高性能水基鉆井液研究及應(yīng)用

#高性能水基鉆井液研究及應(yīng)用摘要：高性能水基鉆井液是近年來國內(nèi)外鉆井液新技術(shù)的熱點(diǎn)。本文對(duì)胺基聚醇AP-1和鋁聚合物DLP-1的防塌能力及對(duì)鉆井液性能的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上通過配方優(yōu)選，優(yōu)選出了不同介質(zhì)條件下的高性能水基鉆井液配方，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。室內(nèi)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，鋁基聚合物表現(xiàn)出一定的降粘和降濾失作用，能有效抑制粘土的水化膨脹；胺基聚醇對(duì)鉆井液粘度、切力和濾失量影響不大，就具有優(yōu)良的頁巖抑制性；高性能水基鉆井液具有良好的流變性能、濾失性能，抑制性能好，抗污染能力強(qiáng)，綜合性能優(yōu)良，對(duì)解決因水化不均勻或微裂縫發(fā)育導(dǎo)致的井壁不穩(wěn)定具有良好的效果。0前言高性能水基鉆井液又稱胺基鉆井液（Amine?basedmud）），在國外應(yīng)用較廣。高性能水基鉆井液主要由頁巖抑制劑、包被劑、分散劑和降濾失劑組成，其實(shí)質(zhì)是應(yīng)用了一種新的陽離子胺基聚合物和一種鋁基聚合物。該鉆井液有更高的抑制能力和防泥包能力，符合環(huán)保要求，并具有成膜作用，其效果與油基鉆井液相當(dāng)，該體系可以認(rèn)為是替代油基鉆井液且又能安全鉆進(jìn)的一類性能更高的水基鉆井液。高性能水基鉆井液防塌機(jī)理（1）強(qiáng)抑制作用胺基聚醇有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，可充填在粘土層間，并把它們束縛在一起，有效地減少粘土的吸水傾向；胺分子通過金屬陽離子吸附在粘土表面，或者是在離子交換中取代了金屬陽離子形成了對(duì)粘土的束縛。（2）減弱孔隙壓力傳遞保持井壁穩(wěn)定最重要的因素是阻止鉆井液侵入頁巖基質(zhì)中，同時(shí)保持靜液柱壓力對(duì)井壁的支撐。就頁巖穩(wěn)定性而言，一種理想的鉆井液應(yīng)該是無侵入的流體。鋁基聚合物是通過其沉淀過程來控制孔隙壓力傳遞。在鉆井液體系的正常pH值條件下，這種聚合物是可溶的，而當(dāng)其進(jìn)入頁巖后，由于pH值的降低便會(huì)生成沉淀。（3）半透膜穩(wěn)定井壁機(jī)理高性能水基鉆井液可在力學(xué)封堵和化學(xué)沉淀的共同作用下形成選擇性半透膜，這樣可降低頁巖的滲透率。資料證明，20%NaCl和氫氧化鋁絡(luò)合物能延緩孔隙壓力的傳遞，高性能水基鉆井液的情況是地層孔隙壓力隨著時(shí)間的增加而減小，這表明頁巖孔隙中的流體單向流入了高性能水基鉆井液中。這種地層壓力的降低，得益于高性能水基鉆井液比傳統(tǒng)的WBM體系具有更高的膜效率。鋁基聚合物和胺基聚醇性能評(píng)價(jià)鋁基聚合物DLP-1性能評(píng)價(jià).1對(duì)鉆井液性能影響評(píng)價(jià)分別測(cè)定DLP-1對(duì)4%膨潤土漿在室溫及120℃溫度下老化16h后的性能影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。表1DLP-1對(duì)鉆井液性能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

序號(hào)DLP-1加量%AVmPa^sPVmPa^sYPPaFLmL備注125718.8室溫1010.564.523120℃\16h87115室溫214.540.516120℃\16h6.560.516.4室溫323.530.511120℃\16h66014.8室溫4355012120℃\16h76115室溫546.560.511120℃\16h87113.2室溫6576111120℃\16h由表1可以看出，隨DLP-1加量的增加，鉆井液粘度、切力和濾失量降低，DLP-1表現(xiàn)出一定的降粘和降濾失作用。.2防塌性能評(píng)價(jià)利用頁巖滾動(dòng)回收率和膨脹實(shí)驗(yàn)，對(duì)DLP-1的防塌性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。表2滾動(dòng)分散實(shí)驗(yàn)結(jié)果試液回收巖屑質(zhì)量，g回收率，％水18.2436.52%DLP-123.5747.1表3膨脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果試液8h膨脹率，％水29.25%KCl28.13%水玻璃32.82%DLP-115.4由表和表3可以看出，鋁基聚合物DLP-1對(duì)巖屑的分散也具有一定的抑制作用，能有效抑制粘土的水化膨脹、分散。胺基聚醇防塌劑AP-1性能評(píng)價(jià)對(duì)鉆井液性能影響評(píng)價(jià)分別測(cè)定AP-1對(duì)4%膨潤土漿在室溫及120℃溫度下老化16h后的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。表4對(duì)鉆井液性能影響鉆井液AVmPa-sPVmPa-sYPPaFLmL備注12.557.522常溫基漿12.548.533.6120℃11.556.524常溫基漿+0.5%胺基聚醇AP-17.552.523.2120℃

10.546.522常溫基漿+1%胺基聚醇AP-175222.8120℃52.52032.570常溫基漿+0.5%有機(jī)胺（國外）1311246120℃541539114常溫基漿+1%有機(jī)胺（國外）15.5123.5126120℃由表4可以看出，AP-1對(duì)鉆井液的粘度、API失水基本沒有影響；而國外的產(chǎn)品對(duì)粘土漿嚴(yán)重絮凝，導(dǎo)致粘度、API失水大增，且嚴(yán)重發(fā)泡。防塌性能評(píng)價(jià)利用頁巖滾動(dòng)回收率實(shí)驗(yàn)和巖心浸泡實(shí)驗(yàn)，對(duì)AP-1的防塌性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5和圖1。表5巖屑回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果序號(hào)試驗(yàn)液巖屑回收率一次二次三次1水40.8217.748.9821.5%多元醇64.1445.7632.531.5%聚醚48.0425.2813.4641.5%AP-178.9666.4851.6667%NaCl36.0618.7611.177%KCl64.5234.1621.8687%水玻璃75.4241.2631.1293%水玻璃75.641.4621.32101%AP-1+3%DLP-177.858.635.74111.5%AP-1+5%KCl69.2454.4437.46由表5可以看出，AP-1溶液具有極高頁巖回收率，特別是二次回收率和三次回收率均較高，表明其具有良好的抑制頁巖膨脹作用的同時(shí)，由于陽離子的作用其再泥頁巖上的吸附也非常牢固，有利于井壁的長期穩(wěn)定。1#：水；2#： 3%多元醇；3#： 3%聚醚；4#：3%AP-1； 5#： 7%氯化鈉；6#： 7%氯化鉀；7#： 7%水玻璃；8#：3%DLP-1圖1巖心浸泡實(shí)驗(yàn)圖片（48小時(shí)狀態(tài)）由圖1可以看出，對(duì)比巖心浸泡實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以判斷，相對(duì)而言，AP-1和DLP-1穩(wěn)定巖心效果較好，能有效抑制巖心的坍塌。高性能水基鉆井液配方通過大量實(shí)驗(yàn)，在合成出胺基聚醇、鋁基聚合物和磺酸鹽共聚物幾種新產(chǎn)品，以此為主

處理劑研制開發(fā)出了高性能水基鉆井完井液。高性能水基鉆井完井液配方主要組成：基漿+PAM+AP-1（胺基聚醇）+DLP-1（鋁基聚合物）+WNP-2（天然高分子降濾失劑）+DSP-2（磺酸鹽共聚物降濾失劑）。高性能水基鉆井液幾種典型配方及性能見表6。表6幾種高性能水基鉆井液典型配方及性能g/cmAVmFa.sPVmFa.sYPPa皿AHmL虹HTHPmLr備注水41]1%PAM+DS%DSP-2+D5%AP-1+1.5%WNP-1+3%WNP-2+D.5%DF+5%QS-21.D544.5331154.4聿3S.5271155IDD^Gh3%±3￡+D.l%PAM+D5%AP-l+2%WNP-2+D5%DSP-2+1%DLP-1+S%QS-2+青石粉1.2D4734135.D聿573S193.214512口七口血3%±J￡+D.S%DSP-2+D5%AP-l+2%WNP-2+6%FF-II+fi%SMP-II+25%NaC1+S%KC1+重晶石2H13DH5151.2革95752DD.S。.口12口七口血3%±J￡+l%DSP-2+D5%AP-l+2%WNP-2+S%FF-II+fi%SMP-II+25%NaCl+5%KCl+BfflS2H135H2231.2聿1DD742G1.21215口七口?7K+n.25<W^K4-5%?±+D.5%AP-l+1.5%DSP-2+4%WNP-2+吉石粉1.227D.5561454.8聿735716l.fiS.D12DT：aGh熱盤可盤鼠以明廠相鉆井完井液、淡水鉆井完玉聚醇井液、叩.571igj4.D聿上述配方具高密度鹽71有良好?鉆井及的抗高溫海水鉆1降濾失甘液使用性能，可。配方抗分別作為無固^虧染實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。表7配方抗污染實(shí)驗(yàn)

2#飆酢AVmPasPVYPPaFLATImL備注3%±^+D.l%PAM+D5%AP-l+2%WNP-2+D5%DSP-2+l%DLP-l+5%QS-2+吉白粉1.2D473413SU聿573S193212DTCZLfih3%±^+D.l%PAM+D.5%AP-l+D.5%DSP-2+2%WNP-2+l%DLP-l+5%QS~2+青石粉+3%巖屑粉1.2D42.52913.572聿6532334412DT：ZLfih3%±^+口.1%PAM+D.5%AP-l+D.5%DSP-2+2%WNP-l+l%DLP-l+5%Q42+青石粉+fi彩巖屑粉1.2D452S17SU聿502S222412DT：ZLfih3%±^+口.1%PAM+D.5%AP-l+D.5%DSP-2+2%WNP-l+l%DLP-l+5%Q42+青石粉+口5%石膏1.2D383DS7。聿452S173。12DT：ZLfih3%±^+口.1%PAM+D.5%AP-l+D.5%DSP-2+2%WNP-l+l%DLP-l+5%QS~2+青石粉+1%石膏1.2D52.5745.59。管47.5212配5SU12DT：ZLfih由表7可以看出，加入巖屑粉和石膏后，鉆井液回性能變化不大，說明高性能水基鉆井液具有較強(qiáng)的抗膨潤土污染的能力。高性能水基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用在室內(nèi)研究的基礎(chǔ)上，鋁胺高性能水基鉆井液進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用證明，高性能水基鉆井液對(duì)解決因水化不均勻或微裂縫發(fā)育導(dǎo)致的井壁不穩(wěn)定具有良好的效果。在營72-平2井的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用營72-平2井位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷中央隆起帶，是開發(fā)沙三段的一口水平井，設(shè)計(jì)井深3703m,244.5mm技術(shù)套管下深2300m.m開后因嚴(yán)重井塌無法施工被迫填井側(cè)鉆，填井水泥至技術(shù)套管內(nèi)，自套管鞋下部側(cè)鉆。再次三開發(fā)現(xiàn)掉塊后，先后采取嚴(yán)格控制鉆井液失水,提高瀝青粉（軟化點(diǎn)100℃-130℃）加量到5%,增加用聚合醇防塌劑,并適當(dāng)提高鉆井液密度等措施，效果均不明顯。并且鉆井液密度達(dá)到1.45g/cm3后出現(xiàn)粘卡嚴(yán)重的現(xiàn)象，影響施工安全。鉆至2920m井塌現(xiàn)象已非常嚴(yán)重，影響到施工安全，為了解決井壁穩(wěn)定問題,決定將鉆井液轉(zhuǎn)換為鋁胺高性能水基鉆井液?，F(xiàn)場(chǎng)加入0.5%的胺基聚醇和1%的鋁基聚合物,轉(zhuǎn)化完后第一個(gè)循環(huán)周掉塊明顯減少,第二循環(huán)周掉塊消失,起下鉆順利。但在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)還有少量掉塊,下鉆到底會(huì)返出部分掉塊,說明鉆具碰撞對(duì)井壁穩(wěn)定影響較大。應(yīng)用該鉆井液體系本井順利鉆至設(shè)計(jì)井深,完井作業(yè)順利。各段鉆井液性能見表8。表8轉(zhuǎn)換鋁胺鉆井液后鉆井液性能表井深mPFVFLPVYPGelFLHTHPg/cm3smlmP.sPaPa/Paml29551.43492.8256.53/131331151.45532.421135/1412

3308 1.4254 2.4 20 175/83438 1.4579 2.0 32 30 5/126.53308 1.4254 2.4 20 175/83438 1.4579 2.0 32 30 5/126.5在辛176-斜12井的應(yīng)用辛176-斜12井是一口位于濟(jì)陽坳陷東營凹陷中央隆起帶，是開發(fā)沙三段的三開定向井，設(shè)計(jì)井深3433.78m,244.5mm技術(shù)套管下深2980m。本井三開后一直存在井壁坍塌掉塊現(xiàn)象，與其它大部分井沙三段泥巖地層掉塊不同的是，本井鉆屑、掉塊巖性軟、分散性強(qiáng)，清水回收率低。鉆井過程中嚴(yán)格控制高溫高壓失水小于10ml，加入大量瀝青類封堵防塌材料，效果不明顯,一直存在起下鉆阻卡、劃眼等問題。由于油氣顯示不好,甲方要求套管開窗測(cè)鉆，開窗點(diǎn)2770m。針對(duì)原井眼存在的井壁穩(wěn)定問題，在開窗測(cè)鉆期間采用了鋁胺高性能水基鉆井液。開窗測(cè)鉆后，鉆井液性能穩(wěn)定，動(dòng)篩返出的砂樣清晰，基本無坍塌掉塊現(xiàn)象，起下鉆正常，順利鉆至3577m完鉆。結(jié)論(1)鋁基聚合物防塌劑表現(xiàn)出一定的降粘和降濾失作用，隨其加量的增加，鉆井液粘度、切力和濾失量降低；能有效抑制粘土的水化膨脹。(2)胺基聚合物防塌劑對(duì)鉆井液粘度、切力和濾失量影響不大；胺基聚醇AP-1在加量為0.5%時(shí)，就具有優(yōu)良的頁巖抑制性，是配制強(qiáng)抑制、高性能水基鉆井完井液優(yōu)良的頁巖抑制劑。(3)室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，高性能水基鉆井液具有良好的流變性能、濾失性能，抑制性能好，抗污染能力強(qiáng)，綜合性能優(yōu)良。參考文獻(xiàn)楊振杰．高性能水基鉆井液研究進(jìn)展．油田化學(xué)，1999，16(2)：179-84．萬仁溥，羅英俊．采油技術(shù)手冊(cè)第九分冊(cè)．北京：石油工業(yè)出版社，1998：12-18[3]黃浩清.安全環(huán)保的新型水基鉆井液ULTRADRILL.鉆井液與完井液，2004，21(6)：4-7[4]孔慶明，常鋒，孫成春，等.ULTRADRII水基鉆井液在張海502FH井的應(yīng)用.鉆井液與完井液，2006,23(6)：71-74馮文強(qiáng)，鄢捷年.獨(dú)具特色的高性能水基泥漿技術(shù)在中東地區(qū)的各種應(yīng)用.國外鉆井技術(shù)，2006，8(4)：39-48李治龍,錢武鼎.我國油田泡沫流體應(yīng)用綜述.石油鉆采工藝,1993,11(1):1-5李兆敏,蔡國琰.非牛頓流體力學(xué).山東東營:石油大學(xué)出社,2001:34EnrightD.P.Anewenvironmentally