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塔河油田钻井液处理剂评价标准研究

时间:2016-09-05来源: 作者: 点击: 93次


              

摘要:通过对塔河油田钻井液处理剂评价标准使用现状的分析调查,提出了现有的评价标准中存在的问题,通过大量室内实验,对常用的几大类钻井液处理剂主要性能指标进行对比分析与研究,结合工区内钻井液工艺技术特点,提出了塔河油田常用的钻井液处理剂的通用评价标准,旨在更好的指导专业部门把关产品质量,同时也为相关行业标准的修改制定提供参考。

关键词:钻井液;处理剂;标准

 

一、钻井液处理剂评价标准的使用现状及存在的问题分析

塔河油田经过十多年的快速勘探开发,目前的钻井液工艺体系和技术应用发展比较成熟,进而衍生出多达百余种的各类钻井液处理剂,根据备案的统计情况来看,目前在西北油田分公司塔河工区内涉及的各级钻井液处理剂评价标准共计146份,详细统计情况见表1

1:塔河油田各级钻井液处理剂评价标准使用情况统计

国家标准(GB/T

5

石油天然气行业标准(SY/T

12

中石化一级企业标准(Q/SH

11

西北分公司企业标准(QB/SHXB

35

厂家企业标准

83

共计

146

 

从统计情况来看,国家标准因为覆盖面较低,且检测指标较为单一,故而采用的相对较少;中石化一级企业标准主要是针对大宗使用的钻井液处理剂如酚醛树脂(SMP)、羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)以及磺化沥青(FT)等处理剂来制定的;西北分公司企业标准主要是针对区域内钻井液工艺体系使用较为成熟的且具有特殊性能的钻井液处理剂,如阳离子沥青粉、屏蔽暂堵剂、阳离子乳化沥青等处理剂;而厂家企业标准所涉及的处理剂则是五花八门,种类繁多。审核部门在评价标准的具体执行中,对于通用的大宗类钻井液处理剂,统一采用石化一级标准来控制处理剂质量;对于小剂量的具有特殊功能的钻井液处理剂,则是根据性能分类,将性能相同或者相似的钻井液处理剂优先采用分公司企业标准来控制质量,而后才考虑厂家提供的企业标准。但由于近年来国内油田化学品新技术的飞速发展,各种各样的新型钻井液处理剂如雨后春笋般的快速出现,同时厂家制定的企业标准大多数不具有通用性,其评价标准只针对自己生产的处理剂,而分公司制定的企业标准又不能满足各种各样的新型处理剂的性能评价需要,因而导致目前所收录的各级钻井液处理剂评价标准中,厂家企业标准就占了56.8%。

总的来说,石油天然气行业标准、石化一级企业标准和分公司企业标准制定的相对严格,其规定的各项检测指标能较好的反映出该产品的生产工艺和在钻井液中发挥的功能,而各类厂家企业标准则是良莠不齐,其制定水平整体不高。结合近几年的工作实践,针对评价标准中存在的问题,目前钻井液处理剂检测工作在标准的执行中存在以下几个问题:

1、钻井液处理剂基准实验材料的问题:几乎所有的钻井液处理剂在性能评价时都要用到配浆土,尤其是实验室用钠土和钙土,符合SY/T 5490-93要求的即是实验室用钠土,该钠土是产自新疆夏子街的天然钠土,由于性能稳定,因而在国内各油田钻井液实验室统一用作配浆基准土,但是经过十多年的消耗,该钠土目前已经面临严重短缺的局面,有些实验室不得已只能用人工钠土代替,而基础配浆土不同势必会影响到处理剂的评价结果。钙土主要用来评价包被抑制类处理剂,因行业内没有基准钙土的评价标准,导致各个实验室所用的钙土性能各不相同,进而也影响到处理剂的评价结果[1]

2、钻井液处理剂评价标准的问题:由于企业自身技术水平的限制、以及对产品质量控制和压缩成本的考虑,大多数厂家制定的企业标准都相对宽松,其规定的各项性能指标难以真实反应产品的功能特性。总结起来主要存在如下几个问题:(1)企业标准通用性差,同类型产品的评价方法和实验条件各不相同,不具对比性。如同样是沥青类防塌剂,在评价其封堵性时,有的企业标准规定测试在4%的加量下测试120℃实验条件下的高温高压滤失量,而有的企业标准则规定测试在2%的加量下测试150℃实验条件下的高温高压滤失量,这样的检测方法和实验数据对于现场钻井液施工来说没有任何参考的意义。(2)企业标准命名不规范,故意夸大吹嘘其产品功能特点,性能指标制定采取“避重就轻”的方式。如某种命名为“抗盐抗高温降粘防塌降滤失剂”的处理剂,标准规定在常温实验条件下抗盐性能达到4%,却并没有制定高温条件下的抗盐性能指标,而现场的实际情况通常是要求钻井液在高温条件下具有一定的抗盐能力,因而说此种处理剂具有抗盐能力其实是“言过其实”的,并且容易误导现场技术人员的使用和判断。(3)部分企业标准制定的水平较低,主要评价指标不能如实反应产品的功能特性。如某种命名为“包被抑制剂”的高分子聚合物处理剂,其制定的能反应其分子量大小的特性粘度一项指标要求不小于4即可,而其他指标的制定并不能反应出产品的包被抑制能力。

二、钻井液处理剂评价标准研究

采用相同的试验方法和统一的检测指标,对同一功能的产品进行质量评判,是业内普遍认同的做法。针对目前塔河油田钻井液处理剂使用现状和存在的问题,结合笔者多年丰富的钻井液处理剂室内评价经验,通过查阅分析行业内通用标准的实验方法和评判指标,在开展大量室内试验数据的基础上,结合油田单位的实际情况,提出了几种主要的钻井液处理剂质量评价的实验方法和控制指标,为现行标准的修订提供积极的参考意义。

1、常用钻井液处理剂类别划分

统计分析塔河油田近十年来常用的钻井液处理剂,并结合塔河油田地层物性特点和钻井液体系工艺,从功能上划分主要有5类最常用的钻井液处理剂,见表2

       表2:塔河油田常用钻井液处理剂类别统计

类别

名称

封堵防塌类

沥青质封堵防塌剂

复合填充封堵防塌剂

降滤失剂类

聚合物降滤失剂

抗温抗盐降滤失剂

合成树脂类降滤失剂

润滑剂类

水基润滑剂

合成基润滑剂

包被絮凝类

聚丙烯酰胺钾盐

金属离子聚合物

絮凝包被剂

堵漏类

纤维类堵漏材料

颗粒类堵漏材料

2、室内试验研究

对比分析现行标准中通行的实验方法,结合油田自身实际情况,制定科学、合理的实验评价方案,根据类别对塔河油田常用的钻井液处理剂现场取样,并在实验室进行了大量的评价实验,从而完成了对处理剂质量的评价方法和主要指标的实验研究。

2.1钻井液用封堵防塌类处理剂

塔河油田钻井施工过程中,在三叠系及以深地层普遍面临井壁稳定的问题,因此需要在钻井液体系中加入一定量的封堵防塌剂,要求其具有良好的封堵填充能力和较高的抗温性能,同时对钻井液流变性无大的影响。实验室采用测试高温高压滤失量降低率和表观粘度的实验方法对不同厂家生产的10组封堵防塌类处理剂进行了性能评价(见图1和图2):10种封堵防塌剂中,有9种HTHP降低率大于65.0%,只有4#样品其HTHP降低率小于65.0%,另外10种样品对基浆的表观粘度影响不大。

 

图1:防塌剂HTHP降低率测试结果                         图2:防塌剂表观粘度测试结果

2.2钻井液用降滤失剂

目前塔河油田常用的降滤失剂主要有三大类,以聚丙烯腈、丙烯酸等为主原料的聚合物类降滤失剂和以腐殖酸、改性褐煤等原料为主的抗高温抗盐降滤失剂、以及以磺化酚醛树脂SMP为代表的合成树脂类降滤失剂。其中聚合物降滤失剂主要应用于4000m以浅井段,其性能应具有良好的降滤失效果,其分子量应较小,水溶液粘度适中,同时具有一定的抗盐能力;褐煤及树脂类抗温抗盐降滤失剂应具有较高的抗温能力和抗盐污染能力,同时对钻井液流变性影响小。根据以上要求,收集塔河油田现场常用的10组聚合物降滤失剂和抗温抗盐降滤失剂,在实验室对其性能进行了评价(见图3~图6):


图3:聚合物降滤失剂API降低率测试结果         图4:抗温抗盐降滤失剂HTHP滤失量测试结果


图5:聚合物降滤失剂1%水溶液表观粘度测试结果         图6:抗温抗盐降滤失剂表观粘度测试结果

从上图可以看出:聚合物降滤失剂在120℃条件下高温老化后,其在淡水条件下API失水降低率均能达到65%以上,盐水中API失水降低率能达到75%以上,同时聚合物降滤失剂的分子量均较小,所以其1%水溶液表观粘度都不超过10mPa.s;而抗高温抗盐降滤失剂均能满足抗温180℃的要求,其高温热滚后,淡水浆HTHP滤失量能控制在25mL以下,在15%盐的污染后,其HTHP滤失量也能控制在35mL以下,说明处理剂抗盐污染能力较好;同时在淡水环境下该类处理剂均表现出一定的调节流型的能力,加入15%盐以后,表观粘度有所增长,但也能控制在35mPa.s以下。

2.3钻井液用包被絮凝类处理剂

目前油田常用的钻井液包被抑制类处理剂其主要包括聚丙烯酰胺及其衍生物、聚丙烯酸盐等水溶性高分子聚合物,其中聚丙烯酰胺及其衍生物是钻井液中使用最多的一类高分子聚合物,该类聚合物主要是通过高分子量形成的较长分子链吸附在粘土颗粒表面或之间,从而起到对钻井液中劣质粘土絮凝包被作用[2]

查阅大量相关文献后得知,采用特性粘数和岩心线性膨胀降低率两个指标能较好的反映出高分子聚合物包被絮凝剂的产品性能,参考GB/T 1632.1-2008SY/T 5946-2002等标准,收集塔河油田现场10组不同名称代号的钻井液用絮凝包被剂,在实验室对特性粘数和岩心线性膨胀降低率两项主要指标进行了评价(见图7~图8):

 


图7:高聚物特性粘数测试结果                     图8:高聚物抑制性测试结果

实验表明:10组聚合物絮凝包被剂反映其分子量大小的特性粘数指标绝大部分都在6以上,只有8号样品特性粘数小于6,对应在岩性线性膨胀率指标上,8号样品低于45%,从侧面也说明分子量的大小直接影响聚合物絮凝包被剂抑制粘土水化分散的能力。

三、通用指标的制定

实验选取的现场用钻井液处理剂基本涵盖了目前市场上主要的供货商,同时也代表了塔河油田钻井液工艺体系的整体水平,对各大类处理剂采取了现行标准通用的实验方法,评价了能反映其主要功能的关键性指标,对比分析实验数据,结合油田钻井液市场当前的实际情况,制订了钻井液处理剂的主要质量指标:①封堵防塌类处理剂:150℃高温高压滤失量降低率65.0%;表观粘度12.0mPa.S;②聚合物类降滤失剂:120℃高温老化后,淡水API滤失量降低率65.0%,4%盐水API滤失量降低率≥75.0%,1%水溶液表观粘度≤12.0mPa.S;③抗温抗盐类降滤失剂:180℃高温老化后,淡水浆高温高压滤失量≤25mL,表观粘度15.0mPa.S;15%盐污染浆高温高压滤失量≤35mL,表观粘度30.0mPa.S;④包被絮凝类处理剂:特性粘数≥6.0,岩心线性膨胀降低率≥45.0%。

四、结论与建议

1)油田钻井液处理剂质量监控过程中,实验基准材料短缺的问题直接影响到实验结果的公正与公平,呼吁相关部门尽快组织制定修改基准材料的标准,便于基准材料的大批量生产制作,从而减小或消除质量监控实验的误差;

2)大宗类钻井液处理剂质量总体较高,但存在产品命名不规范、大量企业标准制定水平低,通用性差等问题,不利于监管部门对产品质量的控制和掌握;

3)油田相关部门在修订产品标准时,应紧密结合工区内地层物性和钻井液体系工艺特点,制定出既能把关产品质量,同时又适合油田自身特点的评价标准。

 

参考文献

[1]王欣.油田化学剂标准执行中遇到的一些问题与探讨[J].石油工业技术监督.2000,(161278.

 [2]潘则林,王才.水溶性高分子产品应用技术[M] .北京:化学工业出版社,2005

 

 

 

 

 

作者简介

高 伟(1983—),工程师,2006年毕业于石河子大学应用化学专业,现在中石化石油工程技术研究院从事钻井液工艺研究及现场应用工作。地址:(841600)新疆轮台县团结路中石化石油工程技术研究院西北项目部,电话:13899057596,0996-4951827,E-mail:gaowei.sripe@sinopec.com。

 

Study on evaluation standard of drilling fluid treatment agent in Tahe Oilfield

Gaowei

Petroleum Engineering Technology Research Institute of Sinopec

Abstract: Through of Tahe oilfield drilling fluid treatment agent evaluation criteria using the analysis and investigation of the present situation proposed the problems existing in the current evaluation criteria, through a large number of indoor experiments, the commonly used several kinds of drilling fluids processing agent main performance index contrastively analyzes and studies, combining industry and Trade Zone in drilling fluid technology characteristics, Tahe oilfield drilling fluid treating agent of universal evaluation standard is proposed, aimed at better professional guidance department checks the quality of the products, but also for the relevant industry standard, modified to provide a reference for formulating.

Key words: Drilling fluid; treatment agent; standard

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