微锰加重剂在钻井液中的应用

综述了国内外微锰加重钻井液的研究进展,分析了高密度钻井液用加重剂的优点及存在的问题,阐述了微锰加重材料的化学组分、理化性能、微观形状及粒度分布、Zeta电性、沉降动力稳定性、密度、酸溶性和莫氏硬度。与传统高密度钻井液用加重材料（重晶石和铁矿粉）相比,微锰具有颗粒小、呈球形、比表面积较高等特点,微锰加重钻井液表现出良好的流变性、沉降稳定性和润滑性,较好地解决了高密度钻井液的流变性与沉降性之间的矛盾。介绍了微锰对钻井液性能及储层保护的影响,给出了其在科威特北部深井、壳牌Cormorant North油田的过油管旋转钻井（TTRD）的现场应用结果。      

储层友好型钻井液用超微四氧化三锰

在顺北油田深井、超深井钻井中，重晶石加重高密度钻井液体系存在流变参数调节难、沉降稳定性差、储层固相颗粒损害严重等问题。国外微锰(Micromax)在钻井液中的性能表现良好，但其技术垄断和高使用成本限制了其在国内推广应用。为研发高性价比国产微锰产品、构建储层友好型钻井液体系，采用锰矿法制备出钻井液用微锰(DFMT01)，并进行结构表征和性能评价，测试了顺北区块高密度聚磺钻井液体系的性能及泥饼酸溶效果，讨论了含锰废液的循环利用。结果表明，DFMT01理化性质良好，密度大于4.7 g/cm³，酸溶率大于99%,D50为1.17μm，颗粒球形度为0.967，均与国外同类产品相当；该产品加重的聚磺钻井液体系在流变性、滤失性、沉降稳定性、冲蚀性和储层保护特性均达到或超过Micromax加重体系。确定了“碳酸钙中和沉淀-硫酸回收锰离子-混凝法处理废水”处理高浓度酸性含锰废液的组合工艺，处理后水中锰的质量浓度为0.45 mg/L、固体悬浮物为10 mg/L，达到一级标准要求，可实现DFMT01生产、使用和处理的闭环利用。该产品性能优良，成本低，具有非常广阔的推广应用价值。     

震旦系高石梯—磨溪区块钻井液污染实验评价

针对震旦系高石梯-磨溪区的钻井液评价实验表明目前采用的钻井液体系屏蔽封堵性能较好,泥饼质量较好,泥浆滤失量不大,对储层损害较轻,损害深度一般。该文开展了储层伤害数值模拟研究,模拟结果显示高石1井灯三下段、高石1井灯影组二段及磨溪8井灯二段3个层位井壁附近的渗透率保持率在25%左右,固相伤害深度约为25 cm,滤饼厚度在2 mm左右。数值模拟结果反映该地区钻井液屏蔽封堵性能较好和对储层损害程度较轻。加重前置液、高温有机转向酸、可降解转向剂在高石梯进行了试验,并取得了成功,根据各施工井储层情况,采用不同的酸液体系交替注入,达到深度酸化的目的,获得较好的增产效果,证明酸液体系与储层是相适应的。     

水平井泡沫分流酸化数学模型及其数值解法

由于钻井过程中钻井液对储层的伤害,水平井的产能受到影响。酸化是一种常用的水平井增产措施,常规酸化存在地层进酸不均的问题;而泡沫酸化能有效地封堵高渗透储层,提高低渗透储层的渗透性,达到更有效的酸化增产效果。通过研究泡沫流体在水平井段流动和在油藏中的渗流特性,建立了水平井泡沫分流酸化数学模型,并对模型进行求解,得到了沿水平井段酸液的流量和压力的变化关系,以及沿水平井段流入地层泡沫酸量的变化规律。结果表明,沿水平井段流入地层的酸液量变化不大。因此,泡沫酸化能够解决地层进酸不均、解堵不均的问题,提高酸液利用效率,均匀改善受污染储层,提高受污染储层的渗透性,达到良好的均匀酸化的效果。     

硅酸盐钻井液的储层保护技术研究

硅酸盐钻井液对储层的不可逆严重损害是影响其推广应用的主要因素。通过硅酸盐、无机盐、土粉、加重剂和pH值对储层损害的影响分析认为，硅酸盐与钻井液中的金属离子生成不易酸化的多元复合沉淀及溶胶（凝胶）堵塞油气通道是造成储层损害的主要原因。对硅酸钻井液的储层保护技术进行探索，并提出以替换、稀化、缓释、屏蔽、溶解等技术措施提高储层渗透率恢复值，解决硅酸盐钻井液储层保护能力不足的问题，促进硅酸盐钻井液体系的推广应用。     

基于钻井液漏失侵入深度预测的裂缝性碳酸盐岩储层改造优化

四川盆地高石梯-磨溪地区缝洞型碳酸盐岩气藏具有储层低孔低渗、埋藏深,储层温度高,层厚,裂缝、孔洞较发育,非均质性强、含H₂S,岩石闭合应力高等特点。通过前期技术攻关,形成了适合高石梯-磨溪低渗透储层增产改造工艺技术,一定程度上提高了区块低渗区的单井产量。储层裂缝孔洞较发育,钻井完井过程中不可避免地漏失大量钻井液,造成储层深部污染损害。因钻井液漏失侵入深度不明确,酸化设计中的酸液波及范围无法界定,故常规酸化技术不能完全解除漏失的钻井液对储层的深度损害,降低了储层酸化改造效率。建立了基于溶质运移与对流扩散理论的裂缝网络性钻井液漏失侵入深度预测模型,结合现场实例井,预测了钻井液漏失最大侵入深度,明确了储层污染堵塞范围,为储层酸化设计的酸液规模和酸化范围提供量化依据,试验井改造效果明显,提高了酸化改造效率。     

水平井泡沫酸化分流数值模拟

泡沫分流可以有效地解决不同渗透率储层的酸液分布问题。由于水平井具有较长的水平段长度,它可以钻遇储层性质不同的层段。根据泡沫具有的暂堵分流特性,利用泡沫进行酸化可以使得井筒周围得到均匀的酸化解堵。根据施工过程中酸液在水平井筒中的变质量流动,以及酸液自水平井筒流出后进入井筒周围储层,建立了水平井泡沫酸化分流数学模型,研究了沿井筒不同渗透率情况下泡沫酸流动渗流特征。结合井筒流动和井筒往周围地层的渗流,建立两种流动系统的耦合模型并进行求解,对水平井泡沫酸化分流进行了数值模拟,研究成果可为水平井泡沫酸化分流提供理论指导。     

“酸敏”砂岩储层的酸化适用性探讨

酸化压裂技术在鄂尔多斯盆地长庆气区部分特低渗透砂岩储层改造中取得了一定的效果,但对于该工艺在酸敏储层的适用性存在争议。酸敏评价实验标准中所用酸液类型及浓度并不是针对具体储层特征的最佳优化结果,因此该类实验得出的敏感性结论并不能作为储层是否可采用酸化处理的依据。为此,开展了酸液岩心流动评价实验,通过研究储层的损害类型和分析储层中矿物含量,进而优化出了酸化工作液体系,形成了以有机酸为主的酸液体系。岩心实验结果表明,该酸化工作液对酸敏砂岩储层进行酸化是适用的,可有效地提高酸化效果。     

南堡油田酸化解堵实验研究

冀东南堡油田1、2号构造东一段(Ed1)砂岩储层在钻井过程中,钻井液漏失量较大,对油气层造成了严重污染和堵塞,造成在钻井时有良好油气显示,完井生产时没有油气产量或产能很低。在模拟地层条件下,在室内进行了酸化流动实验研究,对比评价了多种酸液体系。以实验结果为依据,综合考虑储层矿物组成和流体性质,确定多氢酸体系作为钻井液污染酸化解堵处理酸液。     

元坝超深水平井储层保护钻井液技术

元坝上二叠统长兴组气藏埋藏深，地温高，且具有低孔、低渗透，裂缝发育等特点，一直面临储层保护难度大的难题。为此，根据该地区地层特点，通过大量室内研究，在前期聚磺钻井液基础上，引入高酸溶性的加重剂替代原有重晶石加重剂，并优选了高酸溶防漏堵漏材料和优化了级配方案，能有效控制钻井液向地层的侵入，并使储层保护钻井液体系泥饼酸溶率由28.17%提高到71.62%，且酸洗解堵后渗透率恢复率达到107.44%。现场应用表明，优化后的储层保护钻井液体系暂堵能力强、泥饼酸溶率高、酸化解堵效果好，具有良好的储层保护效果。     

高酸溶纤维堵漏剂的实验研究

裂缝性储层钻井完井液漏失及其引起的储层损害问题,严重制约裂缝性油气藏的钻探及高效开发。目前现场处理裂缝性储层钻井完井液漏失较常用的方法是桥接堵漏法,纤维是桥接堵漏材料的重要组成部分,但常用的纤维类堵漏材料酸溶性能较差,不能满足裂缝性储层酸化解堵的技术需要。为此,研制了一种高酸溶纤维堵漏剂SDSF,平均直径为10～30 μm,长度为3～12 mm,可根据工程需要调节,酸溶率达95%,抗温能力达150℃,在水基钻井液中分散性良好,耐碱性能优良。基于新型高酸溶纤维堵漏剂SDSF,协同高酸溶颗粒状桥接堵漏材料,实验优化了不同开度楔形裂缝的高酸溶纤维堵漏工作液配方,其承压能力可达10 MPa。高酸溶纤维堵漏技术为解决储层工作液漏失及解堵难题,提供了有效的技术方案。      

连续流动碱性流体与碳酸盐岩作用的碱敏损害实验研究

碳酸盐岩储层粘土矿物含量低,普遍认为其储层碱敏性弱。然而在富含H2S和CO2的碳酸盐岩储层中,在酸性介质条件下长期存在于碳酸盐岩储层中的粘土矿物,所接触的钻井完井液pH值一般高于11,碱敏损害研究的意义尤为重要。为了模拟高pH钻井完井液对储层造成的损害,文中以四川盆地中部雷口坡组和嘉陵江组碳酸盐岩气层为研究对象,实验评价了连续流动下碱性流体与碳酸盐岩储层作用的损害行为,并与常规碱敏实验对比。实验表明,常规碱敏实验随着流体pH值的升高,损害率61％-85％,连续流动实验损害率91％-97％,比常规碱敏实验损害率增加12％-30％。连续流动加快了反应速率和反应进程,有利于碱液与自云石和粘土矿物的反应进行, 生成新矿物相,从而降低储层渗透率。对于富含H2S和CO2的碳酸盐岩气藏,采用近平衡钻井技术、快速钻井技术与屏蔽暂堵技术结合是保护储层的重要途径。     

纳米微球保护储层钻井液研究及应用

致密砂岩气藏具有特殊的储层特性,在钻井施工中极易受到损害,且损害难以解除。临兴区块是典型的低孔渗-致密、低丰度、不含硫干气气藏。为防止储层损害,在该区块钻井完井液中引入了封堵剂Micro-ball和CARB,API滤失量降至5mL以下,防塌、封堵性能优良,对易坍塌地层的岩屑回收率大于93%。纳米微球聚合物封堵剂Micro-ball是一种纳米级高分子聚合物,能对储层的微小喉道形成暂堵,可形成超低渗透率的内泥饼;多级惰性封堵剂CARB是一种粒径多级分布的可酸溶的惰性处理剂,其粒径范围一般大于储层孔喉,其在井壁表面可快速形成薄而脆的外泥饼,封堵效果好,泥饼易于清除。LX-xx5-1H井水平段采用裸眼-压裂方式完井,施工中该体系保持了良好的润滑性能,有效解决了钻进托压问题,未出现任何黏附钻具的情况;有良好的抗污染能力,性能稳定,维护简单;具有良好的流型和强抑制性,未发生坍塌掉块情况,多次起下钻十分顺利;压裂试气产量达到预期效果。      

临兴区块致密砂岩气储层损害机理及钻井液优化

致密砂岩气储层钻井过程中,钻井液入侵将造成严重的储层伤害难题。通过岩心分析技术、岩心流动实验等系统分析了临兴区块致密砂岩气储层主要损害机理,统计并分析了现场钻井液存在的技术难题,并优化出具有良好性能的致密砂岩气储层保护钻井液。研究结果表明,临兴区块致密砂岩气储层岩石具有中-粗砂状结构,胶结致密,孔喉细小,含敏感性黏土矿物,储层潜在严重的水锁伤害与中等偏强的水敏性及应力敏感性损害（临界压力为7.0 MPa）,潜在中等偏弱的速敏性（临界流速为0.75 mL/min）、盐敏性（临界矿化度为7500 mg/L）、碱敏性（临界pH值为10.0）及土酸敏感性损害;临兴区块主要存在储层损害、钻井液漏失、井眼垮塌、摩阻扭矩大与井眼清洁等钻井液技术难题。优化出的钻井液封堵性能良好,滤液表面张力低（23.3 mN·m-1）,能减少固相侵入,削弱水锁效应,提高岩石渗透率恢复值至91.3%,具有良好的储层保护性能。现场应用结果表明,该储层保护钻井液完全满足复杂井段或水平井段钻进的钻井液技术要求。      

钻井过程中保护低渗特低渗油气层的必要性、重要性与发展趋势

钻井过程中钻井液对低渗特低渗油气层的损害程度通常较中、高渗油气层大得多,但多年来部分人认为,需压裂投产的低渗特低渗油气藏,因压裂可解除油气层损害而勿需在钻井过程中采取保护油气层措施,因而对油气井产量和经济效益带来不利影响。阐述了低渗特低渗油气层损害机理的特殊性以及损害程度的严重性;依据现场实际产量数据,充分说明了钻井过程中采用效果优良的保护油气层钻井液技术有助于大幅度提高压裂后单井日产量;结合国际趋势和中国油气工业发展战略需求,阐述了将来的发展方向和趋势。不仅对提高保护油气层效果、单井产量以及油田总体经济效益具有适用价值,而且对钻井液技术的发展和中国模式“页岩革命”的建立也具有一定指导意义。      

裂缝性气藏网络酸化可行性

塔里木盆地T气藏构造高部位产层岩性复杂、天然裂缝发育、钻井液污染严重,常规解堵酸化效果不理想。采用室内模拟实验并结合扫描电镜分析,阐释了钻井过程中T气藏裂缝性储层伤害机理,探索了网络酸化新型技术的可行性。实验结果表明：钻井液对裂缝性储层渗透率的伤害率大于85%,天然裂缝开度越大伤害越严重;盐酸溶蚀率高(大于20%)的裂缝性储层网络酸化可行性强,以常规酸化的2~3倍注酸量和注酸排量实施网络酸化可有效解除天然裂缝伤害;盐酸溶蚀率低(小于10%)的储层实施网络酸化风险高。现场应用试验表明,网络酸化较常规解堵酸化效果好,可以推广至类似的储层改造。     

宁武盆地煤层气储层敏感性研究及钻井液技术

对宁武盆地煤层气储层进行了应力敏感、碱敏和水敏评价实验。研究结果表明,宁武盆地煤层气储层为强应力敏感性、中等碱敏性和中等偏强水敏性。提出通过控制钻井液密度和pH值、提高钻井液的封堵性和抑制性,降低钻井液对储层伤害的技术思路,并研究出一套适合煤层气井的封堵成膜CQ-FDC钻井液:(0.2%~0.3%)有机硅G304+(2%~5%)复合盐FHY-2+(0.3%~0.5%)提黏剂G310+(1%~3%)降滤失剂G301+(1%~2%)封堵剂G325+NaOH。室内评价结果表明,该钻井液12 h线性膨胀降低率为71.56%,具有良好的抑制性;储层保护效果好,对储层4#煤和9#煤的伤害率小于15%。该钻井液技术在宁武盆地煤层气井现场试验了6口井,均取得成功,其平均井径扩大率为15.77%,对储层岩心的平均伤害率为16.73%,利于保护储层,且平均机械钻速较高。      

胜利油田保护储层的水平井钻、完井液技术

胜利油田的水平井钻、完井液开发应用已经有20余年历史,形成多项具有胜利特色的保护油气层的钻、完井液技术.从低密度钻井液、全油基钻井液完井液、保护低渗储层钻井液完井液、非渗透钻井液完井液和特殊的分支井钻井液完井液技术等5个方面进行了阐述.研究发现,在水平井钻、完井液技术中,最重要的是要保持钻井液具有强润滑性能、携岩性和储层保护性.在特强水敏性地层,需要采用全油基钻、完井液体系;在将来的水平井钻、完井液技术中,要特别注意采用全过程欠平衡钻井结合使用低(无)伤害体系;在储层钻进中建议使用专门的储层钻开液,以最大程度保护储层;钻完井后,需要实施高效解堵技术,特别是无伤害解堵技术(免酸洗和自解堵技术).实施以上技术可以建立有效的储层-油气井通道,实现油气产量最大化.     

苏里格气田钻井液回收再利用技术

苏里格气田地质施工条件满足钻井液工艺共通性,符合钻井液回收再利用工艺,分析了可再利用的GWSSL钻井液体系特点。采用现场3口井水平段不同时期钻井液取样以及实验室新配浆,结合现场施工周期特点,评价了钻井液在储备15 d过程中的性能变化情况。结果表明,完钻钻井液若处理剂使用量充足,维护处理到位,在15d的储存、倒运、再利用预设周期内,钻井液常规性能与完钻时基本保持一致,可利用成分所占比例高,且即使流变性出现变化,滤失量及膨润土含量在合理范围内,可用于稀释配浆改型。预计回收再利用1 m3完钻钻井液,理论上可减少成本约300元。钻井液回收再利用技术需配合使用好固控设备,保证完钻钻井液的品质,并配合KPAM等抑制性絮凝剂的改型、维护,否则低密度固相的污染将影响钻井液性能的可控,甚至导致井下复杂。