一种抗高温凝胶封堵剂

凝胶类封堵剂具有自适应强的特点,但钻井液用凝胶封堵剂普遍存在抗温性较差的问题。以聚乙烯醇（PVA）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）为反应单体,N,N-二甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂,过硫酸铵为引发剂制备了一种新型凝胶封堵剂（PPAA）,该封堵剂抗温可达180 ℃。PPAA膨胀倍数低,对钻井液流变性影响小,能降低钻井液滤失量。180 ℃老化后,含2%PPAA的钻井液对80～100目砂床的侵入深度为2.6 cm,较常规封堵剂封堵率提高60.6%,在6%NaCl条件下封堵率提高48.6%,且高温高压砂盘滤失量降低69.7%。      

油基钻井液用改性碳纳米管纳微米封堵剂

为改善页岩油气水平井钻进过程中因钻井液封堵性能差而引起的井壁失稳问题,首先,对川南龙马溪组页 岩组成和井壁失稳的原因进行了分析;然后,以十六烷基三乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和活性碳纳米管为 原料,合成了油基钻井液用纳微米封堵剂（NP-1）,分别利用红外光谱分析、热重分析、透射电镜和表面润湿性测 试分析其结构和物理化学特性,考察了其与油基钻井液的配伍性;最后,通过岩心突破压力、压力传递、三轴抗压 强度等测试评价其封堵性能,分析了纳微米封堵剂的作用机理,并进行了现场应用。结果表明,川南龙马溪组页 岩纳微米孔喉较发育,毛细自吸现象严重,使得液相不断侵入井壁,最终导致井壁失稳。NP-1 的直径为30～50 nm,长度处于微米级别,表面疏水亲油,在385.2 ℃以下的热稳定性良好。NP-1 与油基钻井液具有良好的配伍 性和稳定性。在常规油基钻井液中加入3% NP-1,在180 ℃下老化热滚16 h 后的高温高压滤失量由2.8 mL降至 1.8 mL。含有NP-1 的油基钻井液能有效封堵岩心端面,从而提高岩心突破压力,阻止岩心压力传递,稳定岩心内 部结构和抗压强度,实现维持井壁稳定的目的。现场应用结果表明,NP-1 能有效改善邻井因钻井液封堵能力弱 而引起的井漏、井壁失稳等技术难题,处理后的平均井径扩大率仅为5.61%。该纳微米封堵剂在油基钻井液中对 页岩具有优异的封堵效果,为川南类似复杂页岩气井的高效钻探提供了借鉴。     

FDM-1成膜封堵剂的实验评价及应用

哈得逊地区石炭系地层以泥岩为主,夹薄层砂岩、角砾岩。钻井过程中剥落掉块严重,造成挂卡,岩屑代表性差,影响地质录井;增斜段和水平段钻井托压严重,定向和钻井效率很低。为此,钻井液引入了成膜封堵技术,对FDM-1新型成膜封堵剂进行了室内评价实验,建立了溶液漏失量和滤膜透失量评价成膜效率的方法,并对其在土浆中的作用机理进行研究。实验评价和现场应用结果表明,FDM-1是一种纳米-微米级高分子聚合物乳液,可在多孔介质表面通过滤失形成致密的高分子膜,这种高分子膜具有非渗透、可变形的特征,在地层孔隙中形成致密的封堵层,降低滤失量,有效地稳定井壁,解决泥页岩掉块问题。同时,通过改善泥饼质量起到润滑减阻,有效地解决定向托压的问题。     

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%。     

抗高温聚合物纳米微球封堵剂的合成与性能评价

针对目前钻井用柔性封堵剂抗温性弱的问题,开展了抗高温聚合物纳米微球封堵剂的研究。以丙烯酰胺（AM）、对苯乙烯磺酸钠（SSS）、丙烯酸钠（AAS）、丙烯酸十三氟辛酯（TEAC）和1,3,5-三（甲基丙烯酰胺基甲酸酯）苯（B-TMAC）为原料,偶氮异丁氰基甲酰胺（CABN）为引发剂,十二烷基硫醇（TDDM）为分子量调节剂,通过自由基胶束聚合法合成了聚合物纳米微球OPTB。通过正交实验确定了最佳合成条件:反应温度105 ℃、反应时间20 h、反应单体浓度7.5%、CABN浓度0.4%和TDDM浓度1.5%。借助核磁共振光谱仪（1H-NMR）进行了分子结构表征。OPTB的钻井液性能测试结果显示,OPTB对钻井液的流变性能影响较小,滤失造壁性能显著。高温老化后,OPTB的粒径仍呈单分散状态。OPTB的加量达到3.0%时,对纳微米孔隙的封堵率高达90.84%,且可有效减慢井筒内液柱压力向地层传递的速度。采用扫描电镜（ESEM）观测了160 ℃老化16 h前后的OPTB的微观形貌,结果显示 OPTB颗粒呈球形,粒径较均一,高温作用仍有部分颗粒仍保持单分散状态。      

FDM-1成膜封堵剂的实验评价及应用

哈得逊地区石炭系地层以泥岩为主,夹薄层砂岩、角砾岩。钻井过程中剥落掉块严重,造成挂卡,岩屑代表性差,影响地质录井;增斜段和水平段钻井托压严重,定向和钻井效率很低。为此,钻井液引入了成膜封堵技术,对FDM-1新型成膜封堵剂进行了室内评价实验,建立了溶液漏失量和滤膜透失量评价成膜效率的方法,并对其在土浆中的作用机理进行研究。实验评价和现场应用结果表明,FDM-1是一种纳米-微米级高分子聚合物乳液,可在多孔介质表面通过滤失形成致密的高分子膜,这种高分子膜具有非渗透、可变形的特征,在地层孔隙中形成致密的封堵层,降低滤失量,有效地稳定井壁,解决泥页岩掉块问题。同时,通过改善泥饼质量起到润滑减阻,有效地解决定向托压的问题。     

球状凝胶复合封堵剂的研制与应用

为解决涪陵地区页岩气储层层理、裂缝发育导致的油基钻井液漏失严重的问题,通过分析页岩气地质特征及油基钻井液特性,研制出纳微米级可变形球状凝胶,辅配优选出的片状、纤维状封堵材料,合成了球状凝胶复合封堵剂。室内评价表明,在油基钻井液中加入2.4%球状凝胶复合封堵剂后,高温高压滤饼厚度由4.0 mm减小至1.5 mm,高温高压滤饼渗透率降低97.66%,20/40目石英砂床封堵承压能力由2 MPa提高至17 MPa。该球状凝胶复合封堵剂在涪陵地区66口井的现场应用结果表明,其与油基钻井液的配伍性好,可随钻封堵微孔、微裂缝,防止或减少钻井液漏失,从而有效降低油基钻井液的钻进损耗。      

地层环境响应封堵材料研究与应用

针对现有井壁稳定材料难以精准匹配地层微裂缝,缺乏地层识别和选择性作用的能力,提出了地层环境响应井壁稳定材料研发技术思路。通过建立基于地层环境因素驱动的响应机制,优化地层环境下活性组分的反应形式和形态变化,活性组分与载体材料的组装方式,设计研发出地层环境响应封堵材料SMFG-1。该产品表现出优异的地层响应性能和极佳的配伍性能,显著改善泥饼质量且环保无毒,pH值敏感范围为6~8之间,可在地层中快速响应形成沉淀,封堵地层孔喉和微裂缝,具有响应释放灵敏性和可控性。6次pH响应循环后,释放析出率仍高达99.55%。SMFG-1在北XY-HF井复杂井段成功现场应用中,提高钻井液的封堵能力、稳定井壁,成功解决硬脆性泥岩发育、裂隙发育、易垮塌掉块等井壁失稳难题,保障复杂井段钻井安全。     

纳米封堵剂NanoZJS-1的合成与评价

以苯乙烯、甲基丙烯酸类吸附单体为原料,采用半连续乳液聚合法合成了纳米封堵剂NanoZJS-1.利用FTIR、SEM、TG和粒径分析等方法表征了NanoZJS-1的结构.表征结果显示,NanoZJS-1呈球形,粒径分布20～300 nm,热稳定性好.对NanoZJS-1进行了封堵性能和吸附性能评价.实验结果表明,加入1....     

纳米封堵剂NF-1的制备与性能评价

纳米材料具有粒度小、分散性高、稳定性好的特点,能够解决钻井过程中地层漏失和井壁不稳定等问题。通过研究反应溶剂、反应物物质的量比、反应温度、表面活性剂种类等有关因素,结合水热法与溶剂热法制备出一种适用于钻井液的纳米封堵材料。实验研究发现,将SnCl₄·5H₂O和苯并咪唑按4:0.1的物质的量比加入到无水乙醇和去离子水混合液中,再加入一定量的十二烷基苯磺酸钠,在100～120℃下反应,可以制得粒度达到91.4 nm的一维无机纳米封堵材料NF-1。封堵评价实验结果表明,在3%钻井液基浆中加入5%的NF-1,在105℃、3.5 MPa、30 min条件下测得滤失量为12.8 mL,钻井液泥饼渗透率由8.166×10-7 μm2下降为2.225×10-7 μm2,说明该纳米封堵材料性能优异、封堵效果好。      

纳米石蜡乳液封堵材料的合成与性能评价

采用乳状液转换点法（EIP法）和乳化剂在油中法相结合,以Span80、Tween80为复合乳化剂,并加入乳化助剂疏水缔合羟乙基纤维素（HMHEC）制备出性能稳定的纳米石蜡乳液。其中,复合乳化剂的HLB值为10.5,浓度为11%,乳化助剂HMHEC浓度为0.6%,纳米乳化石蜡乳液平均粒径在65 nm。制备的纳米石蜡乳液稳定性良好,静置24 h的纳米石蜡乳液沉降稳定性良好,24 h的沉降率在5%左右。与常用钻井液处理剂的配伍性实验结果表明,抑制剂NH₄-HPAN和增黏剂XC会使纳米石蜡乳液粒径增大,超过100 nm;纳米石蜡乳液与其他钻井液处理剂的配伍性良好。封堵实验结果表明,纳米石蜡乳液对页岩级泥饼孔隙具有良好的封堵能力,封堵率可以达到92.59%,封堵效果优于无机纳米封堵材料氧化锌和碳酸钙。      

反相乳液聚合法合成凝胶微球及其封堵性能评价

以丙烯酰胺（AM）和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为原料,用反相乳液聚合法合成了凝胶微球（OBMG）。并采用红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（1HNMR）对其结构进行了表征。详细考察了反相乳液体系中复合乳化剂的HLB值、油水比、单体物质的量比、单体总浓度、交联剂浓度对封堵效果的影响。结果表明,合成OBMG的最佳条件为：复合乳化剂的HLB值为5.0、油水比为0.64∶1、交联剂浓度为单体总质量的0.07%,单体总浓度为30%。在此条件下产物的单位压差漏失量降低率最大为80%。同时研究了凝胶微球加量对油基钻井液封堵性、电稳定性和表观黏度的影响。实验结果表明,凝胶微球加量为2%～3%时,钻井液的封堵效果最佳,说明其有利于提高乳液的稳定性。在油基钻井液中,OBMG封堵效果优于改性沥青和树脂微球。     

抗高温强封堵防塌钻井液体系研究与应用

针对高温深部复杂地层的钻探需求,通过分子设计研发出一种抗温达200℃、具有刚性结构和高温形变能力的抗高温封堵防塌剂SMNA-1。该剂在140~200℃广谱温度范围内,能够通过其变形性和黏结性有效地堆积填充黏结滤饼,同时利用其自身的疏水性能在滤饼表面形成封堵膜,束缚自由水,增强滤饼的韧性和致密性、降低高温高压滤失量,提高钻井液的封堵防塌能力。以抗高温封堵防塌处理剂为主剂SMNA-1,优选抗高温降滤失剂SMPFL-L、SML-4和高效润滑剂SMJH-1等抗高温处理剂,构建出抗高温强封堵钻井液体系。抗高温聚合物降滤失剂SMPFL-L以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基长链烷基磺酸、双烯磺酸等单体采用自由基聚合制得,分子量较低,且分子量分布具有多分散性,饱和盐水基浆中加入2% SMPFL-L后可使高温高压滤失量降低至54 mL,该剂还具有良好的解絮凝作用,耐温达210℃。抗高温抗盐降滤失剂SML-4是针对高密度钻井液固相加重材料含量高对降滤失剂要求,研发的一种降滤失剂,其能够部分改变加重材料表面性质,提高加重材料的分散性,降低水化膜厚度,4% SML-4可使高密度盐水浆的API滤失量由164 mL降至5.8 mL,且不增加钻井液的黏度。在密度为2.0 g/cm3钻井液中加入2%高效润滑剂SMJH-1,极压润滑系数降低率为24%。该体系在新疆顺北1-1H井三开井段现场应用近1 300 m,施工顺利,未出现任何复杂情况,试验井段平均井径扩大率仅6.88%,井身质量好,取得了良好的应用效果。      

微纳米封堵技术研究及应用

KL3-2油田开发井中东营组下段和沙河街组泥页岩易剥落掉块,导致严重的井下复杂情况。通过X射线衍射、扫描电镜、孔径分布测试、理化性能分析、岩样浸泡实验、岩样自吸水实验等,分析了该地层井壁失稳机理。结果表明:该地层脆性矿物含量高达60%以上,膨胀性黏土矿物含量低,基质微孔隙、微裂缝、层理发育,属于典型的硬脆性泥页岩。钻井液滤液在毛细管力和压差作用下沿微裂缝侵入地层内部,微裂缝、微裂隙的延伸、扩展是泥页岩地层井壁失稳的主要原因。钻井液技术对策为加强微孔、微裂缝的封堵,加强抑制,研选了微纳米封堵剂HSM和页岩抑制剂胺基硅醇HAS,构建了防塌钻井液体系。评价表明,该体系能够有效地封堵泥页岩微孔、微裂缝,阻缓压力传递。现场应用表明,微纳米封堵钻井液能显著改善滤饼质量,降低滤失量,大大减少了钻井液滤液由于压差作用侵入地层,防止由其引起微裂缝、微裂隙延伸、扩展而导致井壁不稳定和各种井下复杂情况的发生。      

顺北油田破碎地层井壁稳定钻井液技术

针对顺北油田多口井钻遇破碎地层时发生坍塌掉块、阻卡频繁的技术难题,开展了地质研究、钻井液对策和室内优化研究及现场应用。研究发现,破碎地层岩性为非黏土矿物,钻井液或滤液侵蚀后使自发育孔缝网易增压连通,使层理界面黏合力降低,单元变得松散,进而诱发大规模剥落掉块和坍塌卡钻等。在岩性组成无黏土矿物但应力集中且地层破碎的基础上,实现亚微米-微米级（0.1～100 μm）全面有效封堵,遏制钻井液或滤液侵入井周地层孔缝,保证钻井液具有高效携岩性,是破碎地层钻井液稳定井壁的关键。以原四开抗高温聚磺钻井液为基础,进行室内配方优化,研发了适合破碎地层的井壁稳定钻井液。四开应用全程未出现掉块阻卡等钻井事故,安全顺利钻达设计井深8014 m,创该区块储层段钻时最短记录。顺北Y井现场应用表明,井壁稳定钻井液性能优异,可防止破碎地层坍塌失稳,推广意义重大。     

疏水抑制水基钻井液体系研究及其在页岩气井的应用

针对龙马溪组页岩气水平井钻井井壁失稳问题,研制出一种疏水抑制剂CQ-SIA和一种液体润滑剂CQ-LSA,并形成一套疏水抑制水基钻井液体系。CQ-SIA具有双亲特性,能使亲水的岩石表面发生润湿反转,在岩石表面形成一层疏水膜,具有强化抑制与包被的作用,实验测得岩屑在1% CQ-SIA中的滚动回收率为83.72%,明显高于KPAM、AP-1以及KCl。CQ-LSA具有特定的基团与结构,能在亲水的钻具、泥饼和地层岩石表面形成亲油膜,降低摩阻,实验测得加有1% CQ-LSA的5%膨润土浆黏附系数为0.050 7,低于加有RH-220和BARALUBE的膨润土浆。该疏水抑制水基钻井液的抑制性和润滑性能与油基钻井液相当,具有良好的流变性能和抗污染性能,加有1%~3%防塌封堵剂、1%~2%聚合醇和0.8%~1.6%纳米封堵剂,封堵能力强。该体系在长宁H25-8井进行了首次现场试验,在1 500 m水平井段的钻井过程中,该体系各项性能稳定,配制维护工艺简单,井下未出现任何复杂,起下钻、电测、下套管、固井作业顺利,表明该体系能满足长宁页岩气水平井的钻井需要。      

固体乳化润滑剂的研制

针对液体润滑剂运输、使用不方便的问题,选用蒙脱石含量高的钠质膨润土和阳、阴离子表面活性剂发生反应,利用凝胶法加工工艺合成了一种粉末状固体乳化润滑剂。介绍了该固体乳化润滑剂的合成原理及工艺,对合成产品进行了X-射线衍射图谱分析和性能评价,并分析了其作用机理。该固体乳化润滑剂有很强的表面活性,润滑性能好,在钻井液中的分散度高、配伍性好,对钻井液性能影响不大,当该固体乳化润滑剂在基浆中的加量为0.5%、柴油加量达到8%后,润滑系数降低66.9%,且滤失量较大幅度降低,表观黏度和动切力小幅度增加。     

专项封堵防塌技术在塔中油田的应用

塔中油田白垩系、三叠系、二叠系和石炭系地层在压实过程中形成巨厚硬脆性泥岩层段,层理裂缝发育,为避免在起钻和短提时发生垮塌、卡钻事故,针对易垮塌层制定了专项封堵防塌施工方案。并优选出了如下的专项封堵防塌钻井液配方:井浆+(2%~3%)SY-A01+(1%~2%)TYRF-1+(1%~2%)PGCS-1+(3%~5%)KCl+(0.5%~1%)TP-2+(3%~5%)超细碳酸钙+(2%~3%)油溶性润滑剂+加重剂,利用不同种类、不同粒径防塌剂的"多元协同"作用,在井壁上形成一层具有防渗透和防冲刷能力的封堵层。中古431-H4井针对易垮塌层段进行4次专项封堵,在长达55.3 d浸泡况下,5次起下钻和3次短程起下钻过程中井壁稳定。该技术能够解决硬脆性泥岩和玄武岩引起的井壁失稳问题,能有效降低钻井液防塌成本,不影响纯钻时效。