15685874doc新型无固相弱凝胶钻井液体系研究与应用.docx
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15685874doc新型无固相弱凝胶钻井液体系研究与应用
新型无固相弱凝胶钻井液体系研究与应用
?
246?
石油天然气（江汉石油学院）2009年6月第31卷第3期
JournalofOilandGasTechnology（J.JPI）Jun.2009Vo1.31No.3
新型无固相弱凝胶钻井液体系研究与应用
马超,赵林（湖北省油气钻采工程重点实验室,长江大学石油工程学院,湖北荆州434023）
李再均,何斌（塔里木油田监督管理中心,新疆库尔勒841ooo）
[摘要]针对无固相保护油气储层钻井液（PRD）体系在塔里木油田牙哈区块应用过程中出现的问题,自
主研制出一种新型无固相弱凝胶钻井液体系来替代PRD体系.室内性能评价表明:
该钻井液体系在流变
性,降滤失,抗温抗盐,悬砂等性能方面明显优于PRD钻井液体系.现场应用结果也证明该体系是一种
性能优良的新型无固相弱凝胶钻井液体系,具有很强的应用推广价值.
[关键词]弱凝胶;静失水;抗温;抗盐;储层保护;塔里木油田;牙哈区块
[中图分类号]TE254.3[文献标识码]A[文章编号]1000—9752（2009）03—0246—05
在水平井钻井中,传统的水基,油基钻井液都会对储层造成很大伤害,而且无法解决大斜度段和水
平段的静态悬砂和动态携砂问题¨.无固相PRD体系能较好地解决这一问题,曾在中国海洋石油公司
深圳公司,塔里木油田得到广泛应用,但在使用过程中出现流变性能,抗温抗盐性能不理想等情况.结
合塔里木油田牙哈区块应用比较成熟的PRD钻井液体系,开发研制了一种可替换PRD体系且性能优良
的弱凝胶钻井液体系.
1弱凝胶配方研制
弱凝胶由JHG-2,CGD-JG,CDX一3,FYU一6天然大分子,生物聚合物等可生物降解的物质经活
化,复合等工艺制备得到,为白色或灰白色可流动粉末.经过大量室内筛选实验,确定两组配方:
①2OJHG-2+6O~/4CGD-JG+15CDX一3+5FYU一6;②10JHG-2+60CGD-JG+20CDX一3+
1OFYU一6.
量取400ml淡水（蒸馏水+O.1NaOH+O.2%Na.CO.）或盐水（4~/4NaC1）加入到高搅杯中,加
入相同质量的样品（PRD常规凝胶或配方①或配方②）,以lO000r/min的速度高搅20min后,于室温
密闭静置24h,再以10000r/min的速度高搅5min,如果测试高温（100℃）时,需在滚子炉中老化16h
后,取出冷却至室温,再高搅5min后,按《钻井液测试程序》（SY/T5621—93）]进行室内评价.结果
见表l和表2.
表1常温,高温淡水弱凝胶性能参数
注;AV为表观粘度;Py为塑性粘度;y尸为动切力;1o,G1o为初切力,终切力.
[收稿日期]2009一O1—06
[作者简介]马超（1979一）,男,2003年大学毕业,硕士.助教,现主要从事油田化学方面的教学和科研工作.
第31卷第3期马超等:
新型无固相弱凝胶钻井液体系研究与应用?
247?
表2常温,高温盐水弱凝胶性能参数
该弱凝胶利用聚合物之间的协同效应,具有不加交联剂,成胶温度,时间低,低浓度高粘度的特
性.这一独特的流变性能可以有效地悬浮和携带钻屑,阻止大斜度段和水平段岩屑床的形成,能够防止
钻井液对井壁的冲刷,有效地控制钻井液对储层的侵入深度,最大限度地减少对储层的损害.由表l和
表2分析可知,优化的两组配方的表观粘度在常温淡水,高温淡水,常温盐水,高温盐水条件下,均大
于PRD常规凝胶,特别是高温盐水条件下表观粘度增幅更大.由此可见该弱凝胶增粘效果相当好.另
外,从初切/终切值可以看出,该体系比PRD常规凝胶有更好的触变性.
2无固相弱凝胶钻井液体系性能评价
在原有塔里木油田牙哈区块应用广泛的常规PRD钻井液体系的基础上,用研制的弱凝胶替换原来
配方中的PRD常规凝胶,并测定它们的流变性,滤失性,低剪切速率下的粘度.在此基础上确定最终
优化配方,并对其综合性能进行评价.
2.I基本配方
配方体系1400ml自来水+0.12NaOH+0.2CX-216+1.2JMP-I+2.0PEG+1.0
DRH+0.8CSW+5yx一1+26石灰石粉.
配方体系2400ml自来水+0.12NaOH+0.2CX-216+1.2JMP一1+2.0PEG+1.0
DRH+0.8CSW+2PRD常规凝胶+5yx一1+26oA石灰石粉.
配方体系3400ml自来水+0.12NaOH+0.2CX一216+1.2JMP-I+2.0PEG+1.0
DRH+0.8CSW+2自制弱凝胶+5yx-I+26石灰石粉.
2.2性能评价试验
2.2.1流变性试验
采用ZNN—D六速旋转粘度计,在120℃滚动16h前后常温下进行流变性测试.分别测定各自的旋
转粘度值:
600,300,200,100,j2『6,3,计算出上述3种钻井液体系的流变性参数:
AV,
PV,yP,yP/PV.
为了有效地提高水平井中悬浮钻屑能力及防止钻屑床的形成,表观粘度一般应大于45mPa?
S,动
塑比yP/P可控制在（O.4～1）×i0S一.由图1和图2流变性参数可以看出:
滚动后,各流变性参
数满足要求且基本稳定,加入弱凝胶后,热滚前后表观粘度,动塑比明显大幅度上升,加入自制弱凝胶
后的配方体系3比加入PRD常规凝胶的配方2热滚前后表观粘度,动塑比较高.由此可见配方体系3
的流变性明显优于配方体系2.
2.2.2滤失和低剪切速率下的粘度试验
在120℃下滚动16h前后常温,中压（O.69MPa）条件下测试静失水;120℃下滚动16h后测试低
剪切速率下的粘度,结果见图3和图4.
由图3可见,加入自制弱凝胶后,热滚前静失水大幅度降低,热滚后该体系的静失水大于PRD常
规凝胶的配方体系2,说明体系在控制失水上稍逊配方体系2.
由图4可见,自制弱凝胶钻井液热滚后的低剪切速率下的粘度较高（3r/min转速下,为6500mPa
?
s）,明显好于配方体系2,能够满足悬浮携砂的要求,并且有利于阻止钻井液固相和液相侵入地层,
有效地控制了污染带的深度,避免钻井液对井壁的冲蚀,保护储集层.
?
248?
石油天然气（江汉石油学院）2009年6月
80
70
6O
50
4O
据
30
20
lO
O
二
盎
皇
暖1各配方热滚前后表观粘度变化
配方型号
图3各配方热滚前后滤失量变化
l.
=
丑
剥
臀
7000
6000
5000
{4000
罄3000
2000
1000
O
l2:
配方型号
图2各配方热滚前后动塑比变化
图4配方在不同剪切条件下粘度的变化
2.2.3抗温性试验
在基本性能评价的基础上,为了改善体系的降滤失性能,在配方体系3中加大yx-1超细碳酸钙的
含量,加入新型降滤失剂JH1,所形成的滤饼粘滞系数很小,阻力低,不会对钻具造成较大的粘滞
作用.形成最终配方体系为:
400ml自来水+0.1NaOH+0.2CX一216+1.2JMP一1+o.8JHG-1
+2.ooAPEG+1.0DRH+2GEL-30+7yx-1+24石灰石粉.
在该体系中加人30g钻屑,不同温度下滚动16h,过4O目筛筛出钻屑,将收集的钻井液冷却至室
温,测试其流变性和静失水以及钻屑回收率.
表3配方体系抗温性能试验结果
注:
y尸/PV为动塑比;R4o为4O目页岩回收率;APIFL为API静失水量.
987654321O
O0O0OOOOO
第31卷第3期马超等:
新型无固相弱凝胶钻井液体系研究与应用
从表3试验结果可知,优化后的配方体系在不同温度条件下热滚后,流变性变化不大,动塑比仍然
较高,钻屑回收率高,钻屑完整,坚硬且干净,说明配方体系的抑制性强;失水小,滤液清晰,滤饼薄
而韧,说明体系具有优良的抗温性能.这是因为在配方体系中引入了温度稳定剂,阻止了大分子在高温
下的氧化降解,能保证在宽温度范围性能基本保持稳定.
2.2.4抗盐性试验
在该配方体系中累积加入不同量的NaC1,室温下测试其流变性能.
表4配方体系的抗盐性试验结果
加量/AV/mPa?
sPv/mPa?
sYP/Pa（yP/P）/10一S一
O
5
10
2O
30
43.5
49.0
48.5
46.0
47.5
26.5
26.0
23.5
22.0
Z1.5
1.56
lI13
0.94
0.92
0.83
从表4可知,该配方体系加盐后AV和P稍有增加,yP和YP/PV略有下降,但仍保持一个比较
高的值,说明该配方体系能抵抗至少30的NaC1盐.这是由于配方体系中流型调节剂的分子结构属大
分子刚性链,具有很强的抗盐抗污染能力.
2.2.5悬浮性试验
将该配方体系装入100ml量筒中,将悬砂（为塔里木油田牙哈区块某油田岩屑经磨碎过筛而成）
均匀地悬于其中,9O℃下静置,观察悬砂悬浮直到下沉的时间.然后将该体系在120℃下滚动16h,再
进行上述同样试验,结果见表5.
表5配方体系悬浮性试验结果
由表5可知,该系在120℃热滚16h后,再在90℃条件下,还能悬浮一定量的砂粒,表明具有优良
的携砂能力,这为水平井和大斜度井的悬浮携砂提供了保障.
2.2.6储层保护试验
根据SY5336—88《常规岩心分析推荐方法》[.和SY/T5358—94《砂岩储层敏感性评价实验的推荐实
验方法》[,对塔里木油田牙哈区块天然岩心进行静态渗透率恢复试验,来评价该钻井液体系储层保护
性能.结果见表6.
模拟牙哈区块的地层水配方如下:
NaC1（78.0g/L）+CaC1（12.8g/L）+MgC1.（0.5g/L）+
NaHCO.（O.5g/L）十Na2SO4（5.2g/L）+KC1（O.22g/L）.
表6岩心渗透率恢复试验
由表6岩心静态渗透率恢复试验结果可见,渗透率恢复值均达到80以上,YH83号岩心渗透率恢
0O00O
"{s
一
石油天然气（江汉石油学院）2009年6月
复值达到929,5.说明该体系具有非常好的储层保护能力.
3现场应用
新型弱凝胶钻井液体系在塔里木油田应用多口井,成功地解决了钻长裸眼水平井和打开油气层时所
遇到的井壁稳定,井眼净化和油气层保护等问题,钻进正常,井内畅通,下完井管柱（筛管或尾管）和
生产管柱过程均顺利安全.以轮南地区LN2-33-H8井（井深为4514~4825m的造斜及定向段）为例给
予说明:
1）钻井速度快.无固相弱凝胶钻井液体系密度低,能大大提高钻头破岩能力,使钻井速度明显提
高.以和该井井距较近,施工条件及参数基本相同的LN2-2一HI井做对比,使用自制弱凝胶钻井液体系
的LN2-33-H8井平均机械钻速为19.7m/h,而使用聚合物磺化钻井液体系的LN2-2一H1井的平均机械
钻速为10.4m/h,在相同地层条件下平均机械钻速提高近100.
2）钻井液性能稳定.在钻进过程中,该钻井液漏斗粘度能够长时间稳定在一个固定值上;漏斗粘
度波动仅在2s以内,在静止lO,---3oh后,其粘度增加值仅为2～3s,切力几乎无变化.每次起下钻非常
顺利,没有出现增粘,坍塌,拔活塞和下钻不到底等现象.
3）井眼稳定.钻井液流动时和静止后粘度均较低,起下钻和开泵时没有出现较大的压力波动,有
效地防止了井漏和蹩泵.钻进中返砂均匀而干净,松散而无稀泥和大泥团块现象,说明井眼稳定,井壁
泥饼较薄.
4结论
1）通过对经活化,复合等工艺制备得到JHG-2,CGD-JG,CDX-3,FYU一6天然大分子,生物聚
合物的复合筛选得到新型弱凝胶,该弱凝胶为白色或灰白色可流动粉末.
2）在原来基本配方的基础上,利用自制弱凝胶替代常规弱凝胶所形成的新型无固相弱凝胶钻井液
体系在流变性,低剪切速率下的粘度,降滤失基本性能方面明显优于常规弱凝胶体系.只是在热滚后降
滤失性能稍逊常规弱凝胶体系.
3）为了改善体系的降滤失性能,在该体系中加大yx-I超细碳酸钙的用量,加入新型降滤失剂
JHG-1,使体系降滤失性能得到明显改善.
4）通过对优化配方体系的其他性能评价,表明该体系具有强的抗温性,抗盐性,悬浮性能,储层
保护能力.
5）现场应用证明,新型无固相弱凝胶体系能完全满足塔里木油田牙哈区块的钻井需要,具有很强
的推广应用价值.
[参考文献]
[1]谢克姜,胡文军.方满宗,等.PRD储层钻井液技术研究与应用[J].石油钻采工艺,2007,29（6）:
99～101.
[2]SY/T5621—9,钻井液测试程序[s].
[3]SY5336—88,常规岩心分析推荐方法[s].
[4]SY/T5358—94,砂岩储层敏感性评价实验的推荐实验方法[s].
[编辑]萧雨
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