钻井液防塌效果的综合评价方法

序号
1 2 3
井号
呼 001 呼 002 独深 1
岩样井深
D/ m 2740 3632 2400
蒙脱石 0 0 0
粘土矿物相对含量 ( %)
伊蒙混层 伊利石
高岭石
74
22
2
84
9
0
81
7
0
绿泥石 2 7 12
混层比 ( %)
I/ S
C/ S
40
0
55
0
45
0
表 3 4 种钻井液热滚 24 h 后的常规性能参数
从表 4 看出 ,在与 KCl 两性离子聚磺钻井液相 互作用 24 h 后 ,砂泥岩的抗压强度显著降低 ;然而 当作用更长时间之后 ,岩石强度降低幅度却很小 。 这表明 ,砂泥岩与钻井液之间的相互作用在 24 h 内 基本上达到相对平衡的状态 。随着作用时间的继续 延长 ,岩石抗压强度基本不再发生变化 。
4 %膨润土 + 0. 2 %Na2CO3 + 2 %MM H (干粉) + 0. 4 %SP22 + 0. 3 %CSW + 2. 5 % DFD2140 + 3 %SPN H + 0. 3 %CaO + 3 %F T21.
(3) KCl 两性离子聚磺钻井液体系 。其配方为
4 %膨润土 + 0. 2 %Na2CO3 + 0. 2 %FA2367 + 0. 2 %XY227 + 0. 4 %S K23 + 0. 5 %J T2888 + 3 %SPN H + 2 %SM P21 + 3 %F T21 + 0. 5 %RH2101 + 8 % KCl + 0. 1 % KOH.
Ξ 收稿日期 :1998206215 3 总公司勘探局“九五”项目“地应力引起井壁失稳机理及其对策研究”阶段成果 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
井液体系和配方 。 (1) 两性离子聚磺钻井液体系 。其配方为
4 %膨润土 + 0. 2 % Na2CO3 + 0. 3 %FA2367 + 0. 2 %XY227 + 0. 5 %J T2888 + 2 %SM P21 + 3 %SPN H + 3 %F T21.
(2) 正电胶钻井液体系 。其配方为
图 5 钻井液对安集海河组泥页岩水化性能的作用
3 岩石抗压强度的测定及结果分析
3. 1 岩石抗压强度随时间的变化 独深 1 井层位为 1 458. 9～1 460. 2 m 的砂泥岩
岩心与 KCl 两性离子聚磺钻井液在 70 ℃温度条件 下相互作用 ,然后利用从美国 Terra Tek 公司引进 的三轴岩石力学测试系统测定了岩石的抗压强度及 其它力学参数随时间的变化 。该装置由加载框架 、 围压系统 、孔隙压力系统 、计算机采集系统和实验舱 组成 。围压系统用来模拟水平应力 ,孔隙压力系统 用来模拟地层孔隙压力 。将岩样 (长 50 cm ,直径 25 cm) 放入实验舱内进行加载变形测试 。岩石的轴向 载荷由力传感器测定 ,轴向位移由轴向应变传感器 和锥体测定 ,径向位移由径向应变传感器测定 。通 过实验软件和计算机控制 ,可设定不同的实验类型 和不同的加载途径 ,计算机通过传感器自动采集电 压信号 ,把它转换成力和位移的数据并存储在计算 机中 。测试结果见表 4.
1999
年 第 第1期
23
卷
Journal
石油大学学报 (自然科学版) of t he University of Petroleum
,
China
Vol. 23 No. Feb. 1999
1
钻井液防塌效果的综合评价方法 Ξ
鄢捷年 罗健生
(石油大学石油工程系 ,北京 102200)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
·34 ·
石油大学学报 (自然科学版) 1999 年 2 月
13 14
Y P/ Pa
6 9. 5 17
6
V f/ mL
6. 2 5. 6 7. 5 5. 5
pH值
9 9 9 9
高温高压下
V f/ mL 17. 2 18. 5 17. 5 10. 8
2 防塌钻井液抑制性能实验
2. 1 泥页岩滚动回收率实验 该实验主要用于检测钻井液对泥页岩分散性的
测定结果如图 2 所示 。图中 c 和 c1 均表示 KCl 两 性离子聚磺钻井液 ,其不同之处是 c1 中两性离子聚 合物 FA2367 的加量由原来的 0. 2 %提高到 0. 3 %1
从不同层位的泥页岩的滚动回收率来看 , KCl 两性离子聚磺钻井液的抑制性最好 。 2. 2 泥页岩膨胀性实验
该项实验主要用于检测各种钻井液对泥页岩膨 胀性的抑制能力 。由于泥页岩膨胀主要是由水化作 用所引起 ,故可用膨胀量来衡量水化作用的强弱 。
呼 002 井 3 232. 98～3 638. 7 m 层段的泥页岩
(4) 两性离子聚磺混油钻井液体系 。其配方为
4 %膨润土 + 0. 2 %Na2CO3 + 0. 3 %FA2367 + 0. 2 %XY227 + 0. 5 %J T2888 + 2. 5 %SM P21 + 4 %F T21 + 3 %SPN H + 0. 5 %RH2101 (润滑剂) + 6 %原油 + 0. 3 %ABSN. 4 种钻井液热滚 24 h 后的常规性能参数见表 3. 从表 3 的实验结果可以看出 ,这 4 种钻井液体系 的常规性能均能满足钻井工程的一般要求 。
从图 1 看出 , 4 种钻井液的一次滚动回收率以 KCl 两性离子聚磺钻井液为最高 。二次滚动回收率 以两性离子聚磺混油钻井液为最高 , KCl 两性离子 聚磺钻井液次之 ,两性离子聚磺钻井液最小 。
分别测定了该井 3 627. 1～3 632. 4 m 层位的 泥页岩岩样在 4 种钻井液和清水中的滚动回收率 ,
图 4 不同钻井液的 CST 值
2. 4 泥页岩浸泡实验 该项实验是在常温常压下 ,将呼 002 井层位为
3 632. 98～3 638. 67 m 的泥页岩岩样分别浸入不同 类型的钻井液 、8 % KCl 溶液及蒸馏水中 ,观察岩样 的外观形态随时间的变化 。实验结果见图 5. 结果表明 ,用蒸馏水浸泡 10 min 后岩样便完全 散开 ; 而 KCl 两性离子聚磺钻井液抑制性最好 ,其 次为正电胶钻井液 ,两性离子聚磺混油钻井液和两 性离子聚磺钻井液的抑制性相对较差 。
摘要 在对新疆油田呼图壁地区防塌钻井液进行研制和优选的过程中 ,建立了一种能够针对所钻地层特点对 钻井液防塌效果进行综合评价的新方法 。该方法将传统的钻井液抑制性评价与岩石抗压强度评价结合起来 ,两方 面的实验结果可以相互印证 ,使结论更为准确 、可靠 。评价结果表明 ,在所研制的 4 种防塌钻井液中 , KCl 两性离子 聚磺钻井液对该地区安集海河组强水敏性泥页岩的防塌效果最好 。 Ξ
钻井液类别
两性离子聚磺 正电胶
KCl 两性离子聚磺 两性离子聚磺混油
密度 ρ/ (g·cm - 3)
1. 08 1. 06 1. 12 1. 09
G10″/ 10′ A V /
( Pa)
( mPa·s)
2. 5/ 4. 5
19
5/ 12
35
9/ 13
30
3/ 4
20
PV / ( mPa·s)
13 25. 5
·32 ·
石油大学学报 (自然科学版) 1999 年 2 月
Βιβλιοθήκη Baidu
表 1 呼图壁地区安集海河组泥页岩全岩矿物 X 射线衍射分析结果
岩样 序号
1 2 3
井号
呼 001 呼 002 独深 1
岩样井深
D/ m 2740 3632 2400
石英 11. 4 29. 8 21. 5
主题词 新疆地区 ;防塌钻井液 ;钻井液试验 ;泥岩 ;膨胀 ;抑制 ;综合评价 中图法分类号 TE 254. 1 第一作者简介 鄢捷年 ,男 ,1945 年生 ,1967 年毕业于北京师范大学化学系 ,1981 年在西南石油学院获硕士学 位 。现为石油大学 (北京) 石油工程系教授 、博士生导师 ,主要从事钻井液和保护油气层技术的研究 。
1 呼图壁地区防塌钻井液的研制
由对呼图壁地区呼 001 、呼 002 和独深 1 等 3 口探井安基海河组泥页岩进行 X 射线衍射分析的 实验结果 (见表 1 和表 2) 可知 ,其泥质含量都很高 , 并且在伊蒙混层中蒙脱石的相对含量相当高 ,从而 证实该层位为强水敏性 ,属易水化膨胀型泥页岩 。 针对这种情况 ,研制了 4 种具有良好防塌效果的钻
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第 23 卷 第 1 期 鄢捷年等 :钻井液防塌效果的综合评价方法
在 4 种不同类型的钻井液滤液及蒸馏水中膨胀量的 测试曲线见图 3. 从图 3 可以看出 ,泥页岩在蒸馏水 中的膨胀程度最大 ,其余依次为正电胶钻井液 、两性 离子聚磺钻井液 、两性离子聚磺混油钻井液和 KCl 两性离子聚磺钻井液 。由此可见 ,在 4 种钻井液滤 液中 ,以 KCl 两性离子聚磺钻井液抑制泥页岩水化 膨胀能力为最强 。
图 2 在 4 种钻井液和清水中的页岩滚动回收率 注 :b 表示正电胶钻井液 ; c ,c1 均表示 KCl 两性离子 聚磺钻井液 ;d 表示两性离子聚磺混油钻井液 ;e 表示 清水 。
以上实验结果表明 ,清水的 R1 值最小 , 其余 4 种钻井液的 R1 值相差不大 , 最高的仍是 KCl 两性 离子聚磺钻井液 。然而 4 种钻井液的 R2 值相差较 大 ,以两种 KCl 两性离子聚磺钻井液为最高 ,正电 胶钻井液次之 ,两性离子聚磺混油钻井液最小 。
抑制能力 ,是定量评价泥页岩在经充分膨胀后分散 趋势大小的一种直接方法 。
分别测定呼 002 井层位为 3 633. 0～3 638. 7 m 的泥页岩岩样在 4 种钻井液中的一次滚动回收率 R1 和二次滚动回收率 R2 ,测定结果如图 1 所示 。
图 1 4 种钻井液的泥页岩滚动回收率 a 表示两性离子聚磺钻井液 ; b 表示正电胶钻井液 ;c 表 示 KCl 两性离子聚磺钻井液 ; d 表示两性离子聚磺混油 钻井液 。
引 言
钻遇泥页岩地层时经常出现的井壁失稳是目前 钻井工程中尚未完全解决的技术难题 。解决该问题 的途径 ,一方面是通过开展地应力研究建立钻井液 安全密度窗口 ,另一方面则需根据所钻地层的特点 研制并优选出具有强抑制性的防塌钻井液 ,并将以 上两方面的研究有机地结合起来 。迄今为止 ,评价 钻井液防塌效果的方法一般只局限于对泥页岩膨胀 性和分散性的测定 ,未考虑与钻井液作用后泥页岩 力学参数的变化 。本文将传统实验方法与岩石抗压 强度测定结合起来 ,形成一种新的综合评价方法 ,并 增加一种浸泡实验 ,从而使评价结果更为准确 、可 靠 。特别是岩石抗压强度的变化可用于验证钻井液 抑制性的实验结果 ,使优选出的钻井液更能满足钻 井工程的需要 。
·33 ·
图 3 泥页岩的膨胀量测试曲线
2. 3 泥页岩毛管吸吮 (CST) 实验 使用 不 同 钻 井 液 滤 液 时 所 测 得 的 泥 页 岩 的
CST 值见图 4. 可以看出 ,两性离子聚磺混油钻井液 的 CST 值最大 ,其余依次是两性离子聚磺钻井液 、 正电胶钻井液和 KCl 两性离子聚磺钻井液 。该项 实验结果再次证实 ,在所使用的 4 种钻井液中 , KCl 两性离子聚磺钻井液的抑制性最好 。
钾长石 1. 1 6. 0 1. 3
钠长石 4. 0 18. 3 4. 4
矿物种类和含量 ( %) 方解石 白云石类 菱铁矿
3. 4
13
0. 7
9. 1
-
-
8. 6
-
0. 6
黄铁矿 1. 8 -
赤铁矿 2. 7 -
方沸石 9. 0 -
粘土总量 ( %) 54. 7 35. 0 63. 6
表 2 泥页岩粘土矿物 X 射线衍射分析结果