文档介绍：甲酸盐钻井液的研究与应用
摘要:无固相甲酸盐钻井液是近年来发展应用起来的一种新型钻井液体系,具有盐水密度范围宽、结晶温度和腐蚀电位较低、对页岩抑制性强固相污染容限很高、不损害产层、无毒等优点,本文通过对甲酸盐及甲酸盐钻井液的室内研究和现场应用,总结了甲酸盐钻井液的特点及使用规律,分析了该体系的不足及改进的方向。
甲酸盐(包括甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯)钻井液体系,是国外80年代末提出来的新型无毒环保型钻井液和完井液,该体系主要有以下优点:
清洁盐水密度范围宽:-;
结晶温度和腐蚀电位较低;
固相含量低,流变性优良;
性能稳定,维护成本低,能抗高温;
无毒,可生物降解,易于为环境所接受;
与油田常用处理剂配伍性好;
对页岩抑制性强,固相污染容限很高;
不损害产层。
能提高高分子高温稳定性
正是由于甲酸盐体系的上述特点,在国外有了越来越广泛的应用。甚至国外有人预言,甲酸盐钻井液、完井液将会成为21世纪钻井液完井液的发展主流。国外已应用甲酸盐体系成功的钻进了小井眼、大斜度井、大位移井及水敏性很强的高难度井,取得了很好的效果。
国内许多研究单位对甲酸盐体系也进行了研究,取得了较好的室内研究效果,并进行了现场试验。从目前情况看,甲酸盐体系不需加任何固体加重材料就能获得高密度,其体系中无悬浮颗粒,故达到较高密度时仍保持低粘、低活度的性能。钻井液、完井液中不含固相材料和保持较低的粘度及低活度,非常有利于保护油气层和优化钻头水动力参数,降低摩阻和压力损失,提高钻井速度。因此低密度无固相甲酸盐体系作为钻井液完井液具有很好的应用前景。
我们对目前甲酸盐钻井液研究现状调研的基础上,分析了甲酸盐的特点,对甲酸盐的抑制能力进行了评价,并配制出密度为(-)g/cm3无固相甲酸盐钻井液和完井液。
一、甲酸盐盐水的性质
①甲酸盐盐水的物理性能
甲酸盐在水中极易溶解,其清洁盐水的密度范围:-。常用的三种甲酸盐盐水的性能见表21。
表21 甲酸盐盐水的性能
盐
最高密度(g/cm3)
粘度(cp)
PH
甲酸钠
甲酸钾
甲酸铯
由表中数据可以看出,在三种甲酸盐中,甲酸铯的溶解度最大,但甲酸钾的摩尔浓度最高。甲酸盐体系不需加任何固体加重材料就能获得高密度,其体系中无悬浮颗粒,故达到较高密度时仍保持低粘。且甲酸盐的凝固点和结晶温度也都很低。甲酸盐溶液浓度与密度的关系及甲酸盐的实际结晶温度与密度的关系分别见表22、图6、图7和图8。
表22 甲酸盐溶液浓度与密度的关系
甲酸钠
甲酸钾
浓度/ g/100ml
密度/ g/cm3
浓度/ g/100ml
密度/ g/cm3
8
8
10
10
15
15
20
20
30
40
40
45
60
80
80
100
90
150
100
200
250
300
350
400
图6
图7
图8 甲酸盐的实际结晶温度与密度的关系
②甲酸盐环境适应性
甲酸盐环境适应性见表23。
表23 甲酸盐环境适应性评价
盐类
家鼠毒性LD50(mg/Kg)
甲酸钠
11200
甲酸钾
5500
甲酸铯
200-2000
氯化钠
4000
氯化钾
1500
溴化钙
1920
在Paroln推荐的试验中,所有甲酸盐都归入无毒或实际无毒。所有的甲酸盐能很快生物降解,在水中只能短期存在,属于易生物降解类,也就是28d生物降解大于70%。
③甲酸盐与聚合物的配伍性
我们对油田常用的增粘剂黄原胶、常用的降滤失剂PAC(聚阴离子纤维素)和交联淀粉衍生物与油田常用盐水配伍后的耐温性能进行了研究。聚合物经受高温时有不同的表现。有的聚合物,如黄原胶有一个转换温度。转换温度是聚合物构形从有序到无序变化的温度。构型的变化伴随着粘度急剧降低和水解速度急剧增大。不同的盐对黄原胶的转换温度有不同的影响,有的降低转换温度,有的升高转换温度。甲酸盐可以增加黄原胶溶液的热稳定性,尤其是甲酸钾,可大幅度提高黄原胶的热稳定性。溴化物,尤其是溴化钙会降低黄原胶的转换温度,使黄原胶在较低的温度下发生降解。PAC和交联淀粉衍生物虽然没有转换温度,但是,它们的粘度随温度的增加而降