程豈凡,張玉祥,馬冠軍,王佳妮
(西部鉆探工程有限公司國(guó)際鉆井公司,甘肅酒泉735000)
油基解卡劑不排放技術(shù)
程豈凡*,張玉祥,馬冠軍,王佳妮
(西部鉆探工程有限公司國(guó)際鉆井公司,甘肅酒泉735000)
對(duì)油基解卡劑的解卡機(jī)理、解卡劑的污染源及對(duì)鉆井液性能的影響、解卡劑污染源的特性進(jìn)行研究,通過(guò)優(yōu)化解卡劑配方與鉆井液施工工藝、消除快T對(duì)鉆井液的影響,乳化柴油、調(diào)整鉆井液性能等措施最終達(dá)到解卡劑不排放,直接應(yīng)用到鉆井液中?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,解卡劑對(duì)鉆井液污染不嚴(yán)重,處理后對(duì)鉆井液性能沒(méi)有負(fù)面影響,能有效降低鉆井液失水和摩阻系數(shù)。
油基;解卡劑;污染;摩阻系數(shù)
目前國(guó)內(nèi)使用最多的解卡劑為SR301解卡劑,且浸泡解卡后,一般為了避免影響鉆井液性能都是在循環(huán)過(guò)程中將解卡劑排放掉,造成環(huán)境污染和大量柴油浪費(fèi)。如何將解卡劑不排放而直接混入鉆井液中,利用其中的有效成分,并最大限度減少或消除解卡劑對(duì)鉆井液的污染便成為了我們目前急需解決的問(wèn)題。
室內(nèi)對(duì)解卡劑的解卡機(jī)理、解卡劑的污染源及對(duì)鉆井液性能的影響、解卡劑污染源的特性進(jìn)行研究,通過(guò)優(yōu)化解卡劑配方與鉆井液施工工藝、消除快T對(duì)鉆井液的影響,乳化柴油、調(diào)整鉆井液性能等措施最終達(dá)到解卡劑不排放,直接應(yīng)用到鉆井液中。
解卡劑的解卡機(jī)理包括滲透作用、潤(rùn)濕作用、去水化作用和泥餅脫落作用等。
(1)滲透作用:由于油類(lèi)本身具有良好的滲透性能,加上滲透劑等表面活性劑的特殊滲透作用,解卡劑能很快地滲透到泥餅或井壁與管柱界面。
(2)潤(rùn)濕作用:表面活性劑改變管柱與泥餅或井壁間的潤(rùn)濕狀態(tài),由水潤(rùn)濕變?yōu)橛蜐?rùn)濕,潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)降低了界面張力,減小了管柱與泥餅或井壁之間的摩擦阻力。
(3)潤(rùn)滑作用:油類(lèi)有潤(rùn)滑作用,他們能借助滲透劑的作用,快速進(jìn)入管柱與泥餅或井壁間,起到良好的潤(rùn)滑效果。
(4)去水化作用:由于活度平衡關(guān)系,泥餅或井壁巖層脫水,泥餅變薄,產(chǎn)生裂縫,或井壁巖層收縮變硬,大量的潤(rùn)滑性物質(zhì)將滲入管柱與泥餅或井壁之間傳遞壓力,降低摩擦阻力。
(5)泥餅脫落作用:解卡劑滲透作用、去水化作用于腐蝕作用最終可使泥餅部分脫落,輔助解卡。
3.1解卡劑污染源確定
室內(nèi)對(duì)解卡劑配方中的各成分(按密度為1.5g/cm3的解卡劑實(shí)配配方的比例)進(jìn)行了單劑鉆井液污染實(shí)驗(yàn),結(jié)果(見(jiàn)表1)表明,CaCl2對(duì)鉆井液粘度和失水影響最大,柴油和SR301對(duì)鉆井液粘度影響較大,快T對(duì)鉆井液泥餅質(zhì)量影響最大。
3.2氯化鈣加量對(duì)解卡效率的影響
資料表明,SR301解卡粉中含有10%~60%的石灰粉[2],能提供足夠的水相礦化度,CaCl2并不是解卡劑配方里所必須的,室內(nèi)把CaCl2從配方中刪除后也一樣能收到較好的解卡效果(見(jiàn)表2)。
3.3快T對(duì)解卡效率的影響
不使用CaCl2的前提下進(jìn)行了快T最佳加量的實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,快T在解卡劑中的加量達(dá)到4%時(shí)泥餅已經(jīng)有很明顯的裂紋,超過(guò)5%后對(duì)解卡劑的解卡效率提升不大(見(jiàn)表3)。
3.4解卡劑配方
通過(guò)解卡劑解卡機(jī)理的研究和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,將解卡劑配方進(jìn)行了優(yōu)化,原配方:柴油+25%SR301+ 10%水+10%SP-80+15%CaCl2+加重材料+8%~10%快T;優(yōu)化配方:柴油+25%SR301+10%水+10%SP-80+加重材料+4%~5%快T。以最大限度地減小解卡劑對(duì)鉆井液的污染。
表1 解卡劑配方成分對(duì)鉆井液性能的影響
表2 氯化鈣加量對(duì)解卡效率的影響
表3 快T加量對(duì)解卡效率的影響
3.5不同配方解卡劑解卡效率對(duì)比
優(yōu)化后解卡時(shí)間相差不大(原配方解卡時(shí)間為10min,優(yōu)化后解卡時(shí)間為12min),能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)快速解卡的要求。
3.6不同配方解卡劑對(duì)鉆井液的污染
室內(nèi)把優(yōu)化前后2種解卡劑對(duì)鉆井液性能的影響做了對(duì)比,從數(shù)據(jù)結(jié)果(見(jiàn)表4)可以看出,雖然2種解卡劑對(duì)鉆井液都存在污染,但優(yōu)化后的解卡劑對(duì)鉆井液的污染程度要小得多。
表4 不同配方解卡劑對(duì)鉆井液的污染
4.1快T的特性
快T化學(xué)名為磺化琥珀酸丁異二辛酯,1%水溶液pH值7.5~7,不耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、金屬鹽和還原劑。
4.2消除快T對(duì)鉆井液的污染
室內(nèi)根據(jù)快T不耐強(qiáng)堿的特性,結(jié)合鉆井液實(shí)際操作中的需要,對(duì)快T進(jìn)行了耐堿實(shí)驗(yàn),由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn):5%快T水溶液當(dāng)pH值達(dá)到10時(shí)開(kāi)始產(chǎn)生沉淀,pH值達(dá)到13時(shí),快T基本不溶于水。
4.3柴油的乳化
室內(nèi)以水為連續(xù)相,原油為分散相對(duì)乳化劑進(jìn)行了優(yōu)選。具體方法是:將原油混入清水中,高攪1min,倒入量筒,分別靜置1h和24h后讀取上層析出的原油量,計(jì)算乳化率??紤]到乳化劑的方便性,室內(nèi)選取了現(xiàn)場(chǎng)常用的3種乳化劑,TW-60、SP-80和OP-10進(jìn)行優(yōu)配。見(jiàn)表5。
數(shù)據(jù)表明,乳化劑樣品7具有較理想的乳化效果。SP-80的加入能大幅度提高乳狀液的穩(wěn)定性。SP-80加量過(guò)大時(shí),復(fù)合乳化劑HLB值進(jìn)一步降低,乳化效果反而下降。
為了更直接的研究乳化劑在鉆井液中的乳化效果,室內(nèi)以鉆井液為連續(xù)相對(duì)表7中2至8號(hào)乳化劑做了常規(guī)性能測(cè)試。結(jié)果表明,乳化劑在鉆井液中的效果與在水中是一致的。
表5 不同乳化劑不同時(shí)間下的乳化率
5.1受污染鉆井液流變性調(diào)節(jié)
取酒東長(zhǎng)306井4500m時(shí)的鉆井液混入10%解卡劑2并加入乳化劑作基漿高攪1h后做了流變性實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)表6)。
表6 不同處理劑對(duì)鉆井液流變性的影響
實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn):HS-1與FCLS、CaO配合使用降粘和調(diào)節(jié)流變性的效果更加突出,調(diào)節(jié)泥餅質(zhì)量效果顯著。
5.2鉆井液潤(rùn)滑性
由于解卡劑主要成分為柴油,混入鉆井液并經(jīng)處理后鉆井液摩阻系數(shù)明顯降低,但解卡劑的混入量超過(guò)8%后,鉆井液摩阻系數(shù)不再降低。
6.1鉆井液工藝措施
現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中,振動(dòng)篩及除氣器全開(kāi),增加4#循環(huán)池參與循環(huán),增大鉆井液與空氣的接觸面積,并降低循環(huán)池液面,提高攪拌機(jī)攪拌效率。同時(shí),在2#池加入燒堿溶液、乳化劑和鉆井液處理劑對(duì)鉆井液性能進(jìn)行調(diào)整。
6.2解卡劑不排放技術(shù)在酒東長(zhǎng)2-27井的應(yīng)用
該井三開(kāi)未投入潤(rùn)滑劑,混入的是長(zhǎng)3-7x未用的解卡劑,分3次混入50m3,混入后對(duì)鉆井液流變性沒(méi)有任何影響,失水和摩阻系數(shù)明顯降低,且起下鉆正常。
6.3解卡劑不排放技術(shù)在酒東長(zhǎng)307井的應(yīng)用
長(zhǎng)307井卡鉆后,注入解卡劑10.8m3,浸泡8h解卡。解卡后,直接在解卡劑中起鉆,通井時(shí)循環(huán)過(guò)程中解卡劑全部混入井內(nèi),之后由于井底位移超標(biāo),紅層段下入定向鉆具進(jìn)行了定向扭方位施工,定向過(guò)程中鉆具最長(zhǎng)靜止時(shí)間20min,沒(méi)有拖壓和粘卡跡象,且“紅層”等易塌井段未出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。
6.4不同配方解卡劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果對(duì)比
表7是不同配方解卡劑的浸泡效果,表中序號(hào)5和序號(hào)6解卡劑為優(yōu)化后的配方,解卡劑配方優(yōu)化后解卡效率沒(méi)有受到影響。
(1)解卡劑不排放技術(shù)既環(huán)保又經(jīng)濟(jì),在國(guó)內(nèi)未見(jiàn)有關(guān)記載。
(2)解卡劑混入鉆井液并處理后能有效降低鉆井液失水和摩阻系數(shù)。
(3)解卡劑對(duì)鉆井液污染不嚴(yán)重,處理后對(duì)鉆井液性能沒(méi)有負(fù)面影響。
表7 不同配方解卡劑的浸泡效果
(4)解卡劑在鉆井液中的混入量不宜超過(guò)8%。
[1]范坤模.解卡劑在勝利油田的應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù),1991,19(2).
[2]王文英.SR301粉狀解卡劑的研制與應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,1984,2(2).
TE2
B
1004-5716(2016)11-0075-04
2015-12-08
2016-01-18
程豈凡(1979-),男(漢族),甘肅酒泉人,工程師,現(xiàn)從事鉆井液技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工作。