g o p e r a t i o n [ R】 ．S P E 1 1 2 5 2 9 ． 2 0 0 8 ． [ 2 ] Gu i c h a r d Be r t r a n d ，Va l e n t i An d r e a ，E l i o k e m．An o r g a n o s o l u b l e p o l y me r f o r o u t s t a n d i n g fl u i d - l o s s c o n t r o l wi th mi n i mu m d a ma g e [ R】 ．S P E 1 0 7 2 8 1 ，2 0 0 7 ． [ 3 ] S o r h e i m R，Am u n d s e n E C，Kr i s t i a n s e n R，e t a 1 ．Oi l y d r i l l c u i n g s f r o m w a s t e t o r e s o u r c e [ R ] ． S P E 6 1 2 7 3 ，2 0 0 0 ． [ 4 ] P a u l s e n E J o n e ， No r ma n Mo n i c a , Ge t l i ff J o n a t h an ．C r e a t i n g n e a r - z e r o d i s c h a r g e i n n o r wa y a n o v e l e n v i r o n m e n t a l s o l u t i o n[ J ] ． W o r m0 i l ，2 0 0 2 1 2 3 7 - 4 1 ． [ 5 ] T e h r a n i A M ，Cl i f f e A，On wu z u l i k e I ，e t a 1 ．Ne w l a b o r a t o r y t e c h n i q u e for b a r i t e s a g me a s u r e me n t s [ R] ． P r e p a r e d f o r P r e s e n t a t i o n a t t h e 1 0 t h Of f s h o r e M e d i t e r r an e a n Co n f e r e n c e a n d E x h i b i t i o n。 M a r c h 2 3 ． 2 5 i n I t a l y，2 0 l 1 ． 【 6 ] He r z h a f t Be n j a mi n，R o u s s e a u L i o n e l ，Ne a u L a u r e n t ， e t a 1 ． I nflue nc e o f t e mp e r a t u r e a n d c l a y s ／ e mul s i o n mi c r o s t r u c t u r e o n o i l - b a s e d mu d l o w s h e a r r a t e r h e o l o g y [ R ] ． s PE 8 6 1 9 7．2 0 0 3． 收稿 日期2 0 1 3 ． 0 9 ． 1 0 ；HG F 1 4 0 1 F 7 ；编辑马倩芸 【 5 ] Ki r s n e r】 ，Mi l l e r J ，B r a c k e n J ． Ad d i t i v e f o r o i l - b a s e d dri l l i n g fl u i d s U n i t e d S t a t e s ，7 0 0 8 9 0 7 [ P ] ． 2 0 0 3 9 1 6 ． [ 6 ] 郝广业 ． 抗高温油基钻井液有机土的研制及室内评价 [ J ] ． 内蒙古石油化工，2 0 0 8 1 1 0 8 ． 1 1 1 ． Ha o Gu a n g y e ．P r e p ara t i o n a n d l a b o r a t o r y e v a l u a t i o n o n a n t i h i g h t e mp e r a t u r e o r g a n o c l a y o f o i l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． I n n e r Mo n g u l i a Pe t r o c h e mi c a l I n d u s t r y，2 0 0 81 1 0 8 ． 1 1 1 ． [ 7 ] T a u g b o l K，F i m r e i t e G，P r e b e n s e n O I ，e t a 1 ． De v e l o p me n t an d fie l d t e s t i n g o f a u n i q u e h i g h - -t e mp e r a tur e ／ h i g h -- p r e s s u r e HT H Po i l b a s e d dri l l i n g fl u i d wi t h mi n i mu m r h e o l o g y a n d ma x i mum s a g s t a b i l i t y [ R 】 ． S P E 9 6 2 8 5 ，2 0 0 5 ． 收稿 日期2 0 1 3 ． 1 0 ． 1 8 ；H GF 1 3 0 6 M7 ；编辑马倩芸 Ⅲ 三 三 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m