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。     

适合页岩储层的强抑制防塌水基钻井液体系

针对威远地区页岩气井W-X1井长水平段钻进时存在井壁失稳、漏失以及摩阻较大等问题,以多氨基页岩抑制剂HCA-3、复合封堵剂和高效润滑剂RMLUB-1为主要处理剂,研制了一套适合该区块页岩储层的强抑制防塌水基钻井液体系,并对其综合性能进行了评价。结果表明:该钻井液体系具有良好的流变性能、较低的滤失量以及较好的润滑性能,能够满足页岩储层水平井钻井施工对钻井液性能的基本要求;该钻井液体系与其他水基钻井液相比,其能够更好地降低页岩岩样的Zeta电位值,具有更强的抑制能力;该钻井液体系的高温高压PPA滤失量和滤失速率均与油基钻井液相当,并且能够较好地阻缓压力传递,具有较强的封堵能力;此外,该钻井液体系还具有较强的抗污染能力,加入不同的盐、钻屑粉和膨润土后,体系性能变化不大。强抑制防塌水基钻井液体系在威远地区W-X1井三开水平段成功进行了应用,现场各分段钻井液性能稳定,施工过程顺利,未出现井壁失稳、起下钻遇阻等复杂井下情况,井眼稳定,且提高了钻井效率,取得了良好的施工效果。      

准噶尔盆地南缘高性能水基钻井液研究及应用

准噶尔南缘安集海河组地层压力系数高,伊/蒙黏土含量高。钻井过程中普遍存在钻头泥包、井壁垮塌、钻井液的膨润土含量值增长快、性能稳定周期短等技术难题,常规井用的高性能钻井液不能满足该地层安全钻井的需要。开展了南缘山前构造井的强抑制高性能水基钻井液研究,评价了胺基抑制剂SIAT、胺基硅醇HAS和键合剂HBA三者的协同抑制性能和两种微纳米封堵剂的封堵性能。通过正交实验,形成了一套强抑制高性能水基钻井液体系,对体系的抑制性、抗污染能力和抗温性能进行了评价。现场应用表明,强抑制高性能水基钻井液性能稳定,钻井过程中无钻头泥包现象,钻屑代表性好,井壁稳定,电测和下套管作业安全。      

用于页岩气水平井的防塌水基钻井液体系的优选与评价——以长宁—威远国家级页岩气示范区为例

页岩气水平井钻进中常采用油基钻井液体系来解决页岩井壁失稳问题,但却面临废弃油基钻井液和油基后期岩屑处置的环保问题,因而迫切需要研制一种能防止页岩垮塌的水基钻井液来替代油基钻井液。为此,在分析四川盆地长宁—威远地区页岩矿物组分和微观结构的基础上,对构成防塌水基钻井液体系的关键处理剂,如封堵剂、抑制剂、润滑剂等进行了评价和优选,并确定了加量范围;然后通过室内配伍实验和复核,研制出防塌水基钻井液体系并对其性能进行了评价。结果表明,该钻井液的封堵性、抑制性、润滑性等性能均优于该区使用的聚磺钻井液、聚合物钻井液,接近或达到油基钻井液的水平。在长宁—威远国家级页岩气示范区进行的水平井钻进现场试验结果表明,该钻井液体系密度可达到2.31 g/cm~3,抗温能力达到130℃,在造斜段和水平段表现出良好的封堵能力和抑制能力,具有很好地防塌效果。该钻井液体系对实现该区页岩气的清洁生产与效益开发将发挥重要作用。     

大庆油田致密油水平井强抑制防塌水基钻井液技术

针对大庆油田齐家区块致密油水平井钻井过程中存在的井塌、卡钻等问题,在聚磺水基钻井液体系基础上研制出强抑制防塌水基钻井液。室内研究表明,聚合醇和有机硅酸脂的协同抑制作用,可有效降低泥岩、泥页岩水敏性,采用铝基聚合物封堵地层微裂缝,可提高井壁稳定能力。该体系在齐家区块应用5口井,均未出现井壁坍塌和卡钻等事故,平均机械钻速14.5m/h,平均井径扩大率5%,水平段钻进摩阻30~60 k N,有效解决了大庆油田齐家区块致密油藏长水平段水平井钻井中存在的问题,为致密油储层的高效钻进提供了借鉴。     

CQH-M2高性能水基钻井液及其在威204H11-4井的应用

川渝地区龙马溪组页岩的脆性高,微裂缝和微孔洞发育,钻进过程中井壁易失稳、易发生突发掉块卡钻复杂。针对龙马溪组页岩的地质特点,分析使用CQH-M2高性能水基聚合物钻井液的技术难点,提出相应的技术对策。通过实验优选出CQH-M2高性能水基钻井液的抑制剂、抗高浓度高价金属离子聚合物降滤失剂、碳醇类润滑剂和磺化沥青类封堵剂,并对其性能进行实验分析评价。实验结果表明,CQH-M2高性能水基钻井液对页岩岩屑复合电解质溶液的抑制性优于CQH-M1高性能水基钻井液、接近油基钻井液,可以有效抑制页岩水化分散;有很好的即时和长效封堵效果;滤饼质量薄而有韧性,封堵效果好;抗9%岩屑。现场应用表明:CQH-M2高性能水基钻井液满足威204H11-4井钻井技术需要,全程钻井液性能表现良好,井下安全正常。      

宁217井直改平龙马溪组低密度油基钻井液技术

长宁龙马溪组页岩气水平井钻井液密度一般控制在1.80～2.20 g/cm~3,宁217井直改平钻井过程中,为了预防井漏,采用了1.40 g/cm~3的低密度油基钻井液,该钻井液良好的流变性能和较强的防塌封堵能力,保证了龙马溪组页岩井壁的稳定,顺利钻完1 500 m水平段,创造了长宁区块龙马溪地层完钻钻井液密度最低的记录。     

高性能水基钻井液在哥伦比亚HUILA省Gigante油田的应用

哥伦比亚HUILA省Villeta地层为大段泥、页岩层,因页岩层理和微裂缝发育导致井壁失稳严重,钻井事故频发,安全钻达目的层极其困难。为解决该地层的井壁失稳,通常采用油基钻井液。但随着哥伦比亚环保政策越趋严格,废弃油基钻井液和油基钻屑不可避免地带来环境问题。采用强封堵高抑制性的高性能水基钻井液,成功地解决了HUILA省Villeta地层中的钻井失稳问题。本文分析了Villeta地层井壁失稳原因,在考虑环境和物流限制下研究了一种高性能水基钻井液,通过实验确定了高性能水基钻井液配方,监测现场性能参数,通过实践在现场Villeta地层得到了很好的运用,为哥伦比亚HUILA省Villeta地层钻井液运用提供了借鉴。     

泌页HF1井油基钻井液技术

泌页HF1井设计三开在页岩层中钻进水平段,水平段设计长度1 000.00 m。该井定向段应用水基聚合物钻井液,在接近水平段时钻遇泥岩、页岩地层,并发生严重井壁失稳。为防止页岩水化、分散、垮塌及长水平段易粘卡的问题,在该井三开水平井段试验应用了油基钻井液。考虑闪点、毒性和芳香烃含量,选择5号白油为钻井液连续相;根据活度要求,确定质量浓度28.0 g/L的CaCl2水溶液为水相;优选了主乳化剂、辅乳化剂,确定了其加量;通过性能试验,确定了润湿剂、有机土、降滤失剂、提切剂和封堵剂的加量,并最终确定了油基钻井液配方。对配制的钻井液进行了各项基本性能及膨胀率、回收率、抗钻屑污染、封堵效果评价,评价结果较好。该油基钻井液在泌页HF1井三开水平段应用,仅用时6.5 d就钻完实际长达1 044.00 m的水平段而顺利完钻。应用表明,油基钻井液封堵防塌能力强、破乳电压高、性能稳定、滤失量低、流变性好,且具有较强的携岩能力。      

抗温型低渗透钻井液在富顺页岩气坛203井的应用

常规水基钻井液在页岩气井钻井过程中易出现各种井下复杂,目前川渝地区壳牌页岩气井多采用油基钻井液进行钻井施工。经过对四川壳牌项目富顺区块页岩岩心分析以及页岩气井技术难题研究,室内研发了抗温型低渗透钻井液体系。通过室内评价试验,对体系的抗温性能、抑制性能和封堵性能等进行了评价,评价结果显示抗温型低渗透钻井液能够满足四川壳牌项目富顺区块页岩气井施工技术要求。抗温型低渗透钻井液体系在四川壳牌项目富顺区块页岩气井探井坛203井进行了现场应用。应用结果显示,坛203井钻井施工过程中无阻卡现象,电测顺利,钻井液抗温性能、抑制防塌性能良好。坛203井与富顺项目前期油基钻井液完成井坛202井和梯202井对照,机械钻速快,钻井液成本节省200%以上。该钻井液的成功应用,为页岩气井的勘探开发提供了参考经验,其在页岩气井钻井施工中具有良好的推广应用前景。     

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。      

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。     

涪陵焦页18-10HF井水平段高性能水基钻井液技术

焦页18-10HF井是中石化在涪陵页岩气田部署的一口开发井,完钻井深4560 m,水平段长度1378 m。该工区三开井段页岩脆性矿物含量高,微纳米级孔隙裂缝和层理发育,一直使用油基钻井液应对井下复杂情况。针对龙马溪五峰组页岩裂缝发育等特性,通过核心处理剂端胺基聚醚抑制页岩表面水化,植物油酰胺极压减摩剂有效润滑减阻,纳米封堵封固,构建了JHGWY-1高性能水基钻井液,页岩滚动回收率大于98%,极压润滑系数0.16,钻井液封堵泥饼承压超过10MPa,满足龙马溪五峰组页岩微裂缝发育、脆弱胶结面对封堵封固及水平段润滑减阻要求。该体系首次在涪陵工区的焦页18-10HF井三开井段代替油基钻井液,在设计垂厚10 m、实钻8~10 m的五峰组中顺利穿行,起下钻畅通,钻完井顺利。该体系表现出良好的流变性、低滤失量和稳定页岩井壁能力,完井作业顺利,满足了该井三开钻完井工程需要。      

渤南区块页岩油地层油基钻井液技术

渤南区块沙三储层以泥页岩为主,层理和微裂缝发育,采用常规水基钻井液水平钻进时,维持井壁稳定的难度很大。室内研究形成了柴油基钻井液和低芳烃油基钻井液配方,考察了其基本性能、封堵性能和抗原油污染性能。研制的柴油基钻井液在渤页平1井进行了现场应用,低芳烃油基钻井液在渤页平2井进行了现场应用。现场应用中未出现因钻井液导致的井下故障,起下钻通畅,无掉块,电测井段井径扩大率均小于3%。室内评价试验和现场应用表明,强封堵油基钻井液具有性能稳定、抑制性强、井壁稳定性好、润滑性强等特点,适用于泥页岩水平井钻井施工。      

高性能铝化合物钻井液体系研究

油基钻井液在解决复杂井钻井难题方面表现出了极大的优势,但其存在环境不友好、钻井液和钻屑排放等问题.针对该问题,从高性能铝化合物的作用机理出发,以铝化合物、有机胺抑制剂为基础,人工合成的抗高温降滤失剂PAADS,配以其它传统处理剂,经过反复优化实验研究,研制出了新型高性能铝化合物水基钻井液体系,该体系与有机胺盐抑制剂配合使用,具有较强的页岩抑制能力,能抗2000℃高温且稳定性好,降滤失能力强,其摩擦系数与油基钻井液基本相当,重要指标已经达到油基钻井液性能范围,具有了高性能水基钻井液的特点.     

铝胺高性能水基钻井液的研究与应用

铝胺高性能水基钻井液是近年来国内外钻井液新技术的热点。通过三次回收率和岩心浸泡实验，评价了胺基聚醇（有机胺类）AP-1和铝聚合物DLP-1的防塌能力，并优选出了铝胺高性能水基钻井液配方。营72-平2井三开后因严重井塌无法施工，被迫填井倒钻，倒钻至井深2920m时，井塌现象已非常严重，转换为铝胺高性能水基钻井液后顺利完钻。辛176-斜12井三开后钻遇大段泥页岩。地层微裂缝发育，同时泥岩中蒙皂石含量高、水敏性强，钻进中发生较严重的井壁垮塌掉块，换用铝胺高性能水基钻井液后顺利完钻。以上2口井的现场试验应用证明，铝胺高性能水基钻井液对解决因水化不均匀或微裂缝发育导致的井壁不稳定具有良好的效果。     

硅酸盐钻井液降低易失稳地层钻井液密度可行性分析

珠江口盆地古近系地层在钻井过程中,多口井出现坍塌、卡钻、起下钻遇阻等井壁失稳问题,现场通过增加钻井密度解决垮塌问题,但又出现压差卡钻、钻井时效低的问题。从黏土矿物含量分析、扫描电镜、滚动回收率及膨胀性实验入手,分析珠江口盆地古近系地层井壁失稳原因。古近系地层为微裂缝发育,在钻井过程中井壁周围应力发生变化及钻井液侵入,引起井壁坍塌,继而出现卡钻、起下钻遇阻等问题。为了解决以上问题,结合硅酸盐钻井液抑制性强、封堵性好、可增强岩石强度的特点,降低地层坍塌压力。对硅酸盐水基防塌钻井液进行优化及性能评价,结果表明,其性能参数满足钻井要求,具有提高岩石内聚力、抗压能力的特点,同时与古近系已用PLUS-KCl钻井液、油基钻井液相比,优化的硅酸盐水基防塌钻井液浸泡后岩石具有抗压强度高、内聚力高等特点,其内聚力高达11.7 MPa,是PLUS-KCl钻井液的1.9倍,是油基钻井液的1.5倍,可见在保证井壁稳定的前提下,用硅酸盐钻井液降低地层坍塌压力是可行的。      

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。      

基于页岩气“水替油”的高性能水基钻井液技术

常规油气井钻井用的高性能水基钻井液无法满足页岩气长段水平井的钻井需要,而油基钻井液存在成本高和巨大的环境压力问题。以昭通页岩气示范区为目标区块,通过分析页岩气的地层特点和存在的技术难题,有针对性地研制出了一种呈黑褐色液体的高效抑制剂、一种纳微米封堵剂、一种成膜降滤失剂和一种特种液体润滑剂,并形成了一套新型高性能水基钻井液体系。该体系的流变性、降滤失性、润滑性和抑制性与油基钻井液的性能基本相当,并且具有较好的抗污染性能,具备了页岩气钻井液"水替油"所需的各种主要性能;密度为2.05 g/cm3的该钻井液中加入研制的润滑剂后,润滑系数降低26%;该钻井液具有较强的成膜封堵能力,能够封堵页岩微裂缝,阻隔压力传递;页岩岩心在该钻井液中高温浸泡10 d后仍有较高的强度,有利于页岩井壁稳定。该体系在昭通页岩气示范区黄金坝YS108H4-2井水平段的现场应用表明,该体系在钻进过程中性能稳定,流变性良好,返砂正常,润滑性良好,无掉块,电测一次成功,井径规则,平均井径扩大率为5.71%,机械钻速为11.74 m/h。该体系完全满足页岩气水平井现场施工的技术要求。      

油基可循环微泡沫钻井液研制及应用探讨

针对页岩气成藏特点及钻井过程中可能出现的井漏、页岩水化膨胀导致井壁垮塌等问题,开展了油基可循环微泡沫钻井液技术研究。通过室内实验,优选出适合于油基钻井液的发泡剂、稳泡剂等主要处理剂,进而研制出了油基可循环微泡沫钻井液配方,并进行了发泡体积、半衰期、流变性、抗温性、抗污染性、防塌抑制性、封堵性等性能评价实验。结果表明:研制的油基可循环微泡沫钻井液密度在0.65~0.88g/cm3范围内可调,流变性能良好,抗温可达到150℃,稳定时间可达60h;润滑性能优良,具有较好的抗水、抗钙污染性能和防漏堵漏性能,防塌抑制性强,同时具有良好的储层保护性能。最后,对该新型钻井液的应用前景进行了探讨,认为所研制的油基可循环微泡沫钻井液不仅可满足页岩气井钻井的需求,而且还可应用于低压低渗透储层和低压盐膏层钻井,具有较好的应用前景。