控制水基钻井液高温高压滤失量的方法及途径

高温高压滤失量是钻井液性能的重要指标之一,该指标对现场井下安全、稳定至关重要。如何有效、合理地降低高温高压滤失量,通过合适的方法和途径把高温高压滤失量降到8 mL以下,值得思考和研究。在调研了近几年报道的低高温高压滤失量钻井液体系相关文献的基础上,提出降低钻井液高温高压滤失量的综合措施,分析了高温降滤失剂和封堵剂的现状,探讨了控制高温高压滤失量的方法和途径,包括研究高温高压降滤失剂和封堵剂的作用机理及其配伍性,达到处理剂种类尽量少且高效,从而降低成本和工作量的目的;合理使用酚醛树脂、褐煤类处理剂、磺化沥青、高温抗盐降滤失剂SPX树脂或含有AMPS单体的聚合物降滤失剂及含有有机、无机成分的较低成本的聚合物降滤失剂,来控制高温高压滤失量。      

抗高温强封堵防塌钻井液体系研究与应用

针对高温深部复杂地层的钻探需求,通过分子设计研发出一种抗温达200℃、具有刚性结构和高温形变能力的抗高温封堵防塌剂SMNA-1。该剂在140~200℃广谱温度范围内,能够通过其变形性和黏结性有效地堆积填充黏结滤饼,同时利用其自身的疏水性能在滤饼表面形成封堵膜,束缚自由水,增强滤饼的韧性和致密性、降低高温高压滤失量,提高钻井液的封堵防塌能力。以抗高温封堵防塌处理剂为主剂SMNA-1,优选抗高温降滤失剂SMPFL-L、SML-4和高效润滑剂SMJH-1等抗高温处理剂,构建出抗高温强封堵钻井液体系。抗高温聚合物降滤失剂SMPFL-L以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基长链烷基磺酸、双烯磺酸等单体采用自由基聚合制得,分子量较低,且分子量分布具有多分散性,饱和盐水基浆中加入2% SMPFL-L后可使高温高压滤失量降低至54 mL,该剂还具有良好的解絮凝作用,耐温达210℃。抗高温抗盐降滤失剂SML-4是针对高密度钻井液固相加重材料含量高对降滤失剂要求,研发的一种降滤失剂,其能够部分改变加重材料表面性质,提高加重材料的分散性,降低水化膜厚度,4% SML-4可使高密度盐水浆的API滤失量由164 mL降至5.8 mL,且不增加钻井液的黏度。在密度为2.0 g/cm3钻井液中加入2%高效润滑剂SMJH-1,极压润滑系数降低率为24%。该体系在新疆顺北1-1H井三开井段现场应用近1 300 m,施工顺利,未出现任何复杂情况,试验井段平均井径扩大率仅6.88%,井身质量好,取得了良好的应用效果。      

氯化钙-烷基糖苷钻井液室内研究

烷基糖苷(APG)可提高聚合物的抗温抗污染能力,APG的引入可解决CaCl2钻井液流变性和滤失量控制难的问题。对CaCl2-APG水溶液的水活度和人造岩心浸泡稳定性进行研究,证明APG不但不会影响游离钙的存在,而且高浓度APG可促进CaCl2水溶液水活度的降低,确定CaCl2的适宜浓度为20%~40%。在此基础上对增黏剂、封堵降滤失剂和消泡剂优选,构建了体系配方,形成了较为稳定的高浓度CaCl2钻井液。测试了不同密度的钻井液性能,并进行综合评价,表明CaCl2-APG钻井液抗温达130℃,抑制性和润滑性良好。     

抗 240 ℃高温水基钻井液体系的室内研究

中国深部大陆科学钻探井设计井深将超过万米,井底地层温度可能在 300 ℃以上,井内钻井液将长期处于高温高压环境,性能会受到严重的影响和破坏。室内实验通过在不同加量、不同温度（30、90、120、150、180、210、240 ℃）等条件下测试钻井液的流变性能及高温高压滤失量,对抗 240 ℃高温钻井液材料及处理剂进行了优选,最后选用 4% 新疆膨润土与抗高温材料 HPS 复合作造浆材料,添加了高温保护剂 GBJ;复配使用抗高温降滤失剂 LQT、SPNH、JSSJ、JSJ-1、SMP-I 作降滤失剂,引入了新型抗高温降滤失剂 DDP 和抗高温降黏剂 JNJ。评价了优选配方的高温高压滤失量和流变性,在 240 ℃高温滚动 16～72 h后,采用金属滤板直接在230 ℃高温下测试钻井液性能,测试温度由低到高, 再由高到低。结果表明: 优选出的配方在240 ℃下具有良好的高温稳定性和流变性, 高温高压滤失量低。      

烷基葡萄唐苷作为降滤失助剂的研究

首次报道了烷基葡萄糖苷(APG)作为降滤失助剂的研究.研究结果表明,烷基葡萄糖苷在聚合物钻井液中具有较好的降滤失性能,对聚合物钻井液的耐温性也有好的影响.而且烷基葡萄糖苷与甲基糖苷复配后既可降低钻井液的滤失量,抑制性又好,从而形成了一种新型钻井液体系--糖基聚合物钻井液.     

现场钻井液用烷基糖苷类处理剂性能研究

介绍了钻井液用烷基糖苷类处理剂的应用现状,通过测定现场应用烷基糖苷类处理剂的钻井液p H值、水分、水不溶物、阳离子度、相对抑制率、滤失量降低率等指标考察了钻井液的性能,得出各类产品在钻井液中的主要功能和适用条件。甲基葡萄糖苷产品可作为抑制剂兼具降滤失的效果;阳离子烷基糖苷可作为强抑制剂,应配合常规降滤失剂一起使用;高浓度的烷基糖苷具有井壁稳定和润滑的作用。     

抗高温聚合物降滤失剂PFL-L的研制与应用

为使抗高温钻井液具有良好的流变性及高温高压滤失量,防止高温稠化,采用氧化-还原引发聚合反应,合成了一种低相对分子质量的抗高温聚合物降滤失剂PFL-L,进行了红外光谱和热重分析;采用凝胶渗透法测定了产物相对分子质量,评价了高温高盐情况下聚合物降滤失性能及配伍性。评价结果表明,PFL-L热稳定性好,产物分子量具有多分散性,适用于超深井钻井液处理剂,高温高盐条件下在显著降低钻井液滤失量的同时,可很好地控制钻井液高温下的黏度,抗温220℃,抗NaCl可达36%。该降滤失剂在徐闻X-3井进行了现场应用,应用结果证明,由PFL-L等处理剂形成的超高温钻井液热稳定性好,确保了徐闻X-3井三开长裸眼井段的顺利钻进,完钻井深6 010 m,取得了良好的应用效果,满足了安全高效钻井需求。      

一种页岩气疏水强封堵水基钻井液

四川龙马溪组页岩地层水敏性强、微裂缝及裂缝发育,钻井过程中井壁坍塌事故频发,严重制约了页岩气的高效开发。为解决上述难题,引入了一种既能抑制页岩水化膨胀与分散,又能封堵孔隙、微裂缝及裂缝,同时使页岩表面疏水的改性二氧化硅封堵剂。并以该封堵剂为核心,优选降滤失剂、润滑剂等,研制了一种疏水强封堵水基钻井液。该钻井液既具有良好的流变性、降滤失性,又具有优异的抑制、封堵、疏水和抗污染能力。该钻井液的页岩回收率达90.2%,对40～60目砂床渗入深度仅为1.5 cm,密度为2.2 g/cm3时高温高压滤失量为7.2 mL。      

耐240℃高温水基成膜钻井液的室内研究

为解决深井井壁失稳及钻井液流变性不稳定、滤失量大的问题,通过引入无机成膜剂和有机成膜助剂稳定井壁,研发出一套耐240℃高温水基成膜钻井液体系。通过正交实验优选体系配方,利用光学显微镜观察页岩表面成膜,通过页岩热滚回收实验、泥球浸泡测试实验、高温高压滤失测试、粒度分析、扫描电镜等测试对钻井液的页岩表面成膜特性、抑制性、流变性能和滤失量进行了室内研究。结合泥饼微观形貌特征进行理论分析,完成了钻井液性能评价,获得了性能稳定的耐高温成膜钻井液配方。结果表明,在240℃下体系流变性能稳定、动切力合理,滤失量低（240℃老化后API滤失量为5.6 mL,200℃高温高压滤失量为14 mL）,泥饼薄韧,成膜性能好,且具有良好的抑制性和封堵能力,有望在深井或高温地热钻探施工中应用。      

一种抗高温凝胶封堵剂

凝胶类封堵剂具有自适应强的特点,但钻井液用凝胶封堵剂普遍存在抗温性较差的问题。以聚乙烯醇（PVA）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）为反应单体,N,N-二甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂,过硫酸铵为引发剂制备了一种新型凝胶封堵剂（PPAA）,该封堵剂抗温可达180 ℃。PPAA膨胀倍数低,对钻井液流变性影响小,能降低钻井液滤失量。180 ℃老化后,含2%PPAA的钻井液对80～100目砂床的侵入深度为2.6 cm,较常规封堵剂封堵率提高60.6%,在6%NaCl条件下封堵率提高48.6%,且高温高压砂盘滤失量降低69.7%。      

烷基糖苷钻井液研究与应用进展

烷基糖苷(APG)具有优良的抑制性、润滑性和环保性能,以不同烷基糖苷和改性产品为主剂的钻井液得以迅速发展。目前规模应用仅有甲基葡萄糖苷钻井液,但加量偏大,抑制和抗温性有待提高;乙基糖苷和丙基糖苷钻井液尚处于室内研究阶段。对糖苷分子结构中的醇羟基、甲氧基、糖环等改性,抑制性和抗温性能得以提升,较为成功的有醇羟基改性产品:阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷,在钻井液中实现了低加量、强抑制的目标,在页岩等强水敏地层应用较多。将APG引入无机盐类钻井液,流变性和滤失量等得以改善,对泥岩、页岩和火山岩等水敏地层的稳定性增强。结合对烷基糖苷钻井液研究和现场应用综述,对今后烷基糖苷钻井液的研究工作提出了建议。     

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。      

超高温270℃水基钻井液体系研究

松辽盆地即将实施的大陆科探井松科2井井底温度可达260℃以上。采用室内合成的抗高温聚合物降滤失剂HR-1,改性腐植酸HS-1为主处理剂,与优选的沥青类高温封堵剂、高温稳定剂海泡石进行配伍性试验,形成了抗温270℃钻井液体系,并进行性能评价。结果表明,该钻井液具有较好的流变性和较低的滤失量,较强的抗钙土和抑制岩屑粉污染能力。钻井液高温稳定性好,270℃/96 h连续老化后滤失量小于5.0 m L。     

抗220 ℃高温水基钻井液技术研究

深井、超深井高密度水基钻井液的热稳定性一直是国内外钻井液行业研究的关键问题之一。为了提高钻井液的抗高温能力,研究了高温对钻井液的影响及相应的技术对策,形成了一套密度为2．00g／cm ^3～2．35g／cm^3抗220℃高温的水基钻井液体系。该体系由四类核心处理剂组成：抗高温复合降滤失剂、抗高温降粘剂、润滑封堵防塌剂及高温稳定剂。评价了水基钻井液体系在高温下的高温稳定性、高温高压流变性能、抑制性能和抗污染性能。实验结果表明,该体系具有良好的热稳定性,钻井液经过220℃高温老化后,高温高压滤失量低,流变性好,并具有良好抑制性能和抗盐、钙及钻屑等污染性能。     

超高温超高密度钻井液室内研究

分析了超深井高温高压条件下钻井液技术难点,采用室内合成的黏度效应低的抗高温降滤失剂MP488,LP527和HTASP为主处理剂,同时在体系中引入KCl,制得抗温240℃、密度2.5 g/cm3的超高温超高密度钻井液。该钻井液经240℃/16 h高温老化后仍具有良好的流变性,高温高压滤失量(180℃)小于25 mL。钻井液的抗盐、抗钻屑和黏土污染能力强,页岩一次回收率达99.4%,沉降稳定性好。解决了流变性与滤失量控制难以及黏土高温分散导致钻井液增稠、胶凝等问题。     

高密度无黏土相饱和盐水钻井液研究

为了满足巨厚盐膏层快速钻进和保护储层的需要,通过对增黏剂、降滤失剂、封堵剂以及复合盐水的优选,采用无黏土相配制钻井液,最终得到了高密度无黏土相饱和盐水钻井液体系。室内性能评价表明,该钻井液体系在密度达到2.30g/cm3时,具有良好的热稳定性,抗侵污性能和抑制性能,且高温高压下仍具有较低的滤失量,可以保持良好的流变性,能够满足现场作业的要求。     

深井高温水基钻井液体系研究

钻井液在高温下的流变性、滤失性控制是抗高温钻井液技术的难点;以高温稳定剂为核心处理剂,研制出一套耐抗200℃高温的水基钻井液体系;评价了该钻井液体系在高温下的稳定性、高温高压流变性能、抑制性能和抗污染性能;试验结果表明,抗高温钻井液体系热稳定性好,经过200℃高温老化后,高温高压滤失量低,流变性好,并具有良好的抑制性能和抗盐、抗劣土侵性能。     

稀硅酸盐钻井液体系配方研究及性能评价

通过分析硅酸盐钻井液体系稳定井壁的机理,优选了基浆和与硅酸盐配伍性好的有机处理剂,研制出了一种稀硅酸盐钻井液配方并进行了性能评价,结果表明所研制的配方具有优良的流变性和降滤失性,低黏切高动塑比,API滤失低于5ml,HTHP滤失低于10ml,强抑制性、防塌性,岩屑滚动回收率达99％,抗盐抗钙、抗钻屑污染能力强,抗温120％以上,使用重晶石加重后仍保持良好的流变性和降滤失性。     

纳米材料钻井液在大港油田的应用

针对纳米材料在钻井液中团聚的问题,通过分子设计,改进纳米材料的表面性能,以改性纳米二氧化硅为核,通过接枝柔性聚合物,合成了一种纳米封堵降滤失剂。通过引入强的吸附基团和疏水基团,聚合物分子的亲疏水、氢键等协同作用形成空间的网架结构,使合成的纳米封堵降滤失剂能够以纳米级尺度分散在钻井液中,其在钻井液中纳米级粒度的含量高达59.3%,其不仅具有优异的降滤失性能,同时具有柔性可变形性,还能够吸附在岩石表面,提高纳米材料对微裂缝和小孔隙的封堵能力。以合成的纳米降滤失剂为核心处理剂,并优选出配套的纳米润滑剂、纳米抑制剂,形成纳米钻井液体系。该体系的抗温达150℃,API滤失量在2.4 mL以下、高温高压滤失量在9.8 mL以下、润滑系数不大于0.04,渗透率恢复值不小于91%、目的层井段岩屑回收率≥ 90.5%。该体系在大港油田枣1510井的应用中表现出良好的润滑性和保护油气层效果。      

南海东方气田高温高密度钻井液体系研究

东方气田属于我国南海海域高温高压并存油气田之一,具有地温梯度高、多套压力系统共存、钻井液密度窗口窄等特点。为此,总结分析了现阶段东方气田高温高压井钻井液所面临的技术挑战,高温稳定性以及流变性、滤失性控制等钻井液技术难题亟待解决。针对东方气田高温高压井对钻井液高温稳定性和防塌技术的需求,通过优选关键钻井液处理剂,研制了抗高温高密度水基钻井液。结果表明,优选的高温高密度水基钻井液体系具有高温稳定性强、润滑性好以及页岩抑制能力、封堵能力及抗污染能力强等优点,气层保护效果优良。