中石油钻石院高性能胺基钻井液技术.ppt

1,高性能胺基钻井液技术,技术交流与汇报,2,汇报提纲,一、研究背景二、胺基抑制剂研制三、胺基抑制剂性能评价四、抑制作用机理分析五、高性能胺基钻井液体系优化六、钻井液体系性能对比评价七、优势及适用性八、现场应用预期效果,3,井壁坍塌井径扩大卡钻扭矩及阻力增大,一、研究背景,井壁失稳造成的井径扩大,钻井过程中泥页岩地层常出现：,油基钻井液（成本高，污染大）强抑制性的水基钻井液,有效解决方法：,世界范围内所钻地层中超过90%为泥页岩地层，钻井过程中约75%的工程问题与泥页岩有关。,4,抑制性能不理想易水解，稳定性差,两亲性聚胺酸,与其它处理剂配伍性差生物毒性大，受环保限制,季铵盐,烷基二胺类（已二胺）,小阳离子,不足：,铵盐或胺类化合物作为泥页岩抑制剂的研究由来已久：,一、研究背景,5,汇报提纲,一、研究背景二、胺基抑制剂研制三、胺基抑制剂性能评价四、抑制作用机理分析五、高性能胺基钻井液体系优化六、钻井液体系性能对比评价七、优势及适用性八、现场应用预期效果,6,分子结构片段模拟图,胺基起主要抑制作用醚键能调整其分子结构及链长无水解的官能团，稳定性好不含反应性的官能团，与其它处理剂配伍性好分子链长适中，生物毒性低,所设计的胺类抑制剂的分子结构特征：,二、胺基抑制剂研制,分子结构设计,7,新型胺类抑制剂的合成优选催化胺化法的工艺路线,合成胺类化合物的方法有：离去基团法（先加入易离去基团反应物，发生SN反应后再离去）优点：设备要求简单缺点：副反应多、易污染环境、原料与产物不易分离催化胺化法（适于放大生产）优点：选择性好、转化率高、对环境污染小、后处理方便缺点：设备要求高，安全生产要求高,胺基抑制剂SIAT的合成,二、胺基抑制剂研制,8,高效胺基抑制剂中试试验的工艺流程,胺基抑制剂SIAT的生产工艺流程：,二、胺基抑制剂研制,9,胺基抑制剂-SIAT中试产品：,二、胺基抑制剂研制,10,IR分析：,SIAT的红外光谱,UltraHib的红外光谱,两者IR谱图形状相似，均分别在波数3360、2970、2875、1580、1456、1107、920、860、833及443cm-1附近出现特征吸收峰,二、胺基抑制剂研制,通过IR、ESI-MS、GC/MS等分析手段进行了结构表征。,11,ESI-MS分析（分析有机化合物或聚合物的分子量）：,SIAT的ESI-MS图,UltraHib的ESI-MS图,SIAT与UltraHib的ESI-MS图中都出现了m/z分别为249、307、365、423、481的主峰，依次相差58，说明两者均属于混合物，由聚合度不同、结构单元相同的低聚物组成，且聚合物的最大分子量不超过1000。,二、胺基抑制剂研制,12,GC/MS分析：,SIAT的GC图,UltraHib的GC图,两种化合物的气相色谱图基本一致，出峰的保留时间及峰形都非常相近。,二、胺基抑制剂研制,13,UltraHib中GC保留时间为16.070min的组分对应EI-MS图,SIAT中GC保留时间为16.086min的组分所对应EI-MS图,两种化合物的GC/MS谱图基本一致，GC中出峰的保留时间及峰形相同，且EI-MS中的碎片峰也相同，均出现了脂肪胺类化合物的系列特征碎片离子m/z 30、44、58。,二、胺基抑制剂研制,14,通过谱图分析，表明所合成的化合物：,符合起初设计的分子结构特征，化学结构中含有胺基，存在醚键，与国外UltraHib样品吻合；属胺类低聚物，其分子量不超过1000，保证了SIAT作为胺基抑制剂适中的分子量及链长。,二、胺基抑制剂研制,15,汇报提纲,一、研究背景二、胺基抑制剂研制三、胺基抑制剂性能评价四、抑制作用机理分析五、高性能胺基钻井液体系优化六、钻井液体系性能对比评价七、优势及适用性八、现场应用预期效果,16,为评价胺类化合物SIAT的抑制性能，实验中对KCl、CSW、UltraHib样品和SIAT进行了抑制性能对比。通过添加膨润土，测定体系流变性能的变化来评价其抑制性。体系抑制性能越强，膨润土越不易水化，添加的膨润土对体系的流变性能影响越小，所添加膨润土的量越多。,三、胺基抑制剂性能评价,1、SIAT对膨润土抑制性能评价,17,膨润土添加量与600的关系图,膨润土添加量与3的关系图,膨润土添加量与静切力G10的关系图,膨润土添加量与AV的关系图,三、胺基抑制剂性能评价,18,采用玉门油田长-301井的同一批钻屑进行钻屑回收率试验。,添加1wt%SIAT后，能明显提高体系的钻屑回收率（提高约20%），表明添加SIAT对泥页岩钻屑具有良好的抑制性能。,2、SIAT对泥页岩钻屑抑制性评价,三、胺基抑制剂性能评价,19,配方1：11.5%甲酸钠+1.0%改性淀粉+0.5%XC配方2：配方1#+1%SIAT配方3：2%KCl+0.5%Cap+1%PAC+0.5%XC(用重晶石加重到1.20g/cm3)配方4：配方3#+1%SIAT,抑制剂SIAT的添加对钻井液体系的流变性能、滤失性能等影响很小，与钻井液体系中其它处理剂的配伍性好。,3、SIAT配伍性能评价,三、胺基抑制剂性能评价,20,SIAT的配伍性好，水基钻井液体系中添加SIAT，能明显提高泥页岩钻屑的回收率（其研究成果发表在国际知名SCI期刊Applied Clay Science上）。,经对比评价，所合成SIAT的抑制性能优于KCl、小阳离子CSW，与国外产品UltraHib的抑制性能相当，可作为泥页岩的高效抑制剂；,三、胺基抑制剂性能评价,21,汇报提纲,一、研究背景二、胺基抑制剂研制三、胺基抑制剂性能评价四、抑制作用机理分析五、高性能胺基钻井液体系优化六、钻井液体系性能对比评价七、优势及适用性八、现场应用预期效果,22,SIAT具有独特的分子结构，含有多个胺基，存在醚键，与小阳离子等胺基抑制剂具有很大的区别；尤其是醚基的存在，一方面增强了胺类化合物的水溶性，更适合在水基钻井液中应用；另一方面消除了胺类化合物中因碳链增长而引起的毒性问题；,胺基抑制剂SIAT的抑制机理表现在：,四、抑制作用机理分析,23,-NH2极性大，易被粘土优先吸附，会促使粘土晶层间脱水，减小膨胀力；,引入醚键，可适当增长骨架碳链，使其嵌入粘土晶层，可以阻止水分子进入；依靠分子链上多个胺基固定粘土晶片，破坏水化结构，更好地发挥胺类化合物SIAT对泥页岩、粘土的优良抑制作用。,四、抑制作用机理分析,24,汇报提纲,一、研究背景二、胺基抑制剂研制三、胺基抑制剂性能评价四、抑制作用机理分析五、高性能胺基钻井液体系优化六、钻井液体系性能对比评价七、优势及适用性八、现场应用预期效果,25,通过添加SIAT，优化设计出了无粘土的高性能胺基钻井液体系。体系的配方组成为：2%5%KCl+1%2%SIAT+0.5%CHM+1%PAC-LV+0.3%0.5%XC+1%润滑剂，并用重晶石加重,密度范围：1.11.4g/cm3。,五、高性能胺基钻井液体系优化,体系优化：,26,汇报提纲,一、研究背景二、胺基抑制剂研制三、胺基抑制剂性能评价四、抑制作用机理分析五、高性能胺基钻井液体系优化六、钻井液体系性能对比评价七、优势及适用性八、现场应用预期效果,27,六、钻井液体系性能对比评价,流变性能评价：,对比评价高性能胺基钻井液体系与油田现场用钻井液体系的流变性能。油田现场用钻井液体系包括：UltraDrill钻井液、聚磺钻井液、钾铵钻井液、盐水聚合物钻井液及油基钻井液。,28,不同钻井液体系的配方组成,六、钻井液体系性能对比评价,29,测试结果表明，高性能胺基钻井液体系（1.15g/cm3）具有良好的流变性能，其API滤失量也能控制在较小的数值。,六、钻井液体系性能对比评价,30,评价方法：钻屑回收率试验。一次回收率：于100下热滚16h，用40目标准筛回收，烘干后称重；二次回收率：将40目回收烘干的钻屑分别加入清水中，同样于100下热滚16h，用40目标准筛回收，烘干后称重。钻屑样品：克拉玛依油田同一批泥页岩钻屑评价体系：清水、高性能胺基钻井液、聚磺钻井液I、聚磺钻井液II、盐水聚合物钻井液、钾铵钻井液及油基钻井液,抑制性能对比：,六、钻井液体系性能对比评价,31,不同泥浆体系的一次回收率结果（克拉玛依泥页岩钻屑）,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；现场水基泥浆的一次回收率均低于60%。,六、钻井液体系性能对比评价,32,不同泥浆体系的二次回收率结果（克拉玛依泥页岩钻屑）,高性能胺基钻井液的一次回收率高达95.7%，其回收烘干的钻屑在清水中的二次回收率也高达76.6%，远高于其余现场泥浆包括油基泥浆的二次回收率。,六、钻井液体系性能对比评价,33,21.3%(钾铵钻井液),回收钻屑烘干后的外观形貌（泥浆体系中一次回收）,34.7%(盐水聚合物),49%(聚磺I),58.4%(聚磺II),99.4%(冀东油基),95.7%(胺基1%SIAT，1.15g/cm3),六、钻井液体系性能对比评价,34,2.13%(钾铵钻井液),回收钻屑烘干后的外观形貌（清水二次回收）,1.94%(盐水聚合物),0.98%(聚磺I),13.8%(聚磺II),2.91%(冀东油基),76.6%(胺基1%SIAT，1.15g/cm3),六、钻井液体系性能对比评价,35,六、钻井液体系性能对比评价,西部钻探钻井流体分析化验中心检测对比分析：,钻井液体系的密度均为1.30g/cm3，具体组成为：配方1：4%坂土浆+0.6%SP-8+5%KCl+0.2%NaOH+0.5%PMHA-2+0.5%NPAN+3%KR-n+3%SMP-1+1%SPNH+0.2%CaO+2%SDH+2%QCX-1+1%WC-1+1.5%KZD-2+重晶石 配方2：4%坂土浆+2%RSTF+7%KC l+0.3%FA367+0.5%XY-27+5%PHT+2%TX+1%KOH+0.3%CaO+0.5%CMC(LV)+2%QCX-1+1%WC-1+重晶石 配方3：4%坂土浆+0.5%NaOH+1.2%Redul+10%KCl+0.2%IND-10+1%NPAN+7%PHT+3%KR-n+2%SMP-2+2%SPNH+20%OS100+2%QCX-1+1%WC-1+1%RH101+重晶石 配方4：4%坂土浆+1%NaOH+2%RSTF+8%KCl+0.3%FA367+0.6%XY-27+8%PHT+1%CSW-1+3%TX0.3%CaO+0.5%CMC(LV)+0.4%MFG+3%KR-n+25%OS100+重晶石 配方5：5%KCL+2%SIAT+0.3%FA367+1.0%AP220-1+0.3%XC+1%RH-3D+重晶石,36,六、钻井液体系性能对比评价,五种钻井液体系常温下的性能参数,37,六、钻井液体系性能对比评价,五种钻井液体系80下热滚16h后的性能参数,38,六、钻井液体系性能对比评价,五种钻井液体系120下热滚16h后的性能参数,测试结果表明，胺基钻井液体系（1.3g/cm3）具有良好的流变性能，降滤失性能及优良的抑制性能。,39,汇报提纲,一、研究背景二、胺基抑制剂研制三、胺基抑制剂性能评价四、抑制作用机理分析五、高性能胺基钻井液体系优化六、钻井液体系性能对比评价七、优势及适用性八、现场应用预期效果,40,优良的抑制性，解决钻屑完整性，返出砂样成型，棱角分明抑制造浆，控制固相含量和搬含方面，优势大搬含和固相含量低，保护储层抑制性好，搬含低，流变性能稳定体系动切力较高，3/6值均在10左右，携屑能力强，良好的井眼清洁能力低毒，环保配方简单，易于维护性价比高，替代油基钻井液,七、优势及适用性,高性能胺基钻井液体系优势：,41,七、优势及适用性,易水化的泥页岩地层钻井近海油田大位移井及水平井钻井页岩气作业,适用性（环保限制的坍塌地层）：,42,汇报提纲,一、研究背景二、胺基抑制剂研制三、胺基抑制剂性能评价四、抑制作用机理分析五、高性能胺基钻井液体系优化六、钻井液体系性能对比评价七、优势及适用性八、现场应用预期效果,43,抑制泥页岩，保持井壁稳定包被钻屑，清洁井眼防止泥包，起下钻顺利储层保护效果好提高单井产能满足环保要求，可直接排放,八、现场应用预期效果,现场应用预期效果有：,44,谢谢！,