钻井液技术交流资料耿铁.ppt
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1、WWW.COSL.COM.CN,钻完井液技术交流,中海油服油田化学研究院 耿铁 2011.8,第一部分:中海油服钻完井液简介 第二部分:高温高压水基钻井液技术探讨 第三部分:油基钻井液技术 第四部分:深水钻井液技术,钻/完井液设计、优化 现场钻完井液服务 钻完井液工程师服务 油田化学品供应 实验测试、分析 研发钻完井液体系及油田化学品 制造与销售 泥浆站服务,钻/完井液,提供环境友好和有利于储层的钻井液、完井液、修井液体系。为海内外作业者提供安全、优质、高效的钻完井液服务,服务能力,每年提供+300口井钻/完井液服务 +35年海上油田作业经验 +25年陆地油田作业经验 +7年海外作业经验,为国
2、内外+30油公司提供优质专业服务并建立了良好合作关系,市场分布:国内,海上作业占有率 钻/完井液: 90%以上,服务能力,作业团队 51,国内 45,国外 6,塘沽基地 湛江基地 深圳基地 上海基地等,印尼 阿联酋 缅甸等,服务能力,人力资源,雇员总数 1039,QHSE管理体系 1997年取得ISO9001资质认证,ISO 14001:2004,ISO 9001:2000,OSHAS 18001:1999,QA/QC & HSE 管理,钻/完井液体系,钻井液体系 深水钻井液 无固相钻井液 阳离子聚合物钻井液 泡沫钻井液 饱和盐水钻井液 氯化钾/聚合物钻井液 氯化钾/聚合醇钻井液 水包油钻井液
3、 欠平衡钻井液 甲酸盐钻井液 高温高压钻井液 合成基钻井液 聚胺钻井液,完井液体系 隐形酸完井液 聚胺完井液 清洁盐水完井液 胶联吸水修井液,技术与研发,油田化学研究院,实验设备齐全: 全套符合API规范的钻/完井液研究评价设备 完善的分析测试方法 工作范围: 钻/完井液体系评价与开发 技术方案设计、提供技术支持 油层保护工艺研究 专业技能培训,论文及专利,“十一五”期间,发表论文71篇和申请专利62项,授权受理45项。,发明专利: 快吸附、强抑制、低伤害的高效水基钻井液, 海水硅酸盐钻井液 一种海水基微泡完井液, 泥饼性能综合评价方法, 一种油基钻井液润湿剂的评价方法, 抗高温、无粘土相低渗
4、储层钻开液 一种海水基聚胺完井液及其制备方法 一种钻井液用保护低渗储层的封堵剂 实用新型专利: 可视型高温高压沙床滤失仪 一种带有磁力搅拌温控系统的极压润滑仪,仪器&设备,旋滴界面张力仪,主要功能 采用旋转液滴法测量液液和气液界面间的界面张力; 可以测量超低界面张力,有卓越的温度恒定系统和高精度的测量系统; 主要用于乳化剂的评价;表面活性剂研究;非溶解相的活性的优化;溶解度界限的定性分析;相边界吸附特性的研究;温度上升时界面张力的变化。,主要技术参数 温度范围:0100C 测量范围:10-610mN/m 测量精度:0.001mNm,KRUSS-site 04,仪器&设备,Fann-50 HTH
5、P粘度计,FAN77 LTHP&HTHP 粘度计,低剪切粘度计,仪器&设备,运动粘度测定仪,常温常压页岩膨胀仪,高温高压页岩膨胀仪,极压润滑仪,仪器&设备,Fann-90 HTHP dynamic filter press,常温堵漏仪,高温高压多功能动态评价试验仪,用于评价 高温高压堵漏,裂缝型漏失堵漏等实验,高温高压动失水仪,测量钻井液静态或动态条件下对岩心造成的伤害程度,仪器&设备,高温高压岩心流动实验仪,测量岩心的油相渗透率、也可用于岩心的五敏实验评价,三维荧光仪,测量钻井液材料的荧光级别,仪器&设备,测量钻井液材料的粒径分布曲线,马尔文Zeta电位仪,高温高压泡沫流体试验装置,MLT-
6、2001,储层伤害评价仪,仪器&设备,可进行不同温度、压力条件下的岩石液体渗透率测定 入井工作液对储层岩石渗透率影响程度、影响深度研究,仪器及设备,提供有效、及时的泥浆站设备支持,第一代高性能水基钻井液体系 PHPA System- 1980 第二代高性能水基钻井液体系 Glycol System- 1990 第三代高性能水基钻井液体系 Physical and Chemical Sealing to improve membrane efficiency-2000 储层钻进液体系 弱凝胶钻开液 完井液体系 清洁盐水等,PEM体系 PEC体系 HEM体系 PRD体系 MOM体系 SBM体系,隐
7、形酸完井液体系 聚胺完井液体系,属于氯化钾、聚合物和聚合醇共同作用的体系,也是环境可接受的水基防塌强抑制性的钻井液体系,并且部分具有油基泥浆特性的水基泥浆。,PEM 体系,体系优点 与其他钻井液添加剂有良好的兼容性; 钻井液性能可保持长时间稳定,现场维护简单; 有利于改善钻井液流变性,可提高固相容量限1020%; 优良的防塌效果,井径规则,平均井眼扩大率5%; 优良的润滑性; 低荧光对录井影响小; 优良的油层保护功能; 低生物毒性(LC50大于30000ppm) 对环境影响小;,PEM 体系,25,PEM钻井液的体系说明,PEM钻井液的基本配方,注:PF-JLX 的 浊点必须与井底和地层温度匹
8、配,26,PEM钻井液的体系说明,PEM钻井液的功能材料,27,PEM钻井液的体系说明,PEM钻井液的性能指标,K+ 利用K+的抑制机理,提高钻井液对储层的保护机能和对泥页岩的抑制机能;,PF-PLH 大分子水解聚丙烯酰胺类产品,能有效对泥岩进行包被和絮凝作用,PF-LPF 无荧光的低渗透成膜封堵剂,PEM体系作用机理,PF-JLX的浊点效应,A: 低于浊点,全部可溶。 B: 在浊点处,不溶且为雾滴状。 C: 高于浊点,形成胶束。,PEM体系作用机理,A,B,C,PF-JLX 胶素能够侵入孔吼并堵塞,防止泥浆进一 步进入地层. PF-JLX 包被钻屑防止分散和水化. PF-JLX 能吸附在钻具
9、和井壁改善润滑性. PF-JLX 能增加泥饼韧性,降低失水.,PEM体系作用机理,PF-JLX的浊点效应,PF-JLX 的类型 PF-JLX的浓度 无机盐的类型 无机盐的浓度 聚合物的浓度,影响浊点的因素,PEM体系作用机理,PF-JLX醇对油水界面张力影响(60),PEM体系作用机理,聚合醇除具有优异的防塌抑制性、润滑性及低荧光外,还具有降低油水界面张力作用,因此,从这种意义上讲又是一种保护低渗油气藏的助排剂。,适用于大斜度井、大位移井的作业 适用于中高温度和压力的井作业 适用于复杂井段作业 适用于探井作业 适用于油层段作业,PEM体系应用范围,作业经历,1995年以来共完成+600 wel
10、ls,PEM 体系,示例 1,20 ”CSG*535M,KOP=1378M,133/8” CSG2000M,95/8”CSG3844.44M,KOP=4060M,TD 4735M,QK18-1-P4 well,Max. inc.: 62.5o Displacement: 2517 M Well period: 41 days,QK17-2-P32h/P31 LD4-2/5-2/10-1所有大于60度的井 BZ25-1水平井 SZ36-1水平井 QHD32-6水平井 DF1-1水平井 WZ13-1水平井,示例 2,简 介,PEC体系具有以下优点: 具有强的携砂性; 能提高机械钻速; 提高钻井液体
11、系的固相容量限 2030%; 低荧光对录井影响小; 体系的膜效应能有效地保护储层; 低的生物毒性 (LC50大于 30000ppm) 对环境影响小,PEC 体系,应用:,MW 12ppg Temperature 250 适用于生产井开发,作业时间较短、工艺较为复杂的大斜度 大位移井,环境敏感区作业井的作业。,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,38,软泥岩地层的井壁情况,图示:滤液侵入地层简图,远井壁带水化膨胀,膨胀压升高 离子局部浓集粘土颗粒界面间短程斥力增加;造成渗透水化膨胀压增高 无机盐类抑制剂无法根本解决膨胀压的问题 化学因素难以从现有工艺上消除 物理因素 化学因素,P0,PM,
12、R,P,孔隙压力在高渗透地层的扩散,P0,PM,R,P,孔隙压力在低渗透地层的扩散,驱使钻井液流入页岩的力,页岩孔隙压力传递特征,什么半渗透膜?,Dp = 25 MPa for 3% and 20%NaCl Solutions Separated with Ideal Membrane,!,!,!,理想及非理想型的半透膜,二. 国内外现状及发展趋势,粘土孔隙内的双电层,页岩的半透膜效率随时间递减,Deterioration of the reflectance coefficient, s for the Beerkanaal (BK) dredging sludge during the e
13、xperiment. The values for s were calculated using the water flux from the fresh to the salt water reservoir. Th. J. S. Keijzer and J. P. G. Loch, “Chemical Osmosis in Compacted Dredging Sludge”, p 1045-1055, Soil Sci. Soc. Am J., Vol. 65, 2001.,钻井液压力如何能更有效地用于稳定井壁,46,作用于岩石上的钻井液压力是有效压力 被传递到岩石内部的钻井液压力是
14、有无效压力 有时增加钻井液比重将导致岩石内部空隙压力增加,从而需要进一步增加钻井液比重,From SPE 116139, “Wellbore Stability Performance of Water Base Mud Additive”, Russell T. Ewy and E. Keith Morton, Chevron Energy Technology Company,页岩孔隙压力传递测试设备示意图,PEC体系作用机理,50,PEC钻井液的体系说明,PEC钻井液的基本配方,注:裸眼段大于2500米的大斜度井,使用浓度为515 kg/m3的液体PF-COK,51,PEC钻井液的体系说
15、明,PEC钻井液的功能材料参考加量,PEC体系典型性能,PEC 体系,应用实例:渤海湾,范例 1:BZ34-1 油田水平井,PEC 体系,HEM钻井液是一种以聚胺等三种材料为主剂的水基钻井液体系,适用于相对复杂地层、储层及深水钻进。 PF-HAB聚胺为主抑制剂,(抑制造浆,使泥浆流变性稳定); 中等分子量的阳离子聚合物PF-HIP为包被剂,抑制泥页岩分散; 可生物降解的油脂及多种表活剂制成的防泥包润滑剂PF-HLUB,防止泥包,提高泥浆润滑性。,HEM 体系,流变性好控制; 润滑性好; 滤液油水界面张力低; 低温流变性平稳; 储层损害小,油保效果好; 处理剂种类少,维护简单; 极易造浆地层抑制
16、不是很完全,如渤中地区极易水化地层处理剂消耗相对较快。,钻井液特点,HEM 体系,由于胺基氮原子上具有孤对电子,孤对电子很容易进入泥页岩铝氧八面体晶片中央的铝、铁或镁原子的空轨道而被粘土吸附; 对膨胀性和分散性页岩均有抑制作用。,聚胺溶于水,释放出有机阳离子和氢氧根离子: NHR2+H2O=N+H2R2+OH- 有机阳离子通过静电吸附在搬土或钻屑表面:,作用机理 PF-HAB作用机理,作用机理PF-HAB结构表征-IR,图中 3282.3cm-1处为NH吸收峰;1110.8cm-1和1039.5cm-1处吸收峰为C-O-C伸缩振动峰,说明PF-HAB为含活性胺基醚类化合物。,2.7-3.0pp
17、m处的两组峰是A2B2一级谱系统。说明主要组分分子中有OCH2CH2N类似结构。综上所述,合成的PF-HAB主要为聚醚胺类化合物。,作用机理PF-HAB结构表征,- 1H NMR,作用机理 PF-HAB吸附实验,吸附等温线均为典型的L型吸附等温线。在较低的平衡浓度时,吸附量急剧增加,随着平衡浓度的增加,吸附量的增加趋缓,当平衡浓度达到临界胶束浓度(CMC)附近时,吸附趋于饱和。加入电解质后,吸附平台值减小,由此可以推断PF-HAB在蒙脱土上吸附的主要驱动力是静电作用力。加入电解质后,压缩了双电层,静电吸引作用明显减弱,因此吸附量有所降低。,电解质的影响,温度升高后,吸附量都有所降低,一方面是由
18、于温度升高,高温去水化作用使得蒙脱土发生聚结,颗粒表面有效的吸附面积减小。,作用机理 PF-HAB吸附实验,温度的影响,作用机理 XRD测定,PF-HAB-MMT层间距的变化,从XRD曲线可以看出,聚胺PF-HAB能进入膨润土的晶层,从而可以阻止水分的进入,防止泥页岩的膨胀。,处理剂性能评价 PF-HAB抑制造浆,自行研制的PF-HIP阳离子聚合物包被剂抑制泥页岩分散效果好。,处理剂性能评价 HEM包被剂PF-HIP,通过研究国外高效包被剂,自行研制了阳离子高效包被剂PF-HIP,处理剂性能评价 HEM防泥包润滑剂,(1)常规性能,HEM 体系,滚动回收率(BZ28-2钻屑对比),HEM 体系
19、,HTHP防膨率,HEM 体系,(4)吸水量,BZ34-1人造岩心在不同钻井液中浸泡后的吸水量对比,BZ34-1人造岩心在HEM钻井液中吸水最少,为7.3%,在PEM钻井液中吸水其次,在PEC钻井液中吸水相对来说最高,为11.2%,这说明HEM钻井液抑制水化膨胀最强。,HEM 体系,(5)岩石强度,BZ34-1人造岩心在不同钻井液中浸泡后的强度对比,BZ34-1人造岩心在四种不同的钻井液中浸泡后强度与未浸泡的岩样相比,有较大的变化。岩样在PEM钻井液中浸泡后强度最高,在PEC钻井液中浸泡后强度最低。,HEM 体系,(6)钻屑粘附率及润滑性,HEM 体系,(7)抗污染实验,HEM 体系,实验表明
20、:HEM钻井液在130以下时性能非常稳定,在140时适当调整配方仍可现场应用。,(8) 抗温性测试,HEM 体系,老化条件:10016h PPT试验条件:100500psi35微米陶瓷盘,9. PPT实验,HEM 体系,(10)储层保护实验评价,HEM 体系,HEM聚胺钻井液体系的低温(4)粘压曲线,低温性能评价,HEM 体系,HEM聚胺钻井液体系的粘温曲线,HEM聚胺钻井液低温流变性平稳。,HEM 体系,HEM在BZ34-1N-C4,国外聚胺在BZ34-1A29井,HEM在BZ34-1A D2h,国外聚胺在BZ34-1A26井,相对国外的聚胺钻井液,HEM的漏斗粘度平稳,HEM 体系,应用实
21、例1: BZ34-1N C4,HEM在BZ34-1N-C4,HEM在BZ34-1A D2h,国外聚胺在BZ34-1A26井,国外聚胺在BZ34-1A29井,相对国外的聚胺钻井液,HEM的PV及YP均比较平稳,HEM 体系,应用实例1: BZ34-1N C4,钻完井时间,起钻、电测、下套管时间,与国外聚胺钻井液相比,HEM钻井液钻完井及起下钻时间短,起下钻顺利,电测成功,下套管一次到位。,HEM 体系,应用实例1: BZ34-1N C4,扭矩和泵压,非生产时间,应用实例1: BZ34-1N C4,HEM 体系,PRD体系是一种快速弱胶凝体系 PRD体系具有很好的热稳定性 剪切力的时间无依赖性能有
22、效地阻止岩屑床的形成 高的低剪切粘度能有效地阻止固液相侵入储层和对井壁的冲蚀,PRD 钻进液体系,体系优点 钻井液性能可保持长时间稳定,现场维护简单; 优良的低剪切速率性能,携砂能力强; 良好的防塌能力,井径规则; 具有优良的润滑性; 低荧光对录井影响小; 特别适合大斜度井、水平井钻进,油层保护效果明显; 低生物毒性(LC50大于30000ppm) 对环境影响小;,PRD 钻进液体系,83,PRD钻井液的体系说明,PRD钻井液的基本配方,PRD钻井液的功能材料参考加量,84,PRD钻井液的体系说明,PRD钻井液的性能指标,Brookfield Viscosifier,Brookfield LV
23、,独特的流变性能,PRD 钻进液体系,低泵冲下最大限度减少岩屑床的形成,PRD 钻进液体系,High LSRV (Low Shear Rate Viscosity),Viscosity, 1000 cp,0.01,0.1,1,10,10,20,30,40,Shear Rate, sec,-1,Fann rpm,3,6,0.7%,PF-VIS,0.7%,HEC,Make a polymer plugging to resist filtrate further invasion,PRD 钻进液体系,最大限度减少对地层的侵害,LSRV40,000cp,LSRV1,000cp,Sandstone C
24、ore (500 md), Diameter: 2”, Thickness: 1.0”, Hole Diameter: 0.25”,PRD 钻进液体系,A3: 水平段 1900-2402m, 502m. A6:水平段 1745-2342m, 597m. A8:水平段 2853-3362m, 509m. LSRV 0.06 S-1 : 50,000-60,000 cps,WC13-1 区块三口水平井,实例,塔里木油田TK425 水平井,完钻井深 5600m,PRD 钻进液体系,体系介绍: 一种新型抗高温无粘土相钻井液体系 适合于高温低孔低渗油气层的开发。,HSD 体系,适用温度 360 最大比重
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