超高温水基钻井液技术研究现状及发展方向

随着油气钻井不断向深部发展,钻遇深部超深部地层温度也越来越高,对钻井技术特别是钻井液技术提出了更高要求。在结合超高温钻井实际需求的基础上,分析了水基钻井液在超高温下的技术壁垒、超高温对水基钻井液效能影响作用,综述了超高温水基钻井液的关键处理剂及其所构建的水基钻井液体系的研究现状,并探讨了超高温水基钻井液的未来发展方向。     

高密度水基钻井液高温高压流变性研究

高密度水基钻井液属于较稠的胶体-悬浮体分散体系,固相含量大,固相颗粒分散程度高,自由水量少,在深井高温高压条件下流变性容易失控。以室内研制的抗高温高密度淡水基和盐水基钻井液为基础,采用Fann50SL高温高压流变仪对钻井液在不同温度下的流变性进行了测试。结果表明,温度是影响高密度水基钻井液流变性的主要因素。随着温度升高,淡水基钻井液的表观黏度和塑性黏度都出现降低趋势;而盐水基钻井液的塑性黏度在150℃达到最低值,然后升高,表观黏度呈降低趋势。利用测试数据,运用宾汉、幂律、卡森和赫 巴4种流变模式进行线性拟合发现,无论是淡水基还是盐水基钻井液,赫-巴模式最佳,幂律模式最差。建立了预测淡水基钻井液表观黏度与温度、压力关系的数学模型,实测数据验证表明,该模型可以应用于生产实际。     

抗高温高密度水基钻井液流变性研究

使用Fann50SL型高温高压流变仪对抗高温、高密度水基钻井液的流变性能进行了测定。实验分析表明，该种抗高温高密度水基钻井液在高压下表观黏度、塑性黏度和剪切应力随温度升高而降低，其降低趋势逐渐递减。运用回归分析方法对实验数据进行处理，确定出钻井液在高温高压下遵循的流变模式--卡森模式，建立了预测井下高温高压条件下钻井液表观黏度的数学模型。计算表明，所建立的预测钻井液表观黏度的数学模型能够较准确地描述高密度钻井液在高压下与温度之间的关系，钻井液的表观黏度与温度呈指数函数关系。运用幂律、H B和卡森等流变模式对钻井液高温高压下的流变数据进行拟合分析时，建议最好选用卡森模式。     

莺琼盆地抗高温高密度水基钻井液

莺琼盆地地温梯度高,压力系数大,安全密度窗口窄,抗高温高密度钻井液技术是其高温高压地层钻井面临的主要技术难题之一。对该区块现用水基钻井液进行性能分析,通过对钻井液性能进行优化,构建了莺琼盆地高温高压段水基钻井液。该钻井液体系在200℃热滚16 h后的黏度为39 mPa·s,动切力为7 Pa,高温高压（200℃、3 MPa）沉降因子为0.512,高温高压滤失量为8.6 mL,高温高压砂床滤失量为14.4 mL,在4 MPa被CO₂污染后黏度为43 mPa·s,动切力为9 Pa,API滤失量为4.5 mL,高温高压滤失量为13.6 mL。研究结果表明,该体系的流变性、沉降稳定性、高温高压滤失性、封堵性及抗酸性气体CO₂污染性能均优于莺琼盆地现有高温高压段水基钻井液体系。      

新型抗高温水基钻井液研究

乳化钻井液的性能能够满足高温高压井钻井的需要,但其成本较高且不利于环境保护.通过用化学改性的阳离子丙烯酸酯共聚物和高分子量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)控制钻井液具有相对较低的黏度和较好的剪切稀释性,并选用四氧化三锰作为加重材料,获得了一种可与多种添加剂配伍的抗高温高密度水基钻井液.该钻井液在180℃温度下仍具有良好的流变性和滤失性能,且该钻井液抗盐、钻屑和水泥污染能力强,其页岩稳定性和润滑性好.     

塔里木油田水基废钻井液无害化固化技术研究

针对塔里木油田水基废钻井液采用常规固化方法固化处理后，固化产物浸出液中污染物难以达标，特别是色度和COD值严重超标的情况，提出先破胶处理后再进行固化的工艺技术。通过大量实验，研究出了2种效果较好的破胶剂（SW-A、SW-B）和固化剂的配方，并优选出了破胶剂的最佳加量。SW-A适用于塔里木油田高密度（2．0g／cm^3）废钻井液，加量为60kg／t；SW-B适用于中密度（1．5g／cm。左右）和低密度（1．2g／cm^3左右）钻井液，加量为40kg／t。固化体强度为0．5MPa时的技术配方：高、中、低密度废钻井液，石灰的加量均为10％，水泥的加量分别为20％、25％和0；固化体强度为1．0MPa的技术配方：高、中、低密度废钻井液，石灰的加量均为10％，水泥的加量分别为25％、40％和40％。利用该固化工艺技术和配方对塔里木油田废钻井液进行处理，固化产物的强度大于0．5MPa时，固化物浸出液中污染物含量达到了国家污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准要求。     

抗高温高密度水基钻井液室内研究

通过室内实验,优选出了能够抗200℃高温、密度达2．30g／cm^3的水基聚磺钻井液配方：4％膨润土＋1．5％SMP-2＋2％SPNH＋3％HL-2＋1％SMC＋0．2％80A51＋0．3％KHPAN＋重晶石＋2％SF260＋1％高温稳定剂＋0．5％表面活性剂＋1．0％润滑剂。评价了该钻井液的热稳定性及抗盐抗钙能力。结果表明,该钻井液流变性好,抗盐、抗钙污染能力强,对处理超高温水基钻井液具有指导意义。     

莫深1井抗高温高密度KDF水基钻井液室内研究

莫深1井是位于准噶尔盆地中部马桥凸起莫索湾背斜上的一口超深预探井，设计井深为7380m，预测地层压力系数为2．12，预测井底温度为204℃。针对莫深1井高温高压并存问题，成功研制出抗高温高密度KDF水基钻井液。该体系主要由高温降滤失剂、防卡降滤失剂、抑制性降滤失剂、高温保护剂、高温封堵剂、高温增效剂、包被剂、润滑剂等组成。实验结果表明：密度为2．30g／cm^3的KDF水基钻井液体系在120～220℃范围内，滚动16h、48h及72h后均具有较好的热稳定性、沉降稳定性、流变性、失水造壁性、润滑性及抗污染性能，且配方的重复验证性较好。KDF水基钻井液配方应用范围广，可通过调整体系中处理剂的加量来满足莫深1井深井段不同温度条件下的钻井施工要求。     

CQ-HPWBM页岩气水基钻井液的研究

针对目前页岩气水平井探勘施工中油基钻井液环境风险高、油基钻屑处理困难、成本高;水基钻井液抑制性不强、封堵性弱、润滑性差的难题开展相关研究!通过针对水基钻井液存在问题进行深入分析,逐一提出解决思路,研制出一种页岩气水平井用的高密度水基钻井液。分别评价了体系的抑制性能、封堵性能、润滑性能和降滤失性能并与国内外水基钻井液进行了对比。研究表明CQ-HPWBM水基钻井液体系在页岩、碳质泥岩条件下具有优异的封堵性能、抑制性能,在高密度高固相条件下仍具有良好的润滑性能、降滤失性能和流变性能,性能接近油基钻井液。能够满足页岩气水平井、碳质泥岩水平井施工对水基钻井液的要求,替代油基钻井液。     

抗高温高密度水基钻井液室内研究

针对深井和超深井钻井工艺技术对钻井液的要求,合成了抗高温不增黏降滤失剂CGW-1、抗盐高温高压降滤失剂CGW-2等处理剂.CGW-1抗温达220℃,黏度低,能避免钻井液高温增稠现象;CGW-2具有良好的抗盐性能.以它们为主处理剂形成了密度为2.5 g/cm3的淡水钻井液及密度为2.3 g/cm3的饱和盐水钻井液.实验结果表明,该抗高温高密度钻井液经过220℃、16 h高温老化后具有良好的流变性,高温高压滤失量小于20 mL;密度为2.5 g/cm3的淡水钻井液具有良好的抗岩屑、黏土、钙污染能力、较强的抑制性和良好的沉降稳定性.     

中原油田废弃钻井液污染评价及处理剂研究

通过对中原油田四大区块（文留油田、濮城油田、卫城油田、胡状油田）废钻井液进行污染评价、分析。在室内通过对20余种处理剂的筛选,针对中原油田实际情况研究出适用于聚合物钻井液的处理剂配方,并经现场应用证明,该工艺处理成本低、施工过程简单,实用效果好,经济社会效益显著。该技术经过近三年的实践证明,有65％的覆土可返耕,吸40％的返耕土长出农作物。     

胜利油田地质导向钻井技术研究与应用

以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹的地质导向钻井技术是近年来国内外发展起来的前沿钻井技术之一.通过理论研究、仪器研制和软件研发,胜利钻井院自行研制出了具有自主知识产权的新型MWD、随钻自然伽马测量仪、随钻电阻率测量仪以及国内第一个移动式随钻自然伽马测井标准刻度装置,形成了地质导向双参数LWD仪器设计制造技术和地质导向钻井工艺配套技术.80余口井的应用实践表明,利用自行研发的地质导向钻井配套技术成功地实施了地质导向钻井,开发的最小有效油层厚度已缩短到0.8m,水平段井眼轨迹的平均油层有效延伸率达94%以上,将井眼轨迹控制标准由原来几何导向的"工程中靶"提升为"地质中靶",降低了因地质目标不确定性而带来的钻探风险,为薄油层、厚油层顶部剩余油等复杂油气藏开发提供了技术支撑.同时,简要介绍了胜利油田水平井地质导向钻井技术现状以及认识与体会.     

大庆油田气体钻井技术研究与应用

松辽盆地北部深层天然气勘探取得历史性重大突破, 2005年初大庆徐家围子地区提交了1 018.68×108m3天然气探明储量,中石油公司提出了"松辽盆地北部深层天然气勘探要成为重点,加快天然气勘探开发步伐,尽快探明第2个、第3个1 000×108m3天然气"的要求.但是,大庆油田泉二段以下岩石可钻性差、硬度高、钻速慢,常规的钻井液钻井技术不能满足大庆气田快速勘探开发的需要.为此,试验、推广了气体钻井技术,大幅度提高了钻井速度,与常规钻井相比平均机械钻速提高4～6倍,单井钻进周期缩短11 d以上,并成功试验了储层氮气钻井,发现和保护储层效果显著.形成了7项气体钻井关键技术,试验取得较好的应用效果,指出了气体钻井存在的主要问题和攻关方向.     

靖东油田保护长2油层钻井完井液技术

介绍了陕甘宁盆地靖东油田长2油层的储层地质特征,评价了储层的敏感类型及程度;研究了长2油层的伤害机理,研制了强抑制正电胶低损害的钻井(完井)液体系,并进行了动态伤害评价;现场试验了6口井,取得了良好的效果。     

含醇醚水基钻井液体系的研究与应用

针对传统水基钻井液的特点,引入满足环保要求的醇醚化合物替代油类润滑剂,并以此建立含醇醚水基钻井液体系。经室内研究和现场应用表明：该体系具有优良的润滑性,良好的井眼清洁能力,井壁稳定和抑制能力接近油基钻井液水平,无荧光不干扰地质录井,储层保护效果好。生物毒性检测结果表明,该体系具有环境可接受性。现场应用近３０口井并取得成功。     

吐哈油田深井钻井技术研究与实践

为了解决吐哈油田深井钻井遇到的大段泥页岩和煤系地层井眼失稳、大尺寸井眼钻井速度慢、多套储层的系统保护及长封固段非标准间隙的固井质量四大技术难题，进行了吐哈油田深井钻井配套技术的研究。从加深四项基础研究入手，建立了“地层造斜特性、钻井岩石力学特性、‘三压力’、泥页岩矿物组份和理化性能”四个基础剖面；在此基础上进行了“井眼力学稳定性评估技术、钻井岩石力学特性预测与钻头选型技术、‘三压力’剖面优化井身结构技术、深井聚合物钻井液技术、大段泥页岩和煤系地层安全钻井技术、３１１大尺寸井眼快速钻井技术、多套储层系统保护技术、低压易漏及长封固段非标准间隙固井技术、深井事故预防和处理技术、深井钻井装备的完善配套技术”的应用研究。初步形成了一套具有吐哈特色的深井钻井配套技术，极大地促进了油田钻井整体水平的提高。     

胜利油田小井眼钻井配套技术研究与应用

随着油田的勘探开发进入中后期, 小井眼钻井技术是提高钻井效率, 降低钻井成本的有效途径之一,目前在国内浅层油气田开发、 老井加深、 滩涂及边远地区探井作业得到广泛应用。小井眼技术推广应用的技术关键在于其配套技术是否完善, 只有通过综合配套, 才能充分发挥小井眼钻井的优势。文章介绍了胜利油田小井眼配套钻井技术, 主要包括钻机、 井身结构、 钻头、 井下工具、 钻井模式、 钻井液和完井液等, 现场应用均取得了良好效果。胜利油田小井眼钻井技术的发展表明, 其配套钻井技术是可行的, 在经济方面也是成功的。     

双南等地区防塌钻井液体系的研究与应用

针对辽河油田双南等地区沙河街组地层井壁不稳定问题,优选和研制了一种新型的硬脆性泥页岩井壁稳定剂——JHS,并优选出两种较好的防塌钻井液体系。经5口井的现场试验证明,试验井较对比井平均钻井周期缩短58.4d,平均井径扩大率降低16%,电测一次成功率提高22个百分点,具有很好的推广应用前景。     

塔河油田12区优快钻井技术研究与实践

塔河油田12区上部地层疏松、可钻性好,钻井过程中易出现缩径阻卡现象;下部地层易剥落掉块、坍塌严重,易出现井下复杂情况或事故,且存在垂直裂缝或溶洞,易发生钻井液漏失。在分析了塔河油田12区地层特点及钻井技术难点的基础上,给出了适合该地区深井钻井的优快钻井技术,主要包括井身结构优化设计、钻头选型、井下动力钻具配合高效钻头快速钻进、井眼稳定技术、井眼畅通技术、防斜打快及优质钻井液体系等技术,使塔河油田12区钻井效率得到了极大提高。多口井的钻井实践表明,塔河油田平均钻井速度大幅提高,平均钻井成本不断降低,对油田增储上产、提高勘探开发速度起到了积极的作用,取得了显著的经济效益。     

大庆油田水平井钻井技术现状及发展方向

针对大庆油田外围区块油层薄、空间分布不均衡,老区低/停产井增多,非常规致密油埋藏深、地质情况复杂、岩石可钻性差等难点,开展了超薄油层水平井、分支井、超短半径水平井、三维绕障水平井和工厂化作业水平井等一系列行之有效的钻井技术研究与应用,形成了一套适合于大庆油田地质特点的水平井钻井配套技术。通过简要回顾大庆油田30年来水平井发展历程,详细介绍了油田现阶段水平井开发的钻井技术现状,并提出未来一段时间的发展方向。