甲酸盐钻井液体系的研究.pdf

2 0 1 2年 4月 涂海海等． 甲酸盐钻井液体系的研究 1 9 甲酸盐钻 井液体 系的研 究 涂海海 ， 凡 帆 ， 刘 炜 ， 邢 钰 ， 陈 磊 1 ． 中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院长庆分院低渗透油气田勘探开发国 家工程实验室， 西安 7 1 0 0 2 1 ； 2 ．中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院， 潜江 4 3 3 1 2 3 ； 3 ． 中国石化西北油田分公司工程技术研究院， 乌鲁木齐 8 3 0 0 1 1 [ 摘要] 对甲酸钠在钻井液体系中的应用进行了研究。对甲酸钠钻井液进行了耐温试验、 储层保护试验及盐敏试验， 结果表明， 其钻井液体系具有耐温性好 ， 储层伤害低， 但 甲酸钠加量过 高会导致岩心盐敏伤害， 甲酸钠最佳加量为2 0 ％ ， 现场使用甲酸钠加重需控制其加量。 [ 关键词] 甲酸钠钻井液应用 甲酸盐钻井液体系是近年来国内外油 田常使 用 的一 类新 型无 毒 环保 型钻 井 液和 完井 液体 系 j 。主要用于无固相或低 固相钻井完井液 ， 最 高密度可达 2 ． 3 g ／ c m ， 与无固相盐基钻井完井液 如 N a C 1 ， C a C 1 ， Z n B r 2 相比， 具有无毒、 易降解 、 不 腐蚀钻井设备等优点， 还具有耐高温 、 强抑制和对 环境无污染等特点 。甲酸盐与许 多增黏剂 、 降滤 失剂如 P A C、 X C、 改性淀粉等钻井液添加剂具有 较好的配伍性 ； 与储层流体不会产生不 良反应 ， 起 到保护油气层 的作用。以甲酸盐盐水为基本成分 所组成的钻井液在油气井钻井 中具有 很多 的优 点 ， 如不增加钻井液固相 ， 低摩阻 ， 低扭矩 ， 可提高 钻井液抑制性， 对储层伤害小等。因此 ， 甲酸盐钻 井完井液体系广泛应用于小井眼钻井 、 水平井 、 分 支井以及环保要求严格的钻井过程 中 J 。 1 实验 1 ． 1 原料 甲酸钠、 K O H、 腐植酸衍生物、 丙烯酸与酰胺 共聚物 ， 均为工业 品。 1 ． 2 仪器 O F I 五轴高 温滚子加热炉 ， N O． 1 7 30 0， 美 国 O F I 公司； Z N ND 6型 6速旋转黏度计 ， 青岛 海通达专用仪器厂 ； 高温高压动态伤害仪 ， 型号为 J HM D， 长江大学荆州市科技创业中心现代石油有 限公司。 2 结果与讨论 2 ． 1 甲酸盐体 系的耐温性 在南海项 目实验中， 井底温度高达 1 6 0℃ ， 长 时间钻进对钻井液的抗温性和加重材料 的悬浮稳 定性要求较高 ， 因此 ， 选取甲酸钠为抗温剂。钻井 液基本配方为 清水 2 ％ 阴离子降失水剂 3 ％ 酸溶暂堵剂 0 ． 3 ％聚合物提黏剂 0 ． 5 ％泥页岩 有机抑制剂， 考察 甲酸钠加量对体 系热稳定性 的 影响， 结果见表 1 。当抗温剂用量 ≥1 5 ％时， 钻井 液温度高达 1 6 0℃ ， 钻井液性能稳定 ， 滤失量可控 制在 5 m L以下 ， 黏度损失率不超过 5 0 ％ ， 加重材 料悬浮正常 ， 未观察到分层现象。滚动后没发现 液罐底有沉淀， 无 异味。考虑流变性 随着抗温剂 用量 加 大 而 改 善。因 此 ， 抗 温 剂 加 量 以 2 0 ％ 为宜。 表 1 甲酸盐体系的耐温试验结果 注 A V为表观黏度 ， P 为塑性黏度 ， y P为动切力 。 由于南海西部气藏压力高 ， 对应 的钻井液密 度高， 抗温剂甲酸钠能有效提高钻井液液相密度 ， 2 0 ％ 甲酸钠可使基浆密度加重至 1 ． 1 5 g ／ c m ， 降 低重晶石等加重材料用量 ， 减少 固相颗粒含量 ， 有 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 2 。 作者简介 涂海海 ， 助理工程师 ， 从事钻完井液研究工作 。 2 0 1 2年 4月 涂海海等． 甲酸盐钻井液体系的研究 2 1 3 图2 不同钻井液伤害的岩心照片 表 3 不同钻井液对岩心静态伤害的评价结果 注 K o为初始渗透率 ； 1 为岩心被钻井液伤害后 的渗透率 。 从表 3可看 出，1 为现场钻井液体 系， 岩心 伤害率较低， 在实验允许的范 围内 伤害率 2 0 ％ 。从 图2可看出， 1 岩心伤害面有薄而湿润 的泥饼 ， 驱替后出现致密细孔 ， 说明滤饼易被气层 掀开 ， 解堵效果好。2 岩心用 甲酸钠加重现场钻 井液 ， 3 岩心用甲酸钠将三开基础配方体系加重 至密度为 1 ． 2 1 g ／ c m。 ， 其岩心伤害面上的泥饼均 呈现干、 硬 ， 且有明显盐结晶 ， 2 和 3 伤害率均在 7 0 ％以上 ， 伤害 大。说 明 4 0 ％ ～6 0 ％ 甲酸钠 加 重 ， 可能造成岩心盐敏伤害 ； 其次高盐含量的滤液 可能在岩心孔道发生盐析结晶， 使孔喉堵塞 ， 从而 造成岩心伤害。 2 ． 4 甲酸钠盐水储层保护实验 为了进一步分析甲酸钠对储层 的影响 ， 在室 内开展了不 同甲酸钠加量对储层 的岩心伤害实 验 ， 即岩心 甲酸钠盐敏实验。选 取榆 2 4井岩心 3 2 58 71 ， 初始渗透率为 0 ． 8 3 8 2 m ， 考察 甲酸钠含量对岩心进行伤害， 结果见表 4 。 表 4 甲酸钠含量对岩心的伤害结果 山西组地层盐敏试 验表明， 甲酸钠对地层 的 伤害随其 含量增加 而增加 ， 甲酸钠最佳 加量 以 1 5 ％ ～ 2 0 ％为宜 ， 甲酸钠加量过高将会对地层造 成较大伤害。 3现场应 用 目前 甲酸钠在壳牌长北项 目组 C B 9 2井中 用于三开钻井液 的加重 ， C B 9 2井 开钻 于 2 0 0 9 年 1 O月 1日， 三开时多次钻遇泥岩并被迫转 回二 开 ， 地层较为特殊 ， 处于边缘地带 ， 储层存在较多 砂岩和炭质泥岩的交联 。2 0 1 0年 3月 6日三开 正常钻进时， 钻遇 5 ％ ～3 0 ％的炭质泥岩 ， 经工程 院与壳牌协商决定采用 甲酸钠 ， 将三开钻井液由 原密度 1 ． 0 4 g ／ c m 分梯度加重至 1 ． 1 3 g ／ c m ， 甲 酸钠加量为 1 8 ％ ， 观察现场钻井液发现 甲酸钠在 三开钻井液 中溶解 良好。加入甲酸钠后连续 5天 钻井液性能变化结果见表 5 。 表 5 加入 甲酸钠后现场钻井液性能 注 F V为漏斗黏度， 6为六速黏 度计 6 r ／ mi n下读数 ， 儿 为滤 失量 ， 为扭矩 ； 3月 6日和 3月 9日工况为起下钻 ， 无 数据。 由表 5可看出， 加入 甲酸钠后 ， 钻井液性能并 未出现不 良反应而略有改善。由于 甲酸钠是强碱 弱酸盐 ， 溶解后呈碱性 ， 甲酸钠加入后钻井液 p H 由 9 ． 5增加至 1 0 ， 此碱性环境的维持对钻井液性 能的维护具有 良好作用。 现场采用梯度法将钻井液 由 1 ． 0 4 g ／ e m 提 至 1 ． 0 8 g ／ c m 最终达 1 ． 1 3 g ／ c m 。 由于 6寸小 井眼钻头钻井时间平均 3 5 h ， 故每 3 5 h起下钻一 次 ， 每 次 起 钻将 向井 里 注入 5 m 重 浆 密度 1 ． 3 0 g ／ c m ， 采用 3 2 5目石灰石加重 ， 因此 ， 每次 起下钻后钻井液体系密度会略增 ， 应充分利用固 控设备 ， 开启两 台离 心机， 降低钻井液 中固相含 量 ； 事实证明， 甲酸钠加重后 ， 密度稳定， 起下钻后 通过开启离心机使密度 回到 1 ． 1 1 g ／ c m ， 并一直 持续。 加人甲酸钠前 三开钻井液发泡情况严 重， 泵 压较不稳定 ， 时常降泵压， 加入 甲酸钠后钻井液黏 度增加至 7 5～8 0 s ， 现场观察发现发泡现象有所 2 2 A N 细 C ES 石 I N F 油 I NE P 化 ETR 工 OC H 进 EMI C 展 ALS 第 1 3卷第 4期 A D V A 一 。 一 控制 ， 泵压较之前稳定 。 由表 5可知， 扭矩略有降低 。主要是 甲酸钠 克服 了石灰石加重导致钻井 液固相含量高 的缺 点。甲酸钠溶解于钻井液体系中， 能有效地降低 钻井液中固相含量 ， 降低摩阻。 C B 9 2钻井液采用 甲酸钠加重后顺利 打穿 炭泥， 有效地提高了机械钻速 ， 降低了井下复杂的 可能， 扭矩也处于较低水平 ， 同时钻具和测斜仪器 磨损有所改善。C B 9 2井在打完双分支后于 2 0 1 0年 5月 2 5日开始完井 。 4结论 1 实验表明甲酸钠在钻井液 中作为抗温剂 使用是完全可行的， 它可有效地提高钻井液体系 的耐温性能， 使钻井液性能在高温下仍可维持较 长时间。 2 甲酸钠加量为 2 0 ％的钻井液体 系对其储 层伤害小 ， 当甲酸钠加量过高时储层保 护实验并 不理想 ， 易对地层造成盐敏伤害； 故用甲酸钠加重 钻井液需要严格控制其加量。 3 在 C B 92井 中甲酸钠作 为加重材料使 用能有效地降低钻井液体系的固相含量， 提高机 械钻速， 减少钻头泥包的可能， 降低钻具磨损。 参考文献 [ 1 ] 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 ． [ 2 ] 王利 中． 甲酸盐钻井完井液体系室 内研 究[ J ] ． 西部 探矿 工 程 ， 2 0 0 3 ， 1 5 7 7 7 7 9 ． [ 3 ] 陈乐亮 ， 汪桂娟． 甲酸盐基 钻井液 完井液体 系综述 [ J ] ． 钻 井液与完井液 ， 2 0 0 3 ， 2 0 2 3 3 3 8 ． [ 4 ] 鄢捷 年． 钻井液工艺学[ M] ． 东 营 石油工业出版社 ， 2 0 0 1 ． Re s e a r c h o n Fo r ma t e Dr i l l i n g Fl ui d S y s t e m Tu Ha i ha i F a n F a n。L i u W e i Xi n g Yu Che n L e i 1 ．C h a n g q i n g B r a n c h o f Dr i l l i n gP r o d u c t i o n E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Ch u an q i n g Dr i l l i n g En gi ne e r i n g Co mpa n y，CNPC，Nat i o n al En gi n e e r i n g L ab o r at o r y 如r L o wP e r m e a b i l i t y O i l g a s F i e l d E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t ， X i a n 7 1 0 0 2 1 - ； 2 ．O i l P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ofJ i a n g h a n O i lfie l d C o m p a n y ， Q i a n j i a n g 4 3 3 1 2 3 ； 3 ．R e s e a r c h I n s t i t u t e of E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y ， S i n o p e c N o r t h w e s t O i lfie l d B r a n c h ，U r u mq i 8 3 0 0 1 1 [ A b s t r a c t ] T h e a p p l i c a t i o n o f s o d i u m f o r m a t e i n d r i l l i n g fl u i d s y s t e m w a s s t u d i e d ．T e m p e r a t u r e w i t h s t a n - d i n g t e s t ，r e s e r v o i r p r o t e c t i o n t e s t a n d s a l t s e n s i t i v i t y t e s t we r e c o n d u c t e d f o r t h e s o d i u m f o r ma t e d r i l l i n g fl u i d ． A c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f t e s t s ，t h i s d r i l l i n g fl u i d i s g o o d i n t e mp e r a t u r e wi t h s t a n d i n g p e r f o rm a n c e wi t h l o w h a r m t o r e s e rvo i r ． Ho we v e r ，t o o h i g h a d d i t i o n v o l u me o f s o d i u m f o rm a t e ma y c a u s e s a l t s e n s i t i v i t y h a r m t o c o r e，a n d t h e o p t i mu m v o l u me o f s o d i u m f o r ma t e i s 2 0 ％ ． [ Ke y w o r d s ] s o d i u m f o r m a t e ； d r i l l i n g fl u i d ； a p p l i c a t i o n S y l v a n过程可从生物质制取可再生柴油 西班牙 巴伦西亚 P o l i t ／ c n i c a d e V a l e n c i a 大学 的 A v e l i n o C o rma 博士和他 的同事于 2 0 1 2年 2月 1 1 日宣布 ， 开发的最佳催化剂和过程变种可应用于其 S y l v a n过程 ， 从纤维素和半纤维素生产 高品质可再 生柴油。这一成果已发表在 R S C杂志 能源与环境科学 E n e r g y E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e 中。 该工艺过程采用来 自 木质纤维素生物质的己糖 5一 甲基呋喃 和戊糖 2一甲基呋喃 衍生的平台 分子 ， 通过两个连续的催化步骤， 涉及加氢烷基化／ 烷基化和加氢脱氧 ， 可使总产率达 8 7 ％。在加氢烷 基4 L ／ 烷基化步骤中两个 S y l v a n分子与醛或酮反应 ， 产生 C 含氧中间分子。 Gr e e n Ca r c o n g r e s s ． 2 01 2一O 2 1 2