1、第 21 卷 第 5 期 钻 井 液 与 完 井 液 Vol. 21 No. 52004 年 9 月 DRILLING FLUID 2.湖北汉科新技术股份有限公司 ,湖北荆州 ;3. 中海石油天津分公司 ,天津塘沽 ;4.中海油田服务股份有限公司天津分公司 ,天津塘沽 )摘要 为满足中国海洋石油的勘探开发需要 ,开发保留油基钻井液优点而对环境无毒的合成基钻井液已势在必行。研制出了高闪点、环保型合成基基液 ,并在此基础上优选出了合成基钻井液配方 ,即 :基液 (酯 20 %CaCl2 水溶液 = 70 30) + 2. 0 %有机土 + 3. 0 %主乳化剂 + 2. 0 %辅乳化剂 + 1.
2、0 %润湿剂 + 0. 5 %碱度调节剂 + 3. 0 %降滤失剂 + 1. 0 %增粘剂 ,加重材料采用酸溶性石灰石粉 ,石灰石粉起到屏蔽、加重双重作用。研究表明 ,该套合成基钻井液具备优异的防塌抑制性、润滑性和储层保护性能 ,生物毒性低 ,生物可降解性好。合成基钻井液已在渤海湾SZ3621 油田的 CF1、 C25HF和 C26HF等 3 口水平分支井中成功应用。关键词 合成基钻井液 环境保护 钻井液配方 钻井液性能 海洋钻井 SZ3621 油田中图分类号 :TE254. 3 文献标识码 :A相对于水基钻井液 ,油基钻井液具有较强的防塌抑制性、润滑性和良好的储层保护性能 ,但油基钻井液存在
3、干扰录井和测井及在环境敏感地区应用受到限制等缺点。为了解决油基钻井液对环境的污染问题 ,在 20 世纪 80 年代末 ,美国、英国、挪威等国的石油公司就开始了合成基钻井液的研发工作。合成基钻井液于 1990 年 3 月在北海首次应用并获得成功 ,此后合成基钻井液的种类和应用不断增加。中国对合成基钻井液的研究目前尚停留在室内研究阶段 1 9 ,Chevron 在南海西部的 YC212124 高温高压井中使用的也是 Dowell 公司的合成基钻井液技术 10 。为满足中国海洋石油的勘探开发需要 ,开发保留油基钻井液优点而且保护环境的合成基钻井液技术已势在必行。因此开发出了 HEMZ 合成基钻井液
4、,该体系不仅具有优良的流变性和稳定性 ,而且具有使用安全、维护简单和环境友好等特点 ;特别适用于环境敏感地区油气田的勘探开发。1 合成基钻井液基液的研制及特点HEMZ合成基钻井液的基液是一种酯 ,因此该钻井液实际上是一种酯基钻井液 ,其基液性能 :外观为深色透明液体 ,密度 (20 ) 为 0. 923 g/ cm3 ,沸点为 203 ,闭口闪点为 156 ,凝点为 - 56 ,粘度(20 )为 6. 0 mPa s ,击穿电压大于 2000 V , EC50大于 1 105 mg/ L。可以看出 ,该合成基基液闪点要高于柴油和其它矿物油 ,提高了合成基钻井液的安全性能。2 合成基钻井液配方优
5、化及性能评价2. 1 合成基钻井液的室内配制方法(1)在搅拌条件下 ,将主、辅乳化剂、润湿剂、流型调节剂和碱度调节剂按配方加入到合成基基液中 ,搅拌 30 min。(2)配制 20 %CaCl2 溶液 ,使 CaCl2 充分溶解。(3)在搅拌下将 20 %CaCl2 溶液缓慢加入油相。(4)在搅拌条件下加入有机土和降滤失剂。(5)最后加入加重材料达到设计密度。2. 2 合成基钻井液配方优化为降低成本 ,合成基钻井液体系的油水比定为70 30 (体积比 ) ,水相为 20 %CaCl2 水溶液 ,在此基础上对乳化剂、润湿剂、有机土、碱度调节剂和降滤失剂加量进行优选 ,经大量实验优选出合成基钻井液
6、配方如下 ,性能见表 1。第一作者简介 :岳前升 ,讲师 ,1973 年生 ,1996 年大学毕业 ,现主要从事油田化学的教学与科研工作。地址 :湖北省荆州市南湖路 1 号化工系 ;邮政编码 434023 ;电话 13886578978。基液 (酯 20 %CaCl2 水溶液 = 70 30) + 2. 0 %有机土 + 3. 0 %主乳化剂 + 2. 0 %辅乳化剂 + 1. 0 %润湿剂 + 0. 5 %碱度调节剂 + 1. 0 %增粘剂 + 3. 0 %降滤失剂 + 石灰石粉 (酸溶性石灰石粉作加重剂 ,起到屏蔽、加重双重作用 )表 1 合成基钻井液的性能老化状态AVmPa sPVmPa
7、 sYPPa 6/ 3 FLAPImLESVg/ cm3滚前 45. 0 32 13. 0 12/ 10 1. 20滚后 48. 5 37 11. 5 10/ 9 4. 5 700 1. 20注 :老化条件为 100 16 h ; ES 为击穿电压。2. 3 合成基钻井液性能评价2. 3. 1 抑制性采用滚动回收方法 ,对比了油基钻井液、合成基钻井液、 PLUS/ KCl 钻井液和聚合醇钻井液的抑制性能。钻屑采用 SZ3621 油田泥岩段钻屑 ,老化条件为70 、 16 h。实验结果 :合成基钻井液、油基钻井液、PLUS/ KCl 钻井液和聚合醇钻井液的滚动回收率( R40)分别为 96. 5
8、 %、 97. 5 %、 76. 4 %和 85. 5 %。该结果表明 ,合成基钻井液和油基钻井液的滚动回收率较水基的 PLUS/ KCl、聚合醇钻井液高 ,两者抑制性能相当 ,滚动回收率均在 95 %以上。2. 3. 2 润滑性能对比了油基钻井液、合成基钻井液、 PLUS/ KCl钻井液和聚合醇钻井液的润滑性能 ,实验仪器采用泥饼粘附系数测定仪和极压润滑仪 ,结果见表 2。表 2 合成基钻井液的润滑性能比较钻井液体系 泥饼粘附系数 E2P极压值合成基钻井液 粘不上 3 4油基钻井液 粘不上 7 8PLUS/ KCl 钻井液 0. 045 12 13聚合醇钻井液 0. 050 13 14合成基
9、钻井液和油基钻井液的润滑性能利用粘附系数测定仪无法测出 ,而用极压润滑仪所测结果表明 :合成基钻井液和油基钻井液的润滑性能明显优于 PLUS/ KCl 钻井液和聚合醇钻井液 ,其中合成基钻井液润滑性能最优。2. 3. 3 储层保护效果对比按石油天然气行业标准 SY/ T 6540 2002钻井液完井液损害油层室内评价方法进行评价 ,岩心为SZ3621 油田东下段储层岩心 ,实验条件 :围压为 3. 5MPa ,压差为 3. 0 MPa ,速度梯度为 300 s - 1 ,损害时间为 125 min。合成基钻井液、油基钻井液、 PLUS/ KCl钻井液及聚合醇钻井液的渗透率恢复率分别为 93.0
10、 %、 93. 5 %、 78. 5 %和 82. 0 % ,可见合成基钻井液、油基钻井液的储层保护效果最好。2. 3. 4 与原油配伍性比较由于 SZ3621 油田原油属稠油 ,实验考察了上述4 种钻井液滤液与稠油的配伍性 ,用 RV22 型旋转粘度计测定钻井液滤液与原油混合后在 50 的粘度 ,以粘度变化情况来衡量是否与原油配伍。从图 1 可以看出 ,合成基钻井液和油基钻井液与稠油配伍性较好 ,以各种比例混合后体系粘度下降 ,而水基的PLUS/ KCl 和聚合醇钻井液滤液与稠油配伍性相对较差 ,出现了混合后粘度上升现象。图 1 钻井液滤液与稠油配伍性2. 3. 5 生物毒性及生物可降解性比
11、较依据国家标准 GB/ T 15441 1995水质 急性毒性的测定 发光细菌法对 4 种钻井液的毒性进行测定比较 ;采用 BOD5/ CODCr法比较了这 4 种钻井液的生物可降解性 11 ,12 ,实验结果见表 3。从表 3 可以看出 ,PLUS/ KCl、聚合醇毒性很低 ,达到排放标准 ,合成基钻井液可达到实际无毒标准 ,其生物降解性程度为较易。表 3 钻井液生物毒性及可降解性比较钻井液体系EC50mg/ L毒性分级BOD5/ CODCr%可生物降解性合成基 10000 实际无毒 38. 2 较易柴油基 600 中毒 25. 8 较难PLUS/ KCl 30000 排放 54. 0 易聚
12、合醇 30000 排放 66. 3 易2 钻 井 液 与 完 井 液 2004 年 9 月3 在渤海湾 SZ3621 油田的应用CF1 井为海洋石油的第一口水平分支井 ,也是国内第一次应用合成基钻井液技术钻井 ,分支井的目的层为东下段 油组的第 4 小层 ,该井设计井深为 2301 m(主井眼 ) ,垂深为 1544. 92 m ,最大井斜为92. 9 ,最大方位为 48. 9 ,有 4 个水平分支 ,一号水平分支长 156 m ,二号水平分支长 97 m ,三号水平分支长 140 m ,四号水平分支长 108 m ,水平主井眼长 400m ,水平段总长 903 m。合成基钻井液在 CF1 井
13、 215. 9 mm井段开始使用 ,在整个使用过程中 ,HEMZ合成基钻井液性能稳定 ,井眼清洁 ,井壁稳定 ,摩阻小 ,无任何井下复杂事故。该井采用裸眼筛管方式完井 ,筛管也是一次性下到位。合成基钻井液在 SZ3621 油田 C25HF 和 C26HF水平分支井中使用 ,也获得了成功。4 结论1. 开发出了高闪点、环保型的合成基基液。2. 优选出了合成基钻井液配方 :基液 (酯 20 %CaCl2 水溶液 = 70 30) + 2. 0 %有机土 + 3. 0 %主乳化剂 + 2. 0 %辅乳化剂 + 1. 0 %润湿剂 + 0. 5 %碱度调节剂 + 3. 0 %降滤失剂 + 1. 0 %
14、增粘剂 ,加重材料采用酸溶性石灰石粉 (起到屏蔽、加重双重作用 ) 。3.该合成基钻井液除具有优异的抑制性、润滑性和储层保护性能 ,还具有生物毒性低、生物降解性好等特点。4. 合成基钻井液已在渤海湾 SZ3621 油田的 3口水平分支井中成功应用 ,可以预见其在环境敏感地区具有广阔的应用前景。参 考 文 献1 何远信 . 国内外泥浆材料的现状及发展趋势 . 探矿工程 ,2001 (5) :47 492 杨学涵 . 合成基泥浆的发展与应用 . 石油钻探技术 ,1996 ,24 (4) :55 583 张琰 . 合成基钻井液发展综述 . 钻井液与完井液 ,1998 ,15(3) :28 314 罗
15、跃 ,王志龙 . 合成基钻井液技术研究进展 . 湖北化工 ,1999 (2) :9 105 肖稳发 ,向兴金 . 合成基钻井液体系的室内研究 . 钻采工艺 ,2000 ,23(3) :78 816 向兴金 ,肖稳发 ,罗春芝 ,等 . 醚基钻井液的室内研究 . 钻井液与完井液 ,1998 ,15(6) :3 67 孙金声 ,刘进京 ,潘小镛 ,等 . 线性 2烯烃钻井液技术研究 . 钻井液与完井液 ,2003 ,20(3) :27 308 许明标 ,邢耀辉 ,肖兴金 ,等 . 酯基钻井液性能研究 . 油田化学 ,2001 ,18(2) :108 1109 任丽荣 ,张琰 . 酯基钻井液页岩抑制
16、性研究 . 钻井液与完井液 ,2001 ,18(3) :12 1410 彭放 . YC212124 井钻井液技术 . 钻井液与完井液 ,2000 ,17(3) :41 4311 易绍金 ,向兴金 ,肖稳发 ,等 . 油田化学剂生物毒性的测定及其分级标准 . 油气田环境保护 ,1996 ,6(3) :45 4912 戴向东 ,向兴金 ,易绍金 ,等 . 钻井液化学剂可生物降解性评定方法 . 油气田环境保护 ,1996 ,6(3) :50 53(收稿日期 2004203216 ;HGF = 045W3 ;编辑 汪桂娟 )保证高温高压条件下水泥环整体性的泡沫水泥技术及其应用高温高压条件下的固井较常规
17、井况有着许多困难 ,例如 ,下列目标对高温高压井是关键因素 :防止钻井液循环和注水泥过程中的漏失、有效地顶替钻井液并注入水泥、防止游离水产生和气窜现象发生 ,降低水泥浆失水量、为生产层段封隔器提供支撑力、降低套管接头的压载、防止对水泥环的损害和防止环空气体压力高于地层压力。石油工业为确定优质固井设计以达到上述目标 ,研究了这些参数之间的相互联系。文中讨论了高温高压条件下在井身寿命期限内决定泡沫水泥环完整性的性能因素 ,比较了泡沫水泥和非泡沫水泥实现这些目标的情况 ,其他重要的问题包括 N2 在高温高压条件下的行为和泡沫的流变性能。关键问题是井下条件下 N2 的状态和溶解性以及整个井身寿命内水泥
18、环的完整性。对前者的研究使用了热力学溶解理论和试验研究 ,而后者则使用了有限元分析方法。列举了在挪威、北海一些井中的近高温高压条件下的泡沫水泥和传统水泥的施工 ,在以下方面比较了两者在水泥性能上的差异 :实现高温高压条件下的目标情况 ,例如注入效率和水泥环性能 ;为达到这些目标的前期设计工作 ;工作计划和程序 ;工作执行情况 ;对泡沫水泥环的测井 ;固井后水泥体系的评价。李晓岚摘译自 S PE/ IADC 871943 第 21 卷 第 5 期 岳前升等 :合成基钻井液的研制及其应用 Research on synthetic drilling fluid and its applicatio
19、n. DFCF ,2004 ,21( 5) :1 3Authors : YUE Qian2sheng , SHU Fu2chang , XIANG Xing2jin , SHI Mao2yong , HUANG Hong2xi , ZHANG Chun2yang ,WANG Quan2wei and YU Zhi2jieAbstract : To satisfy requirements of China off2shore petroleum exploration , it is imperative under the situation to developsynthetic dril
20、ling fluid technology which has advantages of oil2based drilling fluid while is environment acceptable. Anenvironment friendly base fluid with high flash point was prepared , and the synthetic drilling fluid composition was opti2mized , that is : base fluid (ester + 20 %CaCl2 solution in which the o
21、il/ water ratio was 70 30) + 2. 0 % organophilicclay + 3. 0 % main emulsifier + 2. 0 % auxiliary emulsifier + 1. 0 % wetting agent + 0. 5 % alkalinity regulator + 3. 0 %filtration reducer + 1. 0 % viscosifier. Acid soluble limestone was used as weighting material with shielding characteris2tic. The
22、synthetic fluid exhibits excellent properties such as anti2collapsing and inhibition , lubrication and formation pro2tection. Low biotoxicity and easy biodegradation were also its superiorities. This fluid has been successfully applied in 3multilaterals , which are CF1 , C25HF , C26HF in SZ3621 Oilf
23、ield of Bohai Bay.Key words : synthetic drilling fluid , drilling fluid composition , drilling fluid property , pollution control , SZ3621 OilfieldThe first authorps address : Chemistry Engineering Faculty of Changjiang University , Jingzhou , HubeiOptimization of bridging particle size distribution
24、 of drilling fluid for formation protection. DFCF ,2004 ,21( 5) :4 7Authors : ZHANGJin2bo , YAN Jie2nian and ZHAO Hai2yanAbstract : In this paper , methods and technologies for determining of the particle size of bridging agents are summerized ,and the ” Ideal Packing Theory” and the ” D90 Rule” are
25、 introduced also. The ” Ideal Packing Theory” was put forwardbased on the ” Dense Packing Theory” , which has profound influence on increasing the temporary plugging efficiency. Inthis theory , the higher the packing efficiency is , the tighter the mud cake forms , and the better the plugging effect
26、 pro2duces. A new graphical optimization of particle distribution for plugging agents was proposed , and a computed programwas developed to select temporary plugging particles quickly and accurately. Experiments showed that the new graphic op2timization method is more reasonable based on the ” Ideal
27、 Packing Theory” and the ” D90Rule ” to select particles for tem2porary plugging agents , and it produces tight mud cake with ideal formation protection effect. The method is more suitblefor protecting medium2high permeability reservoir compared with conventional methods.Key words : drilling fluid ,
28、 completion fluid , formation damage , particle size distribution , temporary pluggingThe first authorps address : College of Petroleum Engineering , Petroleum University , BeijingOrganic salt drilling fluid for salt gypsum formation drilling. DFCF ,2004 ,21( 5) :8 11Authors : YU Hai2fa , ZUO Feng2j
29、iang , GENG Dong2shi , YAN Rui2chang , LIU Zhi2ming , WANG Xiao2na and DAIWan2haiAbstract : In the exploration process of complex reservoir such as salt2gypsum formation , the conventional drilling fluidsare easy to be contaminated by salt and gypsum. The mud property goes worse and the conditioning
30、 of the drilling fluidbecomes difficult , and sometimes this results in drilling accidents. A heavy organic salt drilling fluid with strong Ca2 + re2sistivity was studied based on lots of experiments. Compatible additives with the organic salt were selected , and their ad2dition were optimized , wit
31、h the composition was : water + 0. 5 %Na2CO3 + (3 % 4 %) salt resistant clay + (0. 15 % 0.20 %) XC + (1. 5 % 2. 5 %) filtrate reducer + (50 % 130 %) compound orgnic salt + 2 % non2fluorescence anti2col2lapse agent + 1. 0 % polycol + weighting additive. Property parameters such as rheology , thermal stability , inhibiting a276Vol. 21 ,No. 5 ABSTRACT
