松科1井(主井)防塌钻井液技术

松科1井是全球第一口陆相白垩纪科学探井,采用"一井双孔"方案,由南孔和主井(北孔)组成。主井设计井深1 810.00 m,连续取心1 630.00 m,主要钻遇以泥岩和砂岩为主的沉积岩地层,钻进过程中存在防塌、护心、井壁稳定等方面的问题和难点。针对松科1井(主井)的钻井难点,在室内钻井液体系优选的基础上,根据不同地层分别采用了PAM钻井液体系、DFD-LG-CMC钻井液体系和DFD-NH4HPAN-SAKH钻井液体系,同时结合钻井液粘度控制技术、降低钻井液循环压降技术等,解决了松散砂层、水敏性泥岩和硬脆性泥岩中取心钻进的防塌钻井液技术难题,探索出了一条用低钻井液成本进行类似科学钻探工程的成功之路。     

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。     

新型水基防塌钻井液室内研究

提出了一种新型水基钻井液防塌思路,即在水基钻井液中引入疏水成分,在正压差作用下,使其在井壁孔隙和泥饼中形成弱亲水或亲油通道,通过毛细管阻力阻止或减少滤液进入地层,从而解决井壁地层吸水而产生井壁不稳定的问题。采用自制的疏水降失水剂SDG和疏水封堵剂STG,并以此作为钻井液的主处理剂,构建出了新型水基防塌钻井液,并对其性能进行了评价。室内评价结果表明,构建的新型防塌钻井液抗温可达150℃,对钻屑容量可达5%,在150℃下抑制性优越,具有良好的沉降稳定性,且加入疏水处理剂后的钻井液也改善了对储层的损害程度。     

即时封堵防塌水基钻井液在四川页岩地层的应用

针对四川盆地多个构造采用普通的水基钻井液体系斜穿页岩井段时遇到的井壁失稳难题,结合国内外对页岩理化性能的研究成果,在钾聚磺钻井液的基础上引入润湿反转技术、固相粒度分布调节技术、瞬时失水控制技术,形成一套具有即时封堵井壁孔隙、即时胶结近井壁带微裂缝、即时形成油润湿性致密滤饼特征的钻井液技术。该技术
在公山庙、莲花山、张家坪等构造大斜度长页岩井段和破碎性垮塌井段进行了应用,取得了钻井周期节约 33.5%,机械钻速提高 29.4%,井径扩大率降低 52.0%,划眼时率降低 93.9% 的良好效果,同时为使用水基钻井液钻页岩水平井提供了一定的技术积累和新的思路。      

百色盆地那读组地层防塌钻井液技术研究与应用

百色盆地那读组地层在钻进过程中经常发生垮塌、卡钻等复杂事故，甚至造成井眼报废。经过对百色盆地几套防塌钻井液体系的综合分析研究，选择出了防塌性能强、配伍性好的大小阳离子聚磺防塌钻井液。现场应用结果表明，该钻井液性能稳定，润滑性能好，携砂能力强，保证了井眼的清洁，有效地防止了地层的垮塌，避免了复杂事故的发生。该钻井液有较强的抑制性和抗污染能力，流动性好，转化工艺简单，维护方便，较好地满足了该地层的钻进需要。     

塔在1井破碎性白云岩地层防塌技术

塔参１井是迄今为止的塔里木盆地钻成的陆上第一超深井。该井在钻进奥陶系、寒武系白云岩地导蝇眼发生严重坍塌,导致难以继续钻进。本文从地层岩石矿物组分、理化性能和地应力三方面分析了井眼坍塌的原因。经室同一系列封堵试验,现场采用密度适当的钻井液并加入软化点适当、颗粒度较小的封堵材料加强对地层裂缝、微裂缝的封堵,从而成功地解决了塔参１井超深井段破碎性白云地层坍塌问题。     

“三低”水基钻井液防塌技术在四川超深井中的应用

气体钻井在川渝地区大幅度地提高了机械钻速，受到钻井界的青睐，但气体钻井结束替入常规水基钻井液后普遍出现了严重的井壁失稳难题，导致了长时间大段划眼复杂情况的频繁发生。为此，从分析气体钻井替入钻井液后井壁失稳的水敏性原因入手，提出了解决井壁失稳的技术思路，即将润湿反转防塌技术-低渗透防塌技术-低活度防塌技术三者有机集成在一套钻井液体系中，形成具有“低润湿反转角、低渗透、低活度”特点的“三低”水基钻井液防塌技术，并在室内对获得的“三低”水基钻井液成果配方进行了定量的防塌效果评价。研究结果与现场试验表明，“三低”水基钻井液能够很好地解决气体钻井结束替入水基钻井液后出现的井壁失稳难题；它能在30 min内使泥页岩地层发生明显润湿反转和惰性化反应；在180 min内能彻底密封裂缝，并在泥页岩表面形成致密疏水涂层；无论是在短期防塌，还是在长效防塌方面都具有显著的效果。适合在类似川中地区的气体钻井中推广应用。     

留西地区深水平井高密度防塌钻井液技术

留西地区地层结构复杂，在钻井施工过程中井塌现象严重，特别是钻井液密度高、水平段埋藏较深，对水平井钻井液技术提出了很高的要求。通过室内实验，确定采用聚磺硅氟高密度防塌钻井液。该钻井液具有流变性好、携岩能力强、泥饼质量好、润滑性好、封堵效果好等特点，解决了井壁严重失稳、高密度钻井液润滑防卡、岩屑携带等一系列技术难题，满足了华北油田冀中地区水平井施工的要求。     

泌深1井超高温水基钻井液技术

泌深1井是中石化的一口重点探井,位于河南省唐河县毕店乡,完钻井深为6 005 m,实测井底温度达到236℃.通过室内实验优选出抗220℃和抗245℃2套超高温水基钻井液,并在现场进行了应用.应用结果表明,这2套超高温钻井液流变性好.具有较高的抗温能力、抑制能力和悬浮携带岩屑能力,摩阻系数低,泌深1井在四开高温井段的钻井过程中没有发生井下复杂情况,表明2套超高温水基钻井液满足了泌深1井钻井需要.     

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%.     

满深区块深井强封堵钻井液技术

满深区块中深部地层断裂破碎,微裂缝发育,且黏土矿物含量高,组分差异大,硬脆性和水敏性泥页岩相互共存,钻井过程中易发生水力劈裂和水化不等速膨胀而导致的井壁失稳。为此,提出了“物理支撑+化学抑制封堵”防塌技术对策,并构建了多元协同防塌强封堵钻井液。室内评价表明：强封堵钻井液抗温达180℃;抗10%饱和盐水污染;T层和S层岩样滚动回收率高达89.36%和91.33%、膨胀率低至7.3%和4.2%;能有效封堵20～120目不同粒径石英砂间微孔隙。该钻井液在ManS5-H4井现场应用中性能稳定,流变性好,滤失量低,具有较好的抑制和防塌性能,解决了中深部地层阻卡、坍塌掉块和扩径等井壁失稳问题,井眼通畅规则,二、三开井段平均井径扩大率分别为4.28%和6.75%,返出岩屑代表性好,无钻井液事故发生,能满足复杂地层复杂工艺钻进需要,提高了钻井综合效益。     

防塌与保护气层的钻井液技术

利用X-射线衍射、电镜扫描、岩心流动、表面张力测定等试验，对胜利油田孤北区块中生界及上古生界易塌地层的矿物组构、理化性能以及气层损害主要机理进行了分析。在分析易塌地层井眼失稳与气层损害机理的基础上，依据化学力学耦合井眼稳定理论，针对易塌地层特点，确定了“强化封固井壁-强化抑制降高温高压滤失-合理密度力学支撑井壁合理的钻井水力参数”钻井液协同防塌技术。利用优选的高效防塌剂和新研制的气层专用保护剂，开发出了一套防塌与保护气层的钻井完井液体系，并进行了2口井的现场试验。2口试验井均未发生井下复杂情况，与邻井相比，井眼稳定性明显提高，气层保护效果较好，钻井液维护处理较简单，基本形成了一套与地层匹配、防塌、气层保护效果较好的钻井完井液技术。     

适用于辽河致密油地层的高性能钻井液技术

根据辽河油田沈北区块致密油储层的特点,对该区块沙河街组四段灰色硬脆性泥页岩易水化膨胀、垮塌掉块等问题进行了研究。通过对致密油页岩进行黏土矿物分析、纳米CT扫描成像和SEM电镜扫描实验,确定了油页岩的黏土矿物含量、平均孔隙半径和微裂缝的发育情况。根据致密油页岩地层的特点,针对性地进行了纳米级封堵剂的复配实验,在此基础上构建了一套强封堵、强抑制和弱冲刷的高性能钻井液体系,该钻井液在泥页岩岩屑中的一次回收率为93%以上,三次回收率接近80%,渗透率降低超过50%。现场应用2口井,成功解决了油页岩地层水化坍塌、井壁失稳导致的划眼、卡钻等技术难题。2口井应用结果表明,"高黏度"和"高切力"高性能钻井液体系使用后,易垮塌地层未出现井壁坍塌,恶性事故得到了有效控制,事故复杂率下降17%,完井周期减少150 d,提速效果明显。     

干热岩抗高温环保水基钻井液体系

传统能源储量日益减少,干热岩类新型能源的开发变得尤为重要。然而干热岩井底温度较高、井深较深且存在造斜井段、其周边有自然保护区,对钻井液的高温稳定性、环保性有着严格的要求。如果能设计高效的抗高温钻井液体系,将会对干热岩的开发起到事半功倍的效果。因此对30余种处理剂进行常规性能测试与热滚老化实验,通过控制变量、正交实验等方法,根据干热岩特征对钻井液的组分、含量进行设计筛选,得到一套干热岩抗高温钻井液体系,并对该体系在不同温度、密度、老化时长的条件下进行抗温性能测试。实验结果表明,该钻井液体系在240 ℃高温下依然有较好的高温稳定性;该体系采用聚合物类处理剂,其内部形成的网架结构稳定,不易被高温破坏,同时针对地层特点而设计的泥饼薄且有韧性、对井壁侵蚀性较小;除此之外还采用了白色无污染原材料,不含磺化、油基成分,性能环保,对周边环境污染性小。      

顺北油气田奥陶系破碎性地层油基钻井液技术

针对顺北多口超深井采用水基钻井液钻遇奥陶系地层时井壁失稳和井漏并存的技术难题,通过井壁失稳机理分析,设计合成了具有三头双尾结构的Gemini型高温乳化稳定剂和支化型流型调节剂,采用微胶囊化处理方法研制了一种可在156℃以上的温度下激发后膨胀5.37倍以上的温度敏感型膨胀性堵漏材料,开发了一种抗高温强封堵低黏高切油基钻井液体系。室内评价结果表明,该体系抗温不小于180℃,所形成的油包水乳化液滴尺寸为1.2～26.9 μm,具有较宽的粒径分布,高温高压滤失量为2.4 mL ;塑性黏度不大于40 mPa·s,动塑比为0.31～0.40 Pa/mPa·s,与传统油基钻井液相比,塑性黏度降低10%～15%,动切力提高15%～25%,表现出优异的低黏高切特性和微裂缝的匹配性封堵能力。该体系在顺北Y井进行了现场应用,破碎性地层平均井径扩大率仅为7.77%,钻井过程中除出现一次短暂的放空性漏失外,未见其他明显漏失,避免了奥陶系破碎性地层井壁失稳,减少了裂缝性储层段油基钻井液损耗,助力了亚洲陆上最深定向井纪录的创造和顺北油气资源的提速、提效开发。      

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。      

莫深1井钻井液技术

莫深1井是位于准噶尔盆地中部马桥凸起莫索湾背斜上的一口超深预探井,完钻井深为7500 m.该井一开选用正电胶聚合物钻井液,利用其高膨润土含量与MMH的特殊流变学特性,解决地表流沙层的井壁稳定与井眼清洁问题.二开选用钾钙基聚磺钻井液,通过强化钻井液的抑制封堵与抗污染能力,解决了因泥岩段水化膨胀、砂岩段形成虚厚泥饼造成的阻卡问题,实现了井壁稳定.三开选用抗高温高密度聚磺氯化钾钻井液,解决了高温高密度钻井液的抗污染问题,实现了深部地层的快速钻进.四开选用抗高温高密度聚磺钻井液,解决了高温高密度钻井液的抗温问题,应用"填充封缝即堵技术",大幅度提高深部地层的承压能力,保证了施工安全.     

塔河油田深侧钻井防塌钻井液技术

塔河油田深部巴楚组和桑塔木组地层为以伊/蒙混层或伊利石为主的硬脆性泥页岩地层,水化分散性较强且发育有微裂缝,钻井过程中易因泥页岩水化而导致井壁失稳,为此,提出了"抑制表面水化-物化封堵-有效应力支撑"三元协同防塌对策,并构建了三元协同防塌钻井液。室内性能评价试验结果表明:三元协同防塌钻井液抗温达170℃、抗盐5.0%、抗钙0.5%~1.0%、抗劣土8.0%,泥页岩膨胀率和滚动回收率分别为5.05%和91.33%,能封堵宽400 μm的裂缝,承压能力达到4 MPa。三元协同防塌钻井液在塔河油田20余口井进行了应用,均未发生由于井壁失稳造成的井下故障,桑巴楚组和桑塔木组地层的井径扩大率平均降低63.4百分点,建井周期平均缩短4.3 d。这表明,三元协同钻井液防塌技术可有效解决塔河油田深侧钻井巴楚组和桑塔木组地层的井壁失稳问题。