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        粘土防粘劑的研制與性能評(píng)價(jià)

        2017-07-10 22:43:16吳海濤張思頓范俊強(qiáng)劉宇尹虎
        當(dāng)代化工 2017年1期
        關(guān)鍵詞:泥球鉆井液

        吳海濤 張思頓 范俊強(qiáng) 劉宇 尹虎

        摘要:針對(duì)東方氣田快速鉆井過(guò)程中出現(xiàn)的大量泥球?qū)е缕鹣裸@不暢、井眼憋漏、卡鉆等復(fù)雜情況,室內(nèi)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研制開(kāi)發(fā)出抑制鉆屑相互粘結(jié)的粘土防粘劑HCBI,通過(guò)泥球生成模擬實(shí)驗(yàn)以及對(duì)粘土防粘劑HCBI的性能評(píng)價(jià),主要包括流變性能、濾失性能、潤(rùn)滑性能、抑制性能、儲(chǔ)層保護(hù)性能和抑制泥球形成性能進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鉆井液體系中加入3%粘土防粘劑HCBI,體系的粘滯系數(shù)從0.1406降低到0.0437,熱滾回收率高達(dá)89.4%,滲透率恢復(fù)值>80%,露頭巖樣和現(xiàn)場(chǎng)鉆屑模擬實(shí)驗(yàn)均無(wú)泥球生成。

        關(guān)鍵詞:防粘劑;鉆井液;泥球;儲(chǔ)層保護(hù)

        中圖分類號(hào):TQ 254 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-0460(2017)01-0017-04

        在東方氣田的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,成功地實(shí)施了快速鉆井,取得了突破性的成功。但是,隨著快速鉆井技術(shù)的實(shí)施,也帶來(lái)了一些技術(shù)問(wèn)題,例如在東方氣田的鉆井過(guò)程中,當(dāng)鉆遇淺層大段質(zhì)純而軟的活性粘土層段時(shí)由于鉆速快,產(chǎn)生大量的鉆屑,井筒內(nèi)鉆屑濃度高,鉆屑顆粒之間容易發(fā)生相互碰撞繼而相互粘結(jié),形成大量的泥球,特別是在大斜度井返速低的井眼段,形成泥球的情況更加嚴(yán)重,這將會(huì)造成環(huán)空間隙變窄,起下鉆不暢,嚴(yán)重時(shí)環(huán)空不通,憋漏井眼,卡死鉆具,給作業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。

        通過(guò)控制鉆井液體系中的土含、聚合物加量,并提高鉆井液體系的抑制性能的確能夠有助于抑制泥球的形成,但當(dāng)鉆屑濃度過(guò)大時(shí),調(diào)整以上因素也不能完全抑制泥球的形成,所以,必須要研制出一種能夠改變鉆屑表面性質(zhì),防止鉆屑顆粒發(fā)生相互粘結(jié)、形成泥球的粘土防粘劑,而且要求該處理劑不會(huì)給原來(lái)的鉆井液性能帶來(lái)不利的影響。因此,筆者從“改變鉆屑表面性質(zhì)”這一技術(shù)思路出發(fā),室內(nèi)通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研制開(kāi)發(fā)出抑制鉆屑相互粘結(jié)的粘土防粘劑,并對(duì)其性能進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。

        1 粘土防粘劑的篩選

        通過(guò)大量的室內(nèi)合成和復(fù)配實(shí)驗(yàn),研制出四種粘土防粘劑A、B、C、D。分別對(duì)室內(nèi)研制的粘土防粘劑進(jìn)行了評(píng)價(jià),以便篩選出性能優(yōu)良的粘土防粘劑以抑制泥球的形成。

        1.1 鉆井液的配置

        選用以往實(shí)驗(yàn)中易起泥球的鉆井液配方如下:5%土+0.3%PF-NPAN+0.3%PF-PAC(LV)+0.4%PF-PLUS+3%KCl+1%PF-GR A+1%PF-WLD+2%PF-JLX+3%粘土防粘劑

        1.2 泥球生成模擬實(shí)驗(yàn)

        分別在上述測(cè)定流變性能的鉆井液中加入50%相同粒度級(jí)配(14~18目50%,20~40目25%,60~80目15%,150目以下10%)的露頭巖樣后,放入翻轉(zhuǎn)老化罐中,在模擬井下溫度的條件下熱滾2h,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(圖1),實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表1)。

        由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,在不加入粘土防粘劑的鉆井液中,會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的泥球現(xiàn)象,而加入了一定量室內(nèi)篩選出的粘土防粘劑后都在一定程度上可以抑制泥球形成,但粘土防粘劑D(HCBI)效果優(yōu)于防粘劑A、B、C,加入3%的該防粘劑HCBI能夠在鉆屑含量非常高的情況下有效地抑制住泥球的形成。

        這主要是由于在含有大量鉆屑的鉆井液中加入一定量的粘土防粘劑,可以有效地改變鉆屑的表面性質(zhì),使得原來(lái)水潤(rùn)濕的鉆屑變?yōu)橛蜐?rùn)濕,從而改變了粘土表面結(jié)合水和帶電的狀況,抑制其相互之間發(fā)生粘結(jié),形成泥球。

        2 粘土防粘劑性能評(píng)價(jià)

        在鉆井液體系中加入一定量的粘土防粘劑,可以抑制鉆屑之間相互粘結(jié)進(jìn)而形成泥球,同時(shí)也希望該處理劑對(duì)鉆井液的工藝性能不要產(chǎn)生不利影響,室內(nèi)通過(guò)實(shí)驗(yàn)考察該粘土防粘劑HCBI對(duì)東方1-1油田所使用的鉆井液體系其它性能的影響,鉆井液配方如下:

        基漿:4%土+0.3%PF-NPAN+0.3%PF-PAC(LV)+0.3%PF-PLUS+3%KCl+1%PF-GRA+I%PF-WLD+2%PF-JLX

        防泥球鉆井液:4%土+0.3%PF-NPAN+0.3%PF-PAC(LV)+0.3%PF-PLUS+3%KCl+1%PF-GRA+1%PF-WLD+2%PF-JLX+粘土防粘劑

        2.1 流變性能、失水造壁性能及潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)

        分別測(cè)定原鉆井液體系以及加入不同量的粘土防粘劑后體系的流變性能、潤(rùn)滑性能以及濾失量,具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(表2)所示。

        由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,在原鉆井液體系中加入不同量的粘土防粘劑HCBI,鉆井液體系的濾失量、表觀粘度變化較小,泥餅粘滯系數(shù)逐漸降低。由此可知,HCBI對(duì)原鉆井液體系的濾失量、流變性能影響較弱,而且在一定程度上能夠提高原鉆井液體系的潤(rùn)滑性能,減小摩擦阻力,提高鉆速。

        2.2 抑制性能評(píng)價(jià)

        分別測(cè)定原鉆井液體系以及加入不同量的粘土防粘劑后體系的熱滾回收率。熱滾回收率的測(cè)定:分別取6~10目露頭巖樣50g加入到上述350mL鉆井液中,在80℃中熱滾16h后,將熱滾后的鉆井液過(guò)40目篩,并把不能通過(guò)40目篩的巖樣在105℃下烘干24h后,稱重,計(jì)算熱滾回收率,具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如(表3)所示。

        由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,隨著粘土防粘劑HCBI加量的增大,鉆井液體系的巖屑熱滾回收率變化不大并略有升高,這主要是因?yàn)樵撎幚韯┠軌蚋淖冦@屑的表面性質(zhì),使其從水潤(rùn)濕轉(zhuǎn)變?yōu)橛蜐?rùn)濕,在一定程度上可以抑制鉆屑的水化分散。所以,該處理劑對(duì)原鉆井液體系的抑制性能沒(méi)有不良影響。

        2.3 儲(chǔ)層保護(hù)性能

        為了考察粘土防粘劑HCBI對(duì)原鉆井液體系儲(chǔ)層保護(hù)性能的影響,室內(nèi)分別測(cè)定了加入該處理劑的鉆井液體系與原鉆井液體系的滲透率恢復(fù)值,實(shí)驗(yàn)條件及結(jié)果(表4)所示。

        室內(nèi)采用高溫高壓動(dòng)失水儀模擬鉆井條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)污染實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)步驟如下:(1)將洗油、干燥后的巖心抽真空12h以上,再將除去空氣的地層水注入容器中,繼續(xù)真空飽和6h以上;(2)將巖樣放入巖心夾持器中,施加一定的圍壓后,在一定流量條件下,正向測(cè)定巖心的煤油滲透率Ko;(3)在動(dòng)態(tài)條件下,讓油基鉆井液反向污染巖心,模擬條件:壓差3.5MPa;溫度90℃;速梯200s-1;污染時(shí)間120min;(4)在施加與巖樣污染前相同的圍壓條件下,用相同穩(wěn)定流量驅(qū)替,正向測(cè)定巖心損害后的煤油滲透率Kd,并計(jì)算其滲透率恢復(fù)值(Kd/Ko):

        由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,原鉆井液具有良好的儲(chǔ)層保護(hù)效果,其滲透率恢復(fù)值大于80%,加入了一定量的粘土防粘劑HCBI后,對(duì)鉆井液的儲(chǔ)層保護(hù)效果基本沒(méi)有影響。

        2.4 抑制泥球形成的性能評(píng)價(jià)

        (1)鉆井液的配置

        ①基漿配方:5%土+0.3%PF-NPAN+0.3%PF-PAC(LV)+0.4%PF-PLUS+3%KCl+1%PF-GRA+1%PF-WLD+2%PF-JLX

        ②抑制泥球形成的鉆井液配方:基漿+粘土防粘劑HCBI

        (2)泥球生成模擬實(shí)驗(yàn)

        ①露頭巖樣:分別在上述鉆井液中加入50%相同粒度級(jí)配(14~18目50%,20~40目25%,60~80目15%,150目以下10%)的露頭巖樣后,放入翻轉(zhuǎn)老化罐中,在模擬井下溫度的條件下熱滾2h,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(圖2)。

        此外,室內(nèi)進(jìn)行了大量的重復(fù)實(shí)驗(yàn),在基漿中加入3%粘土防粘劑HCBI后進(jìn)行泥球模擬實(shí)驗(yàn)20次,均沒(méi)有泥球產(chǎn)生,由此可以看出粘土防粘劑HCBI能夠有效地防止泥球形成,抑制泥球生成概率小于5%。

        ②現(xiàn)場(chǎng)鉆屑:最后,選用現(xiàn)場(chǎng)取回的東方1-1油田易起泥球段巖屑進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。分別在上述鉆井液中加入50%相同粒度級(jí)配(14~18目50%,20~40目25%,60~80目15%,150目以下10%)的現(xiàn)場(chǎng)鉆屑后,放入翻轉(zhuǎn)老化罐中,在模擬井下溫度的條件下熱滾2h,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(圖3)。

        由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,采用現(xiàn)場(chǎng)鉆屑進(jìn)行粘土防粘劑HCBI的性能評(píng)價(jià),與采用露頭巖樣進(jìn)行的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致,無(wú)論是露頭巖樣還是現(xiàn)場(chǎng)鉆屑,粘土防粘劑HCBI都表現(xiàn)出了較好的防止鉆屑顆粒相互粘結(jié)的性能,能夠有效地防止泥球的產(chǎn)生。

        3 結(jié)論

        在一定的鉆速范圍內(nèi),對(duì)于某一鉆井液體系,應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其粘土量限,將土含控制在粘土量限以內(nèi)??刂沏@井液體系的低土含有助于抑制泥球形成。在滿足現(xiàn)場(chǎng)工程要求的前提下,控制鉆井液體系的粘度有助于抑制泥球的形成,提高鉆井液的抑制性能有助于抑制泥球的形成,但當(dāng)鉆屑含量較大時(shí),僅靠增加抑制性是不能防止泥球形成的。

        (1)根據(jù)改變鉆屑表面性質(zhì)這一技術(shù)思路,研制的粘土防粘劑HCBI能夠有效地抑制泥球的產(chǎn)生,使得泥球的形成概率小于5%,而且該處理劑不會(huì)對(duì)鉆井液體系的其他性能帶來(lái)不利影響。

        (2)粘土防粘劑HCBI在2~3%作用效果明顯,其具體加量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆速等條件來(lái)確定。

        (3)為了有效地抑制泥球的形成,應(yīng)盡可能地控制鉆井液體系中鉆屑以及固相含量。應(yīng)將鉆速調(diào)整到合理的范圍內(nèi),并加強(qiáng)固控,減少鉆井液中固相含量,避免鉆屑顆粒在鉆井液中循環(huán)形成泥球。

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