国内外水基钻井液新技术

文章编号:1004—5716(2006)11—0177—02中图分类号:TE927+13　文献标识码:B

国内外水基钻井液新技术

聂　宇,徐　滨

(胜利石油管理局井下作业三公司河口作业大队,山东东营257000)

摘要:近年来,钻井液技术的研究领域出现了几个研究热点,引起了国内钻井液界的重视。如最近国外引进的无渗透

钻井液技术,几乎成了国内钻井液界议论的焦点。在对一些有代表性的研究成果给予简单介绍的同时,就这些技术的

出现进行简单分析,然后就钻井液技术未来的发展谈一些看法。

关键词:水基钻井液;无渗透钻井液;成膜钻井液;纳米处理剂

1　概述

水基钻井液的成膜理论与控制技术是近年来国内外研究较多和发展较快的一类新型钻井液技术和理论。该理论与技术的提出基于解决两方面问题:一是非酸化屏蔽暂堵保护储层;二是成膜护壁维持井壁稳定。

众所周知,国内外保护储层技术最普遍使用的是屏蔽暂堵技术,该技术在国内的应用己见到很好的效果。非酸化隔离膜保护储层技术的核心内容是尽量减少钻井液中的有害固相含量,通过改变钻井液处理剂的抑制性使钻井液本身固相颗粒的粒度大小与储层的孔隙大小相匹配,有效封堵孔隙,与此同时,利用成膜技术中特定的聚合物在井壁岩石表面形成一层防止钻井液和钻井液中有害固相进入储层的屏障,即隔离膜。无需进行酸化作业,求得最大自然产能,与屏蔽暂堵技术相比可节省大量的屏蔽暂堵材料费用和酸化作业费用。

2　几种水基钻井液新技术

2.1　无渗透钻井液技术

无渗透钻井液技术(简称N IF钻井液),是由美国环保钻井技术公司(ED TI)生产的一种钻井液。该钻井液主要由DWC2000(增粘剂)、FL C2000(动态降漏失剂,注意:不是A PI降滤失剂)、KFA2000(润滑刑)组成,是一种据称可以在超低固相含量下,使所钻地层损害接近于零的钻井液。这种钻井液依靠表面化学原理在地层表面产生可以密封地层的非渗透膜,实现同一种组分的钻井液封闭不同孔隙尺寸分布的地层的目的,从而实现钻井液对地层的无渗透。NIF钻井液可以无损害地钻开油层,还可以钻进油层与页岩的互层、在同一裸眼井段中不同压力的油层、由于力学原因而严重失稳的地层。室内试验表明,NIF 钻井液可使岩石的渗透率恢复率达到90%以上。

2.2　水基成膜钻井液技术

这种技术在理论上认为,在水基钻井液中,通过加入一到几种成膜剂,可以使钻井液体系在泥页岩等类地层井壁表面形成较高质量的膜。这样可阻止钻井液滤液进入地层,从而在保扩油气层和稳定井壁方面发挥类似油基钻井液的作用。

国外M—I钻井液公司对页岩的膜效率进行过比较系统的研究,并取得了一些成果,比如他们研究认为,在水基钻井液中可以形成三种类型的膜:

(1)水基钻井液成膜(Ⅰ型膜)。这类膜形成于页岩表面,钻井液滤液、页岩粘土、孔隙流体的化学性、孔隙尺寸、滤液粘度、渗透率、粘土组分和页岩的胶结作用都会影响膜的形成。在水基钻井液中能够成膜的物质有糖类化合物及其衍生物(如甲基葡糖贰M EG)、丙烯酸类聚合物、硅氧烷、木质素磺酸盐、乙二醉及其衍生物和各种表面活性剂(如山梨糖醇配的脂肪酸盐);

(2)封堵材料成膜(Ⅱ型膜)。如硅酸盐、铝酸盐、铝盐、氢氧化钙和酚醛树脂等封堵材料。在实验中发现在硅酸盐钻井液中加入糖类聚合物可保持实际渗透压接近理论渗透压。硅酸盐钻井液的成膜效率可达到70%以上;

(3)合成基和逆乳化钻井液成膜(Ⅲ型膜)。钻井液中的流体和页岩作用导致了毛细管力和较高的膜效率。此膜是由连续相的可移动薄膜、表面活性剂薄膜和钻井液的水相的薄膜组成的

胀、机械整形,井漏现象完全消失。下入可膨胀波纹管后至该井完钻,完钻泥浆密度1.55g/cm3(临界漏点1.45g/cm3),整个过程井下均未发生漏失。完钻后井径测试曲线表明,波纹管内最小直径220mm,完全满足钻头通过,充分证明了可膨胀波纹管堵漏技术试验成功。

5　结论和建议

(1)可膨胀波纹管能够减少井眼锥度,简化深井的井身结构设计,在钻井过程中特别适合处理漏失、坍塌等井下复杂情况。

(2)可膨胀波纹管和可膨胀实体管相比具有成本低,膨胀施工工艺相对简单,具有较高性能价格比等特点,能大幅度降低钻井综合成本,有广泛的应用前景。

(3)目前我国该项技术仅处于起步阶段,离大规模工业应用还有一定的距离,建议相关单位在管材、膨胀工具、配套设备方面大力开展研究,争取早日实现该技术的国产化。

参考文献:

[1]　张彦平,田军,赵志强,等.波纹管堵漏技术在吐哈油田L7-71井的

应用[J].石油钻采工艺,2005,27(1).

总第127期2006年第11期

西部探矿工程

WEST-CHINA EXPLORA TION EN GIN EERIN G

series No.127

Nov.2006

膜。Ⅲ型膜形成了一道防止水和溶质扩散的屏障。

其中Ⅱ型膜的膜效率最高,并认为,各种类型膜的渗透机理是完全不同的。

就能形成膜的钻井液种类来讲有:合成基钻井液、硅酸盐钻井液、逆乳化钻井液和聚合醇类钻井液等。

据报道,目前,国外CSIRO和Baroid公司已联合开发研制了具有高膜效率的新型水基钻井液,在现场使用获得较好的效果。国内中国石油勘探开发研究院等研究单位已研制出B TM-1水基钻井液成膜剂,具有良好的半透膜效能,抑制泥页岩水化膨胀、分散能力较硅酸盐、聚合物钻井液强。在吉林大情字等油田应用,取得了较好效果。

2.3　纳米处理剂基础上的钻井液技术

通常将纳米尺寸范围定义为1～100nm,处于团簇(尺寸小于1nm的原子聚集体)和亚微米级体系之间,其中纳米微粒是该体系的典型代表。由于纳米微粒尺寸小、比表面积大,表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大,表现出四大效应:小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点,从而使纳米粒子出现了许多不同于常规粒子的新奇特性,展示了广阔的应用前景。为了在正电性钻井液技术基础上,进一步改善钻井液的综合性能,探索纳米技术在钻井液完井液领域中的应用。由中国石化石油勘探开发研究院、胜利石油管理局和山东大学共同承担了中国石化科技开发部《纳米技术在钻井液完井液中的应用研究》项目,通过此项攻关研究,欲达到以下目标:(1)研究成功正电纳米钻井液处理剂;(2)研究成功一种新型纳米润滑剂;

(3)形成一种新型防塌保护油层钻井液体系和新型纳米润滑工艺技术。在以往国内外同行对钻井液技术的研究中,均着眼于如何改变钻井液体系中组份的物理化学性质来达到目的,有目的地从纳米技术的角度来对钻井液技术进行研究,国内外这方面的工作做的还很少。目前,该项研究的室内工作已全部结束,取得一些阶段性成果,所研制的中试产品性能达到了合同的要求。在研究出的新材料基础上形成的钻井液体系,经在胜利油田三口井中进行试验,取得了明显的效果。可以预见,以上项目的研究完成,将提高钻井液的水平。

3　对钻井液新技术的分析

从以上对几例新技术的介绍,不难看出,进入新世纪,钻井液科技工作者的科研研究出现了一些新的特点,初步分析,主要表现在以下几个方面:

3.1　更重视钻井液的油气层保护性能

即在钻井液研究目的上,不仅仅研究钻井液与钻井效率的关而是把钻井效率和油层保护看得同等重要。

3.2　重视钻井液技术与相关学科的交叉

如胶体化学、物理化学、高分子物理与化学等与纳米科学交叉等。

3.3　钻井液体系设计更趋于定量化

在钻井液新体系的设计理论上,不仅仅是靠经验、靠推测来进行研究,而是把经验推测与坚实的基础理论应用看得同等重要;并开始重视配制的准确性。

3.4　新钻井液技术往往是理论上创新的结果

新世纪,科学技术日新月异,确实会出现一些新的研究成果,这些新成果的出现,也应该是理论上创新的结果。

如,水基成膜钻井液体系的出现。一般认为,只有油基钻井液才有高质量的半透膜,水基钻井液是不存在半透膜,或者说形成半透摸的质量是如此的很低,以至于其半透膜性能可以忽略不计。但最近国内外的一些研究者均提出:水基钻井液也可以形成足以改变钻井液渗透特性的、较高质量的半透膜,并且最近出现了一系列的成膜剂和在此基础上的成膜钻井液。

再拿纳米科技应用为例。一般认为,纳米材料均是比较昂贵的材料(如,每吨在大几万元以上),而钻井液材料通常是价格比较低廉的产品,或者是化工低端产品,所以纳米材料不太适用于钻井液中的应用。《钻井液技术在钻井液完井液中应用》项目研究组的初步研究认为:只要原材料选择得当,合成路线合适,是可以得到价格与传统钻井液处理剂相当的纳米材料的。

另外,以上所提到的技术,产品性能均不是用传统的钻井液评价仪器能够测定的,这样,在新型钻井液的研究方法上,不仅仅采用石油工作者惯用的传统仪器设备进行钻井液的研究,而是把采用传统仪器与采用基于各交叉学科发展起来更先进的仪器设备进行研究看得同等重要。

参考文献:

[1]　徐同台,等.国外钻井液和完井液技术的新进展[J].钻井液与完井

液,2004,21(2):1～10.

[2]　孙金声,等.水基钻井液成膜技术研究[J].钻井液与完井液,2004,

20(6):6～10.

[3]　张克勤,等.国外水基钻井液半透膜的研究概述[J].钻井液与完井

液,2004,20(6):1～5.

N ew W ater2b ase Drilling Fluid

T echnologies at H ome and Abroad

NIE Yu,XU Bin

(Hekou O peration Team of T he T hi rd Dow n2well Operation Com pany, S hengli Pet roleum A dminist ration B ureau,Dong yi ng S handong257000, China)

Abstract:Several study hot spot s have cropped up in t he study field of drilling fluid technologies.It has att racted attention of domestic drilling fluid circles.For example,non2invasive drilling fluid technologies soon imported from abroad has almost become t he focal point s of discussion in domestic drilling fluid circles.This article simply introduces some repre2 sentative research fruit s;moreover,simply analyzes t he appearance of t hese technologies;t hen offers some opinions on t he future development of drilling fluid technologies.

K ey w ords:water2base drilling fluid;non2invasive drilling fluid;film forming drilling fluid;nanometer additive

871西　部　探　矿　工　程

Nov.2006

No.11