抗高溫甲酸銫鉆井液研究

O 章浩炯 屈勝元 陳勇

（長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院石油與化學(xué)學(xué)院 湖北 434000）

抗高溫甲酸銫鉆井液研究

O 章浩炯 屈勝元 陳勇

（長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院石油與化學(xué)學(xué)院 湖北 434000）

本文針對南海地區(qū)高溫高壓油藏特點，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外抗高溫高壓鉆井液技術(shù)，對甲酸鹽水溶液進行了物理化學(xué)性能深入研究，得到密度1.0g/ml-2.3g/ml簡易可控的3種甲酸鹽。在此基礎(chǔ)上，成功的配置出了密度1.9g/ml，抗150℃的甲酸銫鉆井液體系，該體系在熱滾48h后，在高溫下再靜置7天，鉆井液性能穩(wěn)定。其次在次基礎(chǔ)上，選用國產(chǎn)處理劑，配伍性能良好，鉆井液體系性能有所改善。

甲酸銫；高溫氧化降解；PAC-ELV ；高溫?zé)釢L

我國南海西部海域天然氣資源非常豐富，預(yù)測資源量多達10萬億立方米，但由于該區(qū)域油氣普遍埋藏較深，且處于高溫、超壓的環(huán)境，其勘探難度相當(dāng)大。

目前國內(nèi)外鉆進高溫高壓井過程中遇到的主要問題有：高密度鉆井液的流變性差；重晶石的沉降；鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)高；抽吸壓力、激動壓力高；環(huán)空壓耗高；鉆井液性能不穩(wěn)定、維護困難等。為了確保高溫高壓井鉆、完井工程順利進行，高溫高壓鉆井液體系需滿足以下要求：1.鉆井液密度2.3g/cm3；2.流變性好，流動壓力損耗小，攜巖好；3.抗溫200℃保持良好的熱穩(wěn)定性；4.井壁穩(wěn)定；5.當(dāng)量循環(huán)密度低；6.能解決窄密度窗口防漏堵漏；7.保護油氣層；8.對環(huán)境安全。

目前比較先進的為抗高溫甲酸銫鉆井液體系。該體系的主要成分為甲酸銫，但是由于甲酸銫成本比較昂貴，運用受到限制。因此本文主要針對甲酸銫的各個性能進行具體研究，并對密度1.9g/cm3甲酸銫/鉀鉆井液配方進行了優(yōu)化。

一、甲酸銫理化性能

銫為是一種熔點為28.5oC的淺黃色稀有金屬。銫在所有穩(wěn)定金屬中正電性最強。在世界所有金屬中，銫含量排第29位。銫的原子量為132.9，原子序數(shù)為55。甲酸銫鹽水是甲酸的堿金屬鹽類的水溶液。甲酸銫易溶于水，甲酸銫溶液是一種外觀如水狀的液體，在甲酸銫的飽和溶液中，密度可達2.367g/cm3，甲酸銫的含量大約在82%左右。溶解后具有較高的密度和較低的結(jié)晶溫度。在其密度高達2.4g/cm3的情況下可以完全保持甲酸銫鹽水的各種物理和化學(xué)性能。其化學(xué)式如下：

甲酸的陰離子同時也是一種抗氧化劑（還原劑），可以快速清除自由的氫氧基團。這意味著，甲酸鹽可為防止諸如水溶性聚合物等熱敏性溶質(zhì)在高溫下發(fā)生氧化降解提供可靠的防護作用。

甲酸鹽常見的有甲酸鈉、甲酸鉀、甲酸銫，他們的水溶液可以配置鉆井和完井作業(yè)中所需的各種密度，密度范圍為1.0g/ml—2.3g/ml。

二、甲酸銫鉆井液室內(nèi)實驗

1.甲酸銫鉆井液室內(nèi)實驗配制程序

甲酸銫鉆完井液室內(nèi)實驗配制程序

(1)按確定的配方，稱量各種處理劑。

(2)每次配制量為4bbl（4*350ml）或8bbl（8*350ml）。混合時，應(yīng)使用高剪切攪拌器。鹽水（甲酸鉀和甲酸銫）在1500rpm轉(zhuǎn)速混合攪拌10min后，將攪拌轉(zhuǎn)速提高至6000rpm，依次緩慢的加入各種添加劑，每間隔5min加一種處理劑，在45min內(nèi)加完，碳酸鈣須在最后3min內(nèi)添加。

(3)混合時溫度不得超過66℃，若混合時溫度超過45℃，用水浴冷卻。

(4)盡量避免在熱滾之前加入消泡劑，若絕對必要，使用1-2滴即可。

(5)熱滾實驗。

2.甲酸銫鉆井液性能測試方法

(1)密度的測試：含有空氣的鉆井液密度用加壓鉆井液密度計精確測定。

(2)流變性：測試溫度120℉。10s,10min靜切力必須記錄3 r/min的最大值。

(3)高溫高壓濾失量的測定：溫度應(yīng)與熱滾溫度一致。如果測量溫度超過350℉，須同時使用玻璃纖維紙與標準濾紙。實驗溫度在149℃（300℉）以下，上端壓力為600psi，底端回壓為100psi，壓差為500psi（3447kPa）；實驗溫度為149～232℃（300～450℉），以大于蒸汽壓力為原則，壓差均為500psi（3447kPa）。如測試溫度為200℃時，最低回壓為275psi（1896 kPa），上端壓力為775psi（5343kPa）。

(4)pH值的測定：取5ml鉆井液用45ml去離子水稀釋，測量稀釋液的pH值。

3.甲酸銫與各種處理劑的相容性和配伍性實驗方法

(1)考察甲酸銫/鉀鹽水溶液與各種處理劑的相容性和配伍性。試驗方法為：用2.20g/cm3的甲酸銫與1.56g/cm3甲酸鉀配制成不同密度的水溶液，加入不同量處理劑，測其基本性能，粘度和濾失情況，并且檢測其抗高溫的能力。配制甲酸銫/鉀鹽水溶液的密度為1.50g/cm3、2.00g/cm3和2.20g/cm3。

(2)考察甲酸銫/鉀鹽鉆井液體系中各種處理劑的相容性和配伍性。甲酸銫/鉀鹽鉆井液的密度2.00g/cm3。

(3)所有為試驗配制的甲酸銫/鉀鹽鉆井液體積以350ml為計量。

三、甲酸銫鉆井液優(yōu)化實驗結(jié)果

試驗用甲酸鉀鉆井液基礎(chǔ)配方:4xxg甲酸銫+1xxg甲酸鉀+26.32g水+3g碳酸鉀+2g碳酸氫鉀+2g MgO。

優(yōu)化實驗結(jié)果：

配方及性能 單位 1# 2# 3# 4# 5# DFD-140 g/350ml 3 3 7.2 9.2 10.9 PAC-LV g/350ml 7 0 4.4 2.75 2.73 PAC-ELV g/350ml 0 7 0 0 0500目細目鈣 g/350ml 10 10 10 10 10800目細目鈣 g/350ml 10 10 10 10 10熱滾前性能600 RPM/300 RPM95/11835/18155/90144/87129/62200 RPM/100 RPM95/5413/765/3763/3544/246 RPM/3RPM 4.5/2.5 0.5/0.25 3.0/1.5 3.0/1.5 1.5/1.0 GELS 10"/ GELS 10' Pa 1.25/1.5 0.13/0.25 0.75/1.0 0.5/1.0 0.5/0.75 PV mPa.s 83 17 63 57 47

表1 密度為1.9g/cm3甲酸銫鉆井液試驗配方表

通過調(diào)整PAC-LV與DFD-140加量與配比,可以達到良好的流變性能及低HTHP濾失量。最終得出配制350ml抗150℃，密度為1.90g/cm3甲酸銫/鉀鉆井液配方:4xxg甲酸銫+1xxg甲酸鉀+26.32g水+3g碳酸鉀+2g碳酸氫鉀+2.7PAC-LV+10.9g抗高溫DFD-DFD-140+2g氧化鎂+10g500目CaCO3+10g800目CaCO3。

四、結(jié)論

(1)全面掌握了甲酸銫鹽水物理化學(xué)性質(zhì)。

(2)研究出以國外處理劑為主的抗150℃，密度為1.9g/ cm3的鉆井液配方。鉆井液性能滿足南海地區(qū)高溫高壓井鉆、完井需求。同時考察了不同溫度、不同老化時間的熱穩(wěn)定性。在熱滾48h后，在高溫下再靜置7天，鉆井液性能穩(wěn)定。

(3)研究出以國內(nèi)處理劑為主的抗150℃，密度為1.9g/ cm3甲酸銫/鉀鉆井液和完井液配方。配合國內(nèi)處理劑，鉆井液和完井液的性能滿足南海地區(qū)高溫高壓井鉆、完井要求。

[1]Bhatnagar, M., Kuman, A., Barthwal, A.K., Pal, K., and Josh, N.P.,“Formate Brine Drilling Fluid System for Drilling Slim Holes”, Petrotech 2003, New Dehli, January 2003.

[2]Downs,J.D.:“Last Advances in the Development of Ecological Drilling Fluids”,IBC Asia conference, Offshore/Upstream Asia-Pacific 2002.

[3]孫金聲，楊澤新.超高溫 240℃水基鉆井液體系研究[J].鉆井液和完井液，2006，23.

Study of Anti-High Temperature Cesium Formate Drilling Fluid

Zhang Haojiong, Qu Shengyuan, Chen Yong
（School of Engineering and Technology of Yangtze University, Hubei, 434000）

In this paper, directing at the high temperature and high pressure reservoir characteristics of South China sea area and combined with the current anti-high temperature and high pressure drilling fluid technology at home and abroad, takes deep research on the physical and chemical properties of formate aqueous solution, and we get three types of simple and controllable formate with density of 1.0 g/ml - 2.3 g/ml. On that basis,we formulate successfully the cesium formate drilling fluid system with density of 1.9 g/ml, anti-high temperature of 150℃, and this system after 48 hours’ hot rolling and 7 days’ staying under high temperatures,it shows a stable drilling fluid performance. Secondly on the basis of that, choosing the domestic treatment agent,the compatibility of medicines property is good and the drilling fluid system property is improved.

cesium formate；high-temperature oxidation degradation；PAC-ELV；high-temperature hot rolling

T

A

章浩炯（1985～），男，長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院石油與化學(xué)學(xué)院，研究方向：鉆井工藝。