水基聚乙二醇鉆井液頁(yè)巖穩定性研究

第21卷第6期天然氣工業(yè)水基聚乙二醇鉆井液頁(yè)巖穩定性研究劉平德牛亞斌王貴江夏朝輝張梅TE2 A(石油勘探開(kāi)發(fā)研究院)(大慶油田有限責任公r1)劉平德籌.水基聚乙二醇鉆井液頁(yè)巖穩定性研究.天然氣工業(yè).2001 ;21(6):57-59摘妻鉆井過(guò)程中,由于鉆井濾液的侵入,地層中的粘土礦物發(fā)生水化、膨脹、分散,削弱了巖石的力學(xué)強度,導致井壁失穩的發(fā)生。文中簡(jiǎn)述了聚乙二弊鉆井液頁(yè)巖抑制機理:濁點(diǎn)行為、協(xié)同作用、滲造作用。結合窒內實(shí)驗分析了影響聚乙二醇鉆井液抑制作用的因素。當溫度達到聚乙二醇的濁點(diǎn)溫度后,聚乙二醇從溶液中析出。封堵頁(yè)巖裂鏈。當在聚乙二醉鉆井液中加入合適的無(wú)機鹽后,無(wú)機鹽與聚乙二醇起協(xié)同作用，提高了聚乙二群的頁(yè)巖抑制性能,達到穩定頁(yè)巖的目的。主題詞鉆井液 聚乙二醇井眼穩定抑制作用鉆井過(guò)程中所鉆遇的地層大部分由頁(yè)巖構成,聚乙二醇頁(yè)巖抑制機理分析頁(yè)巖中一般含有蒙脫石、伊利石、高嶺石等易水化分散、膨脹的粘土礦物。頁(yè)巖水化一方面產(chǎn)生水化膨聚乙_ :醇在水中具有濁點(diǎn)和逆溶解性。低于一脹應力,另一方面水的進(jìn)入又削弱了巖石的力學(xué)強定溫度,它們是水溶性的。 當溫度高于聚匕二醇濁度,易使井璧發(fā)生失穩?；谏鲜鲈?研制一種頁(yè)點(diǎn)溫度時(shí)，發(fā)生相分離而形成乳狀液起封堵裂縫來(lái)巖抑制性強,且利于環(huán)保的可替代油基泥漿的聚乙阻 止濾液的侵人,達到穩定頁(yè)巖的目的(2。二醇水基鉆井液是非常必要的。目前,人們普遍認為聚乙二醇頁(yè)巖抑制機理為:聚乙二醇水基鉆井液是近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一(1)濁點(diǎn)行為種新型鉆井液,它是由聚乙二醇、聚合物、無(wú)機鹽等當溫度高于聚乙二醇的獨點(diǎn)溫度時(shí),吸附增加構成。當加入一定量的聚乙二醇,可以明顯提高該起主導作用,將會(huì )有更多的聚乙二醇吸附在粘 上表體系的頁(yè)巖抑制性,由于它毒性低，可以生物降解，面上,溫度越高析出的聚乙.二醇越多,通過(guò)封堵粘土利于環(huán)保,因而引起了人們的極大關(guān)注。顆粒表面的裂縫產(chǎn)生的抑制作用越強烈。隨溫度的本文簡(jiǎn)要概述了聚乙二醇鉆井液的頁(yè)巖抑制機升高,聚乙二醇的吸附量增大,導致了聚乙_醇的溶理,并通過(guò)實(shí)驗研究了影響聚乙二醇鉆井液頁(yè)巖抑解度減小而析出,吸附在粘土表面上相當于吸附著(zhù)制作用的因素。-層憎水膜,起到防塌作用(3)。聚乙二醇的濁點(diǎn)受成，該體系常溫下經(jīng)50心、16h以及120心、16 h老參考文獻化后的流變性和濾失性均能滿(mǎn)足鉆井要求。.4)酯基鉆井液體系的潤滑性能和儲層保護性能1梁文杰主編 .石油化學(xué).北京:石油大學(xué)出版社. 1995均優(yōu)于柴油基鉆井液;高溫流變性試驗表明,酯基鉆2陳樂(lè )亮.新型油漿換代體系-- -合成基鉆井液國外研制井液的粘度在100C后開(kāi)始隨溫度和壓力的升高而與應用情況.石油與天然氣化I .1996,25(1):26- 30.增大;頁(yè)巖抑制性試驗結果表明,酯基鉆井液的頁(yè)巖3張琰,任麗榮.仿油牲水基鉆井液的試驗研究.現代地質(zhì)，2000,14(2)抑制性低于柴油基,高于水基鉆井液,其原因在于酯基液的極性介于柴油和水之間。中國煤化工°編輯鐘水瀟)w劉平簿,1972年生,中國石油天然氣總公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院在.MYHc N MH G油學(xué)院酋氣井T程專(zhuān)業(yè)碩」學(xué)位,現主要從事油田化學(xué)方面的研究工作。地址:(100083)北京市 910信箱研究生部博2000。電話(huà):(010)62098389。57●天然氣工業(yè)2001年11月溶液的礦化度、聚乙二.醇的分子量與濃度的影響，上在基漿中分別加人不同濃度的KCI.CaC2.NaCl述任何一種因素的增加，都將會(huì )導致聚乙二醇濁點(diǎn)后, 實(shí)驗結果見(jiàn)表2。的降低[5]。無(wú)機鹽對聚乙二醇的濁點(diǎn)有很大的影響。室內研究發(fā)現:隨眷無(wú)機鹽加量的增加,由于無(wú)表2無(wú)機鹽對聚乙二醇抑制作用的影晌機鹽促使聚乙二醇發(fā)生相分離,及在粘土表面上吸無(wú)機鹽GelL| 回收率+0600/0300附量增加而引起聚乙二醇的獨點(diǎn)降低。無(wú)機鹽對聚種類(lèi)|加量(%)(Pa/Pa)| (mL)(%)乙二醇的濁點(diǎn)影響如表1。30/19 4. 5/9880KCl25/163/6.57. s20/132/4. 5既1無(wú)機鹽對聚乙二醇濁點(diǎn)的影響21/132.5/63NaCl19/112/4415/10 ,1.5/2.55:種類(lèi)加量(%)24/15/704(97.CaCl222/142.5/5594.518/111.5/36)1注:基漿為:2%土+ 1%KPAM+2%嫌乙二酵+0.5%QS -2。)6KCI9389.5從表2的實(shí)驗結果可發(fā)現:隨著(zhù)氯化鉚加量的增加,失水減小，頁(yè)巖回收率增大。這是由于K*的有機處理劑也會(huì )影響聚乙二醇濁點(diǎn)。隨著(zhù)有機水化能比較低,聚乙二醇與K'間較強的相互作用，處理劑加量增加,其獨點(diǎn)表現為先增加后減小。加壓縮 帖土表面的雙電層,使粘土表面的水化膜變薄，量很低時(shí),其濁點(diǎn)基本趨于聚乙二醇的濁點(diǎn)。有利于聚乙二醇在粘土表面的吸附。阻止粘上顆粒(2)協(xié)同作用與水接觸,抑制頁(yè)巖水化分散。聚乙二醇與KCl的吸附在粘土表面的鉀離子壓縮粘土表面的雙電協(xié)同作用抑制頁(yè)巖水化分散。當溫度高于聚乙二醇層,使粘土表面的水化膜變薄,有利于來(lái)乙二醇的吸的濁 點(diǎn)溫度時(shí),析出的聚乙二醇顆粒封堵頁(yè)巖裂縫，附包被作用,可阻止粘土與水直接接觸,以抑制頁(yè)巖抑 制作用增強。的水化分散(4)。氯化鈉濃度對聚乙二醇抑制頁(yè)巖水化影響較(3)滲透作用大,在氯化鈉加量低時(shí),聚乙二醇抑制作用較差,由聚乙二醇能夠提高鉆井液濾液的粘度,并通過(guò)于鈉離子水化作用較強,與溶劑化水結合很牢固,鈉.降低鉆井液中水的活度來(lái)減小壓力滲透,起到穩定離子與聚乙二醇之間的作用不足以將溶劑化水帶頁(yè)巖,防止井壁失穩的作用。走,而聚乙二醇的加人會(huì )使粘土晶體地面間距增大。聚乙二醇抑制機理為:通過(guò)濁點(diǎn)行為,當溫度高氯化鈣中鈣離子的水化作用較強,與溶劑化水于聚乙二醇的獨點(diǎn)溫度時(shí),聚乙二醇會(huì )彤成顆粒,封結合很牢固 ,鈣離子與聚乙二醇之間的作用不足以.堵頁(yè)巖裂縫;與無(wú)機鹽的協(xié)同作用，在頁(yè)巖表面強烈將溶劑化水帶走, 而聚乙二醇的加入會(huì )使粘土晶體吸附,進(jìn)一步阻止頁(yè)巖水化.分散;滲透作用,提高鉆地面 間距增大,抑制作用很弱。井液濾液粘度,降低鉆井液中水的活度來(lái)臧小壓力(2)聚乙二醇分子量對抑制作用的影響滲透,起到穩定頁(yè)巖,防止井壁失穩的作用。聚乙二醇是一種水溶性高分子化合物,其分子影響聚乙二醇抑制作用的因素.通式為:44Xn +18,n為聚合度。平均分子量大約在200~20 000之間。隨著(zhù)分子量的增加,可以從無(wú)聚乙二醇本身具有獨點(diǎn)行為,其濁點(diǎn)隨濃度的色 、無(wú)臭粘稠液體增稠至半固體。它在粘土表面上升高而降低。當濃度升高時(shí)易形成膠束并聚集。正的吸附是靠-0- 與粘土顆粒表面的-OH形成氫是由于濁點(diǎn)的存在,提高了鉆井液的防塌性能。研鍵,-0-也可與粘土顆粒表面的高價(jià)離子鰲合,具究表明:當溫度接近或超過(guò)聚乙二醇的濁點(diǎn)溫度時(shí)，有較中國煤化工分子量為400、其抑制性能會(huì )得到進(jìn)一步的提高。1 000三基漿同前),其粘(1)不同的無(wú)機鹽對聚乙二醇頁(yè)巖抑制作用的切、失:DYHCNMHG2mL.12mPa.s.影響6.5Pa .5.1 mL?？梢?jiàn),分子量增大聚乙二醇的抑58，第21卷第6期天然氣工業(yè)制性增強,同時(shí)高分子量的聚乙二醇還可做降濾失聚乙二醇能夠封堵頁(yè)巖裂縫,溫度越高 ,抑制作用會(huì )劑，使失水降低,粘切增加。小分子量的乙二醇類(lèi)在越強。室溫下可溶于水,而當溫度升高時(shí),會(huì )發(fā)生相分離現2)合適的無(wú)機鹽與聚乙二醇具有協(xié)同作用,在象，形成乳狀液,可堵塞頁(yè)巖孔隙,起到封堵作用。含有氯化鉀、氯化鈉.氯化鈣的水溶液中抑制作用增(3)加量對聚乙二.醇頁(yè)巖抑制作用的影響強在2%土+ 1%KPAM +0.5%QS-2+5% KCl3)聚乙二醇頁(yè)巖抑制機理為:通過(guò)濁點(diǎn)行為、協(xié)的基漿中加入1%的聚乙二醇在100C老化16 h后同作用、滲透作用,起到抑制頁(yè)巖的水化來(lái)穩定井壁測其性能,此時(shí)發(fā)現鉆井液的API失水為21 mL,而的作用。當聚乙二醇加量達5%后API失水為7 mL,粘切分別為11 mPa.s.3.5 Pa。隨著(zhù)爨乙二醇濃度的增加，鉆井液失水得到控制。因此,聚乙二醇具有較強的1Ron Bland and G L Smith Baker hughes INEQ Low salinity頁(yè)巖抑制作用。polyglyool water - based dilling fhuids as altemnative to oil -based muds. SPE36400(4)聚合物對聚乙二醇抑制作用有一定的影響室內研究表明:當加入一定量的聚合物時(shí),聚乙2 Reld F I and Bernadeue. TDolan. Mechanism. of shale inhi-bition by polygyols in water - based drlling fluid.二醇的抑制性能有所提高。為滿(mǎn)足現場(chǎng)施工要求，SPE28960應選擇合適的有機處理劑,使聚乙二醇的抑制性能i TwynamAJ et al. Glycol - enhanced water - based mud:得到最大程度的發(fā)揮。此外,溫度對聚乙二醇的頁(yè)case history to demonstrate improved driling eficiency in巖抑制性能也有重要的影響。當溫度高于檠乙二醇tectonically stressed shale .的獨點(diǎn)溫度時(shí),析出的聚乙二醇封堵頁(yè)巖裂縫,溫度4向興金等.鉆井液與完液.199.16(3)越高,析出的聚乙二醇越多,抑制作用會(huì )越強。5 Aston, M P: Water - based glycol dilling mud: Shale inhi-bition mechanisms. Paper SPE 28818, Presented at the 1994結論Furopean Petruleurn Conference, London Oet .25- 271)當溫度高于聚乙二醇的獨點(diǎn)溫度時(shí),析出的(收稿日期2001-06-23 編輯鐘水清)歡迎訂閱2002年《測井技術(shù)〉本刊于1977年創(chuàng )刊,是經(jīng)國家科委批準面向國內外公開(kāi)發(fā)行的國家級正式期刊,是國內惟-反映我國測井技術(shù)發(fā)展現狀、水平及動(dòng)向的技術(shù)性刊物。本刊集學(xué)術(shù)性、技術(shù)性和信息性為一體,為中國科枝論文統i計源和<中國學(xué)術(shù)期刊(光盤(pán)版)>期刊;被<中國石油文擒>、美國《石油文擒)、美國職業(yè)測井分析家學(xué)會(huì )(SPWLA)地球物理敷據庫.美國Ei 檢索刊物敷據庫、萬(wàn)方.數據庫等收錄檢索;被美國