水平井高密度钻井液润滑减阻技术研究及现场试验

高密度水基钻井液在水平井钻井中普遍存在润滑性较差、摩阻较大等问题,为此研究了润滑减阻技术。分析了高密度水基钻井液润滑减阻性能的影响因素,研制了以长链脂肪酸植物油为原料的润滑剂RHJ-1。性能评价结果表明:RHJ-1能使5.0%膨润土浆的极压润滑系数降至0.040;密度2.10 kg/L的钻井液加入RHJ-1后,其润滑系数最低可降至0.105,抗温能力达到150 ℃;钻屑加量为10.0%和15.0%、RHJ-1加量增大至4.0%时,钻井液的润滑系数最大降低率达55.58%。为了保证水平井钻井时高密度钻井液的润滑减阻作用,还采取了控制固相含量、利用加重剂 “轴承”效应等多种技术措施,形成了水平井高密度钻井液润滑减阻技术。该技术在西南某深层页岩气区块WY23-4HF井进行了现场试验,完钻时起钻摩阻仅300 kN,完全满足水平段钻井的润滑减阻要求。研究结果表明,水平井高密度钻井液润滑减阻技术可行,效果良好,值得推广应用。      

KCl/NaCl/CPI复合盐阳离子聚合物钻井液在南海大斜度井段中的应用

为改善南海东部惠州25-8油田大斜度井因泥岩水化造浆而引起的井壁失稳和钻井液增稠影响携砂的问题,在现有成熟PLUS/KCl钻井液的基础上开展复合盐阳离子聚合物钻井液研究,对钻井液配方进行了优化,评价了优化后钻井液的流变性、抑制性、封堵性和润滑性,并在惠州油田进行了现场应用。结果表明,复合盐阳离子聚合物钻井液配方中,无机盐类抑制剂KCl和NaCl的适宜加量为3%和12%、有机阳离子聚合物抑制剂PF-CPI适宜的加量为2.0%。该钻井液抑制性强,防膨率高达93.32%,钻屑回收率87.56%;受到钻屑侵污后的钻井液流变性能波动小,仍具有较低的黏度和合适的切力,有利于大斜度井携砂;封堵性和润滑性均优于PLUS/KCl钻井液体系。现场应用2口井,钻井液流变性良好,平均起下钻速度提高,钻井过程顺利,无复杂情况发生。复合盐阳离子聚合物钻井液可改善南海大斜度井起下钻阻卡的问题。     

适用于页岩气井的强抑制防塌高性能水基钻井液体系

威远地区M井区页岩气水平井钻井过程中易出现井壁失稳、坍塌等问题,而采用油基钻井液时钻屑含油量高、难处理,并且环保压力大。因此,以新型阳离子复合抑制剂DY-Ⅱ为主要处理剂,结合优选的封堵剂、润滑剂,形成一套适合于页岩气井的强抑制防塌高性能水基钻井液体系,并对体系性能进行了评价。室内实验结果表明:钻井液体系具有优良的抑制性和润滑性,页岩滚动回收率达99.2%,极压润滑系数和泥饼黏附系数与油基钻井液体系相当;体系在140℃下老化后流变性能稳定,具有良好的抗温性;采用高效铝基微纳米聚合物封堵剂,能够较好地封堵地层微裂缝,提高井壁稳定性;加入20%钻屑后,体系性能稳定,抗污染能力较强。现场试验结果表明,该体系性能稳定,具有较强的抑制防塌能力,施工过程中未发生井下复杂情况,作业顺利,说明该高性能水基钻井液体系能够满足威远地区M井区页岩气井的钻井需要。     

160 ℃无固相氯化钙冲洗隔离液体系的构建

传统隔离液存在抗温、抗钙能力不足,对油基钻井液体系顶替不充分和冲洗效率低等问题。通过采用非离 子型抗温抗盐聚合物羟乙基纤维素（HEC）提高隔离液体系流变性能,复配表面活性剂提高清洗效率,制备了一 种无固相抗温抗钙高效冲洗隔离液。对隔离液体系进行抗温性能、流变性能、配伍性能和冲洗效率评价及性能 优化,确定隔离液体系配方为0.5%HEC+30%氯化钙+2%甲酸钠+0.4%快T。研究结果表明,无固相隔离液体系 的密度为1.3 g/cm³ ,160 ℃老化6 h 后隔离液的表观黏度大于35 mPa·s,塑性黏度大于25 mPa·s,动切力大于10 Pa,冲洗效率大于95%,与油基钻井液和氯化钙完井液均具有良好的相容性。     

新型强抑制性钻井液体系在大古1井的应用

针对塔河油田盐膏层、易塌地层的井壁稳定问题,引进了一种新型强抑制性钻井液体系。确定了该体系基本配方并 对其性能进行了室内实验,对乳化石蜡（RHJ-1）、乳液高分子强力抑制剂（DS-301）与井浆进行配伍性试验,并在大古1 井进行 了现场应用,分析了现场应用效果。研究结果表明,新型强抑制性钻井液体系与其他处理剂配伍性好,抑制性强,有效防止了井壁失稳,在大古1 井的成功应用对于该地区同类复杂地层的钻井作业具有重要的推广应用价值。     

石蜡纳米乳液钻井液技术在水平井中的应用

石蜡纳米乳液与阳离子乳液聚合物、复合金属离子、正电胶等钻井液复配使用，具有很好的润滑性能和防塌性能。分析了石蜡纳米乳液的作用机理，介绍了3种钻井液体系的配方及性能特点、现场维护处理措施和应用效果。在水平井钻井液中，用石蜡纳米乳液取代原油作为润滑剂，解决了江苏油田水网地区环境污染问题。以复合金属离子PMCA-2为主剂的阳离子乳液聚合物钻井液，能够克服钻井液失水控制难、中后期动切力不易控制的难题，同时提高了膨润土的容量限；使用正电胶后，可提高钻井液的动塑比和触变性，解决水平井井眼净化、井壁稳定和润滑防卡的技术难题。在江苏油田W2P3和W2P4井的应用过程中，井壁稳定，润滑性能良好，井下未出现遇阻、遇卡等井下复杂情况，井眼净化满足井下施工要求，保证了两口水平井的顺利施工。     

钻井液用阳离子聚合物反相乳液的研制及其应用

以白油为外相,过硫酸铵/亚硫酸钠为催化剂进行反相乳液聚合,得到了含15%KAA、5%阳离子单体的丙烯酰胺三元共聚物反相乳液,其工业品牌号为DS-301,可直接作为水基钻井液处理剂使用。搅拌下DS-301在水中的溶解时间小于2 min。在淡水基浆中加入0.4%DS-301时,钻井液常规性能可达到基本要求。含10%和20%NaCl的盐水基浆,加入1.2%DS-301时便显现良好的增黏切、降滤失效果。在相同加量下与两种商品聚合物乳液相比,淡水基浆中加入0.4%DS-301、含Ca2 Mg2 3.0 g/L的复合盐水基浆和饱和盐水基浆中加入1.5%DS-301时,钻井液滤失量较低,120℃热稳定性较好。DS-301已在中原文138断块易坦塌的沙二下、沙三段两口井钻井中成功试用,加入DS-301将聚磺-钾盐钻井液转换为乳液-钾盐钻井液,钻井顺利,井径扩大率分别为6.5%和8.8%,对比三口井分别为12.4%、18.1%、22.0%。表3参3。     

阳离子乳液聚合物钻井液在页岩气井的应用

常规聚合物钻井液在页岩气井钻井过程中易出现各种井下故障。经对页岩气井井下故障和页岩岩心分析研究,决定选择阳离子乳液聚合物钻井液钻进页岩地层。通过室内试验,对阳离子乳液钻井液的常规性能、抑制性、抗岩屑污染能力、润滑性和储层保护性等进行了评价,并在湘页1井和彭页1井进行了现场应用。应用表明,2口井施工过程中无阻卡现象,平均井径扩大率小于8%,钻井液抑制性能、润滑性能、储层保护性能等均满足页岩地层钻井施工要求。应用还表明,阳离子乳液聚合物钻井液可解决页岩地层井壁失稳和储层损害问题,缩短钻井周期,节约钻井液成本。该钻井液的成功应用,为页岩气井的勘探开发提供了宝贵的参考经验,其在页岩气井钻井施工中具有良好的推广应用前景。      

阿塞拜疆K＆K油田钻井液关键技术

阿塞拜疆K&K油田是国际上有名的复杂区块之一,具体表现为地层胶结疏松,成岩性差,岩屑造浆严重,塑变性强,钻井液流变性不易控制,井眼极易发生缩经,造成卡钻,目的层压力系数较高而且极不均衡,易造成高密度钻井液流变性更难控制.使用不同于国内应用的KC1聚合物钻井液在该油田钻了5口井,其中膨润土含量下降到20～30 g/L,KPAM和KC1含量分别上升到10～15 kg/m3和100～150 kg/m3.5口井施工顺利,钻井液性能良好,井眼优质,在高分散地层中较顺利地完成了高密度钻井液钻井.通过现场应用总结出,K&K油田钻井液技术的关键为高浓度的KPAM和KC1、低膨润土含量、低滤失量、有效的固相控制技术及良好的润滑性能,其中高浓度的KPAM和KC1加量、较低的膨润土含量又是最关键的技术.     

强抑制乳液钻井液在玛北1井二开钻井中的应用

针对玛北1井二叠系长裸眼井壁失稳问题,筛选了强抑制乳液钻井液体系,通过系列乳液处理剂和稳定剂的选择,使得乳液粒级从纳米级至微米呈广谱分布,增强了钻井液体系的封堵性和乳液稳定性。室内评价和现场应用结果表明,强抑制乳液钻井液体系具有很好的抑制、润滑、封堵等性能,玛北1井二开井段起下钻顺利,钻头工作正常,表明强抑制乳液钻井液体系具有良好的井壁稳定能力,应用效果显著。     

水基钻井液用低增黏提切剂的合成与性能评价

为了实现在调控钻井液黏度的情况下获得良好的携岩能力,以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸（DMAPS）和十六烷基疏水单体（C₁₆-D）为原料,采用自由基聚合法,制备了一种新型的两性疏水缔合聚合物（PAADDC）。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振（1H NMR）表征了PAADDC的分子结构,采用静态光散射（SLS）测定了聚合物的分子量,并对其流变性能进行了评价。结果表明,100℃老化16 h,加量为0.2% PAADDC的钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力和动塑比分别为18.5 mPa·s,11.5 mPa·s,7.0 Pa和0.61 Pa/mPa·s,抗温可达160℃。与常规增黏剂相比,PAADDC具有良好的热稳定性和更佳的抑黏增切效果。在60～180℃热老化实验中,动塑比值随PAADDC用量的增加而降低。环境扫描电镜（ESEM）和原子力显微镜（AFM）的观察表明,PAADDC在溶液中形成了连续的三维网状结构,这是其剪切强度显著提高的主要原因。      

水基钻井液用低增黏提切剂的合成与性能评价

为了实现在调控钻井液黏度的情况下获得良好的携岩能力,以丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）、甲基丙烯酰氧乙基-N,N-二甲基丙磺酸（DMAPS）和十六烷基疏水单体（C16-D）为原料,采用自由基聚合法,制备了一种新型的两性疏水缔合聚合物（PAADDC）。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振（1H NMR）表征了PAADDC的分子结构,采用静态光散射（SLS）测定了聚合物的分子量,并对其流变性能进行了评价。结果表明,100℃老化16 h,加量为0.2% PAADDC的钻井液的表观黏度、塑性黏度、动切力和动塑比分别为18.5 mPa·s,11.5 mPa·s,7.0 Pa和0.61 Pa/mPa·s,抗温可达160℃。与常规增黏剂相比,PAADDC具有良好的热稳定性和更佳的抑黏增切效果。在60～180℃热老化实验中,动塑比值随PAADDC用量的增加而降低。环境扫描电镜（ESEM）和原子力显微镜（AFM）的观察表明,PAADDC在溶液中形成了连续的三维网状结构,这是其剪切强度显著提高的主要原因。     

可降解清洁钻井液的研究及现场应用

针对煤层气井钻井过程中钻井安全和煤层保护之间的矛盾问题,研制了钻井液用提切剂BZ-2和固膜剂GMJ,并以此为核心开发了可降解清洁钻井液体系。对BZ-2和GMJ的抑制性、流变性、残渣量及对岩心强度的影响等性能进行了评价。实验结果表明,该体系的页岩回收率为93.5%;流变性好,动塑比达到0.93 Pa/mPafs,初切、终切、动切力分别为2.5、3.0、20.5 Pa;API滤失量控制在12 mL以内,残渣量为4.5 mg/L,岩心强度增加了16.7%。该体系已在山西沁水盆地南部晋城斜坡带郑庄区块4口井进行试验。试验效果表明,其解决了该区块多分支水平井的钻井安全和煤层保护问题,日产气量较邻井提高了2倍以上,测算稳定产气量在3 000~5 000 m3/d,具有较好的推广应用前景。      

XZ-新型高性能水基钻井液的研究及应用

为了解决准噶尔盆地深井储层钻探难度大,钻井成本较高等问题,基于"封堵、抑制、固化、双疏、润滑"理论,采用仿生抑制剂XZ-YZJ、仿生封堵剂XZ-FDJ、键和润滑剂XZ-RHJ、固化成膜剂XZ-CMJ、双疏剂XZ-SSJ等处理剂,形成了适合该区块的XZ-新型高性能水基钻井液。该钻井液具有较好的流变性能,且具有较好的长时间老化性能和抗污染性能,老化3 d后,或被2% CaSO₄或10%膨润土污染后,体系仍具有较好的流变性。该钻井液还具有较好的抑制性,对钠基膨润土岩心的线性膨胀降低率达94%以上;对于现场的泥页岩岩屑的滚动回收率均能达到95%以上。钻井液的这种较好的封堵性、润滑性、抑制性、低表面张力等有利于维持井壁稳定、润滑防卡、保护储层等,适用于复杂情况较多的深井及大位移井。现场试验表明,该钻井液体系可以降低井底复杂情况,缩小井径扩大率,缩短建井周期,满足了安全、高效、环保钻井的需要,具有很好的推广应用前景。      

龙凤山气田强抑制封堵型防塌钻井液技术

龙凤山气田泉头组及以上地层水敏性泥页岩发育,在钻井过程中经常发生垮塌、卡钻、扩径和泥包钻头等复杂情况,营城组地层裂缝发育,易发生井漏。针对该地区的地质特征与钻井要求,通过水化膨胀实验和抑制膨润土造浆实验,优选胺钾复合抑制剂NK-1作为钻井液抑制剂;通过失水造壁性能评价实验和岩心渗透率测试实验,优选了降滤失剂KFT-Ⅱ和封堵防塌剂ZX-8作为钻井液封堵防塌剂,在此基础上研制了强抑制封堵型防塌钻井液体系,并对其性能进行了综合评价。实验结果表明,该钻井液具有良好的流变性、失水造壁性、抑制性和封堵防塌性。在北209井的现场应用中,钻井液性能稳定,封堵性和防塌性能突出,解决了全井的井壁失稳问题,起下钻、电测和下套管作业无遇阻,满足了现场钻井施工和储层保护的需要。      

塔参—1井钻井液高温流变性研究与应用

通过阐述钻井液流变性与钻井工作密不可分的特点 ,引出钻井液高温流变性的重要性。重点介绍在塔参 - 1井运用测得的高温流变参数及回归方程 ,调整钻井液流变性 ,改善钻井液携砂能力 ,提高滤饼致密度 ,防止钻井液对井壁的冲蚀 ,以减少易坍塌井段由井塌引起的蹩钻、阻卡、下钻不到底、划眼频繁、甚至卡钻等的复杂局面 ,成功地为塔参 - 1井提供了技术支持。     

渤海油田调整井钻井液体系

近年来渤海绥中油田调整井中大斜度井、水平井逐年增加,地层压力衰减严重,导致原小阳离子钻井液体系（JFC）不能满足作业要求,主要体现为抑制性、流变性、抗污染能力和储层保护能力不足。为解决以上问题,开展了储层特性和泥岩理化性能研究,以及钻井液体系适应性分析,并以现有的钻井液体系为基础,通过室内实验优选了钻井液添加剂HAS。实验发现,HAS与小阳离子、聚胺、有机正电胶相比,具有更适合的抑制黏土水化膨胀效果;使用PF-VIF代替降滤失剂RS-1和增黏剂XC,钻井液的流变性和携岩能力都得到改善;包被剂PAC-HV和PAC-LV、HAS的协同作用可有效防止钻井液发生絮凝增稠,并能扩大固相容量限;复配使用封堵剂LPF和HTC可降低钻井液滤失量,提高钻井液的储层保护能力。形成的新型钻井液体系在现场应用后,钻井作业效率得到大幅度提升,馆陶组底砾岩井段倒划眼速度与之前相比提升30%,钻井周期缩短41.08 d,油井产量均达到或超过预测产量。      

次生有机阳离子聚合物钻井液技术

以无固相清液聚合物钻井液为基础，研制开发了次生有机阳离子形成剂CSJ-1和滤失性能控制剂FL-1，并组成了次生有机阳离子聚合物钻井液。该钻井液总结了阴离子和阳离子聚合物钻井液的特点，具有极强的抑制防塌能力和良好的性能可控性．可配制无固相和低固相体系，可采用PACl41、FA-367或HV-CMC来提高粘度。CSJ-1与阴离子型钻井液处理剂相容性好，具有与阳离子聚季铵相媲美的防塌能力以及增强高分子量聚合物絮凝能力的作用，而且在使用过程中可与常用聚合物处理剂优先发生作用，可用作絮凝剂或(和)防塌剂；FL-1在无固相和低固相体系中均有较好的降滤失效果。该钻井液技术在安塞、靖边等油田各类油气井中应用100多口井，均收到良好效果：有效控制了井塌，井眼规则，提高了电测一次成功率和机械钻速。