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。      

桥塞封堵裂缝性漏失机理研究

采用新型裂缝封堵评价装置对桥塞封堵裂缝的动态过程进行了分析,探索了桥塞堵漏材料在裂缝中的封堵规律,揭示了粒度连续分布的桥塞材料在裂缝中将形成多级封堵层这一现象,同时裂缝封堵过程中,随封堵压力的增加各级封堵层都将经历形成-被破坏-再形成的过程,且最后一级封堵层的位置由最大粒度的桥塞材料所决定。     

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.     

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.     

适用于硬脆性泥页岩的钻井液井壁稳定性评价方法

为了提高硬脆性泥页岩的井壁稳定效果,通常强调钻井液的封堵能力,而未考虑钻井液水化作用对泥岩力学强度的影响。在传统钻井液封堵性能评价方法的基础上,重点考察了钻井液对岩石力学强度的保持能力,开展了钻井液水化作用对岩石抗压强度、抗张强度以及地层坍塌压力增量影响等评价实验,形成了一套适用于硬脆性泥页岩的井壁稳定性评价方法。结果表明,优良的井壁稳定性能不仅要具备较低的渗透封堵滤失量、良好的延缓压力传递能力,对岩心裂缝较高的封堵率,而且要具有较强的岩石力学强度保持能力(钻井液作用后岩石力学强度降幅最小,且地层坍塌压力增量最低)。建议初步开展PPT渗透封堵实验、压力传递实验及岩心裂缝封堵实验等,初选性能较好的钻井液配方,再进行钻井液作用对岩石力学强度的影响实验,结合钻井液作用对坍塌压力、破裂压力的影响分析,进一步确定井壁稳定钻井液最佳配方。该套评价方法从岩石力学角度全面评估了钻井液的井壁稳定性能,为体系的优化提供了借鉴。     

钻井液致密承压封堵裂缝机理与优化设计

针对钻井液防漏堵漏技术难题,借鉴微观颗粒物质力学“强力链”基本原理,提出了评价防漏堵漏材料的颗粒强度、颗粒弹性、颗粒表面摩擦等主要精细化技术指标,建立了相应的实验表征方法,揭示了基于微纳米尺度的钻井液致密承压封堵机理,给出了钻井液强化致密承压封堵优化设计方法,即通过合理的颗粒类型、粒度级配与浓度控制,刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料等协同封堵裂缝,可形成具有“强力链网络”的致密承压封堵层,显著提高地层承压能力。研制了钻井液封堵特性评价动态模拟实验装置,可模拟不同地层温度、压力条件下不同开度裂缝的漏失与封堵过程,为致密承压封堵机理及钻井液防漏堵漏效果评价提供了实验方法。采用所研制的封堵动态模拟实验装置,优化了不同开度楔形裂缝的强化致密承压封堵钻井液配方。实验结果表明,其具有良好的自适应裂缝开度致密封堵特性,承压能力达8 MPa以上,可显著提高地层承压能力。     

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。     

具核结构的油基钻井液封堵剂的研制

随着油气田开发的不断扩展,钻井难度逐渐增加,油基钻井液的使用率也逐渐增大。油基钻井液封堵能力对于预防井漏和井壁坍塌具有重要的作用。以丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸和苯乙烯等油溶性单体为原料,采用改进的乳液聚合工艺,以亲油型的改性石英粉为凝结核,合成了一种具核结构的丙烯酸树脂高分子材料,作为油基钻井液封堵剂。实验结果表明:该封堵剂对油基钻井液基浆流变性能影响很小,可大大改善油基钻井液基浆的滤失造壁性和乳液稳定性。岩心封堵实验说明合成的封堵剂对中低渗岩心具有较好的封堵效果和封堵质量,正反向封堵率都可以达到75%以上;突破压力实验反映合成的封堵剂具有较高的封堵强度,突破压力可达10 MPa以上。同时,该封堵剂具有优异的耐高温能力,老化前后,封堵率和封堵强度基本不变。与沥青类封堵剂对比实验得出,研发的封堵剂具有较大的优势。     

低自由水钻井液体系

基于对钻井液中自由水流动状态的研究,研制了自由水络合剂,其能有效络合钻井液中的自由水,提高自由水进入地层的毛管阻力,减少滤液侵入地层的量和深度;同时络合剂络合自由水后形成特殊的分子胶束,能形成致密的低渗透封堵膜,有效封堵孔喉和微裂缝,提高地层承压能力,降低钻井液密度。构建了低自由水钻井液体系,CST毛细管吸水实验、岩心自吸水实验和自由水含量测定均证实该体系具有较好的络合自由水的能力,能有效减少钻井液中液相向地层的侵入量。现场应用结果表明,该体系具有良好的流变性、润滑性及抑制性,可有效解决井壁稳定性问题,且能有效提高地层承压能力、降低钻井液密度、提高机械钻速、缩短钻井周期。图6表5参18     

克拉玛依油田八区调整井钻井液技术

通过对克拉玛依油田八区地质特点、注水开发地层压力变化情况与储层特点的全面分析，决定采用聚磺混油屏蔽暂堵钻井液和以桥塞堵漏为主的近平衡压力钻井技术。现场应用700余口井表明，聚磺混油屏蔽暂堵钻井液具有强的抑制性，解决了该区块上部长井段强水敏泥岩水化分散引起的缩径、剥落等井壁失稳现象；良好的造壁性及封堵能力有效地降低了钻井液滤液对地层的损害，形成的致密屏蔽带有利于提高地层的承压能力，降低，漏失；适宦的流燹性既提高了钻速，又清洁了井眼，防止过度冲刷井壁，避免大的压力激动，实现了95％的井不下技术套管芒斗．解决了该地区加密调整井喷、漏、塌、卡等钻井技术难题。对安全钻井密度窗口窄的钻井液技术进行了一些有益的探索，对开泵漏、停泵吐、起钻抽的特殊漏层提出了治理方法，取得了明显的效果。     

绒囊钻井液处理煤层气钻井上漏下塌地层的施工工艺

煤层气钻井经常钻遇上漏下塌地层,通常采用调换或调整钻井液来防塌控漏,但常常会因目的不一致而难以奏效。为此,针对不同层段漏失与坍塌控制主要需求,通过室内实验优化不同钻井液性能范围及指导配方,配制封堵性能由弱到强5种配方的绒囊钻井液封堵0.1 mm、1.0 mm、2.0 mm宽的裂缝,有针对性地形成了现场新浆配制、老浆维护等工艺,并在多个区域现场完成了超过5井次的绒囊钻井液工艺应用。实验评价结果表明:(1)以封堵相同宽度裂缝至驱压20 MPa的升压周期表征体系封堵性能强弱,优选出随钻控漏、随钻堵漏、静止堵漏3套钻井液配方;(2)以饱和煤柱塞后单轴抗拉强度、三轴抗压强度增幅表征防塌性能强弱,优化出坍塌风险分别为低、中、高煤层适用的钻井液配方;(3)根据钻井液消耗速度优化新浆补充速度,以排量、表观黏度降幅及实验得到提升表观黏度等指标确定优化老浆维护工艺所需的处理剂用量;(4)现场应用效果表明,钻井流体在对付漏失、坍塌地层前,调整好性能,是取得成功的关键。结论认为,通过调节绒囊流体不同的配方可以实现煤层气井内封堵控制漏失、坍塌,该工艺为煤层以及类似破碎性地层稳定井壁提供了技术支撑。     

承压堵漏技术研究及其应用

钻遇多套压力层系地层时,需要应用承压堵漏技术来提高较低压力地层的破裂及漏失压力,扩大安全密度窗口,以满足正常钻井施工的要求.承压堵漏需要确定合理的粒径级配进行架桥和先期充填以达到承压的目的,之后需要纤维材料和可变形材料在封堵层表面形成一层致密的隔层以达到稳压的目的.将根据SAN-2工程分布理论确定的粒径级配用于承压堵漏...     

涠洲W油田多压力系统储层定向井钻井液优化技术

涠洲W油田储层段存在多压力系统,导致常规PLUS/KC1钻井液因流变稳定性较差而老化后增黏变稠、封堵材料单一使钻井压差超过26 MPa时发生井漏、暂堵剂粒径分布不合适使储层保护效果欠佳等问题.在常规PLUS/KCL钻井液配方基础上,通过优化处理剂加量提高体系流变稳定性,优选封堵剂及复配组合提高封堵能力,同时优化暂堵剂粒...     

松南气田低密度低伤害随钻堵漏钻井液技术

松南气田火成岩储层地层压力低,且裂缝发育,在钻井过程中极易发生井漏,降低钻井时效。针对该地区的地质特征与钻井要求,以钻井液的动速比为指标,优选了疏水缔合型两性离子聚合物PAADDC作为携岩剂;通过滤失造壁性能评价实验和压力穿透测试,优选了PB-1和不同粒径的超细碳酸钙构成的钻井液封堵防塌剂;通过堵漏评价实验,优选了中空弹性橡胶、碳酸钙颗粒和中空弹性微珠作为主要随钻堵漏材料。在此基础上研制了低密度低伤害随钻堵漏钻井液体系,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和封堵防塌性,防漏堵漏效果良好,酸化解堵效果显著。在腰平16井的现场应用中,钻井液性能稳定,成功解决了火成岩低压储层井漏影响钻井时效问题,满足了现场钻井施工和储层保护的需要。      

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依据低密度和气泡变形堵塞理论，分析了微泡沫钻井液的防漏堵漏原理。采用砂石充填的模拟漏层实验方法，研究了无粘土相微泡沫钻井液防漏堵漏作用效果，结果表明，微泡沫钻井液对80～120目砂石构成的孔隙通道具有最好的堵漏效果，对40～80目砂石构成的孔隙通道具有良好堵漏效果，对10～40目砂石构成的孔隙通道具有一定的堵漏效果，而且，随着压力增加，微泡沫钻井液仍具有堵漏承压能力。     

提高地层承压能力的钻井液堵漏作用机理

应用线弹性岩石力学和岩石断裂力学基本理论,揭示了钻井液堵漏阻止诱导裂缝延伸并提高裂缝重启压力从而提高地层承压能力的作用机理。通过分析承压堵漏后缝内压力分布,建立了封堵诱导裂缝的断裂力学模型,并给出承压堵漏阻止诱导裂缝延伸的必要条件;基于井周围岩裂缝诱导应力场的数学模型,提出了堵漏提高诱导裂缝重启压力的力学实质。理论研究表明,堵漏材料在裂缝入口后一定距离封堵为封堵诱导裂缝的最佳位置形式;裂缝尖端部分流体压力必须低于水平最小主应力,且该压力越低,越有利于裂缝的阻裂;诱导裂缝重启压力的提高依赖于周向诱导应力,堵漏材料必须支撑裂缝以维持周向诱导应力;承压堵漏作用机理包含密封和支撑裂缝两方面,堵漏材料应同时具有封堵性能和机械强度。     

承压封堵裂缝止裂条件影响因素分析

对于裂缝性地层中发生的井漏问题,通常采用堵漏材料承压封堵阻止裂缝扩大,但到目前为止对裂缝止裂条件的影响因素缺乏深入分析,为此,通过分析承压封堵后缝内的压力变化,应用叠加原理推导了缝内压力引起的缝尖应力强度因子分量公式,并在此基础上分析了其随不同影响因素的变化规律。分析表明,随着封堵长度增长、钻井液黏度增大或封堵渗透率降低,应力强度因子分量减小,裂缝逐渐满足止裂条件;裂缝长度越长或井内压力越高,应力强度因子分量越大,裂缝越不容易止裂;封堵位置越靠近缝尖处,应力强度因子分量越大,越不利于裂缝止裂。缝内压力引起的缝尖应力强度因子分量与封堵长度、封堵位置均近似满足三次函数关系,与钻井液黏度、井内压力均满足线性函数关系,与封堵渗透率近似满足对数函数关系,与裂缝长度满足幂函数关系。研究认为,承压堵漏过程中,在裂缝长度和井内压力不变或无法控制时,通过优化调整堵漏液配方和钻井液性能可实现裂缝止裂。      

石蜡微乳液的研制及其在水基钻井液中的应用

对塔西南超深井钻井过程中出现的微纳米裂缝与孔隙渗漏的问题进行分析,发现现有钾基聚磺钻井液中的封堵剂不能有效封堵微纳米裂缝与孔隙。为提高封堵粒径级配,在室内制备一种石蜡微乳液,通过粒径比较法得出了最佳制备方案。方案表明制备的最佳比例为“S+A”∶石蜡=9∶1,最佳搅拌速度为1400 r/min,最佳温度为120 ℃。制备得到的石蜡微乳液D₅₀粒径在2.9 μm左右,单分散颗粒尺寸在200～300 nm左右,表面张力在45.0～47.5 mN/m范围内,稳定时间长达30 d。采用石蜡微乳液对塔西南区块钾聚磺水基钻井液体系进行优化,从优化结果可以看出,石蜡微乳液的配伍性好;优化后钻井液体系表观黏度降低3.5 mPa·s;钻井液的滤失量减小3.5 mL;泥饼厚度减小1 mm,增强了钻井液的滤失造壁性能。采用压力传导法对石蜡微乳液的封堵性能进行评价,结果表明石蜡微乳液可以提高封堵承压能力,石蜡微乳液优化钻井液对克孜洛依组致密砂岩的封堵率为58.4%,具有较好的微纳米裂缝孔隙封堵能力。      

泡沫钻井液研究及其应用

通过对泡沫钻井液的保护油层机理和其性能与温度、压力、时间及各种试剂的关系分析得知，泡沫钻井液对渗漏地层有良好的防漏、堵漏效果，具有较强的净化能力，尤其在大斜度井段和水平井段的钻井过程中，解决了沉积井眼下侧的岩屑床等问题。现场应用表明，泡沫钻井液适用于地层裂缝发育、漏失严重、低压以及超低压地层钻井，能满足地质录井要求，利于及时发现、保护油气层。泡沫钻井液性能稳定，具有静液柱压力低、润滑性和携岩性能好、滤失量小、摩阻小、抗污染和助排能力强以及对油层伤害小等优点，适用于压力系数较低地层的钻井。该体系能有效地降低事故的发生率，防止了井壁坍塌；满足了低压、低渗地层以及大斜度井段和水平井段的钻井要求。