国内外超高温高密度钻井液技术现状与发展趋势

简要介绍了国内外超高温井的情况,从油基钻井液、合成基钻井液及水基钻井液三方面介绍了国内外超高温高密度钻井液的研究与应用现状,并指出了超高温高密度钻井液的发展方向。国外早期超高温钻井液以水基钻井液为主,近年来油基和合成基钻井液应用越来越多,尽管钻遇的井底温度已经超过300 ℃,但钻井液最高密度没有超过2.40 kg/L。国内超高温高密度钻井液以水基钻井液为主,与国外相比,尽管应用的温度没有国外高,但钻井液密度高,已经突破2.50 kg/L。相对而言,国外在超高温高密度钻井液方面更注重高性能专用产品的开发,而国内尽管在超高温钻井液处理剂研究方面已经开展了大量的工作,但没有形成系列产品,大部分研究局限在实验室,超高温高密度钻井液多在传统处理剂基础上,或采用国外产品形成,钻井液的综合性能还不能满足现场需要。国外超高温高密度钻井液已经成熟,目前的研究重点是改善钻井液的环境可接受性。我国应在专用产品开发的基础上,形成配套的钻井液体系,并围绕环保、高效、经济的目标进行油基和合成基钻井液研究。      

抗220℃高密度油基钻井液的研究与应用

针对超高温深井、超深井钻井液体系抗温能力不足、使用密度低、动态沉降稳定性差等问题,研制出抗温220℃的乳化剂、增黏剂、降黏剂及最高使用密度为2.30 g/cm³的油基钻井液配方。室内评价结果表明,超高温乳化剂SD-HTPE和SD-HTSE对钻井液的流变性影响小,220℃热滚后破乳电压达到1201～1856 V;超高温增黏剂SD-OIV可使体系的LSRYP由3 Pa增大至13 Pa,动态沉降稳定系数由0.2096增大至0.6466,高温高压滤失量降低率最高达76.74%;超高温降黏剂SD-ORV可使体系LSRYP降低85.71%;体系在220℃、40 MPa、低剪切速率下具有良好的动态循环流变性及热稳定性。该套体系在川南塔探1井得到成功应用,应用结果表明,超高温高密度油基钻井液体系在214℃下热稳定性、流变性、沉降稳定性和高温高压滤失量等性能较好,施工过程无阻卡,起下钻顺利,具有良好的现场应用效果,满足超高温深井、超深井的钻井需求。     

超低密度仿油基钻井液工艺技术及应用

在低压储层中采用欠平衡钻井,需使用抗高温的超低密度钻井液。室内试验研究与现场应用表明,仿油基钻井液通过试验及配方优选,能够把现场钻井液应用密度控制在1.03～1.04g/cm3范围,油溶能力提高到50%,抗温能力提高到130℃,流动性和润滑性能优良,抑制能力强,滤失量低,静结构弱。能满足水平深井钻井与地质录井要求,尤其适合低压地层或欠平衡深井钻井需要。     

油基钻井液钻井的固井技术难点与对策分析

油基钻井液具有优良的抑制性及抗温性等优点,近年来在复杂深井和页岩气井中得到了大量应用。由于油基钻井液与固井水泥浆间存在相容性问题,因此为固井工程带来诸多难题。为促进油基钻井液的应用,提高固井质量,在总结国内外研究现状基础上,分析指出油基钻井液钻井的固井难点主要包括井壁和套管清洗困难、滤饼难以清除、前置液评价方法不完备、流体接触污染严重、顶替效率低等。针对上述难点,提出应加强高效前置液体系、前置液性能评价方法与相应装置、油基钻井液驱替与置换机理研究,形成适用于油基钻井液钻井的配套固井技术。     

超高温水基钻井液的室内研究

为了满足当前深井、超深井逐步向深层次开发的需要,研制了一种抗温达240℃的超高温水基钻井液,其主要以新研制出的抗高温增黏护胶剂MG-H来控制流变性能,并选用了合成聚合物类降滤失剂SHTR和高温成膜封堵剂HOSEAL等其他配伍性添加剂.室内实验结果表明,该钻井液抗温性能好,稳定性高,在经过240℃高温老化之后,仍能保持稳定的流变性能和滤失性能,且流变性能变化较小;具有较好的抑制性和抗污染能力;密度和温度适用范围广,适合于各种类型的高温高压井的钻井作业.     

低毒环保型油基钻井液体系室内研究

为了提高油基钻井液的环保性能,解决其生物毒性高、难于降解等问题,研制了低毒环保型油基钻井液。通过对普通原料油进行脱硫脱芳处理得到新型低毒油基钻井液用基础油,采用复合改性剂和新工艺处理有机土得到新型改性有机土,并对钻井液处理剂及加量进行优选,最终形成了低毒环保型油基钻井液体系。室内试验结果表明,该钻井液体系的高温高压滤失量为3.2~9.5 mL,沉降密度差最高0.06 g/cm3,破乳电压高达1 190 V以上,水侵和劣质土侵后乳化体系还可以保持稳定,二次岩屑回收率达到99.17%,线性膨胀率仅为1.92%,岩心渗透率恢复率达88.5%~94.6%。研究结果表明,低毒环保型油基钻井液体系的流变性、稳定性、抗污染性、润滑性、抑制性和储层保护性能良好,可满足复杂地层深井、超深井安全高效钻井的需求及环保要求。      

生物质基液PO-12的合成与性能评价

国内水平井用油基钻井液普遍存在切力低、流变性能差和后续钻屑处理难度大等问题,在性能和环保方面均需要完善。为满足绿色高性能钻井液的发展需求,以天然来源的植物油为原料,采用生物和化学改性的方式,合成了一种性能优异、可生物降解的生物质基液PO-12。性能测试表明,PO-12具有黏温特性优良、稳定性好、抑制性强、抗水解和无荧光的特点,其结构中不含芳香基团,无毒,绿色环保,能够满足水平井和深海钻井需求。以PO-12为连续相,初步形成一种生物质合成基钻井液,性能与油基钻井液相当,为提高水平井用钻井液的绿色环保性能提供了一种新的途径。      

中国石化钻井液技术进展及发展方向

围绕油气勘探开发及钻井工程对钻井液技术的需求,介绍了中国石化钻井液技术的研究及应用进展情况,从超高密度钻井液、新型低密度钻井液、非常规油基钻井液、抗高温钻井液、合成基钻井液、聚胺钻井液、复杂地层防漏堵漏技术、气体泡沫及可循环泡沫钻井液、深井超深井优质钻井液、废弃钻井液钻屑及废水回收处理技术,以及基础理论研究和仪器与评价方法的研发等方面进行了叙述,最后根据对钻井液技术发展需求的分析,指出了中国石化钻井液技术的发展方向.     

超深井页岩气钻井抗高温油基钻井液的研制

为满足超深井页岩气钻探技术发展需要,通过对油水比的选择、有机膨润土加量、乳化剂加量、降滤
失剂加量、润湿反转剂改性重晶石的加量分析以及抗高温性能评价等,研制出抗高温能达到２００℃,密度在２．２ｇ／ｃｍ^３
以下可调油基钻井液体系。所配制的油基钻井液在实际钻井过程中,能在高于１５００Ｖ的破乳电压、水侵入
量为２０％以及１５％的岩屑携带下,基本维持稳定,满足超深井页岩气钻井工程的需求。     

环保型全油基生物油钻井液的室内研究

为适应非常规页岩气开发的需要,解决传统油基钻井液毒性大、悬浮稳定性差、成本高的问题,选用低毒环保且可再生的生物柴油作为基础油,研制出一种环保型全油基生物油钻完井液体系。给出了体系配方并对该体系的主要性能进行了室内评价。室内实验结果表明,环保型全油基生物油钻井液体系不含水,具有电稳定性好、塑性黏度低、滤失量小等特点,且具有抗温、抗钻屑、抗盐水污染性以及抑制性强的优点,对储层保护效果也较好,满足非常规页岩气开发安全钻井和环境保护的要求。     

国内外油基钻井液研究与应用进展

在分析油基钻井液优、缺点及技术难点的基础上,对国内外油基钻井液处理剂及钻井液体系研究与应用情况进行了介绍,提出了油基钻井液发展方向.油墓钻井液具有抗高温、抗盐、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等优点,在国外已广泛作为钻深井、超深井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层的重要手段,并取得了明显的效果.国外油基...     

海洋超高温高压井钻井液设计与测试方法及国外钻井液新技术

介绍了国外高温高压井的最新定义和分级,以及全球海上高温高压井的分布。阐述了海洋高温高压井钻井液性能设计方法,主要包括密度、高温热稳定时间、抗高温能力、高温高压滤失量、抗污染能力、低温流变性能和水合物抑制能力等,提出高温热稳定时间、抗高温能力、高温高压滤失量应为高温高压井钻井液3个关键性能设计及评价指标,建立利用极高温高压流变仪Chandler 7600模拟高温高压井钻井液静态高温热稳定时间和动态循环抗高温能力的评价方法。详细介绍了国外抗232℃超高温无铬环境友好型水基钻井液、抗220℃超高温高密度甲酸铯钻井液、抗180℃高温无黏土储层钻井液、抗260℃超高温油基钻井液、抗315℃极高温氟基逆乳化钻井液。上述技术对中国超高温乃至极高温钻井液技术的研究具有一定的借鉴意义。     

油基钻井液及其废弃物除油处理技术在东海探井中的应用

近几年，为解决大斜度定向井和大位移井钻井中所面临的井眼清洁困难、摩阻扭矩大、井壁不稳定等诸多难题，东海油气田的开发井开始采用油基钻井液体系，取得了良好的使用效果。油基钻井液相比于水基钻井液，抑制性更强，润滑性更好，有利于保持井壁稳定，从而降低钻具遇阻、遇卡事件的发生频率。该文首先对油基钻井液在东海油气田已钻开发井的使用情况进行分析研究，之后对油基钻井液在东海探井中的适用性与其废弃物除油处理方法的可行性进行理论研究，将在开发井中应用的油基钻井液使用工艺、方法扩展至东海的探井中加以应用。现场应用结果表明，该套工艺、方法切实可行，满足海上环保要求，保障了油基钻井液的成功使用，有利于实现东海探井安全高效钻进目标。     

Advances in Sinopec's Shale Gas Drilling Technologies

In order to economically and effectively develop shale gas in China, Sinopec introduced foreign technologies and integrated them with available domestic technologies and self-developed tools according to geological characteristics and complicated mountainous geomorphology in marine shale plays of southern China. A technology series composed of innovated theories concerning geological characterization during drilling, new generation of PDC bits, friction-reducing tools, low-cost oil-based drilling fluid system, high-efficient washing fluid and elastic mud systems, integrated drilling engineering design, long lateral cementing, modified well factory drilling method and etc., was developed to fulfill fast and optimized drilling for shale gas wells. The application of the technology series in about 251 wells of Fuling gas field, Chongqing City, southwestern China, showed positive results: mechanical rotating speed increased by 191%, drilling duration reduced by 53%, and quality passing percent 100%.     

页岩气水平井低油水比油基钻井液研制及应用

针对页岩气水平井钻探过程中井壁失稳风险大、钻井液性能要求高和商业开发降本提效的迫切需求,基于页岩储层特征、水平井工程施工要求,构建、研制了一套性能稳定的低油水比油基钻井液体系。室内试验表明,该油基钻井液具有良好的热稳定性、抗污染性、封堵性和乳化稳定性,而且塑性黏度较低、切力适中、流变性能较好,可以满足页岩气水平井钻井的要求。低油水比油基钻井液在涪陵页岩气田5口井进行了现场应用,通过采取低油水比胶液维护、固相控制和随钻封堵等配套措施,实现了将油水比控制在70/30以下,较该气田以往油基钻井液基础油用量降低15%,获得良好的降本效果。页岩气水平井低油水比油基钻井液能有效降低涪陵页岩气田钻井成本,有力支撑了页岩气低成本商业开发,对国内其他地区页岩气开发也具有借鉴意义。      

聚合醇类防塌水基钻井液体系的研究及其应用

针对钻井工程技术和环境保护的需要，从油基钻井液的防塌作用机理出发，研制了新型聚合醇类防塌水基钻 液体系。经室内研究和海上油田应用证实，ＰＥＭ具有无荧光，不干扰地质录井，有利于发现油层，抑制和防塌能力接近渥基钻井液水平，ＥＣ５０》３００００ｍｇ／Ｌ，满足环境保护的要求和优良的储层保护特性等优点。     

甲酸盐钻井液体系在大庆开发井的推广应用

通过对甲酸盐保护储层的研究和钻井液处理剂的评价，研制出了适合大庆开发井应用的甲酸盐钻井液配方，并对该配方保护储层的能力进行了评价。甲酸盐是一种有机酸的羧酸盐，在水溶液中以Na^＋（K^＋、Cs^＋）和HCOO^-的离子存在，除了具有Na^＋、K^＋的作用外，还具有HCOO^-的独特作用。经现场应用表明，甲酸盐钻井液是一种抑制性强、稳定井壁效果好，有利于储层保护的体系；甲酸盐钻井液能够满足3200m以内勘探、开发钻井的需要，并能满足各种尺寸井眼的钻井作业要求。     

南海超大水垂比大位移M井钻井关键技术

为开发南海东部某油田边际油藏,设计了一口水垂比高达4.90的大位移井M井,钻井过程中面临储层埋深浅、稳斜裸眼井段长、安全密度窗口窄、井眼清洁困难和套管下入摩阻大等技术难点。通过研究与应用井眼轨迹控制、井身结构优化、井筒当量循环密度ECD控制工艺和安全高效下套管工艺等技术,顺利完成了该井的钻井作业。应用结果表明,五开井身结构显著提高了井壁稳定性;使用连续循环阀系统及岩屑床破坏器,井底ECD变化率降低至小于1.9%;应用漂浮下套管及全掏空旋转下尾管工艺,顺利下入?244.5 mm套管×4 200.00 m及?177.8 mm尾管×5 772.00 m。超大水垂比大位移井钻井关键技术在M井应用后,创下了中海石油海上油田最大水垂比大位移井钻井作业纪录,为后续类似大位移井的开发积累了经验。      

微细钛铁粉加重剂在钻井液中的应用

随着深水井、大位移井、高温高压井以及窄密度窗口井钻井作业的进行,对钻井液性能的要求越来越高,尤其是对高密度及超高密度钻井液的流变性、造壁性、沉降稳定性以及储层保护性能的要求,常规API重晶石加重的钻井液已经不能满足特殊井段的钻进需求,因此需寻求新型加重剂。近年来微细重晶石、微锰、微细钛铁粉等新型加重剂在现场使用取得较好的效果。通过对国内外文献的调研,研讨了微细钛铁粉的特性、微细钛铁粉对水基以及油基钻井液流变性、滤失造壁性和沉降稳定性的影响及该剂在高密度/超高密度水基/油基钻井液中的使用情况。得出:微细钛铁粉无论是用作水基还是油基钻井液的加重剂,或与API重晶石混合使用,钻井液流变性好,其酸溶性好,形成的泥饼更容易去除,沉降稳定性好,对储层损害程度低。该剂磁性可通过去除赤铁矿杂质得以解决;尽管其硬度高于重晶石,但由于其D₉₀为15 μm,因而其磨蚀性低于API重晶石。此外,由于微细钛铁粉颗粒分布集中（D₅₀≈5 μm）,高温高压滤失量稍高,可以通过加入一些粒径分布宽的酸溶性架桥颗粒来得到解决。整体上来说,微细钛铁粉用作钻井液加重剂是非常有前景的。该剂已在阿拉伯湾以及阿联酋等现场应用,取得了较好的结果。      

Water-Based Drilling Fluid Technology for Extended Reach Wells in Liuhua Oilfield,South China Sea

Abstract

To reduce the dependence of oil-based drilling fluids for extended reach well drilling, a newly developed water-based drilling fluid system has been used to drill the extended reach wells in Liuhua oilfield located in the east of the South China Sea. Based on numerous experiments, the formulations of this water-based system for various sections of extended reach wells were determined, and several key characteristics, such as lubricity, inhibition, and rheological properties, were evaluated. Using the well Liuhua 11-1-21 (A4) ERW3 as an example, the field applications of this water-based drilling fluid are elaborated in this article. Laboratory experiments and field tests indicate that this kind of specially formulated KCl/polymer system not only possesses excellent shale inhibitive character, but also has proper rheological parameters, good lubricity, and strong ability of anti-contamination for calcium ions. Hence, it can meet the demands of extended reach drilling operations in this area. A unique and integrated technology of water-based drilling fluids for extended reach well drilling in Liuhua oilfield has been formed.