川西须家河组页岩气水基钻井液技术

油基钻井液是页岩气开发常用的钻井液体系,但存在污染大、费用高等问题,通过改进水基钻井液体系开发页岩气藏可以有效地解决上述问题。对川西须家河组五段泥页岩的工程地质特征进行分析发现,该层属硬脆性泥页岩,膨胀性矿物体积分数低,微裂缝发育,井壁失稳是影响水基钻井液使用的主要因素。通过室内实验优选了抑制剂、封堵剂和降失水剂,形成强抑制强封堵的聚胺仿油基水基钻井液体系。该体系具有较强的抑制封堵性、抗污染性、润滑性和优良的流变性,同时具有较低的中压失水和高温高压失水,在川西XYHF-1井页岩层现场进行了应用。结果表明,该体系能有效防止页岩层吸水膨胀、缩径垮塌,确保钻井施工安全,在川西页岩气藏开发过程中具有广泛的应用前景。     

超低摩阻水基钻井液在页岩气水平井的应用

油基钻井液具有优异的抑制性、封堵性、润滑性,是目前页岩气井作业的主要钻井液类型,但其对生态环境造成严重影响、过高的成本及废弃钻井液和钻屑处理压力限制了其在钻井中的应用。涪陵焦石部署4口水平井,钻探目的层为龙马溪组-五峰组,目的层含大段泥页岩,裂缝发育,易水化分散、垮塌漏失风险大。针对涪陵水平井要求低摩阻及地层泥页岩易发生井壁失稳的特点,研究了一套超低摩阻水基钻井液体系。该体系具有较好的流变和抑制性能,同时具有和油基钻井液相当的润滑性能。现场应用表明,超低摩阻水基钻井液实现了页岩气井水平段全流程高效安全作业,与同区块油基钻井液相比机械钻速提高了24.7%,每米钻时降低了6.2%,水平段起下钻1～2次,而油基钻井液需要2～3次,其中涪陵X4井水平段长2235 m,创完钻时国内页岩气水平井水基作业记录。该超低摩阻水基钻井液在涪陵页岩气的成功应用有望实现页岩气水基钻井液替代油基钻井液作业。     

烷基糖苷衍生物钻井液研究及在长宁H26-4井的应用

针对川南页岩气地层特点,长水平井的钻井要求,研发了一种新型的水基钻井液体系-烷基糖苷衍生物(ZYAPD)钻井液体系,并通过室内评价了其基本性能、井壁稳定能力、润滑性。结果表明,该钻井液体系具有良好的流变性能,高密度条件下高温高压失水小于5 mL;90℃条件下对露头页岩岩心连续浸泡,ZY-APD钻井液在50 d内与油基钻井液井壁稳定能力相当;润滑系数小于0.1。该钻井液在长宁H26-4井的应用过程中,井壁稳定、携砂效果及润滑性能良好。该体系较好满足了页岩气水平井钻井施工技术要求。     

类油基水基钻井液体系研究与应用

针对页岩气层等含易坍塌地层储层开发采用油基钻井液时存在的成本高、污染环境等缺点,以聚醚胺基烷基糖苷NAPG为主剂,并配套其他处理剂,研发出一种在抑制及润滑性能方面类似于油基的环保型水基钻井液。室内研究结果表明,该类油基水基钻井液体系在抑制性能、润滑性能方面与油基钻井液相当,抗温达140℃,具有良好的抗土、抗钻屑、抗原油、抗水污染的性能,EC₅₀为128 400 mg/L;无生物毒性,静态渗透率恢复值达90%以上。现场应用结果表明,该钻井液体系性能稳定,抑制防塌能力强,润滑性能好,有效地解决了云页平-6井二开造斜段摩阻大、定向易托压的难题,具有推广应用前景。      

页岩气水基钻井液在YS-AB井现场试验与认识

针对川南页岩气井地层特点和前期页岩气水基钻井液应用情况,通过引入插层抑制剂、双疏抑制剂、键合润滑剂、封堵剂4种核心功能性处理剂对页岩气水基钻井液进行优化,室内评价表明,页岩气水基钻井液性能与油基钻井液接近。在昭通YS-AB井顺利完成该井直井段、造斜段和水平段钻井作业,该页岩气水基钻井液具有良好的抑制性、封堵性,岩屑返出成型,井壁稳定;但对于井眼轨迹变化较大井段,润滑性在工程表象上与油基相差较大。通过对2015年以来页岩气水基钻井液试验应用情况的综合分析,提出了针对川渝地区页岩气水基钻井液存在问题与认识误区,建议适度放宽高温高压滤失量的要求,降低塑性黏度,适当提高结构黏度,强化悬浮稳定性,缓解水平段"岩屑床"与"重晶石床"的形成,以降低钻具摩阻、扭矩。     

新型水基钻井液在延长油田页岩气水平井的应用

页岩气钻井多采用油基钻井液,以解决井壁垮塌等复杂情况,但油基钻井液存在成本高和污染环境等弊端。随着新环保法公布和环保意识不断提升,研发出适合页岩气钻井的水基钻井液迫在眉睫。延长油田是国内首个国家级陆相页岩气示范区,为此,以延长油田为例,对延长油田延长组页岩矿物组成和微观结构进行了全面分析,揭示了该地区井壁失稳机理及钻井液构建思路。并在此基础上,对钻井液体系关键处理剂进行优选及配方实验,研发出了一套新型水基钻井液体系,其各项性能与油基钻井液相当,HTHP失水仅4.6mL,滚动回收率达到了95%以上,极压润滑系数0.103。现场应用结果表明,新型水基钻井液能够满足延长油田页岩气水平井对钻井液的性能要求,有效保证井下安全。同时,对国内页岩气水基钻井液的研究和发展具有一定的参考价值。     

川西页岩气藏新型水基钻井液体系的性能评价及现场应用

针对川西页岩气藏微裂缝发育,多为硬脆性泥页岩的成藏特征,提出了一种新型的水基钻井液体系——强抑制强封堵聚胺仿油基水基钻井液体系(CXWBM-1),并通过室内实验评价了其全性能、抑制性能、封堵性能、润滑性能以及抗污染性能。结果表明,CXWBM-1钻井液体系对川西页岩岩样第二次回收率达到95%以上,能有效封堵0.5~15μm微裂缝或微孔,钻井液体系的API失水在2mL以内;体系的黏滞系数和摩阻系数均较低,润滑性能好;体系具有一定的抗盐、抗钙和抗岩屑污染能力。在川西XYHF-1井页岩气层的应用表明,研制的新型水基钻井液体系能够很好地预防页岩层的吸水膨胀和缩径垮塌,可确保钻井的施工安全。该钻井液体系在同类页岩气藏的钻井开发过程中,具有很好的应用前景。     

低毒环保型油基钻井液体系室内研究

为了提高油基钻井液的环保性能,解决其生物毒性高、难于降解等问题,研制了低毒环保型油基钻井液。通过对普通原料油进行脱硫脱芳处理得到新型低毒油基钻井液用基础油,采用复合改性剂和新工艺处理有机土得到新型改性有机土,并对钻井液处理剂及加量进行优选,最终形成了低毒环保型油基钻井液体系。室内试验结果表明,该钻井液体系的高温高压滤失量为3.2~9.5 mL,沉降密度差最高0.06 g/cm3,破乳电压高达1 190 V以上,水侵和劣质土侵后乳化体系还可以保持稳定,二次岩屑回收率达到99.17%,线性膨胀率仅为1.92%,岩心渗透率恢复率达88.5%~94.6%。研究结果表明,低毒环保型油基钻井液体系的流变性、稳定性、抗污染性、润滑性、抑制性和储层保护性能良好,可满足复杂地层深井、超深井安全高效钻井的需求及环保要求。      

强抑制性水基钻井液在长宁区块页岩气水平井中的应用

近年来,随着新环保法的颁布和环保观念的增强以及降低钻井成本的压力,页岩气储层井段常采用油基或合成基钻井液钻进使用范围越来越小,研发并应用页岩气水基钻井液成为当前开发页岩气的热点和重点攻关技术。通过分析页岩气储层地质特征,针对其页理发育、孔隙度低、渗透率低、微裂缝发育、强分散性、易剥落掉块和垮塌的特点,以及长水平段深井钻井防黏卡、强封堵防塌、低摩阻、良好润滑性等工程需求,以抑制性、封堵能力、润滑性和流变性为核心和重点研究对象,自主研发出一套页岩气水基钻井液配方,并在四川盆地长宁页岩气区块试用。应用结果表明,该钻井液配方精练,维护处理简单,性能稳定,具有优良的抑制性、封堵性、润滑性和流变性,以及滤失量低等特点,完全满足长宁区块页岩气水平井地质和工程需求,为优质安全快速钻井提供了有力的技术支持。该页岩气水基钻井液可取代目前页岩气钻进中常用的油基和合成基钻井液,既可节约钻探成本,又能大幅降低环保压力,具有广阔的推广应用前景。     

四川盆地涪陵地区页岩气高性能水基钻井液研发及效果评价

目前油基钻井液本身存在的环保性能不足、成本过高、工艺复杂等缺点,以及常规的普通水基钻井液体系的页岩井壁稳定性和润滑性不能满足页岩水平井钻井需要的问题。研制并构建了一套由成膜封堵剂、抑制剂和类油基润滑剂3种主剂所组成的高性能水基钻井液体系。该钻井液体系具有良好的页岩井壁稳定性、与油基钻井液相当的封堵、润滑性能、生物毒性低、水基钻屑可以直接排放。这种页岩气高性能水基钻井液体系能够满足涪陵页岩气田钻井中长水平段的应用要求。     

一种页岩气疏水强封堵水基钻井液

四川龙马溪组页岩地层水敏性强、微裂缝及裂缝发育,钻井过程中井壁坍塌事故频发,严重制约了页岩气的高效开发。为解决上述难题,引入了一种既能抑制页岩水化膨胀与分散,又能封堵孔隙、微裂缝及裂缝,同时使页岩表面疏水的改性二氧化硅封堵剂。并以该封堵剂为核心,优选降滤失剂、润滑剂等,研制了一种疏水强封堵水基钻井液。该钻井液既具有良好的流变性、降滤失性,又具有优异的抑制、封堵、疏水和抗污染能力。该钻井液的页岩回收率达90.2%,对40～60目砂床渗入深度仅为1.5 cm,密度为2.2 g/cm3时高温高压滤失量为7.2 mL。      

新型无土相油基钻井液研究与现场试验

针对常规有土相油基钻井液因有机土及沥青降滤失剂等黏度效应较大、不利于流变性控制和低密度白油油基钻井液适用范围窄的问题,以自主研发的增黏提切剂、乳化剂和聚合物降滤失剂为基础,通室内试验考察了其配伍性并优选了其加量,形成了无土相油基钻井液。室内试验结果表明,无土相油基钻井液在油水比为70:30~100:0、温度为80~160℃、密度为0.9~2.2 kg/L时,塑性黏度可控制在55 mPa·s以内、破乳电压在450 V以上,API滤失量小于2 mL,抗钻屑污染达30%,抗水污染达20%,加重材料对润滑性能影响非常小。焦石坝区块4口页岩气水平井的现场试验表明,无土相油基钻井液原材料少,维护处理简单,流变性易于控制,固相含量低,具有良好的剪切稀释性,有利于降低循环压耗,提高机械钻速。      

油基钻井液防漏堵漏技术

油基钻井液因稳定性高并能抑制页岩水化膨胀和分散而被认为是高活性页岩、油页岩及致密岩地层的"黄金选项"。但高成本及比水基的更易漏失等因素制约了油基钻井液使用。从油基钻井液漏失机理出发,通过机理评价及漏失原因分析,研发了适用于该钻井液堵漏的纳米封堵剂,并通过粒度分析及突破压力实验等方法对其进行了表征。结果表明:研发的具有弹性的油基钻井液纳米封堵剂有合理粒度级配(60~500μm),与油基钻井液有良好配伍性,突破压力达10 MPa以上。牛94井施工成功封堵了地层裂缝,避免了井漏进一步发生。该研究成果为油基钻井液在泥页岩、油页岩及细砂岩地层应用提供了技术保障。     

球状凝胶复合封堵剂的研制与应用

为解决涪陵地区页岩气储层层理、裂缝发育导致的油基钻井液漏失严重的问题,通过分析页岩气地质特征及油基钻井液特性,研制出纳微米级可变形球状凝胶,辅配优选出的片状、纤维状封堵材料,合成了球状凝胶复合封堵剂。室内评价表明,在油基钻井液中加入2.4%球状凝胶复合封堵剂后,高温高压滤饼厚度由4.0 mm减小至1.5 mm,高温高压滤饼渗透率降低97.66%,20/40目石英砂床封堵承压能力由2 MPa提高至17 MPa。该球状凝胶复合封堵剂在涪陵地区66口井的现场应用结果表明,其与油基钻井液的配伍性好,可随钻封堵微孔、微裂缝,防止或减少钻井液漏失,从而有效降低油基钻井液的钻进损耗。      

适用于页岩气水平井的低摩阻硅酸钾钻井液体系

当前环保形势日趋严峻,亟待广大钻井液从业者开发出一套可替代油基的水基钻井液体系,来解决页岩气水平钻进过程中存在的摩阻、井壁稳定以及井眼清洁等一系列难题。本次研究在硅酸钾钻井液强抑制、强封堵、易成膜的基础上,开发引入了一种具备协同封堵能力的强效水基润滑剂,并通过系列筛选和评价实验,构建了一套低摩阻硅酸钾钻井液体系。其润滑系数在0.08左右,抗磨砝码质量达到10 kg,具备媲美油基钻井液的润滑和抗磨性能;同时具有较低滤失量（FL_HTHP小于6 mL）;此外该体系还有较强的抑制和抗污染能力,流变易于控制,完全能满足页岩油气藏的开发需要。      

页岩气水平井低油水比油基钻井液研制及应用

针对页岩气水平井钻探过程中井壁失稳风险大、钻井液性能要求高和商业开发降本提效的迫切需求,基于页岩储层特征、水平井工程施工要求,构建、研制了一套性能稳定的低油水比油基钻井液体系。室内试验表明,该油基钻井液具有良好的热稳定性、抗污染性、封堵性和乳化稳定性,而且塑性黏度较低、切力适中、流变性能较好,可以满足页岩气水平井钻井的要求。低油水比油基钻井液在涪陵页岩气田5口井进行了现场应用,通过采取低油水比胶液维护、固相控制和随钻封堵等配套措施,实现了将油水比控制在70/30以下,较该气田以往油基钻井液基础油用量降低15%,获得良好的降本效果。页岩气水平井低油水比油基钻井液能有效降低涪陵页岩气田钻井成本,有力支撑了页岩气低成本商业开发,对国内其他地区页岩气开发也具有借鉴意义。      

GW-1油基钻井液增黏剂的合成和性能

随着页岩气的快速发展,各种页岩层地质复杂情况带来的问题相继暴露出来,油基钻井液逐步成为页岩气地层水平井的首选。但是在一定条件下,油基钻井液也面临流变性不好、黏度低、携带岩屑能力差等问题。针对上述问题,通过缩聚法研制了一种GW-1油基钻井液增黏剂。分别采用红外光谱仪、热重分析仪对GW-1的结构及其热稳定性能进行了分析,同时评价了GW-1在油基钻井液体系中的性能。实验结果显示:GW-1增黏剂热稳定性良好,抗高温;GW-1加入到油基钻井液体系后,增黏效果显著,同时还能提升钻井液的电稳定性,大大降低了油基钻井液的滤失量,是一种很好的油基钻井液增黏剂。