抗高温甲酸铯钻井液研究

O 章浩炯 屈胜元 陈勇

（长江大学工程技术学院石油与化学学院 湖北 434000）

抗高温甲酸铯钻井液研究

O 章浩炯 屈胜元 陈勇

（长江大学工程技术学院石油与化学学院 湖北 434000）

本文针对南海地区高温高压油藏特点，结合当前国内外抗高温高压钻井液技术，对甲酸盐水溶液进行了物理化学性能深入研究，得到密度1.0g/ml-2.3g/ml简易可控的3种甲酸盐。在此基础上，成功的配置出了密度1.9g/ml，抗150℃的甲酸铯钻井液体系，该体系在热滚48h后，在高温下再静置7天，钻井液性能稳定。其次在次基础上，选用国产处理剂，配伍性能良好，钻井液体系性能有所改善。

甲酸铯；高温氧化降解；PAC-ELV ；高温热滚

我国南海西部海域天然气资源非常丰富，预测资源量多达10万亿立方米，但由于该区域油气普遍埋藏较深，且处于高温、超压的环境，其勘探难度相当大。

目前国内外钻进高温高压井过程中遇到的主要问题有：高密度钻井液的流变性差；重晶石的沉降；钻井液当量循环密度(ECD)高；抽吸压力、激动压力高；环空压耗高；钻井液性能不稳定、维护困难等。为了确保高温高压井钻、完井工程顺利进行，高温高压钻井液体系需满足以下要求：1.钻井液密度2.3g/cm3；2.流变性好，流动压力损耗小，携岩好；3.抗温200℃保持良好的热稳定性；4.井壁稳定；5.当量循环密度低；6.能解决窄密度窗口防漏堵漏；7.保护油气层；8.对环境安全。

目前比较先进的为抗高温甲酸铯钻井液体系。该体系的主要成分为甲酸铯，但是由于甲酸铯成本比较昂贵，运用受到限制。因此本文主要针对甲酸铯的各个性能进行具体研究，并对密度1.9g/cm3甲酸铯/钾钻井液配方进行了优化。

一、甲酸铯理化性能

铯为是一种熔点为28.5oC的浅黄色稀有金属。铯在所有稳定金属中正电性最强。在世界所有金属中，铯含量排第29位。铯的原子量为132.9，原子序数为55。甲酸铯盐水是甲酸的碱金属盐类的水溶液。甲酸铯易溶于水，甲酸铯溶液是一种外观如水状的液体，在甲酸铯的饱和溶液中，密度可达2.367g/cm3，甲酸铯的含量大约在82%左右。溶解后具有较高的密度和较低的结晶温度。在其密度高达2.4g/cm3的情况下可以完全保持甲酸铯盐水的各种物理和化学性能。其化学式如下：

甲酸的阴离子同时也是一种抗氧化剂（还原剂），可以快速清除自由的氢氧基团。这意味着，甲酸盐可为防止诸如水溶性聚合物等热敏性溶质在高温下发生氧化降解提供可靠的防护作用。

甲酸盐常见的有甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯，他们的水溶液可以配置钻井和完井作业中所需的各种密度，密度范围为1.0g/ml—2.3g/ml。

二、甲酸铯钻井液室内实验

1.甲酸铯钻井液室内实验配制程序

甲酸铯钻完井液室内实验配制程序

(1)按确定的配方，称量各种处理剂。

(2)每次配制量为4bbl（4*350ml）或8bbl（8*350ml）。混合时，应使用高剪切搅拌器。盐水（甲酸钾和甲酸铯）在1500rpm转速混合搅拌10min后，将搅拌转速提高至6000rpm，依次缓慢的加入各种添加剂，每间隔5min加一种处理剂，在45min内加完，碳酸钙须在最后3min内添加。

(3)混合时温度不得超过66℃，若混合时温度超过45℃，用水浴冷却。

(4)尽量避免在热滚之前加入消泡剂，若绝对必要，使用1-2滴即可。

(5)热滚实验。

2.甲酸铯钻井液性能测试方法

(1)密度的测试：含有空气的钻井液密度用加压钻井液密度计精确测定。

(2)流变性：测试温度120℉。10s,10min静切力必须记录3 r/min的最大值。

(3)高温高压滤失量的测定：温度应与热滚温度一致。如果测量温度超过350℉，须同时使用玻璃纤维纸与标准滤纸。实验温度在149℃（300℉）以下，上端压力为600psi，底端回压为100psi，压差为500psi（3447kPa）；实验温度为149～232℃（300～450℉），以大于蒸汽压力为原则，压差均为500psi（3447kPa）。如测试温度为200℃时，最低回压为275psi（1896 kPa），上端压力为775psi（5343kPa）。

(4)pH值的测定：取5ml钻井液用45ml去离子水稀释，测量稀释液的pH值。

3.甲酸铯与各种处理剂的相容性和配伍性实验方法

(1)考察甲酸铯/钾盐水溶液与各种处理剂的相容性和配伍性。试验方法为：用2.20g/cm3的甲酸铯与1.56g/cm3甲酸钾配制成不同密度的水溶液，加入不同量处理剂，测其基本性能，粘度和滤失情况，并且检测其抗高温的能力。配制甲酸铯/钾盐水溶液的密度为1.50g/cm3、2.00g/cm3和2.20g/cm3。

(2)考察甲酸铯/钾盐钻井液体系中各种处理剂的相容性和配伍性。甲酸铯/钾盐钻井液的密度2.00g/cm3。

(3)所有为试验配制的甲酸铯/钾盐钻井液体积以350ml为计量。

三、甲酸铯钻井液优化实验结果

试验用甲酸钾钻井液基础配方:4xxg甲酸铯+1xxg甲酸钾+26.32g水+3g碳酸钾+2g碳酸氢钾+2g MgO。

优化实验结果：

配方及性能 单位 1# 2# 3# 4# 5# DFD-140 g/350ml 3 3 7.2 9.2 10.9 PAC-LV g/350ml 7 0 4.4 2.75 2.73 PAC-ELV g/350ml 0 7 0 0 0500目细目钙 g/350ml 10 10 10 10 10800目细目钙 g/350ml 10 10 10 10 10热滚前性能600 RPM/300 RPM95/11835/18155/90144/87129/62200 RPM/100 RPM95/5413/765/3763/3544/246 RPM/3RPM 4.5/2.5 0.5/0.25 3.0/1.5 3.0/1.5 1.5/1.0 GELS 10"/ GELS 10' Pa 1.25/1.5 0.13/0.25 0.75/1.0 0.5/1.0 0.5/0.75 PV mPa.s 83 17 63 57 47

表1 密度为1.9g/cm3甲酸铯钻井液试验配方表

通过调整PAC-LV与DFD-140加量与配比,可以达到良好的流变性能及低HTHP滤失量。最终得出配制350ml抗150℃，密度为1.90g/cm3甲酸铯/钾钻井液配方:4xxg甲酸铯+1xxg甲酸钾+26.32g水+3g碳酸钾+2g碳酸氢钾+2.7PAC-LV+10.9g抗高温DFD-DFD-140+2g氧化镁+10g500目CaCO3+10g800目CaCO3。

四、结论

(1)全面掌握了甲酸铯盐水物理化学性质。

(2)研究出以国外处理剂为主的抗150℃，密度为1.9g/ cm3的钻井液配方。钻井液性能满足南海地区高温高压井钻、完井需求。同时考察了不同温度、不同老化时间的热稳定性。在热滚48h后，在高温下再静置7天，钻井液性能稳定。

(3)研究出以国内处理剂为主的抗150℃，密度为1.9g/ cm3甲酸铯/钾钻井液和完井液配方。配合国内处理剂，钻井液和完井液的性能满足南海地区高温高压井钻、完井要求。

[1]Bhatnagar, M., Kuman, A., Barthwal, A.K., Pal, K., and Josh, N.P.,“Formate Brine Drilling Fluid System for Drilling Slim Holes”, Petrotech 2003, New Dehli, January 2003.

[2]Downs,J.D.:“Last Advances in the Development of Ecological Drilling Fluids”,IBC Asia conference, Offshore/Upstream Asia-Pacific 2002.

[3]孙金声，杨泽新.超高温 240℃水基钻井液体系研究[J].钻井液和完井液，2006，23.

Study of Anti-High Temperature Cesium Formate Drilling Fluid

Zhang Haojiong, Qu Shengyuan, Chen Yong
（School of Engineering and Technology of Yangtze University, Hubei, 434000）

In this paper, directing at the high temperature and high pressure reservoir characteristics of South China sea area and combined with the current anti-high temperature and high pressure drilling fluid technology at home and abroad, takes deep research on the physical and chemical properties of formate aqueous solution, and we get three types of simple and controllable formate with density of 1.0 g/ml - 2.3 g/ml. On that basis,we formulate successfully the cesium formate drilling fluid system with density of 1.9 g/ml, anti-high temperature of 150℃, and this system after 48 hours’ hot rolling and 7 days’ staying under high temperatures,it shows a stable drilling fluid performance. Secondly on the basis of that, choosing the domestic treatment agent,the compatibility of medicines property is good and the drilling fluid system property is improved.

cesium formate；high-temperature oxidation degradation；PAC-ELV；high-temperature hot rolling

T

A

章浩炯（1985～），男，长江大学工程技术学院石油与化学学院，研究方向：钻井工艺。