纳微米防塌钻井液技术的研究与应用

为了解决南堡深层泥页岩因纳微米级孔缝发育而易发生井壁失稳的问题,通过对纳微米级封堵材料的优选,确定了配方为3%膨润土浆+1.2%增黏剂DSP-2+6%降滤失剂SPNH+3%降滤失剂SMP-I+1%降黏剂SMT+0.5%聚胺抑制剂AI-1+0.8%热稳定剂Na_2SO_3+1%微米封堵剂FT3000+5%抑制剂KCl+2%防水锁剂HAR-D+2%纳米封堵剂HSM+3%亚微米固壁剂HGW的纳微米防塌钻井液体系,研究了该钻井液体系的滤失性、封堵性以及防塌抑制性等性能。结果表明,2%纳米级胶束封堵剂HSM与3%亚微米级固壁剂HGW复配使用可使基浆的膜效率从0.21提高到0.38,使纳微米级滤膜的滤失量降低35%以上,同时能降低PPT滤失量和初始滤失速率,大幅度减缓了对泥页岩的压力传递时间。该钻井液体系具有良好的降滤失性、封堵性和抑制性,在150℃下老化16 h后的API滤失量和HTHP滤失量分别为3.7 mL和11 mL,膨润土压片在该钻井液中的24 h线性膨胀率仅为13.29%,泥岩岩屑在该钻井液中150℃下热滚16 h后的回收率高达93.3%。该体系在南堡油田矿场试验中取得了显著效果,井眼质量得到有效改善,未发生垮塌、掉块等井壁失稳情况,机械钻速较邻井提高了35.29%,实现了深层泥页岩的井壁稳定与优快钻井的多重目的。     

强抑制强封堵聚胺类钻井液体系研究与应用

宝南区块在钻进西山窑组以下地层时,多次发生卡钻、井漏等井下复杂故障,钻井液密度过低是造成该区块井壁失稳主要原因。本文进行了适合该区块的钻井液体系的筛选与评价研究,通过性能实验确定了降滤失剂、封堵剂、加重剂、润湿剂的适宜用量,得到钻井液的最佳配方为： 3%土浆+2%降滤失剂SPNH +1%降滤失剂SMP-1+0.3%聚丙烯酸钾+0.3%降滤失剂PAC-LV +0.1%提切剂XCD +2%低荧光防塌剂SFT +2%封堵剂NFA-25 +2%成膜封堵剂CMJ-2 +2%综合封堵剂ZHFD-1 +0.3%聚胺类抑制剂AP-2 +5%白油+0.2%乳化剂ABSN +重晶石,该钻井液的表观黏度为33mPa·s,塑性黏度为24 mPa·s,动切力为9 Pa,动塑比为0.375,高温高压滤失量为10.0～11.0 mL,API滤失量为2.5～2.8 mL,pH值为8～9,密度控制在1.10～1.21 g/cm³。在宝16-1井的现场应用结果表明：该钻井液体系密度设计合理,滤失量低,流变性好,具有很好的封堵防塌效果。起钻阻卡等井下复杂时效为零,缩短了钻井周期,井径扩大率有了大幅度降低,为目前该构造施工比较顺利的一口井,表明强抑制强封堵聚胺防塌钻井液能有效解决该区块的井壁稳定性问题。     

延长油田致密油藏水平井强封堵钻井液优选 与现场应用 与现场应用 与现场应用

为了加快致密油开发进程和提高延长油田致密油藏水平井钻井技术,针对现阶段延长油田致密油藏钻井所用的聚丙烯酰胺钾盐（K-PAM）聚合物钻井液体系存在流变性不佳、封堵和抑制性不足等缺点,室内对现场常用降滤失剂、抑制剂、润滑剂、封堵剂等处理剂进行优选,获得适合致密油藏使用的强封堵型纳米聚合醇水基钻井液配方,并在现场进行了应用。结果表明,聚合物降滤失剂COP-FL可显著提高体系失水造壁性,无荧光防塌润滑剂FT342抑制性较强,液体极压润滑剂JM-1整体润滑效果好,复配封堵剂无水聚合醇WJH-1和纳米乳液RL-2 可使钻井液封堵率提高 51.7%,增强井壁稳定性;将配方为 4%钠膨润土+0.2%纯碱+0.4% K-PAM+2%COP-FL+1.5% FT342+1.0% JM-1+5% WJH-1+3% RL-2的水平段强封堵型钻井液体系用于延长致密油藏两口水平井现场试验,施工过程中体系防漏失、封堵效果较好,机械钻速相比邻井提高30%,施工周期缩短35%,井下事故率降低85.7%,钻井成本减少34.7%,为延长油田致密油藏水平井的优快钻井提供了有效的技术支持。图1表4参19     

油基钻井液用改性碳纳米管纳微米封堵剂

为改善页岩油气水平井钻进过程中因钻井液封堵性能差而引起的井壁失稳问题,首先,对川南龙马溪组页 岩组成和井壁失稳的原因进行了分析;然后,以十六烷基三乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和活性碳纳米管为 原料,合成了油基钻井液用纳微米封堵剂（NP-1）,分别利用红外光谱分析、热重分析、透射电镜和表面润湿性测 试分析其结构和物理化学特性,考察了其与油基钻井液的配伍性;最后,通过岩心突破压力、压力传递、三轴抗压 强度等测试评价其封堵性能,分析了纳微米封堵剂的作用机理,并进行了现场应用。结果表明,川南龙马溪组页 岩纳微米孔喉较发育,毛细自吸现象严重,使得液相不断侵入井壁,最终导致井壁失稳。NP-1 的直径为30～50 nm,长度处于微米级别,表面疏水亲油,在385.2 ℃以下的热稳定性良好。NP-1 与油基钻井液具有良好的配伍 性和稳定性。在常规油基钻井液中加入3% NP-1,在180 ℃下老化热滚16 h 后的高温高压滤失量由2.8 mL降至 1.8 mL。含有NP-1 的油基钻井液能有效封堵岩心端面,从而提高岩心突破压力,阻止岩心压力传递,稳定岩心内 部结构和抗压强度,实现维持井壁稳定的目的。现场应用结果表明,NP-1 能有效改善邻井因钻井液封堵能力弱 而引起的井漏、井壁失稳等技术难题,处理后的平均井径扩大率仅为5.61%。该纳微米封堵剂在油基钻井液中对 页岩具有优异的封堵效果,为川南类似复杂页岩气井的高效钻探提供了借鉴。     

大庆油田页岩油水平井钻井液技术

为了解决大庆油田齐家-古龙区块页岩油水平井井壁失稳的问题,对古龙区块地质特征、施工难点和失稳机理进行总结分析。针对施工中遇到的井壁稳定、钻井液流变性控制、井眼净化等油基钻井液技术难题,提出相应的技术对策。优选SFD-1、无荧光防塌剂BY和Soltex等关键封堵处理剂,并对目前使用的油包水钻井液配方进行优化和室内评价。实验结果表明,优化后的钻井液具有良好的性能,高温高压滤失量小于3 mL,抗岩屑侵可达30%。该钻井液技术在大庆油田古龙区块**2HC井进行现场试验,施工顺利,井下无复杂事故发生,能够解决长水平段井眼失稳问题,在大庆油田页岩油勘探开发中具有应用前景。      

油基钻井液封堵技术在页岩水平井中的应用

根据页岩水平井水平段页岩裂缝发育、井壁坍塌问题,对油基钻井液的封堵性进行了优化,使用了多种刚性、柔性以及成膜的油基封堵材料进行了评价实验形成了强封堵的油基钻井液体系。泌页ＨＦ１页岩油气水平井现场应用表明,该油基钻井液体系封堵防塌能力强、滤失量低、破乳电压高,具有较强的携带能力,避免了水平井段井壁垮塌问题,中石化河南油田泌页ＨＦ１井三开水平段长１０４４ｍ,钻进、电测、下套管顺利。     

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。      

SHBP-1超深井三开长裸眼钻井液技术

针对SHBP-1井在钻井过程中可能出现的井壁失稳及漏失等复杂问题,对其原因及技术难点进行分析,提出了该井的井壁稳定、防漏堵漏技术思路,选用强抑制强封堵防塌钻井液体系,以满足地层特性对钻井液抑制性、降失水及封堵的要求,筛选了复合抑制剂KCl+SMJA、镶嵌成膜防塌剂SMNA-1、纳米封堵剂SMNF-1,以进一步提高钻井液的抑制性、封堵性及防塌性能,降低高温高压滤失量。经现场应用表明,优化后的强抑制强封堵防塌钻井液流型易于控制,维持井浆中0.5% SMJA、3% KCl、2.5% SMNA-1,保障了钻井液有强的抑制防塌性;在易漏地层使用了纳米封堵剂2% SMNF-1、超细碳酸钙等随钻堵漏材料,避免了井漏的发生,顺利完成了该井的施工,三开井段扩大率仅为3.49%。该套钻井液技术顺利解决了SHBP-1井三开的井眼失稳及井漏问题,为后续类似井的钻井提供借鉴。      

SHBP-1超深井三开长裸眼钻井液技术

针对SHBP-1井在钻井过程中可能出现的井壁失稳及漏失等复杂问题,对其原因及技术难点进行分析,提出了该井的井壁稳定、防漏堵漏技术思路,选用强抑制强封堵防塌钻井液体系,以满足地层特性对钻井液抑制性、降失水及封堵的要求,筛选了复合抑制剂KCl+SMJA、镶嵌成膜防塌剂SMNA-1、纳米封堵剂SMNF-1,以进一步提高钻井液的抑制性、封堵性及防塌性能,降低高温高压滤失量。经现场应用表明,优化后的强抑制强封堵防塌钻井液流型易于控制,维持井浆中0.5% SMJA、3% KCl、2.5% SMNA-1,保障了钻井液有强的抑制防塌性;在易漏地层使用了纳米封堵剂2% SMNF-1、超细碳酸钙等随钻堵漏材料,避免了井漏的发生,顺利完成了该井的施工,三开井段扩大率仅为3.49%。该套钻井液技术顺利解决了SHBP-1井三开的井眼失稳及井漏问题,为后续类似井的钻井提供借鉴。     

强封堵高润滑油基钻井液技术及其应用

针对ZJ气田沙溪庙组砂泥岩互层、泥质层理发育及局部见少量微孔缝导致井壁失稳、阻卡频繁等问题，室内通过优选封堵剂、优化乳化剂等关键处理剂研究形成油基钻井液配方，并对其进行评价。结果表明：该钻井液具有良好流变性、高润滑、强抑制、强封堵以及较强的抗岩屑污染能力，满足现场施工要求。同时，该油基钻井液在ZJ202H井二开井段使用，实钻钻井液性能稳定，滤失量低，钻进中井壁稳定性较好，起下钻摩阻低，机械钻速较高。油基钻井液在ZJ202H井的成功应用，为ZJ气田沙溪庙组长水平井安全钻进提供了有力的技术支撑。     

一种油基钻井液封堵用油溶胀微凝胶的制备及性能评价全文替换

为解决油基钻井液在页岩气储层钻遇井壁失稳的难题,通过超声波分散技术以及微悬浮聚合法制得了一种油基钻井液封堵用油溶胀微凝胶,并对其分子结构进行了表征,对其热稳定性能和微观形貌进行了分析。结果表明,封堵剂合成的最佳条件：单体酚醛环氧丙烯酸酯(MEP)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)、甲基丙烯酸十八酯(SMA)的摩尔比为3∶3∶4,二乙烯基苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)用量分别为单体总质量的1%、1.5%,反应温度为75℃,纳米SiO₂用量为体系的1.5%;封堵剂与油基钻井液具有良好的配伍性,其抗温性能高达180℃;在油基钻井液中加入3%封堵剂,高温高压滤失量由17.4 mL降至4.8mL,封堵效率高达72.41%。     

长庆气田碳质泥岩防塌钻井液技术

针对长庆气田碳质泥岩段井壁失稳造成井下复杂频发、侧钻率高的问题,开展了岩样的微观结构、阳离子交换容量、矿物组成及理化性能分析,测试了钻井液对岩石力学特性及坍塌压力的影响,确定了碳质泥岩坍塌机理及防塌钻井液技术研发思路。通过实验优选出封堵剂、抑制剂等钻井液处理剂,综合采用纳米乳液、软硬结合的封堵技术,形成了强封堵强抑制高性能钻井液体系配方。该体系的HTHP滤失量≤ 6 mL,API滤失量≤ 2 mL,石盒子砂岩封堵率≥ 85%,人造岩心线性膨胀降低率≥ 60%。在长庆气田现场试验18口井,钻遇碳质泥岩后侧钻率降低至16.7%,平均钻井周期缩短30 d,达到预期效果,该钻井液技术满足长庆气田碳质泥岩井段安全钻进的需要。      

油基钻井液固壁技术实验研究

针对花港组泥岩组构特征,分析井壁失稳机理,优选出油基胶结固壁剂技术,实验结果表明,油基固壁剂MOHGW对体系流变性影响较小,优化后体系HTHP滤失量滤失量小于2ml,滤膜滤失量小于1ml,有效胶结封堵微裂缝,压力传递平衡时间延长102h,有效阻缓压力传递作用,岩石浸泡强度保持率到达94%左右,显著提高油基钻井液稳定井壁能力,有助于实现花港组泥岩段钻井提效。     

多功能抗高温防塌剂研究及应用

针对复杂井的井壁稳定问题,开发出一种多功能抗高温防塌剂YFF。通过封堵实验、页岩滚动回收实验、抑制性实验,考察了多功能抗高温防塌剂YFF的性能,并进行了现场应用。实验结果表明,多功能抗高温防塌剂YFF带有正电荷,具有良好的抑制作用和封堵能力,加入2%YFF后,岩屑回收率从35.3%(空白)增至92.5%,1%膨润土的膨胀容由92 mL降至71 mL;抗高温(200℃)降滤失效果好,对钻井液流变性能影响小;加入3%YFF的聚合物钻井液(配方为4%膨润土浆+0.2%Na2CO3+0.2%KPAM絮凝剂+2%降滤失剂SPC+0.5%降滤失剂LV-CMC+3%降滤失剂SMP-1+2%封堵剂FT-1+1%降滤失剂SYP-1)对岩心封堵率达95%以上,且反排后的渗透率恢复率达95%以上。现场应用结果表明,YFF与钻井液具有良好的配伍性,对钻井液的黏度、切力影响不大,能有效稳定井壁及保护储层。     

低活度强抑制封堵钻井液研究与应用

济阳坳陷沙河街组地层油泥岩黏土矿物含量高,以伊/蒙混层、伊利石为主,且微裂缝发育,钻井过程中易发生坍塌、掉块等井壁失稳问题,为此进行了低活度强抑制封堵钻井液研究。利用油泥岩的半透膜作用,根据活度平衡理论,通过优化活度调节剂的加量来降低钻井液的活度,通过优选抑制剂来提高钻井液的抑制性,并利用"钻井液全固相粒度优化+多元协同封堵"技术优选封堵剂提高钻井液的封堵性,形成了低活度强抑制封堵钻井液。室内性能评价结果表明,低活度强抑制封堵钻井液的常规性能满足钻井要求,其活度低于油泥岩的活度,抑制性能与油基钻井液接近,封堵性能良好,动滤失速率在10 min时显著降低,60 min后逐渐趋于平缓。10余口井的现场应用表明,低活度强抑制封堵钻井液的常规性能满足钻井要求,钻井过程中油泥岩和泥页岩井段未发生坍塌、掉块等井壁失稳问题。这表明,低活度强抑制封堵钻井液可以减缓油泥岩、泥页岩的吸水膨胀和水化分散,实现微裂缝的有效封堵,能够解决水平井段油泥岩、泥页岩坍塌、掉块等井壁失稳问题。      

延长油田致密油藏水平井强封堵钻井液优选与现场应用

为了加快致密油开发进程和提高延长油田致密油藏水平井钻井技术,针对现阶段延长油田致密油藏钻井所用的聚丙烯酰胺钾盐(K-PAM)聚合物钻井液体系存在流变性不佳、封堵和抑制性不足等缺点,室内对现场常用降滤失剂、抑制剂、润滑剂、封堵剂等处理剂进行优选,获得适合致密油藏使用的强封堵型纳米聚合醇水基钻井液配方,并在现场进行了应用。结果表明,聚合物降滤失剂COP-FL可显著提高体系失水造壁性,无荧光防塌润滑剂FT342抑制性较强,液体极压润滑剂JM-1整体润滑效果好,复配封堵剂无水聚合醇WJH-1和纳米乳液RL-2可使钻井液封堵率提高51.7%,增强井壁稳定性;将配方为4%钠膨润土+0.2%纯碱+0.4%K-PAM+2%COP-FL+1.5%FT342+1.0%JM-1+5%WJH-1+3%RL-2的水平段强封堵型钻井液体系用于延长致密油藏两口水平井现场试验,施工过程中体系防漏失、封堵效果较好,机械钻速相比邻井提高30%,施工周期缩短35%,井下事故率降低85.7%,钻井成本减少34.7%,为延长油田致密油藏水平井的优快钻井提供了有效的技术支持。图1表4参19     

油基钻井液在页岩油气水平井的研究与应用

针对页岩油气水平井的特点,室内着重研究了油基钻井液体系的携砂能力及封堵能力,构建了适合于页岩油气水平井的强封堵油基钻井液体系。通过现场4口页岩油气水平井的应用表明,油基钻井液具有良好的流变性能,没有岩屑床形成,且防塌能力强,滤失量低,井壁稳定,电测一次成功,下套管顺利到底。     

油基钻井液用憎液性纳米封堵剂

为了解决油基钻井液在页岩气藏钻遇井壁失稳的难题，以纳米材料物理封堵和改变岩石表面润湿性为研究思路，通过溶胶-凝胶法对纳米二氧化硅进行表面改性，合成具有憎液性能的纳米封堵剂SNP-1。利用核磁共振进行分子结构表征，同时结合扫描电镜等微观实验和自然渗吸等宏观实验对其性能进行评价。结果表明，合成的纳米封堵剂SNP-1具有预先设计的基团，其能够使页岩表面液相接触角大于150°，反转毛细管附加压力为阻止液相进入孔喉的阻力，进一步降低岩心自然渗吸油含量；150℃老化后，使得油基钻井液的高温高压滤失量低至2.4 mL，破乳电压达800 V以上，能有效阻止页岩岩心的压力传递。      

阜康凹陷井壁失稳机理与封堵防塌油基钻井液体系

针对阜康凹陷区块钻井遭遇的井壁失稳难题,通过全岩矿物分析、黏土矿物分析、岩石微观结构特征分析研究了区块不同层位岩石的特性,发现以高岭土为主的易水化分散矿物含量高和岩石存在大量孔缝微结构是导致井壁失稳的主要原因。以F49井油基钻井液为典型,基于井壁失稳机理提出了钻井液性能优化方向;合成了双亲性聚丙烯酸树脂颗粒作为油基钻井液胶结型封堵剂FD-FK、多聚脂肪酸作为油基钻井液提切剂TQ-FK,经FD-FK与TQ-FK优化后,钻井液的低剪切速率下黏度与动塑比大幅提高,可封堵的孔隙直径范围从2～90 μm扩大至2～380 μm,承压达8 MPa,封堵防塌性能优良。在阜47井三开井段现场应用优化后的防塌封堵油基钻井液,复杂井段的平均井径扩大率仅为3.35%,应用效果优良,为阜康凹陷油气“安全、高效”钻井提供了一项有力技术支撑。      

疏水型高性能水基钻井液在YC1侧水平井中的应用研究

针对苏北盆地朱家墩地区深层泥页岩黏土矿物含量高、地层硬脆、微裂缝发育,导致大斜度井和水平井井壁失稳、泥页岩水化膨胀垮塌的问题,通过对水基钻井液核心处理剂疏水剂与微纳米封堵剂的优选,研发出一种抗150℃、疏水型高性能水基钻井液体系,并对其综合性能进行评价。结果表明,以SQ-1为疏水剂、MN-1为封堵剂,当钻井液中SQ-1与MN-1用量均为1%时,对模拟朱家墩地区深层泥页岩的一次回收率为99.8%,高温高压滤失量仅为5.8 mL。现场应用表明,这种疏水型高性能水基钻井液体系易转化维护,水平段携岩好,返出岩屑颗粒较大、完整度好,钻进中无垮塌掉块,说明该体系具有良好的流变性、抑制性、疏水性以及极强的封堵性能。