半透膜钻井液技术

半透膜钻井液能够在井壁上形成一层具有一定强度的,具有半透膜性能的硬壳"封固壳"。半透膜的孔径在纳米级,在井壁外围形成保护层,阻止水及钻井液进入地层,有效的防止地层水化膨胀、封堵地层层理裂缝、防止地层内粘土颗粒的运移、防止并壁坍塌及保护油气层,是一种允许溶剂通过而选择性允许溶质通过的连续性物质,其选择性机理在于尺寸阻挡和电阻挡作用。半透膜剂加入水基钻井液中,从而使水基钻井液在一定条件下可达到近油基钻井液体系的性能。通过新型的有机硅酸盐半透膜剂在青海油田的应用表明,半透膜钻井液具有高半透膜性能、强的抑制性、良好的抗钻屑污染能力,防塌效果好,井径扩大率小,井径规则等优点。     

水基钻井液成膜技术研究

介绍了一种新型的有机硅酸盐半透膜抑制剂BTM-1。通过钻屑回收率试验、泥页岩水化趋势作用试验、泥球浸泡试验和膜效率测定，评价了BTM-1抑制剂对泥页岩水化膨胀及分散性能的抑制作用及其半透膜效能。研制了与半透膜相配伍的具有良好抗盐抗温性能的降滤失剂CFJ-1；介绍了具有隔离膜性能的成膜降滤失剂钻井液性能，用扫描电镜试验，测定了隔离膜的结构特征，对隔离膜降滤失机理进行了初步探讨。给出了具有半透膜、隔离膜的成膜钻井液配方。评价了成膜钻井液的抑制性、抗盐性和抗温性能，通过动滤失量试验、渗透率恢复值试验评价了成膜钻井液保护储层效果。荧光及毒性试验表明，成膜钻井液体系无荧光、无毒性，满足国际环保要求。     

强抑制水基钻井液在连续管侧钻井中的应用

针对辽河油田法哈牛区块地层造浆严重、井壁失稳问题突出、连续管钻井携岩困难及黏卡几率高等难题,优选了聚胺抑制剂、封堵剂和高效润滑剂,形成了一套强抑制水基钻井液体系。室内性能评价表明,该钻井液抗温180 ℃,抗盐20%,抗钙5%,抗钻屑25%,岩屑滚动回收率98.7%,岩心渗透率恢复值大于90%,能封堵0.1~0.3 mm裂缝,并具有较高的承压能力和抗返排能力,润滑性能与油基钻井液相当。强抑制水基钻井液在法51-新161C连续管现场试验井应用过程中性能稳定易调整,携砂能力强,机械钻速高,井径规则,储层保护效果明显。研究表明,强抑制水基钻井液完全满足泥页岩地层连续管钻井施工的技术需求,具有推广应用价值。     

微乳液强抑制强封堵钻井液在SACHA区块的应用

厄瓜多尔SACHA区块φ215.9 mm井段在钻井过程中经常出现钻头泥包、井壁坍塌、起下钻遇阻、测井和下尾管阻卡等问题,在分析原因的基础上,选择有利于环保的有机抑制剂SUPHIB、半透膜剂MS和隔离膜剂EX等材料,优选出微乳液强抑制强封堵钻井液配方,并通过室内试验评价了其性能,结果表明:该钻井液在100 ℃条件下热滚16 h后仍具有良好的基本性能;具有良好的抑制性能和封堵性能,对TENA层岩屑的回收率达到90%以上,膨胀率仅有1.32%,对高孔高渗储层岩心的封堵率达到99%。微乳液强抑制强封堵钻井液已经在厄瓜多尔SACHA区块的8口井进行了应用,均没有出现钻头泥包、起下钻遇阻、测井和下尾管阻卡等问题,且φ215.9 mm井段平均井径扩大率降至10%以下。这表明,微乳液强抑制强封堵钻井液能够有效解决厄瓜多尔SACHA区块φ215.9 mm井段的一系列井下复杂问题。      

快速钻井液技术的研究与应用——以准噶尔盆地车排子-中拐地区为例

针对准噶尔盆地车排子-中拐地区钻井过程中井壁坍塌严重、钻井液固相含量高、钻头泥包严重、钻井速度低等问题,优选出一种快钻剂,在此基础上研发出一套快速钻井液体系。评价结果显示：快钻剂KSZJ与现场钻井液体系配伍性好,能很好地吸附于钻柱、井壁及钻屑表面,改善钻井液的润滑性能及抑制性能。现场应用结果表明：该快速钻井液体系具有抑制能力强,性能稳定（抗温达160 ℃,抗盐10%,钻屑回收率超过80%）,润滑、防卡、防塌、防泥包和减阻性能好,机械钻速快等优点;与邻井相比,使用该快速钻井液的井平均机械钻速提高了60%以上,明显减少了井下复杂情况,显著降低了钻井风险和综合成本,对及时发现该区油气资源和保护油气储层也起到了良好的作用。     

KRH-1快钻剂的研究与应用

为提高钻井速度,研制了快钻剂KRH-1.在室内对其润滑性能、抑制性能和抗温能力及对钻井液性能和机械钻速度的影响进行了评价,结果表明:快钻剂KRH-1具有良好润滑和抑制性能;能抗150 ℃的高温;与水基钻井液配伍性良好,对其性能影响不大;可明显提高钻井速度.现场应用也表明,快钻剂KRH-1具有良好的抑制性能和抗温能力,能大幅提高钻井液的润滑能力,加入快钻剂KRH-1后钻井速度明显提高.     

HEM深水聚胺钻井液体系研究与应用

为了解决深水钻井中低温下钻井液增稠,当量循环密度变化较大,作业安全密度窗口窄,低温高压下易形成天然气水合物等问题,采用聚胺PF-UHIB、包被剂PF-UCAP、防泥包润滑剂PF-HLUB、降滤失剂PF-FLO、流型调节剂XCH及水合物抑制剂NaCl等构建了1套适合深水钻进的HEM体系。其中的PF-UCAP是自制的低分子理包被剂,其平均分子量小于100万,平均粒径在50μm左右,且粒径非常均匀,对钻屑具有很好的包被效果,钻屑滚动回收率在85%以上。综合性能评价结果表明,HEM深水聚胺钻井液体系在4~50℃下流变性能稳定,具有较强的抑制性能和水合物抑制能力,防泥包效果好,携砂能力、抗盐、抗钙及抗钻屑污染能力强,抗温达160℃,完全能满足2 000 m以上深水钻进。该钻井液在南海流花油田LH-A等5口深水井中成功应用。     

KCl-有机盐聚合物钻井液在川西双鱼石区块的应用

川西地区双鱼石区块目的层埋藏深,完钻井深在7 000 m以深,上部φ444.5 mm、φ333.4 mm井眼主要采用“空气钻”提速,空气钻井转钻井液如何保证井壁稳定至关重要,在“高效PDC+螺杆”提速方式下优质的钻井液性能也尤其重要。为此,KCl-有机盐聚合物钻井液在KCl、有机盐的共同作用下抑制能力强,能够抑制岩石组分水化分散、膨胀,封堵防塌剂可以快速形成致密泥饼,减少滤液侵入井壁地层,防止“空气钻”后干燥井壁“吸水”引起的井塌;抑制钻屑水化分散,钻井液流变性能稳定、波动小、易调控、现场维护处理简单;钻井液强抑制性、低黏度和切力可提高钻头水马力,减少钻屑在钻头上的吸附,防止钻头泥包现象,减少钻井液中微米、亚微米粒子,有助于提高机械钻速。双探8井等现场应用表明,KCl-有机盐聚合物钻井液确保了“空气钻”井段井壁稳定,顺利钻过沙溪庙组下部（沙一段）、凉高山组、自流井组及须家河组易垮塌地层,井眼畅通、井壁稳定、井径规则、电测顺利、井下安全、钻速较高,满足工程、地质录井需要。      

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。     

复合硅酸盐钻井液体系室内研究

对复合硅酸盐钻井液作了详细的室内实验研究，包括：与常用钻井液和钻井液处理剂的配伍性，配方研究（膨润土含量，护胶剂PTV加量，pH值，降粘手段，加药顺序）和应用性能评定（阻止压力传递，滤液中SiO2含量，硅酸盐模数，硅酸盐加量与岩屑回收率，与其他体系钻井液抑制性比较，抗温，抗盐，抗钙性能，抗膨润土污染性能，加重钻井液，润滑剂的使用，电稳定性，岩心伤害）。主要结论如下：（1）硅酸盐对膨润土浆有降粘作用，与含有铵，钙等离子的处理剂如NH4HPAN，PMHC，PAC141等不配伍；（2）硅酸盐必须与护胶剂一起加入淡水钻井液中；（3）pH值是影响哇酸盐钻井液性能特别是粘度的主要因素（pH值应＞12），此外，护胶剂PTV含量，膨润土含量，硅酸盐模数及加量等对硅酸盐钻井液的流变性和滤失量有较大影响，聚合醇防塌润滑剂和表面活性剂ABS共用在改善硅酸盐钻井液润滑性能的同时，还能提高钻井液的高温稳定性。（4）配方适当的硅酸盐钻井液抗温，抗盐，抗钙，抗钻屑污染能力和封堵能力强，抑制性好，润滑性能好，稳定性好，保护储层的效果明显。报道了性能优良的硅酸盐钻井液的配方。     

生物聚合物甲基葡萄糖甙钻井液抑制机理

为验证甲基葡萄糖甙对泥页岩的抑制作用,分别进行了甲基葡萄糖甙在黏土上的吸附实验、甲基葡萄糖甙对黏土层间距的影响实验、甲基葡萄糖甙对页岩膜效率影响实验。实验表明:甲基葡萄糖甙对膨润土有很强的亲和力,水溶液(30℃)甲基葡萄糖甙吸附量可达120%,与无机盐复配使用后,其吸附能力进一步增加;用7%NaCl+25%甲基葡萄糖甙处理天然蒙脱石,其晶层间距为1.77 nm,比用水处理的蒙脱石晶层间距(1.92 nm)小,其干样晶层间距比未处理原样(1.54 nm)也小,说明甲基葡萄糖甙盐溶液能减少水分子进入蒙脱石,起到抑制泥岩膨胀作用;用清水饱和岩心,8 d时岩心与水+7%NaC l溶液的渗透压达到最大值,两边高度差为4.3 cm,而用MEG饱和岩心,9 d时岩心与水+7%NaCl溶液渗透压达到最大值,两边高度差为6.7 cm,说明甲基葡萄糖甙可有效改善页岩的膜效率。现场应用,表明甲基葡萄糖甙钻井液有较好的抑制和防塌作用,是油基钻井液较好的替代品。     

高陡构造“三高、窄窗口”地层克深15井钻井液技术

克深15井是塔里木油田库车坳陷克拉苏构造带中段克深15号构造上部署的一口重点预探井,存在塔里木山前高陡构造、断层、大井眼、高温、高密度、高盐膏、窄密度窗口等工程、地质、钻井液技术难题。该井优选了抗高温高密度复合有机盐钻井液技术,围绕“低活度、弱水化、低的循环当量密度”等采取井壁稳定措施,通过现场实际应用,很好地解决了高陡构造、大倾角、破碎地层井壁稳定,大井眼安全快速钻进,盐膏层、盐膏泥混层阻卡、缩径,以及揭开盐层、盐膏层、目的层钻进窄密度窗口漏失等一系列技术难题,实现了全井安全无事故,多次电测均一次成功。与使用国外油基钻井液技术的邻井相比,钻井液实际应用密度降低0.05～0.08 g/cm3,体现了该体系强抑制、低的循环当量密度以及流变性良好,抗高温和抗盐、膏、泥等污染能力强,同时该体系无毒,环境保护性能好,无荧光,利于提高固井质量,低腐蚀,保护管串性能好等综合技术特性,并实现了钻井液、完井液一体化,提高了生产时效。该井的顺利完钻,进一步证明了抗高温高密度复合有机盐钻井液体系推广应用前景广阔。      

长庆油田水基环保成膜钻井液研究与现场试验

长庆油田的地理气候条件独特，要求该油田所用钻井液应具有无毒、易降解和环境可接受性好的特点，为此，以多糖衍生物G312为主剂，通过优选其他添加剂，形成了适合于长庆油田低压、低渗、低孔储层的水基环保成膜钻井液。该钻井液利用多糖衍生物的半透膜作用和有机胺独特的抑制防塌作用，达到了既能保护储层又能保护环境的目的，与传统的烷基葡萄糖甙钻井液相比，具有防塌性能好、主处理剂加量少、抗温抗盐能力强的优点。室内性能评价结果表明:水基环保成膜钻井液无生物毒性，重金属含量等达到了污水排放标准要求；由于具有半透膜效应，该钻井液抑制性较强，岩屑在其中的线性膨胀率与在清水中相比降低了35.6%，岩屑一次回收率达到94.80%、二次回收率达到89.34%；耐温性较好，可耐120℃高温，综合性能优良。水基环保成膜钻井液在长庆油田苏里格地区A井进行了现场试验，钻井过程中没有发生井下故障，井径规则，电测、下套管作业一次到底，且钻井液的环保性能指标达到了污水排放标准。研究结果表明，水基环保成膜钻井液的环保性能和其他性能均能满足长庆油田的要求。      

抗240℃超高温水基钻井液室内研究

针对中国大陆科学钻探松科2井深部高温层段钻井作业需要,通过研制出高温稳定剂MG-H2,引入抗高温抗盐的凹凸棒土,优选抗高温降滤失剂,设计出一套以钠膨润土和凹凸棒土为黏土相的低固相抗240℃超高温的水基钻井液配方。MG-H2是采用反相乳液聚合方式研制出的一种油包水型高温稳定剂,其具有球状高分子柔性搭接、增强悬浮稳定性作用和半刚性微粒黏度特性,能实现对钻井液黏度、润滑、滤失性能的综合控制。优选出的3种降滤失剂及其加量配比为3%Lockseal+1%硅氟降滤失剂+1.5%Soltex。综合性能评价结果表明,该抗高温钻井液经过240℃高温老化后性能稳定,具有良好的流变性能和滤失造壁性能,抑制和润滑性能满足钻井需要,能抗10%膨润土、5%Na Cl和1%Ca Cl2的污染。为松科2井下阶段抗260℃超高温钻井液的研制奠定了良好基础。     

硅酸盐钻井液对泥页岩地层井眼稳定性影响研究

油基钻井液的使用对保护环境和降低成本造成了越来越大的压力，研制出一种具有油基钻井液特性而又没有环境污染的水基钻井液成为必然。室内实验验证了硅酸盐钻井液稳定泥页岩地层井壁的机理，当硅酸盐钻井液渗入泥页岩地层时，就会和泥页岩孔隙流体迅速作用，发生聚合和沉淀反应；由凝胶物和硅酸盐沉淀物形成的屏障和高选择性渗透膜系统将进一步阻止滤液侵入和压力渗透，对页岩中的裂缝和裂纹起封堵作用。对硅酸盐钻井液性能研究表明，其流变性可通过控制钻井液的pH值（不小于11）调节；现场硅酸盐加量最好不要超过5％；无论是加重前还是加重后，硅酸盐钻井液的常规性能均能满足钻井工程的一般要求；抗粘土污染能力强。在WZ12-1-7井的应用表明，硅酸盐钻井液在钻进过程中性能良好，钻井、下套管施工顺利。     

有机黑色正电胶钻井液在华北油田的应用

针对华北油田以蒙脱石和伊蒙混层为主的强造浆性地层在钻井过程中存在的问题,选用了不仅具有MMH正电胶钻井液的特性,而且正电性比MMH正电胶高、可油溶、抑制能力以及抗污染能力均优于MMH正电胶的有机黑色正电肢.经过近3年来58口井现场应用表明,有机黑色正电胶钻井液能与多种处理剂配伍,钻井液的滤失量既可以控制在聚合物钻井液要求的范围内,又可以发挥正电胶钻井液的特性;固相、膨润土容量较高,可用于造浆较强以及含膏泥岩的地层;有机黑色正电胶钻井液5正电位高,对粘土矿物抑制能力强,井壁稳定,减少了井下事故复杂的发生,提高了机械钻速,保护油气层效果好.     

无毒环保型高性能水基钻井液室内研究

由于油基钻井液存在使用成本高、环保处理难度大等弊端,使用水基钻井液替代油基钻井液已成为大势所趋。针对页岩地层对钻井液性能的要求,以无氯、无重金属离子、无黑色材料等环保指标为基本原则,优选了胺基聚醇和乳液大分子作为环保型高性能水基钻井液的包被抑制主剂,配合甲酸钾进一步提高体系的抑制性,并通过高效封堵剂提高体系对页岩地层纳微米孔缝的封堵能力,构建了无毒环保型高性能水基钻井液体系。性能评价结果表明,该钻井液在密度为1.22~2.18 g/cm3范围内均具有优良的流变性及滤失造壁性能,该体系静置24 h后上下密度差为0.03~0.06 g/cm3,沉降指数低于0.508,悬浮稳定性好,触变性高,钻井液样品API泥饼黏滞系数最低达到0.026 2,润滑性能好,并兼具较强的抑制性和抗岩屑污染性能,5.0%及8.0%英国评价土或古巴VDW**井岩屑污染前后的塑性黏度、动切力、静切力的变化率均控制在25%左右,能够满足不同压力系统页岩地层钻井的需要。      

新型水基钻井液SMB的室内研究与初步应用

南海北部湾涠洲油田涠州组二段、流沙港组二段硬脆性泥页岩水敏性极强,地层极易坍塌,严重阻碍了钻井速率的提高。从大面积开发该地区考虑,以甲基葡萄糖甙及硅酸盐作主处理剂,并复配使用成膜封堵剂和防塌剂,结合现场材料及条件,研制出了具有防塌、润滑、环保和储层保护等多功能的水基钻井液———SMB体系。室内试验评价了该体系的性能,结果表明其具有滤失量低、泥饼致密、流变性、热稳定性和润滑性好等特点以及一定的抗盐、岩屑、水泥、膨润土污染能力,其抑制性可与油基钻井液媲美。SMB体系在W6-9-3井进行了试验应用,应用井段未出现明显井垮、井漏事故。SMB体系经资质单位检测无毒,符合环保要求,适用于海洋钻探施工。提出了该钻井液在应用过程中应注意的问题及今后应改进的地方。     

油砂SAGD水平井钻井液体系

针对SAGD水平井在油砂开发过程中井壁失稳、托压易黏附卡钻及沥青沾染钻具和固控设备等难题,室内通过核心处理剂的优选,研发了一套强抑制高润滑水基钻井液体系。室内性能评价表明,该钻井液抗温180℃,抗沥青20%,抗钻屑25%,岩屑滚动回收率为91.7%,润滑性能与油基钻井液基本相当。强抑制高润滑水基钻井液在麦凯河区块5对（10口） SAGD水平井施工过程中性能稳定易调整,润滑效果突出,机械钻速高,无任何复杂事故。结果表明,强抑制高润滑水基钻井液完全满足浅层油砂SAGD水平井施工工艺的技术需求,具有推广应用价值。