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气制油合成基钻井液研究与应用
气制油合成基钻井液研究与应用
摘要 新型气制油合成基钻井液是一种以水滴为分散相,气制油为连续相并添加高效乳化剂、润湿剂、亲油胶体等配制而成的乳化钻井液。
该钻井液基液黏度低,无多环芳烃,生物降解能力强,能满足环境保护要求。
所配成的钻井液塑性黏度小、抑制性好、润滑性强,高温高压滤失量低,形成的泥饼质量好且完井时易被清除,岩心的渗透率恢复值高,储层保护效果好。
该钻井液在渤海及印尼油田的应用效果好,在渤海油田的平均机械钻速较常规油基钻井液提高了30%,而在印尼油田的机械钻速则更高。
关键词 气制油合成基钻井液;抑制性;润滑性;乳化剂;环境保护;滤饼清除;防止地层损害.
传统的油基钻井液基液黏度偏高,塑性黏度高,不利于提高机械钻速;而原来的油包水钻井液乳化剂用量大(8%~10%),既增加了现场工作量,又使钻井综合成本升高,难于进入国际市场。
为了提高合成基钻井液的使用效率,研究了一套抑制性、润滑性好,有利于提高机械钻速,适用于钻大斜度井、水
平井及深水井,有良好的储层保护效果,又符合环境保护要求的气制油合成基钻井液。
1 合成基钻井液的研制
1.1 基液的优选
通过对酯基、醚基、聚α2烯烃、线性石蜡、矿物
油及气制油等基液的理化性能分析(见表1),选择气制油为该钻井液的基液。
气制油是脂肪烃,它是由C12~C26的直链或支链烷烃组成的混合物。
由表
1可以看出,气制油不含芳烃,运动黏度低,BOD5相对较高,COD相对较低,满足环境保护要求。
气制油的黏度随温度的变化情况见图1。
由图1可以
看出,气制油的黏度较低,且其黏度受温度的影响较小,适合于作该钻井液的基液。
1.2 乳化剂的优选与评价
选用乳化剂遵循的原则为:
①HLB值为3~6;
②非极性基团的截面直径必须大于极性基团的截面直径;
③盐类或皂类,应选用高价金属盐;
④与油的亲合力要强;
⑤能较大幅度地降低界面张力;
⑥抗温能力好,在高温下不降解,解吸不明显;
⑦选用的乳化剂要无毒或低毒。
图1 气制油的黏度随温度的变化情况
室内对RN1、RN2、……、RN12等12种非离子表面活性剂进行了复合选择评价,其中RN1、RN6、RN7、RN11、RN12的性能较差,而RN2、RN3、RN4、RN5、RN8、RN9、RN10的性能较好,对其进行两两复配,在150℃条件下热滚16h,测试结
果见表2及图2。
从表2可以看出,效果较好的主乳化剂是RN2,辅乳化剂是RN4,其最佳复配比例是RN2∶RN4=60∶40。
从图2可以看出,RN2和RN4乳化剂总加量为3.5%时,效果最好。
表2和图2中钻井液配方如下。
1# 280mL气制油+4%乳化剂+0.5%润湿剂+1.5%CaO+2%有机土+120mL(30%CaCl2)+重晶石(加重至钻井液密度为1.2g/cm3)
1.3 润湿剂与其他处理剂优选与评价使用不同的表面活性剂作为润湿剂,测定1#配方钻井液性能,结果见表3。
由表3可以看出,PF2WET润湿剂的效果最好。
润湿剂PF2WET加量对破乳电压的影响见图3。
由图3可以看出,PF2WET最佳加量为0.7%。
通过实验发现,磺化沥青、氧化沥青、腐植酰胺及聚合物等降滤失剂以聚合物的降滤失效果最好,其加量为1.5%~2.0%;有机土加量为2%~3%;CaO加量为2.0%,由此即可得到性能较好的钻井液配方如下。
气制油+(3%~4%)乳化剂+0.5%润湿剂+(1.5%~2%)CaO+2%有机土+30%CaCl2水溶液+重晶石对该配方在不同的油水比及密度下的性能进行了测定,结果见表3。
从表3可以看出,该钻井液在围内都具有较好的稳定性,适合于高密度钻井作业。
2 合成基钻井液性能评价
2.1 抗污染性
钻井液的抗污染性能见表4。
由表4可知,海水侵污量达到15%时,钻井液的破乳电压仍然高达526V;钻井液受石膏侵污后,其流变性能和电稳定性变化很小,石膏侵污量为3%时,钻井液的高温高压滤失量也只有3.8mL;随着钻屑含量的增加,钻井液的黏度有所增加,但增加幅度不大,说明该合成基钻井液的抗海水、石膏、钻屑侵污能力较强。
2.2 储层保护效果
在70℃、3.5MPa、污染时间为2h的条件下,使用密度为1.2g/cm3的合成基钻井液对渤海A油田储层岩心进行污染,结果见表5。
从表5可以看出,岩心的直接返排渗透率恢复值较高,均在88%以上,说明气制油钻井液对储层的污染程度较小,对储层的保护效果好。
2.3 生物毒性
室内采用发光细菌法对合成基钻井液的生物毒性进行了评价,结果见表6。
从表6可以看出,采用的各种处理剂无毒;合成基基液自身的开口闪点高、凝固点低、类芳香烃含量低,所以该钻井液具有较好的生物降解性,对环境的污染较小,可以在海洋及环境敏感地区使用。
2.4合成基钻井液的完井工艺研究
为了防止钻井液内滤饼损害储层及外滤饼堵塞筛管缝隙,在完井过程中必须最大程度地清除滤饼。
构成合成基钻井液滤饼的固相成分是加重材料重晶石、有机土、钻屑和沥青类降滤失剂,因此滤饼的清除方法为:
1用强渗透剂使整个滤饼动;
2用溶剂型有机物来溶解沥青类降滤失剂;
3用高效清洗渗透剂处理滤饼,同时加入黏土稳定剂,防止滤饼解除液进人储层引起黏土水化膨胀伤害产层;
4室内对合成基钻井液滤饼清除液HiClear作了一系列的评价。
2.4.1 滤饼静态浸泡评价在30℃、3.5MPa和30min的条件下,用高温高压钻井液滤失装置做出3张滤饼,然后分别用100mL海水、油和HiClear滤饼解除液在60℃水浴中浸泡1h。
结果表明,在海水中浸泡的滤饼无明显变化;在油中浸泡的滤饼油溶性物质被溶解、油变色;在HiClear中浸泡的滤饼松散并且脱落,油溶性物质被溶解,油HiClear对比浸泡后的现象见图4。
将HiClear浸泡后的滤饼在30℃、1.0MPa的实验条件下,用300mL海水做滤失速度评价,测出滤失速度为321mL/min,在相同条件下用洁净滤纸测得的滤失速度为900mL/min,而用原始滤饼直接测得的滤失速度为18mL/min;用油和海水测出的滤失速度与浸泡前的相比变化很小,都在20mL/min左右,可以看出,在静态情况下,HiClear对滤饼的消除效果就已经较好。
而在实际的应用中,对于滤饼的冲蚀是在一定的循环速度下进行,于是室内在动态情况下也作了相应的评价。
2.4.2 滤饼动态浸泡评价
将与前面相同条件下获得的滤饼放在60℃水浴中加热30min,观察发现滤饼松散、开始脱落,模拟实际使用情况,以较低速度轻轻振荡烧杯30s,滤饼大量脱落;继续在水浴中浸泡30min,轻轻振荡30s后,滤饼脱落较静态浸泡明显,在相同情况下测出海水的滤失速率为540mL/min,其脱落情况见图5。
2.4.3 不同浓度的HiClear动态浸泡评价将在相同条件下形成的滤饼3张,分别用浓度为10%、20%和50%的HiClear水溶液进行动态浸泡。
实验结果表明:
20%的HiClear水溶液就可以达到很好的滤饼清除效果,当其浓度为50%时,滤饼清除率接近100%,如图6所示。
现场应2005年、2008年7月使用气制油合成基钻井液分别在渤海及印尼成功钻完了3口井的<215.9mm井段及一口开窗侧钻井,钻井液性能见表7。
由表7可以看出,A井的<215.9mm井段平均机械钻速为22.8m/h,比A平台其它井提高了30%;印尼AC13井的<215.9mm井段平均机械钻速为46.9m/h,AC203井的开窗侧钻井平均机械钻速为48.8m/h,都很高,井眼清洁,钻头水马力高,表明气制油合成基钻井液具有好的流变性。
油基钻井液与合成基钻井液的ECD对比见图7。
从图7可以看出,用1.54g/cm3油基钻井液的ECD为1.638~1.667g/cm3,而用同密度的气制油合成基钻井液的ECD为1.630~1.637g/cm3,说明气制油合成基钻井液的循环当量密度比油基钻井液的小。
图7 气制油合成基与油基钻井液ECD的对比
4 结论
1由于气制油不含芳烃,易生物降解,生物聚积潜能低,环境友好,用其配制的合成基钻井液能满足环境保护要求。
2气制油合成基钻井液的塑性黏度较低,平均机械钻速高,缩短了纯钻时间,有利于节省总钻井费用。
3气制油合成基钻井液的循环当量密度比常规油基钻井液的小,减小了钻井施工作业时的井漏风险。
4气制油合成基钻井液对储层岩心污染小,其形成的泥饼容易清除,岩心渗透率恢复值大于85%,对储层保护效果较好,投产后均获得高产稳产,说明气制油合成基钻井液在渤海及印尼的应用是成功的。
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