胶结型强封堵防塌剂的研制与性能评价

为改善准噶尔盆地南缘地区破碎性地层引起的钻井过程中井壁失稳及井漏问题,结合仿生强封堵理论,通过模仿贝壳的多层复合结构,研制了一种油基钻井液胶结型强封堵防塌剂XZ-OSD。通过扫描电镜和红外光谱表征了XZ-OSD的结构,评价了其热稳定性、降滤失效果和封堵性,并分析了封堵机理。结果表明,XZ-OSD的球状颗粒尺寸为50~200 nm。XZ-OSD的热稳定性较好,分解温度为250℃。XZ-OSD的降滤失效果显著,在基浆中仅加入1% XZ-OSD,油基钻井液API滤失量降低72.22%,150℃ 高温高压滤失量降低81.43%。XZ-OSD保护油气层效果显著,在堵漏浆中加入 1% XZ-OSD 后,岩心的正向封堵率和反向封堵率分别提高 2.89 倍和 0.4 倍。XZ-OSD高温封堵效果良好,在堵漏浆中加入6% XZ-OSD,180℃热滚16 h后的滤失量仅为2 mL。XZ-OSD在进入地层后,能进入不同尺寸孔隙、裂缝,通过桥塞和架桥作用封堵孔隙、裂缝,同时遇油膨胀,通过膨胀性能和XZ-OSD的胶结能力保证漏层承压能力,进而提高井筒稳定性,避免井漏等井下复杂事故发生。     

强封堵高密度油基钻井液在新疆油田高探1井的应用

高探1井是2018年新疆油田的一口风险探井,位于准噶尔盆地南缘冲断带四棵树凹陷高泉东背斜构造,该井塔西河组地层存在断层、破碎带,安集海河组地层具有极强水敏性,吐谷鲁群组地层存在高压水层。钻井过程中,易出现井壁失稳、阻卡、井下复杂情况高发等难题。针对该构造的地质特点,分析采用油基钻井液钻井过程中的技术难点,提出相应的技术对策。通过实验优选出强封堵高密度油基钻井液的配方,对其性能进行实验分析评价。实验结果表明,强封堵高密度油基钻井液30 min高温高压滤失量2.8 mL,60 min高温高压滤失量2.9 mL,30 min后滤失量趋于0;对安集海河组泥岩的膨胀率为0.7%,岩屑滚动回收率为97.6%;抗10%岩屑、15%水、4%水泥、15%NaCl、3%石膏污染;在?30 ℃下,钻井液的漏斗黏度126 s、初切8 Pa、终切16 Pa。现场应用表明,强封堵高密度油基钻井液能够解决新疆准噶尔盆地南缘冲断带四棵树凹陷高泉东背斜构造地层钻井的难题,复杂事故率降至1%,钻井周期缩短50%、钻井综合成本降低50%,提质提效效果显著。建议在新疆准噶尔盆地南缘地区强水敏性地层、高地应力地层等复杂地层超深井中进一步推广应用。     

阜康凹陷井壁失稳机理与封堵防塌油基钻井液体系

针对阜康凹陷区块钻井遭遇的井壁失稳难题,通过全岩矿物分析、黏土矿物分析、岩石微观结构特征分析研究了区块不同层位岩石的特性,发现以高岭土为主的易水化分散矿物含量高和岩石存在大量孔缝微结构是导致井壁失稳的主要原因。以F49井油基钻井液为典型,基于井壁失稳机理提出了钻井液性能优化方向;合成了双亲性聚丙烯酸树脂颗粒作为油基钻井液胶结型封堵剂FD-FK、多聚脂肪酸作为油基钻井液提切剂TQ-FK,经FD-FK与TQ-FK优化后,钻井液的低剪切速率下黏度与动塑比大幅提高,可封堵的孔隙直径范围从2～90 μm扩大至2～380 μm,承压达8 MPa,封堵防塌性能优良。在阜47井三开井段现场应用优化后的防塌封堵油基钻井液,复杂井段的平均井径扩大率仅为3.35%,应用效果优良,为阜康凹陷油气“安全、高效”钻井提供了一项有力技术支撑。      

顺北油气田奥陶系破碎性地层油基钻井液技术

针对顺北多口超深井采用水基钻井液钻遇奥陶系地层时井壁失稳和井漏并存的技术难题,通过井壁失稳机理分析,设计合成了具有三头双尾结构的Gemini型高温乳化稳定剂和支化型流型调节剂,采用微胶囊化处理方法研制了一种可在156℃以上的温度下激发后膨胀5.37倍以上的温度敏感型膨胀性堵漏材料,开发了一种抗高温强封堵低黏高切油基钻井液体系。室内评价结果表明,该体系抗温不小于180℃,所形成的油包水乳化液滴尺寸为1.2～26.9 μm,具有较宽的粒径分布,高温高压滤失量为2.4 mL ;塑性黏度不大于40 mPa·s,动塑比为0.31～0.40 Pa/mPa·s,与传统油基钻井液相比,塑性黏度降低10%～15%,动切力提高15%～25%,表现出优异的低黏高切特性和微裂缝的匹配性封堵能力。该体系在顺北Y井进行了现场应用,破碎性地层平均井径扩大率仅为7.77%,钻井过程中除出现一次短暂的放空性漏失外,未见其他明显漏失,避免了奥陶系破碎性地层井壁失稳,减少了裂缝性储层段油基钻井液损耗,助力了亚洲陆上最深定向井纪录的创造和顺北油气资源的提速、提效开发。      

准南地区霍尔果斯构造超高密度油基钻井液技术应用

新疆油田准噶尔盆地南缘霍尔果斯区块属于山前构造,古近系渐新统—始新统安集海河组具有高陡、高压、断层多、破碎强烈、超强水敏的岩性特点。在钻井过程中,容易出现井壁失稳、阻卡、井下复杂情况高发、井斜控制困难、时效低、钻井周期长、投资成本高等难题。为此,根据安集海河组泥岩的物理化学特征,分析采用油基钻井液钻井过程中的技术难点,提出相应的技术对策,通过实验优选出超高密度油基钻井液的配方,对其性能进行实验分析评价。研究结果表明:①超高密度油基钻井液具有好的抑制性、封堵性、抗污染性和低温流变性;②超高密度油基钻井液能够很好地解决新疆准噶尔盆地南缘霍尔果斯构造古近系强水敏性地层钻井的难题,钻井速度得到大幅提升,钻井周期明显缩短,钻井综合成本大幅降低,HSE方面的问题得到有效解决;③建议在新疆准噶尔盆地南缘霍尔果斯构造古近系进一步推广使用。     

准噶尔盆地硬脆性页岩强化致密封堵水基钻井液技术

为解决准噶尔盆地硬脆性页岩地层井壁失稳的问题,在分析准噶尔盆地硬脆性页岩矿物组成与组构特征的基础上,根据多元协同井壁稳定理论,提出了以多尺度致密封堵为核心的协同稳定井壁技术对策,构建了多尺度致密封堵水基钻井液YHDF-1和YHDF-2。矿物组成和组构特征分析结果得知,准噶尔盆地硬脆性页岩地层井壁失稳与“微裂缝–裂隙–孔隙”的多尺度特征密切相关,加强封堵微纳米尺度缝隙,提高抑制页岩表面水化的能力,发挥合理密度钻井液有效应力支撑井壁的作用,才能协同强化稳定井壁。性能评价结果表明,多尺度致密封堵水基钻井液YHDF-1和YHDF-2可耐150 ℃高温,其400 mD砂盘的PPA滤失量分别为17.8和13.2 mL,可使页岩的渗透率降低90%以上。钻井液YHDF-1和YHDF-2分别在准噶尔盆地的D-72井和D-12井进行了现场试验,钻井过程中均未出现井壁失稳现象,试验井段平均井径扩大率均小于10.0%,电测均一次成功。研究和现场试验结果表明,多尺度致密封堵水基钻井液YHDF-1和YHDF-2具有优异的封堵防塌性能,可以解决准噶尔盆地硬脆性页岩地层井壁失稳的问题。      

SHBP-1超深井三开长裸眼钻井液技术

针对SHBP-1井在钻井过程中可能出现的井壁失稳及漏失等复杂问题,对其原因及技术难点进行分析,提出了该井的井壁稳定、防漏堵漏技术思路,选用强抑制强封堵防塌钻井液体系,以满足地层特性对钻井液抑制性、降失水及封堵的要求,筛选了复合抑制剂KCl+SMJA、镶嵌成膜防塌剂SMNA-1、纳米封堵剂SMNF-1,以进一步提高钻井液的抑制性、封堵性及防塌性能,降低高温高压滤失量。经现场应用表明,优化后的强抑制强封堵防塌钻井液流型易于控制,维持井浆中0.5% SMJA、3% KCl、2.5% SMNA-1,保障了钻井液有强的抑制防塌性;在易漏地层使用了纳米封堵剂2% SMNF-1、超细碳酸钙等随钻堵漏材料,避免了井漏的发生,顺利完成了该井的施工,三开井段扩大率仅为3.49%。该套钻井液技术顺利解决了SHBP-1井三开的井眼失稳及井漏问题,为后续类似井的钻井提供借鉴。      

SHBP-1超深井三开长裸眼钻井液技术

针对SHBP-1井在钻井过程中可能出现的井壁失稳及漏失等复杂问题,对其原因及技术难点进行分析,提出了该井的井壁稳定、防漏堵漏技术思路,选用强抑制强封堵防塌钻井液体系,以满足地层特性对钻井液抑制性、降失水及封堵的要求,筛选了复合抑制剂KCl+SMJA、镶嵌成膜防塌剂SMNA-1、纳米封堵剂SMNF-1,以进一步提高钻井液的抑制性、封堵性及防塌性能,降低高温高压滤失量。经现场应用表明,优化后的强抑制强封堵防塌钻井液流型易于控制,维持井浆中0.5% SMJA、3% KCl、2.5% SMNA-1,保障了钻井液有强的抑制防塌性;在易漏地层使用了纳米封堵剂2% SMNF-1、超细碳酸钙等随钻堵漏材料,避免了井漏的发生,顺利完成了该井的施工,三开井段扩大率仅为3.49%。该套钻井液技术顺利解决了SHBP-1井三开的井眼失稳及井漏问题,为后续类似井的钻井提供借鉴。     

阿根廷圣豪尔赫湾油田复杂地层防塌钻井液技术

阿根廷圣豪尔赫湾油田二开钻遇地层以泥岩和凝灰岩为主,地层破碎且微裂缝发育,岩石中蒙脱石和石英含量高,水敏性强,在应用BIOCAT钻井液钻进二开井段时井塌频繁,井径扩大率超过100%,每年有2~4口井因井塌而报废。为此,优选防塌抑制性能强的SRIPE-inhibitor系列抑制剂代替BIOCAT抑制剂,并添加非渗透剂SMT3、弹性石墨和碳酸钙等封堵材料,形成了非渗透强抑制防塌钻井液。室内抑制性能评价结果表明,非渗透强抑制防塌钻井液比BIOCAT钻井液具有更强的防塌抑制性能,膨胀率降低10百分点以上,回收率提高60~70百分点,坍塌周期延长1倍。阿根廷圣豪尔赫湾油田24口井应用了非渗透强抑制防塌钻井液,与应用BIOCAT钻井液的邻井相比,井塌明显减少,二开井段井径扩大率由100%降至10%,钻井周期缩短15%,钻井成本降低10%。这表明,非渗透强抑制防塌钻井液可解决阿根廷圣豪尔赫湾油田二开井段井壁失稳的问题。      

高性能水基钻井液在洪69井的应用

为了解决洪浩尔舒特凹陷达林西构造钻井过程中存在的机械钻速慢、井壁失稳和储层损害等问题,研发出了一套含有胺基聚合物的低固相高性能水基钻井液,它具有良好的抑制性和封堵性,能在岩心端面形成良好的封堵层,渗透率恢复值大干85%.洪69井在使用该体系钻井的过程中,起下钻畅通,未发现井壁掉块现象,井径扩大率小于5%,电测一次成功,与邻井洪21井相比,洪69井的钻井液密度降低了0.1 g/cm3,机械钻速提高了1.6倍,钻井周期减少了18.4d,井径扩大率降低了58.14%.     

页岩气井钻井液井眼强化技术

页岩气地层有着易表面水化剥落掉块、微裂缝发育、脆性好而裂缝易压裂等理化特性,目前,页岩气开发中常用的油基和合成基钻井液体系,起到了很好的防塌防卡效果。但随着开发的深入和地层特性的变化,如钻遇破碎带、裂缝异常发育的地层,采用油基体系仍然会出现大量掉块和严重井塌。为了解决易破碎性地层又垮又漏的复杂情况,需要及时有效地强化已形成的井眼。在钻井液中引入井眼强化剂YH11和BT100,室内实验对加入2种处理剂的钻井液进行了评价,研究出了一套适用于页岩气钻井液的井眼强化技术。该钻井液密度可调范围大,现场可控制在低密度范围1.14~1.50 g·cm-3,该体系抑制能力强,在防漏方面实现了低密度钻进,并且该钻井液体系具有良好的成膜封堵效果,解决了井壁稳定和承压能力低的矛盾,减少了井下复杂情况,确保了井下安全,进一步促进了机械钻速的提高。室内实验和现场应用都表明,井眼强化剂能及时胶结破碎性地带和封堵微裂缝而使井壁变得更致密,大大降低井壁的孔隙度和渗透性,有效阻止液柱压力向井壁孔隙的传递和阻止滤液的深度侵入,减少井壁支撑力的损失,获得防塌和防漏的双重效果。      

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。      

碱探1井超高温水基钻井液技术

碱探1井是位于柴达木盆地中央鼻隆带碱山构造的一口重点风险探井,钻探的主要目的是探索碱山构造基岩含气性,该井完钻井深为6343 m,实测井底最高温度达到235℃,为目前国内陆上钻井井底温度最高记录之一。该区块地层存在裂缝发育、长段膏泥岩层、高压盐水层、高浓度CO₂、高地温梯度,施工过程中井塌、井漏、溢流、膏泥岩层蠕变缩径等复杂因素相互交织。室内通过开展超高温稳定性能、流变性能以及超高温下的滤失性控制等方面的技术攻关,在有机盐钻井液的基础上,通过对国内外超高温降滤失剂、封堵防塌剂、润滑剂、热稳定剂等的筛选及优化,形成碱探1井抗240℃超高温有机盐水基钻井液的最终配方。该配方钻井液在老化72 h后,高温高压滤失量保持在10 mL以内、润滑系数小于0.1、砂床侵入深度小于12 cm。另外,该井四开、五开钻遇微裂缝及基岩风化壳,裂缝多次发生漏失,优选耐温性能良好的刚性、柔性及胶质封堵材料,形成了碱探1井超高温堵漏技术配方,漏失井段承压能力逐步提高,为超深井段的井壁失稳和井漏的预防治理发挥了关键作用,顺利完成了柴达木盆地第一超高温井碱探1井的钻探保障任务。      

低活度高钙聚胺钻井液在准北101井的应用

针对准北区块地质构造复杂多变、存在多个破碎带且裂缝发育、容易引发严重井壁失稳问题,研制出低活度高钙聚胺钻井液体系,该体系容钙量可达3.0%,活度可调节至0.95以下,膜效率保持在0.2以上,起到了稳定泥页岩井壁的作用。在准北101井应用结果表明,从2000~4200 m开始,维持钻井液活度在0.95以下,Ca2+浓度维持在6000 mg/L以上,全井无漏失,无井壁失稳问题,二开平均井扩大率为6.96%,三开平均井扩大率为0.59%,取得了很好的井壁稳定效果。进一步优化固控设备,降低钻井液劣质固相含量,同时提高钻井液润滑性能,为准噶尔盆地北部地区油藏高效开发提供了可靠保障。      

水基安全高效钻井液技术在准中区块的应用

准中区块地质构造复杂、储层埋藏较深,同一裸眼井段存在多套压力体系,中下部地层发育硬脆性泥岩,西山窑组及八道湾组地层煤层节理微裂缝发育,容易频发大量掉块、坍塌、卡钻等井壁严重失稳事故。在分析准中区块地层失稳因素及机理情况下,提出了深井井眼稳定原则和提速原则,研制出了适合准中区块的水基安全高效钻井液技术。该技术在准中1和准中4区块现场应用完钻6口井,复杂时效降低了86.74%,平均机械钻速相比同区块邻井分别提高了46.03%和25.39%;平均井眼扩大率相比同区块邻井分别降低了69.07%和45.18%,达到了稳定井壁、提高机械钻速的目的。      

微纳米井壁强化技术在长宁“大坝东”区域的应用

长宁公司“大坝东”区域受构造作用、岩性组分等因素影响,龙马溪组微裂缝发育,原生孔径主要分布在0.05～2 μm之间,地层稳定性差,钻进过程阻卡严重,单纯通过上提钻井液密度,未能有效控制井眼垮塌,且钻井现场的封堵类添加剂属于微米级,缺乏纳米级封堵添加剂,不能有效封堵纳米级孔缝,同时不利于形成渗透率更低的封堵层,阻缓井筒压力向地层传递。引入纳米级石墨烯封堵剂,补全钻井液微观固相级配,配合地质力学建模,确定合理的密度,匹配性能调控工艺,形成微纳米井壁强化技术。在宁209H69平台现场应用过程中,钻井液性能稳定,全井段无事故复杂,平均井眼扩大率不大于8%,井径规则,有效地预防了井眼垮塌。      

塔河南岸跃满区块三叠系防塌钻井液研究与应用

针对塔河南岸跃满区块三叠系井段井壁垮塌严重的问题,对井壁失稳机理及防塌钻井液体系研究。三叠系地层岩性为泥岩和砂泥岩,黏土矿物含量为28.6%,黏土矿物中伊蒙混层含量45%,岩石吸水后抗压强度下降,现场钻井液密度低于井壁坍塌压力当量密度,这些是井壁坍塌的主要内因。现场钻井液滤失量大、泥饼厚而韧性差,岩屑滚动回收率和线性防膨率低,封堵性差,固相颗粒粒径分布不合理,这些是井壁坍塌的主要外因。通过优选降滤失剂、复合防塌抑制剂,引入防塌封堵剂FTDA等研究出防塌钻井液体系。该体系API滤失量和高温高压滤失量低,泥饼薄而且韧性好;岩屑滚动回收率比现用体系提高15.7%,对砂盘的封堵性提高50%以上。现场应用时钻井液流变性稳定,滤失量低,无卡钻、无掉块现象,平均井径扩大率为10.35%,比该区块平均井径扩大率下降50.24%。该体系的应用为跃满区块三叠系井壁稳定提供一种新的技术思路。      

裂缝性泥页岩地层防塌误区及强封堵防塌对策

对于裂缝发育等破碎性地层,在井筒内外压差作用下钻井液极易沿裂缝等天然通道侵入地层,致使近井裂缝发育带孔隙压力增加,引发泥页岩水化膨胀及强度性能下降,导致坍塌压力增加,从而使得井壁垮塌越加严重,搞清破碎性地层垮塌机理至关重要。结合延安气田石盒子和石千峰组裂缝性泥页岩“越提密度、垮塌越严重”井塌处理误区,指出缺乏对裂缝有效封堵是症结所在。为此提出适用于裂缝发育等破碎性地层“封堵为先、抑制水化、合理密度”的防塌技术对策,在此基础上,优选出延安气田强封堵钻井液配方并在现场成功应用,相关技术思路及研究成果可为类似破碎性地层防塌提供参考。      

苏里格气田水平井斜井段防漏防塌钻井液技术

苏里格气田水平井斜井段施工中漏层、垮塌层在同一裸眼井段中,漏失、垮塌矛盾突出,尤以苏54区块最为明显。该区块刘家沟组承压能力低,易漏失,双石层组坍塌压力高,易垮塌,代表了苏里格气田地层主要特性。针对该技术难点,通过室内配方优化,研究出一套“低土相、强封堵、低密度”的复合盐钻井液体系,使钻井液中含有一定的有用固相,加入2%乳化沥青、3%超细碳酸钙和1%聚乙二醇,并在井斜30°后加入适量预水化白土浆,将使钻井液中膨润土含量控制在50 g/L以内,有效地增强体系的护壁性,改善泥饼质量,同时提高钻井液的动切力,增强其携砂洗井能力,降低钻井液密度和施工排量。现场应用证明,该体系适合苏里格气田的地层特点,具有很好的防塌性,较强的防漏能力,应用效果显著。