盐水钻井液pH值影响因素和缓冲方法研究

在深井钻井中钻遇盐膏层、盐膏泥复合盐层、高压盐水层等地层时,极易发生井下复杂情况,盐水钻井液在钻遇此类地层时,pH值极易快速降低,难以调节。实验考察了盐类、表面活性剂、有机胺等对饱和盐水基浆老化前后pH值的调控作用。结果表明,强碱弱酸盐、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂及2者间复配体系、有机胺等对饱和盐水基浆老化前后pH值均具有一定的缓冲效果。探究了矿化度及聚合物类处理剂、磺化处理剂等盐水钻井液常用处理剂对体系pH值的影响规律。结果表明,膨润土基浆矿化度增大会导致pH值的快速下降;聚合物类处理剂对饱和盐水基浆pH值影响较大;磺化处理剂对体系pH值有一定的缓冲作用。提出一种表面活性剂体系“0.3% WJG+0.1% SDBS”的pH缓冲办法,其对海水钻井液、高密度饱和盐水钻井液、高密度有机盐体系老化前后pH值具有较好的缓冲作用。      

天东007-X10井CO2污染处理技术

天东007-x10井在井深5 105 m(层位为茅一段,岩性为灰岩)钻遇CO2污染,钻井液性能遭到严重破坏。现场从"压、除、消、拓"的思路出发,当钻井液性能不稳定时,应及时正确判断钻井液是抗高温问题还是地层流体污染问题;将钻井液pH值维持在一个较小范围内波动;由钻井液处理剂产生的气泡,用柴油或者消泡剂等来调整钻井液的HLB值即可达到消泡的目的,而由酸根产生的气泡,必须先除酸根再消泡;使用适量无机盐,应用生石灰和超细水泥相结合的处理方式,不仅可以消除CO32-和HCO3-,而且能起到稳定井壁的作用;坚持补充护胶剂、降黏剂等,维持钻井液处于弱凝胶状态,解决了该井钻井液受CO2污染带来的一系列问题。     

低pH值钻井液用除钙剂

CaCO3和CaSiO3的溶解度受pH值影响较大,在钻井液pH值较低时,传统的除钙剂Na2CO3和Na2SiO3的除钙效果较差.针对pH值较低的钻井液体系,优选了新型除钙剂.实验发现,CaC2O4的溶解度受pH值影响较小,且溶解度较低;Na2C2O4在低pH值淡水钻井液中表现出良好的除钙效果,而K2C2O4在低pH值淡水钻井液和盐水钻井液中均表现出良好的除钙效果.因此,在低pH值淡水体系中可选用Na2C2O4作除钙剂,在低pH值盐水体系中可选用K2C2O4作除钙剂.     

浅谈钻井液pH值对处理剂的影响

分析了钻井液pH值的维护现状及引起其波动的因素，讨论了钻井液pH值大于12或小于8时的危害。得出，在钻井液的维护处理过程中，为了提高pH值需要及时补充NaOH，但由于NaOH不能瞬间均匀地分散，NaOH引起局部钻屑的强分散及处理剂在高碱性下发生化学反应而失效。指出，在高温、高矿化度条件下不宜采用加入NaOH的办法提高pH值，否则加碱越多，pH值下降越厉害，钻井液性能越不稳定；加入烷基磺酸钠AS、失水山梨醇单油酸脂SP-80、烷基酚与环氧乙炕缩合物OP-10等表面活性剂可缓解钻井液pH值的下降，但仍有一定的局限性，因此迫切需要一种pH值缓冲剂。     

pH值对高密度钻井液流变性能的影响

随着油气勘探地下条件的日趋复杂,在钻井过程中不得不使用密度在2.25 g·cm-3 以上的高密度钻井液.通过大量实验,研究了在添加PAC-HV(高黏度聚阴离子纤维素衍生物)前后,pH值对高密度钻井液流变性能的影响规律.实验结果表明:当加碱量为0.9%时,聚合物钻井液的pH值在8.5～9.5时,钻井液的表现黏度、塑性黏度和动切力最小,钻井液的流变性最佳;由于PAC-HV的包被作用,钻井液黏度的大小受pH值影响程度显著.该研究成果将为高密度钻井液在各个油田现场的推广使用,提供基础理论依据.     

钻井液用聚胺页岩抑制剂RZPA的性能与应用

评价了一种钻井液用聚胺页岩抑制剂RZPA的应用性能。结果表明:RZPA的抑制能力明显优于国内同类产品,并且不影响钻井液滤失性。页岩热滚回收率随RZPA用量的增加而增加,最后变化趋于平缓。产品抗温达210℃,pH值使用范围为7~10.5,与Na+、Mg2+和Ca2+氯化盐配合使用有协同增效作用,已在四川德阳的江沙102-1HF气井钻探中得到成功应用。     

设计和控制钻井液pH值的考虑

pH值是钻井液不可忽视且十分重要的参数,调节和控制pH值是维护处理钻井液的基本手段。本文较系统地介绍了pH值对钻井液组成、性能和泥页岩稳定性、管材腐蚀及泥浆抗污染等方面的影响,提出了最好少用或不用烧碱等方法。     

硅酸盐钻井液技术发展机遇与挑战

随着国内新增储量钻采难度逐渐增加和国内页岩气迅速发展,井壁稳定问题备受重视。同时,油基
钻井液环境污染问题日益突出。在此背景下,硅酸盐凭借堪比油基钻井液的防塌性能和相对较低的成本优势,迎
来大好发展机遇,与此同时,也面临挑战。文章从储层损害、润滑性能、高密度硅酸盐钻井液流变性和滤失量控制
及现场维护四方面,指出目前硅酸盐钻井液面临的储层渗透率恢复值低、润滑性能差、高密度硅酸盐滤失性和流变
性难以控制、现场硅酸盐消耗量测定方法不准确且国内缺乏成熟的硅酸盐钻井液维护规范等问题,并提出未来硅
酸盐钻井液技术应从研发硅酸盐凝胶破碎剂、高效润滑剂、不增或少增黏的降滤失剂、低成本高效降黏剂,改进硅
酸盐钻井液消耗量计算方法等方面来寻找突破和迎接挑战。     

地层水与残酸、钻井液混合液特征分析

从水样pH值、无机阴阳离子匹配状况以及水中Cl-、Ca2+、Mg2+含量等多项指标,分析了地层水与残酸、钻井液的混合液的特征,总结归纳出了用于生产监测中,判断所取地层水样是否正常的特征指标,可用于判断酸化后或使用钻井液进行相关作业后的液体返排是否彻底,所取水样是否能代表正常地层水等.目前,该判识方法已在川渝油气田的多个油气藏得到了广泛应用.     

克拉201井盐膏层钻井液技术

克拉201井是塔里木盆地库车凹陷克拉苏构造克依构造中西段上的一口重点评价井,完钻井深4060 m。钻探目的是探明克拉2构造的油气分布和储量。该地区下第三系盐膏层厚度大,压力高,钻井过程中极易造成井塌、井漏、卡钻、划眼等井下复杂事故。克拉201井在盐膏地层采用高密度钻井液,该钻井液是在聚磺钻井液中加入护胶剂SPNH、SMP-Ⅱ和防塌剂FT-1。在钻井过程中使用Na_2CO_3和适量硅酸钾除钙,控制适当的pH值,膨润土含量保持在16—22 g/L,解决了高密度钻井液的流变性、润滑、防塌、抗温及抗盐膏污染能力难题,满足了施工要求。     

高矿化度水对钻井液性能的影响

钻井液用水总的矿化度大于2000mg/L并且其中Ca~(2 )、Mg~(2 )含量大于300mg/L时,钻井液性能难以控制,维护处理困难,井下极易发生复杂情况,增加钻井费用。华北油田冀中坳陷文49-2井的实践表明,若使用高矿化度水,要用Na_2CO_3预处理,其加量不得过大;用NaOH控制pH值在9—9.5范围内,以防促使地层粘土水化分散;使用好固控设备,及时处理钻井液,控制膨润土含量在60g/L左右。     

川深1井钻井液关键技术

川深1井是中石化部署在川东北地区的一口超深预探井,完钻井深为8420.00 m。该井面临着井温高、地层条件复杂、地质资料少及井壁易失稳等诸多技术难点。针对高密度钻井液技术难点,通过室内实验优选出抗高温处理剂:2% SPNH、2% SMP-3、0.5% SMPFL（DSP-1）、3% SMT（SMS-H）、3% RHJ-3、1% HPA、3%纳米SiO₂。通过钻井液体系正交实验得出了流变性好、抑制性强、抗温性强、沉降稳定性好、抗污染能力强的高密度聚磺钻井液,并在该井四开井段取得了成功应用。最后,对现场应用过程中的钻井液关键技术进行了系统的阐述,如气液转换技术、特殊地层处理方法、钻井液的现场维护技术措施及保护油气层技术等,主要取得以下认识:①加重时循环混入低黏度切力的高密度钻井液,逐步降低膨润土含量;②通过固控设备严格控制固相含量;③钻遇盐膏层时可提高钻井液密度,并严格控制滤失量,保证钻井液pH值不低于10;④酸性地层可适量提高Cl-含量对钻井液进行预处理提高其抗盐性能;⑤破碎地层须提高钻井液密度并加入相应处理剂,从力化耦合角度防止井壁失稳;⑥易漏地层应严格控制钻井液密度,适当减少排量及提高黏度和切力,可加入不同粒径可酸化的封堵材料,进行屏蔽暂堵。      

雁探1“四高”井钻井液应用技术

雁探1井是中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司的一口重点矿权保护井,是青海油田柴达木盆地一里坪地区落雁山构造一口四开直井型风险井,完钻井深为5 909.95 m,钻探主要目的是探索落雁山构造E₃2～N₁含油气性;了解落雁山地区古-新近系暗色泥岩发育情况以及生烃能力,为下步盆地腹部大型区带热成因气勘探研究及部署提供依据。该井地质条件复杂,没有任何实钻参考资料,存在高温、高密度、高压盐水层、高浓度CO₂等叠加复杂因素,实际使用钻井液密度高达2.50 g/cm3,井底实测温度高达205℃,CO₂侵高达100%,加之多层高压盐水存在,是一口典型的“四高”井,钻井施工难度极大。优选采用了BH-WEI钻井液体系,围绕高温稳定性、抗酸性气体污染、抗盐水污染、高密度流变性、滤失量与流变性矛盾等技术难点,精细调整钻井液配方及维护处理措施,较好地解决了一系列技术难题和矛盾,顺利钻至设计井深5 700 m,后加深钻进至5 909.95 m突遇设计外的异常高压盐水层,由于关井压井时间过长,事故完井。该井技术难点典型,积累了宝贵的现场施工经验,具有很好的借鉴指导意义。      

川中地区蓬莱1井超高压气水层的安全钻井技术

川中地区蓬莱1井在第四次开钻钻进过程中,用密度1.97g/cm3的钻井液钻至下三叠统嘉陵江组嘉二段,遇高压气水显示,用密度2.14g/cm3钻井液压井后仍不能平衡,将钻井液密度逐步加重至2.55g/cm3。由此导致了在钻进过程中泵压高、易粘卡、钻井液性能维护难等问题,同时还出现了起钻灌钻井液困难、溢流、不能正常起下钻等井控问题。针对这些难题,在试验探索的基础上,采用HHH塞封隔技术、超高钻井液密度维护技术、特高压井控技术和加重钻井液防粘附卡钻等技术,最终安全顺利地完成了这口超高压井的钻井工作,并获得高产油气流,取得了超高钻井液密度情况下的钻井经验。     

车西地区富台油田钻井液技术

车西地区富台油田水矿化度高和上部地层成岩性差．伊利石、蒙脱石含量高．遇水极易水化膨胀、分散，造浆严重，馆陶组砂层发育，流砂层较厚；下部地层泥页岩，层理发育，遇水极易水化膨胀．坍塌掉块．容易发生井塌、气侵、泥页岩缩经、井漏等，引起卡钻、长井段划眼等复杂情况。在不同井段采取了不同的钻井液和相应的维护处理措施。在钻进过程中维护聚合物含量，同时用烧碱水维护。pH值在9以上，以保证钻井液较强的抑制性和稳定性；坚持使用四级净化。降低钻井液内的钻屑及总固相含量；沙二、沙三段出现剥蚀掉块现象时，采用综合防塌，维护良好的钻井液性能．动塑比保持在0．5～0．8。现场应用结果表明，采用的钻井液具有良好的悬浮携带、护壁防塌、润滑防卡能力，满足了钻井施工的需要。     

官深1井超高密度钻井液技术

在全球范围内,官深1井是继官3井之后的第2口使用超高密度钻井液成功进行钻进作业的案例,该井采用2.50kg/L以上的超高密度钻井液顺利完成了835.3m的φ316.5mm井眼。为了安全顺利地完成官深1井的钻井作业,针对超高密度钻井液体系技术难点进行了大量室内实验,研制并开发了高固相分散剂SMS-19和超低黏胶体稳定剂SML-4,最终得出了抗污染能力较强并具有良好沉降稳定性的超高密度钻井液体系配方。利用该超高密度钻井液体系先后顺利实施了3个高压流体层的提密度压井作业,且在钻遇第3个高压流体层（下三叠统嘉陵江组二+三段）以后,一次性将钻井液密度由2.55kg/L提高到2.85kg/L以上并顺利转入了正常钻进。考虑到超高密度钻井液在技术上的特殊性,现场维护时采用优选筛布规格、优化胶液配伍及维护量、保持合理pH值、适时调节膨润土含量以及合理控制低密度固相含量等手段,确保了钻进作业期间超高密度钻井液体系始终保持良好的流变性能。     

低活度高钙聚胺钻井液在准北101井的应用

针对准北区块地质构造复杂多变、存在多个破碎带且裂缝发育、容易引发严重井壁失稳问题,研制出低活度高钙聚胺钻井液体系,该体系容钙量可达3.0%,活度可调节至0.95以下,膜效率保持在0.2以上,起到了稳定泥页岩井壁的作用。在准北101井应用结果表明,从2000~4200 m开始,维持钻井液活度在0.95以下,Ca2+浓度维持在6000 mg/L以上,全井无漏失,无井壁失稳问题,二开平均井扩大率为6.96%,三开平均井扩大率为0.59%,取得了很好的井壁稳定效果。进一步优化固控设备,降低钻井液劣质固相含量,同时提高钻井液润滑性能,为准噶尔盆地北部地区油藏高效开发提供了可靠保障。      

新型高温高密度盐水钻井液研究

针对中国高温高密度盐水钻井液普遍存在的"使用处理剂种类过多,加量过大,钻井液老化后HTHP造壁性和流变性难以控制,配制成本和维护成本居高不下"的难题,分析长期攻关而至今没能很好解决的原因,在此基础上提出了"以利用钻井液中处理剂高温交联作用为基础,结合使用优化重晶石级配以解决高密度钻井液黏度高、HTHP失水量大、且性能很难调控的难题,综合形成了高温高密度盐水钻井液研究"新的技术路线,并由此研发出性能好（HTHP失水量低,流变性良好……）而处理剂种类少（共4种）、总用量大幅度降低（仅为现用量的1/2~1/3）的高温高密度盐水钻井液体系,而且具有高温条件下使用性能越来越好,性能维护方便的潜力和趋势,为有效解决中国高温高密度盐水钻井液多年未能很好解决的技术难题,提供一条可行的途径。      

龙马溪页岩井壁失稳机理及高性能水基钻井液技术

目前长水平井段井壁失稳问题仍是制约国内外页岩气资源钻探开发的重大工程技术难题。为解决龙马溪组页岩长水平井段的井壁失稳问题,采用X射线衍射分析、氦气孔隙体积测试、高压压汞测试、高分辨率场发射扫描电镜、CT扫描、岩石连续刻划强度等实验,分析了龙马溪组页岩微观组构特征及理化特性,探讨了微观组构特征、理化特性对龙马溪组页岩井壁稳定的影响。研究表明:龙马溪页岩富含脆性矿物,黏土矿物以伊蒙混层为主,微纳米孔隙发育,微裂隙呈缝状、近平行分布,敏感性矿物的存在及其层理、微裂缝发育是导致页岩井壁失稳的主要内在因素。为此,针对性地提出了多元协同稳定井壁水基钻井液防塌技术对策,即"强化封堵-适度抑制-合理密度-高效润滑"。应用该技术对策构建了高性能水基钻井液优化配方,评价表明,该体系有较好的封堵性和抑制裂缝扩展的能力。该体系在黄金坝区块2口井三开进行了现场试验。现场试验结果表明,该体系较好地解决了页岩长水平井段的井壁失稳和水平段摩阻较大的问题,为中国采用水基钻井液技术高效钻探开发页岩气资源提供了新的思路及经验。