新型聚酰胺-胺树枝状聚合物页岩抑制特性研究

树枝状聚合物由于其独特的分子结构和特性,近年来日益受到关注。聚酰胺-胺（PAMAM）作为研究最为成熟的树枝状聚合物,目前已在各领域得到应用,并在油田化学方向发挥潜力。采用抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验和粒度分布测试综合评价不同代数聚酰胺-胺树枝状聚合物的抑制性,借助表面张力、Zeta电位测试和X-射线衍射等表征测试了不同代数聚酰胺-胺的特性。结果表明,不同代数（G0~G5）聚酰胺-胺树枝状聚合物均具有优良的抑制性,其中G0和G5抑制性优于传统的KCl和国外聚胺Ultrahib。不同代数树枝状聚合物在黏土层间的吸附状态与其浓度有关,低浓度下为单层吸附,高浓度下为双层吸附。聚酰胺-胺树枝状聚合物表面胺基密度高,水溶液中部分质子化后,通过静电作用、氢键作用等强吸附在泥页岩表面,降低黏土水化斥力,排挤出层间水分子,抑制泥页岩水化分散。      

两性离子聚合物BY－1及其钻井液体系

两性离子聚合物ＢＹ－１是以含阴、阳、非离子基团的乙烯基或丙烯基单体为原料合成的多元共聚物。本文报导了ＢＹ－１的抑制性、在钻井液中的配伍性和抗温、抗污染性能，简要介绍了ＢＹ－１钻井液的现场试验情况。结果表明，ＢＹ－１能抑制岩屑水化分散，在钻井液中具有良好的配伍性和较强的抗盐、钙污染能力。     

新型聚合物防塌钻井液体系的应用

中原油田研制出以无荧光防塌降滤失剂KH-931为主处理剂的聚合物防塌钻井液体系。室内评价结果表明,KH-931的抗温性能好,抗盐膏污染能力强,防塌性能好。现场应用表明,KH-931具有良好的防塌降滤失作用和改善滤饼质量的功能,KH-931聚合物钻井液体系用于盐膏地层钻进时,体系性能稳定,钻井施工顺利。     

两性离子聚合物在钻井液中的应用

综述了国内两性离子聚合物钻井液的研究进展及应用,并指出了今后的研究方向。     

次生有机阳离子聚合物钻井液技术

以无固相清液聚合物钻井液为基础，研制开发了次生有机阳离子形成剂CSJ-1和滤失性能控制剂FL-1，并组成了次生有机阳离子聚合物钻井液。该钻井液总结了阴离子和阳离子聚合物钻井液的特点，具有极强的抑制防塌能力和良好的性能可控性．可配制无固相和低固相体系，可采用PACl41、FA-367或HV-CMC来提高粘度。CSJ-1与阴离子型钻井液处理剂相容性好，具有与阳离子聚季铵相媲美的防塌能力以及增强高分子量聚合物絮凝能力的作用，而且在使用过程中可与常用聚合物处理剂优先发生作用，可用作絮凝剂或(和)防塌剂；FL-1在无固相和低固相体系中均有较好的降滤失效果。该钻井液技术在安塞、靖边等油田各类油气井中应用100多口井，均收到良好效果：有效控制了井塌，井眼规则，提高了电测一次成功率和机械钻速。     

史深100油田钻井液体系优选与应用

史深100油田勘探开发的主要目的层为沙3中段的高压低渗储层，二开多为长裸眼，所需钻井液密度较高，钻井过程中容易发生井壁失稳和井漏、粘卡等井下复杂情况和事故，并且油气层保护难度较大，胜利油田针对该油田的地层特性，结合胜利油田目前中深井钻井液技术现状，对现有钻井液体系与处理剂进行优选，形成了适应史深100油田的聚硅氟屏蔽暂堵钻井液体系。室内试验和现场应用表明，该钻井液体系具有很好的抗温、抑制、防塌、油气保护性能和润滑性等，而且该钻井液体系维护简便，性能稳定，能减少粘卡、井漏等钻井事故的发生几率，从而提高了钻井速度。     

正电胶磺化混油聚合物钻井液在长裸眼水平井中的应用

针对塔里木油田大部分开发水平井裸眼井段长，地层极易坍塌、渗漏，造成粘附卡钻等复杂问题。对不同的井段、不同地层采用了不同的钻井液体系。即上部地层采用正电胶聚合物钻井液，以防中上部软泥岩地层分散、造浆以及粘附卡钻等复杂情况的发生；下部地层采用正电胶聚磺钻井液，保证钻井液在高温、高压下性能优良，再配合使用稳定处理剂对地层进行封堵，确保了长裸眼井段的井壁稳定；定向水平井段采用正电胶磺化混油钻井液，解决了钻进存在的“岩屑床－流变性－水马力发挥－压耗”等诸多问题，提高了机械钻速，减少了裸眼井壁的浸泡时间，再配合使用油层保护剂及超细碳酸钙，改善泥饼质量，形成屏蔽暂堵层，较好地保护了油气层。经现场50口长裸眼水平井应用表明，该套钻井液体系性能稳定，具有很强的抑制性及悬浮携砂性，钻井施工安全、顺利，无粘附卡钻事故发生，仅套管费用每口井就节约几百万元，取得了非常好的经济效益。     

两性离子聚合物钻井液在陕北地区的应用

介绍了两性离子聚合物钻井液的配方优选与现场技术措施。陕北地区的应用结果表明，该钻井液抑制性强，能满足该区地层对钻井液性能的要求，减少了井下事故的发生，经济效益和社会效益良好。     

纳米材料在钻井液中的应用研究进展

针对页岩渗透率低,常规钻井液封堵性差、抑制性及油气层保护能力弱等问题,钻井液界学者提出利用纳米材料物理堵塞、表面吸附有效封堵页岩孔隙,以提高钻井液的井壁稳定性和储层保护能力。文章就国内外纳米材料用于钻井液中的实验研究和现场应用情况进行了总结,对目前研发的钻井液用纳米材料进行了分类分析,探讨了应用纳米材料的可能性与优势,重点介绍了MMH正电胶、纳米膨润土复合物、有机/无机纳米复合材料、纳米聚合物、纳米乳液等纳米材料在钻井液中的应用研究进展,提出了钻井液中应用纳米材料存在的问题及发展方向。     

氯化钙-烷基糖苷钻井液页岩气水平井适应性研究

为解决常规水基钻井液开发页岩地层无法完成的井壁稳定和润滑防卡等技术难题,对加有高浓度CaCl2的烷基糖苷钻井液进行了研究。氯化钙-烷基糖苷(APG)钻井液具有较低的水活度(0.40~0.76),与页岩气水平段钻屑活度范围(0.35~0.70)较为一致,可较好地与地层达到渗透平衡;钻屑在CaCl2-APG钻井液中的一次和二次回收率均超过90%,与油基钻井液相当,高于常规水基钻井液;焦石坝区块露头岩心在CaCl2-APG钻井液中浸泡后状态完好,抗压强度降低较少,与在油基钻井液中的浸泡现象相当。密度为1.20~2.00 g/cm3的CaCl2-APG钻井液润滑性均与油基钻井液极压润滑系数相当;在130℃持续老化72 h性能稳定,抗温稳定性好;抗钻屑、水侵和原油污染能力分别达15%、10%和10%。室内评价结果表明,该钻井液与焦石坝等页岩气水平井适应性较好。     

页岩气井钻井液井眼强化技术

页岩气地层有着易表面水化剥落掉块、微裂缝发育、脆性好而裂缝易压裂等理化特性,目前,页岩气开发中常用的油基和合成基钻井液体系,起到了很好的防塌防卡效果。但随着开发的深入和地层特性的变化,如钻遇破碎带、裂缝异常发育的地层,采用油基体系仍然会出现大量掉块和严重井塌。为了解决易破碎性地层又垮又漏的复杂情况,需要及时有效地强化已形成的井眼。在钻井液中引入井眼强化剂YH11和BT100,室内实验对加入2种处理剂的钻井液进行了评价,研究出了一套适用于页岩气钻井液的井眼强化技术。该钻井液密度可调范围大,现场可控制在低密度范围1.14~1.50 g·cm-3,该体系抑制能力强,在防漏方面实现了低密度钻进,并且该钻井液体系具有良好的成膜封堵效果,解决了井壁稳定和承压能力低的矛盾,减少了井下复杂情况,确保了井下安全,进一步促进了机械钻速的提高。室内实验和现场应用都表明,井眼强化剂能及时胶结破碎性地带和封堵微裂缝而使井壁变得更致密,大大降低井壁的孔隙度和渗透性,有效阻止液柱压力向井壁孔隙的传递和阻止滤液的深度侵入,减少井壁支撑力的损失,获得防塌和防漏的双重效果。      

钻井液缓蚀剂室内评价方法研究

研究了采用旋转试液挂片法和滚柱炉挂片法,考察开式和闭式系统中影响钻井液对钻杆钢片腐蚀速率的有关因素,优选了方法的试验条件,并在选定的条件下考察了方法对缓蚀剂缓蚀效果的鉴别力。实验结果表明,用上述方法可分别近似模拟钻井液对钻杆内、外壁腐蚀的条件,较直观地评价钻井液的氧腐蚀和盐腐蚀,试验结果的相对偏差≯±１０％;对钻井液缓蚀剂的缓蚀效果的评价具有明显的鉴别力,缓蚀率评价结果的误差可达≯±３．３％。该项工作为制订我国钻井液缓蚀剂缓蚀效果的室内评价方法专业标准提供了必要的实验基础．     

提高油基钻井液在页岩气地层抑制防塌性能的措施

针对四川页岩气水平井钻井作业中使用油基钻井液不断出现的井下复杂情况,在分析四川威远龙马溪页岩地层特点的基础上,从钻井过程因素、地质因素以及钻井液因素,重点从油基钻井液技术的角度,对如何提高四川页岩气地层油基钻井液抑制防塌能力进行探讨。①研究具有乳化与降滤失作用、提黏度和切力同时具有乳化作用、封堵同时具有降滤失的多功能处理剂,调整好钻井液性能,尽可能降低高温高压滤失量。②采用油水比为85∶15～95∶5的油基钻井液。③使用封堵技术,注意流变性能的变化,主要是黏度、切力和塑性黏度的增加。④油基钻井液内相中的盐使用甲酸钾,或者进一步增加CaCl₂溶液浓度,降低内相溶液的水活度。⑤在甲酸钾或者CaCl₂溶液中加入插层抑制剂,如胺基抑制剂等,提高油基钻井液滤液的抑制能力。      

长宁页岩气井钻井复杂情况及钻井液工艺技术

阐述了长宁页岩气区块嘉陵江组至韩家店组钻井过程中时常出现的复杂情况:在大段泥岩段钻井钻头被泥包;部分地层层理发育,易发生力学坍塌,上部裸眼井段垮塌,出现卡钻;裂缝发育较好,地层连通性强,易发生井下漏失;在蠕变地层钻井易造成井径扩大;泥岩污染,同时提出了钻井液维护处理存在的难题以及解决措施。根据在嘉陵江至韩家店组钻井遇到的复杂情况进行分析和实践应用,对水基钻井液配方进行优化,在长宁区块应用十余井次,大大减少了复杂情况出现的概率,顺利钻穿嘉陵江石膏层,克服了飞仙关泥岩段,避免了长兴-龙潭区域性垮塌,杜绝了因钻井液维护处理不当导致的井下复杂情况。长宁区块不同地理位置井场的地层变化较大,加深对长宁区块地层的认识,尽可能在钻井设计时更有针对性地提出建议与措施,减小复杂情况出现的频率,为页岩气优质、高效、低成本的钻井提供一定技术参考。      

周深X1井钻井液技术

室内通过对不同处理剂及其加量的优选,优选出了聚磺润滑防塌钻井液的配方。其中,高效携砂剂的使用提高了钻井液的携砂能力,保证了井眼的清洁;多种防塌剂的复配使用有效地解决了多个层位井壁失稳问题;优选出的乳化石蜡的使用解决了因井斜大、摩阻扭矩大的难题。应用结果表明,该套钻井液技术抑制泥页岩水化分散能力强、性能稳定、抗温性能好、润滑防塌效果理想,有效地减少了井下复杂和故障的发生;且钻进速度快,该井只用了127 d就安全顺利地打完进尺,比设计提前了8 d。     

川中地区上部地层钻井液增速技术

将单项技术进行集成应用,以目前常用的钾聚磺钻井液技术为基础,采用硅基防塌技术和防泥包技术,解放钻井液密度,形成一套适用于川中地区的增速钻井液体系。室内研究表明,该钻井液体系具有较强的抗盐污染及防泥包能力;增速钻井液岩屑滚动回收率高达95.0%,岩心膨胀降低率高达96.8%,均优于聚合物钻井液和聚磺钻井液,仅次于油基钻井液,说明该钻井液具有较强的防塌能力。现场应用中,通过对比川中地区井身结构、钻井工艺措施一致的井,采用该钻井液体系钻进的井机械钻速平均提高48.66%、划眼时率平均降低74.97%、井径扩大率平均降低18.14%,达到了提高钻头破岩效率、提高机械钻速、降低复杂事故率的目的,具有很好的现场应用前景。     

顺煤层钻进用可降解聚合物钻井液

沁水盆地南部寺河矿区15号煤含气量高,埋深较浅,具有良好的煤层气开发潜力。针对15号煤煤体结构复杂和顶底板为富含水层的灰岩,在顺煤层钻进时主要存在的携屑困难、井壁失稳、容易漏失和储层污染难题,研发了微固相可降解聚合物钻井液体系。通过煤粉悬浮、煤岩取心模拟护壁、黏度衰减和渗透率恢复实验评价了该体系的基本性能。实验结果表明,该体系携带岩屑效果好,抑制作用强,能够减小井眼扩径,同时配合生物酶的降解作用,储层渗透率伤害率可以从50%降低到25%。该钻井液在中国首个煤层气工厂化钻井平台X-2井进行现场试用,钻井液密度为1.01~1.03g/cm3,漏斗黏度为35~40s,API滤失量小于15mL,pH值为8~10,加入生物酶后黏度降低40%,顺煤层段成功钻进900m。      

加重钻井液防重晶石沉降技术

重晶石沉降往往发生在钻井过程中,而在静置过程中由于钻井液凝胶强度的存在,沉降稳定性较好,而一直以来忽视了动态沉降问题。基于以上问题,提出采用老化罐静态沉降测试法和黏度计动态沉降测试法(改进VST法)来综合评价重晶石的沉降情况。并将重晶石的粒径与沉降稳定性的测试方法相结合,寻求出一种重晶石防沉降技术。实验结果表明:在常规重晶石中复配一定量的超细重晶石,能够较大程度地改善重晶石沉降的问题,尤其是重晶石的动态沉降问题,动态密度差由单一常规重晶石加重情况下的0.436 g/cm3下降为0.011 g/cm3,解决了重晶石沉降问题。     

生物合成基钻井液在长宁页岩气水平井的应用

油基钻井液的抑制性、封堵性强,润滑性好,对水敏感的泥页岩地层有极强的防塌作用,是四川长宁页岩气井水平段采用的主要钻井液体系,但油基钻屑因含有石油烃类、重金属和有机物等污染物,若直接排放,会对周边生态环境造成严重危害,加之目前含油岩屑的处理能力不足,导致环境保护压力巨大,油基钻井液综合成本过高,因此其使用受到一定限制。长宁CN-H井是部署在四川省宜宾市珙县的一口页岩气水平井开发井,钻探目的层为长宁下古生界龙马溪页岩层。该井四开井段泥页岩地层易水化分散、易垮塌,井壁失稳风险大,使用了一种生物合成基环保钻井液钻井,取得了良好的效果。该生物合成基钻井液流变性优异,具有良好的润滑性、封堵性、抑制性,且热稳定性好,高温下仍具有较强的悬浮和携带岩屑能力,在水平段钻进中实现了高效安全钻进。该生物合成基钻井液无毒无害,满足安全环保要求。