201 1,Vo1.28 No.7亿学与生物互程 Chemistry&Bioengineering 无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系研究 高杰松 ,李战伟 。郭晓军 。闫运亮 (1.中国石油锦州石化公司研究院,辽宁锦州121001;2.中国石油冀东油田勘探开发建设项目部 钻井科,河北唐海063200;3.中海油田服务股份有限公司油田化学事业部,河北燕郊101149; 4.中海油田服务股份有限公司油田化学事业部塘沽基地,天津塘沽300452) 摘要:分析了甲基葡萄糖苷的作用机理并构建了无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系。确定无粘土相甲基 葡萄糖苷水平井钻井液体系配方为:甲基葡萄糖苷基液:海水(4:6)十0.2 Na。CO。+0.5 流型调节刺VIS+1 降 滤失刺HFL+0.1 抗氧化剂,用CaCO。将体系密度调整到1.15 g・cm~。室内研究结果表明,无粘土相甲基葡萄糖 苷水平井钻井液体系具有良好的动、静态携砂能力和流变性能、优异的抑制能力、抗污染能力、润滑能力以及储层保护能 力。 关键词:甲基葡萄糖苷;钻井液;流变性;抑制性;储层保护 中国分类号:TE g54 文献标识码:A 文章编号:1672—54Z5(20l1)07~0080—04 水平井是近年来为提高油田采收率和勘探效果发 展起来的钻井工艺,能有效增加油层的泄油面积,提高 油井产能,在钻井过程中发挥着越来越重要的作用。 水平井钻井液不仅要具有良好的抑制能力,还必须具 3 以上的甲基葡萄糖苷可以增大钻井液的屈服值和 凝胶强度,从而提高钻井液的携岩能力;加入15 以 上的甲基葡萄糖苷则会减小钻井液的摩擦系数,提高 钻井液的润滑性;加入35 以上的甲基葡萄糖苷不仅 有优良的动、静态携砂能力以及优异的储层保护特性。 无粘土相甲基葡萄糖苷钻井液体系是近年来兴起 的一种新型水基钻井液体系,是以一定比例的甲基葡 萄糖苷和水混合作为基液,然后加入流型调节剂构建 而成。该体系成分简单,具有与油基钻井液相似的性 可以有效地降低钻井液的水活度,而且可以形成理想 的半透膜,阻止与钻井液接触的页岩水化和膨胀,有效 地维持井眼的稳定。 无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的作用 机理主要为 : 能,可有效抑制页岩水化,成功维持井眼稳定,还具有 良好的润滑性、抗污染能力以及储层保护特性,且无 毒、易生物降解、环境污染小,具有极好的应用前景。 (1)甲基葡萄糖苷分子通过亲水性羟基吸附在井 壁和岩屑上形成半透膜,提高页岩的膜效率,利用其有 效渗透力的增加以抵抗水力和化学力的作用所导致的 页岩吸水,从而抑制页岩水化、孔隙压力的增加和页岩 强度的削弱,进而稳定井壁。 (2)甲基葡萄糖苷基液能配制出滤失性能优良的 作者在此构建了无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液 体系,并对其性能进行了评价。 1 甲基葡萄糖苷在钻井液中的作用机理 甲基葡萄糖苷一般由淀粉在一定温度下催化降解 为葡萄糖,然后与甲醇反应并经分离、提纯获得,具有 钻井液,能很快形成低渗透、致密的滤饼,具有良好的 膜效率,从而有效地控制固相和滤液浸入引起的储层 伤害。 含4个羟基基团的环状结构。由于原料来源广、价格 低廉,其成本相对较低。 研究表明,将一定量的甲基葡萄糖苷加入到水基 钻井液中,会明显改善水基钻井液的性能。例如,加入 收稿日期:201l—O2~24 (3)甲基葡萄糖苷可以降低滤液的化学活性,实现 对泥页岩膨胀压的控制,阻止水分子向泥页岩中渗透。 (4)通过加入一定量的流型调节剂,能显著提高钻 井液的低剪切速率粘度,从而有效提高钻井液的动、静 作者简介:高杰松(1977一),女,辽宁开原人,工程师,现主要从事石油化工技术开发和管理工作。E-mail:gaojiesong@petrochina. 高杰松等:无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系研究/2011年囊7期 态携砂能力。 苷为基液,优选保护储层和环境的无粘土相甲基葡萄 (5)浓度为80%的甲基葡萄糖苷溶液的LC。。值高 糖苷水平井钻井液体系的基本配方如下: 于500×10_。,远远超过了美国环保局(EPA)所规定 甲基葡萄糖苷基液:海水(4:6)+0.5 流型调 的排放标准。具有极好的环境保护特性。 节剂VIS+0.2 Na2CO。+1 降滤失剂HFL+ 2无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系 0.1 抗氧化剂,用CaCO。将体系密度调整到1.15 g ・cm一。 的确定 无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的流变 2.1 钻井液体系基本配方及其流变性能 性能见表1。 在大量室内研究的基础上,以合成的甲基葡萄糖 表1 钻井液体系基本性能 Tab.1 Elemental performances of drilling fluid system 注;热滚条件:8O℃×16 h,测试温度3O℃;AV、PV、YP分别为钻井液表观粘度、塑性粘度、动切力;甄、 为旋转粘度计在6 r・min-1和3 r・ min一 时的读数,FLAP1、FLHTHP为钻井液的API和高温(80℃)高压滤失量;LSRV为钻井液在低剪切速率(O.3 r・min~ )下的粘度;下表同 从表1可以看出,该体系具有优良的流变性能和 动切力、低剪切速率粘度大幅增加,滤失量有所下降。 降滤失性能。即使没有加入降滤失剂,滤失量依旧很 当流型调节剂VIS加量为0.5%时,钻井液体系具有 小。作为衡量钻井液动、静态携砂能力的重要指标,其 良好的流变性能,低剪切速率达到44 133 mPa・S,滤 低剪切速率粘度达到44 133 mPa・S,能很好地满足 失量仅为2.4 mL。因此,确定钻井液体系流型调节剂 水平井钻井液的动、静态携砂要求。 VIS加量为0.5 。 2.2流型调节剂VIS加量的确定 采用上述基本配方,考察流型调节剂VIS加量对 3 无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系 钻井液体系流变性能的影响,结果见表2。 的性能评价 裹2 流型调节剂加量对钻井液体系流变性能的影响 3.1抗温性评价 Tab.2 The effect of VIS amount on the rheological 考虑到甲基葡萄糖苷为淀粉改性产品,自身抗温 properties of the drilling fluid system 性能不强,因此该无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井 液体系主要适用于低温地层,室内研究抗温性评价测 定范围为40 ̄80℃、老化时间为16 h,结果见表3。 滚前 29.0 0.4 滚后 28.5 滚前 37,0 0.5 滚后 39.5 滚前41.5 20 21.5 16/13 0.6 滚后46,0 25 21.0 14/11 2.2 57200 滚前 53.0 25 28.0 25/2o 0.7 滚后 56.5 28 28.5 22/19 2.0 73200 注:热滚条件:6O℃×16 h,测试温度3O℃ 从表2可以看出,流型调节剂VIS加量对钻井液 从表3可以看出,该体系具有一定的抗温能力,在 体系的性能影响很大,随着VIS加量的增加,体系的 8O℃以内其流变性能和降滤失性能基本不变。 I 高杰松等:无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系研究/2ol1年一7期 0 1 1 2 O 5 1 0 1 5 2 O 5 O 5 O 3.2抗污染能力评价 %81.7% 、90.5 ,其中无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻 % %% 室内研究了无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液 体系的抗污染能力,评价包括抗NaC1污染、抗CaC1 C 2 巳 C C C C C C C 井液体系的抑制性能最好。2 2 2 2 2 2 2 M M M M g g g g 3 3.4润滑性能评价 4 3 4 9 0 5 9 5 O 5 3 9 0 4 1 5 4 2 O 4 O 5 污染、抗MgC1。污染以及抗劣质土污染等。结果见表 0 采用E—P极压值和泥饼粘附系数评价方法,考察 4。 表4 钻井液体系抗污染能力评价 Tab.4 The anti-pollution performances of the drilling fluid system AV PV YP FLAPI LSRV 项目———— 一 / ———— mPa・s mPa・s Pa mL mPa・s 0 39.5 22 17.5 11/8 5 NaC1 40.5 23 17.5 1i/8 8%NaC】40.5 24 16.5 10/7 1O NaCI 40.5 24 16.5 lo/7 15%NaC1 37.0 22 15.0 9/6 3%劣质土 38.0 22 16.0 11/8 5%劣质土 39.0 22 17.0 11/9 8%劣质土 37.5 22 15.5 l1/8 1O 劣质土 39.0 23 16.0 11/9 注:热滚条件:60℃×16 h,测试温度30℃ 从表4可以看出,无粘土相甲基葡萄糖苷水平井 钻井液体系具有非常优良的抗污染能力,几种污染介 质对体系的流变性能几乎没有影响,仅仅在抗无机盐 污染时滤失量有所增加。 3.3抑制性评价 选用露头岩样作为实验岩屑、老化条件为60℃× 16 h,采用热滚回收率评价方法,考察无粘土相甲基葡 萄糖苷水平井钻井液体系的抑制性能,并和海洋钻井 常用的KC1/聚合物钻井液体系、聚合醇钻井液体系以 及无粘土相水平井弱凝胶钻井液体系进行了对比,结 果发现:露头岩样粘土矿物含量为3O.64 ,其中I、 I/S的相对含量为27 、73 ,未检出S、K、C,混层比 为85 ;无粘土相甲基葡萄糖苷钻井液体系、聚合醇 钻井液体系、KC1/聚合物钻井液体系、水平井弱凝胶 钻井液体系的流动回收率分别为92.3%、86.3%、 无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系的润滑性 2能。室内研究结果表明,无粘土相甲基葡萄糖苷水平 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 0 1 3 3 2 井钻井液体系具有良好的润滑性能,其泥饼粘附系数 & 0 为0.0524、E-P极压值为9-11。5 " 8 8 9 8 5 5 O 5 0 5 3.5储层保护性能评价 ;1 /,,按照中国石油天然气行业标准SY/T6540-}1 ,, / / / / / -2002 8 8 8 8 8 8 8 8 《钻井液完井液损害油层室内评价方法》,分别采用静 态污染方法以及动态污染方法对无粘土相甲基葡萄糖 2 2 2 4 4 2 苷水平井钻井液体系的储层保护性能进行了测试。其 中动态污染试验采用JHDS高温高压动失水仪在压差 4 4 3 2 O 8 1 4 6 0 3 0 3.0 MPa、温度80℃、速梯0 300s的条件下污染1253 O min进行模拟,实验岩心采用人造岩心。岩心的基本 物性参数及储层保护性能见表5。u l 4 4 5 8 9 * 9 2 表5 岩样的基本物性参数及实验结果 6 6 7 Tab.5 The physical properti9es and t 7 he reservior 0 6 8 4 protecting performance of the rock sample 2 2 2 岩心长 直径 4 K04 4 岩心号———— 4— 4 — 4 Kl K1/Ko———— CITI ctn 10—3“i,l'l2 10—3“m 3 3 3 7 6 1 5 7 3 o 1 1 1 8 2 2 6 0 7 4 6 注:*代表静态污染; 为岩心孔隙厦;Ko为岩心初始煤油渗透翠;K1 2 1 1 为钻井液污染后岩心煤油渗透率;K /Ko为岩心渗透率恢复值 0 8 1 9 3 9 9 2 5 从表5可以看出,优选的无粘土相甲基葡萄糖苷 水平井钻井液体系表现出非常优良的储层保护的能 9 9 9 8 8 9 7 3 l 力,4块岩心的渗透率恢复值平均达到98 。 4 结论 (1)确定无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体 系配方为:甲基葡萄糖苷基液:海水(4:6)+0.2 Na。CO。+0.5 流型调节剂VIS+1 降滤失剂HFI 十0.1 9/6抗氧化剂,用CaCO。将体系密度调整到1.15 g・ClTI一。该体系具有良好的流变性能和动、静态携 砂能力,低剪切速率粘度达到44 133 mPa・S,现场易 于维护。 (2)无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系具 有一定的抗温能力,优异的抑制能力、润滑能力、抗污 染能力以及储层保护能力。 高杰松等:无粘土相甲基葡萄糖苷水平井钻井液体系研究/2o11年囊7 ill——————————————————————— 参考文献: water—based mud can prevent shale hydration and maintain bore— [13 Headiey J A,Walker T 0,Jenkins R M.Environmental safe wa— hole stability[J].SPE Drilling and Completion,1995:242—249. ter—based drilling fluid to oil—based muds for shale stablization[J]. [3] 刘岭,高锦屏,郭东容.甲基葡萄糖苷及其钻井液EJ].石油钻探技 SPE/IADC 29404,1995. 术,1999,27(1):49-51. [2] Simpson J P,Walker T O,Jiang G z.Environmental acceptable Study on Clay Free Methyl Glucoside Drilling Fluid System for Horizontal Wells GAO Jie-song1,LI Zhan-wei ,GUO Xiao-jun3,YAN Yun-liang4 (1.Research Institute,Jinzhou Petrochemical Company,PetroChina,Jinzhou 121001,China; 2.Drilling Division,Department 0,E&P Construction Projects,Jidong Oilfield Company,PetroChina, Tanghai 063200,China;3.Department of Oilfield Chemistry,China Oilfield Services Limited, Yanjiao 101149,China;4.Tanggu Base,Department of Oilfield Chemistry,China Oilfield Services Limited,Tanggu 300452,China) Abstract:This paper studied on the function and mechanism of methyl glucoside,and then designed the clay free methyl glucoside drilling fluid system for horizontal wells.The composition of the clay free methyl glu— coside drilling fluid system was as follows:methyl glucoside base fluid sea water(4:6)+0.2 9/6 Na2CO3+ 0.5 rheological adjuster VIS+1 controlled—lost agent HFL+O.1 antioxidant,and its density was djusted to 1.1 5 g・cm_ by CaCO3.The indoor laboratory experiment results showed that the optimal formulation had good rheology,static and dynamic sand—carrying ability,inhibition,lubrication,high tolerance to contamina— tions.Besides,this drilling fluid system exhibited excellent reservoir and environment protecting properties. Keywords:methyl glucoside;drilling fluid;rheology;inhibition;reservoir protect 国产阻聚剂解双烯聚合结垢之忧 中国石油独山子石化分公司采用国产超强多功能阻聚剂的22万t・a叫乙烯装置实现连续稳定运行4年。 这不仅创造了我国乙烯装置连续稳定运行的最高纪录,还连创中石油吨乙烯双烯收率达到49%、装置实际产能 超ll7。2 9,6等新纪录,意味着我国乙烯装置用高压脱丙烷阻聚剂技术已达世界先进水平。 独石化乙烯装置的科技人员在当初攻关时,只将高压脱丙烷塔运行周期目标定为24个月,因为以前高压脱 丙烷塔运行的最好纪录为17个月。而此次依靠国产阻聚剂却将高压脱丙烷塔运行周期提高到48个月,创造出 了一个奇迹。 2002年,中石油独山子石化通过技改将原14万t・a 乙烯装置产能提高到了22万t・a_。。装置的分离系 统采用高低压脱丙烷工艺,工艺复杂,且物料中双烯含量较高,经常出现不同程度的聚合结垢问题。该装置自 2002年9月扩能改造开工以来,分离系统加注的阻聚剂一直是美国公司的阻聚剂产品,但装置运行效果始终不 理想,从未突破1~2年一大修的“惯例”。 为此,2007年初,独石化乙烯厂将延长乙烯装置脱丙烷塔运行周期列为科技攻关项目,经过技术论证,决定 使用北京斯伯乐科技发展有限公司自主研制生产的超强多功能阻聚剂。独石化与北京斯伯乐科技发展有限公司 的技术人员一起,结合装置的实际工艺流程和分离系统的物料组成,共同制定了超强多功能阻聚剂产品的使用技 术方案,成功攻克了制约乙烯装置长周期稳定运行的瓶颈难题。2010年3月该攻关课题获得了独山子石化科技 进步奖。 北京斯伯乐科技发展有限公司生产的乙烯装置用超强多功能阻聚剂不含金属离子和卤化物,是典型的环境 友好产品,其用量为传统阻聚剂的3O%~50 9/6,具有很高的性价比。2008年,中石化中原乙烯分公司乙烯装置使 用该阻聚剂首次实现3年不停工的大跨越,并且乙烯装置吨产品用阻聚剂的单耗费用很低,在中石化乙烯装置中 排名第一。 (摘编)