高温高密度无黏土低固相钻井液研究

高温高密度无黏土低固相钻井液研究

刘浩冰

江汉石油工程公司  湖北 潜江 433100

摘要：为了有效地解决高温深水平井钻井流体的储层防护问题，采用碳酸钙作为添加剂建立一种新型的高强度、低固相钻井系统。研究结果表明：采用甲酸钠、甲酸钾、碳酸钙三种不同的添加剂组合，既可以达到较好的钻井效果，又可以减少钻井费用。经150摄氏度以上的低温、高致密、低固相钻井液仍然保持着优良的流变性和过滤特性，说明其耐温性能优良，可适应各种工况下的钻井需要。此外，这种钻井流体受氯化钙、硫酸钙和页岩岩屑侵蚀的干扰较少，对钙、岩屑的侵蚀也较强。高浓度、低固相钻井泥浆对露头岩石的浸润性修复率大于80%，对油藏的防护作用较好。

关键词：高密度；无黏土；储层保护；钻井液

引言

目前，国内传统浅层油气田的资源逐渐枯竭，石油开采仅限于深层和超深层的勘探和开采，而深层和超深层往往会产生高温高压，这对钻井液和钻井液来说是一个严峻的考验。在增加漏油区域和增加单井生产能力方面，水平井的开采工具有很高的储层防护能力。为了解决高温高压水平井油藏的保护问题，本文采取了一种折中之道，即可以利用无泥相和少量可酸溶解的碳酸钙，形成了一套低固相低固相油泥浆系统。

1高温高密度无黏土低固相钻井液实验

1.1 实验材料和仪器

NaOH、MgO、Na2CO3：分析纯，国药集团化学试剂 公司；甲酸钠、甲酸钾：工业品，山东恩诺新材料有限公 司；增黏剂 VIS-B：工业品，荆州嘉华科技有限公司；降 滤失剂 FLO-STA：工业品，荆州嘉华科技有限公司；润 滑剂 SLIP-Y：工业品，荆州嘉华科技有限公司；碳酸 钙：工业品，广西龙飞矿粉厂。 GJS-B12K 高速搅拌机、XGRL-4 型滚子加热炉、 AB104-N 型电子天平、ZNN-D6 六速旋转黏度计、 SD-3 多联中压滤失仪、YM-2 液体密度计、EP-C 极压 润滑仪、LS-609 激光粒度仪等。

NaOH, MgO,Na2CO3（国药化工公司生产）；甲酸钠、甲酸钾（山东恩诺新材料有限公司生产）；FLO-STA：（荆州嘉华技术股份有限公司生产）；SLIP-Y润滑剂（广西龙飞煤制厂生产）。高速搅拌机GJS-B12K、XGRL-4型辊式加热炉、AB104-N电子天平、ZNN-D6六速旋转粘度计、SD-3多路中压滤失仪、YM-2液体密度计、EP-C、LS-609型激光颗粒仪等。

1.2 高温高密度低固相钻井液配制

根据钻井泥浆的配比，选用GJS-B12K型高速搅拌器，制备了一种具有较高浓度、较低固相的高粘度钻井流体，其基本组成为：浅水中+0.2% NaOH+0.2%Na2CO3+2.0% MgO+0.5%VIS-B型增粘剂+4.0%FLO-STA型降滤失+2.0%SLIP-Y型润滑剂。

1.3 钻井液性能测试

钻井液性能试验，以 GB/T 16783.1-2014为依据，对钻井液进行试验。并利用 SY/T5358—2010油藏敏感流体试验评估技术，对钻井流体进行了油藏防护试验。

1.4 加重性能测试

为了确保高浓度下条件下具有优良的高流变学和低滤失，必须根据重质物料的不同比例，调整碳酸钙、甲酸钾、碳酸钙的比例，并调整碳酸钙的颗粒尺寸，达到高浓度下的优良特性。

1.5 耐温及耐污染性能测试

对高密度、低固相钻井泥浆进行130℃、140℃和150℃试验，并对其进行耐高温试验；采用氯化钙、页岩屑和硫酸钙对钻井泥浆进行处理，并对其进行抗污试验。

2 结果与讨论

2.1 甲酸钾加重时碳酸钙粒径对性能影响

将甲酸钾强化到1.6克/立方厘米，然后使用碳酸钙强化到1.8克/立方厘米，并使用LS-609激光颗粒计测量不同类型的不同类型的碳酸钙颗粒尺寸。另外，研了不同大小的碳酸钙颗粒在钻井液中的作用可知，激光颗粒计表明，由TS-1至TS-4的颗粒尺寸由TS-1至TS-4逐步变小，且所选择的颗粒尺寸都接近正常，具有很好的代表性。

由此可以看出，使用四种不同类型的碳酸钙制备的浓度为1.8 g/cm3的钻井液，其颗粒尺寸越小，其粘性越高，过滤能力也越强。

2.2 甲酸盐加重至不同密度时性能影响

选择适当的碳酸钙颗粒尺寸后，以甲基酸盐法使其浓度增加，然后以碳酸钙增加到1.8 g/cm3，以评估钻井液的性质，以确定在各种浓度下，是否可以满足要求，并计算费用是否最优。

单纯使用甲酸钠时，使用的碳酸钙会增加至1.8克/立方厘米，而泥浆的粘性很高，并且增加了过滤能力，表明不能使用碳酸钙和甲基钠复合而使其恶化；在使用甲基酸钠水溶液中加入甲酸钾，使其重量增加到1.5克/cm3，并加入了碳酸钙，使其具有良好的流变性和过滤性能；使用单一的甲酸钾使其重量增加到1.5克/立方厘米、1.6克/立方厘米，然后使用碳酸钙进行强化，使其具有良好的流动和过滤性能。鉴于甲酸钾的价格比甲酸钠要贵得多，所以可以采用甲酸钠、甲酸钾和碳酸钙三种添加剂组合，这样既可以达到钻井液的优良特性，又可以降低成本。

2.3钻井流体温度试验

在不同的高温条件下，对钻井液进行24小时的流变学和过滤试验，结果表明：钻井液的粘度会随温度增加而下降，渗透率呈递增趋势，但均处于比较合理的区间；系统的摩擦因数随着气温的增加而逐渐增加，但整体上都低于0.12，说明此系统的润滑性及抗温能力良好，可适应各种环境下的水平井钻井需要。

2.4 钻井液耐污染性能测试

将氯化钙、硫酸钙、页岩岩屑加入到系统中，于140℃下对其进行24小时的流变学及过滤性能测定。可以看出，在钙盐的侵染下，系统的粘附率稍减，滤失稍增加，其抗钙性更强；岩屑对岩浆的侵染使其粘性增加，而对其过滤性能影响不大，表明该系统对岩屑的侵染有一定的抗性，满足了各种地质情况下的钻探需求。

2.5 储层保护性能测试

在对不同渗透速率的露头岩石进行污染后，利用高温、高浓度、低固相钻井流体进行渗透率的检测（在岩石污染一段没有进行切面处理），并对钻井流体的保护进行评估。结果表明，在受高温度、高浓度、低固相钻井液的浸润下，露头岩石芯的渗透性恢复速率超过80%，表明了这种油藏的良好防护作用，因此，利用低固相进行水平井钻探是切实可行的。

3 结语

高温、高密度、低固相钻井液，使用甲酸钙复合，可达到1.8 g/cm3，并可通过甲酸钠与甲酸钾复合，以减少钻井液的使用，或以甲酸钾作为添加剂，使钻井液性能更好，而碳酸钙颗粒直径控制在D50~23微米时，其变化规律为正态分布，对钻井液的流变性和滤失性影响最小。

高温、高密度、低固相钻井液，其耐温能高达150℃，对钙质和岩屑的污染能力很强，同时还具有良好的润滑性和油藏保护性，可以应用于高温深井钻井液中。

参考文献：

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