深水高温钻井液体系研究

深水高温高压井作业面临气体水合物、高温、井漏等诸多问题,严重影响深水油气资源开发作业安全。为此室内构建和评价了一套深水高温高压钻井液体系,通过引入抗高温抗盐聚合物改善保障高温性能,通过引入纳微米封堵材料提高井壁封堵稳定性,通过使用水合物抑制剂来预防水合物的生成。该体系经评价抗高温达200℃、封堵承压性能好、模拟地层条件下无水合物生成,为海上深水高温高压井作业提供了钻井液技术支持。     

强抑制水基钻井液在连续管侧钻井中的应用

针对辽河油田法哈牛区块地层造浆严重、井壁失稳问题突出、连续管钻井携岩困难及黏卡几率高等难题,优选了聚胺抑制剂、封堵剂和高效润滑剂,形成了一套强抑制水基钻井液体系。室内性能评价表明,该钻井液抗温180 ℃,抗盐20%,抗钙5%,抗钻屑25%,岩屑滚动回收率98.7%,岩心渗透率恢复值大于90%,能封堵0.1~0.3 mm裂缝,并具有较高的承压能力和抗返排能力,润滑性能与油基钻井液相当。强抑制水基钻井液在法51-新161C连续管现场试验井应用过程中性能稳定易调整,携砂能力强,机械钻速高,井径规则,储层保护效果明显。研究表明,强抑制水基钻井液完全满足泥页岩地层连续管钻井施工的技术需求,具有推广应用价值。     

微泡钻井液室内研究及性能评价

微泡钻井液是一种适用于低压易漏地层的新型钻井液。通过对起泡剂和稳泡剂进行优选,开发出抗温135℃的微泡钻井液。室内评价结果表明,微泡钻井液抗温、抗污染能力强,同时具有良好的抗压缩、密度还原特性和承压封堵性能。在20~40目砂床中,微泡钻井液承压封堵能力达20 MPa以上;经显微镜微观表征,微泡呈球形,粒径分布集中在50~200μm之间。     

大港滨海区块磺酸盐共聚物高温海水基钻井液

大港滨海区块钻遇层系多,岩性复杂,深探井井底温度高达180℃、易发生井漏、井壁失稳、卡钻等复杂情况,高温钻井液维护困难。通过分析该区块高温地层钻井液技术难点,合成出了抗200℃的磺酸盐共聚物DSP,并在室内优选出了抗200℃的高温海水基钻井液。该抗高温钻井液在200℃下的高温流变性好,不同密度的该钻井液流变曲线均符合塑性流体宾汉模式,且性能可调、热稳定性好,具有较好的抑制性和润滑性能;抗盐达8.0×104mg/L,抗钙达5.0×103mg/L;岩心渗透率恢复值高达88.17%,滤液对岩心的侵入深度小于1cm,满足大港滨海区块深探井高温高效、提速钻井的要求。     

纳米钻井液提高地层承压能力实验

地层岩石通常存在胶结面疏松、微裂隙发育等特征，在正压差的水力劈尖作用下容易形成诱导裂缝，进而发生井漏。因此，避免诱导裂缝的形成从而达到防漏效果是防漏钻井液技术的研究重点。利用人造岩心模拟地层岩石，采用自制的YLCS-1小型压裂测试装置来检测地层的承压能力，针对不同纳米水基钻井液对地层封堵承压情况进行了探讨。实验结果表明，纳米材料对钻井液性能影响不大，但对岩石的漏失压力具有显著影响，能够提高岩石承压能力达3 MPa。纳米材料配合乳化沥青与聚酯微米颗粒能够进一步提升地层漏失压力，说明利用纳米材料可以实现物理堵塞、填充微裂隙并在井壁上形成有效封隔层，提高井壁岩石强度并阻碍流体侵入地层，有利于提高地层承压能力，对于防止井漏具有积极意义。     

抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明:柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。      

抗高温纤维强化凝胶颗粒堵漏剂

井漏是钻井过程中常见的复杂难题,针对常用聚合物凝胶堵漏剂抗温性能差、承压封堵能力弱的问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、甲基丙烯酸丁酯和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸为单体,柔性纤维为强化材料,过硫酸铵为引发剂,通过与自制大分子交联剂BWL聚合反应,制备了一种新型抗高温纤维强化凝胶堵漏剂。研究了柔性纤维对凝胶堵漏剂流变性能的影响,通过扫描电镜、热重、承压堵漏实验等对凝胶堵漏剂的微观结构、热稳定性、吸水膨胀性和承压堵漏性能进行了研究。结果表明：柔性纤维增强了凝胶堵漏剂的空间网架结构,使其韧性更强;凝胶堵漏剂颗粒具有良好的热稳定性和吸水膨胀性,通过“吸水膨胀、挤压充填”的堵漏原理对漏失通道进行封堵,在140℃下对高渗透性漏失层的封堵承压高于7 MPa,对宽裂缝漏失通道封堵后承压高于5 MPa,可满足高温高压漏失地层中堵漏目的。     

页岩气窄密度窗口地层封堵承压油基钻井液技术

针对威远页岩地层,钻井液安全密度窗口窄易导致井漏的问题,筛选了柔性封堵材料、刚性封堵材料、韧性封堵材料及胶结封堵材料,形成了油基钻井液四元封堵体系。室内实验表明,柔性封堵材料吸油后膨胀倍数8.6倍,克服裂缝空间限制;韧性封堵材料在油基钻井液中分散性好,不吸油,呈卷曲状,刚度小,粒径范围1～3 mm;刚性封堵材料为一种微米级多孔矿物纤维,具备松散、质轻、多孔、吸油性和渗透性强的性质,在堵漏浆中形成网络骨架结构;胶结封堵材料胶结强度达7.2 MPa。油基钻井液四元封堵体系对孔隙、裂缝和砂床均具有优良的封堵效果,且不影响油基钻井液流变性。该页岩气窄密度封堵承压油基钻井液技术在威远页岩气水平段进行了现场应用,提高了龙马溪水平段易漏地层的承压能力,承压能力提高5～10 MPa,确保了页岩水平井窄密度窗口井段钻井安全。     

孔隙-裂缝性漏失层防漏堵漏技术

本文针对LZ地区地质特征,在分析钻井井漏的基础上,以架桥性材料有机智能可变形堵漏剂SY-5和膜承压材料双膜承压处理剂SY-20复配,探讨既能封堵孔隙-裂缝性地层漏失,又能适当提高地层承压能力的钻井液技术及施工工艺。实验结果表明:加入SY-5和SY-20后,钻井液的流变性能变化不大,但降滤失性能明显提高,加入1.5%SY-20+2.5%SY-5后,钻井液的API和HTHP滤失量分别从20.0 mL和38 mL降为8.5 mL和14 mL;SY-5与SY-20复配使用后能有效建立封堵膜,而且一旦形成就不会有钻井液漏失,砂床的承压强度由0提高到10 MPa,岩心承压强度由3.2 MPa提高到25 MPa。使用该技术在LZ地区孔隙-裂缝性发育的易漏失井段进行现场应用,安全钻井液密度由1.10 g/cm3提高到1.20 g/cm3,显著提高了地层的承压能力,解决了LZ地区沙河街组生物灰岩地层漏失技术难题。表3参3     

基于压力传递的钻井液纳米封堵剂研究与应用

针对南堡油田泥页岩地层孔隙尺寸为纳微米级,传统的微米级以上的固相颗粒难以实现有效封堵这一问题,选用纳米级钻井液封堵剂FT-3000、HLFD-1及环境友好型可变形聚合物封堵剂Green seal,在室内展开研究,评价其对高温高压滤失、砂盘滤失及泥饼承压能力的影响,并针对南堡油田所选岩心进行孔隙/裂缝封堵前后渗透率变化情况、压力传递及膜效率测试分析。结果表明用Green seal作封堵剂的钻井液,高温高压滤失量为17 mL,砂盘滤失量为13.8 mL,均为最小值,且其能有效提高泥饼承压能力至大于8 MPa,孔隙/裂缝封堵前后渗透率分析显示其封堵效果最佳,有效减缓了压力传递,膜效率为0.099 0,最大。该封堵剂在NP36-3652和NP36-3701井进行了应用,应用井井壁稳定、井径规则、渗透率恢复值高、滤液侵入量低,实现了泥页岩地层井壁稳定、储层保护的多重目的。      

新型水溶性暂堵剂在重复压裂中的暂堵转向效果

重复压裂是恢复油井产能、提高最终采收率的重要方式之一,目前最有效的重复压裂方式是暂堵剂的转向压裂改造。采用可生物降解材料、高分子量聚合物、膨胀剂和固化剂合成了一种环保型水溶性暂堵转向剂,该暂堵剂颗粒尺寸可根据裂缝宽度定制,水溶性良好,压裂施工结束后4 h可水溶降解;岩心实验表明,该水溶性暂堵剂岩心封堵效率可达99%以上,承压40 MPa以上,且水溶降解后对岩心的伤害较小,满足重复压裂施工各项指标的要求。现场试验1口井,施工过程中加入暂堵剂后施工压力上升3 MPa,起到了良好的暂堵效果,压后增油量为1.1 t/d,含水率下降5%,说明该压裂模式能够起到恢复油井产能、降低含水的目的。      

超高温屏蔽暂堵剂SMHHP的室内实验研究

为满足超高温储层暂堵要求,开发了一种屏蔽暂堵剂SMHHP。该屏蔽暂堵剂由颗粒材料、纤维材料、弹性材料和纳米材料组成,通过利用理想充填理论确定粒径级配,优选了颗粒材料;引入高酸溶抗高温纤维,起到相互拉筋的作用,提高封堵层的稳定性;利用高温弹性材料,弥补由于材料加工工艺导致的颗粒不规则造成的级配不合适,提高粒径级配效果;利用纳米材料,对架桥填充后留下的小孔隙进行精细封堵,提高封堵层的致密性。将上述材料通过合理配比,开发出了适用于超高温储层的屏蔽暂堵剂SMHHP。该暂堵剂具有对钻井液流变性影响小、抗温性高、封堵性强、暂堵效果好、酸溶率高的特点,抗温可达200℃,0.2 mm裂缝承压大于7 MPa,砂粒为0.28~0.90 mm的砂床侵入深度小于3 cm,岩心渗透率恢复值达到93.9%以上,酸溶率大于82.1%,可在超高温储层段使用,起到保护油气层的作用。      

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。      

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。      

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。      

一种强吸附疏水改性纳米SiO2封堵剂

钻井过程中钻遇稳定性较差的地层和承压能力较弱的地层时,经常出现井壁失稳和井下漏失等问题,为此开展了新型纳米封堵剂的研究与评价。合成了强吸附疏水纳米封堵剂,对其粒度分布、吸附性、润湿性和砂床封堵性能进行了测试。测试结果表明,该封堵剂粒度分布在100～150 nm,吸附性强,高温下能够将页岩表面水的润湿接触角增大到80.7°;加量为2.5%时,实验浆的砂床滤失量降低到5.0 mL;对钻井液流变性影响较小,API滤失量从4.4 mL降低到1.0 mL,高温高压滤失量从16.2 mL降低到6.2 mL;加量超过3.0 %时,渗透率降低到2.81 μD;PPA封堵率测试表明,该封堵剂能在陶瓷过滤盘内部形成封堵,钻井液的滤失速率降低到0.45 mL/min1/2,瞬时滤失量降低到2.58 mL。研究表明,强吸附疏水纳米封堵剂能够提高钻井液的封堵能力,降低钻井液对地层的侵入量,对保护井壁稳定有较好的作用。      

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。      

川西地区油基钻井液井壁强化技术

钻进川西地区深部地层时,井漏、井眼垮塌和卡钻问题频发,如采用油基钻井液钻进,则不易形成厚滤饼且滤饼致密性差,井筒压力穿透能力强.针对该问题,根据钻井液成膜机理,采用核壳结构设计,以苯乙烯、丙烯酸酯类等为原料,合成了一种适用于该地区深井钻井中地层温度≤150℃ 中部层位的致密膜护壁剂CQ-NFF;根据风险地层的地质特性、...     

莺琼盆地抗高温高密度水基钻井液

莺琼盆地地温梯度高,压力系数大,安全密度窗口窄,抗高温高密度钻井液技术是其高温高压地层钻井面临的主要技术难题之一。对该区块现用水基钻井液进行性能分析,通过对钻井液性能进行优化,构建了莺琼盆地高温高压段水基钻井液。该钻井液体系在200℃热滚16 h后的黏度为39 mPa·s,动切力为7 Pa,高温高压（200℃、3 MPa）沉降因子为0.512,高温高压滤失量为8.6 mL,高温高压砂床滤失量为14.4 mL,在4 MPa被CO₂污染后黏度为43 mPa·s,动切力为9 Pa,API滤失量为4.5 mL,高温高压滤失量为13.6 mL。研究结果表明,该体系的流变性、沉降稳定性、高温高压滤失性、封堵性及抗酸性气体CO₂污染性能均优于莺琼盆地现有高温高压段水基钻井液体系。