第8章几种新型钻井液完井液体系及适应性选择20100401.ppt

第八章 几种新型钻井液完井液体系及适应性选择,中国石油大学(北京)石油天然气工程学院,蒋官澄 教授,2010.3.15,目 录,一、几种新型钻井液体系简介 二、钻井液体系适应性的技术评价和经济评价 三、保护油气层钻井完井液体系研究,一、几种新型钻井液体系简介,1、正电聚醇钻井液体系,作用机理：,浊点效应,电性力的吸附,物理和化学吸附,降低粘土颗粒表面的ζ电位,,,,组 分：,正电聚醇、絮凝剂HF-PS、抗盐降滤失剂、WZD-Ⅱ等组成,优 点,由天然材料改性而成，能够在天然环境中自动降解而失去化学特性，生物毒性远远低于国家海洋排放标准1）吸附量及吸附强度的测定结果,脱析率实验,对粘土试样，正电聚醇的吸附量和吸附强度明显高于聚合醇，正电聚醇抑制粘土颗粒水化分散的能力远远强于聚合醇海水正电聚醇钻井液评价试验,（2）抗盐钙污染评价,实验结果表明：按照3：2、1：1和2：3基浆与海水比例混合配置钻井液，其粘度控制在35s-45s、API失水控制在5-7ml，动切力和塑性粘度变化较小，各项性能良好， 能够满足现场要求不同比例的海水配方，在提高主要处理剂加量的基础上，抗盐效果较好性能可以满足在海上使用,（3）正电聚醇钻井液油气层保护效果评价实验,正电聚醇钻井液渗透率恢复值效果评价,正电聚醇钻井液能有效地形成暂堵环，在截去直接受污染的表层后，渗透率恢复值较高，油层污染深度大大降低，起到保护油层的作用。

2、有机正电胶钻井液体系,作用机理：,正负胶粒极化水分子形成复合体，在毛细管中整体流动，易反排在近井壁处形 成静止层；正电胶与水分子的亲和力强，抑制了粘土的水化，使粘土成为惰性；改变钻 井液的流变性能1）抗温稳定性评价,抗温稳定性评价,,评价结果表明：体系抗温能达120℃，性能良好，有利于现场应用评价结果表明：体系抗温能达120℃，性能良好，有利于现场应用2）抑制性评价,采用岩屑回收率实验，达到88.4%，该岩屑的清水回收率为26.1%，这表明：有 机正电胶钻井液具有较强的抑制性3）抗污染评价,抗污染评价,该体系不仅在较高的固相容限量仍有较好的流变性能，同时有较好的稀释剂与其 配伍，能保证水平井的现场施工的正常运行4）保护油气层效果评价,不同渗透率岩心进行恢复值评价,,,油层保护添加剂加入后钻井液的API滤失量非常低，只有3ml左右，高温高压滤失量也降到了12ml以下，几乎没有瞬时失水，采用超低渗透保护油气层技术的井砂床滤失量为01）甲酸盐钻井液抑制性评价实验,钻井液抑制性评价实验,3、甲酸盐钻井液体系,甲酸盐钻井液回收率最高,能很好地抑制泥页岩的水化膨胀与分散，其性能优于目前使用的聚合物钻井液和有机硅钻井液。

2）油气层保护评价实验,甲酸盐体系渗透率恢复值实验,油层渗透率恢复值达90%以上，在污染端截去1.2cm后渗透率恢复值达到95% 以上，这说明甲酸盐体系对油气层具有良好的保护效果上部地层配方优选,（1）阳离子聚合物体系复配实验,通过单剂的优选，以大阳离子聚合物即高分子量聚丙烯酰胺作为包被絮凝剂，以小分子量的阳离子有机化合物作为泥页岩抑制剂，以铵盐、JMHA作为降失水剂，在下部井段加入SMP、SMC、PSC、SPNH处理剂提高抗温性，降低失水4、阳离子聚合物钻井液体系,下部地层配方优选,通过优选实验法，优选出以下室内基本配方：上部地层为：基浆+0.5%小阳离子+0.4%大阳离子+1.0%抗盐降失水剂+0.4%铵盐+0.5%CaO；下部地层为：基浆+0.2%小阳离子+0.2%大阳离子+0.5%抑制性降失水剂(JMHA)+0.4%铵盐+4%SAS +3%SPNH+ 2%PSC+1.5%SMC2）保护油气层实验,油气层保护实验,二、钻井液体系适应性的技术评价和经济评价,1、钻井液体系优选技术评价,钻井液完井液体系选择原则,钻井液完井液性能参数选择原则,①钻井液完井液设计原则,区域探井和预探井： 须选用不影响地质录井、易于发现产层的钻井液体系，要求泥浆的荧光度和密度低。

生产井： 主要目的是保护好油气层和提高钻速 调整井： 主要特点是地层压力高一般选分散钻井液 超深井： 特点：高稳高压对钻井液的要求：热稳定性好；高压差下对滤饼的可压缩性好 定向井和水平井： 特点：易发生卡钻要求：防塌、防卡根据油气井的类型选择钻井液体系,盐膏层： 如果盐膏层很薄选用抗盐、钙处理剂，使性能达到稳定；预先转化为盐水体系如果盐膏层很厚处理办法有：用油基钻井液；用饱和盐水钻井液体系 易塌地层： 首先分析井塌的原因，采用防塌钻井液 易漏失地层： 应采用以防漏为主的措施 易卡钻地层： 要求钻井液要有合理的密度、较低的润滑性和固含量 根据储层性质选择体系： 总的原则：根据储层类型、压力系数、储层渗透率、完井方法和潜在损害原因来选择，要求渗透率恢复率大于85%等根据地层特点选择钻井液体系,选择钻井液完井液的一般原则,在钻井液完井液体系、配方与性能方面，使用了基于规则推理和基于实例推理相结合的推理方法；在知识表达上，采用框架和规则表示方法相结合的集成表示方法②技术评价模型,a.基于规则推理的产生式钻井液知识模型,IF ( A1∧A2∧An) THEN ( B1∧B2. ∧Bn),A1∧A2∧An：称为规则的条件部分 包括油田、区块、井别、井型、开钻次序、井段深度、钻穿地层、特殊地 层情况、可能的复杂情况，井斜、位移等约束条件。

B1∧B2. ∧Bn:称为操作部分 包括钻井液类型和参数范围(密度、漏斗粘度、API失水、泥饼厚度、pH值、含砂量、HTHP失水、磨阻系数、初切、终切、塑性粘度、动切力、膨润土含量)If 油田=大港油田and区块=非含石膏区块and地层明化镇地层and井别=开发井and井型=定向井and开钻次序=三开and井段深度2500m and 40井斜60 and位移1500m Then 钻井液类型=有机硅钻井液7 and漏斗粘度=45~60 S and API失水5ml and 泥饼厚度0.5mm and PH值=9~10 and 含砂量0.3% and HTHP失水15ml and 磨阻系数0.08 and 初切3.5~5.5Pa and 终切=10~18Pa and 动切力=10~20Pa and 塑性粘度=15~25 mPa and 膨润土含量90 g/L用逻辑语言描述如下：,b.基于实例推理的框架式钻井液知识模型,《框架名》 《槽名1》《侧面名11》 （值111，值112，……） 《侧面名12》 （值121，值122，……） …… 《槽名2》《侧面名21》 （值211，值212，……） 《侧面名22》 （值221，值222，……） ……,《实例1》 《钻井液类型》 （低固相KCL聚合物钻井液） 《钻井液参数》 《密度》 （下限：1.15，上限：1.20） 《漏斗粘度》 （下限：40，上限：60） 《API失水》 （下限：0，上限：6） 《泥饼厚度》 （下限：0，上限：0.5） …… 《钻井液配方》 《KCL》 （下限：5%，上限：7%） 《CMC(中)》 （下限：0.3%，上限：0.5%） 《NH4-HPAN》 （1.0%） 《PAC141》 （下限：0.3%，上限：0.5%） 《流型调节剂》 （下限：0.2%，上限：0.4%） 《抗盐降滤失剂》（下限：1%，上限：2%） 《磺化沥青》 （下限：2%，上限：3%） 《KHm》 （下限：2%，上限：3%） ……,用逻辑语言描述如下：,配方：5-7%KCL+0.3-0.5%CMC(中)+1.0%NH4-HPAN+0.3-0.5%PAC141+0.2-0.4%流型调节剂+1-2%抗盐降滤失剂+降粘剂+2-3%磺化沥青+2-3%KHm+2-3%SMP+8.0%原油+0.3%乳化剂+极压润滑剂+NaOH+加重剂(按钻井液密度和体积计量)+油层保护剂 所属钻井液类型：低固相KCL聚合物钻井液; 密度：1.15-1.20 g/cm3 (按设计); 漏斗粘度: 40-60 S; API失水: 6 mL; 泥饼厚度: 0.5 mm; pH值: 8-10; 含砂量: 0.3%; HTHP失水: 15 mL； 磨阻系数: 0.08；初切: 1.5-5.0 Pa； 终切: 5.0-15 Pa；塑性粘度: 10-16 mPa.S； 动切力：8-12 Pa；膨润土含量：45 g/L。

表示举例,,SD——两个系统的总相似度值； ——主关键要素的相似度值； ——一般特征要素的相似度值； —— 一般特征要素的权重； 、 ——要素的个数将特征分为关键特征(钻井液类型)和一般特征(性能参数)，排除了系统因一个不重要特征因素检索到大量不相关的范例的可能性，克服传统公式计算相似度不足的地方权值的引入，实现了部分匹配,c.钻井液配方匹配模型,相似度SD(Similarity Degree)的确定是基于实例推理系统的一个非常困难的问题本系统采用模糊相似比进行相似度计算及度量的方法相似度比较模型,本系统的推理诊断过程可以分成两部：第一步是基于规则推理，第二步是基于实例推理 第一步推理所需要的参数包括了：油田、区块、地层、特殊地层、复杂情况、井别、井型、开钻次序、井段深度、井斜、位移推理的结果是一个或者多个钻井液类型，另外包含参数范围：密度、漏斗粘度、API失水、泥饼厚度、pH值、含砂量、HTHP失水、磨阻系数、初切、终切、塑性度、动切力、膨润土含量每一个参数会有一个权值，设计者可以根据经验分配其大小，(推理系统最初给出的权值是平均分配的) 第二步是根据钻井液类型和最终用户确定的性能参数来确定最有价值的钻井液配方，同时给出相应的调整建议和钻井过程中的维护方法。

d.技术评价步骤,钻井液体系、参数设计对照表,2、钻井液体系优选经济评价,对采用技术评价优选的钻井液体系，进一步计算净现值、净现值比率(NPVR)、内部收益率(IRR)、外部收益率、折算动态投资回收期、投资成本经济指标从而优选出技术上可行、经济效益上合理的钻井液体系，并对优选结果进行排序钻井液成本估算,以x井为例说明：,钻井液材料费用设计:,1、国内外保护油气层工程技术措施,（1）暂堵技术,暂堵技术是减轻油气层损害的重要方法，在钻井完井液中加入各种新堵剂既可以改善滤饼质量，减少滤失量，抑制粘土水化膨胀，又可有效控制固相侵入油气层，在现场应用中已取得良好的效果 新近发展的暂堵技术有： a、碱溶性微米级纤维素暂堵技术 b、固相颗粒多组分滤失模型 c、高渗储层暂堵技术 d、D90暂堵技术,三、保护油气层钻井完井液体系研究,（2）粘土或储层稳定剂 当粘土与低矿化度溶液接触时膨胀型粘土将水吸入晶格使体积增大，缩小孔隙；非膨胀型粘土发生移动、运移、和沉淀而堵塞孔道损害储层，需用粘土稳定剂稳定粘土及储层 理想的粘土或储层稳定剂应该具有以下特性： a、分子质量应低且颗粒均匀 b、在砂岩表面具有作润湿性，以降低含水饱和度。

c、粘土表面SiO2有强亲和力 d、分子应具有适当的阳离子电荷,（3）解堵技术 油层堵塞问题较为普遍，解堵技术已成为当前保护油气层、提高产量及提高采收率的重要方法 a、化学解堵： 氧化型解堵剂；复合解堵酸 ；二氧化氯 b、物理解堵：高温热处理,（4）互溶剂 从水湿向油湿变化对油气层损害严重水包油乳状液可利用水溶液、互溶剂与表面活性剂混合液分解，而油包水乳状液可利用芳香族溶剂与互溶剂的混合液进行分解5）防垢及溶垢技术 无机垢是从改变条件的溶剂或与不相配伍的水混合而析出的；有机垢是压力温度降低时重烃沉淀而形成的产物垢存在于油管孔眼或地层中，影响原油产量或注入量6）缓冲溶液 缓冲溶液主要是控制pH值在8以下，缓冲盐水pH值最大至8以防止高岭石破碎形成细粒状矿物，造成地层损害，加入氯化铵或硫酸铵缓冲剂可防止高pH值时硅酸盐分解2、国内外保护油气层钻井完井液体系,（1）。