杂多糖钻井液抗温抑制性能评价

为改善杂多糖钻井液抑制剂--SJ钻井液的抗温性能,通过岩屑滚动回收率实验、泥页岩线性膨胀率实验、泥球浸泡实验以及流变性能参数和滤失量随SJ钻井液添加量变化关系曲线,评价了SJ钻井液的抗温抑制性能。结果表明：水基钻井液中SJ添加量为1%～6%时,SJ钻井液具有合理的泥页岩抑制性、流变性和滤失性,抗温极限为140 ℃;SJ钻井液的抑制作用机理包括“连续半透膜”和“胶体软粒子填充降滤失”以及“硅锁封固壳去水化”等方面。该成果为开发保护油气层的水基钻井液又找到一类新型的抑制剂。     

强封堵高密度油基钻井液在新疆油田高探1井的应用

高探1井是2018年新疆油田的一口风险探井,位于准噶尔盆地南缘冲断带四棵树凹陷高泉东背斜构造,该井塔西河组地层存在断层、破碎带,安集海河组地层具有极强水敏性,吐谷鲁群组地层存在高压水层。钻井过程中,易出现井壁失稳、阻卡、井下复杂情况高发等难题。针对该构造的地质特点,分析采用油基钻井液钻井过程中的技术难点,提出相应的技术对策。通过实验优选出强封堵高密度油基钻井液的配方,对其性能进行实验分析评价。实验结果表明,强封堵高密度油基钻井液30 min高温高压滤失量2.8 mL,60 min高温高压滤失量2.9 mL,30 min后滤失量趋于0;对安集海河组泥岩的膨胀率为0.7%,岩屑滚动回收率为97.6%;抗10%岩屑、15%水、4%水泥、15%NaCl、3%石膏污染;在?30 ℃下,钻井液的漏斗黏度126 s、初切8 Pa、终切16 Pa。现场应用表明,强封堵高密度油基钻井液能够解决新疆准噶尔盆地南缘冲断带四棵树凹陷高泉东背斜构造地层钻井的难题,复杂事故率降至1%,钻井周期缩短50%、钻井综合成本降低50%,提质提效效果显著。建议在新疆准噶尔盆地南缘地区强水敏性地层、高地应力地层等复杂地层超深井中进一步推广应用。     

深水钻井抗高温水基钻井液体系研究及应用

深水钻井时存在易形成气体水合物、高温和低温并存对钻井液性能产生严重影响等问题。因此,为满足深水钻井作业的需要,通过对水合物抑制剂、抗高温增黏剂以及抗高温降滤失剂的优选与评价,研制了一套适合深水钻井施工的抗高温水基钻井液体系,并对钻井液体系的综合性能进行了评价。结果表明,该钻井液体系在低温到高温变化过程中黏度和切力变化幅度不大,仍能保持良好的流变性能;当钙膨润土的加量为15%时,钻井液体系仍能保持较好的流变性和较低的滤失量,具有良好的抗污染性能;钻井液体系的沉降因子在0. 5左右,具有良好的沉降稳定性;钻井液体系对储层钻屑的滚动回收率可以达到94. 5%,具有良好的抑制性。现场应用结果表明,S-1井钻井施工过程顺利,无井下复杂情况出现,说明该钻井液体系能够满足深水高温高压井的钻井施工需求。     

东海抗高温低自由水钻井液体系构建与应用

东海天然气藏埋藏深、压力高,井底最高温度达180℃以上,易使钻井液重晶石和岩屑沉降造成起下钻遇阻、卡钻事故,严重影响钻井作业效率。由长链磺酸、疏水单体和交联剂等共聚反应,通过室内实验研发了一种抗高温流型调节剂HTV-8,并以该调节剂构建了东海抗高温低自由水钻井液体系。实验结果表明:HTV-8在无黏土或低固相钻井液中的提切能力强,抗温能力达200℃,可使钻井液具有优良的高温流变性;所构建的抗高温低自由水钻井液体系具有较好的抗岩屑污染能力、抗盐污染能力、抑制性和储层保护等性能。目前该抗高温低自由水钻井液体系已在东海气田取得成功应用,钻井液携砂性能好、钻进过程中返砂顺利,长时间避台后重晶石无沉降,为东海深层天然气藏安全高效开发奠定了良好基础。     

一种无氯盐环保型强抑制水基钻井液体系

为减少油气资源勘探与开发过程中钻井液对周围环境的污染与生态系统的破坏,实现"绿色"钻井,并尽可能提高钻井液性能,笔者采用研制的包被剂、仿生固壁剂等与优选的处理剂进行复合,研发出了一套无氯盐环保型强抑制水基钻井液体系。室内研究结果表明,该体系在热稳定性、抗污染能力、抑制性能等方面表现优异,在120℃下连续热滚72h后钻井液性能稳定,可抗土粉污染达10%,抗钙侵0.8%,抗盐侵30%,页岩岩屑滚动回收率高达98.5%,抑制性评价结果优于PHPA/KCl体系。该体系能够满足常规环保评价指标,同时避免了使用氯盐,减轻对土壤结构、植物生长和地下水产生的负面影响。半数有效浓度EC₅₀小于106 mg/L,易生物降解比值BOD₅/COD_Cr为0.633,重金属含量远低于标准值,因此,无生物毒性,可降解,可排放。实验数据和评价结果均表明,该体系是一种既能满足钻井工程需求又能保护生态环境的新型水基钻井液体系,有较好的应用前景。      

可循环强抑制性稳定泡沫钻井液研究

针对泡沫钻井过程中一次性泡沫使用量大、耗材多以及井壁易失稳的问题,从泡沫循环以及泥页岩抑制机理出发,通过评价不同处理剂的性能,研制了可循环强抑制性稳定泡沫钻井液。采用常规泡沫性能评价方法、泡沫循环性能测试以及泥页岩抑制性能测试对其综合性能进行了评价。结果表明:NaCl质量分数、岩屑含量以及煤油加量分别达15%时,该泡沫钻井液在130 ℃下滚动16 h后,发泡体积维持在400 mL以上,说明其具有较好的抗温、抗污染能力;调节pH值进行8次循环以后其发泡体积仍维持在500 mL以上;泥页岩在该泡沫钻井液中的一次、二次滚动回收率达96%以上,泥页岩经其处理后的硬度与经白油处理后的硬度相近。研究结果表明,应用可循环强抑制性稳定泡沫钻井液进行钻井,可以避免地面泡沫大量堆积,降低钻井成本,同时能有效抑制黏土水化膨胀,且抑制性能持久,有利于维持泥页岩地层的稳定。      

大港油田埕海二区钻井液技术研究

针对大港油田埕海二区沙一段大位移钻进过程中常出现的倒划眼、卡钻和井塌等复杂钻井问题,对该地层进行了黏土矿物分析和泥页岩理化性能实验,得出该井段中硬泥页岩地层微裂缝发育和易发生水化膨胀是导致井壁失稳问题的主要原因。根据井壁失稳机理,研制出一套高性能水基钻井液。评价实验结果表明,该体系抑制性强,能抑制岩屑分散及中硬泥页岩的水化膨胀,并能显著降低由钻井液侵入导致的对泥页岩强度的影响;具有较强的抗温(120℃)和抗污染能力。该体系总体性能与目前现场使用的国外一种高性能钻井液体系性能相当,能满足大位移钻井的需要。     

BZ29-4S油田软泥页岩钻井液技术研究

针对BZ29-4S油田预探井和评价井软泥页岩地层钻井过程中起下钻不畅、起泥球现象严重、机械钻速低、钻井液流变性难以调控以及维护困难的问题,通过抑制作用机理分析,优选了NaCl作为该油田软泥页岩钻井液的抑制剂;根据泥球形成条件和形成机理,研制了一种不影响钻井液性能的防泥球剂。通过抑制剂和防泥球剂加量优选,构建了适用于BZ29-4S油田软泥页岩地层的钻井液体系。现场应用表明,该钻井液体系能够有效防止钻屑形成泥球,缩短了起下钻时间,降低了倒划眼难度,提高了机械钻速。     

全油基钻井液在委内瑞拉BARINAS区块的应用

委内瑞拉BARINAS地区中下部地层泥页岩发育,并夹有褐煤层,钻井过程中极易出现井壁失稳,常规水基钻井液难以满足该地层安全钻井的需要.针对该地层特点进行了全油基钻井液现场试验研究,研制了以SINOLAE为主乳化剂的全油基钻井液体系.评价实验结果表明,该体系抑制性强,岩屑回收率达96％,性能稳定,能抗10％岩屑及20％水的污染.该体系在BE J-13井得到了成功的应用,井壁稳定,井眼规则,润滑性能好,较好地满足了该区块钻井工程的施工要求.     

抗高温强封堵油基钻井液在足201-H1井的应用

足201-H1井龙马溪组页岩为弱膨胀性页岩,页岩的微裂缝和微孔洞发育,脆性指数高,钻进过程中易发生偶然掉块,井壁易失稳。针对足201-H1井龙马溪组页岩的地质特点,分析该井采用油基钻井液钻井过程中的技术难点,提出相应的技术对策。通过实验优选出抗高温强封堵油基钻井液配方,对其性能进行实验分析评价。实验结果表明,抗高温强封堵油基钻井液在150℃下静恒72 h后,罐底无况淀,罐内钻井液上下密度差0.03 g/cm~3; 150℃高温高压滤失量小于1.2 mL;对足201井的页岩岩屑的膨胀率为0.3%,回收率为98%;抗9%岩屑污染。现场应用表明,抗高温强封堵油基钻井液能满足足201-H1井钻井技术需要,能抗井底150℃高温,钻进过程中,井壁稳定,钻井液性能稳定,井眼净化良好,井下安全,完钻井深6 038 m,刷新国内最深页岩气水平井记录。建议抗高温强封堵油基钻井液可在其他埋深较深的页岩气区块推广应用。     

无黏土相海水基钻井液低温流变特性

针对海洋深水钻井作业所遇到的水基钻井液低温增稠问题,在全面分析低温增稠机理基础上,利用实验室自制的深水钻井液模拟装置,通过优选处理剂,构建了一套具有好的低温流变性的无黏土相海水基钻井液体系。实验结果表明,该钻井液体系经130℃老化后,低温流变性好,老化前后4℃和25℃时的表观黏度之比分别为1.179、1.250,塑性黏度之比分别为1.167、1.240,动切力之比为1.200、1.265,静切力稳定,动塑比变化范围在0.625~0.694 Pa/(mPa·s)之间,API中压滤失量在9.0 mL左右;润滑系数为0.181,页岩水化膨胀率为10.0%,页岩热滚回收率为87.0%,同时具有较强的储层保护能力和较好的抑制天然气水合物生成能力。      

国内外深水钻井液技术进展

深水井钻井作业过程中钻井液面临低温糊筛跑浆、大尺寸井眼携岩、天然气水合物、泥页岩地层的水化分散、窄密度窗口的防漏堵漏等难题,因此提出了相应的解决措施和技术手段。同时,归纳了国内外近年来深水水基钻井液技术和合成基钻井液新技术的发展及体系在现场的应用情况。介绍了国外深水恒流变体系的新进展,该体系主要由乳化润湿剂,少量有机土配合聚合物增黏剂,以及流型调节剂组成。英国BP公司对恒流变合成基钻井液体系从4个性能参数上给予了界定,包括4.4℃,49℃下塑性黏度和动切力的比值,初切(10 s)和终切(10 min)以及10 min和30 min切力的比值,为恒流变体系的设计提供一定的指导。     

油基钻井液随钻防漏技术实验研究

与水基钻井液相比,油基钻井液更容易发生井眼漏失,且井漏现场处理困难,一旦发生井漏,往往会造成重大经济损失。针对油基钻井液漏失问题,从油基钻井液井漏预防措施入手,通过优选不同类型的钻井液防漏堵漏剂,研制了新型油基钻井液随钻防漏堵漏材料,并探讨了其协同作用机理。渗透性封堵实验以及作用机理分析表明,刚性架桥颗粒、弹性填充颗粒、微细纤维材料等不同类型钻井液防漏堵漏剂具有协同作用效果,能够迅速形成具有"强力链网络"的致密封堵层,显著提高了油基钻井液的随钻防漏堵漏性能。进一步优化了强封堵性油基钻井液体系,该体系在120℃、16 h热滚前后的流变性、滤失性能良好,PPA砂盘滤失量仅为11.4 m L,具有良好的随钻防漏堵漏性能,能够起到强化封堵井壁作用,有助于提高地层承压能力。     

国内外深水钻井液技术进展

深水井钻井作业过程中钻井液面临低温糊筛跑浆、大尺寸井眼携岩、天然气水合物、泥页岩地层的水化分散、窄密度窗口的防漏堵漏等难题,因此提出了相应的解决措施和技术手段。同时,归纳了国内外近年来深水水基钻井液技术和合成基钻井液新技术的发展及体系在现场的应用情况。介绍了国外深水恒流变体系的新进展,该体系主要由乳化润湿剂,少量有机土配合聚合物增黏剂,以及流型调节剂组成。英国BP公司对恒流变合成基钻井液体系从4个性能参数上给予了界定,包括4.4℃,49℃下塑性黏度和动切力的比值,初切(10 s)和终切(10 min)以及10 min和30 min切力的比值,为恒流变体系的设计提供一定的指导。     

油砂SAGD水平井钻井液体系

针对SAGD水平井在油砂开发过程中井壁失稳、托压易黏附卡钻及沥青沾染钻具和固控设备等难题,室内通过核心处理剂的优选,研发了一套强抑制高润滑水基钻井液体系。室内性能评价表明,该钻井液抗温180℃,抗沥青20%,抗钻屑25%,岩屑滚动回收率为91.7%,润滑性能与油基钻井液基本相当。强抑制高润滑水基钻井液在麦凯河区块5对（10口） SAGD水平井施工过程中性能稳定易调整,润滑效果突出,机械钻速高,无任何复杂事故。结果表明,强抑制高润滑水基钻井液完全满足浅层油砂SAGD水平井施工工艺的技术需求,具有推广应用价值。      

XAN-YZ页岩稳定剂实验研究

为提高页岩气钻井的井壁稳定性和承压强度,开发了页岩气水基钻井液体系,研究了XAN-YZ页岩稳定剂对不同钻井液体系流变性能、抑制性能和封堵性能的影响规律,同时开展了XAN-YZ页岩稳定剂对页岩微裂缝/层理愈合修复性能和作用机理的探索实验。实验结果表明,XAN-YZ页岩稳定剂加入聚磺钻井液体系后,能够改善钻井液的剪切稀释性能,对钻井液的滤失性能影响不大;在聚磺钻井液体系中加入2%XAN-YZ页岩稳定剂后,页岩膨胀率下降40%,滚动回收率提高16%,封堵承压强度由2 MPa提高到5 MPa以上。XAN-YZ页岩稳定剂通过化学反应在页岩微裂缝和层理中生成水化产物,形成致密的防水屏蔽层,迅速愈合修复页岩的微裂缝和孔隙,使滤液在页岩中的穿透压力由2 MPa提高到15 MPa以上。XAN-YZ页岩稳定剂在聚磺钻井液体系中的最佳加量是2%。XAN-YZ页岩稳定剂及其作用机理的研究为页岩气水基钻井液体系的研究提供了一个新的技术思路和手段。     

川滇页岩气水平井水基钻井液技术

为解决水基钻井液钻页岩气水平井过程中出现坍塌等井壁失稳问题,以多碳醇、磺化沥青钾盐为核心处理剂,研究了一套针对川滇页岩气地层的新型水基钻井液。通过膨胀率、回收率、力学特性分析、封堵、抗污染等实验,研究了新型水基钻井液基本性能。结果表明,新型水基钻井液显著抑制云南龙马溪组、四川龙马溪组及五峰组页岩水化膨胀与分散,页岩膨胀率分别为1.23%、0.95%和0.98%,回收率分别为98.94%、99.13%和99.05%,其抑制页岩水化膨胀分散性能与油基钻井液相近;与常规水基钻井液相比,页岩抗压强度降低程度大幅减小,能有效减缓页岩抗压强度降低,对页岩裂缝具有较强的封堵性;抗盐（5% NaCl）、膨润土（5%）、岩屑（20%钻屑）污染能力强,具有良好的稳定井壁效果。      

钻井液用高效桥联型防塌剂的研发及现场应用

井壁失稳一直是钻井过程中未能彻底解决的问题。根据防塌剂与钻井液中的黏土及地层矿物吸附联结的作用机理,采用AM、AMPS和一种强吸附单体M,通过以过硫酸钾作引发剂,在60℃反应4 h,合成了一种抗温达150℃的高温桥联型防塌剂QFT,产物为白色黏稠状,QFT分子量约为（8~60）×104 g/mol,有效含量为10%。该防塌剂具有强抑制、降滤失及对基浆黏度影响小的特点,对其进行了性能评价和机理分析,并介绍了其现场应用情况。与清水相比,3% QFT水溶液使泥页岩岩心线性膨胀量降低44.56%,泥页岩岩屑150℃滚动回收率提高34.1%,回收率大于KCl及KPAM和FA-367;在清水中浸泡10 min后完全分散开的岩心,在QFT溶液中浸泡24 h仍保存完整。X-射线衍射分析结果说明,QFT由于分子量较小,可以进入黏土层间,阻止水分子进入黏土层。含有QFT的基浆老化后黏土颗粒粒径较小,比表面积较大,说明该防塌剂可以通过与黏土的桥联吸附,阻止基浆中固相颗粒高温聚集,保证基浆中具有一定量的细颗粒,有利于形成薄而致密的滤饼,老化后3% QFT可以使4%基浆的API滤失量降低48.33%。钾钙基钻井液体系中引入QFT后,有效地降低了滤失量,现场的泥岩岩屑滚动回收率在95%以上,且120℃下浸泡后的人造岩心强度比原体系提高14%以上。通过在红山嘴H160井的应用,表明该防塌钻井液体系能够防止井塌等复杂事故。此外,由于该体系有良好的降滤失及抑制性,试验井钻井周期比邻井H170-X井缩短43%,钻机月速提高了70%,显著提高了钻井时效,降低钻井成本。      

高性能CaCl_2/聚合物水基钻井液的室内研究

在自制新型烯类聚合单体的基础上,合成出一种新型配套的、抗Ca Cl2至饱和的强抗钙聚合物,初步形成了2种Ca Cl2/聚合物水基钻井液的基本配方:水+1.5%(3.0%)凹凸棒石+0.3%(0.2%)XC+5%KCl+40%(60%)无水Ca Cl2+2%强抗钙聚合物,强抗钙聚合物与Ca Cl2能形成良好的协同效应,是体系的核心。综合性能评价结果表明,Ca Cl2/聚合物钻井液的抑制性能和润滑性能尤为突出,在120℃滚动老化16 h后,一次、二次回收率均为100%,抑制能力超强;体系的黏附系数为0.001 69,润滑系数最低为0.038,达到油基钻井液水平;强抗钙聚合物对凹凸棒石具有较强的吸附和分散能力,可以形成薄而致密的滤饼,显著提高体系降滤失能力;可以用聚合醇或聚电解质作封堵剂;含60%Ca Cl2的配方抗温达120℃。可以得出,该体系具有满足复杂地层钻井要求的潜力,与油基钻井液性能相仿,并且成本低,无污染,满足排放标准,维护简单,具有良好的应用前景。     

耐240℃高温水基成膜钻井液的室内研究

为解决深井井壁失稳及钻井液流变性不稳定、滤失量大的问题,通过引入无机成膜剂和有机成膜助剂稳定井壁,研发出一套耐240℃高温水基成膜钻井液体系。通过正交实验优选体系配方,利用光学显微镜观察页岩表面成膜,通过页岩热滚回收实验、泥球浸泡测试实验、高温高压滤失测试、粒度分析、扫描电镜等测试对钻井液的页岩表面成膜特性、抑制性、流变性能和滤失量进行了室内研究。结合泥饼微观形貌特征进行理论分析,完成了钻井液性能评价,获得了性能稳定的耐高温成膜钻井液配方。结果表明,在240℃下体系流变性能稳定、动切力合理,滤失量低（240℃老化后API滤失量为5.6 mL,200℃高温高压滤失量为14 mL）,泥饼薄韧,成膜性能好,且具有良好的抑制性和封堵能力,有望在深井或高温地热钻探施工中应用。