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油基钻井液技术简介
2013-11-28 09:09:15   来源:本站   作者:管理员  人气:1163次

 

油基钻井液技术简介

油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液,与水基钻井液相比,油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、井壁稳定、润滑性好及对油气层伤害小等多种优点,目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段。据统计,在国外的常规与非常规钻井过程中,油基钻井液市场占有率为60%以上。

长江大学与ManBetX2017官网联合研究开发了一系列的高效油基钻井液体系,其中主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、有机土、增粘剂、降滤失剂等关键材料全部为自主研发及生产的,其主要特点为加量小成本低、性能稳定、配制简易。在配制油水比为70-90/30-10的油基钻井液体系后,体系在高温老化后具有粘度稳定,动塑比高,高温高压滤失小,抗侵污能力强,电稳定性高,且处理剂加量低等特点。

目前我公司生产的油基钻井液体系系列产品经过印尼国家石油公司技术部的严格检测,各项技术指标达到国际领先水平,已在中海油深圳分公司(COSL)、印尼油田(COSL)、克拉玛依油田(克拉玛依金鑫科技有限公司)、四川油田、江汉油田页岩气的钻井过程中得到了应用。

一、油基钻井液体系

1.1油基钻井液体系简介

根据不同的地质特点及井身结构,并考虑到现场施工及维护等方面的综合因素,我公司开发了一系列的油基钻井液体系,从而达到满足于各种复杂情况下对钻井液的要求。

1、低密度油基钻井液体系;

2、页岩气用油基钻井液体系;

3、高温高密度油基钻井液体系;

上述油基钻井液体系具有非常好的适应性,在不同的油水比和不同的密度条件下,通过改变处理剂的加量,能够获得性能优异的油基钻井液体系。油基钻井液体系40~200℃温度下具有较好的适应性,密度范围可以达到0.90~2.30g/cm3,并通过调整处理剂的加量获得优异的性能,是一套优异的油基钻井液体系;该体系具有动塑比和电稳定性高,高温高压失水小,处理剂加量低,适用性广等特点。

1.2处理剂及作用

以下主要处理剂包括乳化剂、润湿剂、提切剂、有机土、降滤失剂等全部为公司自主研发及生产。

5#/3#白油/0#柴油:油基钻井液基液,作为连续相;

HIEMUL主乳化剂:油基钻井液乳化剂,形成油包水乳液;

HICOAT辅乳化剂:辅助乳液稳定,与HIEMUL主乳化剂配套使用;

HIRLF润湿剂:固体材料的润湿反转;

HIRHEO提切剂:改善油基钻井液的剪切稀释效果,具有在降低PV的同时提高YP的功能;

MOGEL有机土:提高和调节油基钻井液的粘度;

HIVIS增粘剂:提高和调节油基钻井液的粘度;

HIFLO降滤失剂降低和控制油基钻井液的滤失;

HICMJ成膜封堵剂:成膜封堵,降低滤失;

HIFLO-S氧化沥青:防塌,降低滤失;

LIM储备碱:调节油基钻井液的碱度;

重晶石:调节油基钻井液的密度。

二、低密度油基钻井液体系

低密度油基钻井液体系:3#白油+3.2%HIEMUL主乳化剂+0.8%HICOAT辅乳化剂+1.0%HIRLF润湿剂+2.0%LIM储备碱+1.5%MOGEL有机土+1.5%HIVIS增粘剂+3%HIFLO降滤失剂+1.5%HICMJ成膜封堵剂+3%QWY酸溶性封堵剂+水相(26%CaCl2溶液)。

对上述低密度油基钻井液性能进行了基本性能评价。

实验条件:100℃×16h热滚,50℃测流变性。

1 低密度油基钻井液基本性能

油水比

密度

g/cm3

状态

AV

mPa·s

PV

mPa·s

YP

(Pa)

Φ63

ES

(Volts)

FLHTHP

(mL)

75/25

0.95

滚前

25

18

7

9/8

212

滚后

36

24

12

14/13

650

4.2

80/20

0.93

滚前

19.5

14

5.5

8/7

322

滚后

26

17

9

10/9

721

4.4

85/15

0.92

滚前

16

11

5

6/5

440

滚后

21

15

6

8/7

946

6.0

90/10

0.91

滚前

13.5

11

2.5

5/4

755

滚后

16

11

5

6/5

1102

6.4

    从上表数据可以看出,随着油水比的升高,密度逐渐降低,粘度也有所降低,但其流变性可以通过调整乳化剂及有机土的加量来控制;随着油水比的升高,电稳定性逐渐升高,而高温高压失水也逐渐增大,但可以通过处理剂的调整来使性能满足钻井要求。

三、页岩气用油基钻井液体系

    我公司针对页岩气钻井用油基钻井液体系进行了研究,开发出一套适合于页岩气钻井用的油基钻井液体系,该体系采用主乳化剂、辅乳化剂及润湿剂等乳化剂有效结合,获得良好的性能,严格控制钻井液的高温高压失水,从而满足页岩气钻井的需求。

3.1柴油/白油油基钻井液体系配方

柴油油基配方: 0#柴油+2.4%HIEMUL主乳化剂+1.6%HICOAT辅乳化剂+1.5%LIM+1.0%MOGEL有机土+1.0%HIVIS增粘剂+3.0%HIFLO降滤失剂+3%HIFLO-S氧化沥青+水相(26%CaCl2溶液)。油水比为80/20,依据密度需要加入重晶石(下述性能密度为1.50g/cm3)。

白油油基配方:3#白油+3.2%HIEMUL主乳化剂+0.8%HICOAT辅乳化剂+1.0%HIRHEO提切剂+2.5%LIM+1.5%MOGEL有机土+1.0%HIVIS增粘剂+3.0%HIFLO降滤失剂+1.5%HICMJ成膜剂+水相(26%CaCl2溶液)。油水比75/25,依据密度需要加入重晶石(下述性能密度为1.20g/cm3)。

3.2柴油油基钻井液性能

2  柴油油基钻井液基本性能

老化

密度

g/cm3

状态

AV

mPa·s

PV

mPa·s

YP

(Pa)

Φ63

ES

(Volts)

FLHTHP

(mL)

70

1.50

滚前

43

34

9

11/10

582

滚后

52

38

14

15/14

1097

1.6

100

1.80

滚前

48

38

9

10/9

520

滚后

61.5

45

16.5

16/15

1075

2.4

    注:测试温度为50℃

    3.3白油油基钻井液性能

3  白油油基钻井液基本性能

老化

状态

AV

mPa·s

PV

mPa·s

YP

(Pa)

Φ63

ES

(Volts)

FLHTHP

(mL)

70

滚前

36

26

10

12/11

1000

滚后

35

25

10

11/10

982

3.6

100

滚前

28

21

7

8/7

770

滚后

35

24

11

11/10

785

4.0

130

滚前

29

21

8

9/8

747

滚后

36

24

12

11/10

789

4.4

注:测试温度为50℃

从以上数据可以看出,柴油/白油油基钻井液体系经过70-130高温老化后,性能稳定,电稳定性较高,高温高压失水较小。

四、高温高密度油基钻井液体系

4.1高温高密度油基钻井液体系配方:

白油油基配方:3#白油+3.2%HIEMUL主乳化剂+0.8%HICOAT辅乳化剂+1.5%HIRLF润湿剂+1.5%HIRHEO提切剂+1.5%LIM储备碱+0.5%MOGEL有机土+0.5%HIVIS增粘剂+3.0%HIFLO降滤失剂+2%HICMJ成膜剂+3.0%HIFLO-S天然沥青+水相(26%CaCl2溶液)。油水比85/15-90/10,依据密度需要加入重晶石(下述性能密度为1.80-2.20g/cm3)。

柴油油基配方:0#柴油+2.4%HIEMUL主乳化剂+1.0%HICOAT辅乳化剂+2.0%HIRLF润湿剂+1.5%HIRHEO提切剂+0.5%LIM储备碱+0.3%MOGEL有机土+0.3%HIVIS增粘剂+3.0%HIFLO降滤失剂+3%HIFLO-S天然沥青+3.0%HICMJ成膜封堵剂+水相(26%CaCl2溶液)。油水比为90/10,依据密度需要加入重晶石(下述性能密度为2.20g/cm3)。

4.2高温高密度油基钻井液的性能

4  高密度白油油基钻井液基本性能

老化

密度

g/cm3

状态

AV

mPa·s

PV

mPa·s

YP

(Pa)

Φ63

ES

(Volts)

FLHTHP

mL

130

1.80

滚前

51

39

12

15/14

1011

滚后

53

42

11

14/13

1621

4.6130

180

2.20

滚前

73

71

12

14/12

860

滚后

77.5

67

10.5

12/11

2022

5.6160

    注:测试温度为65℃

5  高密度柴油油基钻井液基本性能

老化

密度

g/cm3

状态

AV

mPa·s

PV

mPa·s

YP

(Pa)

Φ63

ES

(Volts)

FLHTHP

mL/160

180

2.20

滚前

70

61

9

10/9

731

滚后

78

67

11

9/8

724

2.0

36h

76

66

10

9/8

736

2.4

注:测试温度为65℃

从以上数据可以看出,柴油/白油油基钻井液体系经过180温老化后,性能稳定,电稳定性较高,高温高压失水较小。

五、油基钻井液的现场应用

我公司自主研发及生产的油基钻井液系列产品,包括主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、提切剂、有机土、增粘剂、降滤失剂等在现场得到了广泛的应用,取得了较好的应用效果。

5.1油基钻井液的现场应用

高性能油基钻井液体系主要的使用油田和区块见下表。

6  油基钻井液的现场应用

序号

使用地点

完钻井深

基油

井底温度

完钻密度

1

PY30-1油田

最深 5600

3#白油

130

1.05-1.20g/cm3

2

克拉玛依油田

最深 6233

0#柴油/5#白油

130

1.06-1.20g/cm3

3

印尼

35003800

气质油

100

1.35-1.55g/cm3

4

XJ30-2

3437

3#白油

90

1.05-1.15g/cm3

5

江汉油田页岩气

3300

0#柴油

70

1.40-1.80 g/cm3

该油基钻井液体系在国内外油田均得到很好的应用,在PY30-1油田钻进6口井,完井井深最深5600,所钻井水平段≥3000,使用密度在1.05-1.20g/cm3之间;在新疆克拉玛依油田应用5口井,最深井井深达6233,钻井水平段长800-1000,使用密度在1.06-1.20g/cm3之间;在海外印尼市场得到应用,所用井井深在3500-3800,钻井水平段≥3000,使用密度在1.35-1.55g/cm3之间;在XJ30-2油田用油基钻井液,完钻井深3437,水平段长>1000,使用密度在1.05-1.15g/cm3之间;该油基钻井液体系在上述的油田均得到很好应用。

5.2油基钻井液在页岩气钻井中的应用

页岩气时存在与页岩裂缝等孔隙中的天然气,要使其尽可能地流入井筒,就必须合理利用储层的裂缝,使井筒穿过尽可能多的储层。因此,业界主要采用水平井钻井技术来进行页岩气的开发。

5.2.1页岩气钻井的难点

1、采用位垂比较大的水平井开发,摩阻和扭矩都制约着安全钻进,岩屑床的形成导致井下复杂情况;

2、页岩胶结差及泥页岩的水化膨胀及分散,造成井壁垮塌等井下复杂情况;

3、页岩裂缝发育,极易发生漏失;

基于以上原因,采用油基钻井液钻进页岩气层能够解决上述问题。

5.2.2油基钻井液现场性能

中石化在建南及涪陵地区钻探页岩气开发井群,其中已经完钻20口井,正在钻3口井。以下为完钻的建南的页岩气井的现场钻井液报表。

该地区全部采用水平井开发,水平位移为1300m左右。

7  建页HF-2井钻井液现场应用性能(完钻)

日期

20120601

20120609

20120616

20120621

井深(m

1461

1626

1784.04

2030

出口温度(

45

48

49

49

密度(g/cm3

1.37

1.39

1.42

1.43

漏斗粘度(s/qt

90

100

120

122

AVmPa·s

60

65

65

69

PVmPa·s

38

44

52

54

YPPa

22

21

13

15

切力 (10s/10min)Pa

12.0/15.0

14.0/21.0

12.0/26.0

15.0/29.0

φ600/φ300

120/82

130/86

130/78

138/84

φ200/φ100

67/51

66/47

58/37

65/43

φ6/φ3

26/25

22/21

14/13

18/17

ESVolts

1000

900

940

1080

O/W

80/20

83/17

83/17

87/13

HTHPmL

2

1.0

1.5

1.7

泥饼厚度(mm

/0.5

/0.5

/0.5

/0.5

碱度(mL

2.1

1.9

1.6

1.5

氯根(mg/L

24000

27000

25000

24000

钙离子含量mg/L

13000

13000

12500

12000

过量石灰(kg/m3

8.5

7

6.8

6.1

固相含量(%

24

24

32

35

目前有多口页岩气井采用本体系施工,其典型性能如下。

8  渝东页岩气井钻井液现场应用性能

井号

2井(已完钻)

4

6

日期

20120921

20120827

20120921

井深(m

3100

1860

2064

出口温度(

48

55

64

密度(g/cm3

1.73

1.49

1.59

漏斗粘度(s/qt

91

86

AVmPa·s

71

59

66

PVmPa·s

58

45

47

YPPa

13

14

19

切力 (10s/10min)Pa

8/18

9/15

15/21

φ600/φ300

142/84

118/73

132/85

φ200/φ100

62/38

55/36

67/46

φ6/φ3

11/10

15/14

23/22

ESVolts

1686

1350

O/W

87/13

85/15

84/16

HTHPmL

1.8

1.0

1.0

碱度(mL

1.5

2.9

1.4

氯根(mg/L

25000

34000

22000

钙离子含量mg/L

15000

过量石灰(kg/m3

10.875

固相含量(%

20

5.2.3油基钻井液页岩气钻井现场应用特点

油基钻井液在页岩气井的钻探过程中得到了顺利的应用,现总结如下:

1、该油基钻井液具有良好的带砂性能,井下大于8cm以上的掉块能够顺利带出;下钻沉砂少,下钻一次性到底,在17-20L排量下工作,没有发现岩屑床;

2、高温高压失水低,在井底温度情况下,一般失水为2mL左右,控制失水在3mL一下;

3、良好的流变性能,在未开振动筛的情况下,钻屑污染及大量的水基堵漏材料的污染对流变性能影响较小;

4、良好的电稳定性,维持在900V以上;

5、优化的钻井液组成,处理剂加量较低;

6、良好的悬浮稳定性,高的低剪切速率粘度,Φ3读值大于1510s/10min切力较大;

7、良好的防漏性能,A、承压从1.23提高至1.42B1517-1523m1618-1626m漏层均未发现明显漏失;C、三次下钻漏失逐步减少;

8、良好的润滑性,模拟通井及下套管顺利,上提下放摩阻小;

 

 

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