15685874doc新型无固相弱凝胶钻井液体系研究与应用.docx

1、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

2、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10009752(2009)03024605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

3、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:2OJHG-2+6O/4CGD-JG+15CDX一3+5FYU一6;10JHG-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常规凝胶或配方或配方

4、),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/T562193)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O106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

5、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PR

6、D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+1.0DRH+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+1.0DRH+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+2.0P

7、EG+1.0DRH+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ZNND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,j26,3,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.41)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

8、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

9、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80706O504O据3020lOO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7000600050004000罄300020001000Ol2: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

10、: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.987654321OO0O0OOOOO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

11、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O5102O3043.549.048.546.047.526.526.023.522.0Z1.51.56lI130.940.920.83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

12、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SY533688常规岩心分

13、析推荐方法.和SY/T535894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0O00Os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

14、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45144825m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

15、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23s,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

16、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):99101.2SY/T56219,钻井液测试程序s.3SY533688,常规岩心分析推荐方法s.4SY/T535894,砂岩储层敏感性评价实验的推荐实验方法s.编辑萧雨