国内外无渗透钻井液的研究与应用

概述了无渗透钻井液体系、无渗透钻井液关键处理剂作用机理、测试滤失量的试验方法及国内外无渗透钻井液研究和发展现状。与以往钻井液体系相比,该体系具有关键处理剂作用机理独特、防止地层伤害、增加地层泄漏压力、提高地层承压能力、防止压差卡钻、保护油气层以及环境友好且地层适应性较广泛的显著特点。     

超低渗透钻井液的评价和机理探讨

超低渗透钻井液以其在井壁稳定、保护储层、防漏堵漏等方面的良好表现,近年来各油田根据各自的实际需要进行了研究与应用.通过对侵入时间、侵入深度、侵入量、承压能力、膜密封强度、渗透率恢复值等的测定和评价,进一步探讨了超低渗透的作用机理,并讨论了温度、压力、pH值等因素对超低渗透钻井液的影响.研究结果表明,常规钻井液经超低渗透处理剂处理后,可转变为超低渗透钻井液完井液.该钻井液在岩石表面形成致密的封闭膜,能有效降低滤失量,并对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有良好的封堵能力,可以有效防漏堵漏.     

超低渗透钻井液完井液技术研究

介绍了零滤失井眼稳定剂及超低渗透钻井液完井液的组成.在水基、油基钻井液中加入一定量的零滤失井眼稳定剂可以形成超低渗透钻井液.对加入一定量零滤失井眼稳定剂钻井液的API滤失量、高温高压滤失量、砂床滤失量、高温高压砂床滤失量、岩心滤失量、岩心承压能力、封堵裂缝效果和岩心渗透率恢复值的变化进行了评价.实验结果表明,超低渗透钻井液的砂床滤失量不是时间平方根的函数,与API滤失量没有对应关系;超低渗透钻井液对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有很好的封堵能力,可以实现零滤失;零滤失井眼稳定剂可以防漏堵漏;通过增强内泥饼封堵强度大幅度提高了岩心承压能力;能有效保护储层,岩心渗透率恢复值大于95%.     

超低渗透钻井液提高地层承压能力机理研究

通过超低渗透钻井液高温高压条件下侵入岩石深度实验、侵入岩石深度实验后的岩心清除泥饼前后岩心承压能力实验、提高裂缝承压能力实验、钻井液中加入零滤失井眼稳定剂前后岩心滤失量随时间变化关系实验,以及超低渗透钻井液在滤液进入岩心浅层后封堵孔隙的电子显微照片分析可知,超低渗透钻井液提高地层承压能力机理是利用特殊聚合物处理剂,在井壁岩石表面浓集形成胶束,依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性,封堵岩石表面较大范围的孔喉,在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵膜,有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层.超低渗透钻井液在井壁表层能快速形成渗透率为零的封堵层,在井壁的外围形成保护层,钻井液及其滤液完全隔离不会渗透到地层深处,可实现接近零滤失.零滤失井眼稳定剂通过在井壁表面形成超低渗透膜及增强内泥饼封堵强度大幅度提高了岩心承压能力,这样在现场应用中就能提高漏失压力和破裂压力梯度,扩大安全密度窗口.     

用于低压低渗透油气藏的可循环泡沫防塌钻井液

分析了低压低渗透油气藏储层损害与保护的特殊性及泡沫钻井液的防塌机理,优选出了适用于该类油气藏的强抑制性可循环泡沫防塌钻井完井液,并对该体系进行了性能评价和现场施工工艺探索.性能评价实验结果表明,该钻井完井液具有较低的密度在0.60～0.95 g/cm3之间可调,能满足低压地层钻井的需要;具有较强的抑制性,与油基钻井液接近,能有效地预防钻井液对低压低渗透储层的损害;流变性和滤失性好、抗原油污染和抗温稳定性强(120℃),能适应井深3000m以内的直井、斜井和水平井钻井施工需要.     

成膜剂HN-1研制及其在钻井液中的应用

在复杂地区石油勘探开发过程中,井壁失稳和储层伤害已成为国际性技术难题。钻井液中的水相进入井壁地层和油气储层是造成井壁失稳和储层损害的主要原因,为了阻止钻井液中的水相进入井壁地层和油气储层,近年来国内外学者提出了超低渗透钻井液技术,其中成膜剂是超低渗透钻井液的关键处理剂。着重介绍为恩平24-2油田所研制的一种不影响钻井液其他性能并能降低钻井液滤失量的成膜剂HN-1以及由此而构建的恩平24-2油田超低渗透钻井液体系。同时,根据超低渗透钻井液性能测试方法,评价了其侵入砂床深度、高温高压砂床滤失量、岩心承压能力和储层保护能力。评价结果表明,HN-1成膜剂阻止了钻井液中固相和液相进入储层,降低了钻井液侵入砂床深度和钻井液高温高压砂床滤失量,提高了岩心承压能力和储层保护能力,为开发恩平24-2油田提供了有效保障。     

超低渗透钻井液防漏堵漏技术研究与应用

在水基钻井液中加入一定量的零滤失井眼稳定剂可以形成超低渗透钻井液.介绍了超低渗透钻井液提高地层承压能力及防漏堵漏的机理.超低渗透钻井液对不同孔隙的砂岩、岩心和裂缝性地层具有很好的封堵能力,可以实现近零滤失;零滤失井眼稳定剂通过在井壁表面形成超低渗透膜及增强内泥饼封堵强度大幅度提高岩心承压能力.在大港油田和辽河油田多口井的现场应用中,超低渗透钻井液在长裸眼多压力层系或压力衰竭地层防止了漏失、卡钻和坍塌的发生,表明超低渗透钻井液能自适应封堵岩石表面较大范围的孔喉,在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵薄层,可有效封堵不同孔喉地层和微裂缝泥页岩地层.超低渗透钻井液封堵隔层承压能力强,能提高漏失压力和破裂压力梯度,相当于扩大了安全密度窗口.     

涩北气田水平井钻井液技术

柴达木盆地涩北气田是全国四大气田之一，为第四系大型生物气田，生气源岩主要为深灰色泥岩和少量的灰黑色碳质泥岩，岩性细而杂、泥质含量高、欠压实、成岩性差、岩性疏松，钻进速度快，易发生井漏和井壁失稳等复杂情况。针对该地区地层特点，应用了最新的钻井液技术一甲酸盐超低渗透钻井液体系；该体系主要利用甲酸盐的强抑制性稳定井壁和零滤失井眼稳定剂JYW-1在井壁岩石表面形成致密超低渗透封闭膜降低滤失量，封堵防塌和保护储层。现场应用表明：甲酸盐超低渗透钻井液体系具有很强的抑制防塌能力、净化井眼能力和润滑防卡能力，满足了涩北气田水平井的钻井需要。该地区水平井的钻探成功，开创了全国范围内第四系地层水平井钻探的先例。标志着钻井液技术的发展步入了一个新的阶段。     

超低渗透钻井液技术的应用

超低渗透钻井液技术能限制钻井液侵入和钻井液产生的压力侵入,有利于提高井壁强度、保持地层岩石的完整性、减少机械性不稳定地层的许多问题(如:压差卡钻、井漏等)以及减少地层伤害、提高油气井产能.而且,该超低渗透钻井液能生物降解,对环境无害,能用于水基、油基和合成基钻井液中.本文主要介绍了超低渗透钻井液在一些地区应用的钻井实例,表明超低渗透钻井液不仅在技术上能提高钻井施工能力,在经济效益上也非常具有应用价值.此外,超低渗透钻井液也成功地应用于完井液、修井液和固井作业中.     

超低渗透钻井液技术在小龙湾区块的应用

小龙湾区块位于辽河盆地东部凹陷中段黄沙坨构造小22、23区块.该区块馆陶组地层胶结疏松,成岩性差;沙河街组泥岩地层水化分散能力强,易坍塌;沙一、沙二段以及沙三段上部地层多为砂层,渗透性较好.根据以上地层特点及其对钻井液性能的要求,确定选择超低渗透钻井液完井液.室内实验研究了该体系的2个关键产品--超低渗透井眼稳定剂JYW-1和防漏堵漏超低渗透井眼稳定剂JYW-2对钻井液性能的影响.结果表明,JYW-1和JYW-2对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有很好的封堵能力,可有效防漏堵漏,有效保护储层;超低渗透钻井液通过增强内泥饼封堵强度,大幅度提高岩心承压能力,能提高漏失压力和破裂压力梯度.超低渗透钻井液在小龙湾地区5口井上进行了现场实验.应用结果表明:由于超低渗透钻井液滤失量小、封堵能力强,防漏承压能力突出,抑制性强,稳定性好,钻井液排放量减少50%,电测一次成功率在95%以上.证明该钻井液能较好解决以往钻长裸眼多套压力层系或压力衰竭地层时易发生的漏失、卡钻和坍塌技术难题,保护油气层,满足环保要求.     

纳米技术在钻井液中的应用探讨

纳米技术是指在纳米尺度范围内,研究电子、原子和分子的内在规律和特征,并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术;纳米材料是指晶粒或颗粒尺寸在1～100nm范围的超细材料,纳米材料是纳米技术发展的重要基础和重要研究对象.介绍了纳米材料的特性,分析了纳米技术与胶体科技的区别.从胶体科技在钻井液中应用的角度,分析探讨了纳米技术在钻井液应用中存在的问题:不能简单地将粒径在纳米尺度范围的颗粒称作纳米材料,否则就会得出最原始的细分散钻井液就是纳米钻井液的荒唐结论;向钻井液中加入纳米级颗粒不仅会影响钻井液的流变性(尤其是塑性粘度),而且由于加入材料的高的比表面积,必然吸附一部分钻井液处理剂,减少了处理剂的有效含量,另外增大了细颗粒损害油气层的机会;纳米颗粒使用性能不稳定.对纳米技术在钻井液领域应用提出了建议.     

硅酸盐钻井液体系的研究与应用

硅酸盐钻井液被普遍认为是最具发展前景的水基钻井液体系之一。为更好地解决井壁失稳的问题,近年来,国内外一些研究机构将研究开发重点转向具有良好防塌性能,不污染环境,材料费用低等优点的硅酸盐钻井液体系。着重阐述了硅酸盐模数、加量、有机处理剂的类型、pH值等因素对硅酸盐钻井液体系性能的影响。同时,对一种优质硅酸盐钻井液——SILDRIL体系的组成、性能及现场应用情况进行了讨论,为今后进一步应用好该体系提供了经验。     

胜利油田大位移井钻井液技术研究与应用

介绍了胜利油田大位移井钻井液技术发展、技术关键及施工工艺，对研究应用的几种钻井液体系配方、性能和应用情况进行了说明。通过对水基钻井液性能的调节，并引入了黑色正电胶BPS、纳米乳液等钻井液处理剂，满足了大位移井施工对摩阻扭矩、井眼稳定、携岩、抑制等技术的要求，保证了钻井完井作业的顺利进行。认为研究应用的水基钻井液在现有钻井设备的基础上，能够用于水平位移从4000～5000m井的施工，用低毒性油基钻井液可进行更大位移井的施工。     

国内外钻井液技术新进展

为全面了解国内外钻井液技术研究现状、明确钻井液技术的发展趋势与方向,在调研大量相关文献及报道的基础上,对近年来国内外出现的钻井液新技术进行了分类归纳总结,从新型钻井液体系、储层保护技术、防漏堵漏技术、新型钻井液处理剂、钻井液泥饼清除技术等5个方面对其进行了介绍。其中,新型钻井液体系涉及各种水基钻井液体系、油基钻井液体系、合成基钻井液体系和成膜钻井液体系等;介绍了裂缝性碳酸盐岩储层保护技术;防漏堵漏技术主要介绍了可溶粒子降滤失剂、超低渗透添加剂、微凝胶聚合物降滤失剂等;新型钻井液处理剂包括快钻进KSAJ、Mn₃O₄加重剂、季铵盐表面活性剂、页岩抑制剂（乙基葡萄糖苷和SIAT）和高温保护剂GHB等;还对钻井液泥饼清除技术作了简要介绍。     

对中国钻井液处理剂及钻井液体系发展的认识

回顾了中国钻井液处理剂和钻井液体系的发展，分析了近年来中国钻井液处理剂及钻井液技术发展缓慢的原因，对今后钻井液处理剂和钻井液体系的开发方向提出了几点看法，认为钻井液工艺技术应向钻井液工程技术转化，最终形成钻井液工程技术，从而提高钻井综合效益，有效地保护油气层，提高油井产量。     

一种转化钻柱振动能量的井底高压喷射钻井装置

通过转化井下钻柱振动能量来增加井底钻井液喷射压力是提高钻井速度的重要途径,而现有技术还未能充分合理地利用钻柱振动能量。为此,基于井下钻柱振动能量的利用理论,提出了钻井液井下增压、增排量的井底高压喷射钻井理念,设计出了井底高压喷射钻井装置,并对其进行了数值仿真研究。结果表明:(1)井底高压喷射钻井装置可以将钻柱振动能量有效转化给井底钻井液从而实现井下高压喷射钻井;(2)井底高压喷射钻井装置增加了喷嘴钻井液过流流量,在?215.9 mm井眼中,其输出的钻井液流量可以提高5 L/s;(3)增大了钻井液喷射压力,喷嘴处钻井液脉冲压力最高达到11.3 MPa;(4)深井内井底高压喷射钻井装置应用效果比上部地层更加显著。结论认为,井底高压喷射钻井装置为高压喷射钻井技术的实现提供了一种新的手段,可以解决现有高压喷射钻井技术设备费用昂贵、安全性差、适用范围有限的问题。     

钻井液处理剂荧光问题的认识与思考

对钻井液添加剂进行荧光分析评价的目的，是考察其对原油荧光显示的影响程度，而科学的评价方法是该问题的关键。因此对于某些添加剂来说，即使其本身存在一定的荧光发射，但通过科学的评价方法确认为并不影响原油荧光显示，原则上应该允许其在钻井液中使用，介绍了荧光发射的机理及其影响因素。对紫外灯目测法和定量荧光分析方法进行了实例对比。提出了一种钻井液添加剂定量荧光评价推荐试验程序。荧光的发射及荧光强度首先取决于发射荧光物质的分子结构。另外，在荧光发射过程中不可避免地受到无辐射去活化过程的环境因子的影响，如温度，溶剂，pH值，溶解氧，激发光，荧光自熄和散射光等。研究认为，使用紫外灯目测法，在技术上很难准确分辨7级以下的荧光，而且人为影响因素大，测试结果缺乏客观性；定量荧光分析法更具科学性和实用性，有利于提高地质荧光录井水平，解放一大批性能良好，但在钻井生产中受到荧光限制的钻井液添加剂，确保钻井生产和原油勘探的顺利进行。     

河南区块调整井钻井液技术

二连油田阿南区块,由于长期注水,油气层出现明显的异常高压,地层原始压力遭到破坏,造成了井涌、井塌、井漏等复杂事故。上部地层采用每钻进100 m加入50 kgFPK,100 kg NPAN(或FJ-9301)的方法,使FPK在钻井液中的含量为0.40％—0.50％,膨润土含量为50—60 g/L。在下部地层将钻井液密度提至1.22—1.25g/cm~3,加入1.5％FT-342,使钻井液滤失量小于5 mL,高温高压滤失量小于14 mL。结果表明,调整井钻井液技术满足了钻井施工的需要,复杂事故明显减少,处理事故时间由4.1％降至1.39％,钻井液平均成本由63.5元/m下降至53.5元/m。     

NM钻井液体系现场应用研究

NM体系是一种含有纳米材料的钻井液。该体系是近年来研制成功的一种新型钻井液，并在现场进行了初步试验。NM钻井液研制成功至今，已在胜利油田和中原油田不同油区的水敏性地层和低渗透油层中进行了30多口井的现场应用，均取得了良好的钻井效果。总结了纳米材料在大位移井和深井等非常规井中的应用。结果表明，NM钻井液具有优良的流变性，抑制性强、润滑防塌能力良好、携砂能力强、流变参数合理、性能稳定，页岩回收率较高，润滑系数较低，滤失量低，特别是高温高压滤失量较低；该体系与处理剂配伍性好，油层保护效果好，渗透率恢复值较高；现场转化使用方便，可以满足安全钻井和保护油气层等需要。     

无毒环保型高性能水基钻井液室内研究

由于油基钻井液存在使用成本高、环保处理难度大等弊端,使用水基钻井液替代油基钻井液已成为大势所趋。针对页岩地层对钻井液性能的要求,以无氯、无重金属离子、无黑色材料等环保指标为基本原则,优选了胺基聚醇和乳液大分子作为环保型高性能水基钻井液的包被抑制主剂,配合甲酸钾进一步提高体系的抑制性,并通过高效封堵剂提高体系对页岩地层纳微米孔缝的封堵能力,构建了无毒环保型高性能水基钻井液体系。性能评价结果表明,该钻井液在密度为1.22~2.18 g/cm3范围内均具有优良的流变性及滤失造壁性能,该体系静置24 h后上下密度差为0.03~0.06 g/cm3,沉降指数低于0.508,悬浮稳定性好,触变性高,钻井液样品API泥饼黏滞系数最低达到0.026 2,润滑性能好,并兼具较强的抑制性和抗岩屑污染性能,5.0%及8.0%英国评价土或古巴VDW**井岩屑污染前后的塑性黏度、动切力、静切力的变化率均控制在25%左右,能够满足不同压力系统页岩地层钻井的需要。