水基半透膜钻井液技术的研究与应用

介绍了一种新型的有机硅酸盐半透膜剂BTM-2.通过钻屑回收率、泥球浸泡、抑制膨润土造浆、抗污染、抗温等试验及半透膜效率测定,评价了半透膜剂及半透膜钻井液的性能,有机硅酸盐半透膜钻井液具有高半透膜性能、强的抑制泥页岩水化膨胀、分散的能力、良好的抗钻屑污染能力和高温流变性.现场应用表明,该钻井液体系抑制能力强,防塌效果好,井径扩大率小,井径规则.     

隔离膜水基钻井液技术研究与应用

隔离膜水基钻井液以隔离膜降滤失剂CMJ-2、高效高分子包被絮凝剂JH-1、降滤失剂CFJ-1、降粘剂JN-1为主要处理剂配制而成.其中,隔离膜降滤失剂CMJ-2是一种新型有机胺天然纤维聚合物,它由天然纤维经碱化,在高温条件下裂解后,在催化剂作用下与不饱和有机胺化合物进行缩聚反应而制得.介绍了CMJ-2的膜结构特征、抗高温降滤失性和润滑性能.评价了隔离膜水基钻井液的抑制性、抗盐、抗温、抗污染及油气层保护性能.室内评价结果表明,CMJ-2能有效降低钻井液的动滤失量和动滤失速率,可以减缓或阻止钻井液及其滤液渗入泥页岩体内,延缓孔隙压力的扩散,有效防止地层水化膨胀及坍塌;隔离膜水基钻井液具有较强的抗温、抗盐、抗污染能力,在高密度条件下也具有良好的封堵能力;无荧光、无毒性,满足环境保护要求.该钻井液在青海油田马海区块的马105井和涩南2井以及新疆油田T85388井进行了应用.现场应用表明,隔离膜钻井液在井壁外围形成隔离膜保护层,阻止钻井液及其滤液进入地层,从而有效地防止了地层的水化膨胀,封堵地层裂缝,防止井壁坍塌.     

杂多糖钻井液抗温抑制性能评价

为改善杂多糖钻井液抑制剂--SJ钻井液的抗温性能,通过岩屑滚动回收率实验、泥页岩线性膨胀率实验、泥球浸泡实验以及流变性能参数和滤失量随SJ钻井液添加量变化关系曲线,评价了SJ钻井液的抗温抑制性能。结果表明：水基钻井液中SJ添加量为1%～6%时,SJ钻井液具有合理的泥页岩抑制性、流变性和滤失性,抗温极限为140 ℃;SJ钻井液的抑制作用机理包括“连续半透膜”和“胶体软粒子填充降滤失”以及“硅锁封固壳去水化”等方面。该成果为开发保护油气层的水基钻井液又找到一类新型的抑制剂。     

水基钻井液成膜技术研究进展

水基钻井液成膜技术是当今研究的热点，其核心技术是利用页岩或钻井液的物理、化学特性，使页岩或钻井液具有半透膜的性能或在井壁上形成一层较高质量的隔离膜，阻止钻井液向地层的进一步滤失，从而有效地稳定井壁和保护油气层。文章根据国内外研究的实际情况，对水基钻井液的几种成膜机理进行了探讨，分析了半透膜和隔离膜的实质，总结了成膜水基钻井液、成膜处理剂以及成膜新工艺的应用现状及发展趋势。建议加强对成膜机理以及对所形成膜的性质等方面的研究。同时应在提高膜的功能和环保型成膜剂方面做出不懈努力。     

硅氟钻井液的研究与应用

为解决钻井施工中深部地层或复杂地层的井壁稳定、高温老化、抗盐抗钙和油层保护等技术问题，开展了以硅氟产品SF260、SFJ-1、SKHM为主剂的新型抗高温、抗盐，抗钙钻井液的研究．并对SF260和SFJ-1进行了综合评价及与同类处理剂的对比试验，针对盐膏层和泥页岩地层特点，优选出了硅氟聚磺钻井液配方。室内试验表明，SF260具有很好的抗高温、抗盐、抗钙的性能．降粘效果明显；SFJ-1能满足深井抗高温钻井施工要求，是一种良好的深井抗高温降滤失剂；SKHM具有良好的抑制泥页岩水化分散作用；硅氟钻井液转型较容易。现场应用表明，硅氟钻井液抗温能力强，流变性能稳定；具有良好的抑制性、膨润土容量限高，岩屑代表性强．保证了地质取全取准资料；具有良好的抑制防塌能力，缩短了钻井周期和油气层的浸泡时问，较好地保护了油气层，完井各项作业顺利。     

钻井液用抗盐降滤失剂MPA-99的研究与应用

以丙烯酰胺、丙烯酸、2—丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸等为主要原料，采用正交试验方法，通过优选共聚物的最佳原料配氏，并在大分子中引入羧钙基、磺酸基等多种官能团，合成了一种抗温、抗盐、抗钙镁离子污染的新型钻井液用聚合物降滤失剂MPA—99。该降滤失剂为淡黄色粉末，在饱和盐水、复合盐水和高钙镁离子钻井液中均具有较强的降滤失效果，并且抗温能力强，是一种综合性能较好的抗盐降滤失剂。室内评价和现场应用表明，聚合物降滤失剂MPA—99在淡水、复合盐水、饱和盐水钻井液中均具有良好的降滤失能力，并且与常规处理剂配伍性好；MPA—99具有较强的抗温、抗钙镁污染能力，钻井液性能稳定，既使在钻穿盐层时，钻井液性能变化也很小，满足了钻井施工的需求。MPA—99生产工艺简单，具有推广应用价值。     

一种抗盐耐温降滤失剂的室内研究

通过对聚合物降滤失剂作用机理以及抗盐机理的分析,确定了高效钻井液用降滤失剂的合成方向,在丙烯类聚合物中引入羧钙基、在聚合中引入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠单体,同时引入可聚合的具有表面活性的大分子基团,研究了聚合物合成的最佳单体配比及反应条件,合成了一种钻井液用抗盐耐温降滤失剂。性能评价结果表明,该降滤失剂用量为0.5%时,饱和盐水的滤失量仅为5.6 mL,降滤失效果较好,耐温性能好,抗温达120℃,同时兼具一定的提黏、泥页岩抑制性,抗盐、抗钙的能力,是一种综合性能较好的聚合物,其工艺容易控制,推广性较强。     

抗高温环保型有机硅钻井液的研究

利用有机硅降滤失剂研制出了抗220℃高温的环保型有机硅钻井液,并对其流变性能、降滤失性能、抗盐抗钙污染能力、抑制性能、悬浮稳定性、生物毒性和生物降解性进行了评价;利用SEM观察了有机硅钻井液滤饼的形态。实验结果表明,密度为1.16,1.50,1.90 g/cm3的3种有机硅钻井液在150～220℃下老化16 h后均具有良好的流变性能、降滤失性能和抑制页岩水化膨胀的能力,有机硅钻井液经高温老化后形成的滤饼薄而致密;在220℃下老化16 h后的有机硅钻井液具有一定的抗盐抗钙污染能力,悬浮稳定性好,生物毒性达到了排放标准,且具有良好的生物降解性。     

钻井液用抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP的制备及性能评价

在深井复杂地层钻井过程中,高温、高盐和高摩阻一直是困扰钻井工作的难题。在钻井液中加入抗温抗盐润滑降滤失剂,可以在降低摩阻的同时,还具有抗温、抗盐降滤失的效果。利用反相乳液聚合方法制备了一种抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP,在确定合成条件的基础上,对抗温抗盐润滑降滤失剂SLJWP进行了性能评价。红外光谱分析表明,新研制的SLJWP抗温抗盐润滑降滤失剂具有多羟基结构,该结构易和水分子结合,阻止水分子渗入地层。利用旋转粘度计,失水仪、极压润滑仪等仪器,对其性能进行了评价分析。结果表明,SLJWP降滤失剂具有良好的降滤失、抗温、润滑、抗Na+污染能力。     

用花生壳提取物制备钻井液降滤失剂

用花生壳提取物与苯酚、甲醛、亚硫酸盐等经浓缩聚集、磺化工艺制得了一种钻井液降滤失剂。初步评价了合成产物与钻井液配伍的降滤失性能。结果表明，这种降滤失剂具有良好的抗温、抗盐及高温高压降滤失效果。     

鄂西水井沱组页岩水平井水基钻井液的实验研究

鄂宜页1井在寒武系水井沱组获得了高产页岩气流,但缺乏与之配套的高性能水基钻井液体系。对采自湖北省秭归县的水井沱组页岩露头,开展了X射线衍射和扫描电镜分析;进行了造浆黏土、盐类、纳米材料、降滤失剂、正电胶和表面活性剂等的遴选,基于电性抑制和润湿性控制方法,研发了一套SWDF高性能水基钻井液体系;对钻井液的流变性、滤失性、润滑性、抗温能力、抑制性和抗污染性能进行了综合评价。结果发现:①水井沱组页岩以石英、长石、方解石等脆性矿物为主,含量在55%～67%;黏土矿物以伊利石为主,含量在13%～27%,无蒙脱石,属弱膨胀性地层;②页岩表面的孔隙、微裂隙发育,为钻井液的侵入提供了天然通道;③ SWDF钻井液体系黏度与切力适中,API滤失量仅为7.2 mL,摩阻系数为0.21,可抗120℃高温,对页岩水化有较好的抑制性,有良好的抗盐、抗钙、抗黏土（模拟钻屑）侵能力,能满足鄂西地区水井沱组页岩水平井钻进需求。      

甲基葡萄糖苷的防塌机理研究

以淀粉为原料合成了甲基葡萄糖苷（MEG），考察了MEG对泥页岩分散的抑制作用、对膨润土水化膨胀的抑制性能、对泥页岩膜效率的影响和对钻井液水活度的影响，并在此基础上对MEG的防塌作用机理进行了详细分析，以期达到进一步开发利用MEG的目的。实验结果表明，MEG具有一定的抑制泥页岩水化膨胀、分散的作用，但其抑制作用较弱，远不如无机盐和聚合醇类页岩抑制剂；MEG能大幅度提高泥页岩的膜效率，被25%的MEG溶液饱和后，泥页岩膜效率提高率达200%以上；MEG具有有效降低钻井液水活度的作用，在加量充足的情况下，MEG单独使用或与无机盐复配使用均可将钻井液水活度降到0.85以下。因此，通过提高泥页岩膜效率及降低钻井液水活度，MEG能在钻井液/泥页岩体系间产生有效的渗透压，通过渗透作用降低钻井液中的自由水向地层滤失是MEG稳定井壁的主要作用机理。MEG的防塌性能特点与其分子量和分子结构密切相关。     

多羟基糖苷防塌剂的合成及性能研究

以淀粉为主要原料,合成了新型多羟基糖苷防塌剂DTG-1.对合成样品的理化性能、页岩抑制作用、水溶液活度、生物毒性以及对泥页岩半透膜膜效率的影响规律进行了测定,考察了DTG-1在淡水、盐水和饱和盐水钻井液中对钻井液流变性能和滤失造壁性能的影响,并对DTG-1稳定井壁及改善钻井液流型的作用机理进行了分析.研究表明,用淀粉合...     

鄂西水井沱组页岩水平井水基钻井液的实验研究

鄂宜页1井在寒武系水井沱组获得了高产页岩气流,但缺乏与之配套的高性能水基钻井液体系。对采自湖北省秭归县的水井沱组页岩露头,开展了X射线衍射和扫描电镜分析;进行了造浆黏土、盐类、纳米材料、降滤失剂、正电胶和表面活性剂等的遴选,基于电性抑制和润湿性控制方法,研发了一套SWDF高性能水基钻井液体系;对钻井液的流变性、滤失性、润滑性、抗温能力、抑制性和抗污染性能进行了综合评价。结果发现：①水井沱组页岩以石英、长石、方解石等脆性矿物为主,含量在55%～67%;黏土矿物以伊利石为主,含量在13%～27%,无蒙脱石,属弱膨胀性地层;②页岩表面的孔隙、微裂隙发育,为钻井液的侵入提供了天然通道;③ SWDF钻井液体系黏度与切力适中,API滤失量仅为7.2 mL,摩阻系数为0.21,可抗120℃高温,对页岩水化有较好的抑制性,有良好的抗盐、抗钙、抗黏土（模拟钻屑）侵能力,能满足鄂西地区水井沱组页岩水平井钻进需求。     

可循环强抑制性稳定泡沫钻井液研究

针对泡沫钻井过程中一次性泡沫使用量大、耗材多以及井壁易失稳的问题,从泡沫循环以及泥页岩抑制机理出发,通过评价不同处理剂的性能,研制了可循环强抑制性稳定泡沫钻井液。采用常规泡沫性能评价方法、泡沫循环性能测试以及泥页岩抑制性能测试对其综合性能进行了评价。结果表明:NaCl质量分数、岩屑含量以及煤油加量分别达15%时,该泡沫钻井液在130 ℃下滚动16 h后,发泡体积维持在400 mL以上,说明其具有较好的抗温、抗污染能力;调节pH值进行8次循环以后其发泡体积仍维持在500 mL以上;泥页岩在该泡沫钻井液中的一次、二次滚动回收率达96%以上,泥页岩经其处理后的硬度与经白油处理后的硬度相近。研究结果表明,应用可循环强抑制性稳定泡沫钻井液进行钻井,可以避免地面泡沫大量堆积,降低钻井成本,同时能有效抑制黏土水化膨胀,且抑制性能持久,有利于维持泥页岩地层的稳定。      

泌页HF1井油基钻井液技术

泌页HF1井设计三开在页岩层中钻进水平段,水平段设计长度1 000.00 m。该井定向段应用水基聚合物钻井液,在接近水平段时钻遇泥岩、页岩地层,并发生严重井壁失稳。为防止页岩水化、分散、垮塌及长水平段易粘卡的问题,在该井三开水平井段试验应用了油基钻井液。考虑闪点、毒性和芳香烃含量,选择5号白油为钻井液连续相;根据活度要求,确定质量浓度28.0 g/L的CaCl2水溶液为水相;优选了主乳化剂、辅乳化剂,确定了其加量;通过性能试验,确定了润湿剂、有机土、降滤失剂、提切剂和封堵剂的加量,并最终确定了油基钻井液配方。对配制的钻井液进行了各项基本性能及膨胀率、回收率、抗钻屑污染、封堵效果评价,评价结果较好。该油基钻井液在泌页HF1井三开水平段应用,仅用时6.5 d就钻完实际长达1 044.00 m的水平段而顺利完钻。应用表明,油基钻井液封堵防塌能力强、破乳电压高、性能稳定、滤失量低、流变性好,且具有较强的携岩能力。      

新型MEG钻井液体系的研究

MEG钻井液是一种具有半透膜作用的水基钻井液．对页岩具有较好抑制作用。同时该体系又具有生物降解．保护环境的特点。阐述了MEG钻井液抑制页岩水化膨胀和分散的机理，研究并评价了MEG钻井液的性能及成膜效应。研究表明，MEG钻井液主要是通过成膜作用、渗透及去水化作用稳定页岩；具有较好的抑制性、润滑性和储层保护特性，钻井液性能稳定，在钻井液中浓度达到一定范围时，能在页岩表面形成半透膜．诱使页岩内的吸附水渗出。     

国外水基钻井液半透膜的研究概述

介绍了近年来国外对水基钻井液半透膜效应机理的研究成果，以及在此基础上对钻井液体系进行的研究讨论。认为，孔隙压力扩散是导致井壁失稳的根本原因，孔隙压力扩散的快慢取决于泥页岩的渗透性、弹性和钻井液与井壁之间物理化学作用等边界条件。通常情况下，渗透率越低，压力增长越慢。只有膜效率高的钻井液体系才能有效控制和延缓孔隙压力的扩散，进而维护井壁的稳定。提高水基钻井液半透膜效率的措施为：①封堵裂缝和高渗透泥页岩的孔隙；②超低剪切条件下增加液相粘度；③降低钻井液活度；④改善泥页岩膜的理想性。并以此为标准，对各类钻井液进行了系统研究，结果发现：MEG钻井液、甲酸盐钻井液、聚合醇钻井液和硅酸盐钻井液具有良好的抑制性和发展前景。