抗高温高密度水基钻井液体系研究

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(10) 含盐量选择 。由于膨润土浆在高矿化度 条件下性能不稳定 ,因而矿化度对钻井液而言是一 个重要参数 。在钻井液的现场应用中 ,虽然优先用 淡水配制含膨润土的钻井液 ,但淡水介质对聚积在 钻井液中的钻屑提供了高活度环境 ,因此 ,钻屑易发 生高温诱发的分散 。随着淡水中的含盐量增加 ,粘 土颗粒的扩散双电层被压缩 ,分散能力下降 ,合适的 含盐量有助于钻井液性能的高温稳定性 ,同时 ,也可 降低钻井液体系对含盐量变化的敏感性 。但过高浓 度的盐也可能产生严重絮凝和聚结粘土颗粒 ,导致 钻井液性能的不稳定 [ 5 ] 。
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西南石油大学学报 (自然科学版 ) 2008年
(8) 体系应具有一定的抗盐钙污染的能力 。深 部井段有可能存在含盐钙地层 ,钻遇该类地层时钻 井液性能不能产生大幅度变化 。
(9) 深部井段地层水水化能力一般较弱 ,钻井 液具有一定的抑制性但可不作重点考虑 ,稳定井壁 主要靠合理的钻井液密度 、优良封堵及失水造壁性 来保证 。
表面活性剂主要用于提高钻井液的热稳定性 ,提 高体系抗温能力 ,但表面活性剂用量不宜过大 [9, 10] 。
3 钻井液体系配方研究
3. 1 淡水体系 以优选出的处理剂建立了密度为 2. 30g / cm3的
无 氯化钾 (淡水 )体系 ,体系老化后的性能见表 1。
第 1期 梁大川等 : 抗高温高密度水基钻井液体系研究
HTX是一种能显著降低水基钻井液粘度 、切力 的抗温抗盐无铬木质素类降粘剂 ,具有一定的抑制 粘土水化膨胀和分散的能力 ,抗盐 、抗石膏能力较 强 ,抗温可达 220 ℃。在各种水基钻井液中 ,推荐加 量一般情况下为 0. 1% ~0. 5%。 HTX主要通过拆 散粘土颗粒间的结构而降低体系粘切 。 2. 3 封堵材料及润滑剂
本文通过体系设计 、土量优选 、处理剂优选优配建 立了抗温 200 ℃、密度 2. 30 g/ cm3 的水基钻井液体系。
1 抗高温高密度磺化钻井液体系设计
通过大量文献分析 , 确定建立密 度为 2. 20 ~ 2. 30 g / cm3 、抗温达 200 ℃的水基钻井液体系的技术 路线为 :优选优配国内抗高温钻井液处理剂 ,并添加
(1) 润滑封堵剂 FD ,由少量聚合物 、表面活性 剂及沥青经螯合反应得到 。沥青颗粒级配分布宽 , 封堵降滤失效果优良 ,沥青软化点在 150 ℃左右 。 产品外观为均质黑色粘稠油状液体 ,是一种在钻井 液中配伍性好 ,抗盐膏 、抗温能力强 ,使用方便 ,集润 滑防卡 、造壁防塌多功能于一体的高效钻井液处理 剂 ,它能有效地降低钻井液的润滑系数 、泥饼的摩擦 系数和高温高压条件下的滤失量 。抗温可达 180 ℃ 以上 ,同时该产品加入钻井液后粘度效应较小 。
1#配方 : 680 m l水 + 8 g土 + 0. 4 gNa2 CO3 + 60 g
RSTF + 200 g FD + 6 g HTX + 2. 4 gAS + 2. 4 gABS + 4 g SP280 + 0. 6 g重铬 + 11 g RLC2101 + 11 gNRH + 180 g SM P2 2 + 15 g KOH + 75 g KC l + 2 g CaO + 2 590 g特级 B aSO4 ;
(2) SM P22。 SM P22是磺化酚醛树脂 ,为褐色 粘稠状液体产品 。该产品通过对粘土粒子有效护胶 来改善泥饼质量和降低钻井液的高温高压滤失量 。 SM P - 2是一种抗高温低分子类有机处理剂 ,其分 子结构有如下特点 : ①分子主要以苯环 、亚甲基桥和 C—S键等组成 ,因此其热稳定性很强 ; ②分子量不 大 ,据估计一般在 10 000以上 ,因此其 5%水溶液的 粘度与清水差不多 ,且其分子不是直链型 ,故对泥浆 中粘土无絮凝作用 ,在钻井液中不会严重增稠 ; ③亲 水基为磺甲基 —CH2 SO3- ,且比例较高 , 因此 , 亲水
AV / (mPa·s)
87. 5
PV / (mPa·s)
69. 0
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YP / Pa 18. 5
可见体系老化后性能优良 。 配方 : 680 m l水 + 8 g土 + 0. 8 g N a2 CO3 + 68 g
RSTF + 200 g FD + 6 gHTX + 2. 4 gAS + 2. 4 gAB S + 4 g SP280 + 1. 0 g重铬 + 11 g RLC2101 + 11 gNRH + 180 g SM P22 + 15 g KOH + 2 590 gB aSO4 。
(2) 选用抗温能力强的处理剂 。处理剂抗温能 力是钻井液具有抗温能力和热稳定性的基础和前提 。
(3) 增大处理剂用量 。因处理剂在高温下有可 能部分解吸或降解 ,即高温降低了处理剂的作用效 能 ,必须通过增加处理剂用量来保证体系经高温作 用后或在高温下具有优良的性能 。
(4) 保证体系在高温高压下具有优良的失水造 壁性和润滑性。深井对钻井液体系的润滑性要求高 , 改善泥饼质量和润滑性能的处理剂用量较大 。因随 井深增加井底压差值变大 、滤失量的增加必然形成厚 泥饼 ,因此深井比浅井更容易发生压差卡钻。
文章编号 : 1000 - 2634 (2008) 01 - 0133 - 04
抗高温高密度水基钻井液体系研究3
梁大川 1 ,汪世国 2 ,余加水 2 ,张 毅 2
(1. 西南石油大学石油工程学院 ,四川 成都 610500; 2. 新疆石油管理局泥浆公司 ,新疆 克拉玛依 834000)
摘 要 : 针对抗高温高密度钻井液体系及应用工艺对超深井 、深井成功钻探至关重要 ,国内外抗温 200 ℃、密度达 2. 30 g / cm3 的水基钻井液体系的研究应用报道较少 ,且国外在此条件下多选择油基钻井液体系的问题 。通过优选磺 化类抗温处理剂 、加入高温稳定剂等途径建立了抗温 200 ℃、密度达 2. 30 g/ cm3 的淡水钻井液体系和含氯化钾体系 。 该体系热稳定性优良 ,高温高压下流变性合理 ,具有一定抑制性 。对深井 、超深井钻井液的选择使用具有指导意义 。 关键词 : 水基钻井液 ;体系研究 ;高温高压 ;高密度 ; 深井 中图分类号 : TE254 文献标识码 : A
第 30卷 第 1期 西南石油大学学报 (自然科学版 ) Vol. 30 No. 1
2008年 2月 Journal of Southwest Petroleum University ( Science & Technology Edition) Feb. 2008
泥饼厚度 /mm
GEL / Pa 10″ 10′ pH
1#
2. 30
34. 0
0. 8
0. 5
5. 5 15. 0 8. 0
2#
2. 32
35. 0
0. 8
0. 5
6. 0 11. 0 8. 0
3#
2. 32
34. 0
0. 7
0. 5
6. 0 12. 0 8. 0
4#
2. 34
பைடு நூலகம்
37. 0
0. 8
0. 5
(2) RLC2101是粉状固壁润滑剂 ,具有封堵固 壁 、改善泥饼润滑性的作用 。
(3) NRH是粉状乳化沥青 ,具有封堵及降低钻 井液高温高压滤失量的作用 ,抗温能力较强 。
润滑封堵剂 FD、RLC2101 及 NRH 能提供大量 惰性的 、高温下可变型的微粒 ,这些微粒一方面参与 建立体系的流变性 ,另一方面参与泥饼的形成 ,使泥 饼更加致密 ,同时使钻井液体系及泥饼具有优良的 润滑性 。使体系具有好的封堵性能和润滑性能 。 2. 4 高温稳定剂
一些可提高钻井液抗温能力的添加剂 (高温稳定 剂 )来进一步提高钻井液的抗温能力 。体系设计时 重点考虑以下几点 [ 2 - 4 ] :
(1) 严格控制体系中膨润土含量 。因膨润土在 高温下水化分散能力强 ,易造成高温絮凝或高温固 化 ,流变性增强 ,特别是高密度下流变性控制有难 度 ,因此应严格控制体系中膨润土含量 ,其合理加量 可通过实验确定 。
性强 ,抗盐析能力强 。该产品具有较强的抗温 、抗 盐 、抗钙能力 ,但在高温下 ( 180 ~200 ℃)其加量应 增大到 5%左右 [ 7, 8 ] 。
RSTF和 SM P22 共同作用 ,通过对粘土粒子有 效护胶 、保证体系的聚结稳定性和胶体颗粒含量的 途径形成低渗透率泥饼 ,从而降低钻井液的 AP I失 水和高温高压滤失量 。这两种处理剂热稳定性好 , 高温下解吸少 ,基本不降解 。 2. 2 降粘剂
(5) 对于深井而言 ,钻井液循环压耗和可能产 生的激动压力较大 ,因此钻井液的粘切在满足带砂 和悬浮的条件下应尽可能控制低一些 。
(6) 加入表面活性剂提高钻井液的抗温能力 。 国内外抗高温钻井液研究及应用已证明了这一点 。
(7) 高密度体系应使用优质加重材料以保证体 系流变性易于调控 。
3 收稿日期 : 2006 - 11 - 25 作者简介 : 梁大川 (1964 - ) ,男 (汉族 ) ,四川广安人 ,副教授 ,从事钻井液 、完井液教学和科研工作 。
表 1 淡水体系老化后性能 3
密度 / ( g/ cm3 )
漏斗粘度 /s
AP I失水 /m l
泥饼厚度 /mm
GEL / Pa 10″ 10′ pH
2. 38
38. 0
0. 5
0. 5
6. 5 13. 5 8. 0
3 实验条件 :老化温度 、时间为 200 ℃、16 h,性能在 52 ℃下测定 。
准噶尔盆地腹部深层具有巨大的勘探开发潜 力 ,但深部地层温度高 、地层压力大 ,已开钻的莫深 1井设计井深 7 380 m ,预测井底温度为 180~200 ℃, 地层压力系数达 1. 50 ~2. 25。要求钻井液体系能 抗温 200 ℃、密度达 2. 30 g / cm3 。
抗高温高密度钻井液是深井 、超深井成功钻探 的重要技术保证 。由于高密度钻井液在超高温下处 理剂选择困难 ,高密度钻井液在高温下的流变性 、失 水造壁性等工艺性能难以达到要求 ,且高密度钻井 液在高温下可能存在的技术问题没有可靠的实验数 据及现场应用经验 。因此迫切需要研究抗高温高密 度钻井液体系 。国外对付类似高温高压复杂地层优 先选用油基钻井液体系 ,即油包水乳化钻井液 。油 基钻井液可能减少卡钻 、井壁坍塌等井下复杂情况 的发生 ,但高温高密度油基钻井液却存在滤失控制 、 流变性调节 、乳状液的稳定性等技术难度较大问题 , 且成本较高 、对环境有一定污染 、配制和维护工艺要 求高 ,同时对录井和测井可能带来不利影响 [ 1 ] 。
2 钻井液体系处理剂选择
2. 1 降滤失剂 (1) RSTF。RSTF是一种抗高温和抗盐膏污染
能力强的降滤失剂 。该产品由两种聚合物单体在一 定的温度压力下与腐植酸接枝共聚得到 。腐植酸由 于特有的结构组成单元而具有较高的热稳定性和活 化能力 ,在油田及其他工业上得到广泛应用 。但腐 植酸水化基团的抗温 、抗盐污染能力较弱 ,不能满足 深井钻探工作的需要 。而与聚合物单体接枝共聚后 的产品能显著降低钻井液的高温高压失水 ,抗温可 达 220 ℃, 抗 盐 可 达 20% 以 上 , 抗 石 膏 达 饱 和 。 RSTF可在各种类型的水基钻井液中使用 。实验表 明 , RSTF的降滤失能力优于 SPNH 和 SM P21[ 6 ] 。
7. 0 13. 0 8. 0
3 实验条件 :老化温度 、时间为 200 ℃、16 h,性能在 52 ℃下测定 。
AV / (mPa·s)
74. 5 65. 0 66. 5 82. 5
PV / (mPa·s)
61. 0 53. 0 53. 0 69. 0
YP / Pa
13. 5 12. 0 13. 5 13. 5
3. 2 含盐体系 为保证体系具有一定抑制性 ,考虑在体系中加
入一定量 KCl。体系老化后性能见表 2。可见 1#~ 4#配方老化后性能良好 ,可作为推荐配方 ,配方中土 量应控制在 8~20 g。
表 2 含盐体系老化后性能 3
体系编号
密度 / ( g/ cm3 )
漏斗粘度 /s
AP I失水 /m l
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