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高性能环保水基钻井液的研究与应用

宿振国 王瑞和 刘均一 李光泉 李婧靓

宿振国,王瑞和,刘均一,等. 高性能环保水基钻井液的研究与应用[J]. 钻井液与完井液,2021,38(5):576-582 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.006
引用本文: 宿振国,王瑞和,刘均一,等. 高性能环保水基钻井液的研究与应用[J]. 钻井液与完井液,2021,38(5):576-582 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.006
SU Zhenguo, WANG Ruihe, LIU Junyi, et al.Study and application of environmentally friendly high performance water base drilling fluid[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(5):576-582 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.006
Citation: SU Zhenguo, WANG Ruihe, LIU Junyi, et al.Study and application of environmentally friendly high performance water base drilling fluid[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2021, 38(5):576-582 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.006

高性能环保水基钻井液的研究与应用

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2021.05.006
基金项目: 国家科技重大专项课题“致密油气开发环境保护技术集成及关键装备”(2016ZX05040-005);中石化集团公司重点项目“新型高性能环保水基钻井液技术研究”(JP18038-12)
详细信息
    作者简介:

    宿振国,在读博士研究生,主要从事钻井工程新技术等研究工作。E-mail:suzg.ossl@sinopec.com

    通讯作者:

    王瑞和,教授,博士研究生导师。E-mail:wangrh@upc.edu.cn

  • 中图分类号: TE254.3

Study and Application of Environmentally Friendly High Performance Water Base Drilling Fluid

  • 摘要: 针对高性能水基钻井液体系配方复杂、性能调控难度大、生物毒性与重金属超标等技术难题,采用疏水缔合与接枝复合改性方法,设计、研发了一种基于天然高分子/无机纳米复合材料的环保降滤失剂EFR-1,并对其性能进行评价。结果表明,EFR-1的抗温可达170 ℃,在饱和盐水中API滤失量仅为14.8 mL,生物毒性EC50值为96 500 mg/L,生物降解性BOD5/CODCr为18.56%,较好地解决了降滤失剂抗温、耐盐与环境友好性能相互制约的问题。构建了抗高温为170 ℃的高性能环保水基钻井液体系HPHB,该钻井液的流变、滤失性能稳定,配方组成简单,高温高压滤失量仅为7.8 mL,生物毒性EC50值为56 800 mg/L。目前高性能环保水基钻井液体系HPHB已在胜利油田、新疆准中区块等现场应用20余口井,施工顺利,实验井段的井径扩大率≤5%。在显著提升钻井液工程性能的基础上,实现了绿色无毒,为深层超深层、海洋深水、非常规等复杂油气藏的绿色开发提供了技术支撑。

     

  • 图  1  环保降滤失剂EFR-1的红外光谱分析结果

    图  2  环保降滤失剂EFR-1的粒径分布曲线

    图  3  环保降滤失剂EFR-1的透射电镜TEM图片

    表  1  环保降滤失剂EFR-1的降滤失性能

    EFR-1/
    %
    热滚
    条件
    FLAPI/
    mL
    FLHTHP/
    mL
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    0热滚前23.010.56.54.0
    热滚后30.084.04.03.50.5
    0.5热滚前9.221.013.08.0
    热滚后8.240.620.514.06.5
    1.0热滚前6.233.521.012.5
    热滚后5.224.842.531.011.5
    1.5热滚前6.047.030.017.0
    热滚后4.820.458.541.017.5
      注:热滚条件为160 ℃、16 h;高温高压滤失量测试条件为160 ℃、3.5 MPa
    下载: 导出CSV

    表  2  环保降滤失剂EFR-1的抗高温性能

    T热滚/
    FLAPI/
    mL
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    热滚前6.233.521.012.5
    1605.242.531.011.5
    1707.227.521.06.5
    18013.69.08.01.0
      注:热滚时间为16 h;基浆:膨润土浆+1%EFR-1
    下载: 导出CSV

    表  3  环保降滤失剂EFR-1的抗盐性能

    NaCl/
    %
    热滚
    条件
    FLAPI/
    mL
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    0热滚前6.233.521.012.5
    热滚后5.242.531.011.5
    4热滚前7.822.513.09.5
    热滚后7.213.09.04.0
    10热滚前9.223.015.08.0
    热滚后8.810.07.03.0
    20热滚前13.230.018.012.0
    热滚后11.216.512.04.5
    饱和热滚前13.826.016.010.0
    热滚后14.222.519.03.5
      注:热滚条件为160 ℃、16 h;基浆:4%淡水膨润土浆+1%EFR-1
    下载: 导出CSV

    表  4  环保降滤失剂EFR-1的抗钙性能

    CaCl2/
    %
    热滚
    条件
    FLAPI/
    mL
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    0热滚前6.233.521.012.5
    热滚后5.242.531.011.5
    1.0热滚前8.622.517.05.5
    热滚后6.424.518.06.5
    1.5热滚前13.223.015.08.0
    热滚后10.820.014.06.0
    2.0热滚前22.09.56.03.5
    热滚后18.010.07.03.0
      注:热滚条件为160 ℃、16 h;基浆:4%淡水膨润土浆+1%EFR-1
    下载: 导出CSV

    表  5  高性能环保水基钻井液的流变、滤失性能

    T热滚/
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI/
    mL
    FLHTHP/
    mL
    pH
    热滚前51.536.015.55.0/9.52.810.0
    16040.529.511.04.0/7.02.47.69.5
    17038.528.010.54.0/6.52.87.89.5
    下载: 导出CSV

    表  6  高性能环保水基钻井液的环保性能

    体系配方pH色度生物毒性EC50/
    mg·L−1
    重金属元素/
    mg·kg−1
    PbCdCr
    HPHB9.520056 8001.320.070.10
    聚磺防塌11.0100084005.912.237.81
    下载: 导出CSV

    表  7  高性能环保水基钻井液热滚后的抗污染性能

    污染物AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa
    FLAPI/
    mL
    pH
    HPHB40.529.511.04.0/7.02.810.0
    20%NaCl47.035.012.04.5/8.53.69.0
    1%CaCl256.540.016.56.5/9.54.29.0
    10%评价土54.036.018.07.0/11.03.69.5
      注:热滚条件为160 ℃、16 h
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    表  8  高性能环保水基钻井液的储层保护性能

    K0/
    mD
    Kd /
    mD
    Kd/K0 /
    %
    Kd'/
    mD
    Kd'/K0/
    %
    0.8330.71685.940.75390.36
    下载: 导出CSV

    表  9  现场钻井液分段性能

    井深/
    m
    ρ/
    g·cm−3
    FV/
    s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FLAPI/
    mL
    FLHTHP/
    mL
    pHCl/
    mg·L−1
    30701.2040124.01.0/4.03.8/8.551 000
    35781.2552227.52.0/8.03.0/9.067 810
    38501.3454249.52.0/11.03.08.89.578 514
    44581.52562712.03.0/13.03.28.89.085 759
    48601.54553012.03.0/14.03.08.69.583 765
    51021.55583112.04.0/14.01.88.09.081 771
    53721.68644212.03.0/14.01.68.09.085 760
    54371.66684412.03.0/14.01.48.09.085 080
    59021.63724013.04.0/15.01.88.49.081 535
    66441.69703815.04.0/15.02.08.49.079 762
    67451.81764218.04.5/16.01.88.29.074 445
    68151.88664515.03.0/11.01.68.28.570 990
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  • 收稿日期:  2021-05-19
  • 刊出日期:  2021-10-01

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