无土相硅酸盐-烷基葡萄糖苷钻井液.pdf

第 3 l 卷 第 2期 2 0 1 4年3月 钻井 液与 完井 液 DRl LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D Vo1 ． 3l NO． 2 M a r ．2 0l 4 d o i 1 O ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 0 4 无土相硅酸盐 一 烷基葡萄糖苷钻井液 黄宁， 张麒麟 ， 甄剑武， 宋士军 叶 1 石化中原石油丁程有限公司钻井丁 程技术研究院，河南濮阳 黄宁等 ． 无土相硅酸盐 皖基葡萄糖苷钻井液 [ J ] 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 2 1 3 ． 1 6 ． 摘要针对硅酸盐钻井液的流变性和高温高压滤失量不易控制的问题． 在钻井液中引入 了炕基葡萄秸苷 AP G， 并 配伍的处理剂进行了优选。通过处理剂优选得到，在硅酸盐溶液中，X C和 HV - P AC具有较好的提黏切能力，L V - C MC C P S 2 0 0 0是较为理想的低分子量和中分子量降滤失剂， 可用 F D ． 1 、 乳化沥青和聚合物凝胶作封堵剂，多羟基天然酚 K ． 是合适的分散剂，A P G胶柬吸附在处理剂和固相颗粒表面形成的憎水屏障，可阻止或降低硅酸盐与重晶石表面作用Z 硅酸盐 自身的聚集作用，从而改善硅酸盐钻井液的流变性，降低钻井液高温高压滤失量。硅酸盐 ． 烷基葡萄糖苷钻 液对不同区块岩屑的滚动回收率较高，具有 良好的抑制性，且该钻井’液在I ． -T L 低渗岩心 中的封堵率接近 1 0 0 ％，具 较强的物理 、『 匕 学封固性能。该钻井液在内蒙意 7和意 I 1井进行了应用，解决了火山岩和泥岩的井壁稳定问题。 关键词 防塌钻井液 ； 硅酸盐 ； 烷基葡萄糖苷 ； 井壁稳定 ； 抑制性 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 1 3 - 0 4 井壁欠稳是钻井和完井过程巾经常遇到的井下 复杂情况之一 ，普遍认为油基及合成基钻井液是解决 复杂地层井壁失稳的最佳体系，然而油基钻井液对保 护环境和降低钻井成本造成了越来越大的压力 ，研制 ⋯一种具有油基钻井液特性而又不污染环境的水基钻 井液成为必然。硅酸盐钻井液的抑制防塌性接近于油 基钻井液 ，且成本低 、无毒 、无污染 ，在 同内外均得 到了一定程度的应用 ，但是硅酸盐钻井液在抗温 、流 型调节、配伍处理剂优选等方面仍存在不足之处 [I -4 ] 0 为此，在硅酸盐钻井液中，引入合适的烷基葡萄糖苷 AP G ， 形成硅酸盐 ． 烷基葡萄糖f { AP G ．占 井液 [ 5 - s 1 ， 通过优选硅酸盐钻井液专用处理剂和强化体系封堵防 塌效果 ，使硅酸盐 一 AP G钻井液具有更好 的流变性 、 抑制性 、低水活度 、强封堵和封同性 ，有望成为可替 代油基及合成基钻井液的水基防塌钻井液 ，用于解决 复杂地层 的井壁失稳问题。 1 室 内研 究 1 ． 1 实验材料和实验方法 硅酸钠 模数为 2 ． 0 ～3 ． 2 ，T业 品 ； 烷基葡萄糖 苷 A P G 有效 含量为 5 0 ％，T业品 ； 钻 液J H 提 黏切剂 、降滤失剂 、封堵材料和分散剂均为1 _ 业m 1 1 、 参 照 GB ／ T 1 6 7 8 3 ． 1 2 0 0 6测 定 钻 J 卜 液 流 变性 、 AP I 滤失性 、高温高压滤欠性能 ； 采用． t 千l t ．1‘ 滚动 收 率实验 、岩样浸泡实验 、封堵率实验等方法进行钻外 液防塌性能评价。 1 ． 2 硅酸盐． AP G钻井液处理剂优选 1 ． 2 ． 1 提黏切剂 选取 了 5种大分子流型涮 节剂在硅酸盐溶液f lf 1 进 行提黏切实验 ，结果 见表 l 。f } 1 表 l 可知 ， 硅酸盐 溶液中 X C、H V P A C具有较好的提黏切能力。 1 ． 2 ． 2 降滤失剂 选取几种聚合物降滤欠剂 L V - C MC、 L V - P A C、 L V ． C MS 、C P S 2 0 0 0 、P AC1 4 1 等 在 0 ． 3 ％ XC 5 ％Na S i O3 的溶 液 中进 行 降滤失 实验 ，结 果 表 2 。巾表 2 I 叮 以看 } lJ ，低分 子量降滤失剂 L V - C MC、L V - P A C、L v - C MS的降 滤 失效 果 相 近，但是 加 入 L V - CMC的体 系 黏 度效 应 小 ，因此 L V - C MC是较 为理 想 的低 分 子量降滤失剂。在合成聚合物降滤，火剂 C P S 2 0 0 0 、 P AC1 4 1 巾，F } 1 于 CP S 2 0 0 0是两性离子磺酸盐 ，其具 基金项目 中国石化集团先导实验项目 “ 硅酸盐防塌钻井液在内蒙查干深层应用研究” S G1 2 0 3 3 。 第一作者简介 黄宁，1 9 9 1年毕业于西北大学油田化学专业， 现在主要从事钻井液处理剂研发及钻井液体系研究工作 地址 河南省濮阳市华龙区中原东路4 6 2号 ； 邮政编码 4 5 7 0 0 1；电话 1 3 9 3 9 3 1 7 2 4 3； E ma i l z y y t z q l a l i y u n ． c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 钻井液与 完井液 2 0 1 4年 3月 有较强包被抑制性，在降滤失效果相同情况下，中等 分子质量聚合物降滤失剂应选择具有一定抑制性的 CPS2 0 00。 表 1 不同大分子聚合物在硅酸盐溶液中的提黏切能力 注 表内数据为在 8 0℃热滚 1 6 h后的测定值。 表 2 不同种类降滤失剂在硅酸钠溶液中的降滤失效果 注 基浆配方为 0 ． 3 ％X C 5 ％Na S i O ， ； 表内数据为在 8 0 c c 热滚 1 6h 后的测定值。 1 ． 2 ． 3 封堵材料 选 取封 堵材 料超 细碳 酸钙 、乳化 沥青 、F D一 1 、 油溶性树脂和聚合物凝胶颗粒，进行性能评价实验， 实验结果见表 3 。 表 3 不同种类封堵材料对钻井液性能的影响 注 基 浆配方 为 0 ． 3 ％X C 1 ． 5 ％L V - C MC 0 ． 5 ％C P S 2 0 0 0 5 ％Na 2 S i O3 。 F D l 为含有腐植酸的天然改性抗温封堵材料 ； 聚合物凝胶颗粒是有机单体中引入无机刚性材料和交 联剂聚合而成，具有一定吸水溶胀性。由表 3 可知， 乳化沥青、 F D ． 1 和聚合物凝胶颗粒在无土相硅酸钠 钻井液中均具有一定的封堵降滤失效果，可将钻井 液高温高压滤失量由 7 8 m L降至 3 0 mL以内。其中 F D l 和乳化沥青可以改善泥饼质量，降低钻井液高 温高压滤失量，封堵地层微裂缝 ； 聚合物凝胶颗粒为 具有一定弹性和强度体型结构的交联聚合物，其含有 的不溶微粒具有一定封堵能力，可根据地层孔隙大小 选择不同粒径 的凝胶颗粒。 1 ． 2 ． 4 分散剂 不同分散剂对硅酸盐钻井液性能的影响实验 ， 结 果见表 4 。表中实验用硅酸盐钻井液配方如下 。 5 ％ N a 2 S i O 0 ．2 ％提黏切剂 1 ．5 ％聚合物降滤失 剂 4 ％封堵材料 2 5 0 g 重晶石，密度为 1 ．5 g ／ c m 表 4 不同分散剂对硅酸盐钻井液性能的影响 分散齐 0 P mP a S Y P ／ P a G P f ／ P a ／ P a F L ／ mL F L H T H P ／ mL 注 表内数据为在 8 0℃热滚 1 6 h后的测定值。 由表 4 可知，常规稀释剂 F C L S 、S MC不能有 效控制硅酸盐钻井液 的黏度和切力 ，这可能是 由于 F C L S 、S MC含有重金属离子 ，与硅酸盐钻井液不配 伍。分散剂多羟基天然酚 K 一 1 通过大量羟基的吸附 作用，可拆散硅酸盐钻井液的网架结构，具有一定降 黏度和切力作用，能改善硅酸盐钻井液的流变性。 1 ． 2 ． 5 烷基葡萄糖苷 AP G 烷基葡萄糖苷是一类极性较弱的表面活性物质， 其分子结构上有 1 个亲油的甲基和4 个亲水的羟基， 具有一定表面活性。在无土相钻井液中加入烷基葡萄 糖苷 A P G 、 硅酸盐 、 硅酸盐 ． 烷基葡萄糖苷 A P G 分别形成 A P G钻井液、 硅酸盐钻井液及硅酸盐 一 A P G 钻井液， 对比评价了3 种钻井液的性能， 结果见表 5 。 无土相钻井液配方如下。 0 ．3 ％提黏切剂 2 ％聚合物降滤失剂 4 ％封堵 材料 2 5 0 g 重晶石，密度为 1 ． 5 g ／ c m 由表 5 可知，在无土相钻井液中加入 A P G，可 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l 卷 第2 期 黄宁等无土相硅酸盐． 烷基葡萄糖苷钻井液 l 5 提高钻井液的黏度与切力 ，减少聚合物在高温下的降 解作用，改善钻井液性能 ； 在无土相钻井液中加入硅 酸盐 ，在高温条件下 ， 硅酸盐与重晶石及硅酸盐 自 身 的聚集作用，使钻井液聚结成凝胶结构而失去良好的 流变性 ； 在无土相钻井液中加入硅酸盐 一 A P G，由于 A P G的表面活性，A P G胶束吸附在处理剂和固相颗 粒表面，形成一个憎水屏障，一方面可阻止高温降解 对处理剂的破坏作用，另一方面这种隔离膜可阻止或 降低硅酸盐与重晶石表面作用及硅酸盐 自身的聚集作 用，从而改善硅酸盐钻井液的流变性，降低钻井液高 温高压滤失量。 表 5 不同钻井液老化后 1 2 0℃、1 6h 的性能对比 钻井液 mP aP V ／ ． s P Y P ／ F m L L ／ F L mL HT H 2 钻 井液配方及 其性能评价 根据上述单一处理剂评价实验结果，确定无土相 硅酸盐 ． A P G防塌钻井液配方如下。 5 ％Na 2 S i O3 5 ％～ 1 0 ％ AP G 0 ． 3 ％～0 ． 5 ％ X C I ．5 ％ L V - C MC 0 ． 5 ％ C P s 2 0 0 0 2 ％孚 L 化 沥青 2 ％ 封堵剂 F D ． 1 0 ． 5 ％有机抑制剂 2 ％分散剂 K 一 1 重 晶石 2 ． 1 流变性能 不同密度硅酸盐 ． AP G钻井液在 1 2 0 c IC 热滚 1 6 h 后的性能见表 6 。 表 6 不同密度硅酸盐 一 A P G钻井液老化后的性能 注 凡 H T H P 在 1 2 0℃下测定 ； 老化条件为 1 2 0℃、1 6 h 。 由表 6 可知，硅酸盐 - A P G钻井液的黏度、切力 和高温高压滤失量随钻井液密度的增加而小幅增大， 钻井液陛能可以满足现场需求。 2 ． 2 抑制性能 1 页岩滚红回收率试验。分别取不同特性泥页 岩岩屑， 对密度为 1 ．2 0 g ／ c m 硅酸盐 一 A P G钻井液进行 1 2 0℃滚动 1 6 h 页岩回收率实验，结果见表 7 。由表 7可知 ，硅酸盐 ． AP G钻井液对不 同区块岩屑抑制性 均较强， 页岩一次、 二次滚动回收率较高，说明该钻 井液可降低钻屑水化分散，有利于水敏地层的井壁稳 定，有助于控制井径扩大率。 表 7 硅酸盐 ． A P G钻井液抑制性评价 岩 屑 滚 动 筹 注 1 岩屑取 自中原油田马 1 2 井 泥岩 ；2 岩屑取 自 中原油田内蒙意 7井 巴二段 ； 老化条件为 1 2 0℃、1 6 h 。 2 岩样浸泡实验。将膨润土粉于 1 0 MP W1 0 m i n 条件下压制成岩样，将岩样分别放入不同井浆中于 8 0 cc 下浸泡 2 4 h 。实验结果见表 8 。由表 8 可以看 出， 在硅酸盐钻井液中浸泡 2 4 h 后岩样仅有少许裂 缝， 且整个外壳坚硬， 岩样在直径、 高度及重量的变 化明显小于淡水钻井液和聚磺钾盐钻井液。说明硅酸 盐 一 A P G钻井液与泥岩接触后 ， 在其表面形成了保护 膜和固化壳， 在有裂缝处形成了胶结物， 使水不易侵 入 ，因此硅酸盐 ． A P G钻井液具有较好的防塌能力。 表 8 不同类型钻井液岩样浸泡实验 钻井液 直径 ／ c m 高度 ／ c m 质量 儋 吸水率 ／ ％ 聚合物钻井液 3 ．0 5 3 ． 4 5 3 7 - 3 1 4 9 ． 2 聚磺钾盐钻井液 2 ． 8 0 3 ． 0 0 3 2 ． 8 0 3 1 ． 2 饱和盐水钻井液 2 ． 7 5 2 ． 7 5 3 O ． 7 6 2 3 ． 0 硅酸盐 ． A P G钻井液 2 ． 7 0 2 ． 7 0 2 9 ． 7 8 1 9 ． 1 注 原始岩心 的直径为 2 ． 5 2 c m，高度为 2 ． 6 5 c m；质量 为 2 5 g； 岩样分别放入不同井浆中于 8 0℃下浸泡 2 4h 。 2 ． 2封堵效 果 采用低孔低渗岩心评价不同类型钻井液对人造岩 心的封堵效果， 结果见表 9 。 从表9 可知， 硅酸盐一 A P G 钻井液在低孑 L 低渗岩心中封堵率接近 1 0 0 ％， 岩心封 堵效果较好。因实验采用低孑 L 低渗的人造岩心， 钻井 液中的固相颗粒较难进入岩心， 聚合物钻井液和聚磺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 钻井液与 完井液 2 0 1 4年 3月 钾钻井液只能依靠常规封堵材料形成外泥饼 ； 而硅酸 盐 - A P G钻井液不仅能形成外泥饼， 而且由于硅酸盐溶 液进入岩心与 C a 、Mg 离子作用形成沉淀或因p H 值下降产生凝胶，及由于高温与矿物作用产生封固作 用， 形成内泥饼，内外泥饼作用加强了硅酸盐 一 A P G 钻井液的封堵效果。 表 9 不同钻井液的岩心封堵率实验结果 钻井液 。 。 ， 。 封 聚磺钾盐钻井液 l 1 ． 5 2 3 ． 1 2 5 0 ．4 2 6 8 6 ． 3 7 聚合物钻井液 1 5 ． 6 8 3 ． 4 5 8 0 ． 3 3 0 9 0 ． 4 5 硅酸盐 ． AP G钻井液1 9 ． 1 4 3 ． 7 2 3 0 ． 0 6 4 9 8 ． 2 6 2 现 场 应 用 无土相硅酸盐 一 烷基葡萄糖苷钻井液在内蒙意 7 井和意 l l 井火山岩井段进行 了现场应用。该钻井液 表现为抑制性、防塌性和抗污染能力强，经受住了大 段泥岩、碳酸氢根和地层气的污染，流变性控制合 理， 充分发挥了钻井液水动力。 意 7 井井深2 2 9 8 ．4 m， 钻 遇玄 武岩 2 5 6 1 T I ，凝 灰岩 2 2 1 1 T I ，火 山岩厚 度达 4 7 7 1 T I ； 意 1 1 井井深 3 5 0 4 - 3 m，钻遇玄武岩 6 4 7 n l ， 凝灰岩 1 5 6 I n ，火山岩厚度达 8 0 3 I n 。在钻井过程中 起下钻通畅，测井、下套管均一次成功，2口井页岩 滚动回收率为 9 5 ．2 ％，平均井径扩大率为 5 ．9 ％，井 径扩大率较对比井降低幅度达4 1 ．5 ％～5 4 ． 6 ％，复杂 时效 由平均 5 ． 7 3 ％ 降低到 1 ． 4 ％，减少 了大量的非生 产时间。该钻井液技术解决了查干凹陷火山岩井壁失 稳、泥岩地层缩径和坍塌、钻井液流变性难以控制以 及钻井速度慢等技术难题，钻井周期、机械钻速、井 径扩大率等多项技术指标创该 区块新纪录。 3 结论 1 ． 优选了适合在硅酸盐钻井液中应用的处理剂， 构建了无土相硅酸盐 一 烷基葡萄糖苷钻井液配方，研 究了烷基葡萄糖苷、分散剂对硅酸盐钻井液流变性及 高温高压滤失量的影响，较好地解决了硅酸盐钻井液 存在的流变性和高温高压滤失量不易控制的问题。 2 ． 硅酸盐 一 烷基葡萄糖苷钻井液具有良好的抑制 性和较强的物理封堵、化学封固性能。 平均井径扩大率为 5 ． 9 ％，页岩滚动回收率为 9 5 ．2 ％。 该钻井液解决了内蒙查干火山岩井壁稳定问题。 参 考 文 献 [ 1 ] 杨振杰 ． 环保钻井液技术现状及发展趋势 [ J ] _ 钻井液与完 井液，2 0 0 4 ，2 1 2 3 9 ． 4 2 ． Y a n g Z h e n j i e ． P r e s e n t s t a t e o f e n v i r o n me n t a l d r i l l i n g fl u i d a n d i t s d e v e l o p m e n t d i r e c t i o n [ J ] ．Dr i l l i n g F l u i d＆C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 0 4 ，2 1 2 3 9 4 2 ． [ 2 ] 蔡利山， 郭才轩 ． 中国硅酸盐钻井液技术面临突破 [ J ] ． 钻 井液与完井液，2 0 0 7 ，2 4 21 ． 4 ． Ca i L i s h a n， Gu o Ca i x u a n ． Ap p l i c a t i o n a n d t e c h n o l o g y o f s i l i c a t e d r i l l i n g fl u i d s fi n d b r e a k t h r o u g h i n c h i n a [ J ] ． Dr i l l i n g F l u i d＆C o m p l e t i o nFlu i d ，2 0 0 7 ，2 4 21 ． 4 ． [ 3 ] 王波，付饶，赵胜英 ． 国内外硅酸盐钻井液研究应用现 状 [ J ] ． 断块油气田，2 0 0 5 ，1 2 3 7 5 ． 7 7 ． W a ng Bo， Fu Ra o， Zh a o Sh e n g y i n g．Th e s t u d y a n d a p p l i c a t i o n s t a t u s o f s i l i c a t e d r i l l i n g fl u i d i n o u r c o u n t r y a n d f o r e i g n [ J ] ． F a u l t - B l o c k Oi l A n d G a s F i e M，2 0 0 5 ，1 2 3 7 5 7 7 ． [ 4 ] 丁彤伟，鄢捷年 ． 硅酸盐钻井液的抑制性及其影响因素 的研究 [ J ] ． 石油钻探技术，2 0 0 5 ，2 3 6 3 2 3 5 ． Di n g To n g we i ，Ya n J i e n i a n ． S t u d i e s o n t h e i n h i b i t i v e c h a r a c t e r a n d i t s i n fl u e n c e f a c t o r s o f s i l i c a t e d r i l l i n g fl u i d [ J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g T e c h n i q u e s ，2 0 0 5 ，2 3 6 3 2 3 5 ． [ 5 ] 周建国，高连星，薛玉志 ． 甲基葡萄糖苷的合成及在钻 井液 中的应用 [ J ] ． 精细石油化工 进展，2 0 0 5 ，6 8 l 9 ． 21 ． Zh o u J i a n g u o，Ga o Li a n x i n g，Xu e Yu z h i ．S y n t h e s i s a n d a p p l i c a t i o n i n d r i l l i n g fl u i d o f me t h y l g 1 u c o s i d e [ J ] ．A d v a n c e s I n F i n e P e t r o c h e m i c a l s ，2 0 0 5 ，6 8 1 9 ． 2 1 ． [ 6 ] 郑艳，蒲晓林，白小东 ． 烷基糖苷发展现状及新进展 [ J ] ． 日用化学品科学，2 0 0 6 ，2 9 5 4 ． 7 ． Z h e n g Ya h， P u Xi a o l i n，Ba i Xi a o d o n g ． De v e l o p i n g s t a t u s a n d n e w h e a d w a y o f A P G[ J ] ．De t e r g e n t ＆C o s m e t i c s ，2 0 0 6 ， 2 9 5 4 ． 7 ． 【 7 ] 蔡利山，赵素丽 ． 硅酸盐 一 烷基葡萄糖苷钻井液的研究与 评价 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 4 ，2 1 2 2 3 2 6 ． Ca i Li s h a n．Z h a o S u l i ． S tud y a n d e v a l u a t i o n o f s i l i c a t e - a l k y l p o l y g l u c o s i d e d r i l l i n g fl u i d s [ J ] ．Dr i l l i n g F l u i d＆ C o m p l e t i o n F l u i d ，2 0 0 4 ，2 1 2 2 3 2 6 ． [ 8 ] 张洁，杨贺卫 ． 聚合糖与硅酸盐钻井液的配伍性评价 [ J 】 ． 天然气工业，2 0 0 9 ，2 9 3 7 1 ． 7 3 ． Z h a n g J i e ，Ya n g He we i ． Co mp a t i b i l i t y e v a l u a t i o n b e t we e n p o l y s a c c h a r i d e s a n d s i l i c a t e d r i l l i n g fl u i d s [ J ] ． N a t u r a l Ga s I n d u s t r y ，2 0 0 9 ，2 9 3 7 1 7 3 ． 3 ． 现场试验应用 2口井，效果 良好，试验井段 收稿日 2 0 1 3 ． 1 2 ． 1 0 ； H G F 1 4 0 2 M 8 ； 编辑 马倩芸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m