国外高性能水基钻井液研究的最新进展

介绍了国外一种在性能、费用、环境保护等方面能够取代油基钻井液与合成基钻井液的高性能水基钻井液。通过对该钻井液的基本组成及主要处理剂的作用机理、室内评价方法和在世界部分油田的现场应用情况进行综述得知,高性能水基钻井液在抑制敏感性泥岩、提高页岩膜效率、防止钻头泥包、提高机械钻速等方面远好于常规抑制性强的水基钻井液,而且在满足钻井要求、环境保护和经济方面完全可以替代油基钻井液;高性能水基钻井液无论是对陆上钻井还是对海上钻井,都具有广阔的应用前景,特别适合含大量泥岩段的重点探井使用。     

国外高性能水基钻井液介绍

近年来高性能水基钻井液（又称胺基钻井液）在国外应用较广,它被认为是替代油基钻井液且又能安全钻进的一类高性能水基钻井液,并于2006年被列为一种新的钻井液体系分类。高性能水基钻井液的实质是应用了一种新的阳离子胺基聚合物———醚乙二醇聚胺类,该胺盐有更高的抑制能力和防泥包能力,符合环保要求,并具有成膜作用,高性能水基钻井液的应用效果与油基钻井液相当。介绍了新胺盐的抑制效果、防泥包数据、利用崩散性试验仪和硬度测试仪2种新仪器测出的各类钻屑的硬度数据和回收率数据,以及国外一家钻井液公司使用该体系的实例和在现场测定聚合物浓度的方法。     

高性能水基钻井液研究进展

高性能水基钻井液（HPWBM）是为了满足环保需要而研制的一类可以替代油基钻井液（OBM）的新型钻井液体系，该项技术在国外引起了高度重视。介绍了国外高性能水基钻井液的室内研究和工艺技术方面取得的重要进展，包括其性能特点、井壁稳定机理、组成及处理剂作用、抑制性评价方法和现场应用效果。高性能水基钻井液已广泛应用于各种复杂井的钻井作业。现场应用效果表明，高性能水基钻井液提高了机械钻速，实现了低的稀释率和较高的固相清除效率，摩擦系数与油基钻井液基本相当，最大程度地减少了钻头泥包和聚结现象，大大节省了钻井和完井时间，提高了页岩地层的井壁稳定性，保护了环境。     

国外高性能水基钻井液技术发展现状

介绍了贝克休斯公司开发的高性能水基钻井液的基本组成、优良性能以及在世界部分油田的现场应用情况。该钻井液具有油基钻井液的各种性能,可有效稳定页岩、提高岩屑整体性和机械钻速、减小扭矩和阻力,且有利于环保,已被广泛应用于各种钻井。从应用效果看,无论是PDC钻头还是牙轮钻头,机械钻速都达到了27.4m/h,实现了较低的稀释率和较高的固相清除率,其摩擦系数与油基钻井液相同,最大程度地减少了钻头泥包和聚结现象。与油基钻井液相比,可大幅度节省钻井期间的完井时间,解决了高性能钻井与环保要求的协调问题。     

高性能水基钻井液在洪69井的应用

为了解决洪浩尔舒特凹陷达林西构造钻井过程中存在的机械钻速慢、井壁失稳和储层损害等问题,研发出了一套含有胺基聚合物的低固相高性能水基钻井液,它具有良好的抑制性和封堵性,能在岩心端面形成良好的封堵层,渗透率恢复值大干85%.洪69井在使用该体系钻井的过程中,起下钻畅通,未发现井壁掉块现象,井径扩大率小于5%,电测一次成功,与邻井洪21井相比,洪69井的钻井液密度降低了0.1 g/cm3,机械钻速提高了1.6倍,钻井周期减少了18.4d,井径扩大率降低了58.14%.     

聚合醇水基钻井液在文33—196井的应用

文33-196井是中原油田文留构造南部文33断块上的一口大斜度双靶定向井,设计井深为3400 m,最大井斜角为45°,水平位移为696 m.该区块沙河街组粘土矿物以伊/蒙混层为主,亚甲基蓝容量高,膨胀性强,易坍塌掉块,油层易受污染,造成产量降低.文33-196井采用聚合醇水基钻井液体系.现场应用表明,聚合醇水基钻井液具有良好的润滑防卡性能、抑制性能和防塌性能,渗透率恢复值较高,对油气层有一定的保护作用,满足了文33-196井大斜度双靶定向井的施工要求.     

高性能CaCl_2/聚合物水基钻井液的室内研究

在自制新型烯类聚合单体的基础上,合成出一种新型配套的、抗Ca Cl2至饱和的强抗钙聚合物,初步形成了2种Ca Cl2/聚合物水基钻井液的基本配方:水+1.5%(3.0%)凹凸棒石+0.3%(0.2%)XC+5%KCl+40%(60%)无水Ca Cl2+2%强抗钙聚合物,强抗钙聚合物与Ca Cl2能形成良好的协同效应,是体系的核心。综合性能评价结果表明,Ca Cl2/聚合物钻井液的抑制性能和润滑性能尤为突出,在120℃滚动老化16 h后,一次、二次回收率均为100%,抑制能力超强;体系的黏附系数为0.001 69,润滑系数最低为0.038,达到油基钻井液水平;强抗钙聚合物对凹凸棒石具有较强的吸附和分散能力,可以形成薄而致密的滤饼,显著提高体系降滤失能力;可以用聚合醇或聚电解质作封堵剂;含60%Ca Cl2的配方抗温达120℃。可以得出,该体系具有满足复杂地层钻井要求的潜力,与油基钻井液性能相仿,并且成本低,无污染,满足排放标准,维护简单,具有良好的应用前景。     

应用于中国页岩气水平井的高性能水基钻井液

目前中国页岩气水平井定向段及水平段钻井均使用油基钻井液,但油基岩屑处理费用昂贵,急需开发和应用一种具有环境保护特性的高性能水基钻井液体系。介绍了2种高性能水基钻井液体系的室内实验和现场试验效果。在长宁H9-4井水平段、长宁H9-3和长宁H9-5井定向至完井段试验了GOF高性能水基钻井液体系,该体系采用的是聚合物封堵抑制方案,完全采用水基润滑方式;在昭通区块YS108H4-2井水平段试验了高润强抑制性水基钻井液体系,该体系采用的是有机、无机盐复合防膨方案以及润滑剂与柴油复合润滑方式。现场应用表明,定向段机械钻速提高50%~75%,水平段机械钻速提高75%~100%。通过实验数据及现场使用情况,对比分析了2种体系的优劣,找出了他们各自存在的问题,并提出了改进的思路,为高性能水基钻井液的进一步完善提供一些经验。      

铝盐聚合醇钻井液体系在辽河油田的应用

辽河油田沈北区块上部地层含大段软泥岩,易水化膨胀缩径,下部地层水化分散强,易发生周期性垮塌,常规的钻井液体系不能有效稳定井壁,常引发井下复杂情况.研制出了强抑制性铝盐聚合醇钻井液体系,该钻井液由于铝盐和聚合醇的协同作用,具有优良的润滑和抑制性能.该体系在沈625-10-22井、沈625-14-34井及沈625-18-30井钻进过程中表现出良好的抑制性,减少了钻井复杂情况,井下安全,井眼规则,与同区块使用聚合物分散体系的井相比,平均井径扩大率降低7.95%～11.77%,并且降低了钻井液的使用密度.其成功应用证明,铝盐聚合醇钻井液抑制性和井壁稳定能力强,具有明显的防塌效果,可满足沈北区块沙河街地层钻进的需要.     

水基硅酸盐钻井液的页岩井眼稳定性研究

结合室内实验数据,分析了硅酸盐钻井液粘土稳定作用的主要影响因素。结果表明,硅酸盐的模数在2.8—3.2、加量在3％—5％时钻井液抑制性能较好,无机盐与硅酸盐的协同效应提高了硅酸盐的抑制性能。提出硅酸盐稳定页岩井壁的机理为:硅酸盐形成凝肢与沉淀堵塞微裂缝与页岩孔隙,阻止滤液进入地层,减少压力穿透;抑制粘土矿物水化膨胀与分散;与无机盐协同作用阻止水进入地层;与粘土矿物反应导致渗透率降低等。     

水基钻井液硫酸铝污染处理工艺

KS19井三开φ311.2 mm井眼在钻至6243~6387 m井段时,使用的高密度KCl-聚磺水基钻井液被含有硫酸铝的清洁化生产用工业废水污染,流变性每日不断呈现上涨趋势至发生突变,一是φ₆与φ₃读值、初切值、动切力均上涨较高,而其他参数均比较正常;二是上水罐、过渡槽钻井液表面粗糙,大量针眼型气泡包裹其中,流态缓慢;三是循环系统加重泵上水困难、泥浆泵抖动严重,泵冲泵压变化较大,钻进期间被迫使用灌注泵辅助泥浆泵上水。分别在套管鞋、井底分2次进行循环调整处理,采用稀释置换、气泡界面张力改变、提高碱度进行中和、流变性改变、提高油含量等至恢复正常钻进,上水罐、过渡槽钻井液仅包裹有少量针眼型气泡,泥浆泵、加重泵上水正常。      

水基钻井液硫酸铝污染处理工艺

KS19井三开φ311.2 mm井眼在钻至6243~6387 m井段时,使用的高密度KCl-聚磺水基钻井液被含有硫酸铝的清洁化生产用工业废水污染,流变性每日不断呈现上涨趋势至发生突变,一是φ6与φ3读值、初切值、动切力均上涨较高,而其他参数均比较正常;二是上水罐、过渡槽钻井液表面粗糙,大量针眼型气泡包裹其中,流态缓慢;三是循环系统加重泵上水困难、泥浆泵抖动严重,泵冲泵压变化较大,钻进期间被迫使用灌注泵辅助泥浆泵上水。分别在套管鞋、井底分2次进行循环调整处理,采用稀释置换、气泡界面张力改变、提高碱度进行中和、流变性改变、提高油含量等至恢复正常钻进,上水罐、过渡槽钻井液仅包裹有少量针眼型气泡,泥浆泵、加重泵上水正常。     

含胺优质水基钻井液研究进展

综述了胺类化合物作为泥页岩抑制剂的发展及含胺优质水基钻井液的技术现状,介绍了国外近期研发的UltraDrill高性能水基钻井液,并从分子结构的设计上对高效胺类抑制剂的研发进行了展望,浅析了含胺优质水基钻井液的发展方向.     

深水水基钻井液的室内研究

深水区域油气勘探已成为油气产量增长的重要组成部分。研制出了一套聚合物硅酸盐钻井液,该钻井液能够有效地抑制水合物的形成;具有一定的抗温性能和良好的井壁稳定性,岩屑滚动回收率在90%以上;保护油气层效果好,其渗透率恢复值在90%以上;采用发光细菌法对钻井液处理剂及体系的生物毒性进行了评价,结果表明它们均无生物毒性;该钻井液加重后性能满足深井钻井的要求。     

海洋深水钻井水基钻井液密度的预测

在海洋深水钻井条件下,不同的海水深度和温度梯度环境将对钻井液密度产生影响.因此根据不同温度和压力条件下水基钻井液密度的测量结果,建立了温度、压力影响下的水基钻井液密度计算模型.     

聚合醇保护裂缝性储层应用研究

实验考察了常用聚合醇特别是PB-1的应用性能，讨论了在钻井液中的抑制、堵孔、界面活性、提高渗透率恢复率等作用，简介了在塔里木盆地轮南古潜山地区2口深井钻井中的应用效果。3％PB-1使岩屑在清水中的回收率由10．8％提高到38．8％；加有聚合醇的钻井液滤饼表面有膜形成；3％PE-1使清水表面张力降到～37mN／m，使油水界面张力降到8．5mN／m；随聚合醇浓度增大，PE-1和JLX水溶液通过滤饼的滤失量减小，PE-1水溶液通过含人造裂缝岩心时的压差增大；5％PB-1使实验聚磺钻井液及2．0％或2．5％PE-1使LG-101井井浆污染的含人造裂缝岩心的渗透率恢复率增大，聚合醇与超细碳酸钙合用时增加幅度更大。在LG-100井和LG-172井分别钻到5455和5440．9m时井浆滤失量较大而渗透率恢复率很小(26．7％和18．5％)，调整配方并加入聚合醇(3％～5％)使滤失量减小，渗透率恢复率大幅上升到65．2％和64．2％。聚合醇作为钻井液处理剂，对裂缝型和微裂缝型碳酸盐岩地层有良好保护作用，与固相架桥粒子共用时保护作用更好。图4表5参2。     

钻井液用改性腐殖酸类处理剂研究与应用

本综述包含如下论题:腐殖酸的化学结构和性质;腐殖酸的化学改性方法——磺甲基化和接枝反应;腐殖酸改性产物研发及在水基钻井液中的应用,包括降滤失剂、降黏剂、防塌剂,特别指出其高温稳定作用。参38。     

水基钻井液配方组合的回顾与展望

综合分析了我国水基钻井液技术的发展，包括：①聚磺钻井液的形成过程及包括约10种处理剂的配方组合模式；②硬脆性泥页岩地层井壁稳定厦钻井液体系（抑制剂＋封堵剂）；③从半透膜机理发展出的4种新体系（聚多醇类，甲酸盐类，甲基葡糖苷。硅酸盐粪）。介绍了国外水基钻井液最新技术：④无侵害钻井波及其处理剂，滤失量的砂床法测定蛄果及应用；⑤胺基钻井液及其处理剂，钻屑整体硬度测试和耐崩散性测试；⑥设计者钻井液。认为在押制机理上成膜和封堵是今后发展方向，在配方组合上应由聚合物＋磺化物体系转向聚合物＋封堵剂体系。图7表2参27。     

用弱凝胶替代水基钻井液中膨润土的技术

通过研究指出常规水基钻井液面临的矛臂,并对膨润土的性质进行研究,提出利用弱凝胶替代膨润土在钻井液中作用的思路。以弱凝胶为基础配浆材料配制的钻井液,从根本上克服了钻井液既要保持膨润土细分散的胶体状态,又要保持泥页岩地层稳定、抑制钻屑在钻井液中分散所表现出来的矛唇。在使用各种强抑制剂、防塌剂提高井壁稳定的同时,不会破坏钻井液性能。通过研究,得出了弱凝胶和膨润土的流变性和造壁性十分相似,证实了弱凝胶替『弋膨润土的可性行。     

新型纳米材料在页岩气水基钻井液中的应用研究

针对页岩气钻探中水基钻井液携岩、封堵纳米孔径、抑制页岩分散等方面需求,研制了一种直径约为30 nm的纳米层状材料LDP。在流变方面,120℃老化后,2% LDP悬浮液比6%钠膨润土具有更高的弹性模量、屈服应力和剪切稀释性,与0.5% PAC-LV溶液复配实验表明,1% LDP的增黏提切性能优于4%钠膨润土;同时,周期震荡应变扫描实验表明,LDP悬浮液在高低应变转换时具有更好的凝胶结构恢复和拆散性能;粒径分析、透射电镜分析表明,LDP比钠膨润土在水溶液和PAC-LV溶液中更容易形成明显的网状结构;在封堵方面,利用N₂吸附分析了页岩在不同溶液浸泡后的孔隙,结果表明,LDP比纳米二氧化硅、钠膨润土具有更明显的封堵效果,扫描电镜分析揭示了LDP材料能够封堵页岩狭长纳米孔道。在页岩抑制方面,2% LDP抑制黏土线性膨胀率较清水降低45%,优于7% KCl,100℃页岩滚动回收率约为59.6%,与7% KCl基本一致,土块浸泡在2% LDP溶液96 h形貌完整。整体而言,LDP纳米材料在增黏提切、纳米孔隙封堵和页岩抑制方面有良好的效果,在页岩气高性能水基钻井液中有一定的应用前景。