钻井液工艺技术进展和发展趋势

钻井液工艺技术新进展及发展趋势AdvanceintheTech.ofDrillingFluids中国石油大学（北京）鄢捷年2012.12.30204060801001201401602631383439465368789275859911289121111131723283326293336钻井液市场价值规模钻、完井液固控、废物处理亿美元国际钻井液市场规模整体保持增长趋势4集中管理长城钻探渤海钻探川庆钻探处级钻井液公司分散管理大庆钻探西部钻探海洋工程渤海钻探（部分）川庆钻探（部分）科级钻井液分公司（站）提供技术支持和服务钻井工程技术研究院专业化研究所中石油钻井液组织机构管理模式5图2.1.12011年钻探企业钻井液从业人员统计人员情况集团公司钻井液从业人员共计5111人。单位：（人）人员总体情况大庆西部长城渤海川庆海洋钻井院6大庆西部长城渤海川庆海洋钻井院总计2011年平均单队钻井液人员配备情况单位：（人/队)平均单队钻井液从业人员为5.02人/队。人员情况7656590841214045020406080100120140大庆西部长城渤海川庆海洋钻井院实验仪器2011年室内实验检测主要仪器数量统计共配备钻井液室内主要实验检测评价仪器510台套。实验检测仪器配备数量(单位：台套)8地层伤害岩芯驱替测试分析系统高温高压动态损害评价系统高温动态页岩膨胀仪高温高压动态损害评价系统Zeta电位仪液相色谱仪高温高压粘度测定仪实验仪器激光粒度分析仪9238011928801066402657震动筛除砂器除泥器中速离心机高速离心机除气器固控设备的配置2011年固控设备配备统计单位：(台)集团公司共有固控设备6047台。102.341.170.861.050.390.64震动筛除砂器除泥器中速离心机高速离心机除气器2011年固控设备与钻机配比统计固控设备振动筛配备比例在2以上；除砂器、中速离心机配备比例达1以上。国产化率达到92%以上。11890276056164481649562007年2008年2009年2010年2011年通过持续科研攻关和试验新技术，推广应用成熟钻井液体系，复杂事故降幅明显。钻井液新技术应用情况2007-2011年复杂事故损失统计单位（天）年均降幅11.05%12钻井液新技术应用情况2011年复杂事故损失时间统计但随着施工难度的加大，一些恶性井漏、划眼、卡钻等复杂事故损失率仍较高，降低复杂事故损失率的空间仍然较大。以2011年为例，相关卡钻、井漏、划眼、测井遇阻、井涌溢流等复杂事故损失时间合计为4735.27天，损失率为2.11%；占事故复杂损失的95.54%。单位：天卡钻井漏划眼测井遇阻井涌、溢流13钻井液新技术概述14国外高性能水基钻井液深井、大位移井、水平井和深水钻井等先进的钻井作业，仍存在着技术困难、风险大和成本高等缺点,这对钻井液提出了更高的要求。环境保护（钻井液和钻屑的排放），环保条例的限制。目标：开发一种接近油基钻井液性能的水基钻井液HPWBM15页岩稳定性粘土和钻屑抑制性提高机械钻速减小钻头泥包减少扭矩和摩阻高温稳定性抑制天然气水合物的生成减少储层伤害HPWBM具有以下优良性能：HPWBM的性能16Inhibitonaction1:SuperiorclayinhibitonConventionalwater-basesystemsHPWBMsystemHPWBM性能17Inhibitonaction2:CuttingsencapsulationConventionalwater-basesystemsCuttingsdisperseHPWBM性能HPWBMsystem18LowerdilutionratesLowerdrilling-wastevolumesHPWBM性能EliminatesbitballingEnhancesROP19关键处理剂页岩抑制剂（有机和无机页岩抑制剂）包被剂（部分水解聚丙烯酰胺）防泥包剂（表面活性剂＋润滑剂）降滤失剂（聚阴离子纤维素PAC系列）用海水配制的HPWBM的典型配方为：20％NaCl＋1％PAC＋0.06％聚合物增粘剂＋1％包被剂＋2.5％页岩抑制剂＋4％防泥包剂201、氯化铵阳离子2、烷基季胺盐3、聚胺酸4、多羟基烷基胺盐5、六亚甲基二胺（HMDA）6、聚乙氧化二胺7、聚醚二胺8、亲油的胺化合物胺基页岩抑制剂的研究进展关键处理剂N+H4A-21名称分子式水溶性水溶液pH值氯化铝AlCl3溶7硫酸铝（16结晶水）Al2(SO4)3·16H2O溶7硫酸铝钾（12结晶水）KAl(SO4)2·12H2O溶7乳酸铝Al(C3H5O3)3溶7硬硬脂酸铝Al[O2C(CH2)16CH3]3不溶—铝酸钠NaAlO2或Na2O·Al2O3溶7关键处理剂页岩抑制剂－铝盐化合物22Accretioninhibitor（防泥包剂）关键处理剂Withthisspeciallyengineeredaccretioninhibitor,bits,BHAs,drillpipeandcasingresistgumbobuildup23（1）HPWBM体系已在墨西哥湾、美国陆上油田、巴西及近期在沙特阿拉伯都得到了应用，并在尼日利亚、突尼斯、意大利、挪威、北海的英国海域、阿拉伯半岛及阿拉伯海湾地区应用这套体系。（2）国内在冀东、新疆、四川、华北、大港、南海等取得良好效果。现场应用24新型胺基抑制剂（简称为SIAT）催化胺化法：在H2和加氢催化剂的存在下，醇和氨进行反应，生成胺类化合物。该方法合成胺类化合物具有选择性好、转化率高、对环境污染少、后处理方便等优点，催化胺化法的反应机理HOR2R1OR2R1HNR2R1H2NR2R1催化剂H2O催化剂H2－NH3＋－＋H2胺基抑制剂结构与合成(CNPC钻井院)国内高性能水基钻井液研究进展25该钻井液含有一种新型的胺基抑制剂完全水溶低毒可与其它水基添加剂一起使用不水解具有成膜作用国内高性能水基钻井液研究进展26其独特的分子结构可在粘土层间充填，并把他们束缚在一起，有效地减少粘土的吸水倾向。胺基分子通过金属阳离子吸附在粘土表面，或者是质子化的胺分子在离子交换中取代了金属阳离子形成了对粘土的束缚X射线衍射后显示随着抑制剂浓度的增加，蒙脱土的层间距在下降。国内高性能水基钻井液研究进展作用机理：272012年6月，胺基钻井液技术在中石油工程技术新产品新技术发布会上成功发布。国内胺基钻井液技术含有多个胺基，易被粘土优先吸附，粘土晶层间脱水，减小膨胀力。引入醚键，嵌入粘土晶层，可以阻止水分子进入；多个胺基固定粘土晶片，破坏水化结构，增强抑制作用。28不同钻井液体系的一次回收率（新疆泥页岩钻屑）不同钻井液体系的二次回收率（新疆泥页岩钻屑）钻屑在清水中的一次回收率仅为0.83%，很容易在清水中水化分散，现场水基钻井液的一次回收率均低于60%，胺基钻井液的回收率高达95.7%。胺基钻井液中回收烘干的钻屑在清水中的二次回收率高达76.6%，远高于其余钻井液包括油基泥浆的二次回收率。胺基抑制剂在泥页岩表面的吸附牢固，且不可逆。与油基泥浆抑制性相近油基胺基胺基国内胺基钻井液技术29井壁失稳造成的井径扩大抑制大多数活性泥页岩的水化膨胀与分散，有效解决钻井过程中因粘土矿物水化引起的井壁失稳问题。减小井下复杂事故发生率。解决的工程问题国内胺基钻井液技术30在新疆、华北、西南和乍得等区块30余口井成功应用。在新疆油田莫116井区，全井平均井径扩大率为6%，比邻井降低了40.7%，单井节约综合成本500万元以上。MB6001井邻井1应用效果国内胺基钻井液技术振动筛上返出的钻屑成型井号完钻井深（m）完钻层位钻井周期d机械钻速m/h平均井径扩大率%完井密度g/cm3洪211837K1ba32.574.3413.141.25洪691853K1ba14.1711.355.051.15华北油田洪69井现场试验表明，与邻井洪21井相比，钻井液密度降低了0.1g/cm3，机械钻速增加1.6倍，钻井周期减少21.4天，井径扩大率降低了58.14%。国内胺基钻井液技术32研究出铝胺高性能水基钻井液体系：胺基聚醇（AP-1）——有机聚胺类页岩抑制剂铝络合物（DLP-1）——无机物页岩抑制剂作用机理：通过胺基特有的吸附而起作用，而不是通过驱除晶层间的水起作用（多元醇）。现场应用：营72－平2井辛176－斜12井重点解决井壁失稳问题。国内胺基钻井液技术胜利油田黄河钻井总公司（王树永报道）：33聚胺钻井液技术得到大力推广应用，近两年在新疆、川西、鄂北等区块推广应用100余口井，井壁失稳问题减少，井身质量提高明显，钻井时效提高。如都护4井使用聚胺钻井液后，攻克了胶泥岩阻卡难题，钻井液抑制性、润滑性与清洁性明显提高，起下钻顺畅，未出现阻卡现象，易失稳地层井径扩大率4.6%，比临井同比降低51.03%，井下复杂减少，极大缩短钻井周期。聚胺类防塌钻井液技术（中石化）二开比DuH1提前15天三开比DuH1提前50天都护4井3090m岩屑照片34全油基/油包水钻井液市场分布状况委内瑞拉60%墨西哥湾90%阿尔及利亚80%叙利亚、印尼、泰国、利比亚等国家和地区国内：四川、塔里木、辽河、长庆、大庆、海上等二、油基钻井液技术35油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。两种油基钻井液——全油基钻井液和油包水乳化钻井液。在全油基钻井液中，水是无用的组分，其含水量不应超过10%；而在油包水钻井液中，水作为必要组分均匀地分散在柴油中，其含水量一般为10～40%。定义及类型36与水基钻井液相比较，油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多，使用时会对井场附近的生态环境造成影响。为了提高钻速，从20世纪70年代中期开始，较广泛地使用了低胶质油包水乳化钻井液。为保护环境，适应海洋钻探的需要，从80年代初开始，又逐步推广使用了以矿物油作为基油的低毒油包水乳化钻井液。油基钻井液的特点37类型组分开始使用的时间特点原油作为钻井液原油1920年前后有利于防塌、防卡和保护油气层，但流变性不易控制，易着火，使用范围仅限于100℃以内浅井全油基钻井液柴油、沥青、乳化剂及少量水（10%以内）1939年具有油基钻井液的各种优点，可抗200～250℃高温，但配制成本高，较易着火，钻速较低油包水乳化钻井液柴油、乳化剂、润湿剂、亲油胶体、乳化水（10～60%）1950年前后通过水相活度控制有利于井壁稳定，与全油基钻井液相比不易着火，配制成本有所降低，抗温可达200～230℃低胶质油包水乳化钻井液柴油、乳化剂、润湿剂、少量亲油胶体、乳化水（15%左右）1975年可明显提高钻速，降低钻井总成本。但由于放宽滤失量，对某些松散易塌地层不适合，对储层的损害较大低毒油包水乳化钻井液矿物油、乳化剂、润湿剂、亲油胶体、乳化水（10～60%）1980年具有油基钻井液的各种优点，同时可有效地防止对环境的污染，特别适用于海洋钻井油基钻井液的发展阶段38油包水乳化钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量的乳化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等所形成的稳定的乳状液体系。基油（BaseOil）在油包水乳化钻井液中用作连续相的油称为基油，目前普遍使用的基油为柴油（我国常使用零号柴油）和各种低毒矿物油。为确保安全，其闪点和燃点应分别在82℃和93℃以上。由于柴油中所含的芳烃对钻井设备的橡胶部件有较强的腐蚀作用，因此芳烃含量不宜过高，一般要求柴油的苯胺点在60℃以上。苯胺点是指等体积的油和苯胺相互溶解时的最低温度。苯胺点越高，表明油中烷烃含量越高，芳烃含量越低。为了有利于对流变性的控制和调整，其粘度不宜过高。一、基油油基钻井液的组成39性质Me