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        抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的研制及其在英臺(tái)氣田的應(yīng)用

        2012-07-28 06:49:50王永生初光友鄭士權(quán)
        化學(xué)與生物工程 2012年10期
        關(guān)鍵詞:抗溫井液粘劑

        王永生,初光友,卜 平,鄭士權(quán)

        (1.大慶鉆探工程公司鉆井工程服務(wù)公司,吉林 松原 138000;2.中海油服油化事業(yè)部市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)部,河北 燕郊 101149;3.中海油服油化事業(yè)部塘沽基地,天津 300452;4.大慶鉆探工程公司國(guó)際事業(yè)部,吉林 松原 138000)

        松遼盆地南部英臺(tái)氣田是吉林省繼長(zhǎng)嶺氣田后的又一大型火山巖氣田,但由于其埋藏深、滲透率低、地質(zhì)條件復(fù)雜、氣藏壓力系數(shù)低、地層可鉆性差且富含裂縫,給鉆井安全施工及儲(chǔ)層保護(hù)帶來(lái)了很大的困難[1]。

        為了提高深層火山巖氣藏勘探水平與儲(chǔ)層保護(hù)水平、探索火山巖儲(chǔ)層保護(hù)途徑,室內(nèi)開(kāi)展了深層火山巖儲(chǔ)層鉆完井一體化無(wú)粘土相甲酸鹽鉆完井液的研制工作,并在施工井深4200 m以上、裸眼井段1000 m以上、井底溫度150 ℃左右的條件下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,為進(jìn)一步研究應(yīng)用無(wú)粘土相甲酸鹽鉆完井液技術(shù)、實(shí)現(xiàn)鉆完井液一體化、節(jié)約勘探成本奠定了基礎(chǔ)。

        1 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的作用機(jī)理

        抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的研制是基于高溫情況下鉆完井液性能穩(wěn)定、井壁穩(wěn)定、油層保護(hù)三者良好統(tǒng)一的技術(shù)思路,改善高溫下流變性差、濾失大、處理成本高的弊病,具有優(yōu)良的應(yīng)用性能,對(duì)環(huán)境友好,能更大程度地避免現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜情況的發(fā)生,加快機(jī)械鉆速,提高油氣產(chǎn)量。

        抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的核心處理劑為甲酸鹽,甲酸鹽溶解后,電離出無(wú)機(jī)陽(yáng)離子,提高了鉆井液液相礦化度,減輕或避免了滲透水化,在無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的鑲嵌和靜電引力的雙重作用下,減少了水分子的進(jìn)入,從而起到防塌和抑制作用。同時(shí)甲酸鹽還可降低鉆井液中自由水的活度,使地層水向井眼反向滲透,促進(jìn)井壁穩(wěn)定,甲酸根HCOO-通過(guò)氫鍵吸附于粘土表面,增加水化膜厚度,防止粘土進(jìn)一步水化,使鉆完井液保持良好的流變性和穩(wěn)定性[2]。

        為了保護(hù)儲(chǔ)層,鉆完井液中添加了新型改性聚合醇類(lèi)無(wú)熒光油層保護(hù)劑,其主要成分是一種非離子型飽和碳鏈聚合物,由于分子主鏈全部為碳原子、側(cè)鏈大多為羥基,因此可以在醇分子和粘土顆粒間形成大量氫鍵,對(duì)粘土顆粒具有較好的吸附成膜作用[3];同時(shí)由于聚合醇具有濁點(diǎn)效應(yīng),在溫度高于濁點(diǎn)時(shí),呈現(xiàn)疏水特性,可吸附在鉆具和井壁上,形成類(lèi)似油相的分子膜,從而改善鉆完井液的潤(rùn)滑性能、提高泥餅質(zhì)量、阻止水分滲入地層,因此具有很好的防止泥頁(yè)巖水化分散、穩(wěn)定井壁作用,同時(shí)具有良好的潤(rùn)滑性、抑制性與熱穩(wěn)定性[4]。

        2 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的室內(nèi)研制

        2.1 增粘劑的優(yōu)選與評(píng)價(jià)

        室內(nèi)研究對(duì)比了幾種增粘劑在20%甲酸鹽水溶液的抗溫及抗鹽能力,結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 幾種增粘劑的抗溫及抗鹽能力對(duì)比

        由表1可以看出,常用的增粘劑如天然高分子類(lèi)增粘劑HEC和CMC、常規(guī)的聚丙烯酰胺類(lèi)增粘劑80A51以及進(jìn)口的抗高溫增粘劑LOSS在20%甲酸鹽水溶液中的抗溫能力均較差,而室內(nèi)研制的增粘劑DKZ-1具有較好的抗溫及抗鹽能力。

        2.2 降濾失劑的優(yōu)選與評(píng)價(jià)

        采用抗高溫單體經(jīng)四元聚合,室內(nèi)合成了DKDJ-Ⅱ降濾失劑,并與常用的幾種降濾失劑進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 幾種降濾失劑的濾失量比較

        由表2可以看出,使用自制的DKDJ-Ⅱ降濾失劑,在高溫高壓條件下的濾失量最低。因此,選擇DKDJ-Ⅱ作為降濾失劑。

        2.3 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的構(gòu)建

        鉆井液體系的相對(duì)簡(jiǎn)單化是高溫高壓鉆井液的發(fā)展趨勢(shì)。因此在優(yōu)化體系性能的同時(shí),盡量簡(jiǎn)化體系組成,通過(guò)大量實(shí)驗(yàn),確定抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系配方如下:淡水+40%甲酸鹽+0.5%增粘劑DKZ-I+4%降濾失劑DKDJ-Ⅱ+2.5%DKDB油層保護(hù)劑。

        2.4 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的性能評(píng)價(jià)

        2.4.1 抗溫性能評(píng)價(jià)

        對(duì)構(gòu)建的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系的抗溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)表3。

        表3 抗溫性能評(píng)價(jià)

        由表3可以看出,抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系具有良好的抗溫性能,在120~180 ℃范圍內(nèi),鉆完井液流變性及濾失量變化不大。

        2.4.2 抑制性能評(píng)價(jià)

        對(duì)構(gòu)建的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液、KCl聚合物鉆井液、有機(jī)硅鉆井液和清水的抑制性能進(jìn)行比較,結(jié)果見(jiàn)表4。

        表4 抑制性能評(píng)價(jià)

        由表4可以看出,相同實(shí)驗(yàn)條件下,抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的滾動(dòng)回收率最高,表明其抑制性能最好。

        2.4.3 儲(chǔ)層保護(hù)性能評(píng)價(jià)

        按照中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6540-2002《鉆井液完井液損害油層室內(nèi)評(píng)價(jià)方法》,采用JHDS高溫高壓動(dòng)失水儀模擬井下條件以及切片法對(duì)抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系的儲(chǔ)層保護(hù)性能進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)表5。

        表5 儲(chǔ)層保護(hù)性能評(píng)價(jià)

        由表5可以看出,優(yōu)選的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系具有很好的儲(chǔ)層保護(hù)性能。污染后巖心的滲透率恢復(fù)值達(dá)到84.6%,且污染程度很輕,經(jīng)切片0.5 cm后滲透率恢復(fù)值達(dá)到95.3%。

        2.5 抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        將研制的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液應(yīng)用于大慶油田2口水平井以及1口深層氣井,結(jié)果見(jiàn)表6。

        由表6可知,研制的抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系具有良好的流變性、井壁穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性,同時(shí)還具有優(yōu)良的儲(chǔ)層保護(hù)性能。

        3 結(jié)論

        研制了抗高溫?zé)o粘土相甲酸鹽鉆完井液體系,并將其應(yīng)用于英臺(tái)氣田。結(jié)果表明,該鉆完井液體系具有良好的抗高溫性、流變性、井壁穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性及優(yōu)良的抑制性能和儲(chǔ)層保護(hù)性能,為實(shí)現(xiàn)鉆完井液一體化、節(jié)約勘探成本奠定了基礎(chǔ)。

        表6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)

        參考文獻(xiàn):

        [1] 鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)[M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社,2001:40-43.

        [2] 李忠誠(chéng).英臺(tái)氣田龍深1區(qū)塊火山巖相與儲(chǔ)集性關(guān)系研究[J].天然氣勘探與開(kāi)發(fā),2010,33(4):15-17.

        [3] Headley J A,Walker T O,Jenkins R M.Environmental safe water-based drilling fluid to replace oil-based muds for shale stabilization[J].SPE/IADC,29404,1995.

        [4] Simpson J P,Walker T O,Jiang G Z.Environmentally acceptable water-based mud can prevent shale hydration and maintain borehole stability[J].SPE Drilling & Completion,1995,10(4):242-249.

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