国内钻井液及处理剂发展评述

国内开展钻井液研究与应用经历了起步、发展、完善和提高四个阶段。正是由于处理剂的发展,钻井液技术有了长足进步,钻井液由分散到不分散,到低固相、低或/和无黏土相钻井液发展过程中不断完善配套。不分散低固相聚合物钻井液、"三磺"钻井液、饱和盐水钻井液、聚磺钻井液、聚磺钾盐钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、氯化钙钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液、胺基抑制钻井液、超高温钻井液、超高密度钻井液等一系列钻井液体系,解决了不同时期、不同阶段、不同地区和不同复杂地质条件下的安全快速钻井难题。围绕井壁稳定、防漏堵漏机理和方法的研究成果的应用,有效减少了井下复杂的发生,保证了钻井质量。今后需要针对复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井,以及页岩气水平井钻井的需要,从抗温、井壁稳定、润滑、防卡等方面,研究关键处理剂,实现处理剂系列化;减少关键处理剂在生产、流通及其他环节的浪费,提高产品质量;减少钻井液处理剂品种;在保证钻井液性能满足需要的前提下,尽可能降低钻井液处理剂用量;科学的选择和使用钻井液,重视油基钻井液的应用及技术水平的提高;并围绕绿色环保、抗高温抗盐的目标,开发高性能钻井液处理剂,建立钻井液及其处理剂的毒性检测评价手段,促进钻井液技术进步。     

关于规范钻井液处理剂及钻井液体系的认识

自上世纪70年代以来,我国钻井液技术逐步趋于成熟,与国外的差距日渐缩小。特别是近年来,围绕高温、高压地层以及强水敏地层、页岩气水平井的需要,在超高温钻井液、超高密度钻井液、页岩气水平井钻井液、油基钻井液等方面又有了新进展。但在钻井液处理剂和钻井液体系规范方面还存在问题,如在命名方面,钻井液处理剂任意编代号,随便起名字,钻井液体系缺乏主题和依据,有时仅仅加入了很小量的某种处理剂,就称"某钻井液体系";标准方面,因制定中缺乏实验和应用依据,多数行业标准系由企业标准转化而来,标准中缺少表征产品本质特征的项目及指标,通用性不强;加之高纯度、高质量产品推广受到价格限制,不同程度上制约了钻井液技术的发展。从钻井液处理剂和钻井液两方面提出规范思路。基于实验和分析认为,处理剂规范应从分类、命名、指标设置和实验方法等方面出发,以保证命名的科学性和标准的准确性与适用性。在钻井液体系方面,基于处理剂、标准、质量控制和钻井液性能间的关系,提出钻井液体系的命名原则,明确了钻井液技术规范、钻井液体系或工艺规范应包括的内容。     

国内外钻井液技术进展及对钻井液的有关认识

随着石油勘探开发技术的不断发展,对钻井液提出了更高的要求。国外一些公司相继研制并推广了聚合醇钻井液、正电胶钻井液、甲酸盐钻井液、稀硅酸盐钻井液和微泡钻井液等具有国际先进水平的水基防塌钻井液新体系,以及环保性能优良的第二代合成基钻井液和逆乳化钻井液新体系。国内在生产中结合实际情况,借鉴国外新技术,逐步形成了两性离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液等一系列新技术,并在逐步形成高难度的超高温和超高密度钻井液体系。国内在钻井液整体水平上与国外的差距仍然很明显,特别是国内外在钻井液技术与管理方面存在的认识上的区别,主要表现在目的、设计理念、处理剂、实施过程、对泥浆工程师的要求、创新目标、环境保护等方面,这是制约国内钻井液整体水平和技术进步的主要问题。通过分析得出了一些认识,即:钻井液技术的发展依赖于新型钻井液处理剂的研制;对钻井液的维护不仅要注重过程控制,还要重视早期维护处理;提高钻井液的抑制性,确保钻井液的清洁有利于保护油气层;要通过"预防+巩固"的井壁稳定思路,进一步提高井壁稳定效果;钻井液无害化处理要从钻井液处理剂研制、生产以及钻井液设计、维护处理等全过程考虑。建议今后钻井液技术工作要注重钻井液处理剂的超前研究,深入开展超高温和超高密度钻井液研究,加大油基钻井液的研究力度,通过认识上的提高来缩小国内在钻井液技术上与国外的差距。     

2017～2021年国内钻井液处理剂研究进展

从天然材料改性产物、合成材料和混合或复配物方面,就2017～2021年度国内钻井液处理剂研制及应用情况进行了介绍,分析了各种类型处理剂的研究情况及存在的问题,指出了下步发展方向。从整体情况看,在天然材料改性处理剂方面主要为淀粉改性,纤维素、木质素和腐殖酸等改性产物较少;在合成材料方面则以烯类单体聚合物处理剂研究最多,合成树脂类较少;与以前相比,油基钻井液处理剂方面的研究逐步增加;混合或复配处理剂较多。存在的问题主要体现在研究的创新性、深度和覆盖面还不够,多局限在室内评价,同时相似或重复性工作多,与现场实际结合不密切,真正能够于现场或有发展前景的处理剂相对较少。针对当前实际,今后应从解决现场问题出发,围绕抗高温、抗高价离子和绿色环保的目标,重视天然资源的利用,加大超支化的树枝状或树形结构等新型处理剂合成及处理剂的推广应用;重点围绕钻井液体系完善配套的需要,研制适用于高温情况钻井液性能控制的抗高温处理剂。     

油包水钻井液研究与应用

与水基钻井液相比,由于油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和保护油气层等优点,成为钻遇深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的首选体系。油包水钻井液具有油基钻井液的优点。针对非常规油气藏及强水敏、易坍塌地层钻井的需要,研制了油包水钻井液,优化了钻井液配方:基液(油水体积比为8∶2)+3%主乳化剂+3%辅乳化剂+3%有机土+4%降滤失剂+3%的CaO+重晶石。室内评价结果表明,该油包水钻井液具有良好的流变性、悬浮稳定性、润滑性、乳液稳定性和抗污染能力。同时,完善了现场施工工艺,并在中原、新疆、西南等现场应用了7口井。应用证明,油包水钻井液稳定性好,破乳电压大于600V,抗污染、抗温能力强,遭受20%的水和岩屑污染后,钻井液性能稳定,易于维护处理;且钻井过程中井壁稳定,定向施工顺利,减少井下复杂,平均井径扩大率小于5%。该钻井液配制工艺简单,可以回收利用,满足页岩气水平井、易塌地层钻进的需要。     

2013~2014年国内钻井液处理剂研究进展

从天然材料改性产物、合成材料两方面,就2013~2014年度国内钻井液处理剂研制及应用情况进行了介绍,指出了钻井液处理剂存在的问题及下步发展方向。从近期的研究看,在天然材料改性处理剂方面主要为淀粉、木质素和腐殖酸改性产物,在合成材料方面则以烯类单体聚合物处理剂研究最多,且反相乳液聚合逐步受到重视。与以前不同的是,油基钻井液处理剂研究大幅度增加。但从整体情况看,研究的深度和覆盖面还不够,创新性不足,投入现场的少,缺乏经济性和可行性研究。针对存在的问题,今后在处理剂研究上,要围绕绿色环保、抗温抗盐的目标,重视生物质资源的利用,针对提高处理剂抗高价离子的需要,开发含膦基的阴离子单体及高温下水解稳定性好的非离子单体,以及支化或星形结构的聚醚和聚醚胺等化合物;探索超支化的树枝状或树形结构的处理剂合成;加大反相乳液聚合物钻井液处理剂的推广;在油基钻井液处理剂方面,重点围绕油基钻井液体系完善配套的需要,同时研制适用于油基钻井液的防漏、堵漏材料,并在室内研究的基础上,重视处理剂生产工艺及经济性研究,加快成果转化。     

2009～2010年国内钻井液处理剂研究与应用进展

随着石油勘探开发向深部和海上发展,深井、超深井以及特殊工艺井钻探越来越多,特别是超高温、超高压地层的钻探,对钻井液提出了更高要求。针对钻井液技术发展的需要,促使油田化学工作者不断开发新型钻井液处理剂。近两年,国内在钻井液处理剂方面开展了一系列卓有成效的研究工作,其中一些研究已在现场应用中见到效果,部分产品已达到或超过世界先进水平,从而为钻井液技术的进步奠定了基础。从天然材料改性、合成材料、工业废料或副产物利用,以及不同材料复合或反应产物等方面,就2009～2010年国内钻井液处理剂研制及应用情况进行介绍,并指出处理剂的发展方向。从近期的研究看,仍然以合成聚合物为主,多围绕提高产品的抗温抗盐这一方向,并逐步向超高温发展,且研究最多的是钻井液降滤失剂,其次是降黏剂、堵漏剂和润滑剂等。而在钻井液降滤失剂、降黏剂中,又以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等含磺酸基单体与其他单体的共聚物更受重视,而润滑剂、堵漏剂等则多以多种材料复配为主。今后,在处理剂研究上,要强化基础研究和新原料的开发,发展低相对分子质量的聚合物处理剂,进一步加强淀粉、褐煤、栲胶、木质素等天然材料的深度改性,研制绿色、价廉的钻井液处理剂。     

关于聚胺和“聚胺”钻井液的几点认识

近年来,为满足环保要求和降低钻井液成本,国外钻井液公司研制了一种以胺基抑制剂为主剂的高性能水基钻井液,因其良好的抑制性和环保性能而深受重视。近期,受国外胺基抑制性钻井液研究与应用的启示,国内出现了"聚胺"热。聚胺是指重复结构单元中含有胺基的聚合物,而钻井液行业所谓的"聚胺",并非真正意义上的聚胺,而是聚醚的胺基化产物,即端氨基聚醚或聚醚胺,其主要合成方法包括聚醚催化还原加氢胺化法、聚醚腈催化加氢法和离去基团法。胺基聚醚独特的分子结构,能很好地镶嵌在黏土层间,并使黏土层紧密结合在一起,从而有效抑制黏土和岩屑的分散,且其抑制性持久,有利于井壁稳定和储层保护,可以单独作为钻井液抑制剂或防塌剂,也可以形成胺基聚醚钻井液体系。在胺基聚醚钻井液设计中,要突出胺基聚醚的主体作用,钻井液中胺基聚醚的量的控制及配伍处理剂的选择是该体系控制的关键。强抑制性及可生物降解是胺基聚醚钻井液体系的突出之处。需要指出的是,胺基聚醚作为一种有效的钻井液抑制剂,其抑制性评价方法还需要进一步探讨。     

提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究与应用进展

针对泥页岩地层黏土含量高,容易水化,导致钻井过程中出现严重坍塌和膨胀缩径,以及严重造浆等问题,从4个方面(合适的钻井液密度,提高钻井液的抑制性,减少钻井液滤液进入地层,强化封堵)阐述提高井壁稳定性的途径,介绍国内在钻井用化学剂方面开展的研究工作,同时介绍近年来出现的通过添加不同新型化学抑制剂形成的强抑制水基钻井液,如聚合醇钻井液、强抑制胺基钻井液、有机硅聚合物钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液等.提出围绕提高井壁稳定性的研究方向:提高对钻井液中低密度固相控制的认识,重点考虑固相化学控制剂的研究,通过低密度固相的控制,提高钻井液抑制性;考虑在现场钻井液检测性能中增加抑制性检测指标和方法;以低相对分子质量聚胺为代表的钻井液抑制剂是阳离子钻井液的新发展,应加强其机理研究;重视铝基化合物或络合物的研发,强化钻井液的抑制性及封堵作用.     

2011～2012年国内钻井液处理剂进展评述

2011～2012年度,国内在钻井液处理剂方面又取得了一些新进展,特别是胺基聚醚抑制剂的成功应用,在一定程度上推动了水基钻井液技术的进步.从天然材料改性、合成材料及其他材料方面,就2011～2012年度国内钻井液处理剂研制及应用情况进行介绍,指出钻井液处理剂存在的问题及下步发展方向.从近期的研究看,尽管在天然材料改性处理剂方面开展了不少工作,但仍然以合成材料类处理剂为主,在合成材料方面则以烯类单体聚合物处理剂研究最多,但却缺乏创新性.针对存在的问题,今后在处理剂研究上,要强化基础研究和新原料的开发,在烯类单体聚合物方面,突破传统处理剂结构,设计超支化的树枝状或树形结构的处理剂,在天然材料利用方面,进一步加强淀粉、褐煤、栲胶、木质素等天然材料深度改性,研制绿色、价廉的钻井液处理剂,并重视工业废料和农副产品的利用.     

国内泡沫钻井流体应用与研究进展

综述泡沫钻井流体在国内的现场应用及室内研究,总结泡沫钻井流体的优点和不足.泡沫钻井流体具有密度低、滤失量小、携岩能力强和机械钻速高等特点,对于衰竭、水敏性地层有着广泛的应用前景,已成为油气田开发过程中钻井流体的一个重要发展方向.指出泡沫钻井流体在井壁稳定方面具有独特优势,为稳定井壁提供了新的技术手段;同时,也存在泡沫体系稳定性差、现场消泡困难以及井壁稳定评价方法欠缺等问题.以工程应用和室内研究为两条主线,介绍泡沫钻井流体在我国的应用进程和研究进展.最后指出,加强对泡沫钻井流体的认知和研究,进一步开发和优选发泡剂、稳泡剂,提高体系稳定性;增加消泡技术研究,促进泡沫钻井流体的可循环利用;研究抑制剂、井壁稳定剂,建立专用的室内井壁稳定评价方法和统一的标准,促进泡沫钻井流体在国内的进一步推广应用.     

麻黄山区块深井钻井液技术

宁深1井是部署在麻黄山区块的一口区域深探井,该井设计井深5820m,采用三级井身结构。根据地质特征,认为该井钻井液主要技术难点为二开裸眼段长达3130m,井眼尺寸大,且地层破碎、倾角大,易发生垮塌及井漏,钻井液维护困难;山西组、太原组煤层较为发育,井壁容易失稳;预计井底温度高达185℃,高温对钻井液流变性、滤失量控制影响大。根据各开次的需求,室内形成配套钻井液体系,一开选用钾铵基聚合物钻井液体系;二开采用聚合物防塌及聚磺防塌钻井液体系;三开采用聚磺非渗透防塌钻井液体系。采用"多元协同"防塌技术解决井壁失稳,确保二开电测、下套管一次性成功,二开井径扩大率为13%,低于设计要求的20%。受二开套管事故的影响,三开施工井下情况复杂,及时调整钻井液性能,确保了该井的顺利完钻(完钻井深4756m)。在三开下部含多套煤层情况下,井径扩大率只有15.76%。采用非渗透处理剂进行随钻堵漏,可有效降低钻井液漏失。     

伊朗雅达油田S4井水平井钻井液技术

伊朗Y油田水平井水平段长在900～1000m,平均钻井周期为69d.该工区水平井施工存在二开井段盐膏层污染严重,潜在异常高压盐水层;Ph、Iam和Lf地层泥灰岩、页岩易水敏剥落,造成井壁失稳;斜井段漏失,滑动钻进“托压”严重,斜井段井眼清洁困难等技术问题.为此,对水平井钻井液体系配方和工程技术措施进行优化,改善钻井液抗污染、封堵防塌及润滑防卡性能,加强井眼净化及摩阻控制.“多元协同”防塌技术解决了井壁失稳问题;随钻防漏与细颗粒堵漏技术解决了定向段渗漏地层措施受限问题;液体润滑剂、固体润滑剂、乳化石蜡和聚合醇复配使用润滑效果显著,该井滑动钻进摩阻小于10kN,未出现明显的“托压”现象,并从现场验证了液体润滑剂最佳加量应小于3％.S4井现场试验表明,优化后钻井液技术措施效果显著,钻井过程无复杂事故发生,钻井周期缩短至57d.     

可循环微泡沫钻井液的性能评价与应用

可循环微泡沫钻井液是由水、固相颗粒(黏土)、表面活性剂(发泡剂)、增黏剂、降滤失剂等制成的一种气、液、固三相分散的胶体体系。室内评价实验结果表明,可循环微泡沫钻井液抗温高达135℃,在NaCl浓度高达10%时仍保持良好的流变性,具有较强的抑制性和良好的防漏失性能。由于其所含的表面活性剂产生泡沫,具有一定的疏水特性,在井内循环过程中,在井壁表面形成稳定的疏水屏障,阻碍自由水向地层的流动,使之不易润湿及渗入裸露的井壁,减少了滤液对泥页岩地层的水化膨胀作用;泡沫钻井液与抑制剂及井壁稳定剂适量添加混合,可有效提高钻井液的防塌效果。室内评价试验确定了可循环微泡沫钻井液使用配方:4%膨润土浆+0.3%Na2CO3+0.5%WP-1+0.3%WDJ-1+0.4%CPS-2000+0.3%FP-1。中原油田4口井和科索1井的现场应用表明,该钻井液可满足中原油田中生界低压、低渗地层和北京中元古界蓟县系雾迷山组海泡石易膨胀、溶解地层、气穴发育地层的欠平衡钻进要求。     

一种可替代甲酸盐钻井液的改型甲酸盐钻井液的应用研究

辽河油田潜山井段钻井过程中存在严重的井漏问题,个别井漏失近2000m3,造成高成本甲酸盐钻井液的极大浪费。为节省钻井投资,达到资源循环利用的目的,采用玉米生化法制乙二醇、丙二醇的副产物开展可替代甲酸盐钻井液的改型甲酸盐钻井液的研究与推广应用工作。通过基浆的配制以及流型调节剂、提黏剂、降滤失剂、润滑剂、暂堵剂的选择与加量等相关评价实验研究,最终确定改型甲酸盐钻井液基本配方为:自来水+50%改型甲酸盐+0.2%XC+0.3%PAC+0.7%SMP-Ⅱ+0.7%KH-931+2.5%石墨+3%超低渗透剂。通过室内评价,形成了电阻率0.86Ω·m、润滑系数0.048、腐蚀速率0.000387mm/a、抗土粉污染能力好、成本相对较低的改型甲酸盐钻井液体系。现场应用结果表明,本研究所获得的改型甲酸盐钻井液能够满足潜山油藏钻井施工需要,单井节约钻井成本38.4万元。     

正电性钻井液在塔河油田的应用

介绍了正电性钻井液体系的性能特点。对其性能的评价结果表明,正电性钻井液具有很强的抗钻屑固相污染、抗NaCl及CaCl2污染能力;体系性能稳定,加重后钻井液不分层;具有优良的页岩抑制性;渗透率高、保护油层效果好;对储层岩心的伤害率在15％～18％,明显小于聚合物钻井液。在油田的试验及现场应用表明．正电性钻井液完全满足钻井施工要求,能有效提高钻井速度。