MEG钻井液页岩抑制性研究

在钻井过程中,由于钻井液滤液的侵入,地层中的粘土矿物发生水化膨胀和水化分散作用,削弱了岩石的力学强度,致使井壁发生失稳。MEG钻井液是一种具有成膜作用的水基钻井液,对页岩具有较好的抑制作用。文中简单阐述了MEG钻井液页岩抑制性机理,分析研究了影响MEG钻井液页岩抑制性的因素,实验验证MEG钻井液的成膜作用。MEG钻井液主要是通过半透膜效应、封堵作用、渗透作用及去水化作用抑制页岩的水化分散和膨胀,当 钻井液中MEG浓度足够大时,MEG分子吸附在井壁岩石或钻屑表面上形成一层憎水膜,阻止钻井液滤液向地层或钻屑中渗透。研究表明,MEG浓度大于30％时,其抑制页岩的能力优于浓度为3％的KCl溶液;钻井液中MEG的加 量是影响钻井液抑制性的主要因素,并且钻井液中加入无机盐后,无机盐与MEG协同作用使MEG钻井液的页岩抑制能力提高;钻井液中MEG浓度越高,膜效率越好,MEG浓度大于50％时,页岩内水份渗出。

     

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。     

MEG在泥页岩地层的井壁稳定机理研究

为了探索甲基葡萄糖苷(MEG)在泥页岩地层的井壁稳定作用机理,对MEG降低水活度、在黏土表面的吸附性、半透膜效率以及抑制性变化规律进行了研究。结果表明,MEG在黏土表面吸附达到一定浓度后形成半透膜,MEG浓度越高半透膜越致密,可抑制黏土的水化分散,岩心回收率最高可达99%;MEG同时可显著降低水活度,最高可降低至0.85以下。对MEG的成膜规律进行了探索,MEG在泥页岩表面的膜效率同MEG浓度、浸泡时间有关系,MEG浓度越大、膜效率越高,随着浸泡时间延长,膜效率降低。MEG通过在黏土表面吸附成膜抑制黏土水化和提高膜效率维持了井壁的稳定。     

长垣东部深井井壁失稳及技术对策

大庆油田在长垣东部深层油气田勘探开发过程中存在井眼不稳定问题。在对深层失稳井段资料调研的基础上，开展了易塌地层泥页岩水化膨胀及分散特性评价以及比亲水量研究。通过泥页岩--试液模拟作用的化学位差反渗透实验以及压力传递实验等，探讨了不同条件下泥页岩水化应力变化规律。利用井壁稳定性模拟实验装置（SHM仪），评价了不同钻井液防塌效果。理论分析和实验表明，当使用水基钻井液在复杂泥页岩地层钻进时，如何控制泥页岩压力传递和流体侵入是解决泥页岩井壁不稳的技术关键。使用长垣东部深层泥页岩与硅酸盐钻井液作用的实验表明，硅酸盐钻井液能显著降低泥岩渗透率，阻止钻井液滤液与孔隙压力的传递，改善膜效率，有助于充分发挥化学位差诱导的反渗透防塌作用效果。     

钻井液活度对川滇页岩气地层水化膨胀与分散的影响

降低水基钻井液活度是解决钻井过程中泥页岩井段井壁失稳的重要技术手段,川滇地区页岩气地层泥质含量高、水敏性强,层理与微裂缝发育,井壁易失稳。以氯化钙等无机盐、甲酸钾等有机盐及丙三醇等有机化合物作为活度调节剂,通过线性膨胀实验、热滚回收实验研究了钻井液活度对宜宾龙马溪组、宜宾五峰组等页岩水化膨胀与分散的影响。结果发现,钻井液活度对页岩水化膨胀和水化分散影响小,泥页岩渗透水化不是上述地区页岩地层井壁失稳的主要原因。解决其井壁失稳问题,应从表面水化、毛管压力及微裂缝等其他机理入手。      

新型防塌剂XFT-1的研制及性能评价

通过丙烯腈和阳离子化单体发生聚合反应,合成出了新型防塌剂XFT-1。利用滚动分散回收率、电动电位测量、粒度分布测量、吸附以及压力传递等实验,对其使用效果进行了评价。实验结果表明,新型防塌剂XFT-1的抑制性好,具有较强的吸附作用,可通过吸附包被作用将泥页岩颗粒与水隔离,防止其水化分散,或通过吸附于泥页岩表面形成半透膜,阻缓钻井液中的水向地层渗滤,且新型防塌剂XFT-1对钻井液性能无不良影响。     

KCl/聚合醇协同防塌作用机理研究

借助Zeta／sizer3000胶体电位粒度仪、Novasina水活度仪以及Texas-500界面张力仪，研究了氯化钾与强抑制性聚合醇CXGl协同作用对钻井液ζ电位、水活度以及油／水界面张力的影响规律，并结合传统的吸附、分散等防塌实验方法，探讨了氯化钾与CXC-1的协同防塌作用机理。研究表明，CXC-1具有降低页岩负电性、降低钻井液水活度和油／水界面张力的特性；与KCl复配时，CXC-1浊点降低，在粘土颗粒上的吸附量增加，页岩负电性和钻井液水活度进一步降低，同时仍然保持较低的油／水界面张力，协同防塌效果显著。     

泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置与压力传递实验新技术

建立了压力传递实验技术以及泥页岩极低渗透率、半透膜效率计算模型,得到了压力传递技术测定泥页岩渗透率和半透膜效率的计算公式,研制了泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)。定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩-水基钻井液体系半透膜效率,证明了极低渗透率泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应,且半透膜效率与无机盐种类有关,泥页岩渗透率和半透膜效率可以通过物理-化学的方法得以改善。压力传递实验技术的建立为深入开展泥页岩井壁化学-力学耦合作用机理研究以及高效防塌水基钻井液体系的研制,提供了一种先进的实验研究手段。     

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...     

新型聚胺水基钻井液研究及应用

研制出一种聚胺抑制剂XJA-1,以XJA-1、优选出的包被抑制剂SDE(相对低分子量阳离子聚丙烯酰胺)和封堵防塌剂(铝基聚合物HA-1)为主剂构建了聚胺水基钻井液.室内实验对3种主剂和钻井液的性能进行了评价,结果表明,XJA-1抑制泥页岩水化膨胀和分散的能力与国外同类产品Ultrahib接近,且在高温下的作用效果良好;SDE和HA-1能从不同方面抑制泥页岩的水化分散,综合增强钻井液的井壁稳定效果;该钻井液的抑制性和润滑性与油基钻井液接近,并具有较好的流变和滤失性能 该钻井液在TH10410CH2井成功进行了应用,有效解决了泥页岩水化导致的井壁失稳问题,提高了钻井效率,为复杂泥页岩钻井提供了新的技术对策.     

强力抑制防塌剂QYJ的研究与应用

泥岩水化膨胀、分散造浆是造成井壁失稳、钻井液性能难以维护的主要原因,利用聚合物稳定泥岩的机理,研究出了天然高分子与烯烃类单体合成的高度支链化结构钻井液助剂强力抑制防塌剂QYJ,对强力抑制防塌剂QYJ的室内性能进行了评价。试验表明:1%QYJ膨润土表观黏度上升率仅为25%,优于聚丙烯酸钾、两性离子强力包被剂FA367和10%KC l;页岩回收率明显高于MMH、SJ-1、CAL和KPAM,尤其二次回收率更高;QYJ对淡水浆和4%NaCl盐水浆略有增黏作用,由于其分子量为35万,所以其增黏幅度很小;QYJ在4%NaCl盐水浆中降滤失作用明显,3%QYJ可使4%NaCl基浆API滤失量由98 mL降至17.5 mL;QYJ可抗150℃高温。现场应用表明,该防塌剂具有较好的抑制防塌、润滑防卡及油层保护能力,可满足井下需要。     

“多元协同”稳定井壁新理论

全面总结了井壁稳定技术研究发展历程,深入分析了井壁失稳机理及防塌技术措施。在此基础上,提出了“物化封固井壁阻缓压力传递—加强抑制水化—化学位活度平衡—合理密度有效应力支撑”的“多元协同”钻井液稳定井壁新理论。通过对胜利、塔河、吐哈等油田复杂泥页岩地层井壁失稳机理的系统研究,依据“多元协同”井壁稳定新理论,研制出了相应的防塌钻井液配方。现场验证结果表明,该理论方法大大减少了井下复杂事故,缩短了钻井周期,节约了钻井成本。     

南海西江油田古近系泥页岩地层防塌钻井液技术

为了解决南海西江油田古近系泥页岩地层钻井过程中出现的井下掉块和阻卡等问题,进行了防塌钻井液技术研究。通过地层矿物组分、理化特性和力学参数分析,明确了古近系泥页岩地层井眼失稳机理;建立了维持井壁稳定的钻井液密度与岩石黏聚力关系图版,确定了保持井壁稳定的最低岩石黏聚力;为提高泥页岩经钻井液浸泡后的强度,优选了抑制剂和封堵剂并确定了其加量,得到了新防塌钻井液配方。研究发现,钻井液滤液进入地层引起泥页岩强度降低,是该油田古近系泥页岩地层井眼失稳的主要原因;在KCl–聚合物钻井液中加入2.0%聚铵盐、0.5%纳米二氧化硅和3.0%碳酸钙配成的新防塌钻井液,泥页岩岩样在其中浸泡10 d后黏聚力可达8.8 MPa,满足预计工期内岩石内聚力大于8.7 MPa的要求。研究认为,新防塌钻井液具有较好的抑制性、封堵性和良好的防塌效果,能有效减小井径扩大率,从而解决南海西江油田古近系泥页岩地层钻井中出现的井眼失稳问题。      

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。     

多羟基聚合物钻井液研制及应用

多羟基聚合物具有较高的羟基密度而且羟基是三维的和多方向的,这些特点加强了多羟基聚合物对页岩抑制作用。以多羟基聚合物为主刘,在对聚合物包被剂、防塌剂和降滤失剂进行优选实验的基础上,研制了多羟基聚合物钻井液。对该钻井液的抑制性、流变性、滤失造壁性、润滑性以及对油气层的保护性能进行了评价实验,分析了该钻井液的作用机理,并进行了现场试验。室内实验和现场应用表明,多羟基聚合物钻井液具有优良的防塌性、润滑性和滤失造壁性,能有效抑制粘土水化膨胀与分散,起到稳定井壁及保护油气层的作用,能满足复杂地质条件下钻井的需要。     

聚胺与甲酸盐抑制性对比实验研究

为了满足"优质、环保、安全、快速"的现代钻井工程需要,近年来开发了聚胺高性能水基钻井液,其性能被认为最接近油基钻井液。聚胺页岩水化抑制剂作为该体系的关键处理剂,以其独特的分子结构和优异的抑制性能,逐步引起人们的重视。文中通过抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验和粒度分布测试,对比评价了聚胺和甲酸盐的抑制性;通过X射线衍射分析层间距、Zeta电位测试、表面张力测试、改性膨润土吸水实验及活度测试等,分析研究了聚胺和甲酸盐的作用机理。结果表明,与甲酸盐相比,聚胺在低浓度时即能最大限度降低黏土水化层间距,使黏土去水化;同时聚胺吸附在黏土表面后,能增强黏土的疏水性;甲酸盐主要通过降低溶液活度实现抑制作用。