基于煤层气水平井的可降解聚合物钻井液研制与应用

为解决清水钻进带来的煤层井壁严重失稳问题,开发出可降解聚合物钻井液,其组成为：清水+0.1%纯碱+0.5%可降解聚合物DPA+1.0%润滑剂WLA。性能测试结果表明,可降解聚合物钻井液较清水具有强的防膨性,侵入煤层深度浅,对煤岩强度影响小,稳定井壁能力强;对煤层有污染,但通过氧化型破胶液可以有效解除可降解聚合物钻井液造成的煤层污染,达到保护煤层的目的。6口煤层气U型水平井应用结果表明,可降解聚合物钻井液稳定井壁能力强,配合后期破胶液技术,综合煤层保护效果好。     

沁水盆地基于储层保护的煤层气水平井钻井液的研究

清水作为煤层气水平井钻井液存在以下不足：与地层水相比,矿化度偏低存在水敏性损害;与地层水配伍性差,有结垢现象;不能有效絮凝细小煤屑颗粒,造成固相污染储层;返排能力不足。针对清水钻井液的不足,通过引入无机盐、防垢剂、表面活性剂和低分子量絮凝剂对清水钻井液进行改进。在此基础上,优选出煤层气水平井钻井液配方：清水+0.5%防膨絮凝剂PXA+0.5%防垢助排剂GPA。性能测试结果表明,改进后清水钻井液与煤层水、黏土矿物具有很好的配伍性,返排和絮凝能力增强,具有优异的储层保护效果。     

基于煤层气可降解的羽状水平井钻井液室内研究

为解决煤层气羽状水平井井眼净化、井壁稳定和储层保护之间的矛盾,研制出可生物降解的钻井液技术。该钻井液为无固相聚合物钻井液体系,具有较高的动塑比和低剪切速率黏度,能很好地稳定井壁和保持井眼清洁。优选出能够降解无固相聚合物钻井液的生物酶,测试结果表明：该生物酶在001%加量、1 h能有效降解钻井液,较适宜的降解环境为：pH=55~70,温度20~50 ℃,氯化钠和氯化钾对生物酶降解效果影响较小。     

煤层气多分支水平井防塌可降解屏蔽暂堵钻井液研究

多分支水平井技术的突破,有效地改变了我国煤层气开发模式和产业发展步伐。本文针对煤层气水平井钻井过程中遇到的井壁稳定性问题和钻井液对煤储层的伤害问题,在煤储层伤害敏感性评价的基础上,通过室内实验对钻井液基浆进行了优化配置,优选出了能够有效防止井壁坍塌、降低储层伤害的储层保护钻井液体系。     

沁水盆地清水钻井液对煤储层损害机理

针对沁水盆地煤层气水平井开采中以清水作为钻井液的情况,室内采用X射线衍射、扫描电镜、煤岩膨胀实验和敏感性实验分析了煤层气储层岩石组成及理化性能,同时结合水质结垢预测、水质粒度分析与动态体积流过量实验等方法研究了清水钻井液,结果表明清水对煤层气储层造成损害的因素为:与地层水配伍性不好易结垢、矿化度较地层流体低易引起煤层中黏土矿物水化膨胀、自身絮凝能力弱易造成微小固相颗粒堵塞污染、返排能力差不利于煤层气排水开采。     

适用于煤层气钻井的微泡沫钻井液研究

煤储层具有低压、低渗、微裂缝发育等特点,在煤层气开采过程中容易对储层造成损害,降低煤层气井产量。针对此问题,笔者进行了起泡剂分子结构设计并合成了一种新型高效双子型起泡剂,同时以该起泡剂为基础,构建了适用于煤层气钻井的微泡沫钻井液体系。通过实验分析了煤岩组成、煤岩微观结构与煤层顶底板岩样性质,并评价了微泡沫钻井液对煤系地层的适用性。结果表明:新型起泡剂性能良好,能够显著降低水的表面张力,当质量分数为0.1%时,降幅可达71.82%;半衰期是常规起泡剂的3倍以上,稳泡性能良好;采用接触角测定仪测试了新型起泡剂对煤岩润湿性的影响,表明新型起泡剂对煤岩润湿性改变程度小,煤岩接触角恢复率达86%,有利于提高煤层保护效果。微泡沫钻井液体系黏度适中,流变性能良好,动塑比高,携岩能力强,泡沫质量稳定,其微观形态测试结果表明微泡沫的水化膜较厚,具有较强稳定性,微泡沫粒径呈现正态分布,平均粒径为144μm,半衰期82 h。煤层顶底板岩样在微泡沫钻井液中的线性膨胀率小于3%,滚动回收率大于92%,表明微泡沫钻井液具有良好的抑制能力,能够维持煤层顶底板地层的井壁稳定性。煤芯气测渗透率恢复率达到90%以上,具有良好的储层保护效果,能够满足低压低渗煤层的钻井要求。通过建立钻井液中处理剂解吸附评价实验装置与方法,评价了微泡沫钻井液中处理剂的解吸附能力,结果表明微泡沫钻井液中处理剂吸附量小,易于脱附,在煤岩中脱附率达82.4%。基于新型双子型起泡剂的微泡沫钻井液能够有效维持煤层顶底板岩样的井壁稳定性,并能在煤层表面易于脱附,提高了对煤储层的保护效果,适用于煤层气钻井作业。     

镶嵌暂堵钻井液在潘河区块15~#煤层开采试验中的应用

潘河15~#煤层含气量大,易碎易污染,井壁坍塌严重。分析其坍塌与煤储层保护的机理,采用镶嵌暂堵钻井液进行了研究试验。结果表明,该钻井液具有良好的流变性,API失水低于10 m L,井壁防塌和储层保护效果良好,9口井的平均煤层井径扩大率6.13%,试验井先期产量达2 112 m~3/d,均优于清水钻进。形成了一套适宜潘河15~#煤开发的钻井液体系,并为解决井壁坍塌和煤储层保护难题提供了新的思路。     

钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验研究

煤层气井单井产量往往较低,综合勘探开发煤系非常规天然气是提高煤层气开发效益的重要途径,但这要求钻井液能同时解决煤层、致密砂岩和页岩地层的井壁稳定问题。为此,提出基于"正电性-中性润湿-化学抑制-纳米材料封堵-合理密度支撑"的协同防塌理论,并开展了钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验工作。首先优选出能有效降低钻井液表面张力、增加钻井液与页岩接触角的表面活性剂复配方案,并结合钻井液流变性、滤失性、润滑性、水活度和抑制性等参数测试和页岩压力传递实验,对钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的效果进行了评价。结果表明:复合表面活性剂能够有效改变水基钻井液的润湿性能,与优选的水基钻井液相比,钻井液表面张力降低42.6%,与页岩的接触角增大162.1%;复合表面活性剂与水基钻井液具有良好的配伍性,具有较好地抑制性和抗盐能力;与清水相比,复合表面活性剂能显著阻缓页岩孔隙压力传递速率,降低钻井液侵入页岩的程度,页岩渗透率降低幅度在99%以上;说明通过控制钻井液润湿性来增强页岩井壁稳定性是可行的。     

煤层多分支水平井安全钻井技术

通过对煤层地质特征、钻井工程特点以及现场实践分析,归纳了煤层损害与井壁失稳机理,提出了煤层多分支水平井安全钻井策略。研究表明：应力敏感、流体及固相侵入、水相圈闭是煤层损害的主要类型;控制钻井液滤失量,增强滤液与煤层配伍性,提高煤层能量,完善煤层损害解除方法是保护煤层的有效手段;地质情况复杂,煤岩强度低,钻进液性能不稳、密度不合理,清水充气不均是清水充气欠平衡钻进多分支井水平井煤层损害和井壁失稳的主要机理;开展三维地震优选布井,钻井工艺,清水改性及暂堵-返排钻井液体系等配套技术研究有利于煤层多分支水平井钻井安全。     

煤层气储层损害机理及应对措施

针对山西沁水盆地南部中高阶煤储层,利用X射线衍射、溶剂抽提后质谱分析、扫描电镜、低温氮吸附和压汞法,测试了钻井液组分对煤岩有机分子结构、割理和基质孔隙的影响特征;开展了压力波动条件下,不同类型钻井液对煤储层应力敏感性、钻井液滤失量以及钻井液侵入后的储层损害的对比实验。分析认为减小煤层气储层损害需要综合考虑钻井液组分和钻井工程两方面因素,钻井液中淀粉类、纤维素类组分对煤岩的物理化学性质产生较大影响,压力波动是导致储层损害的主要推手。煤层气水平井钻井过程中,泡沫钻井液可以减少钻井液对煤储层的侵入量,清水钻井液侵入煤储层后的渗透率损害率最低,减小钻井压力波动是稳定井壁和保护储层重要工程措施。