留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘均一,郭保雨,王勇,等. 环保型水基钻井液在胜利油田的研究与应用[J]. 钻井液与完井液,2020,37(1):64-70.

    LIU Junyi, GUO Baoyu, WANG Yong, et al. Study and application of environmentally friendly water base drilling fluid in Shengli Oilfield[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2020, 37(1):64-70.
    [2] 路保平. 中国石化石油工程技术新进展与发展建议[J]. 石油钻探技术,2021,49(1):1-10. doi: 10.11911/syztjs.2021001

    LU Baoping. New progress and development proposals of Sinopec’s petroleum engineering technologies[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(1):1-10. doi: 10.11911/syztjs.2021001
    [3] 刘均一,郭保雨. 页岩气水平井物化协同封堵强化井壁水基钻井液研究[J]. 西安石油大学学报(自然科学版),2019,34(2):86-92.

    LIU Junyi, GUO Baoyu. Study on water-based drilling fluid for strengthening wellbore of horizontal shale gas wells[J]. Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science), 2019, 34(2):86-92.
    [4] 韩来聚,李公让. 胜利油田钻井环保技术进展及发展方向[J]. 石油钻探技术,2019,47(3):89-94.

    HAN Laiju, LI Gongrang. Development trends, and outlook for drilling environmental protection technologies in the Shengli Oilfield[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2019, 47(3):89-94.
    [5] 司西强,王中华. 绿色高性能水基钻井液研究进展及发展趋势[J]. 应用化工,2019,47(3):89-94.

    SI Xiqiang, WANG Zhonghua. Research progress and development trend of green high performance water-based drilling fluids[J]. Applied Chemical Industry, 2019, 47(3):89-94.
    [6] 王治法,刘贵传,刘金华,等. 国外高性能水基钻井液研究的最新进展[J]. 钻井液与完井液,2009,25(6):69-72. doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2009.06.021

    WANG Zhifa,LIU Guichuan,LIU Jinhua,et al. Overseas New progresses in high performance water base drilling fluid research[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2009, 25(6):69-72. doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2009.06.021
    [7] LIU J Y, GUO B Y, LI G R. , et al. Synthesis and performance of environmental-friendly starch-based filtrate reducers for water-based drilling fluids[J]. Fresenius Environmental Bulletin, 2019, 28(7):5618-5623.
    [8] 张启根,陈馥,刘彝,等. 国外高性能水基钻井液技术发展现状[J]. 钻井液与完井液,2007,24(3):74-77. doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2007.03.022

    ZHANG Qigen, CHEN Fu, LIU Yi, et al. Development of high performance water base muds abroad[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2007, 24(3):74-77. doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2007.03.022
    [9] 刘均一. 高性能环保水基钻井液技术研究新进展[J]. 精细石油化工进展,2018,19(6):33-38.

    LIU Junyi. New research progress on high performance environmental friendly water-based drilling fluid technology[J]. Advances in Fine Petrochemicals, 2018, 19(6):33-38.
    [10] 李家学, 张绍俊, 李磊, 等. 环保型高性能水基钻井液在山前超深井中的应用[J]. 钻井液与完井液, 2017, 34(5): 20-26.

    LI Jiaxue, ZHANG Shaojun, LI Lei, et al. Application of environmentally friendly high performance water base muds in ultra deep well drilling in Piedmont Area[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2017, 34(5):20-26.
    [11] 于得水,徐泓,吴修振,等. 满深1井奥陶系桑塔木组高性能防塌水基钻井液技术[J]. 石油钻探技术,2020,48(5):49-54.

    YU Deshui, XU Hong, WU Xiuzhen, et al. High performance anti-sloughing water based drilling fluid technology for Well Manshen 1 in the Ordovician Sangtamu Formation[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(5):49-54.
    [12] AKPOMIE K G, CONRADIE J. Synthesis characterization and regeneration of an inorganic–organic nanocomposite (ZnO biomass) and its application in the capture of cationic dye[J]. Scientific Reports, 2020, 10(1):550-564. doi: 10.1038/s41598-019-57328-4
    [13] 陈秋枝. 基于超分子相互作用自组装有机/无机纳米复合材料[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2011: 8-13.

    CHEN Qiuzhi. Preparation of organic/inorganic nanocomposites based on superamolecular self-assembly[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2011: 8-13.
  • 加载中
图(3) / 表(9)
计量
  • 文章访问数:  682
  • HTML全文浏览量:  244
  • PDF下载量:  94
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-19
  • 刊出日期:  2021-09-30

目录

    /

    返回文章
    返回