泥饼质量评价方法探讨

分析了API滤失试验的缺点和确定泥饼质量的关键因素,介绍了用泥饼强度、泥饼渗透率和泥饼厚度评价泥饼质量的试验方法。讨论了泥饼质量评价参数对钻井工艺和油气层保护的指导意义。通过对吐哈丘陵油田两口井泥饼质量的评价,结果表明该试验方法能对井下泥饼质量作出正确评价,而且钻井液颗粒粒径分布对泥饼质量有很大影响,可通过调整钻井液颗粒粒径分布形成薄而致密的泥饼。     

泥饼特性测试系统应力应变曲线的定义分析

在钻井液工程技术领域中，钻井液（泥浆）的造壁性结果会形成泥饼，研究分析造壁特性主要靠分析泥饼的特性。ＮＢＣ－Ｉ型是专门用于泥饼特性测试的仪器测量系统。文章对该系统测得的泥饼应力应变曲线进行了分析定义，测试系统通过对数据处理可按定义分析出各项参数结果，为科学评价钻井液的造壁性提供了一种途径。     

硅酸钾聚合醇钻井液体系的实验研究

将硅酸钾的胶凝沉淀效应和聚合醇的浊点效应结为一体,建立了一套具有胶凝-浊点效应的膜结构硅酸钾聚合醇钻井液体系.性能评价结果表明,硅酸钾聚合醇钻井液具有流变性好、滤失造壁性好、抑制性强、抗污染能力强(可抗6%NaCl,抗5000 mg/L Ca2+和Mg2+,抗15%钻屑)、润滑性好、封堵能力强和热稳定性好等特点,膜效率达到了82%.通过电镜扫描研究了硅酸钾钻井液和硅酸钾聚合醇钻井液形成的泥饼表面和泥饼断面情况,结果表明,硅酸钾聚合醇钻井液泥饼表面片状膜结构伸展性好且连接性紧密,断面较紧凑且均匀,既有硅酸钾处理后泥饼所呈的片状膜结构,又有聚合醇处理后泥饼整体似一层的致密特性.该钻井液兼有硅酸钾钻井液和聚合醇钻井液的优点.     

泥饼结构物理模型与数学模型研究

通过对泥饼结构的物理模型与数学模型进行研究，可以准确地定量分析出14项泥饼质量参数。将钻井液静态滤失形成的真实泥饼的针入度曲线归结为5种类型，各反映不同泥饼内在质量的差别。通过分析泥饼在纵向压力作用下发生破坏的过程中力学特征的变化，建立了泥饼层状结构物理模型，解释了虚泥饼以及泥饼的可压缩层、密实层和致密层间的差别及其物理意义。将各类泥饼针入度曲线视为由4段连续光滑的直线和曲线组成的同一种典型曲线演变而成，建立了其数学模型。用数字化仪读入实测泥饼针入度曲线后，用泥饼质量评价软件CSEFCP可定量求解涉及泥饼厚度、强度和弹塑性等的14项泥饼质量参数，以快速、准确、方便地对泥饼质量进行定量评价。     

pH值和稀释剂对固井前甲酸盐钻井液性能的影响

固井前甲酸盐钻井液的流变性和失水造壁性差是导致固井质量不理想的关键问题之一。为提高环空钻井液顶替效率和井壁泥饼冲洗效率,研究了pH值和稀释剂磺化丹宁对油田现场某井区甲酸盐钻井液流变性和失水造壁性的影响,通过比较甲酸盐钻井液调节前后形成泥饼的微观结构,分析了钻井液性能改变的机理。结果表明,pH值和稀释剂对甲酸盐钻井液的流变性和失水造壁性的影响较大。随pH值和稀释剂加量的增大,甲酸盐钻井液的塑性黏度、动切力、高温高压滤失量和泥饼厚度先降低后增加,泥饼冲洗效率和界面胶结强度先增加后降低。在90℃下,现场甲酸盐钻井液适宜的pH值为11.5、稀释剂最佳加量为0.3%。甲酸盐钻井液经NaOH溶液和稀释剂调节后,改善了黏土颗粒的分散性,优化了钻井液性能,并提高了形成泥饼的致密性,有利于环空钻井液的顶替和井壁泥饼的冲洗清除,改善固井胶结质量。图9表5参19     

泥饼形成预测模型及影响因素分析

在钻井完井过程中,工作液的滤失将会造成复杂的井下情况和油气层损害。泥饼的形成对井眼安全、快速钻进及储层保护起着重要作用。在分析泥饼形成机理的基础上,文中给出了预测泥饼厚度与工作液滤失量的数学模型,利用有限差分方法对模型进行了数值求解,实现了泥饼形成过程的数值模拟;同时,利用该模型分析了井眼与储层的压差、工作液固相质量分数、泥饼渗透率和环空流速对泥饼厚度及滤失速度的影响。研究认为:随着井眼与储层的压差、工作液中固相颗粒质量分数、泥饼渗透率的增加,泥饼厚度增大;随着环空流速的增加,泥饼厚度减小;在条件相同的情况下,随泥饼厚度的增加,工作液的滤失速度减小。     

井壁强化可成膜钻井液技术

应用聚合物乳液可在特定条件下形成整体膜结构的这一特性,研发出了一种可成膜钻井液体系,其能够在井筒内壁形成连续网状包覆膜,在降低钻井液滤失量的同时,起到增强井壁稳定性的作用。室内对SBR 聚合物乳液的成膜作用机理、配伍性及泥饼膜效应进行实验评价,结果表明: SBR 聚合物乳液在钻井液中可形成立体网状膜结构,且随着乳液颗粒数量增加, 形成的膜结构致密性增强, 具有降低高温高压滤失量的作用; 其对现场钻井液流变性影响小、配伍性好,可提高泥饼韧性。SBR成膜钻井液在 XSP34 井进行了现场应用,解决了该井营四段原生孔隙和裂缝性夹层泥岩水化引起的井壁剥落问题,通过在裂缝面形成网状强化层,最大限度提高滤饼的致密柔韧性,提高了滤饼的抗冲刷能力,减少了钻井液向地层滤失,提高了井壁稳定性。      

改性菜籽油饼降滤失效果及作用机理

菜籽油饼的主要成分为蛋白质、无氮浸出物、粗纤维、粗脂肪和粗灰分，这些成分在钻井液中都具有较好的降滤失效果。为了充分利用菜籽油饼，对其进行了改性研究，提高了其在水基钻井液中的溶解分散能力，得到了可用作钻井液降滤失剂的产品CYL。室内试验评价了CYL在水基钻井液中的降滤失能力、抗温性和抗盐、抗钙能力，并分析了CYL的降滤失机理。结果表明，CYL具有降滤失效果明显，泥饼薄而致密的特点，加量仅为2％，还具有较好的抗温能力及一定的抗盐、抗钙能力，其货源广，成本低，生产工艺简单，是一种良好的水基钻井液降滤失剂，而且植物油的作用使CYL兼具一定润滑作用。     

用动态试验方法研究井壁化学稳定性

结合大庆油田的实际情况,利用高温高压径向动态模拟装置进行了4个方面的研究:(1)高温高压下钻井液的径向动滤失;(2)高温高压下钻井液的防塌性能评价;(3)硬脆性泥页岩防塌剂的防塌机理;(4)防塌钻井液的体系。并对钻井液及降滤失剂、防塌剂在不同温度、压力下的滤失特性进行了试验,分析了径向动滤失形成的泥饼结构。认为在动态条件下钻井液的滤失速率随时间变化趋向一个常数;滤失速率随温度升高而增加,随固相增加而减少,随压差的增加而略有增加;降滤失剂对降低动滤失是有效的。经泥饼分析发现,降滤失剂在花饼形成过程中起重要作用。通过动态防塌装置可以模拟地下条件对泥页岩稳定性进行研究,也可以评价各种防塌剂的效果,认为降滤失剂和封堵剂的共同作用对非膨胀硬脆性泥页岩坍塌的预防有显著效果。     

泥饼质量的影响因素研究

采用DL-Ⅱ型泥饼针入度仪及泥饼黏附系数仪,对黏土含量、密度、加重剂种类、不同添加剂的加量对水基钻井液高温高压泥饼参数的影响进行了研究。得到的实验数据显示,黏土含量为5%时钻井液的泥饼质量最好;钻井液的密度越大,其泥饼的强度越高,渗透率也越大,泥饼的实际厚度及润滑系数在密度为1.50 g/cm3处表现为最佳;密度越大的材料加重的钻井液的泥饼质量越差;无机盐类使泥饼质量整体特性变差;包被剂对改善泥饼的渗透率及润滑性有一定的作用;降滤失剂和稀释剂能从整体上改善泥饼质量。由于不同体系、不同密度的水基钻井液的泥饼质量的影响因素各不相同,因此在现场施工中需仔细研究所用钻井液各主要组分的用量及其性质特点。     

聚酯提切剂的研制及高密度油包水钻井液的配制

为提高油包水钻井液的悬浮能力,以高纯二聚酸与聚氧乙烯醚脂肪胺为原料,通过缩聚法合成了一种分子量在8 000左右的油溶性聚酯提切剂。通过分析作用机理认为,该剂具有酯基、醚基以及叔胺基等强极性基团,能迅速依靠氢键缔合成一定强度的网架结构。实验评价了加入PZX-1后,基浆和油包水钻井液低剪切速率下的切力(LSYP)和静切力的提高程度,以及钻井液在不同高温热滚后的沉降稳定性及其随静置时间的改善程度。结果表明,加入1%提切剂后,钻井液的LSYP从0.51增加到3.07 Pa,静切力从1.5/2.5增加到5.0/7.5 Pa/Pa,重晶石的沉降明显减缓,且效果好于国外同类产品。通过用Turbiscan LAB稳定性分析仪评价钻井液的稳定性指数对超细碳酸钙进行了优选,并用1%PZX-1与4%的粒径为0.03 mm和0.006 5 mm的超细碳酸钙复配,形成了密度达2.6 g/cm3的油包水钻井液,该体系抗温达180℃,悬浮性能好。     

可降解清洁钻井液的研究及现场应用

针对煤层气井钻井过程中钻井安全和煤层保护之间的矛盾问题,研制了钻井液用提切剂BZ-2和固膜剂GMJ,并以此为核心开发了可降解清洁钻井液体系。对BZ-2和GMJ的抑制性、流变性、残渣量及对岩心强度的影响等性能进行了评价。实验结果表明,该体系的页岩回收率为93.5%;流变性好,动塑比达到0.93 Pa/mPafs,初切、终切、动切力分别为2.5、3.0、20.5 Pa;API滤失量控制在12 mL以内,残渣量为4.5 mg/L,岩心强度增加了16.7%。该体系已在山西沁水盆地南部晋城斜坡带郑庄区块4口井进行试验。试验效果表明,其解决了该区块多分支水平井的钻井安全和煤层保护问题,日产气量较邻井提高了2倍以上,测算稳定产气量在3 000~5 000 m3/d,具有较好的推广应用前景。      

一种低黏高切油基钻井液体系

针对传统油包水钻井液黏度高、切力低、携岩能力差的问题,合成了一种Gemini主乳化剂,其与辅乳化剂有较好的协同效应,钙皂分散性好,兼具润湿功能,在2.0%~3.5%的低加量下具有好的乳化能力。研制出了密度在1.0~2.0 g/cm3之间、抗温达170℃的低黏、高切油基钻井液。室内研究结果表明,该钻井液密度为1.00~1.70 g/cm3时,塑性黏度小于40 m Pa s,动塑比为0.35~0.50 Pa/m Pa s,具有低黏高切的特点;破乳电压在800 V以上;抗水达15%,抗钻屑达10%,并且润滑性能好,密度在2.0 g/cm3以下时润滑系数小于0.085。在焦页54-1HF井水平段的应用表明,该钻井液性能稳定,具有突出的低黏高切流变特性,破乳电压高,保证了施工顺利、井壁稳定、井眼通畅。     

气制油合成基钻井液关键处理剂研制与应用

为提升气制油合成基钻井液高温流变稳定性和降滤失性能,研制了在气制油中具有良好凝胶性能的有机土和天然腐植酸改性的环保型降滤失剂,并使用前期研制的主辅乳化剂,形成了气制油合成基钻井液体系。性能评价结果表明:利用双十六烷基二甲基氯化铵和具有功能化极性基团的高分子对提纯钠基膨润土进行复合插层制得了有机土DR-GEL,该有机土在气制油中凝胶性强（胶体率达98%）、黏度、切力大（切力达3 Pa）,高温性能稳定、抗温达220℃。利用二乙烯三胺和双十六烷基二甲基氯化铵对提纯黑腐植酸进行有机化改性反应制得了降滤失剂DR-FLCA,该降滤失剂具有高温高压滤失量低、辅助乳化和改善流变性等性能,抗温达230℃。利用研制的处理剂配制的密度为1.6～2.3 g/cm3的气制油合成基钻井液体系,在温度120～200℃范围内流变性好（表观黏度27～61 mPa·s,动切力6～9 Pa）,电稳定性强（破乳电压在800 V以上）,高温高压滤失量小于2.5 mL。该套气制油合成基钻井液体系,在印尼苏门答腊岛JABUNG区块NEBBasement-1井成功地进行了应用,在高温（井底温度大于180℃）下40 d的使用过程中性能一直稳定,较好地解决了大斜度定向井钻井液悬浮性与携屑能力差等难题。      

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。      

延长区块陆相页岩水基钻井液性能优化评价

延长陆相页岩气资源量丰富,勘探开发处于早期研究阶段。储层地质情况复杂,水平井钻井时常发生井塌等事故,为保持井壁稳定常使用油基钻井液,而油基钻井液又面临环境保护和高成本等压力,为此,研制出页岩水基钻井液体系PSW-1。PSW-1钻井液用0.2%聚合物BOP、2.0%提切剂TQ-1和2.0%的润滑剂ORH-1进行处理,以改善其携屑能力和润滑性。PSW-1的动切力为10 Pa、静切力为4.5 Pa/10 Pa、润滑系数为0.07。经过在4口页岩气水平井的现场应用,PSW-1钻井液能有效地悬浮、携带岩屑,大幅降低钻进时的摩阻;失水量为2.0～2.8 mL,井径扩大率仅为6.34%,有效保持井壁稳定和井下安全。为低成本、高效开发延长陆相页岩气水平井提供技术支持。      

密度对油基钻井液性能的影响

随着高密度油基钻井液被使用的越来越多,高密度时油基钻井液表现出的性能不稳定也逐渐被现场工程师发现。研究了密度对油基钻井液性能的影响,以及不同密度下温度、剪切时间、油水比、有机土、CaCl₂浓度和劣质固相对油基钻井液性能的影响。研究结果表明,重晶石能增加油基钻井液的黏度和切力,提高钻井液的乳化稳定性;油基钻井液的破乳电压和重晶石的加入量呈线性关系;在高密度时,油基钻井液的表观黏度受温度、油水比、有机土和劣质固相的影响程度比低密度时大;破乳电压在高密度时受油水比、CaCl₂浓度和有机土的影响比低密度时大。综上可知,密度的增加不仅单独对油基钻井液性能造成影响,还提高了油基钻井液对其它因素的敏感性。因此在使用高密度油基钻井液时,要加强对现场钻井液性能的监控和调节。      

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。     

高密度油基钻井液降黏剂及其现场应用

高密度油基钻井液稠化的主要原因之一是钻井过程中劣质固相的侵入,特别是低密度固相含量的不断增加。劣质固相经过油基钻井液中的润湿剂、乳化剂作用后使其具有了一定的活性,增强体系的网架结构,导致钻井液的黏度和切力上涨。以月桂酰胺、硬脂酸酰胺和芥酸酰胺为原料,按照质量比1∶2∶1合成了分子链中具有可吸附胺基、酰胺基的多元活性基团的降黏剂CQ-OTA。降黏评价实验表明:CQ-OTA能够将固相含量为48.5%高密度稠化油基钻井液的塑性黏度降低25.0%,静切力降低60.0%,其在油基钻井液中的推荐加量为0.5%～1.5%;在威202HX平台现场应用,能够改善油基钻井液的流变性,提高劣质固相容量限,塑性黏度由53.0 mPa·s下降至40.0 mPa·s,10 min静切力由23 Pa下降至14.5 Pa,保证了高密度油基钻井液顺利钻至目的井深,提高了高密度油基钻井液重复使用效率,降低了钻井成本。      

无黏土低密度全油基钻井完井液的研究

针对油包水钻井液中存在乳化水滴,会导致低压低渗储层发生较为严重的水锁损害的问题,以生物毒性和密度都较低的5#白油为基油,通过对主要处理剂,如增黏剂、表面活性剂、碳酸钙、氧化钙、降滤失剂等进行优选,研制出了一套无黏土全油基低密度钻井完井液。性能评价结果表明,该全油基钻井液密度低,黏度可控,切力适中,滤失量低,破乳电压大于2000V;具有电稳定性好、抗温性强、在高温下的乳化效果好等特点;抗水侵污限为20%,抗盐(NaCl)侵污限为8.0%,抗土侵污限为20.0%;且滤液全为油,有利于储层保护。