新型水基聚合醇钻井液性能评价

由于原住天然气水合物极度不稳定,在钻探和取心过程中易发生分解,进而导致一系列意想不到的钻井事故.因此,在水合物地层钻井首先要防止水合物大量分解,而要达到此目的,科学合理地选择钻井液则是重要举措之一.针对海底天然气水合物地层及其钻井的特性,给出了钻进海底天然气水合物地层时钻井液体系的设计原则,根据此原则在充分考虑现有常用聚合醇钻井液体系特点的基础上,设计了一种适合海底天然气水合物地层钻井的新型聚合醇钻井液,并对其页岩水化抑制性、低温流变性和水合物生成抑制性(动态和静态)进行了评价.结果表明,该钻井液体系能够有效抑制页岩水化分解和防止水合物在循环管路内重新生成,且在低温条件下具有良好的流变性能,能够有效保持井壁稳定,清洁和冷却孔底,是一种比较适合海底天然气水合物地层钻探的钻井液体系.     

海洋水合物地层钻井用聚合醇钻井液研究

针对海底天然气水合物地层的独特特性,在充分考虑现有的常用聚合醇钻井液体系的基础上,论述了适合海底天然气水合物地层钻井用含动力学抑制剂的聚合醇钻井液的室内研究情况。结果表明,该体系具有优良的页岩抑制性和水合物抑制性、良好的低温流变性、稳定性和润滑性等特点,能够有效保持井壁稳定,是一种非常适合海底天然气水合物地层钻探的钻井液体系。     

中国天然气水合物钻井液研究进展

天然气水合物是未来的清洁能源,主要赋存于大陆架海洋底部和永久冻土中,目前世界范围内还没有大规模的商业化开发。现阶段共提出热激发法、降压释放法、注抑制剂法、CO2置换法、固体开采法5类开采方式。天然气水合物仅保存于低温高压环境,钻井时易引起水合物分解导致事故,关键在于钻井液,重点保持力学、化学井壁稳定及低温条件下的流变性。我国天然气水合物钻井液的研究成果集中在水基钻井液体系,主要研发的钻井液包括卤盐体系、聚合物体系、甲酸盐体系、聚合醇体系及稀硅酸盐体系。都具有相对较好的天然气水合物抑制性与低温流变性,但仍有待矿场实践检验。未来应加强钻井液冷却装备研制、高效水合物抑制剂的开发及开展矿场实验。     

海洋天然气水合物地层钻井液优化实验研究

海洋天然气水合物（以下简称水合物）地层钻井过程中，钻井液侵入地层有可能造成水合物分解，进而引发井壁失稳等问题。为了破解上述难题，实验研究了甲烷水合物在不同分解方式下的分解规律，引入Peng-Robinson方程计算实验过程中甲烷气体摩尔数的变化，优化了钻井液抑制水合物分解评价实验方法，并利用该方法实验分析了动力学抑制剂DY-1和改性卵磷脂对水合物分解特性的影响规律，进一步优化出适用于水合物地层使用的水基钻井液。研究结果表明：①注冷溶液不卸压的方式是钻井液抑制水合物分解最佳的评价实验方法；②水合物动力学抑制剂DY-1和改性卵磷脂均可通过吸附在水合物表面阻缓传热传质来延缓水合物分解，可作为钻井液水合物分解抑制剂；③优化出的钻井液体系具有良好的低温流变性和抑制水合物生成及分解性能，同时具有良好的页岩抑制性和润滑性等，可以满足海洋水合物地层钻井液技术的基本要求。结论认为，该研究成果可以为我国水合物开发提供钻井液技术支撑。     

中国第一口超千米深水钻井液技术

LW3-1-1探井位于中国南海珠江口盆地，作业水深1480m，完钻井深为3843m，地层以大套灰色泥岩和页岩为主，具有强水敏性．要求钻井液具有良好的流变性、润滑性、抑制性，良好的抗盐、抗钙、抗高温和抗低温能力，以及强的天然气水合物抑制能力。该井采用了PFMX钻井液体系，钻井周期为49d，介绍了钻井液工艺及现场应用情况。PFMX体系表现出很多油基钻井液的优点，如好的润滑性、高的钻进速率、膜效应、强的井眼稳定及页岩抑制性，解决了强水敏性地层的井壁稳定等问题，还解决了深水钻井中遇到的挑战，如低的破裂压力梯度、天然气永合物、浅层水流、深水低温等问题，满足了该区块作业需要。     

海域含天然气水合物地层钻完井面临的挑战及展望

全球天然气水合物资源丰富,被世界各国视为未来石油和天然气的战略性接替能源。天然气水合物主要分布于深水海底浅层和陆地冻土区中,其中海域天然气水合物资源较为丰富,然而,目前海域天然气水合物储层钻完井工程实践较少,存在着许多技术难题和挑战。为了研究和应用海域天然气水合物地层钻完井技术,介绍了美国、日本、印度、中国等国家海域天然气水合物地层的钻探与试采活动,分析了海域天然气水合物地层钻完井技术发展现状,指出在天然气水合物地层钻完井工程中存在的基础性技术难题主要包括钻井液密度窗口窄、天然气水合物相变、井壁失稳、井口不稳定性、出砂防砂等。此外,针对钻完井工程存在的技术难题,对海域天然气水合物地层控压钻井、套管钻井、水平井钻井、防砂和钻井液等关键技术的未来发展进行了展望分析,以期为我国海域天然气水合物地层安全高效钻完井设计提供参考。     

元坝区块超高温高密度饱和盐水钻井液体系优化与现场试验

元坝地区下部海相地层具有层系多、地层温度高、压力梯度大、地层压力体系复杂、存在大段盐膏层和高压盐水层交错等特点，给钻井液的高温稳定性、流变性、造壁性都提出了较大的挑战。针对该地区钻井液存在的高温稳定性差、流变性及失水性调控困难等问题，通过抗高温处理剂的优选，钻井液体系性能优化及评价，最终形成了一套适合于元坝区块超深探井的抗超高温高密度饱和盐水钻井液体系。该体系抗温达220℃,密度2.00～2.50 g/cm³,220℃沉降系数SF小于0.52,并具备一定抗污染能力，能够满足深井钻井液在高温长时间作用下的钻探需求。该套钻井液技术在YS1井四开井段进行试验，表现出了良好的流变性能、高温高压滤失性能和抗污染能力。施工钻井液密度为1.95～2.25 g/cm³,高温高压滤失量小于10 mL。该钻井液技术试验成功，解决了元坝区块深井钻井液体系热稳定性差、流变性及失水性调控困难等技术难题，实现了川北地区海相下组合勘探超高温超高密度饱和盐水钻井液技术的重大突破，为四川盆地超深层油气勘探开发提供了宝贵的经验。     

天然气水合物的钻探无固相低温钻井液的研制——用于青藏高原永冻层天然气水合物的钻探

在即将实施的青藏高原永久冻土层天然气水合物的钻探中,钻井液体系的研制起着举足轻重的作用。通过对高原冻土天然气水合物的赋存环境特〖JP2〗性和钻井取心工艺技术特点的分析研究,以流体低温特性理论为指导,同时借鉴国外的先进经验,提出了以分解抑制法为基础进行低温钻井液体系设计的技术方案。在低温钻井液基础液研究的基础上,以15%NaCl溶液作为基础液研制出了满足高原冻土天然气水合物钻探要求的无固相低温钻井液体系,弥补了国内在这方面研究的不足,为实施高原冻土天然气水合物钻探做好了钻井液方面的技术准备工作。     

温度影响天然气水合物地层井壁稳定的有限元模拟

由于天然气水合物特殊的理化性质,水合物地层要比常规地层的井壁稳定问题更加复杂,钻井液温度对天然气水合物地层的稳定性影响将是一个不容忽视的因素。为此,考虑热传导、对流、水合物分解、地层力学性质变化等诸多因素及其相互耦合作用,建立了温度影响天然气水合物地层井壁稳定的数学模型,并进行有限元求解。最后以国外某深水天然气水合物地层实际取得的地质资料为例,计算分析了钻井液温度对地层水合物分解、地层力学性质变化及井壁稳定的影响规律。结果表明：地层水合物因受热分解会导致地层力学性质急剧变差,进而极易导致地层屈服失稳,选择低温体系钻井液并控制其温度低于水合物相平衡温度,有助于维持井壁稳定,实现安全钻进。     

深水钻井液技术现状与发展趋势

深水钻井液技术是深水油气钻探的关键技术之一。在系统调研国内外相关文献的基础上,分析了深水钻井液面临的复杂地层井壁失稳、低温流变性调控、天然气水合物的生成、井眼清洗问题与环保问题,并提出了相应的技术对策。总结了深水钻井液体系研究现状及最新进展。其中,聚胺高性能水基钻井液体系和“恒流变”油基／合成基钻井液体系应用效果最好,详细介绍了其体系配方、关键处理剂的作用机理、典型应用实例及相关性能指标。介绍了国内深水钻井液技术研究进展。最后,展望了深水钻井液技术的发展趋势。     

用于深水钻井的水合物抑制剂HBH的研制及评价

在深水钻井过程中如钻遇含气地层,地层气窜入井眼或在环空的钻井液中,形成水合物,堵塞井眼、环空或防喷器,严重影响钻井工作的正常进行.介绍了水合物抑制剂HBH的合成工艺,对其水合物抑制性及与其它处理剂的配伍性进行了室内评价.结果表明,加入少量水合物抑制剂HBH于钻井液(约为0.5%)中即能有效地抑制水合物的生成;低分子量的聚乙二醇具有一定的润滑性和防塌性,同时对天然气水合物有较好的抑制性;HBH与低分子量的聚乙二醇PEG600按一定比例(1∶3)复配使用,抑制性能更佳,复配使用时的BST值比二者单独加入时的BST值要大几倍.     

Deformation Mechanisms and Safe Drilling Fluids Density in Extremely Thick Salt Formations

Hydrocarbons are very often associated with salt structures. The oil and gas industry is often required to drill along and through long salt sections to reach and recover hydrocarbons. The unique physical properties of salt require special techniques to ensure borehole stability and adequate casing design. This paper assumed that the mechanical behavior of salt is regulated by the magnitude of mean stress and octahedral shear stress and under the influence of different stress conditions, the deformation of rock salt can be represented by three domains, i.e. compression domain, volume unchanged domain, and dilatancy domain, which are separated by a stress dependent boundary. In the compression domain, the volume of salt decreases until all microcracks are closed, with only elastic deformation and pure creep; in the volume unchanged domain the deformation is considered steady incompressible flow controlled by pure creep; and in the dilatancy domain the volume of salt increases during deformation due to micro-cracking, causing damage and accelerating “creep” until failure. This paper presents a hypothesis that the borehole is stable only when the magnitude of octahedral shear stress is below the dilatancy boundary. It gives the design method for determining drilling fluids density, and calculates the closure rate of borehole with the recommended drilling fluids density. If the closure rate of the borehole is less than 0.1%, the drilling fluids density window can be used during drilling through extremely thick salt formations.     

深水钻井液关键外加剂优选评价方法

常规深水钻井作业由于其特殊的深水低温高压环境,对钻井液的性能提出了更高的要求,在深水环境下,钻井液对气体水合物的抑制性能和低温下良好的流变性能是深水钻井液的关键性能,而赋予这些性能的外加剂——气体水合物抑制剂和流型调节剂则为深水钻井液的关键外加剂。目前水合物抑制剂的评价方法一般采用温度/压力法,即通过实验过程中温度和压力的变化来判断气体水合物的生成与分解,从而判别抑制剂性能的好坏。对流型调节剂的优选评价,一般是通过测定钻井液在作业范围的全温度段的流变性能来体现的,要求钻井液具有恒流变的特性,即钻井液的塑性黏度、动切力、六速旋转黏度计低转速下的读数(φ6,φ3)在作业范围的全温度段的变化较小。     

深水油基钻井液中抑制水合物形成的实验研究

在温度为4℃、压力为20MPa条件下,利用水合物综合模拟实验系统,对用于南海深水钻井的油基钻井液体系进行了抑制水合物生成的评价实验。结果表明,由于天然气在油相中的溶解度远高于在水中的溶解度,油基钻井液又是分散的乳化液,使得油基钻井液中水合物形成的诱导时间比水基钻井液中少。因此含水的油基钻井液体系在深水环境下(高压和低温)很容易生成天然气水合物,含水量越高,生成的量越大。所以在钻井作业过程中,要适当降低泥浆中水的含量,增加泥浆密度,防止地层水和气大量进入井内随油基钻井液一起循环。高浓度乙二醇能较好地抑制油基钻井液中水合物的形成。为了达到最佳抑制效果,可在钻井液中配合加入适量聚合醇与无机盐。     

无土相高密度饱和盐水钻井液用降滤失剂的研究

针对当前石膏层、盐膏层和高压盐水层所用高密度饱和盐水钻井液土相堵塞、污染油气储层,高温导致黏度失控和大量磺化材料的使用使体系呈强凝胶状态,流变性优控不能解决的问题,通过合成改性淀粉和合成聚合物研制了具有"互穿聚合物网络"的无土相高密度饱和盐水钻井液用降滤失剂BH-HSF。BH-HSF抗温可达150℃,抗Ca、Mg可达4000 mg/L,在高密度无土相饱和盐水钻井液中,API滤失量低于4.0 mL,对加重材料悬浮能力强,静置后无硬沉,并可优化体系流变性,克服现用钻井液流变性优控不能解决的缺点。BH-HSF与同类国际先进产品HT-Starch性能相当,且与其他钻井液处理剂配伍性良好。      

深水钻井气制油合成基钻井液室内研究

深水钻井面临低温、安全密度窗口窄、浅层气易形成气体水合物、井壁易失稳等技术难题,对深水钻井液提出了更高的要求。通过研究乳化剂加量、有机土加量、水相体积分数对深水气制油合成基钻井液低温流变性和电稳定性的影响,配制了一种深水气制油合成基钻井液,其配方为80%气制油+20%CaCl2盐水+3%RHJ+3%有机土+3%HiFLO+2%CaO,并研究了其低温流变性、抑制天然气水合物生成的能力和储层保护能力。研究结果表明:该钻井液具有较好的低温流变性,动切力几乎不受温度影响,在较大的温度变化范围内保持稳定;在20 MPa甲烷气体、0℃温度条件下能有效抑制天然气水合物的生成;能有效保护油气储层,其渗透率恢复率达85%以上,可以满足海洋深水钻井的要求。      

低油水比水包油钻井液体系的研制及应用

磨溪气田嘉二段气藏具有典型的“高压、高渗、高含硫”特点，以往所钻的直井及水平井在Φ152.4 mm小井眼井段使用聚磺钻井液密度一般为2.30～2.50 g/cm³，几乎每口井都出现多次滤饼粘附卡钻；另外该井段富含石膏及夹薄层岩盐对钻井液污染严重，流变性不好控制，钻井中常出现高泵压等问题。针对以上难题，从分析高密度条件下的粘卡原因及出现高泵压的流变性失控原因入手，研制了一种超高密度低油水比水包油钻井液体系，室内进行了产层岩样密封能力、滤饼表面油润湿性、抗膏盐污染等方面的评价，现场应用于磨005-H8井水平段钻井中取得了良好效果。表明该配方体系能较好地满足磨溪气田所钻井的需要，大幅度地降低了钻井扭矩和起下钻摩阻，能有效防止粘附卡钻和高泵压问题，具有高密度条件下流变性易控制、抗膏盐污染能力强、对泵橡胶件损害小、安全经济等优点。     

超高密度复合盐水钻井液流变性调控及应用

Lu206井是四川盆地南部泸县长宁地区油气页岩气勘查区块的一口评价井,目的层为宝塔组。该井直导眼井井深为4082 m,实际钻井过程中钻遇高压裂缝气导致所施工的最高水基钻井液密度为2.42 g/cm3,气层活跃井控风险大,必须维持钻井液具有超高密度,由于密度超高导致固相控制难度大,还因为上部泥岩地层易造浆,所以导致调控钻井液体系的流变性困难。总结区域内钻井经验,通过系统的室内实验研究,将上部聚磺钻井液体系转换成抗污染能力、抑制性强的超高密度复合盐水钻井液。该复合盐水钻井液在实践中也面临着流变性调控的难点,加强现场理论分析和小型试验,优选出了一种褐煤树脂KJ-4,将KJ-4、高密度分散剂、磺化单宁一起复配,在Lu206井直导眼井四开进行了超高密度复合盐水钻井液的试验。结果表明,该复配组合能较好地调控复合盐水流变性,控制超高密度复合盐水钻井液的黏度和切力,为该区块高密度钻井液流变性的调控提供了一种解决思路。     

塔里木油田跃满西区块高温恒流变钻井液研究与现场试验

塔里木油田跃满西区块深部地层钻井液安全密度窗口窄,易出现井漏、井塌、卡钻和盐水侵等井下复杂情况,目前所用钻井液存在高温增稠、抗CO₃2–/HCO₃–和劣质土污染能力差等问题。为解决这些问题,研究了以抗高温聚合物降滤失剂APS220和新型高温稳定剂HTS220为主剂的高温恒流变钻井液,在试验分析主要试剂性能的基础上确定了基本配方。通过室内试验,评价了该钻井液的高温恒流变性、抗CO₃2–/HCO₃–污染性能和抗钠膨润土污染性能,试验发现,其100与180 ℃时的塑性黏度比值为1.3,动切力比值为1.5,初切力比值为1.7,终切力比值为1.2,随温度升高各流变参数的变化幅度明显低于常用钻井液,可抗2.0%的CO₃2–/HCO₃–复合污染、10.0%的钠膨润土污染。高温恒流变钻井液在跃满西区块2口井现场试验中,流变性能稳定,钻后井眼畅通,减少了井下复杂情况,取得了显著效果。