无渗透钻井液技术的研究解析.doc

无渗透无侵害钻井液技术研究 化学与环境工程学院 [摘要]概述了无渗透无侵害钻井液体系及其工作机理，介绍了国外DWC2000无侵害钻井液体系和国内的无渗透钻井液处理剂OCL-BST的研究状况，并给出了：API滤失仪测试法，FA型无渗透钻井液滤失仪测试法，注射器测试法及试管测试法这四种无渗透钻井液渗滤性能的评价方法，最后阐述了此钻井液体系的功能特性。 [关键词]无渗透；无侵害；DWC2000；OCL-BST；FA滤失仪；注射器测试 钻井过程中的油层保护工作是油层保护系统工程的第一个环节， 在用常规钻井工艺钻井中，外来流体始终与井内不同地层和流体接触，很容易对油气层造成伤害。储层伤害不但影响油井的初期产量，而且影响后续作业的损害程度和作业效果。为减少油层伤害，提出了一种新的钻井液-无侵害无渗透钻井液。无渗透无侵害钻井液是一种对地层几乎不产生滤液渗透和固相侵害的体系。无渗透是指钻井液滤液几乎不渗入地层，不损害储层，采用砂床评价方法测得的滤失量趋近于零；无侵害是指体系中的固相颗粒对地层几乎不产生侵害，能最大程度地防止储层渗透率降低，实现无损害钻井。近年来，国内外无论是在钻井液储层伤害机理方面，还是在防止储层伤害方法以及储层保护钻井液技术方面都取得了很大进展。 无渗透无侵害钻井液体系及作用机理 通过钻井液储层损害机理分析可知，主要的储层伤害机理包括孔隙喉道的物理堵塞和缩小以及相对渗透率的变化等。为了保护油气层，避免储层伤害，首先要考虑减少钻井液侵入储层。石油工作者期望研发出对储层无侵害且保护油气层的钻井液，无渗透无侵害钻井液技术则实现了这个目标，“无渗透无侵害”的意思是无液相与固相侵入损害。这种钻井液体系是目前国内外都热切关注研制开发的一种新型钻井液体系，通过在常规钻井液中加入无渗透钻井液处理剂转化而成。与以往钻井液体系相比，该体系利用表面化学原理，实现在很短时间内，钻井液在岩石表面就形成一层具有一定强度的无渗透膜，将钻井液和地层隔离开，不仅防止钻井液任何组分的进人，同时阻止压力传递，它不受液柱压差和浸泡时间的影响，既能很好地保护油气层，又可以保持井眼稳定、提高地层承压能力和防止压差黏附卡钻[1]。 无渗透钻井液的核心技术是利用特殊聚合物处理剂(油溶或水溶)，这些处理剂具有极其广泛的HLB值，能有效封堵储层。当加入普通钻井液中，该聚合物形成可变形的聚集体或膜(膜在溶液中是分子成组式的，形成球状、棒状和片状)，在井眼内液体的压力下，这些膜在泥饼和井壁岩石表面浓集形成胶束，依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性，能自适应封堵岩石表面较大范围的孔喉，在泥饼和井壁岩石表面形成致密无渗透膜，在井壁的外围形成保护层，有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层，使钻井液及其滤液完全隔离，不会渗透到地层中，从而实现近零滤失钻井，有效保护油气层。 其机理如图1-1所示[2]，其中1表示成膜，2表示膜在溶液中成为可变形屏障，3表示钻井液滤失的早期阶段在岩石表面形成膜。 图1-1 无渗透钻井液体系机理图 国内外的研究状况 国外研究状况? 美国于2000年开始研究该技术，年底开发了无渗透钻井液的配套核心产品，形成了一套无渗透钻井液室内评价方法，目前该技术已成功地进行于现场应用[3,4]。使用的无渗透钻井液不仅有油基钻井液体系、合成基钻井液体系，也有聚合物、盐水、甲酸盐、硅酸盐等水基钻井液体系。无渗透钻井液可有效地解决探井储层损害问题，比如，在印度孟买深海区域采用该技术，油井产能比预期高出580％。此外，该技术在防漏、防塌和防压差黏附卡钻方面也取得了很好的效果。 美国EDTI公司(Environmental Drilling Technology Inc．)研制成功了FLC2000(动滤失降低剂)、LCP2000(堵漏剂)和KFA2000(润滑剂)三种钻井液处理剂[5]，并配制出一种新的钻井液体系，称之为DWC2000无侵害(或无侵人)钻井液(non-invasive drilling fluid)，其油气层保护效果非常好。这三种钻井液处理剂适用于淡水、盐水和饱和盐水。抗温201℃，加量仅为1％～2％，不再需要添加水解聚丙烯酰胺、沥青质、乙二醇等处理剂，并可预装成一袋化(one sack product)使用，不受地层中石膏、盐、硫化物等污染。 DWC2000无侵害钻井液所用的3种处理剂的基本组成和机理为： FLC2000动滤失降低剂 FLC2000是一种用植物衍生物质形成的混合物，含有部分水溶、全水溶和不溶有机聚合物以及一些金属氰化物，其作用机理主要是通过物理化学和表面化学的作用逐步封堵并形成封堵膜，使钻井液动滤失量降低。FLC2000在高温下稳定，不受井内污染物影响，用于水或油基钻井液，可将任何水或油基钻井液转换成无