氯化钙无固相钻井液室内研究.pdf

1 2 A AN 细 CES 石 I N F 油 I NE P 化 ETR 工 O CH 进 EMI C 展 AL S 第 l 3卷第 1 期 A D V 一 氯化 钙无 固相钻 井液室 内研究 赵 虎，甄剑武，司西强，雷祖猛 ( 中原石油勘探局钻井工程技术研究 院 ， 濮 阳 4 5 7 0 0 1 ) 摘要 测定了优化配方的 C a C 1 无固相钻井液的性能， 考察了 C a C 1 加量对钻井液体系 流变性和滤失量的影响 ， 探讨了N a C 1 加量对体系临界点的影响， 并对 C a C 1 ：无固相钻井液进行了 抑制性和油气层保护评价。结果表明， C a C 1 ： 加量为2 0 的无固相钻井液体系具有良好的流变性 、 润滑性和耐温性， 能较好地控制滤失量， 具有较好的抑制性和油气层保护效果。 关键词 氯化钙无固相钻井液滤失量氯化钠 无 固相钻井液是在低固相钻井液 的基础上发 展起来 的新型钻井液 ， 体系不含黏土 ， 主要成分为 有机高分子聚合物和盐 ， 因而可以避免人为加入 黏土矿物对地层造成 的损害。与甲酸盐 、 氯化钾 等无固相抑制加 重材料相 比， C a C 1 的成本低 ， 可 达到较好的抑制效果 ， 溶液具有较低的活度 ， 适用 于强水敏和强应力泥页岩等易水化膨胀地层 ， 但 存在钻井液流变性和滤失量难 以控制 、 抗温性差 等问题 。 本研究开发出抗钙性 良好 的钻井液处理剂 ， 配合抗钙保护剂 ， 使体系 C a C 1 ：加量 ( 质量分数 ， 下同) 最高可达 4 0 ， 1 5 0下滚 动 1 6 h仍能保 持 良好性能。 1 C a C ! ： 钻井液技术发展概况 C a C 1 ： 钻井液具 有较低 的活度 ， 较强 的抑制 性 ， 且成本较低 ， 近年来在国内外发展迅速 。针对 强水敏型地层 ， 国外已经使用第二代 C a C 1 聚合 物体系， 成功地解决 了墨西哥海湾深水 区高 活性 泥页岩的泥包钻头和低密度固相升高问题 。国内 自主研究并应用 C a C 1 钻井液大致可以分为三个 阶段 ： 2 0 0 2年胜利油 田在史 1 3 6井应用 C a C 1 聚 合醇钻井液体 系， C a C 1 ： 加量 为 8 1 2 ， 成功 地解决了泥页岩膨胀分散和垮 塌问题 ， 使机 械钻 速大幅度提高 ； 2 0 0 2 -2 0 0 6年 中原油田研制高 钙盐钻井液体系 ， C a C 1 加量为 3 5 ， 先后在 中原油 田白庙气 田、 宁夏 海参 1井 、 塔 河油 田应 用 ， 较好地解决 了含膏砂泥岩的水化膨胀 ， 稳定井 壁 ， 亚微米 颗粒含量低 ， 机械钻速高 “ ； 2 o 0 8 2 0 1 0年中石油长城钻井公司在苏丹应用 C a C 1 无 土相 钻 井 液 体 系 ( C a C 1 加 量 为 1 2 )和铵 盐 C a C l 钻井液体系( C a C l ： 加量为 3 一 5 ) ， 抑制 性强 ， 固相易控制 ， 并较好地解决了 T e n d i s e n n a 地层 泥 岩水 化 膨胀 缩 径 和井 壁 失稳 垮 塌 的 问 题 ， 。 随着 c a 浓度 的升高 ， 钻井 液的活度降低 ， 许多处理剂功效下降， 钻井液的流变性 和滤失量 难以控制 。因此 ， 有必要研究高浓 度 C a C I 条件 下的保护剂 ， 提高聚合物的作用效果 ， 以达到低活 度 、 高抑制 的钻井液体系的要求 。 2 Ca C I 无固相钻井液室 内研究 2 1 C a Ci ：无固相钻井液配方及性能 C a C 1 ， 无固相钻 井液体 系 由增 黏剂 、 降滤 失 剂 、 封堵剂 、 保护剂 和 C a C 1 组成。优化配方 为： 0 3 增黏剂 HV T， 0 3 聚合物 X C， 1 0 降滤 失剂 L V T， 3 O 封 堵剂 Z L T， 5 保 护剂 Y B S ， 0 1 N a O H， 2 0 C a C 1 ， 。钻井液性 能测试结果 见表 1 表 1 氯化钙无固相钻井液性能 注 ： 滚动条件为 1 5 0 o C下滚动 1 6 h 。 高温高压滤失量测试温度1 3 5。 收稿 13期 ： 2 0 1 1 0 93 O 。 作者简介 ： 赵虎 ， 工程师 ， 2 0 0 1 年毕业 于河南 大学化 工系高分 子化工专业 ， 现从事油气层保护方面的科研工作。 2 0 1 2年 1 月 赵虎等 氯化钙无固相钻井液室内研究 1 3 由表 1数据可以看出， 该体系的流变性 、 滤失 量控制 、 润 滑 性 和抗 温 性 良好 ， 较 好 地 解 决 了 C a C 1 ， 钻井液的切力和滤失量难以控制的问题 。 2 2 C a C ! ：加量对钻井液性能影响 保 持 体 系 中其 他 处 理 剂 加 量 不 变 ， 改 变 C a C 1 ， 的加量( 质量分数 ， 下同) ， 测定 1 5 0 o C下滚 动 1 6 h后钻井 液 的流 变性和 A P I 滤 失量 ， 考察 C a C 1 加量对其影响， 结果见图 1和图2 。 图 1 C a CI ： 加量对钻井液流变性的影响 目 熄 H C a C 1 2 加 量 ， 图 2 C a C ! ： 加量对钻井液滤失量的影响 由图 l可以看出， 随着 C a C I 加量增大， 钻井 液的表观黏度 、 塑性黏度和动切力逐渐降低 ， 存在 两个拐点 ， 加 量 l 0 时流变性趋 于稳 定 ， 加量超 过 4 0 后流变性再次 降低。由图 2可以看 出， 随 着 C a C I ： 加量增大， 钻井液的 A P I 滤失量先降低 后增加 ， 加量 3 0 时滤失量最小 ( 2 4 m L ) ， 加量 4 0 为临界点( 滤失量为 4 8 m L ) ， 之后继续增加 C a C I 加量 ， 钻井液滤失量剧增。 2 3 N a CI 加量对临界点的影响 保持体系中其他处理剂加量基本不变 ， 通过 适当调整增黏剂 H V T和 X C聚合物加量 ， 可使钻 井液达到较好的流变性 。同时， 在钻井液 中加入 N a C 1 ， 与 C a C 1 一起作为二维变量 ， 考察体系临界 点 ， 即钻 井液 A P I滤失量 为 ( 50 2 )m L时 的 C a C I 和 N a C I 加量关系 ， 结果见图 3 。 N a C l 加 量 ， 图 3 体 系临界点时 C a C I 2 与 Na C ! 的加量关系曲线 由图 3可以看出， N a C I 加量对体 系临界点影 响较大 ， 随着 N a C 1 加量增大， 体系可容纳的 C a C 1 量迅速降低 ， 尚未达到析 出点 ； 但 N a C I 加量达 到 1 0 后 ， 继续增大其加量 ， 对 C a C 1 无 固相钻井液 体系的影响趋于稳定。饱 和盐状态下可加入 6 C a C 1 ， 即达到体系的临界点 。 2 4 钻井液抑制性评价 分别取 不 同 区块 岩 屑 ， 进 行 优化 配 方 ( 含 2 0 C a C I ) 的钻井液在 1 5 0 o C下滚动 1 6 h的岩 屑回收实验 ， 评价钻井液的抑制性 ， 结果见表 2 。 表 2 C a C I ：无固相钻井液抑制性评价 由表 2数据可以看出， C a C 1 ： 无固相钻井液对 不同区块岩 屑 的滚动 回收率 均较高 ， 说 明 C a C I 无固相钻井液 的抑制性较强 ， 可有效降低钻屑水 化分散 ， 抑制黏土造浆 ， 有利于水敏地层的井壁稳 定 ， 有助于控制井径扩大率等。 2 5 钻井液油气层保护实验评价 对优化配方( 含 2 0 C a C I ： ) 的钻井液进行界 面张力评价和不同区块岩心流动评价。优化配方 的油 水界面张力为 4 9 m N m( 参 比煤油 蒸馏 水界面张力为 3 1 7 m N m， 实验温度 2 5 o C) 。岩 心流动评价结果见表 3 。 表 3 C a C ! ： 无固相钻井液岩心流动评价 注： 。 ， 分别为岩心损害前后岩心对煤油的平衡渗透率。 尺 ( 渗透率恢复值) 为切除污染端N 0 5 c m后的测试结果。 精细石油化工进展 ADVANCES I N F I NE PETR0CHEMI CALS 第 l 3卷第 1 期 由表 3数据可 以看 出 ， C a C 1 无 固相钻井 液 油 水界面 张力低 ， 有 助 于液相 的返 排 ， 可 有效 降低水 锁效 应 ， 有助 于地层 产 能 的恢 复 。切 除 污染端面后 ， 中、 低 渗天然岩心 的渗透率恢复值 均达到 9 8 以上 ， 说 明该钻 井液对 储层 污染深 度低 ， 对储层产生伤害小 ， 具有较好 的油气层保 护效果 。 3结 论及 认识 ( 1 ) C a C 1 无固相钻井液具有 良好 的流变性 、 降滤失性 和润滑性 。含 2 0 C a C 1 ，的钻井液 可 保持较好 的抑制性 ， 可有效抑制泥页岩 的水化分 散 ， 稳定井壁 ， 亚微米颗粒含量低 ， 有利 于提高机 械钻速 ， 并具有较好油气层保护效果。 ( 2 ) C a C 1 无 固相 钻井 液 可 根 据 要 求 调 整 C a C 1 加量 ， 遇高 含盐地段需 降低 C a C 1 用量 ； 如 需使用饱和盐状 态钻井 时， C a C 1 ：的加量最 高为 6 ， 此时仍可保持较好的抑制性。 ( 3 ) 钻 井 液 密 度 如 需 增 加 到 1 2 51 4 0 g c m ， 可配合使用超细碳酸钙 ， 有 良好效果 ， 有利 于完井 的滤饼清除和油气层保护。 参考文献 郭保 雨 ， 严波 ， 孙 强 ， 等 钙 一醇钻井液体 系的室 内研 究及应 用 J 石 油钻探技术 ， 2 0 0 2 ， 3 O ( 1 ) ： 3 3 3 3 吴修宾 ， 张和平 ， 王后彦 ， 等 高钙盐钻 井液体系的研 究与应 用 J 钻井 液与完井液 ， 2 0 0 2， 1 9 ( 6 ) ： 6 7 7 O 蔡春祥 ， 王朝 ， 曹 得荣 高 钙盐 钻井 液在 海参 1井 的应用 J 钻井液 与完井 液， 2 0 0 4， 2 1 ( 4 ) ： 6 1 6 2 魏殿举 ， 王善举 ， 史康 玲 高 钙盐钻 井液 在塔 中地 区 中 1 H 井的应用 J 油 田化学 ， 2 0 0 6， 2 3 ( 2 ) ： 9 91 0 1 刘乐乐 ， 罗向东 氯化钙无 土相钻 井液体 系在 苏丹水 平井中 的应 用 J 石油钻采工艺 ， 2 0 0 8， 3 0 ( 4 ) ： 1 1 71 2 O 莫绍兵 ， 宋建源 ， 鲁先振 ， 等 铵盐氯化钙钻井液在苏丹泥页 岩井段的应用 J 钻井液 与完井 液， 2 0 1 0， 2 7 ( 3 ) ： 4 75 0 La b o r a t o r y S t u d y o n Ca l c i um Ch l o r i de S o l i d- - f r e e Dr i l l i n g Fl u i d Z h a o Hu Z h e n J i a n wu S i Xi q i a n g L e i Z u me n g ( R e s e a r c h I n s t i t u t e o f D r i l l i n g E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y ， Z h o n g y u a n P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n B u r e a u ， P u y a n g 4 5 7 0 0 1 ) Ab s t r a c t T h e p e r f o r ma n c e s o f c a l c i u m c h l o r i d e s o l i df r