油基增黏剂的研制及在榆林气田下古水平井的应用

榆林气田二开φ311.2 mm井眼属于大井眼、长裸眼井段,具有岩性多变、多套地层压力系统共存、水敏性黏土矿物含量高等特点,易出现起钻阻卡、拔活塞等复杂情况,决定使用油基钻井液,但必须解决其黏度控制问题。为此,以油酸为链终止剂,二甲苯为溶剂,以二聚酸和二乙烯三胺为原料,在230℃条件下合成了一种油基钻井液增黏剂,用红外光谱对该产品进行了表征,并对其性能进行了评价。实验结果表明:加入该增黏剂后钻井液在120℃热滚前后的表观黏度、塑性黏度值均比基浆高1倍;且加增黏剂后热滚前后的破乳电压基本保持不变。加有该剂的油基钻井液在靖平10-20、榆39-2H1、榆42-5H3和榆42-5H4井等4口水平井的二开井段进行了试验。通过现场试验发现,应用井段均未发生井壁失稳现象;泥饼光滑致密,有韧性;井径规则,井径扩大率小于5%;润滑性良好,现场滑动无托压现象。所以该体系适合四开下古水平井二开直井段大井眼施工。     

胜利油田采试-平1井钻井技术

为了给各类井口、井下仪器及钻采工具提供更好的试验平台,胜利油田设计施工了采试-平1井。该井为一口水平井,一开、二开井眼尺寸大(一开井径660.4 mm,二开井径444.5 mm),存在携岩困难、井壁稳定性差、机械钻速低、井眼轨迹控制要求高、完井作业难度大等钻井难点。为此,一开、二开钻进中采用了优选钻头、增加228.6 mm钻铤数量、一开井段采用回收钻井液配浆钻进、二开井段使用复合强抑制性钻井液、提高钻井液排量、钻进中适时更换动力钻具和用强刚性钻具通井等一系列技术措施。钻井结果显示:钻进中井眼稳定,未出现任何井下故障;二开井段最大全角变化率为12.78°/100m,平均机械钻速达10.94 m／h;339.7 mm油层套管一次顺利下至井深1 691.15 m,无任何遇阻显示,且固井质量良好。采试-平1井的顺利完钻,表明该井所应用的钻井工艺和技术是可行的,对胜利油田大井眼水平井的安全优质钻井具有借鉴价值。      

VIS-3型油基钻井液增黏剂的合成及其流变性能测试

以高级脂肪酸、二乙烯三氨为主要原料、浓H2SO4为催化剂,利用缩合法得到浅黄色片状或颗粒状的增黏剂。测试了增黏剂在三种体系,即5号白油、5号白油+有机土体系以及全油基钻井液体系中的流变性能,考察了增黏剂加量、钻井液密度对全油基钻井液流变性能的影响。全油基钻井液配方为:5号白油、3.0%有机土、2.0%降失水剂A、2.0%降失水剂B、0.5%CaO、3.0%超细重质CaCO3、0~180%重晶石、0.2%润湿剂、0~2.0%自制增黏剂。结果表明,在不同体系中加入1.0%VIS-3型增黏剂后,热滚前后均能较好成胶,体系未出现分层和沉淀。该增黏剂在三种体系中均有较好的增黏效果。当增黏剂的加量由0增至2.0%时,全油基钻井液热滚前的φ3(黏度计3转下的读数)由2增至27,静切力(Gel,Pa)由2/2增至26/27,塑性黏度(PV)由58降至28 mPa·s,动切力(YP)由3.5增至20 Pa,API滤失量由5降至3 mL;150℃热滚16 h后的φ3由2增至21,Gel由4/5增至22/25,PV由59降至24 mPa·s,YP由3.5增至21 Pa,API滤失量由4降至2 mL。当含1.0%VIS-3型增黏剂的全油基钻井液密度由0.9×103增至2.0×103kg/m3时,老化前的φ3由2增至10,Gel由2/3增至10/11;老化后的φ3由2增至7,Gel由2/3增至9/11。钻井液密度增加,增黏剂对全油基钻井液的增黏作用增强。钻井液密度相同时,老化后的φ3和Gel略有降低。钻井液密度对PV和YP的影响没有明显规律,总体影响不大。     

GW-1油基钻井液增黏剂的合成和性能

随着页岩气的快速发展,各种页岩层地质复杂情况带来的问题相继暴露出来,油基钻井液逐步成为页岩气地层水平井的首选。但是在一定条件下,油基钻井液也面临流变性不好、黏度低、携带岩屑能力差等问题。针对上述问题,通过缩聚法研制了一种GW-1油基钻井液增黏剂。分别采用红外光谱仪、热重分析仪对GW-1的结构及其热稳定性能进行了分析,同时评价了GW-1在油基钻井液体系中的性能。实验结果显示:GW-1增黏剂热稳定性良好,抗高温;GW-1加入到油基钻井液体系后,增黏效果显著,同时还能提升钻井液的电稳定性,大大降低了油基钻井液的滤失量,是一种很好的油基钻井液增黏剂。     

低密度全油基钻井液体系在塔中11区块的应用

低密度全油基钻井液体系是以0#柴油为基液,配合有机土、润湿剂、有机土增效剂、增黏提切剂、降滤失剂、碱度控制剂、密度减轻剂等添加剂配制而成,其密度下限可以控制在0.8~0.85g/cm3。在塔中11-2H水平井钻井过程中,该钻井液体系具有抑制性强、流变性好、润滑性好等特点,能够满足水平井等复杂井的要求,尤其适合低压地层和欠平衡钻井的需要。     

塔北探区定向井钻井液技术

DK-13井、DK-17井是地质矿产部在西达里亚构造上首次完成的两口定向井,造斜点均为3300m。该两口井在上部地层直井段,一开使用普通膨润土钻井液体系,二开使用钾基聚合物钻井液体系;下部斜井段,DK-13井采用钾基聚合物混油钻井液,DK-17井采用加入塑料小球的钾基聚合物混油钻井液,进入油层段使用YK-Ⅱ型钻井完井液,并配合相应的钻井液维护处理措施。现场应用结果表明,膨润土钻井液体系解决了大井眼的携岩及护壁问题;钾基聚合物钻井液体系抑制能力、防塌能力、携砂能力强,润滑性好;YK-Ⅱ型钻井完井液具有较强的抑制性和屏蔽暂堵性。这几种钻井液体系满足了钻井工程的需要,避免了井下复杂情况的发生,减少了对储层的损害。     

油基钻井液增黏剂的合成及室内评价

以油酸和胺类化合物为主要原料,利用缩合法制备了一种全油基钻井液增黏剂。测试了增黏剂样品在3种不同体系即5#白油、5#白油+有机土体系以及全油基钻井液体系中的流变性能,探讨了不同因素对全油基钻井液流变性能的影响。研究结果表明,该增黏剂样品对3种体系均有较好的增黏能力,抗温可达180℃;且该增黏剂具有制备过程简单,成本相对较低和安全无毒等优点,可广泛应用于油基钻井液中。     

白-平2HF井回收油基钻井液的优化研究及应用

为实现白-平2HF井回收油基钻井液的重复利用,采用具有塑性黏度低、动切力高、低转速度数高、乳化稳定性好的高性能油基钻井液改善老浆的流变性和乳化稳定性,并将优化后的回收油基钻井液应用于白-3HF井四开水平段。现场应用结果表明,该钻井液具有良好的流变性、乳化稳定性以及封堵防塌性。1000m水平段钻进期间井壁稳定,井眼清洁,摩阻仅为40～60kN,四开水平段井径扩大率为2.57%。在老浆利用率为67%的情况下,将密度为1.70g/cm³回收油基钻井液的油水比由96∶4降至85∶15,实现了老浆的重复利用,有效降低了油基钻井液的成本。     

塔北地区水平井钻井液技术

塔北地区水平井上部大井眼采用聚合物钻井液体系、下部井段采用聚磺钻井液体系、造斜段及水平段采用聚磺混油钻井液体系。现场应用结果表明,聚合物钻井液体系解决了大井眼携岩问题;聚磺钻井液体系抑制能力、防塌能力、携岩能力强;聚磺混油钻井液体系的携带、悬浮岩屑能力及润滑性更好。这几种钻井液体系满足了钻井工程需要,避免了井下复杂情况的发生。     

静52-H1Z分支水平井钻井液技术

静52-H1Z井是位于大民屯凹陷静安堡潜山静52块的一口20分支水平井.该井二开井眼尺寸大且长(2 813 m),需要解决大斜度、大井眼的携岩、井壁稳定、润滑和油气层保护问题,通过应用固相含量低、具有良好的触变性、流动性、悬屑和携岩性能的复合膜钻井液,并配合使用替代柴油的的新型润滑剂LH-Ⅸ、屏蔽暂堵技术、超低渗透降滤失剂及相关的工艺技术解决了上述问题.该井三开水平段有20个分支,水平位移超过2 000 m,需要解决水平段、分支井段的钻井液携岩、润滑问题以及套管磨损问题和油气层保护问题,通过应用GOB携岩技术、具有很高动塑比的PWG新型无固相钻井液及相关的工艺技术很好地解决了上述问题,形成了一套完整的潜山储层鱼骨多分支水平井钻井液工艺技术.应用结果表明,复合膜钻井液、PGw新型无固相钻井液在深水平井中具有很好的应用效果.     

海洋深水表层动态压井钻井液体系研究

为了满足海洋深水钻井液用量大以及作业平台的限制,动态压井作业模式被广泛应用。针对动态压井钻井液体系,采用可钝化激活的增粘剂开展了研究,构建了动态压井钻井液体系。室内研究表明:构建的动态压井钻井液体系基浆具有良好的可泵送性,经海水稀释并激活后,能满足深水钻井的需求。     

小井眼提速钻井液体系

小井眼钻井由于自身特点如环空间隙小等,对钻井工艺和钻井液性能提出了更高的特殊要求,不断提高钻井速度是钻井作业的一直追求,其中钻井液的作用至关重要。通过室内实验,研究出了针对小井眼钻井提速的钻井液配方,优选出了适合小井眼提速钻井液体系的增黏剂PLUS+流型调节剂、降滤失剂HFL-X+SPNH、提速剂HDS以及用甲酸钠和重晶石联合加重的方式。提速剂HDS是室内研制的,其具有良好的防黏附聚结能力和降低亚微米颗粒含量的效果。结果表明,该小井眼提速钻井液具有良好的润滑性、抑制性以及提高钻井速度的效果。现场应用结果表明,小井眼钻井液可以较好控制循环当量密度,并且具有显著的提高机械钻速的效果,能够满足小井眼钻井的要求。      

适于生物酶破胶的新型水平井钻开液体系

在水平井钻完井作业中。要求先前的钻开液能与后续的破胶技术相匹配．考虑到现场的安全因素．有必要对现有的无固相钻开液体系进行改进。采用新型的增粘剂代替原有的XC增粘剂，试验结果显示，新型增粘剂加量为0．7％时能满足对流变性的要求；通过对钻开液体系中的添加剂进行评价和筛选，得出2％的降滤失剂能有效控制失水。2％的润滑剂降摩阻率可以达到72．1％，最终得到新型钻开液的配方为：海水＋0．7％PF-VIS-1＋2％DFD十0．25％Na2CO3＋3％KCl＋2％HLX。该体系对JBR生物破胶剂十分敏感，在加量达到0．2％时，破胶率就达到90％以上。破胶效果好。     

抗高温无固相钻井液技术

针对钻井液易高温变性的特点,通过研制出耐高温增黏剂XCC、降滤失助剂AADC、封堵剂FSCC,设计出一种无固相抗220℃超高温的钻井液配方。具体加量配比为2% XCC+1% AADC+3% SPNH+1% SMP+3% FSCC+0.5% Na₂SO₃。并对其进行性能表征,SEM显示其页岩层状微裂缝及碎片得到了明显封堵与修饰,在泥页岩表面形成与微裂缝方向平行的致密树状聚合层;FT-IR结果表明,该抗高温钻井液经过220℃高温老化后性能稳定,具有良好的流变性能和滤失造壁性能,抑制和润滑性能满足钻井需要;能抗10%黏土与5%钻屑的污染,同时对10% KCl+20% NaCl的盐溶液也有较好的抵抗能力;该钻井液EC₅₀的检测结果大于80 000 mg/L,达到了建议排放标准。最终抗220℃超高温钻井液XCC/AADC/SPNH/SMP/FSCC在涩北1号气田24井得到了成功应用。      

水基钻井液用锂皂石增黏剂的合成及性能研究

针对天然锂皂石矿物稀缺和钻井领域亟需抗高温水基钻井液增黏剂的现状,优选了微波辅助法合成锂皂石,利用粉末X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、粒径分析对合成锂皂石进行了表征,并研究了其作为水基钻井液增黏剂的效果。结果表明,利用微波辅助法合成了纯度较高的纳米级锂皂石,其粒径尺寸主要分布在18.17～58.77 nm,平均粒径仅为29.72 nm;随着锂皂石浓度从0.3%增加到1.5%,4%膨润土基浆的黏度、切力以及动塑比均显著增大,滤失量也逐渐降低,说明锂皂石还具有一定的降滤失效果,加入1.2%锂皂石,基浆黏度可提高2.64倍,且切力和动塑比保持适中;1.5%的锂皂石能抵抗至少2.5%的钙侵和15%的盐侵;随着老化温度从80℃增加到220℃,4%基浆+1.5%锂皂石的表观黏度先减小后增大,维持在20 mPa·s以上,动切力和动塑比同样先减小后增加,但是下降幅度较为明显;在200℃,常规的有机聚合物增黏剂均失效,而锂皂石增黏剂却仍能保持很好的增黏效果。因此,合成锂皂石是一种理想的抗高温型水基钻井液增黏剂,且具有良好的配伍性。      

深水表层动态压井钻井液增黏剂的研制

针对海洋深水表层钻井过程中钻井液用量大的技术特点,研制出了适用于动态压井钻井液的增黏剂ZVS,并在此基础上构建了深水表层动态压井钻井液体系。室内研究表明,研制的增黏剂在基浆中预先钝化后不起增黏作用,可满足动态压井钻井液体系基浆的可泵送性;当与加入激活剂的大量海水混合后,增黏剂迅速发挥增黏作用,能满足海洋深水钻井的需求;构建的动态压井钻井液体系基浆具有良好的可泵送性,经海水稀释并激活后,能满足深水钻井的要求。     

抗高温无黏土相钻井液体系研究与性能评价

为了使钻井液摆脱对黏土的依赖,较好地保护油气储层和提高钻井速度,通过引入磺酸基团和阳离子单体,合成了增黏降滤失剂SSDP;对增黏剂、降滤失剂、润滑剂和防塌抑制剂进行优选和复配,研制出了抗高温无黏土相钻井液,并对其进行了性能评价。结果表明:所研制的钻井液具有较好的抗温性能,耐温能力达160℃;具有较好的抗劣土污染能力,抗劣土污染容量限达到10%以上;润滑能力接近油基钻井液水平;岩心渗透率恢复率大于90%,具有较好的储层保护效果。由性能评价结果可以看出,该钻井液较好地解决了以往无黏土相钻井液在高温下聚合物降解造成的黏度下降问题,保证了钻井施工的安全进行,具有较好的经济效益。      

应用于中国页岩气水平井的高性能水基钻井液

目前中国页岩气水平井定向段及水平段钻井均使用油基钻井液,但油基岩屑处理费用昂贵,急需开发和应用一种具有环境保护特性的高性能水基钻井液体系。介绍了2种高性能水基钻井液体系的室内实验和现场试验效果。在长宁H9-4井水平段、长宁H9-3和长宁H9-5井定向至完井段试验了GOF高性能水基钻井液体系,该体系采用的是聚合物封堵抑制方案,完全采用水基润滑方式;在昭通区块YS108H4-2井水平段试验了高润强抑制性水基钻井液体系,该体系采用的是有机、无机盐复合防膨方案以及润滑剂与柴油复合润滑方式。现场应用表明,定向段机械钻速提高50%~75%,水平段机械钻速提高75%~100%。通过实验数据及现场使用情况,对比分析了2种体系的优劣,找出了他们各自存在的问题,并提出了改进的思路,为高性能水基钻井液的进一步完善提供一些经验。      

南堡潜山油气层钻井完井液技术

冀东油田南堡潜山油气藏埋藏深(4000~5600 m),地温梯度大(4.22°/100 m),井底最高温度为223℃,地层压力系数低,为0.96,储层微裂缝发育,气油比大。为满足其储层保护和安全生产的需要,研究了抗220℃高温低密度低固相钻井液和抗170℃高温冻胶阀技术。抗高温低密度低固相钻井液选择2种四元共聚物分别作抗高温增黏剂和抗高温降滤失剂,并配合使用SMP和SPNH以及耐温封堵剂FT3000,抗高温水包油钻井液由研制的抗温能力强、抗盐能力好的HWZR和HWFR乳化剂,优选出的增黏剂HVF-H和抗高温降滤失剂HWFL-H与HVS-H等组成,2套体系在220℃老化48 h性能良好,可满足井眼清洁的需要,使用密度范围为0.98~1.08 g/cm3;抗高温冻胶阀实现了起下钻和套管回接过程分隔油气层和保护油气层的目的。目前已钻井22口,8口探井应用了抗高温低固相钻井液,13口开发井应用了水包油钻井液,2口井应用了抗高温冻胶段塞封堵技术,均取得良好的效果,确保了全过程油气层保护。