氯化钾_聚合醇钻井液体系的研究及性能评价

加 ,泥饼的摩阻系数逐渐降低 ,当聚合醇的加量为 3%时 ,摩阻系数为 0. 0437比未加聚合醇时降低了 50. 1% ,说明该钻井液体系有良好的润滑性能 。
3 结 论
(1) 复合聚合醇的浊点随 KCl浓度的增大而降 低 ,可通过改变各组分的比例来调节复合聚合醇的 浊点以适应实际情况需要 。
(2) 聚合醇 、KCl对钻井液体系的性能影响不 大 ,且有改善 、优化钻井液性能的作用 ,显示Βιβλιοθήκη Baidu良好 的配伍性 。
第 29卷 西 南 石 油 大 学 学 报 Vol. 29
2007年 11月 Journal of Southwest Petroleum University Nov 2007
文章编号 : 1000 - 2634 (2007) - 11 - 0082 - 03
[ 2 ] 张灵霞. 聚合醇钻井液技术室内研究与现场应用 [ J ]. 河南石油 , 2002, 16 (4) ; 33 - 35.
[ 3 ] 李辉. 聚合醇在钻井液中的作用 [ J ]. 油田化学 , 2003, 20 (3) ; 280 - 284.
[ 4 ] M cgill M. D rilling severely dep leted sands in the Gulf of M exico: the benefits of cloud point glycols [ C ]. SPE 38571, 1997
15
6 8. 3
2. 6 钻井液体系抑制性评价 用页岩滚动回收实验和粘土膨胀实验两种方法
评价钻井液体系的抑制性 。将页岩样品与实验液体 装在品脱罐中 ,在 120℃下热滚 16 h,测定页岩的回 收率 ,结果见表 5。
表 5 页岩在不同液体中的回收率
体系
清水 基浆 基浆 + 2% KCl 基浆 + 5% KCl 基浆 + 7% KCl
0. 0 50. 8 64. 3 66. 0 68. 6
表 5表 6数据表明 ,随 KCl加量的增加 ,页岩回 收率明显提高 ,而膨胀率明显下降 。当基浆中复合 聚合醇含量为 3% , KCl加量 7%时 ,页岩回收率达 95. 9% ,较清水提高了 51. 2% , 24 h线性膨胀率较 清水降低 68. 6%。由此说明该氯化钾 /聚合醇钻井 液体系能有效抑制页岩水化分散 、降低膨胀率 ,减轻 地层中粘土矿物因水化造成的不稳定性 。 2. 7 钻井液体系润滑性评价
表 1 不同基本配方钻井液的性能
配方
温度 /℃
AV
PV
/ (mPa·s) / (mPa·s)
YP / Pa
FL / ml
100
19. 0
15
配方 1 120
15. 5
11
8
14
6
16
140
14. 0
10
5
18
100
22. 0
14
配方 2 120
18. 5
12
8
9. 8
6
8. 2
140
13. 5
9
5
8. 4
表 6 页岩在不同液体中的膨胀率
体系
线性膨胀率 / %
2h
24h
膨胀降低率 / %
2h
24h
清0.水0
7. 1
基浆
3. 1
基浆 + 2% KCl 2. 5
基浆 + 5% KCl 2. 4
基浆 + 7% KCl 2. 3
0. 0 20. 8 15. 1 14. 4 13. 3
42. 3 56. 3 64. 8 66. 2 67. 6
研究 表 明 , 聚 合 醇 的 良 好 效 果 与 其 浊 点 有 关 [ 3 ] 。M cgill提出 :为获得更好的抑制性 ,聚合醇的 表观浊点应低于或接近井底温度 ;一种有效的聚合 醇产品最好由浊点不同的几种产物组成 ,将浊点调 整到与井下循环温度一致 [ 4 ] 。在吸附理论的研究 中 , A ston认为 :聚合醇取代了岩样中的吸附水 ,从而 控制了页岩表面的水化 [ 5 ] 。Reid发现 ,聚合醇的吸 附量与抑制能力不成正比 ,认为聚合醇的取代吸附 不是抑制页岩水化的充分条件 [ 6 ] ;当在有 KC l存在 时 , K+与处理剂中醚键的共同作用决定了处理剂的 抑制性 。本文利用聚合醇与氯化钾的协同增效作 用 ,研制了氯化钾 /聚合醇钻井液体系 ,并对该钻井 液体系的性能进行了评价 。
图 1 KCl加量对复合聚合醇浊点的影响
3 收稿日期 : 2007 - 09 - 30 作者简介 : 林 集 (1984 - ) ,女 (汉族 ) ,福建邵武人 ,应用化学 2003级本科生 。
2007 - 11 林 集等 : 氯化钾 /聚合醇钻井液体系的研究及性能评价
83
30. 5
21
11 10
基浆 + 5% KCl 120
28
19
10 9. 2
基浆 + 7% KCl 120
27. 5
18
10 8. 3
基浆
140
25
16
8
8
基浆 + 2% KCl 140
26. 5
18
8 9. 5
基浆 + 5% KCl 140
25. 5
16
7 9. 1
基浆 + 7% KCl 140
24
将钻井液在 120℃、140℃下热滚 16 h,然后在 常温下测定其性能 ,结果见表 4。
从表 4可以看出 ,在相同温度下 ,加入 KCl后 , 钻井液的失水量有所增大 ,但随 KCl进一步增加 ,失 水量并没有继续增大 ,而是略有降低 ;温度达 140℃ 时 ,与 120℃相比 ,流变性和失水量均没有发生明显 变化 ,失水量仍低于 10 m l。因此可以认为 ,该钻井 液体系可用于 140℃条件下的钻井作业 。
聚合醇钻井液是上世纪 90 年代初发展起来的 一种新型钻井液体系 ,最早主要用于钻井液防泥包 、 润滑防卡等 。后来发现 ,其在稳定井壁 、保护油层和 环境保护方面也有很好的作用 。此外还兼有易维 护 、无荧光 、与其它处理剂配伍性好等优点 。现场应 用表明 [ 1, 2 ] ,聚合醇钻井液体系在深井 、大斜度井 、 水平井 、定向井及复杂地层的正常施工 、加快钻井速 度 、缩短钻井和完井周期等方面均有明显的效果 。
在钻井液体系中加入不同量的复合聚合醇 ,用 粘滞系数测定仪测定钻井液的摩阻系数 , 结果如 表 7所示 。
表 7 钻井液体系的润滑性
聚合醇加量 /% 0
泥饼摩阻系数 / Kf
0. 0875
摩阻系数降低率 /% 0. 0
1
0. 0699
20. 1
2
0. 0611
30. 2
3
0. 0437
50. 1
由表 7可知 ,随钻井液中复合聚合醇的加量增
氯化钾 /聚合醇钻井液体系的研究及性能评价3
林 集 ,廖 刚 ,李勇波
(西南石油大学化学化工学院 ,四川 成都 , 610500)
摘要 : 研制了复合聚合醇处理剂 ,复合聚合醇的浊点可以通过改变组分的比例进行调节 。利用聚合醇与氯化钾的协 同增效作用 ,研制了氯化钾 /聚合醇钻井液体系 ,对钻井液体系性能进行了评价 。结果表明 :该钻井液体系具有流变 性好 、失水量较低 、抑制页岩水化膨胀的能力强 、能显著降低钻井液体系的摩阻系数 、热稳定性好等优点 ,可用于 140℃的高温 。 关键词 : 聚合醇 ; 钻井液 ; 氯化钾 ; 抑制性 ; 润滑性 中图分类号 : TE254. 1 文献标识码 : A
表 2 聚合醇对钻井液性能的影响
钻井液体系
AV
PV
YP
FL
/ (mPa·s ) / (mPa·s) / Pa / m l
配方 2 + 1%聚合醇 29. 5
19
10 9. 0
配方 2 + 1%聚合醇 配方 2 + 1%聚合醇
30. 0 31. 5
19
11 8. 5
20
13 7. 8
表 2表明随复合聚合醇加量的增大 ,钻井液的 粘度略有上升 ,但变化不大 ;而滤失量随聚合醇的增 加有所降低 ,说明聚合醇对钻井液的性能有一定的 调节作用 ,且与钻井液有良好的配伍性 。 2. 4 KCl对钻井液性能的影响
· 9 · Journal of Southwest Petroleum University 2007 - 11
在配方 2中加入 3%的复合聚合醇 ,以此作为 基浆 。在基浆中加入不同量的 KCl,钻井液的性能 见表 3。
表 4 钻井液的性能的影响
KC l加量
热滚温度
AV
PV
YP FL
/ ℃ / (mPa·s) / (mPa·s) / Pa /m l
基浆
120
26. 5
18
9 8. 5
基浆 + 2% KCl 120
从图 1可以看出 ,复合聚合醇的浊点随 KCl的 加量升高而逐渐降低 。在该钻井液体系中 ,要加入 KCl,对复合聚合醇的浊点有一定影响 。现场应用 中 ,可根据实际情况调节复合聚合醇各组分的配比 , 以使其浊点与实际温度相适应 。 2. 2 降滤失剂的选择
钻井液的基础配方为 : ( 1 ) 4% 粘土 + 0. 28% NaCO3 + 0. 4% HV 2 CMC + 0. 3% 聚合物包被剂 + 3% SM P22; ( 2 ) 4% 粘土 + 0. 28% NaCO3 + 0. 4% HV 2CMC + 0. 3%聚合物包被剂 + 3% SPNH。在不 同温度下测定钻井液的性能 ,结果见表 1。
(3) 氯化钾 /聚合醇钻井液体系的流变性好 、失 水量较低 、抑制页岩水化膨胀的能力强 、并能显著降 低钻井液体系的摩阻系数 。
(4) 该钻井液体系热稳定性好 ,可用于 140℃ 的高温 。
参考文献 :
[ 1 ] 郝庆喜. 聚合醇防塌钻井液在牛 88井的应用 [ J ]. 钻 井液与完井液 , 1997, 6 (1) : 21 - 23.
2 实验结果与讨论
2. 1 KCl对复合聚合醇浊点的影响 复合聚合醇由几种浊点不同的产物组成 ,调节各
个组分的比例可以改变复合聚合醇的浊点 。将该样 品配成质量分数为 2%的水溶液 ,在溶液中加入不同 量的 KCl,测定复合聚合醇的浊点 ,结果如图 1所示 。
1 实验材料与方法
1. 1 实验仪器及药品 (1) 实验仪器 : 变频式滚子加热炉 、AP I失水
仪 、W Z21型瓦式膨胀仪 、粘滞系数测定仪 、ZNN 2D6 型六速旋转粘度计 、电动搅拌器 。
(2) 实验药品 : 聚合醇 (不同浊点 ) 、KCl、SM P2 2、SPNH、HV 2CMC。 1. 2 实验方法
(1) 复合聚合醇的研制 :由几种浊点不同的聚 合醇按一定比例配制而成 。
(2) 用旋转粘度计 、失水仪 、膨胀仪 、滚子炉 、粘 滞系数测定仪等对钻井液体系的性能进行评价 。
表 3 KCl对钻井液性能的影响
KC l加量
AV
PV
YP
FL
/%
/ (mPa·s) / ( mPa·s) / Pa
/m l
2
35. 5
26
15
7. 9
5
34. 5
24
14
7. 3
7
34. 0
23
13
6. 8
表 3中数据表明 ,加入 KCl后 ,钻井液的表观粘 度和切力均有不同程度的增加 ,但随加量增大 ,表观 粘度和切力变化不大 ;加入 KCl后 ,钻井液的失水量 略有降低 ,但影响不大 。 2. 5 钻井液的热稳定性
[ 5 ] A ston M S. W ater - based glycol drilling mud : shale in2 hibition mechanism s[ C ]. SPE 28818, 1994
[ 6 ] Reid P I. M echanism of shale inhibition by polyols in wa2 ter based drilling fluids[ C ]. SPE 28960, 1995 (编辑 :朱和平 )
热滚温度 /℃
120 120 120 120 120
热滚时间 /h
16 16 16 16 16
回收率 /%
44. 7 64. 5 83. 7 90. 7 95. 9
84
西南石油大学学报 2007年
用 W Z21型瓦式膨胀仪测试粘土在钻井液体系 中的线性膨胀率 ,结果见表 6。
从表 1可以看出 ,在加量相同 、温度相同的条件 下 , SPNH 比 SM P22的失水量要小 ;随温度的升高 , SPNH的失水量有所降低 ,而 SM P22 的失水量有升 高的趋势 。因此选择基础配方 2进行后面的实验 。 2. 3 聚合醇对钻井液性能的影响
在配方 2 中加入 1%、2%、3%的复合聚合醇 , 测定钻井液性能如表 2所示 。