超高密度钻井液配方优化试验研究

印树明

(中国石油大学胜利学院 油气工程学院,山东 东营 257097)



超高密度钻井液配方优化试验研究

印树明

(中国石油大学胜利学院 油气工程学院,山东 东营 257097)

超高密度钻井液的维护处理异常复杂。经常陷入“加重→增稠→降黏→加重剂沉降→密度下降→再次加重”的恶性循环,影响钻井正常进行,甚至引起严重事故。本文首先通过单剂优选实验,优选出效果最好的降滤失剂及降黏剂,然后通过正交试验对加量进行优化,优配出超高密度钻井液的基础体系,最后通过加重实验为密度2.6 g/cm3的钻井液确定最优的两套配方。结果证明,优配出的钻井液体系具备表观黏度适度低,切力适度高的特点。

高密度;超高密度;钻井液

随着世界原油需求的增加和钻探技术的发展,向深地层要油气已成必然。在这种情况下,深井超深井的钻探就必将成为我国乃至全世界石油工业的一个重要课题[1]。在深井超深井钻井中,井底压力往往很高,为了平衡压力,必然使用超高密度钻井液[2]。所谓超高密度是指密度超过2.3 g/cm3。超高密度钻井液,其体系固相含量非常高。尤其钻井液密度超过2.6 g/cm3时,体系中的固相含量极高。体系的流变性和沉降稳定性之间的矛盾十分突出[3]。为此,本文开展了超高密度钻井液体系(密度为2.6 g/cm3)配方的优化试验研究。

1 单剂优选

试验条件:老化前高速搅拌15 min,室温下测量各项数据;160 ℃老化16 h,冷却至室温,高速搅拌15 min,室温下测量各项数据。

1.1 降滤失剂优选

试验体系:0#为基浆,4%的预水化膨润土浆,密度1.024 g/cm3。

1.1.1 大分子降滤失剂优选

挑选出3种效果较好的大分子降滤失剂进行优选,通过试验得到老化前后不同配方滤失量的对比图,如图1所示。

图1 老化前后不同配方滤失量对比

由图1看出,从单一处理剂的老化前后变化来看,JT888降滤失效果较好,变化最小。

1.1.2 树脂类降滤失剂优选

挑选出3种效果好的树脂类降滤失剂进行试验,通过试验得到老化前后不同配方滤失量的对比图,如图2所示。

图2 老化前后不同配方滤失量对比

由图2可见,SD-101在老化前后的降滤失效果较好,因此选用SD-101。

1.1.3 褐煤类降滤失剂优选

挑选出2种效果好的褐煤类降滤失剂进行试验优选,其试验数据见表1。

表1 褐煤类降滤失剂优选

由表1可知,SD-202的降滤失效果较好,因此选用SD-202。

1.2 降黏剂优选

挑选3种效果好的降黏剂进行试验,根据试验数据可得到老化前后不同配方的表观黏度对比图(图3)。

图3 老化前后不同配方表观黏度对比

从表观黏度指标分析,由图3可以看出,XY-28老化前后的降黏效果较好。

2 配方优选正交试验

为了优化超高密度钻井液体系配方,对单剂优选出的两大类处理剂进行正交试验。固定因素:基浆为4%预水化膨润土浆。老化条件:在烘箱中160 ℃滚动老化16 h。试验计划如表2所示。

表2 正交试验计划表

根据正交试验所得数据进行滤失量、表观黏度两项指标的直观分析。分析结果见表3、4。

表3 滤失量直观分析表

由表3从滤失量分析,四个因素的主次顺序为SD-202、SD-101、XY-28、JT888,滤失量随SD-202、SD-101加量的增加而减小。

表4 表观黏度直观分析表

由表4可以看出,四个因素的主次顺序为XY-28、JT888、SD-101、SD-202,可见SD-202和SD-101对表观黏度的影响较小,XY-28降黏剂对表观黏度影响较大,但并不是加量越多表观黏度越低。

由以上试验数据可以得出较优基础配方:

4%膨润土浆+(0%～0.2%)JT888+(2%～4%)SD-101+4%SD-202+(0%～0.2%)XY-28

3 钻井液加重试验

在上述单剂优选试验和配方优化试验选定基础配方基础上,将密度按照重晶石和铁矿粉两套加重方案提高至2.6 g/cm3,加重配方如下:

1#:4%膨润土浆+2%SD-101+4%SD-202+0.2%XY-28+2%HQ-1+0.4%Span80+重晶石粉

2#:4%膨润土浆+2%SD-101+2%SD-202+0.4%XY-28+2%HQ-1+0.4%Span80+重晶石粉

3#:4%膨润土浆+2%SD-101+6%SD-202+0.4%XY-28+2%HQ-1+0.4%Span80+重晶石粉

4#:4%膨润土浆+2%SD-101+6%SD-202+0.4%XY-28+2%HQ-1+0.4%Span80+高密度铁矿粉

5#:4%膨润土浆+4%SD-101+6%SD-202+0.2%XY-28+2%HQ-1+0.4%Span80+高密度铁矿粉

然后进行超高密度钻井液加重优化试验,老化条件为160 ℃、老化16 h。试验结果见表5。

表5 密度2.6 g/cm3钻井液配方性能

由表5数据可以看出:(1)XY-28加量0.4%时降黏效果最好。对比单剂优选试验中,XY-28加量为0.2%时降黏效果最好,可知在高密度体系中,由于加重剂的量很大,其颗粒表面积很大,要达到相同的降黏效果,高密度体系中XY-28加量必须提高[4]。

(2)SD-101在体系中的作用并不像单剂优选时具有降黏作用,它的加量增加提高了黏度,但体系的沉降稳定性反而降低了。这可能是因为SD-101的加入引起了加重剂颗粒及膨润土颗粒的聚并和联结,导致结构变强[5]。

4 结 论

(1) 试验结果表明,提高SD-202的量能有效提高体系沉降稳定性;SD-101加量增加都会一定程度的降低体系的沉降稳定性。

(2) 优化出了两套密度为2.6 g/cm3的钻井液配方:

①4%膨润土浆+0.2%JT888+2%SD-101+2%SD-202+0.4%XY-28+2%HQ-1+0.4%Span80+重晶石粉

②4%膨润土浆+0.2%JT888+2%SD-101+6%SD-202+0.4%XY-28+2%HQ-1+0.4%Span80+高密度铁矿粉

(3) 室内综合评价结果表明,所研制体系的性能较好,抗温能力在160 ℃以上。

[1] 高德利.复杂地质条件下深井超深井钻井技术[M].北京:石油工业出版社,2004:190-200.

[2] 胡德云.超高密度(ρ>3.00 g/cm3)钻井液的研究与应用[J].钻井液与完井液,2004,18(1):6- 9.

[3] 王关清,陈元顿.深井和超深井钻井的难点分析和对策探讨[J].石油钻采工艺,1998,18(3):45- 46.

[4] 马勇.加重剂对水基钻井液润滑性能的影响研究[J].天然气工业,2005,19(2):58- 60.

[5] 田春雨.加重剂磁性对摩阻的影响及其机理探讨[J].钻井液与完井液,2001,18(3):15-17.

[责任编辑] 王艳丽

2016-06-07

印树明(1982—),男,山东东营人,中国石油大学胜利学院油气工程学院助教,硕士,主要从事油气井化学工程研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.03.006

TE254

A

1673-5935(2016)03- 0015- 03