甲酸盐钻井液研究

甲 酸 盐 钻 井 液 体 系 评 价
浓度
甲酸盐Ⅰ溶液密度与浓度的关系 表1
10
8
1.354 1.3
6
4
2
01
1
1.2
1.15
1.2
1.11
1.2
1.15
1.11
1.15
1.06
1.11
1.06
1.03
1.25
1.3 1.25
1.3 1.25
1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3
甲酸盐溶液密度（g/cm3）
• 钻井液不仅符合环保要求,且抗温
前 性能好、水力特性好、有良好的抑 制性和抗污染能力，特别是与油层
特性有良好的配伍性。通过调研和
言
室内研究，发现甲酸盐钻井液体 系能较好地满足钻井、保护油气层
和环保三方面的要求。
国外甲酸盐钻井液技术
• 国外已应用甲酸盐体系成功打成了
前 多口大难度井，结果证明效果良好。 壳牌公司用1.1g/cm3的甲酸盐钻
国外甲酸盐钻井液技术
• STAOIL 公 司 应 用 1.5g/cm3 的
前 甲酸盐钻井液在海湾湖打C-30 井,在起下钻过程中，没有发生 井壁不稳定问题，并且钻含蒙脱
言 石40%的粘土层时，井眼质量 较其它泥浆体系的好，节约了钻 井时间，油井产能很高。
国外甲酸盐钻井液技术
• SHELL公司使用甲酸盐钻井液，
的
管 材 的 腐 蚀 速 度 仅 为 3.6 密 尔 / 年 ，
特
（而相同钾离子浓度的氯化钾钻井液
性
却达13密尔/年）。
甲
甲酸盐的溶解性
酸
盐
取一定量自来水倒入量筒中，
钻 井
将其置于30℃的恒温水箱中，每
液
次加入适量的甲酸盐晶体待其溶
体
解后，测出体系的密度和体积，
系 评
多次重复直至饱和，其变化规律
价 见下表1和表2。
性
屑的清除。
• 3）常规的钻井液体系存在般土，加重剂常常属惰性颗 粒，水化般土形成的亚微米级颗粒和加重剂粒子很容 易随钻井液的滤液进入地层，堵塞油气运移通道而伤 害油气层。甲酸盐钻井液用水溶性的甲酸盐加重，配 套处理剂几乎全部属于水溶性的，整个体系属无膨润 土体系，不会产生由体系带来的固相颗粒对油气层的 伤害作用；体系中的处理剂（包括甲酸盐在内）抗污 染能力极强，不会与地层中的离子产生沉淀而堵塞地 层；在钻进中，岩屑侵入钻井液体系，由于体系具有 较强的抑制粘土水化分散作用，亚微米级颗粒及固相 含量低于常规钻井液体系，从而有利于保护油气层。
91.1
评
浆 1.22 9.0 6.0 1 1.5 8.4
93.2
价
甲
腐蚀实验
酸
盐
0.6
钻
0.5
腐0.4
井
蚀0.3
液 体
速 率0.2
0.1
系
0
腐蚀速率 (mm/a)
有机硅体系 聚合物体系 铁铬盐体系 甲酸盐体系
评
价
甲
油层保护实验
酸
盐
采用板834-3和枣111井的岩芯
钻 对甲酸盐体系（比重1.13g/cm3）
AHT 1.20 28 14 2 3.5 4.6 8
+15%BHT 1.24 22 15 2 3
4.5 8
体
岩粉 AHT 1.24 21 15 2 3.5 4.2 8
系
+30%BHT 1.28 26 17 2.5 4
3.9 8
评
岩粉 AHT 1.28 28 17 2.5 3.5 3.6 8
价
甲
抗盐污染实验
晶体或白色块状固体，密度1.91-
盐
钻
1.92g/cm3 ， 空 气 中 易 吸 潮 ， 现
井 液
场应用时在密度不太高的情况下
的 特
可将固体细颗粒状的甲酸盐直接
性
加入浆中溶解。
甲 酸
甲酸盐钻井液基本组成
盐
和
甲酸盐钻井液是一种含
甲 酸
有机盐基液的低固相（或无
盐 固相）钻井液。
钻 井
其组成为：甲酸盐、
价
甲 酸
表4
盐 项 目 膨胀量 （mm）膨胀降低率（%）
钻 蒸馏水空白 6.56
──
井 聚合物体系 2.62
60.1
液 体
有机硅体系 2.49
62.0
系 甲酸盐体系 2.10
68.0
评
从以上对比结果可以看出,甲
价 酸盐体系具有良好防塌性能。
甲
抗固相污染实验
酸
盐
钻
本试验选用研细过100目的大港
井 板834-3井明化镇岩芯粉做体系抗
甲 酸 盐
水向井眼反向渗透，促进井壁稳定。这说明甲酸盐 体系在近平衡地层压力的情况下，滤液向地层渗透
钻
的距离可能非常短，还可能存在反渗透现象，因而
井
有较强的稳定井壁能力。甲酸根HCOO-是极性水
液
化基团，体积较小，可以通过氢键力吸附在岩屑的
的
表面，增加水化膜的厚度，防止粘土形成结构，从
特
而使钻井液保持良好的流变性和稳定性，有利于岩
适用于油气层保护的甲酸 盐钻井液技术研究
大港油田钻井泥浆公司
天津华孚油田化学有限公司
目录
•1 前言 •2 甲酸盐和甲酸盐钻井液的特性 •3 甲酸盐钻井液体系评价 •4 甲酸盐钻井液现场施工 •5 甲酸盐钻井液实施效果分析 •6 成本费用情况 •7 对甲酸盐钻井液的认识
现代钻井液的发展方向
前
• 1.要求使用的钻井液能满足多 种钻井需要
酸
盐
和 甲 酸
5）钻井液性能稳定，易于维 护；钻井液流变性好，有利于固
盐
控设备的使用和减低泥浆泵循环
钻 井
压力。
液
6）对钻井液用水要求不高，
的 特
可以使用淡水、高矿化度水甚至
性
海水。
甲
甲酸盐钻井液的特性
酸
盐
和
8）甲酸盐与其它处理剂有较
甲 酸 盐
好的配伍性，加入甲酸盐处理钻 井液时，对性能影响较小，不会
钻 出现常见的加少量无机盐时，钻
井 液 的
井液粘、切上升，失水增大；加 入量大时，钻井液粘、切下降，
特 失水增大等现象。
性
甲
与无机盐钻井液的区别
酸
盐
和 甲
1)常用的可溶无机盐在使用中存在的
酸
问题是：NaCl和KCl的溶解度不高，其水
盐 钻
溶液密度只能达到1.20g/cm3；CaCl2或
井
CaBr2溶解度稍大，可达到1.60g/cm3，
酸
表6
盐 钻
项目
密度 PV g/cm3 失 岩心回收率
秒 Pa Pa 水 mL
%
井 液 体
淡水配 1.12 8.5 5.5 1 浆 1.19 9.5 5.5 1
1.5 1.5
8.8 8.5
90.9 92.7
系 盐水配 1.15 8.5 6.0 1 2 8.5
• 2.发现和最大限度保护油气层，
言 实现提高油井采收率
• 3. 必须满足保护环境的需要。
一般钻井液情况及甲酸盐 钻井液的产生
• 传统的钻井液技术是含有粘土的水
前 基钻井液体系或是以油为连续相的 油基钻井液体系，其存在的主要问
题是：钻井液中的般土和惰性加重
言
材料颗粒通过地层孔隙裂缝进入储 层，堵塞油气运移通道，造成对油
的 特
或盐水，能有效抑制粘土水化膨胀，
性
其效果优于相同量的氯化钾。
甲
与无机盐钻井液的区别
酸
盐
和 甲
4)甲酸根无毒，与粘土不发生反应，
酸
与 地 层 水 配 伍 性 良 好 ， 不 与 Na+ 、
盐
Ca2+、Mg2+等阳离子生成沉淀，
钻 井 液
5)甲酸盐对钻具的腐蚀性小，K＋ 含 量达10000ppm的甲酸盐钻井液，对
1.3 1.25
1.36
1.41
1.2
1.3
1.4
溶液密度（g/cm3）
1.5 1.48
1.15.96 1.57 1.55
g/
1.5
1.6
mL
表2
甲酸盐Ⅱ溶液的最大比重可达1.60g/cm3
甲
甲酸盐抑制性试验
酸
盐
本 试 验 选 用 大 港 板 834-3 井 明 化
钻 镇5目-6目岩芯做岩芯回收率试验，
钻
钾离子通过直接水化和离子交换吸附于带负电的
井
粘土表面或嵌入粘土晶层，进入粘土晶层间的钾
液
离子增多，在钾离子的镶嵌和静电引力的双重作
的
用下，减少了水分子的进入，从而起到防塌和抑
特 性
制效果。
甲
作用机理
酸
盐
• 2）甲酸钾作用有助于泥岩膜效率的提高，从而更
和
有利于通过降低泥浆中自由水活度的方法，使地层
液 的
但 由 于 Ca2+ 的 存 在 ， 大 多 数 处 理 剂 在 其
特
中不相溶,对处理剂的抗盐抗钙要求较高，
性
在一定条件下还会对地层产生潜在的伤害。
甲
与无机盐钻井液的区别
酸
盐
和
甲
2)无机盐中由于Cl－的存在，会
酸 盐
使钻井液对金属管材产生较强的电
钻 化学腐蚀性。
井 液
3) 甲 酸 盐 可 以 溶 于 淡 水 、 海 水
井 试验条件为：120℃、滚动16h，出
液 体 系
罐后40目回收，和大港油田常用的 聚合物体系和有机硅钻井液体系做
评 对比（本试验中所用的甲酸盐体系
价 比重为1.13g/cm3），结果见表3。
甲
酸
不同体系钻井液抑制性对比
表3
盐
项目
岩芯加量 回收量（g） 回收率（%）
钻
（g）
井 液 体
聚合物体系 有机硅体系 甲酸盐体系Ⅰ 甲酸盐体系Ⅱ
和 甲
水+1～1.5% CXV+3～
酸 盐
4% CXF +4 ～ 6%CXG
钻 井
+0.5%辅助抑制剂+甲酸盐+
液 的
消泡剂+润滑剂
特
性
甲 酸
作用机理
盐
和
• 1）甲酸盐溶解后，电离出K+等离子，提高了钻
甲
井液液相矿化度，防止或降低了渗透水化，从而
酸
减少钻井液中的水向地层渗透的可能性，即使存
盐
在渗透的现象，渗透的距离也会小于一般钻井液。
50
40.5
81.0
50
44.0
88.0
50
45.5
91.0
50
46.0
92.0
系 甲酸盐体系Ⅲ
50
46.0
92.0
评
价
甲
膨胀试验
酸
盐 钻
本次试验用过100目105℃烘
井 干2h的二级土做膨胀试验，所用
液 体 系
仪器是华北油田研制的NP-01页 岩膨胀测试仪，装好后测试8小
评 时的线性膨胀量。结果见表4。
1.354 1.354
1.35 1.4
mol/l 0.1*w/w% 10*g/ml
甲酸盐Ⅰ溶液的最大比重可达1.36g/cm3
甲 酸 盐 钻 井 液 体 系 评 价
浓度
1.35 1.2
1.05 0.9
0.75 0.6
0.45 0.3
0.15 01
1
甲酸盐Ⅱ溶液密度与浓度的关系
1.05 1.1
1.2 1.11.415
层的伤害；高密度钻井液体系中加
入大量的加重剂，
一般钻井液情况及甲酸盐 钻井液的产生
• 导致钻井液固相含量大幅度提高，
前 各种处理剂作用减弱，增加了对 体系流变性调控的难度，特别在
深井高温高密度的条件下，此问
言
题更加突出；同时,一般水基钻井 液从保护油气层和稳定井眼出发，
为抑制地层粘土吸水膨胀而加入
在英国采用软管钻井技术，钻出
前
CN-31井，取得了很好效果，该 公司还用甲酸盐钻井液在德国东
北部钻了一口小井眼气井，钻井
言
中，未发生拉力过大现象。与邻 井相比（邻井用常规泥浆），该
井钻速提高了50%，循环压力降
30%，井壁表皮系数为0。
甲 酸
甲酸盐的基本物理性质
盐
和 甲
甲酸盐属水溶性有机盐，白色
酸
的无机盐对套管等有腐蚀
一般钻井液情况及甲酸盐 钻井液的产生
• 某些含CL-的无机盐对环境有污染。
前 另一方面，油基钻井液尽管在保 护油气层、提高体系的抑制防塌
性及热稳定性方面比水基钻井液
言
好，但油基钻井液对环境污染严 重，且成本高，因而其应用受到
限制。因此最有效的方法是使用
一种无毒的水基钻井液,
一般钻井液情况及甲酸盐 钻井液的产生
甲
甲酸盐钻井液的特性
酸
盐 和
1）具有双重抑制作用，可防止地
甲
层中粘土水化分散，回收率高。
酸
2）固相含量低，井壁泥饼薄，对
盐
地层污染小，渗透率恢复值高，保
钻 井 液 的 特
护油气层效果好 3）抗温能力强，达到150°C，可
满足四千米以内的中深井要求 4）无毒性、可生物降解，对环境
性
污染小。
甲
甲酸盐钻井液的特性
液
污染试验，高温老化条件为：
体
120℃、滚动16h，（本试验中所
系 评
用的甲酸盐体系比重为
价
1.13g/cm3），结果见表5。
甲
表5
酸
项 目 密度 PV YP G10秒 G10分 API pH值
盐
(g/cm3) ( mPa.s) ( Pa) (Pa) (Pa) (mL)
钻 井 液
原浆 BHT 1.20 19 13 1.5 2.5 5.5 8
言
井液，采用水平侧钻技术，打出了 4 1/8"的BERKEL-5井，钻井中没
有任何钻井事故，循环中，泥浆损
失少。
国外甲酸盐钻井液技术
前
• 完井后，产能超过希望值。 该 公 司 用 1.2g/cm3 的 甲 酸
盐钻井液打了两口水平井，
言
在钻井过程中，没有发生任 何与钻井液有关的问题，完
井后两口井产能都很高。
井 的渗透率恢复值进行测试，并与聚
液 合物和有机硅体系做对比，见表7。
体 渗透率恢复值的测定结果表明：甲
系 酸盐体系对保护油气层有良好的效
评 果，性能优于聚合物、有机硅和铁
价 铬盐体系。
甲 酸 盐 钻 井 液 体 系 评 价
液 CXF 、 CXV 、 CXG 、 辅 助
的 特
抑制剂、消泡剂、润滑剂等。
性
甲
处理剂性能简介
酸
盐
和
降失水剂CXF兼具提粘性能、井壁和油层
甲
保护剂CXG、提粘剂CXV兼具降失水性能, 辅助
酸 盐
抑制剂辅助提高体系的抑制和防塌性能，斜井
钻
加水基剂润滑剂以改善体系的润滑性能。
井
液
的
特
性