ZY-APD高性能水基钻井液研究及在川南地区的应用

四川盆地川南页岩气水平井开发普遍存在井壁失稳、完井作业摩阻大等问题,因此提高钻井液的井壁稳定和润滑防卡能力是页岩气钻完井的首要任务。烷基糖苷衍生物钻井液是以糖苷衍生物(阳离子烷基糖苷CAPG和聚醚胺基烷基糖苷NAPG)等为核心主剂的高性能水基钻井液,简称ZY-APD钻井液。通过分析该钻井液的井壁稳定和润滑作用机理,形成钻井液配方,并进行综合性能评价。在川南黄金坝和长宁区块应用3口井。研究与应用结果表明:①该钻井液对川南龙马溪组页岩井壁稳定周期较长;②润滑性与同密度油基钻井液相当;③长期稳定性良好,便于维护与回收利用;环保性能优异;④与区块内国内外同类钻井液相比,技术和成本优势明显,实现了国产高性能水基钻井液质的突破。     

烷基糖苷钻井液研究与应用进展

烷基糖苷(APG)具有优良的抑制性、润滑性和环保性能,以不同烷基糖苷和改性产品为主剂的钻井液得以迅速发展。目前规模应用仅有甲基葡萄糖苷钻井液,但加量偏大,抑制和抗温性有待提高;乙基糖苷和丙基糖苷钻井液尚处于室内研究阶段。对糖苷分子结构中的醇羟基、甲氧基、糖环等改性,抑制性和抗温性能得以提升,较为成功的有醇羟基改性产品:阳离子烷基糖苷和聚醚胺基烷基糖苷,在钻井液中实现了低加量、强抑制的目标,在页岩等强水敏地层应用较多。将APG引入无机盐类钻井液,流变性和滤失量等得以改善,对泥岩、页岩和火山岩等水敏地层的稳定性增强。结合对烷基糖苷钻井液研究和现场应用综述,对今后烷基糖苷钻井液的研究工作提出了建议。     

威远区块深层页岩气水平井水基钻井液技术

为解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳的问题,研制了具有强抑制性、强封堵能力的水基钻井液。分析了威远区块页岩储层矿物组分、储层物性和页岩地层井眼失稳机理,认为在该地层钻进水平段时,所用钻井液应具有较强的抑制性、封堵能力和一定的润滑性。在优选抑制剂、封堵剂和润滑剂的基础上,配制了深层页岩气水平井水基钻井液SM–ShaleMud,并对其性能进行了室内评价。室内试验结果表明:该钻井液流变性能好,高温高压滤失量低,润滑系数小;可抗温140 ℃,能有效抑制黏土水化和裂缝的产生、扩展;封堵能力和抗污染能力强。SM–ShaleMud水基钻井液在威远区块威页23平台3口井进行了应用,结果表明具有良好的综合性能,特别是井眼浸泡67 d后仍保持稳定,说明其具有强抑制性和强封堵能力。研究表明,SM–ShaleMud水基钻井液能够解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳问题,现场应用效果显著。      

国内烷基糖苷钻井液研究及应用现状

通过对烷基糖苷钻井液在我国的研究及现场应用状况进行分析,将其发展过程分为三个阶段:MEG钻井液、改性MEG钻井液和烷基糖苷衍生物钻井液。通过对不同阶段糖苷类产品自身特点、在钻井液中的功能以及该类产品为主剂的钻井液的研究和现场应用进行了分析,钻井液中产品加量从最初的10%~30%液体MEG降低至0.5%~2%的NAPG,同时对该类产品的发展趋势进行了展望,提出了开展环境友好的CAPG类油基钻井液和NAPG高性能水基钻井液的研究和现场应用,是解决强水敏性泥页岩及含泥岩等易坍塌地层及页岩气水平井钻井的发展方向。     

基于页岩气“水替油”的高性能水基钻井液技术

常规油气井钻井用的高性能水基钻井液无法满足页岩气长段水平井的钻井需要,而油基钻井液存在成本高和巨大的环境压力问题。以昭通页岩气示范区为目标区块,通过分析页岩气的地层特点和存在的技术难题,有针对性地研制出了一种呈黑褐色液体的高效抑制剂、一种纳微米封堵剂、一种成膜降滤失剂和一种特种液体润滑剂,并形成了一套新型高性能水基钻井液体系。该体系的流变性、降滤失性、润滑性和抑制性与油基钻井液的性能基本相当,并且具有较好的抗污染性能,具备了页岩气钻井液"水替油"所需的各种主要性能;密度为2.05 g/cm3的该钻井液中加入研制的润滑剂后,润滑系数降低26%;该钻井液具有较强的成膜封堵能力,能够封堵页岩微裂缝,阻隔压力传递;页岩岩心在该钻井液中高温浸泡10 d后仍有较高的强度,有利于页岩井壁稳定。该体系在昭通页岩气示范区黄金坝YS108H4-2井水平段的现场应用表明,该体系在钻进过程中性能稳定,流变性良好,返砂正常,润滑性良好,无掉块,电测一次成功,井径规则,平均井径扩大率为5.71%,机械钻速为11.74 m/h。该体系完全满足页岩气水平井现场施工的技术要求。      

CQ-HPWBM页岩气水基钻井液的研究

针对目前页岩气水平井探勘施工中油基钻井液环境风险高、油基钻屑处理困难、成本高;水基钻井液抑制性不强、封堵性弱、润滑性差的难题开展相关研究!通过针对水基钻井液存在问题进行深入分析,逐一提出解决思路,研制出一种页岩气水平井用的高密度水基钻井液。分别评价了体系的抑制性能、封堵性能、润滑性能和降滤失性能并与国内外水基钻井液进行了对比。研究表明CQ-HPWBM水基钻井液体系在页岩、碳质泥岩条件下具有优异的封堵性能、抑制性能,在高密度高固相条件下仍具有良好的润滑性能、降滤失性能和流变性能,性能接近油基钻井液。能够满足页岩气水平井、碳质泥岩水平井施工对水基钻井液的要求,替代油基钻井液。     

阳离子烷基葡萄糖苷钻井液

针对烷基糖苷钻井液在现场应用中出现的问题,中原油田钻井液技术公司首次将阳离子烷基糖苷（CAPG）引入钻井液。CAPG钻井液的优化配方为:375 mL自来水+6%CAPG+0.6%降滤失剂LV-CMC+0.6%流型调节剂黄原胶+0.4%增黏剂HV-CMC+3%封堵剂WLP+0.4%NaOH+0.2%Na₂CO₃+24%NaCl+0.4%抗氧化剂NaHSO₃。CAPG钻井液的相关性能测试结果表明,该钻井液体系在抑制性、抗温性、润滑性、滤液表面活性、抗污染性、降滤失性及储层保护等方面性能优良。岩屑一次回收率99.15%,相对回收率99.45%,相对抑制率91.4%,抗温达160℃,极压润滑系数0.097,滤液表面张力19.52mN/m,滤失量4.0mL,抗NaCl 36%（质量分数,后同）,抗CaCl25%,抗膨润土10%,抗钻屑10%,抗水侵20%,抗原油10%,岩心的静态渗透率恢复值大于93%,动态渗透率恢复值大于92%。其各方面性能均优于烷基糖苷钻井液,在油气勘探开发中的应用前景良好。     

高含量阳离子烷基糖苷钻井液室内研究

阳离子烷基糖苷(CAPG)具有优良的抑制和润滑性能。通过考察人造岩心浸泡、阳离子交换量(CEC)和水活度对钻井液性能的影响,确定CAPG的质量分数为30%,以此为基础制备出适用于页岩气水平井开发的高性能水基钻井液;用此钻井液浸泡岩心50 d保持原始抗压强度,极压润滑系数0.03~0.09,井壁稳定与润滑防卡能力与油基钻井液相当,悬浮稳定性和长期污染评价效果好。     

高效环保型页岩气开发水基钻井液体系研究

目前在页岩气水平段钻井过程中常用油基钻井液,但存在一系列环保问题。因此,有必要研究出一种可替代油基钻井液的高效环保型水基钻井液体系。针对涪陵礁石坝区块龙马溪-五峰组页岩气地层的实际情况,通过老化前后流变性、高温膨胀率、滚动回收率、常温中压失水、高温高压失水以及极压润滑摩阻系数等实验,以KCl和甲酸钠为抑制剂、准纳米颗粒与新型Soltex复配、高效润滑剂与乳化剂复配,研制出一种强抑制性、强封堵和良好润滑性的高效环保型水基钻井液体系。性能评价结果表明,该体系膨胀率为5.12%、FL_(API)为1.6mL、FL_(HTHP)为4.8mL、K_f为0.14,能够满足水平段泥页岩地层钻进的要求。     

聚醚胺基烷基糖苷对钾铵基钻井液性能影响研究

室内试验研究抑制剂聚醚胺基烷基糖苷(NAPG)的用量对钾铵基钻井液流变性能、膨润土含量及抑制防塌性能的影响。结果表明:NAPG与钾铵基钻井液配伍性良好,钾铵基钻井液加入NAPG后,表观黏度和切力略有降低,其他流变性能保持稳定,同时降低了钻井液膨润土含量;NAPG加量为1.0%时,钾铵基钻井液岩屑一次滚动回收率由89.7%提高至96.1%;NAPG加量为5.0%时,钾铵基钻井液页岩膨胀高度由3.39 mm降至1.81 mm,表明NAPG抑制剂可进一步提高钾铵基钻井液的抑制防塌性能。     

类油基水基钻井液体系研究与应用

针对页岩气层等含易坍塌地层储层开发采用油基钻井液时存在的成本高、污染环境等缺点,以聚醚胺基烷基糖苷NAPG为主剂,并配套其他处理剂,研发出一种在抑制及润滑性能方面类似于油基的环保型水基钻井液。室内研究结果表明,该类油基水基钻井液体系在抑制性能、润滑性能方面与油基钻井液相当,抗温达140℃,具有良好的抗土、抗钻屑、抗原油、抗水污染的性能,EC₅₀为128 400 mg/L;无生物毒性,静态渗透率恢复值达90%以上。现场应用结果表明,该钻井液体系性能稳定,抑制防塌能力强,润滑性能好,有效地解决了云页平-6井二开造斜段摩阻大、定向易托压的难题,具有推广应用前景。      

川滇页岩气水平井水基钻井液技术

为解决水基钻井液钻页岩气水平井过程中出现坍塌等井壁失稳问题,以多碳醇、磺化沥青钾盐为核心处理剂,研究了一套针对川滇页岩气地层的新型水基钻井液。通过膨胀率、回收率、力学特性分析、封堵、抗污染等实验,研究了新型水基钻井液基本性能。结果表明,新型水基钻井液显著抑制云南龙马溪组、四川龙马溪组及五峰组页岩水化膨胀与分散,页岩膨胀率分别为1.23%、0.95%和0.98%,回收率分别为98.94%、99.13%和99.05%,其抑制页岩水化膨胀分散性能与油基钻井液相近;与常规水基钻井液相比,页岩抗压强度降低程度大幅减小,能有效减缓页岩抗压强度降低,对页岩裂缝具有较强的封堵性;抗盐（5% NaCl）、膨润土（5%）、岩屑（20%钻屑）污染能力强,具有良好的稳定井壁效果。      

致密气藏二开结构水平井钻井液体系及现场应用

为解决苏里格气田致密气藏二开结构水平井钻井施工中地层塌漏矛盾突出、降摩减阻及井眼净化困难等技术难题,基于地质特性和泥岩坍塌机理分析,建立摩阻扭矩计算模型,对比变更井身结构摩阻及扭矩变化规律。通过室内研究筛选采用纳米乳液、软硬结合的封堵剂、多元复配的润滑剂和高效提切剂,研发出新型强封堵超润滑水基钻井液体系。室内研究显示,该钻井液体系具有强抑制性和封堵防塌性,能够有效延长硬脆性泥岩失稳周期,进而深度维持井壁稳定,同时也具备良好的流变性和润滑性,且含砂和固相含量低,降摩减阻效果显著。现场应用表明,应用该钻井液体系后下套管摩阻控制在350 kN以内,钻进下放摩阻降低24.21%,扭矩降低34.31%,平均钻井周期为29.04 d,平均机械钻速为17.64m/h,较三开结构水平井提速36.5%,井塌划眼损失时间降低89.50%,为苏里格气田致密气藏二开结构水平井推广应用提供了有力保障。     

硝酸钙胺基聚合物钻井液技术

厄瓜多尔东南部区块地层属于海相沉积,地层新,欠压实,成岩性差,吸水性强,分散度高,造浆严重,尤其是上部CHALCANA和ORTEGUAZA地层存在大段泥质含量在80%以上的泥页岩和间歇性掺杂有煤层,易出现垮塌和缩径,导致井下情况复杂。针对上述技术难题,优选出一种适合于该区块表层大井眼井段安全钻进的硝酸钙胺基聚合物钻井液体系。室内评价显示,该体系性能稳定,抑制性好,16 h泥岩岩心膨胀量只有0.47 mm,岩屑一次回收率高达96%,二次回收率为88%,固相容量高,抗污染能力强,能抗6%黏土污染或8%的钻屑污染,对钻具腐蚀性小(腐蚀速率为0.058 5 mm/a),无毒易降解。目前该钻井液体系在该区块Tapir井场进行了现场试验应用。应用结果表明,该钻井液体系防塌抑制性强,井眼净化和携砂能力良好,润滑降摩阻作用好,尤其是防泥包效果显著,起下钻畅通,φ339.7 mm套管下入一次成功率100%,保证了井壁稳定和井下安全,缩短了钻井周期。      

适合页岩储层的强抑制防塌水基钻井液体系

针对威远地区页岩气井W-X1井长水平段钻进时存在井壁失稳、漏失以及摩阻较大等问题,以多氨基页岩抑制剂HCA-3、复合封堵剂和高效润滑剂RMLUB-1为主要处理剂,研制了一套适合该区块页岩储层的强抑制防塌水基钻井液体系,并对其综合性能进行了评价。结果表明:该钻井液体系具有良好的流变性能、较低的滤失量以及较好的润滑性能,能够满足页岩储层水平井钻井施工对钻井液性能的基本要求;该钻井液体系与其他水基钻井液相比,其能够更好地降低页岩岩样的Zeta电位值,具有更强的抑制能力;该钻井液体系的高温高压PPA滤失量和滤失速率均与油基钻井液相当,并且能够较好地阻缓压力传递,具有较强的封堵能力;此外,该钻井液体系还具有较强的抗污染能力,加入不同的盐、钻屑粉和膨润土后,体系性能变化不大。强抑制防塌水基钻井液体系在威远地区W-X1井三开水平段成功进行了应用,现场各分段钻井液性能稳定,施工过程顺利,未出现井壁失稳、起下钻遇阻等复杂井下情况,井眼稳定,且提高了钻井效率,取得了良好的施工效果。      

涪陵焦页18-10HF井水平段高性能水基钻井液技术

焦页18-10HF井是中石化在涪陵页岩气田部署的一口开发井,完钻井深4560 m,水平段长度1378 m。该工区三开井段页岩脆性矿物含量高,微纳米级孔隙裂缝和层理发育,一直使用油基钻井液应对井下复杂情况。针对龙马溪五峰组页岩裂缝发育等特性,通过核心处理剂端胺基聚醚抑制页岩表面水化,植物油酰胺极压减摩剂有效润滑减阻,纳米封堵封固,构建了JHGWY-1高性能水基钻井液,页岩滚动回收率大于98%,极压润滑系数0.16,钻井液封堵泥饼承压超过10MPa,满足龙马溪五峰组页岩微裂缝发育、脆弱胶结面对封堵封固及水平段润滑减阻要求。该体系首次在涪陵工区的焦页18-10HF井三开井段代替油基钻井液,在设计垂厚10 m、实钻8~10 m的五峰组中顺利穿行,起下钻畅通,钻完井顺利。该体系表现出良好的流变性、低滤失量和稳定页岩井壁能力,完井作业顺利,满足了该井三开钻完井工程需要。      

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。      

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。      

龙凤山气田强抑制封堵型防塌钻井液技术

龙凤山气田泉头组及以上地层水敏性泥页岩发育,在钻井过程中经常发生垮塌、卡钻、扩径和泥包钻头等复杂情况,营城组地层裂缝发育,易发生井漏。针对该地区的地质特征与钻井要求,通过水化膨胀实验和抑制膨润土造浆实验,优选胺钾复合抑制剂NK-1作为钻井液抑制剂;通过失水造壁性能评价实验和岩心渗透率测试实验,优选了降滤失剂KFT-Ⅱ和封堵防塌剂ZX-8作为钻井液封堵防塌剂,在此基础上研制了强抑制封堵型防塌钻井液体系,并对其性能进行了综合评价。实验结果表明,该钻井液具有良好的流变性、失水造壁性、抑制性和封堵防塌性。在北209井的现场应用中,钻井液性能稳定,封堵性和防塌性能突出,解决了全井的井壁失稳问题,起下钻、电测和下套管作业无遇阻,满足了现场钻井施工和储层保护的需要。      

辽河油田油页岩地层全油基钻井液技术

沈平1井是辽河油田第1口油页岩和泥质白云岩互层为目的层的预探水平井。由于油页岩地层的特殊性,井壁失稳现象突出,油层段轨迹控制难,安全环保工作敏感,钻井时效难以提高。在处理剂研发的基础上形成了适用于沈平1井的抗温达150℃、密度为1.55 g/cm3的全油基钻井液体系。现场应用结果表明:该套全油基钻井液体系综合性能优良,具有良好的流变性、抑制性、封堵性、抗污染性、润滑性及高温稳定性,能够控制油页岩水化膨胀,解决井壁失稳的难题。与同类型井相比,沈平1井机械钻速提高1.6倍,生产时效提高30%。