一种深水合成基钻井流体流变稳定剂的研发

在深水钻探作业中,由于海底温度较低,海底静液柱压力较大,浅层欠压实,深水表层孔隙压力和破裂压力的窗口较窄,常导致井漏和循环当量密度(ECD)不易控制。为解决上述问题,国外研制出一类新型的具有恒流变特性的合成基钻井液(CR-SBM)。通过对国内外CR-SBM性能的调研,研制了钻井液流变稳定剂,并确立了恒流变合成基钻井液的基本配方。利用深水钻井用低温高压可视化装置测试了体系在真实低温高压状态的流变性,构建的合成基体系具有低温恒流变特性。     

深水水基恒流变钻井液流变特性研究

水基恒流变钻井液是一种适用于深水钻井作业的新型工作流体,目前关于该体系的报道较少。通过对一定温度压力下钻井液性能的检测以及流变模型分析,研究了水基恒流变钻井液的流变行为,并初步探索了恒流变机理。结果表明,在0.1～35.4 MPa范围内,当温度从4℃升高到65℃,黏度计读数φ₆/φ₃、动切力、塑性黏度等流变参数的变化幅度较小,分别在10～13、9～12、13～18 Pa及15～22 mPa·s范围内,且φ₆与φ₃读数随温度呈“U”型分布;在温度压力组合条件下,拟合经验流变方程的相关性排序为:宾汉塑性≈幂律＜卡森≈赫-巴≈罗-斯模型,其中双参数卡森模型的相关系数较高,且表达式简洁,适于描述水基钻井液的恒流变特性;以卡森模型为初始方程,引入T/P因子建立了高预测精度的动力学流变方程f（T,P,γ）,相对误差平均值为7.19%±4.07%,偏差极大值集中在100（ r/min）/65℃;分析了关键处理剂的分子形貌、结构及其与黏土片层的缔合作用,提出了基于分子形态的定性构效假设,揭示水基钻井液的流变稳定性本质。      

聚醚脂肪酸类油基钻井液提切剂的研制与应用

针对油基钻井液切力低,易导致沉砂卡钻等严重问题的现状,合成了一种聚醚脂肪酸类油基钻井液用提切剂LQZ。利用红外光谱、热重曲线、凝胶强度和界面扩张流变参数等测试方法,分析了提切剂的结构、热稳定性、凝胶性能和作用机理,同时探究了基础油、油水比、密度和温度对其提切效果的影响。结果表明,该提切剂分子中含有羟基、酰胺基、酯基、醚键,能形成网架结构,提高悬浮能力,且具有快速弱凝胶特点;300℃无明显热分解;加量小于0.85%时有利于乳液稳定性;该提切剂对白油基、柴油基和合成基钻井液体系普遍适用,且白油基中效果最好;当钻井液油水比为8∶2、密度为2.1 g/cm³、190℃时提切效率最佳,动切力、φ₆及φ₃读数和静切力增长约1倍;与国外同类产品相比,LQZ具有提切不增塑性黏度的优势。LQZ在现场页岩油气井应用时,动切力、φ₆及φ₃读数和静切力基本增加100%,塑性黏度无明显增长。LQZ能够提高油基钻井液悬浮能力,不显著增加塑性黏度,具有很好的推广应用前景。     

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。      

保护储层与环境的深水钻井液室内研究

深水区域的油气资源极为丰富,已成为勘探开发的重点。但深水钻井面临低温、安全密度窗口窄、存在水合物及浅层流、井眼稳定等技术难题,对深水钻井液提出了更高的要求。研究配制了一种深水水基钻井液:在海水中分别加入了适量的优质膨润土、增黏剂、降滤失剂、防塌剂及水合物抑制剂。室内试验结果表明,该钻井液能够有效抑制水合物的形成,加重后的流变性好,抗侵污能力较强,抗钻屑达10%,抗NaCl达15%,抗CaCl2达0.3%;热滚回收率高,抑制性强,在相同条件下与合成基钻井液的热滚回收率相等;保护油气层的效果好,其渗透率恢复率可达90%以上;其所选用的处理剂及配制的钻井液的EC50值均大于10000 mg/L,无生物毒性,可以满足海洋深水钻井的要求。      

HEM深水聚胺钻井液体系研究与应用

为了解决深水钻井中低温下钻井液增稠,当量循环密度变化较大,作业安全密度窗口窄,低温高压下易形成天然气水合物等问题,采用聚胺PF-UHIB、包被剂PF-UCAP、防泥包润滑剂PF-HLUB、降滤失剂PF-FLO、流型调节剂XCH及水合物抑制剂NaCl等构建了1套适合深水钻进的HEM体系。其中的PF-UCAP是自制的低分子理包被剂,其平均分子量小于100万,平均粒径在50μm左右,且粒径非常均匀,对钻屑具有很好的包被效果,钻屑滚动回收率在85%以上。综合性能评价结果表明,HEM深水聚胺钻井液体系在4~50℃下流变性能稳定,具有较强的抑制性能和水合物抑制能力,防泥包效果好,携砂能力、抗盐、抗钙及抗钻屑污染能力强,抗温达160℃,完全能满足2 000 m以上深水钻进。该钻井液在南海流花油田LH-A等5口深水井中成功应用。     

海域天然气水合物低温抑制性钻井液体系

针对海域天然气水合物钻探所面临的深水低温、浅层窄安全密度窗口、水合物生成与分解抑制、海洋作业环保要求等工程和技术难题,开发了低温抑制性钻井液体系。研发了热力学抑制剂KCl复配动力学抑制剂A2的水合物抑制技术,优选了低温流变稳定性能良好的高分子处理剂,开发的钻井液体系流变性能良好,膨润土含量为2 %,API滤失量为4 mL,密度为1.07 g/cm3;低温流变稳定性优良,4 ℃较25 ℃时钻井液当量循环密度最大增量为0.004 g/cm3,优良的流变学性能有利于深水浅部地层窄安全密度窗口井段的井壁稳定和井眼清洁。该体系还具有优异的水合物生成抑制性能,4 ℃、20 MPa、20 h内完全抑制水合物生成,陈化10 d及被钻屑污染后抑制性能保持良好,同时具备明显的水合物分解抑制性能。各处理剂重金属含量达标,钻井液体系生物毒性半有效浓度EC₅₀值及半致死浓度LC₅₀值均大于30 000 mg/L,满足我国一级海区环保要求。该钻井液的综合技术性能满足海域天然气水合物钻探技术要求。      

隔水管钻井液控压技术及其在深水钻井中的应用前景

隔水管钻井液控压技术是在无隔水管钻井液上返技术基础上发展而来的一种新型控压钻井技术,主要是为了解决深水钻井中遇到的窄密度窗口问题。该项技术主要通过控制隔水管中钻井液液面高度从而达到灵活调控井筒压力,其当量钻井液密度为一条曲线,与安全密度窗口更加匹配。隔水管钻井液控压技术有利于减少窄密度窗口井的套管层次;在检测井涌及漏失所需时间较短,且检测方式不受海洋环境的影响;用于控压固井时可增加固井过程的安全性,提高固井质量;可抵消钻进过程中产生的循环摩阻,增加水平井的水平段长度;也可有效降低钻井液滤失量,提高井眼清洁能力,缩短钻井周期及降低钻井成本。文章详细分析了该技术的优势及在深水钻井中拥有的巨大应用前景,未来必将在深水钻完井作业中发挥更大作用。     

深水FLAT-PRO合成基钻井液体系研究及应用

为了解决深水钻井过程中安全密度窗口窄的技术难题,以低黏度气制油作为基液,对合成基钻井液乳化剂、润湿剂及流型调节剂等关键处理剂进行了研制和优化,构建了深水FLAT-PRO合成基钻井液体系。室内性能评价结果表明,新构建的FLAT-PRO合成基钻井液体系具有流变性好、动切力与Φ6受温度及压力影响小、抗污染能力强、沉降稳定性好等特点。目前新构建的深水FLAT-PRO合成基钻井液体系已在我国南海西部超深水井中取得成功应用,具有较好的推广应用价值。     

深水用煤制油恒流变合成基钻井液体系的研制

为了解决深水钻井中的压力控制问题,研制了一套深水用煤制油恒流变合成基钻井液体系。该钻井液体系是以新研制的低粘度深水用煤制油作为基液,对传统的合成基钻井液关键处理剂进行了重新设计及优选组合,从而构建了深水用合成基钻井液体系。性能评价实验结果表明,所研制的深水用煤制油恒流变合成基钻井液体系具有良好的流变性和乳化稳定性,动切力和6值受温度及压力影响小,可以满足深水钻井作业的要求。     

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。      

高性能水基钻井液在莺歌海盆地高温高压井的应用

莺歌海盆地中深层高温高压领域温度高、压力大、作业安全密度窗口窄。在复杂地质环境下,常规的聚磺钻井液易变稠、流动困难、泥饼虚厚,引起遇阻、黏卡、井漏等井下复杂问题。通过室内评价,引入新型抗高温聚合物（Calovis HT、POROSEAL）替代常规聚磺钻井液体系中的聚合物（PAC-LV、EMI1045）,构建出高性能水基钻井液体系。室内评价证实,该钻井液在高密度2.30~2.40 g/cm3、高温200~220℃环境下,能长时间保持良好的高温热稳定性,并且有较强的抗污染能力,抗50 g/L钻屑、50 mL/L地层水及5 g/L CO₂,储层保护效果良好,渗透率恢复值为84.6%。该体系在莺歌海盆地高温高压井（压力系数2.20~2.40、温度190~200℃）中进行现场应用,解决了常规聚磺钻井液体系中高温稳定性不足的难题,证实高性能水基钻井液具有良好的高温热稳定性,并且流变性能优越,为后续高温高压复杂地层钻井液体系优选提供参考。      

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。      

窄密度窗口及小间隙超深井尾管固井技术

针对西南油气田超深井五探1井φ168.3 mm尾管悬挂固井存在钻井期间漏失严重,井深、井底温度高,大段盐膏层、油基钻井液与水泥浆污染严重、后期作业井筒温度压力变化影响水泥环密封完整性等难题。采用低密度高强度韧性微膨胀防窜水泥浆体系,通过优化浆柱结构,控制井底动态当量密度与钻进时井底动态当量密度相当的平衡压力固井等配套工艺技术,有效防止了固井施工漏失,解决了水泥浆与油基钻井液污染严重的问题,确保了固井施工顺利,固井质量合格率100%,优质率99.8%,为深井窄密度窗口、油基钻井液固井提供了技术支撑。      

深水聚胺高性能钻井液试验研究

聚胺高性能钻井液是性能最接近油基钻井液的水基钻井液,在深水钻井领域具有广阔的应用前景。为降低钻井液成本,在研制聚胺强抑制剂的基础上,考虑水合物抑制及低温流变性等因素,通过优选处理剂,构建了适用于深水钻井的聚胺高性能钻井液体系,并对其进行了综合性能评价。结果表明,该钻井液可抗150 ℃高温,且低温流变性优良,2 ℃和25 ℃的表观黏度比和动切力比分别为1.36和1.14;其抑制页岩水化分散效果与油基钻井液相当,体现了其强抑制特性;在模拟1 500 m水深的海底低温高压(1.7 ℃,17.41 MPa)条件下,具备120 h抑制水合物生成的能力;抗钙、抗劣土污染能力较强;无生物毒性,能满足深水钻井环保要求。其主要性能指标基本达到了用于深水钻井的同类钻井液水平,可满足深水钻井要求。      

低固相超高温水基钻井液研究及应用

冀东油田南堡构造深部潜山储层温度高、压力低、裂缝发育,为满足保护储层和井下携岩的需要,基于开发的聚合物增黏剂SDKP以及对抗高温降滤失剂、油溶性封堵剂、润滑剂、高温保护剂和防水锁剂的优选,优化出一套低膨润土低固相超高温水基钻井液。室内评价结果表明,1%SDKP溶液在165℃老化16h后,表观黏度保持率仍可达20%,表明SDKP的耐温性能好;SD-101和SD-201复配可显著降低1.0%膨润土基浆的滤失量,油溶性封堵剂HQ-10可显著降低高温高压滤失量;该钻井液抗温达235℃,在200℃下的塑性黏度达到15mPa·s,满足携岩需要,抗污染能力强,能抗10%NaCl、2%CaCl_2、10%劣质土污染,抑制性好,膨胀率降低率达78%,页岩回收率从8.24%提高到84.45%,储层损害小。在探井南堡3-82井五开井眼的现场应用表明,该钻井液在220℃井底温度下的流变参数基本稳定,API滤失量不变,携岩性好,顺利钻达井深6037m完钻,自喷求产,产液量为43.20 m~3/d。证明该钻井液可满足现场高温低压储层的钻井需要。     

高陡构造“三高、窄窗口”地层克深15井钻井液技术

克深15井是塔里木油田库车坳陷克拉苏构造带中段克深15号构造上部署的一口重点预探井,存在塔里木山前高陡构造、断层、大井眼、高温、高密度、高盐膏、窄密度窗口等工程、地质、钻井液技术难题。该井优选了抗高温高密度复合有机盐钻井液技术,围绕“低活度、弱水化、低的循环当量密度”等采取井壁稳定措施,通过现场实际应用,很好地解决了高陡构造、大倾角、破碎地层井壁稳定,大井眼安全快速钻进,盐膏层、盐膏泥混层阻卡、缩径,以及揭开盐层、盐膏层、目的层钻进窄密度窗口漏失等一系列技术难题,实现了全井安全无事故,多次电测均一次成功。与使用国外油基钻井液技术的邻井相比,钻井液实际应用密度降低0.05～0.08 g/cm3,体现了该体系强抑制、低的循环当量密度以及流变性良好,抗高温和抗盐、膏、泥等污染能力强,同时该体系无毒,环境保护性能好,无荧光,利于提高固井质量,低腐蚀,保护管串性能好等综合技术特性,并实现了钻井液、完井液一体化,提高了生产时效。该井的顺利完钻,进一步证明了抗高温高密度复合有机盐钻井液体系推广应用前景广阔。      

磺基甜菜碱的合成及其在水包油乳化钻井液中的应用

水包油乳化钻井液作为一种重要的低密度水基钻井液体系,在低压油气层钻探中有着较为广泛的应用,针对目前该体系在深部地层使用过程中出现的抗温能力不足的问题,室内通过一步反应合成了不同碳链数的磺基甜菜碱,测定了其在高温处理后的表面性能变化情况,并将其引入水包油乳化钻井液中。实验结果表明,配制得到的钻井液性能良好,乳化稳定性好,在经过180~210℃热滚动16 h后,体系黏度、切力仍处于合理范围,高温高压滤失量均小于20 mL,满足基本要求;体系稳定性较好,无析油破乳现象发生;且具备一定的抗污染能力,抗水污染达15%,抗柴油污染达15%,抗钻屑污染达15%,抗盐污染达2%,因而能够满足深部低压油气层钻井的要求。      

ZQ2井盐膏层高密度欠饱和盐水聚磺钻井液技术

ZQ2是库车凹陷秋里塔格构造中秋2号构造的一口预探井,吉迪克组～库姆格列木群泥岩段（N1j2 ～ E1-2km1）盐膏层埋藏深度在4545～5827 m,地层特性膏盐层段长、石膏含量高、压力系数高、盐间软泥岩欠压实高含泥质高含水与软黏特性、φ333.375 mm大尺寸井眼,原设计为油基钻井液,后更改为水基钻井液,且井深结构更改为高低压层套打,对水基钻井液技术提出了较高要求。针对地层特性通过改变传统钻井液体系思路引入烯丙基磺酸钠四元共聚物降滤失剂MYK、改性植物胶包被抑制剂NXX、国内首次在欠饱和盐水体系中引入有机盐Weigh2对传统的欠饱和盐水磺化钻井液进行改造升级为聚磺高密度欠饱和盐水钻井液,在实钻过程中表现出包被抑制性强、抗盐膏污染能力强、性能稳定、维护简单、岩屑代表性强,流变性控制优于邻井欠饱和盐水磺化钻井液,在ZQ2井该段盐膏层取得了良好效果,解决了传统欠饱和盐水磺化体系因使用稀释剂致强分散、强依赖性而出现“加～放～加、增黏～降黏～增黏”难题,实现了该层位盐膏层及软泥岩安全快速钻进、井壁稳定、井下安全,电测、下套管一次性成功,为该区块优化井身结构奠定了基础。