合成基钻井液技术研究进展

在 90℃时的汽化物 收集时间
(m in) 5 5 5 40 30
总收集到的汽化物 (×10- 6) 2230 850 403 116 515
表 3 是国外用活性炭吸收管在实验室里做的蒸汽 研究, 其结果表明 SBM 收集到的汽化物与柴油、矿物 油甚至高闪点矿物油的汽化物相比仅仅是一个很小的 数值, 故 SBM 的使用是可为环境所接受的。 315 经济评价
醚基
18
W - 06 209410
醚基
12
W - 07 220015
醚基
11
60135 62122 28118 89164 96193 103122 74159 103125
也可由低级烯烃 (乙烯) 聚合或石蜡加热裂化得 到, 关键是控制聚合条件以保证形成直链烃, 同时剩 余双键仍存在于分子中, 有利于降解及低毒。
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(收稿日期: 1999- 01- 28)
D evelopm en t in Research of Syn thetic D r ill ing Flu ids
L uo Y ue W ang Z h ilong M ei P ing Z hang Y ihua
Abstract: T he la test syn thet ic ba sed d rilling flu id s techn ique u sed in o ilfield s a re review ed. Keywords: syn thet ic d rilling flu id ethers ester po ly- Α- o lefin
合成基钻井液的基液成分属于直链分子型, 并且 端部都带有双键, 因而它们容易从钻屑上流失、 不沾 钻屑; 同时, 双键也有助于 SBM 的生物降解, 从而消 除对环境的污染。此外, SBM 钻井时, 都允许排入钻 屑。
表 3
样 品
柴 油 矿物油 高闪点矿物油 聚 Α2 烯 烃 酯 类
312 井眼稳定
使用合成基钻井液钻井, 其井眼稳定, 井下没有 像使用水基钻井液那样发生复杂情况; 井径扩大率小, 尤其适用于钻易发生复杂情况的泥页岩地层。 313 扭矩小
钻大斜度井、 延伸井和水平井, 钻井扭矩是一个 主要的限制因素。SBM 因其润滑性好, 在这些特殊井 钻井中使用时扭矩小。 314 允许排放钻屑
倾 点 (°F) < - 149 - 86～ 41 - 104～
0
- 48
苯 胺 点 (°F) 219～ 311 68～ 86 95～ 113 130～ 140
烃 含 量(% ) 无
无
无30～ 60Fra bibliotek174 - 65 169 < 215
2 合成基钻井液的类型 211 酯基钻井液 (E ster- ba sed M ud s)
这类钻井液是以醚为连续相, 以盐水或海水为分 散相, 再配合乳化剂、降滤失剂、流型改进剂。M - Z 公司在墨西哥湾钻井, 同水基泥浆进行了比较 (表 2)。 213 聚 Α2烯 烃 基 钻 井 液 ( Po lya lp hao lefin2ba sed M ud s, 简写 PAO )
这类物质是由 Α2烯烃 (双键处于端部的烯烃, CH 2 = CHR ) 聚合而成。已用于钻井的 PAO 是由催化聚合 直线型 Α2烯烃 (如 12辛烯、 12癸烯) 而成。
SBM 为人工有机物或水相, 要求低毒性和强的抑 制性。 112 抑制性
OBM ≥SBM > W BM 113 毒性
OBM > W BM ≥SBM 114 成本
SBM > OBM > W BM (仅指钻井液费用而言) 115 物理性能
组成 SBM 连续相的 PAO、酯、醚类与OBM 用柴 油、 矿物油性能对比见表 1。
井号 井深 (m )
钻井液
钻井时间 泥浆费用
(天)
(万元)
W - 04 214419 PA C- PH PA - KC l
33
W - 05 221419
PA C- DM S
21
W - 08 192316
PA C- KC l
19
W - 01 191815
醚基
23
W - 02 277918
醚基
12
W - 03 279910
脂肪酸大多由植物油如菜籽油、 豆油、 棉子油等
衍生而来, 性能特征的关键是合理选择酯基官能团的 位置及碳氢链的长度, 以保证最小的流体粘度, 最大 的水解稳定性及最低的毒性。
酯基泥浆最早由 Sta to il 公司在北海、挪威区域的 Sta tfjo rd 气田使用, 先后钻了 10 口定向井, 井斜角大 于 80°的 有 6 口 井, 其 中 有 1 口 井 水 平 位 移 达 到 7290 m , 80°以上的斜井段有 5470 m 长, 提高了钻井 速度, 空气污染程度低于油基泥浆, 允许直接排放钻 屑、含氧条件下 35 天后有 8215% 被细菌降解, 而矿物 油只有 319% 被降解。 212 醚基钻井液 (E ther- ba sed M ud s)
3 合成基钻井液的特点 311 提高钻速
1994 年 5 月, 在 墨 西 哥 湾 南 部 88 区 块, 由 M a ra thon 和 A rethu sa L ex ing ton 队使用密度为 1129 g·cm - 3的合成基钻井液钻井, 合成基与水之比是 77 23, 在钻 244 井眼时, 创造了 24 h 钻进2266 m 的世 界记录。 一个月以后, 这项记录又被M a ra thon 队刷 新, 他们用密度 1148 g·cm - 3的合成基钻井液钻井, 在 24 h 内钻进 2562 m , 其钻井参数与上次相同。合成 基与水之比是 80 20。 从上可见使用合成基钻井液对 提高钻井速度的效果是很明显的。
一般 SBM 费用是 OBM 费用的 4～ 6 倍, 但节省 了用油基泥浆要处理钻屑 (陆地深埋或溶剂萃取油相 回收) 和环境罚款的费用, 也消除了因使用水基泥浆 达不到钻井要求而损失的钻机时间。作业者使用 SBM 钻井取得钻井速度快、 洗井效果好、 裸眼稳定、 抑制 活性页岩、 钻时损耗最低等好处, 综合费用对比与 OBM 相当, 总的经济效果是好的。
1 油基泥浆、 水基泥浆与合成基钻井液的简单对比 111 连续相
OBM 为矿物油, 一是存在生物毒性 (主要是芳香 烃) ; 二是不利于安全, 但有利于活性页岩的稳定, 从 而减少泥浆体积、 费用及排放量。 同时允许添加高浓 度电解质, 有利于减少页岩吸水。
W BM 为水相, 水本身无毒, 但大部分添加剂有 毒, 不利于页岩稳定, 井眼不规则及由于钻屑分散而 要用水稀释。 因而体积增加, 废液排放量增加, 添加 高浓度电解质困难。
表 1
物理性能对比
性 能 聚 Α2烯烃
密 度 0179～
(g·cm - 3)
0185
粘度 (Pa·s) 319～ 916
酯 0185～ 0192 5～ 10
醚
柴油 矿物油
0181～ 0183
01865 0179
319～ 610 218～ 314 116
闪 点 (°F) 313～ 342 302～ 383 291～ 331 135～ 145
PAO 另一个优点是不随温度、pH 而改变其特性, 而酯在碱性条件下易发生不可逆的皂化反应, 因此 PAO 比酯更能抗高温和石灰污染。
M - Z 公司 1992 年在北海中部盆地用 PAO 钻了 第一口井, PAO 用于 1920～ 4592 m 的 12 (1 4) 井段, 井眼倾角平均为 55°, 主要由第三纪活性页岩组成, PAO 水为 80 20, 13 天钻完这一井段, 抑制性与油基 泥浆相等, 机械钻速比油基泥浆提高 15%。
1999 年第 2 期
湖北化工
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合成基钻井液技术研究进展
罗 跃 王志龙 梅 平 张依华 (江汉石油学院化工系, 荆州 434102)
摘要 介绍了国内外油田最新使用的合成基钻井液技术现状及发展前景。 关键词 合成基钻井液 酯类 醚类 聚 Α2烯烃
所谓合成基泥浆 (Syn thetic2ba sed M ud) 是指以 人工合成的有机物为连续相, 淡水或盐水为分散相, 加 上乳化剂、降滤失剂、流型改进剂等组成的钻井液。分 为水基 (W BM )、油基 (OBM )、合成基 (SBM ) 三大 类。 合成基钻井液起初研制的主导思想是将天然矿物 油换成改性植物油或人工合成有机物, 当时提出的要 求是: (1) 替代物应与矿物油的物理性质相似; (2) 替 代物所构成的泥浆体系毒性必须很低; (3) 不论在好 氧或厌氧条件下都是可以降解的。 即主要针对油基泥 浆中的油相进行改造, 改用人工合成有机物如酯、醚、 聚 Α2烯烃等一些低毒性、芳香烃含量低的物质, 以利 海洋钻井, 同时不丧失油基泥浆高抑制能力的特性。
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罗跃等: 合成基钻井液技术研究进展
1999 年第 2 期
表 2
醚基与水基钻井液的对比