马深1 井超深井钻井液技术

马深1 井是中石化部署在川东北地区的一口重点预探直井,完钻井深8 418 m。本井四开、五开井段6 225.4~8 418.0 m,井底温度高达175 ℃,存在高温污染、泥页岩井壁失稳、酸根污染以及携砂问题,常规钻井液性能已无法满足正常施工要求。鉴于以上技术难点,通过材料优选、配方优化,成功研制了KCl 聚胺磺化钻井液体系和抗高温聚磺钻井液体系。经过体系验证: KCl 聚胺磺化钻井液具有良好的抑制能力;抗高温聚磺钻井液体系抗温达200 ℃。同时,在应用过程中形成了成熟的超深井钻井液处理技术。现场应用表明,四开平均井径扩大率3.1%,五开平均井径扩大率5.1%,有效地解决了该区块超深井钻井液技术难题,具有一定的推广价值。     

抗高温聚合物降滤失剂PFL-L的研制与应用

为使抗高温钻井液具有良好的流变性及高温高压滤失量,防止高温稠化,采用氧化-还原引发聚合反应,合成了一种低相对分子质量的抗高温聚合物降滤失剂PFL-L,进行了红外光谱和热重分析;采用凝胶渗透法测定了产物相对分子质量,评价了高温高盐情况下聚合物降滤失性能及配伍性。评价结果表明,PFL-L热稳定性好,产物分子量具有多分散性,适用于超深井钻井液处理剂,高温高盐条件下在显著降低钻井液滤失量的同时,可很好地控制钻井液高温下的黏度,抗温220℃,抗NaCl可达36%。该降滤失剂在徐闻X-3井进行了现场应用,应用结果证明,由PFL-L等处理剂形成的超高温钻井液热稳定性好,确保了徐闻X-3井三开长裸眼井段的顺利钻进,完钻井深6 010 m,取得了良好的应用效果,满足了安全高效钻井需求。      

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.     

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。     

抗高温无固相钻井液研究

4000 m埋深碳酸盐岩储层温度高达150 ℃以上,普通无固相钻井液无法满足抗温需要。室内通过对比动塑比及抗温极限优选出增黏剂VP和XC,并通过热重分析及滤失实验优选出降失水剂CMJ、SMP-2等处理剂;通过反复对比实验优选出抗高温的无固相钻井液,配方为（1%~饱和）甲酸钠+3%CMJ+2%RHJ（润滑剂）+0.2%XC+0.3%VP+3%SMP-2。该体系抗温达200 ℃,抗钻屑污染20%,抗盐20%,抗钙5%,极压润滑系数0.098,渗透率恢复值90%。实验结果表明该体系不仅能够满足高温深井钻井要求,还能实现对裂缝性碳酸盐岩储层的良好保护。     

处理剂对聚磺钻井液胶体稳定性影响

为实现废弃聚磺钻井液的高效处理,以配方3%膨润土+3%SMP-2(抗高温降滤失剂)+3%SMC(抗高温降滤失剂)+3%SPNH(降滤失剂)+0.3%FA-367(包被剂)+0.2%XY-27(降黏剂)+3%磺化沥青(抑制剂)的聚磺钻井液为基础,通过采用近红外扫描分散稳定性分析仪测试聚磺钻井液体系的分散稳定性、用稳定性动力学指数TSI值定量表征钻井液的胶体稳定性,研究了各类处理剂对聚磺钻井液胶体稳定性的影响。通过测定钻井液体系表观黏度与Zeta电位,分析了各类处理剂对钻井液胶体稳定性的影响机制。结果表明:各类处理剂均会影响聚磺钻井液体系的胶体稳定性;未加抑制剂的钻井液对应的TSI增加了88.5%,表观黏度降低了74%,Zeta电位绝对值降低了9.2%;未加两性离子类包被剂和降黏剂的钻井液对应的TSI减少了46.2%,表观黏度降低了51.9%,Zeta电位绝对值增加了16.1%;未加抗高温降滤失剂SMP-2和SMC的钻井液对应的TSI减少了42.3%,表观黏度增加了10.4%,Zeta电位绝对值减少了33.3%;未加降滤失剂SPNH的钻井液对应的TSI减少了19.2%,表观黏度减少了23.4%,Zeta电位绝对值减少了8%。磺化沥青类抑制剂主要通过改变表观黏度影响钻井液体系的胶体稳定性,包被剂、降黏剂、以及稀释剂主要通过改变Zeta电位影响体系的胶体稳定性,降滤失剂则通过同时改变黏度和Zeta电位影响钻井液体系的胶体稳定性。     

常用磺化酚醛树脂性能评价及分析

通过红外光谱、浊点盐度和黏均分子量分别验证了SMP-Ⅱ与SMP-Ⅲ的分子基团、抗盐性能和分子量大小。利用电镜扫描分析了2种产品水溶液以及与重晶石作用情况,测试了他们在钻井液中的性能,讨论了他们与黏土和其他处理剂复配后的效果及作用机理。实验结果表明,SMP-Ⅱ、SMP-Ⅲ在基团、抗盐性方面无明显差异,但SMP-Ⅱ的吸附能力较SMP-Ⅲ强;SMP-Ⅲ在单独使用时,高温高压滤失量为17.5 m L,而SMP-Ⅱ与SMC复配后的高温高压滤失量为20 m L;高温和高盐促使SMP-Ⅱ、SMP-Ⅲ自身以及与SMC等处理剂适度交联,形成的大分子聚合物析出后具有很强的护胶能力,能有效吸附黏土颗粒改善泥饼质量,从而达到降失水的效果。同时确定该类产品最优加量为5%。     

几种新型抗高温降滤失剂对钻井液粒度分布的影响

降滤失剂作用机理的研究对高温深井钻井液的应用有着指导性的意义,对照传统钻井液降滤失剂综合评价3种新型抗高温降滤失剂Redul-200、JNJS-220以及CPF的性能。3种新型降滤失剂较传统降滤失剂SMP-1、SMP-2、SMP-3、PSC-2及SPNH有着良好的降滤失性能和流变性。通过分析钻井液体系的粒度分布来研究这3种新型降滤失剂的作用机理。降滤失剂Redul-200是一种聚合物和惰性固相颗粒的混合物,降滤失剂JNJS-220中含有亚微米级固相颗粒,降滤失剂CPF拓宽了钻井液固相颗粒粒径分布范围(亚微米级~100微米级)。通过在2口风险探井施工中的应用,这3种新型降滤失剂有效地控制了滤失量,保证盲区地层施工顺利进行。     

新型抗高温钻井液降滤失剂的合成与性能评价

抗高温降滤失剂是对深井、超深井水基钻井液抗高温问题影响最大的一类处理剂。基于此,从分析高温钻井液热稳定性对处理剂分子结构的要求入手,精选了耐温型单体,用丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化胺和顺丁烯二酸进行共聚,合成出了两性离子型共聚物降滤失剂AADM。研究了该共聚物的最佳聚合工艺条件,对产物的抗高温降滤失性能、抑制性能和高温稳定性能进行了评价,并分析了其作用机理。结果表明,AADM加量为0．3％时即具有优良的降滤失性能和抑制性能,抗温可达200℃。     

塔河油田钻井液体系优化

针对塔河油田的地层特征，研究适合塔河油田储集层的钻井液、完井液和防漏堵漏技术方案，有针对性地优选钻井液性能参数．使钻井液能有效地抑制泥页岩地层的水化膨胀和膏盐地层的污染、预防卡钻等其它井下复杂情况的发生，对提高该油田的钻井速度和储层的保护十分重要。通过对一开、二开、三开、四开井段的钻井液进行筛选试验，优选出密度小于1．20g／cm^2的低密度聚合醇防塌钻井液，密度大于1．20g／cm^3的聚合醇防塌钻井液和抗盐抗钙钻井液3套体系，以及相应的维护处理措施。一开井段，加入适量的包被剂和增粘降滤失剂，配合一定量的清洁剂，确保大井眼中携岩能力，井眼规则，提高固井质量；二开井段降低滤失量、粘度，提高絮凝能力，加强固相设备的使用；三开井段以聚合物抑制为主，加大抑制型聚合物用量，加入抗钙镁及抗温处理剂，补充防塌剂、降滤失剂、包被剂等，提高钻井液粘度，避免强紊流．减少对井壁的冲刷，控制好滤失量；四开井段防止井壁剥蚀掉块，井涌、井喷、漏失，要求钻井液有良好的抗温性能，增加抗盐处理剂。通过对塔河油田钻井液体系的优化，完善了钻井液性能，满足了钻井工程需要，减少了钻井事故，提高了钻井效率。     

松科2井抗超高温钻井液技术

松科2井是1口部署在松辽盆地的高温科学钻探深井,目的为钻穿白垩纪地层,获取基底陆相沉积记录,预测井底温度超过220℃;四、五开钻沙河子组的泥岩、砂岩混层,火石岭组破碎的凝灰岩、泥岩、煤线的混层,容易发生坍塌现象,防塌措施尤其重要。四、五开属于连续提钻取心钻进,多次起下钻及长时间的裸眼对井壁稳定提出较大挑战;不同钻进工艺具有不同的特点,对钻井液也提出挑战。针对以上难点,研制出了抗高温聚合物钻井液:1.0%钠膨润土+2%凹凸棒土+0.2% KOH+（0.5%~1%）高分子量降滤失剂+1%中分子量降滤失剂+2.5%成膜剂+（2%~4%） SMC+2% FT+3% KCl+2% NaCOOH+3%白油。四开初期对三开的井浆进行评价,结合大量的室内小型转换实验,以原井浆为基础逐步进行转换,以满足钻进要求;五开因处理事故对井浆性能调整较大,事故结束后简化钻井液处理剂种类,逐渐将性能调至稳定状态。在松科2井现场应用时,根据实际情况及时调整,该阶段钻井液高温下流变性好、高温稳定性强,室内评价其抗温能力达到240℃,热滚72 h后性能良好,为顺利完成该阶段钻探工作提供了技术支撑,对提高钻探质量、降低勘探成本起到指导作用。      

抗高温无固相钻井液技术

针对钻井液易高温变性的特点,通过研制出耐高温增黏剂XCC、降滤失助剂AADC、封堵剂FSCC,设计出一种无固相抗220℃超高温的钻井液配方。具体加量配比为2% XCC+1% AADC+3% SPNH+1% SMP+3% FSCC+0.5% Na₂SO₃。并对其进行性能表征,SEM显示其页岩层状微裂缝及碎片得到了明显封堵与修饰,在泥页岩表面形成与微裂缝方向平行的致密树状聚合层;FT-IR结果表明,该抗高温钻井液经过220℃高温老化后性能稳定,具有良好的流变性能和滤失造壁性能,抑制和润滑性能满足钻井需要;能抗10%黏土与5%钻屑的污染,同时对10% KCl+20% NaCl的盐溶液也有较好的抵抗能力;该钻井液EC₅₀的检测结果大于80 000 mg/L,达到了建议排放标准。最终抗220℃超高温钻井液XCC/AADC/SPNH/SMP/FSCC在涩北1号气田24井得到了成功应用。      

YD油田高渗灰岩储层水平井钻井液技术

YD油田水平井在高渗灰岩储层钻井过程中,存在井壁失稳、盐膏污染钻井液、井漏、井眼清洁效果差和摩阻高等技术难点.为解决这些技术难点,通过室内实验,优选了流性调控剂、抗盐降滤失剂,确定了复合润滑剂配方和封堵材料的组成,形成了强抑制高封堵乳液聚合物钻井液,并针对各开次钻遇地层的地质特征制定了钻井液维护与处理技术措施.性能评价表明,泥页岩在强抑制高封堵乳液聚合物钻井液中的滚动回收率达88.2%,线性膨胀率为18.2%;能抗5.0%NaCl、2.0%CaSO4和30%钻屑的污染,具有较好的防塌抑制效果与抗污染能力.该钻井液在YD油田S4井、S5井和S16井等3口水平井中进行了应用,钻井过程钻井液性能稳定,钻井施工顺利.与该油田其他22口水平井相比,钻井周期分别缩短5.2,6.3和7.8 d,渗漏量分别降低了12.5%,8.4%和13.2%,最大提升和下放阻力降低到150 kN之内.现场应用表明,强抑制高封堵乳液聚合物钻井液能有效解决YD油田高渗灰岩地层水平井钻井液技术难点,可以在该油田进行推广.      

含离子液体链段抗高温高钙降滤失剂

深井超深井钻进过程中时常出现高温高钙恶劣环境,为了解决由此引发的滤失量过大问题,利用具有抗高温性能的离子液体1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐（VeiBr）、抗钙性能的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）与丙烯酰胺（AM）进行三元共聚,得到了抗高温抗高钙降滤失剂PASV。并对制备PASV的各单体加量进行了优化,最终确定在单体质量比为VeiBr:AM:AMPS=0.53:1:2时,聚合物表现出最佳降滤失行为。室内评价结果表明,PASV抗高温性能优异,初始分解温度达290℃,可满足大多数钻井需要;当钙离子浓度为40 000 mg/L时,加入2% PASV可使基浆在150℃老化前后滤失量分别降为5.2 mL与8.6 mL,显示出良好的抗高钙降滤失效果。机理分析表明,PASV通过牢固的离子键与氢键有效吸附在黏土颗粒上,并能屏蔽Ca2+对黏土的电性中和与絮凝作用,促进黏土颗粒的分散,改善滤饼质量,从而形成致密的滤饼,降低滤失量。      

抗260℃超高温水基钻井液体系

通过引入抗高温降滤失剂MP488、高温流型调节剂CGW-6,使超高温钻井液流变性得到控制,通过采用抗盐高温高压降滤失剂HTASP-C,使超高温钻井液高温高压滤失量得到有效控制,形成了抗温达260℃、密度为2.35g/cm3的淡水钻井液配方,并对其进行了抗温机理分析和性能评价。结果表明,该淡水钻井液抗Na Cl污染可达饱和,页岩滚动回收率达94.1%,抗钻屑、膨润土污染能力强,具有良好的沉降稳定性,在密度为2.0~2.5 g/cm3时表现出较好的适应性,能够满足钻井液抗温260℃性能要求。     

深水高温高压井钻井液技术

LS25-1S-1深水高温高压井实钻井深为4 448 m,完钻层位为梅山组,采用六开井身结构,φ212.7 mm井段为目的层段,压力系数预测为1.70~1.84,安全密度窗口窄,需重点关注井控、防漏和水合物生成的预防;同时由于井底温度约为147℃,而出口温度只有17℃,保持钻井液在高密度下的高、低温稳定性、防重晶石沉降、良好流变性和储层保护是该井段技术重点。以LS区块气源为研究对象,通过利用水合物抑制软件HydraFLASH绘制不同抑制剂浓度下水合物P-T相图,优选出钻进及静止期间水合物抑制配方:（9%~15%）NaCl+5% KCl+10% KCOOH+（0~45%）乙二醇。选用了抗高温降滤失剂HTFL,其加量为0.8%时体系高温高压滤失量小于10 mL,泥饼质量好。研发了一种新型的封堵剂PFFPA,PF-FPA较FLC2000具有更好的封堵降滤失效果。性能评价结果表明,该体系抗温达170℃,高低温流变性平稳,能抗10%的钙土污染,而且沉降稳定性好,封堵能力强,渗透率恢复值在80%以上,储层保护效果好。在现场应用中,通过Drill Bench软件模拟,将排量降至1 400 L/min,此时ECD为1.94 g/cm3,小于漏失压力当量密度（1.96 g/cm3）,ROP为10 m/h,岩屑传输效率仍在85%以上,满足携岩要求。该井顺利完钻,表明该套钻井液技术解决了现场作业难题。      

元坝103H超深井水平段钻井液技术

元坝103H井是四川盆地川东巴中低缓构造带的一口重点超深水平井。为满足元坝103H井五开水平段施工,室内对护胶剂、降滤失剂和润滑剂进行了评价优选,在此基础上形成了聚合物钻井液体系,并进行了综合性能评价。元坝103H井五开水平段施工过程中,钻井液的密度选择合适,能够降低黏附卡钻的风险,保证井控安全;钻井液的膨润土含量维持在2%~2.5%之间,体系抗温性能稳定;固、液高效润滑剂的协同作用,保证了体系良好的润滑性和钻进过程中的低摩阻;钻井液处于弱紊流的流型,有效解决了低排量下大环空的井眼清洁问题。现场应用结果表明,该聚合物钻井液体系综合性能稳定,抗温、抗污染和润滑效果显著,能够满足四川元坝地区超深井水平段的钻井需要。     

抗240℃超高温水基钻井液室内研究

针对中国大陆科学钻探松科2井深部高温层段钻井作业需要,通过研制出高温稳定剂MG-H2,引入抗高温抗盐的凹凸棒土,优选抗高温降滤失剂,设计出一套以钠膨润土和凹凸棒土为黏土相的低固相抗240℃超高温的水基钻井液配方。MG-H2是采用反相乳液聚合方式研制出的一种油包水型高温稳定剂,其具有球状高分子柔性搭接、增强悬浮稳定性作用和半刚性微粒黏度特性,能实现对钻井液黏度、润滑、滤失性能的综合控制。优选出的3种降滤失剂及其加量配比为3%Lockseal+1%硅氟降滤失剂+1.5%Soltex。综合性能评价结果表明,该抗高温钻井液经过240℃高温老化后性能稳定,具有良好的流变性能和滤失造壁性能,抑制和润滑性能满足钻井需要,能抗10%膨润土、5%Na Cl和1%Ca Cl2的污染。为松科2井下阶段抗260℃超高温钻井液的研制奠定了良好基础。     

抗高温高密度油基钻井液在塔里木油田大北12X井的应用

大北12X井是2018年塔里木油田的一口高温高压评价井,位于库车坳陷克拉苏构造带大北段大北12号构造东高点,该区块库姆格列木群膏盐岩段（4267～5287 m）普遍为高压～超高压,局部存在高压盐水层、漏层。钻井过程中,易出现井壁失稳、漏失、盐水侵等复杂技术难题。针对该区域的地质特点和作业要求,分析了高温高压作业条件下油基钻井液体系的技术难点,优选出抗高温高密度油基钻井液体系配方,并且通过室内实验,模拟高温高压井段作业可能出现的风险,进行了系统的工况模拟评价。实验结果表明,抗高温高密度油基钻井液体系性能稳定,破乳电压为1562 V、高温高压滤失量为1 mL,体系抗30%体积分数的近饱和NaCl盐水污染,污染后体系表观黏度变化小于10%,滤失量小于2 mL,破乳电压为1002 V。体系抗温稳定能力强,室内实验170℃老化10 d后体系流变性能稳定,沉降因子为0.522。现场应用表明,抗高温高密度油基钻井液体系能够解决塔里木油田库车坳陷克拉苏构造带高温高压超高压盐膏层作业难题。四开井段,钻井液密度为2.43 g/cm3,油基钻井液保持了良好的钻井液流态,较低的黏度、切力及ECD等优良参数,未造成黏度、切力过高引起井漏等复杂情况。该井钻遇盐膏层厚度达2135 m,油基钻井液抗石膏污染能力强,流变性能稳定。