大港油田埕海二区钻井液技术研究

针对大港油田埕海二区沙一段大位移钻进过程中常出现的倒划眼、卡钻和井塌等复杂钻井问题,对该地层进行了黏土矿物分析和泥页岩理化性能实验,得出该井段中硬泥页岩地层微裂缝发育和易发生水化膨胀是导致井壁失稳问题的主要原因。根据井壁失稳机理,研制出一套高性能水基钻井液。评价实验结果表明,该体系抑制性强,能抑制岩屑分散及中硬泥页岩的水化膨胀,并能显著降低由钻井液侵入导致的对泥页岩强度的影响;具有较强的抗温(120℃)和抗污染能力。该体系总体性能与目前现场使用的国外一种高性能钻井液体系性能相当,能满足大位移钻井的需要。     

长垣东部深井井壁失稳及技术对策

大庆油田在长垣东部深层油气田勘探开发过程中存在井眼不稳定问题。在对深层失稳井段资料调研的基础上，开展了易塌地层泥页岩水化膨胀及分散特性评价以及比亲水量研究。通过泥页岩--试液模拟作用的化学位差反渗透实验以及压力传递实验等，探讨了不同条件下泥页岩水化应力变化规律。利用井壁稳定性模拟实验装置（SHM仪），评价了不同钻井液防塌效果。理论分析和实验表明，当使用水基钻井液在复杂泥页岩地层钻进时，如何控制泥页岩压力传递和流体侵入是解决泥页岩井壁不稳的技术关键。使用长垣东部深层泥页岩与硅酸盐钻井液作用的实验表明，硅酸盐钻井液能显著降低泥岩渗透率，阻止钻井液滤液与孔隙压力的传递，改善膜效率，有助于充分发挥化学位差诱导的反渗透防塌作用效果。     

泥页岩水化试验研究

由于泥页岩中含有水敏性黏土矿物,与钻井液接触时,泥页岩与钻井液相互作用,产生水化膨胀,其结果不仅改变了井眼周围的应力分布,而且由于吸水造成泥页岩的强度降低,这就使得泥页岩地层的井壁失稳问题非常严重,水化作用使围岩变成变含水、变模量和变强度的复杂介质。对水化后泥页岩的力学性能参数进行试验．得出了其随含水量的变化规律,并回归出泥页岩的强度参数与含水量的关系式,对于解决泥页岩地层的井壁失稳问题具有重要意义。     

低活度强抑制封堵钻井液研究与应用

济阳坳陷沙河街组地层油泥岩黏土矿物含量高,以伊/蒙混层、伊利石为主,且微裂缝发育,钻井过程中易发生坍塌、掉块等井壁失稳问题,为此进行了低活度强抑制封堵钻井液研究。利用油泥岩的半透膜作用,根据活度平衡理论,通过优化活度调节剂的加量来降低钻井液的活度,通过优选抑制剂来提高钻井液的抑制性,并利用"钻井液全固相粒度优化+多元协同封堵"技术优选封堵剂提高钻井液的封堵性,形成了低活度强抑制封堵钻井液。室内性能评价结果表明,低活度强抑制封堵钻井液的常规性能满足钻井要求,其活度低于油泥岩的活度,抑制性能与油基钻井液接近,封堵性能良好,动滤失速率在10 min时显著降低,60 min后逐渐趋于平缓。10余口井的现场应用表明,低活度强抑制封堵钻井液的常规性能满足钻井要求,钻井过程中油泥岩和泥页岩井段未发生坍塌、掉块等井壁失稳问题。这表明,低活度强抑制封堵钻井液可以减缓油泥岩、泥页岩的吸水膨胀和水化分散,实现微裂缝的有效封堵,能够解决水平井段油泥岩、泥页岩坍塌、掉块等井壁失稳问题。      

泥页岩地层微纳米封堵水基钻井液技术研究

泥页岩地层钻井过程中容易发生井壁失稳问题,钻井液滤液侵入后,泥页岩水化膨胀产生的膨胀压加剧了裂缝的扩展,降低了岩石强度;钻井液的压力传递作用会减少液柱与井壁岩石的压差,降低了钻井液液柱对井壁的支撑作用.本文优选了纳米封堵剂GW-NBA、亚微米封堵剂GW-MPA、超细钙、磺化沥青作为钻井液的封堵剂,将刚性封堵剂与柔性封堵...     

硬脆性泥页岩水化裂缝发展的CT成像与机理

硬脆性泥页岩地层井壁失稳问题是一个十分复杂的难题。外来流体侵入后,岩石内部将会产生一系列的微观物理化学变化而影响地层的稳定性。采用CT成像技术,微观揭示硬脆性泥页岩水化过程中裂缝的发展规律及其对岩石的破坏,并结合扫描电镜等测试手段,分析其机理和对井壁失稳的影响,进而制定出井壁稳定技术对策,为硬脆性泥页岩井壁稳定性研究提供一种新的思路。结果表明,硬脆性泥页岩具有较显著的毛细管效应,岩石矿物颗粒间微孔缝自吸水后产生较强的水化作用,促使次生微裂纹的产生、扩展与连通,微裂纹不断发展成裂缝直至贯通,岩石发生宏观破坏。自吸水化产生次生裂缝破坏是硬脆性泥页岩地层井壁失稳的主要原因之一。强化封堵、控制滤失量和降低滤液表面张力是防止硬脆性泥页岩地层自吸水化破坏的有效措施。     

微观地质特征对硬脆性泥页岩井壁稳定性影响与对策研究

硬脆性泥页岩引起的井壁失稳是钻井过程中经常遇到的一个十分复杂的难题。利用扫描电镜、压汞、X-衍射、比表面分析仪等岩矿测试手段研究硬脆性泥页岩的微观地质特征,根据研究结果分析其对硬脆性泥页岩井壁失稳的影响,并提出保持硬脆性泥页岩井壁稳定的措施,为硬脆性泥页岩井壁稳定性研究提供一种新思路。研究结果表明,硬脆性泥页岩中发育的一部分微裂缝是导致井壁失稳的重要原因。在钻井过程中,钻井液滤液沿着泥页岩中的微裂缝进入到地层内部,导致粘土矿物的水化膨胀,使孔隙压力增加,泥页岩强度降低,最终发生井壁失稳。最后根据研究结果提出在钻井液中加入一部分和泥页岩孔喉相匹配的封堵粒子,期望它能降低或阻止钻井液滤液在泥页岩中的漏失,达到稳定井壁的目的。     

泥页岩水化作用对岩石强度的影响

在常规水基钻井过程中,泥页岩地层一旦与水基钻井液接触,岩石便发生水化膨胀作用,岩石强度降低,井壁稳定性下降。因此,评价水化作用对泥页岩岩石强度的影响是开展泥页岩地层井壁稳定性研究的关键内容之一。大量的室内实验和现场实践证实,水化作用对泥页岩地层井壁稳定性的影响程度与泥页岩黏土矿物组分分布、钻井液体系离子类型和摩尔浓度密切相关。文章深入研究了泥页岩水化作用的微观机理,基于扩散双电层理论和范德华理论,理论模拟了水化作用对泥页岩岩石强度的影响,并与室内实验结果进行了对比分析,理论模拟结果与室内实验结果较为吻合。     

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。      

硅酸盐钻井液体系在鄂尔多斯盆地东胜气田的应用

鄂尔多斯盆地东胜气田二叠系石千峰组、石盒子组发育大段泥页岩,在钻井施工中井壁失稳现象频发。结合东胜气田地层特征,分析井壁失稳原因,研究硅酸盐的封堵性和抑制性,优选形成硅酸盐钻井液配方,并对其抑制性及封堵性进行实验研究。研究结果表明:(1)石千峰组、石盒子组泥页岩中黏土矿物平均含量为56%,以伊蒙混层为主,伊利石次之;泥页岩原生层理及微裂缝,黏土矿物中伊利石、蒙脱石的水化膨胀性能差异是井壁失稳的主要原因。(2)自主研发的硅酸盐钻井液体系具有较强的抑制泥页岩水化膨胀的能力,较强的微小裂缝封堵能力;当该体系中硅酸盐的模数为2.8~3.0、加量3%、p H值维持在11以上时,硅酸盐钻井液的抑制效果更好;同时该体系中的硅酸盐与地层矿物反应生成絮状沉淀,可封堵地层微小裂缝和孔隙,阻止滤液深度侵入,维持了井壁稳定。(3)通过在东胜气田两口井的现场试验,达到了环境保护和井壁稳定的目的,取得了较好的应用效果。该研究成果为其他类似地质条件钻井液的应用提供了借鉴经验。     

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。      

缅甸D区块高陡高压地层封堵防塌钻井液技术

缅甸D区块地层属高陡高压地层、断层多,地层水敏性强且裂缝发育,钻井过程中多井发生井壁坍塌,其中,P-1-1井最具代表性,该井由于井塌造成的卡钻高达32次,井径扩大率达100%。使用常规的KCl聚合物钻井液体系及套管封隔技术等均不能解决井塌难题。为此,通过室内实验研究,优选出以微米级乳化沥青为防塌剂、以KCl和聚合醇为主抑制剂、以聚阴离子纤维素为降滤失剂、以磺化聚合物为高温稳定剂的微米乳液防塌钻井液体系。该体系与优化前的钻井液相比,页岩膨胀率降低15%,页岩回收率提高50%。结合提高钻井液密度,优化钻井液流变性能,降低钻井液API滤失量等配套技术措施,在D区块现场应用取得了较好的防塌效果,易塌井段井径扩大率由100%降低到20%,钻井时效提高了35%,钻井成本降低20%。该套钻井液技术解决了缅甸D区块高陡构造、高压地层井壁坍塌问题。      

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。      

南堡中深层复杂岩性地层井壁失稳机理及技术对策

南堡3号构造东二段以下地层在钻井过程中频繁发生井壁失稳现象。通过黏土矿物分析、FMI成像测井、电镜扫描、浸泡及CT扫描分析可知,中深层泥岩微裂缝发育,在钻井压差作用下,微裂缝发生自吸水效应,一方面使得近井壁的孔隙压力升高,另一方面,地层发生水化作用,由于岩石的受力不均使得微裂缝进一步开启;同时流体压力产生的尖劈效应会导致近井壁岩石的崩落和掉块,甚至井塌与井漏相互作用及影响。实验结果表明,井壁稳定技术的关键是对裂缝的封堵,使用了3%高软化点的抗高温封堵剂FT3000,以及SPNH、SMP和0.8%增黏降滤失剂DSP。形成的KCl抗高温封堵钻井液具有较好的封堵性能,可以形成致密的泥饼,渗透失水、砂床失水均较低,回收率大于90%,可以满足现场要求。该钻井液在现场应用后,井眼质量得到有效改善,井径规则,复杂事故率低,钻井周期从2012年开发初期的119.25 d缩短至目前的46.4 d,机械钻速从最初的6.65 m/s提高到12.05 m/s,提速效果显著。     

基于仿生技术的泥页岩井壁稳定处理液研究

为解决气体钻井钻遇地层出水引发的泥页岩井壁失稳问题,根据植物叶面的"荷叶效应",优选了仿生处理剂,研制了泥页岩仿生处理液,并进行了室内性能评价试验。试验结果表明,该仿生处理液能有效降低泥页岩表面的表面能,形成类似于荷叶或芋叶表面的微米—纳米突起结构,实现泥页岩表面从亲水向疏水转变（清水接触角大于120°）,从而达到阻止泥页岩自吸水的作用,提高泥页岩在水溶液中的强度,维持泥页岩井壁稳定;同时,该仿生处理液形成的疏水表面具有一定耐磨性和热稳定性,不受地层水矿化度的影响,适用于中性或碱性条件,但地层温度不宜高于80 ℃。研究表明,利用仿生学原理,通过控制泥页岩的自吸水作用避免泥页岩黏土水化,可作为一种解决气体钻井地层出水导致井壁失稳问题的有效途径。      

考虑三向应力作用的渤南泥页岩地层坍塌压力

渤南区块罗家地区沙三储层以泥页岩为主,泥页岩厚度大、分布广,有机碳含量高,富含油气。但是该组地层微裂缝发育,岩石强度各向异性明显,加上水化作用影响,水平井钻井过程中井壁稳定问题突出,使用传统坍塌压力预测模型不能有效计算泥页岩储层的坍塌压力,普通考虑弱面的分析模型通常忽略了中间主应力对岩石强度的影响,预测结果也不如意。在对罗家地区泥页岩矿物成分和微裂缝分布情况分析的基础上,基于弱面强度理论,综合考虑三向应力的影响,建立了更精确的坍塌压力预测模型。实例分析表明,对于该区域的泥页岩钻井,一味地增大钻井液密度并不能保证井壁稳定,该区块岩石碳酸盐矿物含量较多,原始强度较高,且地层孔隙度低,如果使用控压钻井,使井底压力略低于地层压力,可增加岩石强度,增大井壁稳定性,并降低钻井成本,增加钻速。      

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。      

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。      

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。