纳米二氧化硅对盐水钻井液性能的影响

在油气井钻进过程中,井壁发生缩径和掉块往往是由于泥页岩吸水膨胀导致的。针对这种情况,提出使用纳米二氧化硅封堵泥页岩的纳米级孔喉,从而降低其渗透率、减缓水分侵入的思路。通过测试钻井液的黏度、滤失量和膨胀量,评价了纳米二氧化硅对盐水钻井液性能的影响。室内实验结果表明,纳米二氧化硅改善钻井液性能,必须是在其抗盐的基础上才能实现,即需使用抗盐土配浆;浓度为1%~5%的纳米二氧化硅通过增加颗粒间的内摩擦力,既而提高了钻井液的黏度,然而纳米二氧化硅材料对于盐浓度比较敏感;纳米二氧化硅颗粒可以沉积在滤饼表面封堵滤纸孔隙,降滤失效果明显,滤失量降低率可达40.2%;其通过封堵黏土的孔隙,起到了抑制黏土吸水膨胀的作用。优选出的二氧化硅最优加量为3%,其抗盐可至12%;综合考虑滤失、膨胀量实验结果和性价比,选定3%NP+4%Na Cl+SWM-B为最优配方。     

微裂缝封堵剂评价新方法及强封堵钻井液配方优选

硬脆性泥页岩井壁失稳问题是致密油气等非常规资源钻井过程中的常见难题,目前普遍认为增强对泥页岩微纳米裂缝的封堵,是减少井下复杂的关键。选用一种孔径与泥页岩的微裂缝比较匹配的新型混合纤维素滤膜,替代滤纸做滤失实验,通过对比瞬时滤失量大小,评价了单一处理剂溶液对滤膜的封堵效果。利用该方法进行评价,优选出微纳米粒径的石灰石和二氧化硅复配使用,辅以聚胺、铝合物等抑制封堵剂,构建了一种无黏土相微纳米强封堵钻井液。评价结果表明,该体系在较低表观黏度下,具有较高的动塑比和φ6、φ3读数,有利于水平井井眼净化;具有较低的滤失量,岩屑滚动回收率接近100%,封堵能力远高于常规聚合物体系,可用于致密油气、页岩气等非常规能源的钻进。     

微裂缝封堵剂评价新方法及强封堵钻井液配方优选

硬脆性泥页岩井壁失稳问题是致密油气等非常规资源钻井过程中的常见难题,目前普遍认为增强对泥页岩微纳米裂缝的封堵,是减少井下复杂的关键。选用一种孔径与泥页岩的微裂缝比较匹配的新型混合纤维素滤膜,替代滤纸做滤失实验,通过对比瞬时滤失量大小,评价了单一处理剂溶液对滤膜的封堵效果。利用该方法进行评价,优选出微纳米粒径的石灰石和二氧化硅复配使用,辅以聚胺、铝合物等抑制封堵剂,构建了一种无黏土相微纳米强封堵钻井液。评价结果表明,该体系在较低表观黏度下,具有较高的动塑比和φ6、φ3读数,有利于水平井井眼净化;具有较低的滤失量,岩屑滚动回收率接近100%,封堵能力远高于常规聚合物体系,可用于致密油气、页岩气等非常规能源的钻进。     

硬脆性泥页岩钻井液封堵性评价方法

调研了钻井液封堵性评价方法,并针对硬脆性泥页岩的特点,筛选出4种方法进行对比实验。研究发现:高温高压滤失量能表征钻井液泥饼渗透性;高温高压砂床、渗透性封堵（PPT）等评价方法,能评价钻井液对泥页岩微米级固定裂缝或孔喉的封堵效果,但不能够准确地评价纳米级封堵剂的封堵效果,也不能反映钻井液与泥页岩相互作用过程中,岩石裂缝或孔喉发生变化情况下封堵剂的封堵效果;而压力传递实验能够评价各种类型封堵剂对硬脆性泥页岩裂缝或孔喉的封堵效果,还能反映不同类型的封堵剂在钻井液与泥页岩相互作用过程中,发生裂缝或孔喉尺寸变化情况下的封堵效果。      

纳米材料钻井液在大港油田的应用

针对纳米材料在钻井液中团聚的问题,通过分子设计,改进纳米材料的表面性能,以改性纳米二氧化硅为核,通过接枝柔性聚合物,合成了一种纳米封堵降滤失剂。通过引入强的吸附基团和疏水基团,聚合物分子的亲疏水、氢键等协同作用形成空间的网架结构,使合成的纳米封堵降滤失剂能够以纳米级尺度分散在钻井液中,其在钻井液中纳米级粒度的含量高达59.3%,其不仅具有优异的降滤失性能,同时具有柔性可变形性,还能够吸附在岩石表面,提高纳米材料对微裂缝和小孔隙的封堵能力。以合成的纳米降滤失剂为核心处理剂,并优选出配套的纳米润滑剂、纳米抑制剂,形成纳米钻井液体系。该体系的抗温达150℃,API滤失量在2.4 mL以下、高温高压滤失量在9.8 mL以下、润滑系数不大于0.04,渗透率恢复值不小于91%、目的层井段岩屑回收率≥ 90.5%。该体系在大港油田枣1510井的应用中表现出良好的润滑性和保护油气层效果。      

PMMA纳米胶乳在钻井液中的性能评价

在油气勘探钻井过程中,如在钻井液中添加纳米胶乳,利用纳米粒子的"球轴承"作用,可以降低摩阻,防止卡钻;同时利用纳米胶粒在一定温度下的可变形特性,可以更好地封堵地层微孔隙,形成致密泥饼,降低钻井液滤失量。利用种子乳液聚合法合成了一种钻井液用纳米胶乳(PMMA),其平均粒径为73nm。透射电镜分析结果表明,PMMA纳米乳胶颗粒大致呈球状,分散均匀。性能评价结果表明,1%PMMA纳米胶乳溶液的页岩回收率为68%,且与KCl复配使用后效果更好;在4%膨润土浆中加入1%PMMA后,黏度略有降低,滤失量降低了约40%,润滑系数降低了80%左右,泥饼黏附系数降低了约40%;加有2%PMMA的聚磺钻井液的砂床封堵滤失量和膜结构密封度滤失量分别为10mL和2mL,在180℃下仍具有良好的沉降稳定性。以上结果表明,PMMA纳米胶乳具有一定的降黏、降滤失性能,较强的封堵能力,良好的抑制性、润滑性能和高温稳定性能。     

一种强吸附疏水改性纳米SiO2封堵剂

钻井过程中钻遇稳定性较差的地层和承压能力较弱的地层时,经常出现井壁失稳和井下漏失等问题,为此开展了新型纳米封堵剂的研究与评价。合成了强吸附疏水纳米封堵剂,对其粒度分布、吸附性、润湿性和砂床封堵性能进行了测试。测试结果表明,该封堵剂粒度分布在100～150 nm,吸附性强,高温下能够将页岩表面水的润湿接触角增大到80.7°;加量为2.5%时,实验浆的砂床滤失量降低到5.0 mL;对钻井液流变性影响较小,API滤失量从4.4 mL降低到1.0 mL,高温高压滤失量从16.2 mL降低到6.2 mL;加量超过3.0 %时,渗透率降低到2.81 μD;PPA封堵率测试表明,该封堵剂能在陶瓷过滤盘内部形成封堵,钻井液的滤失速率降低到0.45 mL/min1/2,瞬时滤失量降低到2.58 mL。研究表明,强吸附疏水纳米封堵剂能够提高钻井液的封堵能力,降低钻井液对地层的侵入量,对保护井壁稳定有较好的作用。      

HFT高温封堵性降滤失剂的研制与评价

研制出一种HFT高温封堵性降滤失剂,高温时封堵性好,低温时分散性好。通过室内和现场试验评价了几种高温封堵性降滤失剂的封堵效果,结果表明,HFT降滤失剂封堵效果最为理想。     

基于压力传递的钻井液纳米封堵剂研究与应用

针对南堡油田泥页岩地层孔隙尺寸为纳微米级,传统的微米级以上的固相颗粒难以实现有效封堵这一问题,选用纳米级钻井液封堵剂FT-3000、HLFD-1及环境友好型可变形聚合物封堵剂Green seal,在室内展开研究,评价其对高温高压滤失、砂盘滤失及泥饼承压能力的影响,并针对南堡油田所选岩心进行孔隙/裂缝封堵前后渗透率变化情况、压力传递及膜效率测试分析。结果表明用Green seal作封堵剂的钻井液,高温高压滤失量为17 mL,砂盘滤失量为13.8 mL,均为最小值,且其能有效提高泥饼承压能力至大于8 MPa,孔隙/裂缝封堵前后渗透率分析显示其封堵效果最佳,有效减缓了压力传递,膜效率为0.099 0,最大。该封堵剂在NP36-3652和NP36-3701井进行了应用,应用井井壁稳定、井径规则、渗透率恢复值高、滤液侵入量低,实现了泥页岩地层井壁稳定、储层保护的多重目的。      

纳米SiO_2接枝超支化聚酰胺的合成及性能评价

以丙烯酸甲酯和乙二胺为单体,采用发散法在纳米SiO_2表面接枝超支化聚酰胺,并用氨基乙磺酸进行端基改性,得到端磺酸基纳米SiO_2接枝产物(HB-PA-S);并对HB-PA-S在钻井液中的封堵性能进行了评价。采用FTIR、TG和粒径分析等方法分析了HB-PA-S的结构。表征结果显示,随反应代数的增加,氨基含量逐渐增加,但接枝率逐渐下降。HB-PA-S耐温350℃,接枝量为29.35%(w),中直粒径为413.1 nm,粒径分布较窄,分散均匀性好,聚结稳定性高。评价结果表明,HBPA-S的降滤失封堵效果很好,且添加量越多,滤失量降幅越大,HB-PA-S含量为5%(w)的封堵液体系的滤失量为11 m L。     

高温深井微裂缝封堵评价方法及其应用——以松辽盆地徐深气田为例

松辽盆地徐家围子断陷深层白垩系营城组火山岩地层微裂缝发育,钻进过程中经常发生井壁剥落、坍塌和恶性漏失等 井下复杂,而采用常规钻井液封堵评价方法在模拟裂缝形态和效果评价方面与现场实际存在着较大的差距。为此,提出了有针对性 的高温深井微裂缝封堵评价方法：使用与岩石成分接近的硅铝酸盐材料制作了一种新型微裂缝岩心模型,微裂缝开度介于1 ～ 50 μm,重复性好,缝面粗糙度、孔隙发育情况及缝面形态与天然裂缝更加接近,弥补了传统方法的不足;自主设计了微裂缝封堵评价 装置,工作温度达200 ℃,工作压力介于3.5 ～ 5.0 MPa,可模拟井下工作液的流动状态,具有钻井液用量少、操作简便及成本低等 优点。XSP-3 井现场试验结果表明,采用上述评价方法优选的钻井液配方有效地解决了微裂缝发育的火山岩地层难以安全钻进的难题, 改善了钻井液的粒度分布,提高了钻井液封堵防塌能力,保证了该区深层裂缝性地层的安全钻进。     

裂缝性气藏封缝堵气技术研究

塔里木油田塔中地区碳酸盐岩奥陶系储层地质条件复杂,储层裂缝发育,裂缝开度为20~400 μm的小裂缝和微裂缝所占比例在50%左右,钻井过程中井漏溢流频发,气侵现象严重,增加了井控风险。由于地层微裂缝分布复杂,且温度高（180℃）,导致架桥粒子、充填粒子级配难度大,钻井液封堵效果不理想,而采用常规钻井液封堵评价方法在模拟裂缝形态和效果评价方面与现场实际存在着较大的差距。为此,提出了有针对性地封缝堵气评价方法:利用天然/人造岩心制作出微裂缝岩心模型,微裂缝开度介于20~400 μm之间,缝面粗糙度与天然裂缝接近;自主设计了封缝堵气实验评价装置,建立了微米级裂缝的封缝堵气评价方法。室内初步优选出抗高温的颗粒、纤维、可变形材料等纳微米封堵材料,并形成封堵配方,封堵配方与聚磺钻井液体系、ENVIROTHERM NT体系配伍性好,且酸溶率高于70%,不易污染储层。      

海上热采井钻井液储层保护技术

渤海油田稠油资源丰富,热采是稠油开发的主要手段,为适应特殊热采开发环境,充分利用非常规稠油特点及高温注热工艺特性,降低成本,开展稠油热采井钻井液储层保护技术研究顺应形势需求。以渤海旅大5-2N稠油热采井为例,结合油藏独特的物理性质,分析潜在敏感性损害因素,通过强抑制剂优选、热降解性能评价、密度优化、封堵剂优化和储层保护性能评价,形成了适合稠油热采水平井的改进型钻开液体系。该体系抑制性强,与地层流体配伍性良好,高温条件下降解产物为黑色碳,岩心渗透率恢复值大于85%,具有良好的储层保护效果,同时可降低成本40%。      

泥页岩微裂缝模拟新方法及封堵评价实验

目前泥页岩微裂缝模拟方法较多,但都存在一定局限性,且不能真实模拟高温高压下泥岩与钻井液接触后水化分散过程。针对该难题,在对平滑钢块模拟法、砂床封堵实验法、劈裂岩样人造裂缝模拟法和透明钢化玻璃模拟法进行分析的基础上,采用干法钻取取样岩心以获得标准岩心柱,对岩心柱进行造缝,并在岩心缝面垫上不同厚度的锡纸,模拟宽度为10~100 μm的微裂缝;将岩心柱放入夹持器中,与动态失水仪相连,可形成一套泥岩微裂缝封堵能力评价装置。介绍了封堵评价实验装置的组装和实验操作步骤,及其功能和优点,给出了微裂缝缝宽的推导公式,并通过精确测量数据换算出了等效裂缝宽度。室内实验表明,该微裂缝模拟方法有精度高、重复性好等优点。研究结果表明,该方法及评价装置不仅能模拟泥页岩与外来液相接触后的水化分散、膨胀等过程,还能真实模拟井底高温高压条件下钻井液对微裂缝的封堵情况,为深入研究微裂缝的封堵机理、封堵材料优选及钻井液配方优选提供可靠的实验方法和数据支撑。      

微泡钻井液室内研究及性能评价

微泡钻井液是一种适用于低压易漏地层的新型钻井液。通过对起泡剂和稳泡剂进行优选,开发出抗温135℃的微泡钻井液。室内评价结果表明,微泡钻井液抗温、抗污染能力强,同时具有良好的抗压缩、密度还原特性和承压封堵性能。在20~40目砂床中,微泡钻井液承压封堵能力达20 MPa以上;经显微镜微观表征,微泡呈球形,粒径分布集中在50~200μm之间。     

川西南部沙湾组-峨眉山玄武岩井段井壁失稳机理分析及应对措施

针对川西南部地区沙湾组、峨眉山玄武岩存在严重井壁失稳、垮塌卡钻复杂频繁的难题,结合岩石失稳机理分析及现场工况分析,优选出一套适用于该井段的强抑制、强封堵型钻井液体系。该体系的滚动回收率达99.98%,FL_HTHP为3.6mL,FL'_HTHP为4.8 mL,FL_砂床为4.4 mL。并设计了专项封堵段塞,制定了封堵段塞施工工艺。钻井液配方为:（0.5%~2.0%）土+（0.5%~1.5%）PAC-LV+（5%~6%）SMP-3+（2%~3%）JNJS-220+（0.3%~1.5%）NaOH+（1%~3%）FT+（0.1%~0.3%）聚合醇+（0.4%~1%）CQ-SIA+（6%~8%）WND+（5%~10%）有机盐+3%超细碳酸钙+重晶石。认为应提高随钻堵漏能力、增强泥饼井壁吸附性及黏弹性、在井壁上形成一层具有防渗透和防冲刷能力的封堵层,减缓井下机械碰撞、钻井液冲刷、应力激动对岩层的二次破坏。      

致密气藏二开结构水平井钻井液体系及现场应用

为解决苏里格气田致密气藏二开结构水平井钻井施工中地层塌漏矛盾突出、降摩减阻及井眼净化困难等技术难题,基于地质特性和泥岩坍塌机理分析,建立摩阻扭矩计算模型,对比变更井身结构摩阻及扭矩变化规律。通过室内研究筛选采用纳米乳液、软硬结合的封堵剂、多元复配的润滑剂和高效提切剂,研发出新型强封堵超润滑水基钻井液体系。室内研究显示,该钻井液体系具有强抑制性和封堵防塌性,能够有效延长硬脆性泥岩失稳周期,进而深度维持井壁稳定,同时也具备良好的流变性和润滑性,且含砂和固相含量低,降摩减阻效果显著。现场应用表明,应用该钻井液体系后下套管摩阻控制在350 kN以内,钻进下放摩阻降低24.21%,扭矩降低34.31%,平均钻井周期为29.04 d,平均机械钻速为17.64m/h,较三开结构水平井提速36.5%,井塌划眼损失时间降低89.50%,为苏里格气田致密气藏二开结构水平井推广应用提供了有力保障。     

海上复杂易垮塌地层高性能油基钻井液研发与应用

南海西部北部湾盆地涠西南油田涠洲组地层受构造应力及地层高含硬脆性泥页岩影响,井壁失稳风险极高,传统油基钻井液在钻进涠二段过程中不断出现起钻困难、井壁失稳和固井质量差等诸多问题。在分析传统油基钻井液应用情况的基础上,通过对乳化剂、封堵剂以及提切剂等处理剂优选,研发了新型高油水比（95∶5）高性能油基钻井液体系,该钻井液具有良好的井壁稳定、封堵能力以及优异的ECD控制能力,抗劣质土污染可达15%,岩心被钻井液损害后渗透率恢复值在90%以上,返排压力为0.4 MPa,具有良好的储层保护能力,并可提高机械钻速和起下钻效率。现场应用结果表明,高性能油基钻井液钻进涠洲组二段地层时,钻井液流变性稳定,封堵性强,井眼清洁效果好,ECD值低,未发生井漏现象,井深2 500 m钻井周期为8.09 d,较前期开发井钻井周期降低48%,储层保护效果良好。为今后北部湾海域类似油田开发提供了良好借鉴。      

绒囊钻井液处理煤层气钻井上漏下塌地层的施工工艺

煤层气钻井经常钻遇上漏下塌地层,通常采用调换或调整钻井液来防塌控漏,但常常会因目的不一致而难以奏效。为此,针对不同层段漏失与坍塌控制主要需求,通过室内实验优化不同钻井液性能范围及指导配方,配制封堵性能由弱到强5种配方的绒囊钻井液封堵0.1 mm、1.0 mm、2.0 mm宽的裂缝,有针对性地形成了现场新浆配制、老浆维护等工艺,并在多个区域现场完成了超过5井次的绒囊钻井液工艺应用。实验评价结果表明:(1)以封堵相同宽度裂缝至驱压20 MPa的升压周期表征体系封堵性能强弱,优选出随钻控漏、随钻堵漏、静止堵漏3套钻井液配方;(2)以饱和煤柱塞后单轴抗拉强度、三轴抗压强度增幅表征防塌性能强弱,优化出坍塌风险分别为低、中、高煤层适用的钻井液配方;(3)根据钻井液消耗速度优化新浆补充速度,以排量、表观黏度降幅及实验得到提升表观黏度等指标确定优化老浆维护工艺所需的处理剂用量;(4)现场应用效果表明,钻井流体在对付漏失、坍塌地层前,调整好性能,是取得成功的关键。结论认为,通过调节绒囊流体不同的配方可以实现煤层气井内封堵控制漏失、坍塌,该工艺为煤层以及类似破碎性地层稳定井壁提供了技术支撑。     

井壁强化机理与致密承压封堵钻井液技术新进展

井壁强化钻井液技术已成为提高地层承压能力的重要手段之一,目前中国在井壁强化微观机理、模拟实验评价方法和新材料研发等方面,均有待深入研究。基于微观颗粒物质力学的力链网络结构分析基本原理,探讨了裂缝地层致密承压封堵方法。提出了井壁强化材料特性的精细化表征参数,通过颗粒类型、粒度级配及浓度优化,利用刚性颗粒、弹性颗粒和纤维材料等协同封堵裂缝,可有效形成具有“强力链网络结构”的致密承压封堵层。利用自行研制的井壁强化钻井液封堵模拟实验装置,开展了井壁强化钻井液封堵模拟实验优化研究。模拟实验证明,新研制的井壁强化材料不仅能够有效封堵裂缝,形成致密承压裂缝封堵层,且当支撑裂缝至设计开度,可提升地层承压能力。