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1、正电性钻井液完井液体系研 究 与 应 用汇报人：于培志20032003年年1111月月中国石化石油勘探开发研究院中国石化石油勘探开发研究院一、一、前言前言 二、二、钻井液电性的转化钻井液电性的转化 三、正电性钻井液配方研究三、正电性钻井液配方研究四、现场实验四、现场实验五、结论五、结论主要汇报内容1.1.目前，常用的钻井液体系主要是目前，常用的钻井液体系主要是 胶体粒子带负电胶体体系；胶体粒子带负电胶体体系； 2.2.目前常用钻井液体系存在井壁稳定目前常用钻井液体系存在井壁稳定和钻井液体系稳定之间的矛盾；和钻井液体系稳定之间的矛盾；3.3.钻井液体系电性是影响井壁稳定和钻井液体系电性是影响井壁
2、稳定和钻井液体系稳定的根本原因；钻井液体系稳定的根本原因；4.4.正电性钻井液的基本概念。正电性钻井液的基本概念。一、前言（一、前言（钻井液胶体稳定性特征）钻井液胶体稳定性特征） 4. 4.正电性钻井液的基本概念正电性钻井液的基本概念 所谓正电性钻井液是所谓正电性钻井液是在正电动电位条件下分散在正电动电位条件下分散的胶体体系。正电性钻井的胶体体系。正电性钻井液体系研究属于世界前沿液体系研究属于世界前沿科学技术，是今后钻井液科学技术，是今后钻井液完井液技术发展的方向。完井液技术发展的方向。1、钻井液电性的测定方法、钻井液电性的测定方法 （1 1）电泳泳仪测定定测定定 （2 2）ZetaZeta电
3、位位仪测定定 钻井液井液电性高低的方法，是将被性高低的方法，是将被测试的的钻井液用蒸井液用蒸馏水冲稀，用水冲稀，用电泳泳仪测定定这种冲稀分散体系中小聚集体的种冲稀分散体系中小聚集体的电泳泳，进而计算出钻井液体系的进而计算出钻井液体系的电位位；或用；或用ZetaZeta电位位仪直接测定出体系的直接测定出体系的电位。位。 二、钻井液电性的转化钻井液电性的转化中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院（1 1）无机正电胶）无机正电胶MMHMMH的处理的处理 正正电胶与粘土胶与粘土颗粒所形成的复合体粒所形成的复合体对铝离离子有特性的吸附作用，也就是子有特性的吸附作用，也就是说，正，正电胶与粘土胶与粘土颗
4、粒所形成的复合体能与粒所形成的复合体能与AlAl3+3+结合而任意改合而任意改变体体系的系的电性。性。 在正在正电性性钻井液体系中，随井液体系中，随AlAl3+3+浓度的增加，度的增加，电位升高，粘度和位升高，粘度和滤失量全部降低失量全部降低，实验结果，实验结果见表见表1 1。 2、钻井液实现正电的几种方法、钻井液实现正电的几种方法中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 （1 1）无机正电胶）无机正电胶MMHMMH的处理的处理表表1 1 AlClAlCl3 3对正电胶钻井液性能的影响对正电胶钻井液性能的影响AlClAlCl3 3加量加量% %性能性能00.050.150.250.350.45
5、0.6电位，电位，mvmv-6.24.911.718.821.042.444.7YP，Pa11.29.07.06.95.25.55.5PV,mPa S6.54.03.51.00.50.50.5滤失量滤失量,ml190200185174162143141中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 （1 1）无机正电胶）无机正电胶MMHMMH的处理的处理用用MMH配制正电性钻井液体系的方法：配制正电性钻井液体系的方法： 用用MMH胶胶液液为为主主剂剂，直直接接配配制制无无固固相相正电钻井液体系；正电钻井液体系； 采采用用劣劣质质粘粘土土、MMH配配浆浆，在在地地层层不不含含大大量量蒙蒙皂皂石石的的前
6、前提提下下，即即可可保保证证钻钻井井液液体体系的正电性；系的正电性； 采采用用钠钠膨膨润润土土、非非离离子子聚聚合合物物、MMHMMH配配浆浆，同同时时加加入入具具有有特特性性吸吸附附的的高高价价阳阳离离子子，可使钻井液体系转化为正电体系。可使钻井液体系转化为正电体系。中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 （2 2）有机正电胶）有机正电胶BPSBPS的处理的处理 以以钙钙膨膨润润土土、BPS有有机机黑黑色色正正电电胶胶等等为为主主剂剂配配制制出出的的正正电电钻钻井井液液体体系系，通通过过静静电电引引力力使使阳阳离离子子基基团团牢牢固固地地吸吸附附在在粘粘土土颗颗粒粒表表面面的的晶晶层层间间
7、，改改变变粘粘土土颗颗粒粒表表面面电电荷荷性性质质，从从而而实实现现正正电电性性转转化化，转化过程与转化过程与MMH相似。相似。中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 （3 3）电解质的处理）电解质的处理 图图1电解质对粘土颗粒电解质对粘土颗粒电位的影响电位的影响在在钻钻井井液液中中加加入入电电解解质质，扩扩散散双双电电层层受受到到压压缩缩，双双电电层层厚厚度度变变薄薄，电电位位随随之之发发生生变变化化，引引起起钻钻井井液电性反转（见图液电性反转（见图1）。）。中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 （4 4）有机阳离子型聚合物的处理）有机阳离子型聚合物的处理在在有有机机阳阳离离子子型型聚
8、聚合合物物浓浓度度超超过过临临界界胶胶束束浓浓度度时时，在在粘粘土土颗颗粒粒表表面面形形成成多多层层吸吸附附之之后后，体体系系可可转变为正电体系。转变为正电体系。中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 （5 5）非离子型聚合物的处理）非离子型聚合物的处理经经非非离离子子型型聚聚合合物物的的预预处处理理之之后后，再再添添加加正正电电性性处处理理剂剂，可可转转变变为为正正电电体体系系。常常用用的的非非离离子子型型聚聚合合物物有有聚聚乙乙烯烯醇醇（PVA）、聚聚乙醇、乙醇、HEC等。等。中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 三、正电性钻井液配方研究三、正电性钻井液配方研究 1钻井液处理剂的电性
9、评价序号序号处理剂种类处理剂种类电位电位（mvmv）1 1阴离子降滤失剂阴离子降滤失剂-56.4-56.42 2CHSPCHSP两性聚合物降滤失剂两性聚合物降滤失剂-52.3-52.33 3SL-1SL-1抗盐聚合物降滤失剂抗盐聚合物降滤失剂-30-304 4SPCSPC-9.6-9.65 5膨润土浆膨润土浆-31.7-31.76 6钙土浆钙土浆-9.8-9.87 7新疆钠膨润土浆新疆钠膨润土浆-45-45中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 三、正电性钻井液配方研究三、正电性钻井液配方研究 1钻井液处理剂的电性评价序号序号处理剂种类处理剂种类电位电位（mvmv）8 8阳离子淀粉阳离子淀粉
10、+30.5+30.59 9BPSBPS黑色正电胶黑色正电胶+60.3+60.31010MMHMMH正电胶正电胶+24.4+24.41111阳离子聚合物阳离子聚合物+10.6+10.61212配浆剂配浆剂0 01313新型阳离子降滤失剂新型阳离子降滤失剂JSJS+35.5+35.5中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 2、正电性处理剂对钻井液电性的影响 BPS黑色正电胶加量对钠膨润土浆、钙膨润土浆、配浆剂浆电性的影响见表3，4，5。表3 BPS加量对钠膨润土浆性能的影响序号序号BPS加加量量（%）FL（ml）YP(pa)PV(mpa.s)电位电位(mv)10284.03.0-45.02239
11、5.54.0-31.734718.09.0-28.2461301.59.0-25.2581733.010.0-23.1610全失全失-20.5中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院2、正电性处理剂对钻井液电性的影响表4 BPS加量对钙膨润土浆电性的影响序号序号BPS加量加量（%）电位（电位（mv）10-9.822-2.034+23.346+35.258+50.0中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院2、正电性处理剂对钻井液电性的影响表5 BPS加量对配浆剂电性的影响序号序号BPS加量（加量（%）电位（电位（mv）10022+25.034+51.046+58.0中石化石油勘探开究院中石化石油
12、勘探开究院 3 3正电性钻井液处理剂正电性钻井液处理剂 配配套套完完善善的的正正电电性性钻钻井井液液体体系系应应包包括括以下材料：以下材料：（1 1）正电性钻井液配浆剂（增粘剂）；正电性钻井液配浆剂（增粘剂）；（2）阳离子型降滤失剂；阳离子型降滤失剂；（3）阳离子润滑防塌剂；阳离子润滑防塌剂；（4）正电性增强剂；正电性增强剂；（5）阳离子聚合物；阳离子聚合物；（6）加重剂。加重剂。中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 3 3正电性钻井液处理剂正电性钻井液处理剂 正正电电性性钻钻井井液液与与常常规规钻钻井井液液除除带带电电性性差差异异外外，处处理理方方法法也也有有较较大大差差别别，前前者者不
13、不用用降降粘粘剂剂（粘粘土土不不分分散散），施施工工中中钻钻井井液液粘粘度度不不升升高高，而而后后者者，由由于于粘粘土土的的分分散散，钻钻井井液液粘粘度度升升高高，须须要要加加入入大大量降粘剂和水。量降粘剂和水。 在在正正电电性性钻钻井井液液中中，一一般般选选用用重重晶晶石石为为加加重重剂剂；一一般般选选用用AlClAlCl3 3或或FeClFeCl3 3为为正正电电性性增增强强剂剂；阳阳离离子子处处理理剂剂一一般般选选用用阳阳离离子子聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺、正正电电胶胶MMHMMH、BPSBPS黑色正电胶等。黑色正电胶等。中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 4 4、正电性钻井液配方的优选
14、、正电性钻井液配方的优选表6 正电性钻井液完井液体系的基本组成序号序号处理剂处理剂主要功能主要功能推荐加量推荐加量（%）1配浆剂配浆剂增粘剂和降滤失剂增粘剂和降滤失剂232JS降滤失剂和护胶剂降滤失剂和护胶剂133BPS防塌剂和润滑剂防塌剂和润滑剂234CHM高高分分子子量量阳阳离离子子聚聚合合物物，包包被被絮絮凝剂凝剂0.050.15AICI3正电性增强剂正电性增强剂0136BaSO4加重剂加重剂中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 4 4、正电性钻井液配方的优选、正电性钻井液配方的优选表7 正电性钻井液体系性能类别类别性能性能常温性能常温性能150/16h高温老化后性能高温老化后性能P
15、V(mpa.s)15351535YP(pa)1020515FL(ml)515520G10(pa)(pa)1515G10(pa)(pa)115115Kf0.050.050.05 +20+20+20中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 4 4、正电性钻井液配方的优选、正电性钻井液配方的优选（1）抗钻屑污染试验表8 正电性钻井液抗泥页岩污染试验泥页岩加量泥页岩加量（% %）0 05 5101015152020PV(PV(mPamPa.s).s)15.015.015.015.015.515.516161717YP(pa)YP(pa)7 77 75.55.56 66 6FLFL（mlml）7 76
16、65.55.55 55 5中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 4 4、正电性钻井液配方的优选、正电性钻井液配方的优选 （2） 抗NaCI污染试验表9 正电性钻井液抗NaCI污染试验NaCI加加量量（%）051015202530PV(mpa.s)15141313141517YP(pa)76567810FL(ml)776.56.577.58中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 4 4、正电性钻井液配方的优选、正电性钻井液配方的优选 （3） 抗CaCI2污染试验表10正电性钻井液抗CaCI2污染试验CaCI2加加量（量（%）0102030405070Pv(mpa.s)15131415171
17、820YP(pa)7556666.5FL（ ml）75.554.543.53中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 4 4、正电性钻井液配方的优选、正电性钻井液配方的优选 （4） 抗高温试验表11正电性钻井液抗温试验性能性能常温常温100/16h150/16hPV(mpa.s)151513YP(pa)76.55FL（ml）777.5中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 4 4、正电性钻井液配方的优选、正电性钻井液配方的优选 （5）不同钻井液体系不同钻井液体系电位测试：电位测试：表12钻井液体系电位测试序号序号钻井液配方钻井液配方电位电位（mv）13%膨润土膨润土+0.5%CMC+1%SM
18、P+1%铵盐铵盐-3522%膨膨润润土土+0.5%XY-27+0.5%JT888+2%CLG+0.2%CHM+0.4%CLM+732%膨膨润润土土+0.2%TQ+0.5%CFL+0.5%CLM+0.2%CHM+124水水+2%JS+3%BPS+1%HEC+5%CaCO3（超细）超细）+3853%配浆剂配浆剂+1%JS+2%BPS+1%阳离子淀粉阳离子淀粉+40中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 4 4、正电性钻井液配方的优选、正电性钻井液配方的优选 （6）正电性钻井液抗钙土污染实验表9正电性钻井液抗钙土污染实验配配方方实验温度实验温度FL（ml）pH初切初切/终切终切（Pa）PVYPPa
19、电位电位（mV）优选配方优选配方室温室温784/52217+36优选配方优选配方+1%钙土钙土室温室温78.53.5/41816+26老化老化7.88.54/4.52215+37优选配方优选配方+2%钙土钙土室温室温58.53.5/5.52017+33老化老化77.54.5/5.52220+37优选配方优选配方+3%钙土钙土室温室温58.54.5/52119+33老化老化7.57.53.5/42121+32优选配方优选配方+5%钙土钙土室温室温58.54.5/52418+30老化老化775/5.52320+31中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院 4 4、正电性钻井液配方的优选、正电性钻井
20、液配方的优选 （7）渗透率恢复值评价试验 使用正电性钻井液完井液渗透率恢复值使用正电性钻井液完井液渗透率恢复值为为79.4%，正电胶钻井液的岩心渗透率恢复，正电胶钻井液的岩心渗透率恢复值为值为77.6%，而使用聚合物钻井液的岩心渗，而使用聚合物钻井液的岩心渗透率恢复值为透率恢复值为54.9%。同时利用岩心切割方。同时利用岩心切割方法来估计钻井液侵入深度，结果也表明正电法来估计钻井液侵入深度，结果也表明正电性钻井液完井液的侵入深度较小。性钻井液完井液的侵入深度较小。正正电电性性钻钻井井液液体体系系先先后后在在纯纯26-35井井、梁梁212-17井井、高高12-36井井、草草20-平平19井井等等
21、十十六六口口井井进进行行现现场场试试验验，见见到到较较好好的的经经济济、技技术术效效益益。试试验验证证明明使使用用正正电电性性钻钻井井液液体体系系后后钻钻井井速速度度快快、建建井井周周期期短短、经经济济效效益益好好、完完井井作作业业顺顺利利、保保护油气层效果好。护油气层效果好。四、现场实验四、现场实验中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院1、 正电性钻井液在纯26-35井的应用（1）钻井施工概况 纯26-35井是济阳凹陷东营凹纯化-草桥断鼻带纯化鼻状构造纯26断块，设计井深2750米，完钻层位孔店组，开发孔店油层。 中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院1、 正电性钻井液在纯26-35井的
22、应用（2）主要技术难点 沙河街易塌 孔店上部软石膏层 孔店组紫红色混岩水化膨胀严重，完井电测遇阻问题。中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院1、 正电性钻井液在纯26-35井的应用（3）施工效果对比 井径扩大率：井号井号maxmin平均平均扩大率扩大率纯纯26-352542162285%纯纯26-斜斜1325423424011%纯纯26-斜斜2426622623911%中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院1、 正电性钻井液在纯26-35井的应用（3）施工效果对比 建井周期：井号井号时间时间井深井深纯纯26-3512d9h2750纯纯26-4913d7h2400纯纯26-斜斜2426d2h
23、2650纯纯26-斜斜1326d2625纯纯26-4824d2745中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院1、 正电性钻井液在纯26-35井的应用（3）施工效果对比 机械钻速；井号井号井深井深（m）钻头尺钻头尺寸寸进尺进尺时间时间钻速钻速纯纯26-402582215.92438132:5018.3m/h纯纯26-352750215.92516118:0021.3m/h中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院2、正电性钻井液在梁、正电性钻井液在梁212-17井的应用井的应用（1）钻井施工概况 梁212-17井是纯梁采油厂的一口生产井，设计井深2360米，完钻层位是沙三段，油层在沙二、三段。 中
24、石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院2、正电性钻井液在梁、正电性钻井液在梁212-17井的应用井的应用（2）钻井液技术措施 钻至1580米改为小循环，转化钻井液体系； 加入正电性降失水剂、正电胶等转化为正电性泥浆，同时加入防塌剂，电性增强剂等； 失水降至20ml，泥浆密度1.16克/cm3，粘度35s，PV10mPa.s，YP 2.5Pa，G 2/4Pa。 随后在钻进中加大正电性降失水剂的用量，保证泥浆体系的正电性。 中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院2、正电性钻井液在梁、正电性钻井液在梁212-17井的应用井的应用（3）钻井施工效果 从井内返出的岩屑来看，岩屑基本不分散，棱角分明。井
25、径扩大率平均为5%，与同地区井相比，井径扩大率降低3倍，钻井速度提高45%，节省钻头50%。 梁212-17井是该地区钻井速度最快、建井周期最短、经济效益最好、完井作业最顺利的一口试验井。 中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院3、正电性钻井液在、正电性钻井液在LG101-2井的应用井的应用（1）钻井工程概况 塔里木油田轮古地区二开裸眼井段长，具有大段易水化分散、造浆严重的泥岩地层；钻进速度快，环空岩屑浓度高，泥浆性能不易控制；进入三叠系和石炭系，存在严重易坍塌掉块的泥页岩层段；井底温度高，对钻井液的各项性能提出了很高的要求。 中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院3、正电性钻井液在、正电
26、性钻井液在LG101-2井的应用井的应用 （2）钻井施工效果 该井仅用25天顺利钻进至5435.26m,创该地区钻井速度新记录。 6月21日至23日进行常规及放射性测井，电测顺利。 6月24日至25日，177.8mm套管顺利下至5434.19米，开泵、固井顺利。中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院四、结论及认识四、结论及认识 1、常用处理剂大部分不能应用于正电性钻井液体系；改性后的正电性处理剂可配制出呈正电性的钻井液体系； 2、正电性钻井液不仅具有良好的流变性，体系的API滤失量也能够控制，固相含量低，流变性可以通过增粘剂、流型调节剂进行调节； 3、具有较强的抗温稳定性，可以抗到150，且钻井液性能稳定；中石化石油勘探开究院中石化石油勘探开究院四、结论及认识四、结论及认识 4、具有较强的抗盐、抗钙、抗土污染能力； 5、具有较强的页岩抑制性，能有效的防止井壁坍塌、掉块等井壁失稳现象的发生； 6、具有较高的渗透率恢复值和页岩回收率，油气层保护效果好，初产量提高20%以上； 7、正电性钻井液各项性能完全满足钻井施工要求，能有效提高钻井速度。 汇报到此结束汇报到此结束谢谢谢谢中国石化石油勘探开发研究院中国石化石油勘探开发研究院
