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。     

硅酸盐钻井液的抑制性及其影响因素的研究

硅酸盐钻井液具有良好的井壁稳定作用，且无毒、无荧光、成本低，被认为是具有发展前景的水基钻井液之一。着重研究和探讨了硅酸盐的抑制能力、影响因素及稳定井壁的机理。研究表明，硅酸盐具有较强的抑制能力，抑制效果明显地优于KCl、CaCl2等无机盐类；硅酸盐的模数、加量和钻井液的PH值是影响硅酸盐抑制能力的主要因素；钻井液中硅酸钠的模数为2．8～3．0，加量为3％～4％，且钻井液的pH值维持在11以上时，硅酸钠的抑制效果更好；硅酸盐能与无机盐和聚醇类产生协同作用，从而提高硅酸盐的抑制能力。硅酸盐稳定井壁的机理：硅酸盐与地层矿物反应生成沉淀封堵地层微小裂缝和孔隙，改善和提高了泥页岩的半透膜效率；抑制粘土水化膨胀和分散；降低地层孔隙中压力传递速度；与地层中粘土矿物发生反应。     

硅酸盐钻井液防塌机理研究

基于电位、粒径分布、红外稳定性、压力传递和吸附量等测定方法,对硅酸盐钻井液的防塌机理进行的研究结果发现,无机盐类型和浓度以及pH值是硅酸盐粒径分布的主要控制因素,通过影响硅酸盐粒径分布从而影响硅酸盐钻井液的防塌效果,适当的无机盐也有利于协同防塌。通过压力传递实验研究发现,硅酸盐钻井液阻缓压力传递的效果显著,诱导的化学渗透压力效果也非常明显,其膜效率高。这也从另一个侧面反映了钻井液的强封堵能力可能源于在井壁上所形成的硅酸盐与页岩作用的膜,用实验验证了硅酸盐钻井液能够在极短时间内有效封堵井壁。     

硅酸盐钻井液防塌机理与应用技术

利用Zetasizer3000胶体电位-粒度仪、Turbiscan红外分散稳定仪以及SHM泥页岩化学-力学耦合模拟试验装置等先进的实验仪器和研究手段，初步探索了硅酸盐钻井液防止井壁坍塌的微观作用机理。研究表明，浓度为5％的硅酸盐水溶液的粒度分布较窄、颗粒较均匀，协同使用的无机盐最佳加量为3％，且粒度分布受溶液pH值和硅酸盐模数影响较大。硅酸盐胶体溶液Zeta电位为-41．O～-31．0mV，对泥岩钻屑分散体系具有很强的稳定作用；硅酸盐与泥页岩作用可以形成致密的“隔膜”，具有较理想的阻止滤液侵入和压力传递的作用。研究开发了硅酸盐钻井液配方，现场试验表明，硅酸盐钻井液流变性好，井壁稳定能力强。图6表3参11     

硅酸盐钻井液体系在鄂尔多斯盆地东胜气田的应用

鄂尔多斯盆地东胜气田二叠系石千峰组、石盒子组发育大段泥页岩,在钻井施工中井壁失稳现象频发。结合东胜气田地层特征,分析井壁失稳原因,研究硅酸盐的封堵性和抑制性,优选形成硅酸盐钻井液配方,并对其抑制性及封堵性进行实验研究。研究结果表明:(1)石千峰组、石盒子组泥页岩中黏土矿物平均含量为56%,以伊蒙混层为主,伊利石次之;泥页岩原生层理及微裂缝,黏土矿物中伊利石、蒙脱石的水化膨胀性能差异是井壁失稳的主要原因。(2)自主研发的硅酸盐钻井液体系具有较强的抑制泥页岩水化膨胀的能力,较强的微小裂缝封堵能力;当该体系中硅酸盐的模数为2.8~3.0、加量3%、p H值维持在11以上时,硅酸盐钻井液的抑制效果更好;同时该体系中的硅酸盐与地层矿物反应生成絮状沉淀,可封堵地层微小裂缝和孔隙,阻止滤液深度侵入,维持了井壁稳定。(3)通过在东胜气田两口井的现场试验,达到了环境保护和井壁稳定的目的,取得了较好的应用效果。该研究成果为其他类似地质条件钻井液的应用提供了借鉴经验。     

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。     

WDX硅酸盐钻井液的强抑制性和HSE优越性

采用改性硅酸盐和多种无毒害添加剂,研制出了强抑制性WDX硅酸盐钻井液,测试了该钻井液的主要工程特性,分析了硅酸盐的改性机理和稳定井壁机理,测试并评价了WDX硅酸盐钻井液的生物毒性、重金属(铅、铬、镉、汞、砷)和石油类含量及pH值等环保指标.实验结果表明,WDX硅酸盐钻井液具有良好的流变性和抑制性,130 ℃时钻井液的线性膨胀率小于6%,页岩回收率大干95%;该钻井液对操作人员无毒害,其重金属含量不超标,不合石油类物质,急性生物毒性等级为无毒;将1份废弃钻井液与2份土壤混合后,其pH值为8.0,土壤中废弃钻井液环境保护指标完全满足GB 4284-84、GB 8978-1996的相关规定,实现了环境保护与工程性能统一的目标.     

硅酸盐钻井液体系的研究进展

综述了硅酸盐钻井液的发展历程和现场应用情况,简介了聚合物类、环保型、深水钻井型和无机盐类4种硅酸盐钻井液;详细叙述了影响硅酸盐钻井液性能的主要因素,包括模数、硅酸盐用量、pH和环境温度;归纳了硅酸盐钻井液稳定井壁的机理,分析了硅酸盐钻井液储层损害的因素,并提出了储层保护技术.     

MEG钻井液页岩抑制性研究

在钻井过程中,由于钻井液滤液的侵入,地层中的粘土矿物发生水化膨胀和水化分散作用,削弱了岩石的力学强度,致使井壁发生失稳。MEG钻井液是一种具有成膜作用的水基钻井液,对页岩具有较好的抑制作用。文中简单阐述了MEG钻井液页岩抑制性机理,分析研究了影响MEG钻井液页岩抑制性的因素,实验验证MEG钻井液的成膜作用。MEG钻井液主要是通过半透膜效应、封堵作用、渗透作用及去水化作用抑制页岩的水化分散和膨胀,当 钻井液中MEG浓度足够大时,MEG分子吸附在井壁岩石或钻屑表面上形成一层憎水膜,阻止钻井液滤液向地层或钻屑中渗透。研究表明,MEG浓度大于30％时,其抑制页岩的能力优于浓度为3％的KCl溶液;钻井液中MEG的加 量是影响钻井液抑制性的主要因素,并且钻井液中加入无机盐后,无机盐与MEG协同作用使MEG钻井液的页岩抑制能力提高;钻井液中MEG浓度越高,膜效率越好,MEG浓度大于50％时,页岩内水份渗出。

     

稀硅酸盐钻井液防塌性能的影响因素

以多种稀硅酸盐水溶液和泥浆进行了页岩分散试验和页岩稳定指数试验.结果表明：防塌钻井液所用的硅酸盐模数以2.8～3.2为好,加量在2%～5%较好;当用于含KCl的泥浆中时,硅酸盐的钠、钾比例对防塌性能的影响不显着;适量的无机盐可与硅酸盐产生协同作用提高防塌性能,但钙离子过量会破坏泥浆性能.有机处理剂和粘土主要影响硅酸盐钻井液的流变性和滤失性能,而对防塌性能基本上无直接影响.地层特性是影响稀硅酸盐钻井液防塌效果的最复杂因素.     

膜法处理炼化污水的研究

针对泡沫钻井井壁失稳问题,优选了硅酸钾/聚乙烯醇作为抑制剂。通过泥页岩自吸、抑制膨润土造浆、滚动回收和硬度测试等实验,评价了其抑制性能。实验结果表明硅酸钾/聚乙烯醇具有良好的抑制特性。借助XRD分析,研究了硅酸钾/聚乙烯醇的强抑制作用机理。研究表明,硅酸钾/聚乙烯醇对泥页岩的强抑制性来源于硅酸钾与聚乙烯醇两者相协同作用的结果,其中封堵性与成膜性是其维持井壁稳定的主要因素。     

有机盐聚合醇钻井液在页岩气井中的应用

针对页岩气开发中面临的页岩极易吸水膨胀、缩径、破碎垮塌等特点,优选出了有机盐聚合醇钻井液的配方.性能评价结果表明,与现场常用的聚合物和聚磺钻井液相比,该有机盐聚合醇钻井液具有较强的抑制性、封堵性能和较低的渗透性及活度,能阻止滤液进入页岩地层,防止页岩吸水膨胀垮塌,充分体现了体系的低活度防塌性能.并通过在第一口页岩气专层井宁206井的现场应用表明,有机盐聚合醇钻井液能解决易塌页岩地层的井眼稳定和页岩气井高伽玛碳质页岩的失稳问题.     

抗高温环保型有机硅钻井液的研究

利用有机硅降滤失剂研制出了抗220℃高温的环保型有机硅钻井液,并对其流变性能、降滤失性能、抗盐抗钙污染能力、抑制性能、悬浮稳定性、生物毒性和生物降解性进行了评价;利用SEM观察了有机硅钻井液滤饼的形态。实验结果表明,密度为1.16,1.50,1.90 g/cm3的3种有机硅钻井液在150～220℃下老化16 h后均具有良好的流变性能、降滤失性能和抑制页岩水化膨胀的能力,有机硅钻井液经高温老化后形成的滤饼薄而致密;在220℃下老化16 h后的有机硅钻井液具有一定的抗盐抗钙污染能力,悬浮稳定性好,生物毒性达到了排放标准,且具有良好的生物降解性。     

长宁区块强封堵油基钻井液技术研究及应用

分析清楚长宁区块龙马溪组和五峰组井眼失稳的原因,提出强化井眼稳定的钻井液技术对策,对该区块水平井水平段的钻进至关重要。基于X射线衍射、扫描电子显微镜、页岩膨胀、滚动分散试验,揭示了复杂地层的井眼失稳机理,提出了“强化封堵微观孔隙、抑制滤液侵入和阻缓压力传递”协同的井眼稳定技术对策。采用砂床滤失仪、高温高压滤失模拟装置、微孔滤膜等试验装置,优选了以封堵剂为主的长宁区块油基钻井液处理剂,构建了适用于长宁区块的强封堵油基钻井液体系,其抗温135 ℃,抗盐10%,抗钙1%,抗劣土8%,400 μm宽裂缝的承压能力达5 MPa,0.22和0.45 μm孔径微孔滤膜的滤失量均为0,封堵效果突出,综合性能优于常规油基钻井液。该钻井液在长宁区块现场试应用10余口井,龙马溪组和五峰组水平段均未出现井眼失稳的问题;与同区块采用常规钻井液的已钻井相比,复杂地层的井径扩大率平均降低10.82%,建井周期平均缩短4.5 d。研究结果表明,强封堵油基钻井液技术解决了长宁区块水平井龙马溪组和五峰组水平段的井眼失稳问题,具有较好的推广应用价值。      

正电性钻井液体系研究与应用

钻井液技术的发展一直是围绕着如何更好地解决"地层井壁稳定"与"钻井液性能稳定"这一对矛盾而进行的。国内外现有的各种钻井液体系全部属于负电性钻井液体系,即钻井液体系的ξ电位为负值。负电性钻井液体系有利于其本身性能稳定而不利于井壁稳定,经常导致钻井事故的发生。而正电性钻井液体系可以解决井壁稳定、提高钻井速度、保护油气层等关键技术问题。为研究在正电性状态下分散的钻井液技术,实现钻井液正电性的根本转化,重点介绍了钻井液电性的转化、正电性钻井液配方及现场试验。理论和现场实践证明,正电性钻井液体系不仅有利于抑制地层黏土的水化膨胀和分散,提高钻井液的抗盐、抗钙污染能力,维持井壁稳定,而且对保护油气层有重要意义。     

煤系“三气”共采条件下的井壁稳定钻井液技术

煤系“三气”共采要求钻井液能同时解决煤层、致密砂岩和页岩地层的井壁稳定难题。在分析煤岩和页岩矿物组成的基础上,研究了正电性处理剂对煤岩表面Zeta电位的影响规律,优选出了能有效增加与页岩（煤岩）的接触角、降低钻井液表面张力的表面活性剂复配配方,并从流变性、滤失性、电性、润湿性、抑制性、储层保护和抗污染性能等方面对水基钻井液体系进行了综合评价。结果表明:有机正电胶和阳离子型表面活性剂均能降低毕节龙潭组煤岩的负电性;季铵盐类表面活性剂和有机硅表面活性剂均能将秀山龙马溪组页岩和毕节龙潭组煤岩由表面水润湿转变为油润湿;表面活性剂优化组合和无机正电胶（MMH-1）溶液能够有效阻缓页岩和煤岩的孔隙压力传递。所提出的MMH-1钻井液体系黏度适中,API滤失量仅为7 mL,对煤岩和页岩水化的抑制性强;储层伤害程度低,对煤储层的渗透率伤害率仅为10%,能将基浆煤岩气测渗透率降低率降低3.6%;抗污染能力强,能抗3% NaCl、1% CaCl₂和5%凹凸棒土（模拟钻屑）;生物毒性低,对环境友好,满足煤系“三气”共采条件下的井壁稳定要求。      

连通盐井饱和盐水钻井液技术

采用连通井开发地下盐,即在盐层段进行水平钻井,钻井液技术更显得重要。针对舞阳、叶县地区泥页岩吸水膨胀、缩径、坍塌、盐膏层段盐溶问题,研究出了一套以抗盐聚合物A为主剂,适应于连通盐井钻井的饱和盐水钻井液。对该钻井液配方的优选及性能评价表明,饱和盐水钻井液流变性好,滤失量低,抗污染能力强,有利于井壁稳定。现场应用表明,饱和盐水钻井液能抑制盐层溶解、泥页岩水化膨胀缩径和砂岩段形成厚泥饼,利于水平井井眼轨迹控制;并且抗盐能力强,抑制效果好,携带能力强,有利于水平井岩屑床的清扫,解决了因井径扩大导致起下钻遇阻卡、事故频发、主力开发盐层捞不到盐样、水平段井眼轨迹不易控制及固井质量差等问题,压裂连通成功。     

强抑制性有机正电胶钻井液完井液体系研究

新开发的有机正电胶(代号为SDPC)与常规无机正电胶相比，具有更强的正电性，能被水润湿，具有油溶性，与其它钻井液处理剂的配伍性好，具有更强的页岩抑制性、稳定井壁和保护油气层能力。以SDPC为主剂，室内实验对有机正电胶加量和膨润土量的配比、高聚物包被剂、降粘剂、降滤失剂、防塌剂进行了优选，对优选出的强抑制性有机正电胶钻井液完井液体系进行了评价。优选出的强抑制性有机正电胶钻井液完井液高温高压滤失量和粘附系数均较小，老化后终切力较高，携岩能力较强，防塌能力突出，油层保护效果理想，完全满足水平井钻井液完井液对井眼净化、井壁稳定、润滑防卡以及油层保护等方面提出的特别要求，可用于定向井、水平井的钻井作业。     

强抑制封堵钻井液体系研究及应用

针对伊拉克米桑油田Fauqi区块钻井过程中易发生井壁坍塌、漏失难题,设计开发了新型强抑制封堵钻井液体系。该体系通过KCl、硅酸钠和聚胺抑制剂的多元复合作用,实现对页岩水化分散的有效抑制,页岩膨胀率较清水降低67.6%,毛细管吸入时间较清水降低64.4%。该体系在物理封堵基础上配合硅酸盐的化学固壁作用,低渗沙盘封堵试验滤失量仅为9.6 mL,能有效封堵地层孔隙、微裂缝,减少滤液对地层侵入,提高井壁稳定性,避免井下漏失发生。该体系在伊拉克米桑油田FQCS-41井的五开井段进行了现场应用,结果表明该体系在钻进过程中性能稳定,流变状态良好,井径规则,五开井段平均井径扩大率仅为1.2%。     

纳米二氧化硅对盐水钻井液性能的影响

在油气井钻进过程中,井壁发生缩径和掉块往往是由于泥页岩吸水膨胀导致的。针对这种情况,提出使用纳米二氧化硅封堵泥页岩的纳米级孔喉,从而降低其渗透率、减缓水分侵入的思路。通过测试钻井液的黏度、滤失量和膨胀量,评价了纳米二氧化硅对盐水钻井液性能的影响。室内实验结果表明,纳米二氧化硅改善钻井液性能,必须是在其抗盐的基础上才能实现,即需使用抗盐土配浆;浓度为1%~5%的纳米二氧化硅通过增加颗粒间的内摩擦力,既而提高了钻井液的黏度,然而纳米二氧化硅材料对于盐浓度比较敏感;纳米二氧化硅颗粒可以沉积在滤饼表面封堵滤纸孔隙,降滤失效果明显,滤失量降低率可达40.2%;其通过封堵黏土的孔隙,起到了抑制黏土吸水膨胀的作用。优选出的二氧化硅最优加量为3%,其抗盐可至12%;综合考虑滤失、膨胀量实验结果和性价比,选定3%NP+4%Na Cl+SWM-B为最优配方。