加重剂对抗高温超高密度柴油基钻井液性能的影响

在塔里木盆地库车山前钻遇库姆格列木群盐膏地层时,要求采用抗高温超高密度油基钻井液,该钻井液必须具有良好流变性、低的高温高压滤失量、良好的封堵性与动、静沉降稳定性。研讨了不同类型加重剂对抗160℃超高密度柴油基钻井液性能的影响;采用重晶石（ρ=4.2 g/cm3）、重晶石（ρ=4.3 g/cm3）、氧化铁粉、Microdense等单一加重剂配制超高密度柴油基钻井液,钻井液性能无法全面满足钻井工程的需要;采用具有超微细、高密度、球形等特点的MicroMax加重的超高密度柴油基钻井液拥有非常好的流变性能和良好的沉降稳定性,但无法控制钻井液的高温高压滤失量;当重晶石和MicroMax按60∶40比例复配时,可配制出性能良好的超高密度（2.4～3.0 g/cm3）抗高温柴油基钻井液,能满足库车山前钻进高压盐水层与易漏地层的需求。      

超高密度油基钻井液加重剂评价及现场应用

准噶尔盆地南缘区块古近系、白垩系、侏罗系等地层,压力系数高达2.40～2.65 g/cm3,为了保障异常高压地层的安全钻进,急需研发性能优异的超高密度油基钻井液。使用环境扫描电子显微镜和激光粒度分析仪,分析了普通重晶石、微粉锰矿和微粉重晶石的微观形态和粒度分布。分析了微粉加重剂降低钻井液黏度的原理,实验评价出配制超高密度油基钻井液加重剂最佳复配方案为普通重晶石∶微粉锰矿=7∶3。优化出超高密度油基钻井液的配方,评价其高温沉降稳定性能、抗水污染性能。实验结果显示,配制的超高密度油基钻井液具有好的高温沉降稳定性,静恒温24 h,上下密度差值为0.01～0.02g/cm3,静恒温120 h,上下密度差值为0.10～0.14 g/cm3,上下密度差值小;具有好的抗水污染性能,能抗15%以内的水污染。现场应用表明:密度为2.65 g/cm3的超高密度油基钻井液在钻进过程中,全程钻井液性能表现良好,井下安全正常。      

超高密度钻井液技术进展

超高密度钻井液是当今石油钻井行业的前沿技术之一,涉及到多方面的研究内容.从室内研究、现场应用两方面分析了超高密度(≥2.50g/cm3)钻井液研究中存在的技术问题,对钻井液使用的加重材料、降滤失剂、流动性改善剂等关键材料的研究进展进行了分析和论述,指出了超高密度钻井液配方优选时应注意的几个问题,介绍了超高密度钻井液流变学特征的研究概况,探讨了超高密度钻井液密度的技术途径,分析了特高密度钻井液技术的可行性.提出的各种方案和建议对室内研究和现场操作均有较好的借鉴意义.     

超高密度抗高温饱和盐水钻井液技术

室内实验通过优选油田现有的处理剂,并配合使用室内研制的高温稳定剂SA,建立了一套抗200℃高温的超高密度(2.50 g/cm~3)饱和盐水钻井液。室内实验表明,该钻井液不仅具有良好的稳定井壁作用,而且抗钙污染能力(抗0.5%CaCl_2)和抗岩屑污染能力(抗20%岩屑)较强,满足了超深井钻井的需求。     

抗高温高密度无土相柴油基钻井液室内研究

针对常规高密度油基钻井液不利于提高机械钻速且流变性难以控制的缺点,通过分子结构设计,合成了抗高温乳化剂HT-MUL和提切剂ZNTQ-I,并配制了抗高温高密度无土相柴油基钻井液。通过电稳定性试验和高温老化试验,评价了乳化剂、提切剂的单剂效果,并对研发的无土相油基钻井液进行了抗温性、稳定性、抗污染能力和抑制性试验。试验结果发现:HT-MUL乳化剂具有较高的破乳电压,抗温达220℃;提切剂加量为0.5%时提切效果显著;在150~220℃条件下,2.50 kg/L无土相油基钻井液破乳电压在2 000 V左右,可抗质量分数25%蒸馏水的污染和质量分数15% CaCl2溶液的污染。研究结果表明,抗高温高密度无土相柴油基钻井液的密度可达2.50 kg/L,抗温达220℃,具有良好的稳定性、悬浮性和抗污染能力,能够满足提高钻速和保护油气层的要求。      

超高密度水基钻井液加重剂研究

超高密度水基钻井液常规加重剂易引起黏度效应,导致钻井液黏度过大失去流动性。采用表面活化和粒度级配的方式对重晶石进行了优化。通过电势影响和流变性实验确定出表面活化剂（RAB）的最佳加量,并在此基础上,以经典堆积理论为基础,采用Dinger-Funk分布方程计算出不同分布模数下的粒度范围,通过大量室内实验,确定出最佳粒度级配。通过优化生产工艺生产出工业级的特殊重晶石,在四川地区多口高压深井气井进行了应用,成功配制出超高密度水基钻井液（密度≥2.65 g/cm3）。现场应用结果表明,以特殊重晶石加重的超高密度水基钻井液,具有加重密度高、流变性可控、抗盐水侵等特点,满足实际施工需要,具有较高的推广价值。     

超高密度钻井液技术

针对超高密度钻井液黏度不易控制、沉降稳定性差等难题,首先提出构建超高密度钻井液体系的方法和原则,并在此基础上以重晶石为加重材料,通过研发和优选关键处理剂,形成了密度大于2.75 kg/L的超高密度钻井液体系。该钻井液体系在高温高压下具有良好的流变性,高温高压滤失量小于10 mL,抗盐污染性能及沉降稳定性好,解决了超高密度钻井液流变性与沉降稳定性及高温高压滤失量控制的难题,确保了在高温高压下具有良好的流变性和悬浮稳定性。该钻井液在贵州官渡地区官深1井三开井段进行了现场应用,三开井段应用密度2.75～2.89 kg/L的超高密度钻井液安全钻进745.00 m,钻进过程中钻井液性能稳定,没有出现沉降现象。      

川东北地区抗高温超高密度钻井液研究

川东北地区海相碳酸盐岩高含硫气藏存在硫化氢含量高、盐膏侵严重、易发生井漏、井壁失稳、井底温度高、压力大等难点,通过对抗高温处理剂、加重剂、膨润土限量进行优选,形成了满足川东北地区深井超深井钻井要求的抗高温超高密度复合金属离子聚磺钻井液.该体系抗温可达180℃,可控密度达2.70 g/cm3(储备钻井液密度达3.0 g/cm3),具有良好的高温稳定性、润滑性和抑制性能,具有较好的抗污染能力,抗NaCl达10%,抗Ca2+达2000 mg/L,抗岩屑达20%;使用复合储层保护剂后,屏蔽暂堵率在99.5%以上,压力返排恢复率超过80%,酸化返排恢复率达到200%左右,能有效地保护油气储层.在河坝1井和金溪1井的现场应用结果表明,该体系具有良好的高温稳定性、流变性能、润滑性能、抑制性能和抗污染性能,满足了川东北地区高温超高密度压井修井液和钻井完井液的各项要求,且储层保护效果良好.     

抗高温油基钻井液的研究

油包水钻井液在抗高温、稳定井壁、油气层保护方面具有明显优势。研制了一套抗高温油基钻井液体系,该体系在经过220℃高温老化之后,具有较好的流变性能、降滤失性能、强的抑制性能和抗污染能力,密度调节范围广。     

抗高温油基钻井液主乳化剂的合成与评价

以妥尔油脂肪酸和马来酸酐为主要原料合成了一种油基钻井液抗高温主乳化剂HT-MUL,并确定了妥尔油脂肪酸单体的最佳酸值及马来酸酐单体的最优加量。对HT-MUL进行了单剂评价,结果表明HT-MUL的乳化能力良好,配制的油水比为60:40的油包水乳液的破乳电压最高可达490 V,90:10的乳液破乳电压最高可达1000 V。从抗温性、滤失性、乳化率方面对HT-MUL和国内外同类产品进行了对比,结果表明HT-MUL配制的乳液破乳电压更大、滤失量更小、乳化率更高,整体性能优于国内外同类产品。应用主乳化剂HT-MUL配制了高密度的油基钻井液,其性能评价表明体系的基本性能良好,在220℃高温热滚后、破乳电压高达800 V,滤失量低于5 mL。HT-MUL配制的油基钻井液具有良好的抗高温性和乳化稳定性。      

一种抗高温高密度无土相油基钻井液提切剂

针对油基钻井液体系高温环境下沉降稳定性不足的难题,将二聚脂肪酸和二乙烯三胺以物质的量比1∶2反应合成了一种小分子脂肪酸酰胺型抗高温提切剂FAA,并对其进行了结构表征、机理分析和性能评价。流变实验和显微镜观察结果表明,提切剂FAA主要通过在乳液滴之间桥联形成凝胶网络结构来有效提高油基钻井液的结构强度,从而改善其固相悬浮能力及沉降稳定性。在柴油基钻井液体系中的评价结果表明,FAA可有效提高体系的动切力、φ₆/φ₃读数以及动塑比,并可有效改善体系的高温沉降稳定性,使体系在220 ℃下静置5 d后沉降因子SF小于0.52,无明显沉降现象出现。      

一种环保油基钻井液体系

针对目前油基钻井液存在因所含矿物油和处理剂的生物毒性大,而被限制或禁止排放的问题,制备出生物毒性低的油基钻井液基油,合成高效低毒的一体化乳化剂和新型高凝胶改性有机土,并对钻井液处理剂及加量进行优选,最终形成了一套环保型油基钻井液体系。该钻井液体系的生物毒性LC₅₀达到15 000 mg/L以上,生物可降解性好;体系的流变性良好,破乳电压达到800 V以上,高温高压滤失量小于6 mL;钻井液体系能抗5%石膏、5%钻屑和15%盐水污染;该油基钻井液应用性良好,油水比可在60/40～90/10的范围内调节,密度可在1.25～2.0 g/cm3范围内调节,抗温可达220 ℃,高温稳定性良好。研究结果表明,环保型油基钻井液具有低毒环保、可降解等优势,抗污染、抗高温、稳定性强、可调节范围广,完全可满足较复杂地层和环境保护要求高区块对钻井液的要求。      

抗 240 ℃高温水基钻井液体系的室内研究

中国深部大陆科学钻探井设计井深将超过万米,井底地层温度可能在 300 ℃以上,井内钻井液将长期处于高温高压环境,性能会受到严重的影响和破坏。室内实验通过在不同加量、不同温度（30、90、120、150、180、210、240 ℃）等条件下测试钻井液的流变性能及高温高压滤失量,对抗 240 ℃高温钻井液材料及处理剂进行了优选,最后选用 4% 新疆膨润土与抗高温材料 HPS 复合作造浆材料,添加了高温保护剂 GBJ;复配使用抗高温降滤失剂 LQT、SPNH、JSSJ、JSJ-1、SMP-I 作降滤失剂,引入了新型抗高温降滤失剂 DDP 和抗高温降黏剂 JNJ。评价了优选配方的高温高压滤失量和流变性,在 240 ℃高温滚动 16～72 h后,采用金属滤板直接在230 ℃高温下测试钻井液性能,测试温度由低到高, 再由高到低。结果表明: 优选出的配方在240 ℃下具有良好的高温稳定性和流变性, 高温高压滤失量低。      

超高密度钻井液的性能研究

为满足高压地层快速、安全钻井的需要,在对重晶石进行表面处理和控制膨润土含量的基础上,采用润湿分散剂XL、非增黏降滤失剂ZY等特殊处理剂研制出了密度为3.0g/cm3的超高密度钻井液(基本配方为:1％～2％膨润土+3％SMC+5％～7％润湿分散剂XL+0.5％～1.0％非增黏降滤失剂ZY+0.5％润滑剂RT-1+重晶石),并对其性能进行了系统评价.研究结果表明,超高密度钻井液具有较强抗污染能力,在被3％NaCl、质量浓度2000 mg/L Ca2+、0.7％石膏和7％钻屑粉污染后,漏斗黏度小于250 s,仍具有良好的流动性;超高密度钻井液具有较好的热稳定性和沉降稳定性,在150℃/48 h高温老化和水污染后,钻井液性能变化很小,在24h内没有发生重晶石沉降,可满足高压深部地层的钻井需要.图4表7参6     

超高密度钻井液技术研究

新疆准噶尔盆地南缘地区安集海河组存在超高压、强造浆、强坍塌应力、溢、漏、塌、卡、复合离子污染等钻井问题,使用的钻井液密度最高在2.5 g/cm3以上,钻井液在超高密度条件下性能极难调控.分析了该地区易塌层段地质特点和地层中的粘土矿物组分以及存在的钻井液技术难题,有针对性地研制出了JAB高密度钻井液体系.评价了JAB体系在超高密度条件下的流变性、抗污染能力、抗温性、抑制性及润滑性等.结果表明,该钻井液体系在超高密度(2.5 g/cm3)下,具有良好的抑制造浆、稳定井壁、润滑防卡能力和抗可溶性盐污染、流变性好等特点,能满足准噶尔盆地南缘地区复杂地层钻探的需要.提出了该体系现场维护处理的几点建议.     

超高密度重晶石钻井液体系的研究与应用

针对超高密度钻井液体系使用铁矿粉加重,进而导致对钻井设备、钻具及套管磨损严重的问题,研究开发了一套超高密度重晶石钻井液体系。该体系通过在迪那204井上的现场应用表明,该钻井液性能优良,较好地满足了井下安全,减磨效果明显,循环压耗低,很适用于高压窄窗口气层钻进,达到了预期的效果。     

超高温(240℃)水基钻井液体系研究

针对中国目前高温深井钻井的需求，研制出了一种新型抗高温水基钻井液体系，抗温可达240℃。该体系主要由抗高温保护剂、高温降滤失剂、封堵剂、增粘剂等组成。抗高温保护剂GBH可以大幅度提高磺化聚合物的抗高温降滤失性能、高温稳定性能及钻井液体系的整体抗温性能。评价了新型抗高温水基钻井液体系在高温下的高温稳定性、高温高压降滤失性能、流变性能、抑制性能和抗钻屑污染性能。实验结果表明，该抗高温水基钻井液体系各种密度配方在240℃温度下均具有良好的高温稳定性，高温高压滤失量低，并具有良好的流变性能、抑制性能和抗钻屑污染性能。     

抗高温油基钻井液润湿剂的研制及性能评价

抗高温润湿剂是配制抗高温油基钻井液的一种重要处理剂。通过有机胺、脂肪酸和乙二酸合成了抗高温油基钻井液润湿剂(TRWET)。室内对比评价了抗高温润湿剂、十二碳炔二醇聚氧乙烯醚类表面活性剂(SUPERWET)和阳离子表面活性剂(CTAB)3种润湿剂的表面张力、接触角和吸光度提高率。实验结果表明:3种润湿剂改变重晶石润湿能力从强到弱的顺序依次为TRWET,SUPERWET,CTAB,合成的TRWET具有更好的润湿能力。TRWET加入油基钻井液中,不仅可以改善油基钻井液性能,而且抗温可达200℃。     

超深井页岩气钻井抗高温油基钻井液的研制

为满足超深井页岩气钻探技术发展需要,通过对油水比的选择、有机膨润土加量、乳化剂加量、降滤
失剂加量、润湿反转剂改性重晶石的加量分析以及抗高温性能评价等,研制出抗高温能达到２００℃,密度在２．２ｇ／ｃｍ^３
以下可调油基钻井液体系。所配制的油基钻井液在实际钻井过程中,能在高于１５００Ｖ的破乳电压、水侵入
量为２０％以及１５％的岩屑携带下,基本维持稳定,满足超深井页岩气钻井工程的需求。     

元坝地区高密度超高密度钻井液技术

元坝地区地质构造复杂,地层压力状况复杂多变,气藏储层存在较强的非均质性,局部存在有裂缝性高压气层,海相地层的嘉陵江组还可能钻遇高压盐水层。钻井施工过程中使用的钻井液密度多在2.20 g/cm3以上,最高达2.42 g/cm3,钻井液的流变性控制及抗污染能力的强弱成为保证井下施工安全的关键因素。根据室内研究及现场应用情况,形成了1套元坝地区使用的高密度超高密度钻井液技术,能够控制密度在2.40 g/cm3左右的钻井液的流变性,控制了酸根及盐膏污染,具有一定的抗温、抗污染能力。