钻井液用非离子型微乳液WR-Ⅰ的研制及其 封堵和润滑作用

作为油田处理剂,微乳液主要应用于三次采油,在钻井液中的应用未见报道。水平井和定向井钻进过程中经常遇到井壁失稳和摩阻过大的问题,常用的钻井液处理剂功能单一,难以同时兼顾封堵和润滑功能。针对上述问题,以Span-80和Tween-80复合表面活性剂为基础,以正丁醇为助表面活性剂,研制了非离子型微乳液WR-Ⅰ,考察其对钻井液性能的影响,并重点研究其封堵和润滑作用。实验结果表明,非离子型微乳液WR-Ⅰ的粒度中值为75nm,界面张力低至0.005mN/m,对钻井液的流变性影响小,有降滤失作用;通过快速吸附及封堵作用,该微乳液封堵率高达95%,对泥页岩井壁稳定具有突出作用;该微乳液具有优异的润滑作用,其极压润滑系数为0.051,滤饼粘附系数为0.138,可大幅度降低钻具与井壁、钻具与钻屑间的摩阻。     

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。     

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。      

临汾区块煤系地层泥页岩防塌钻井液技术研究

临汾区块煤系地层山西组泥页岩易发生井壁失稳,导致钻井非生产时效多,钻井周期长,是影响临汾区块致密气水平井钻井提速提效的主要原因之一。为解决泥页岩失稳问题,采用钻井岩心观察、扫描电镜、X射线衍射分析以及膨胀率和回收率测定等方法,分析了山西组泥页岩宏观、微观特征和理化特性,探讨了其对山西组泥页岩井壁稳定的影响。研究表明,山西组泥页岩在清水中浸泡7天后破裂,扫描电镜观察发现微裂缝宽度为0.32～7.69μm,黏土矿物中高岭石占比为37.2%、伊蒙混层占比为35.2%。为此,提出了强封堵、强抑制和低滤失量的防塌钻井液技术对策,形成了高性能防塌钻井液体系配方。评价表明,该体系老化后中压失水2.4 mL,高温高压失水8.8 mL,泥页岩膨胀率为0.73%,滚动回收率为99.3%。该体系已在临汾区块1口井进行了现场试验,应用效果良好,表明该技术能够有效解决脆性泥页岩的井壁失稳问题,具有推广应用价值。     

钻井液封堵性能对泥页岩井壁稳定的影响研究

为了解水基钻井液封堵性能对泥页岩井壁稳定性的影响，首先对钻井液封堵性能评价方法进行总结分析，并通过对井周应力分布进行分析，建立井壁稳定模型，进行不同地应力和不同架桥位置下钻井液封堵性能对泥页岩井壁稳定影响研究。研究表明：对于泥页岩而言，在开展钻探作业的过程中地层出现水化作用的概率相对较高，因此，地层容易出现坍塌裂缝问题，井壁失稳事故出现的概率也相对较高；在使用水基钻井液提高泥页岩井壁稳定性的过程中，如果地应力的各项异性提升，则水基钻井液的封堵性能也将会提升，同时，如果使用水基钻井液对地层裂缝进行封堵，钻井液越靠近裂缝的入口位置，井周应力的提升量越大，此时井壁的稳定性越高。     

准噶尔盆地硬脆性页岩强化致密封堵水基钻井液技术

为解决准噶尔盆地硬脆性页岩地层井壁失稳的问题,在分析准噶尔盆地硬脆性页岩矿物组成与组构特征的基础上,根据多元协同井壁稳定理论,提出了以多尺度致密封堵为核心的协同稳定井壁技术对策,构建了多尺度致密封堵水基钻井液YHDF-1和YHDF-2。矿物组成和组构特征分析结果得知,准噶尔盆地硬脆性页岩地层井壁失稳与“微裂缝–裂隙–孔隙”的多尺度特征密切相关,加强封堵微纳米尺度缝隙,提高抑制页岩表面水化的能力,发挥合理密度钻井液有效应力支撑井壁的作用,才能协同强化稳定井壁。性能评价结果表明,多尺度致密封堵水基钻井液YHDF-1和YHDF-2可耐150 ℃高温,其400 mD砂盘的PPA滤失量分别为17.8和13.2 mL,可使页岩的渗透率降低90%以上。钻井液YHDF-1和YHDF-2分别在准噶尔盆地的D-72井和D-12井进行了现场试验,钻井过程中均未出现井壁失稳现象,试验井段平均井径扩大率均小于10.0%,电测均一次成功。研究和现场试验结果表明,多尺度致密封堵水基钻井液YHDF-1和YHDF-2具有优异的封堵防塌性能,可以解决准噶尔盆地硬脆性页岩地层井壁失稳的问题。      

微裂缝封堵剂评价新方法及强封堵钻井液配方优选

硬脆性泥页岩井壁失稳问题是致密油气等非常规资源钻井过程中的常见难题,目前普遍认为增强对泥页岩微纳米裂缝的封堵,是减少井下复杂的关键。选用一种孔径与泥页岩的微裂缝比较匹配的新型混合纤维素滤膜,替代滤纸做滤失实验,通过对比瞬时滤失量大小,评价了单一处理剂溶液对滤膜的封堵效果。利用该方法进行评价,优选出微纳米粒径的石灰石和二氧化硅复配使用,辅以聚胺、铝合物等抑制封堵剂,构建了一种无黏土相微纳米强封堵钻井液。评价结果表明,该体系在较低表观黏度下,具有较高的动塑比和φ6、φ3读数,有利于水平井井眼净化;具有较低的滤失量,岩屑滚动回收率接近100%,封堵能力远高于常规聚合物体系,可用于致密油气、页岩气等非常规能源的钻进。     

微裂缝封堵剂评价新方法及强封堵钻井液配方优选

硬脆性泥页岩井壁失稳问题是致密油气等非常规资源钻井过程中的常见难题,目前普遍认为增强对泥页岩微纳米裂缝的封堵,是减少井下复杂的关键。选用一种孔径与泥页岩的微裂缝比较匹配的新型混合纤维素滤膜,替代滤纸做滤失实验,通过对比瞬时滤失量大小,评价了单一处理剂溶液对滤膜的封堵效果。利用该方法进行评价,优选出微纳米粒径的石灰石和二氧化硅复配使用,辅以聚胺、铝合物等抑制封堵剂,构建了一种无黏土相微纳米强封堵钻井液。评价结果表明,该体系在较低表观黏度下,具有较高的动塑比和φ6、φ3读数,有利于水平井井眼净化;具有较低的滤失量,岩屑滚动回收率接近100%,封堵能力远高于常规聚合物体系,可用于致密油气、页岩气等非常规能源的钻进。     

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。     

龙马溪页岩井壁失稳机理及高性能水基钻井液技术

目前长水平井段井壁失稳问题仍是制约国内外页岩气资源钻探开发的重大工程技术难题。为解决龙马溪组页岩长水平井段的井壁失稳问题,采用X射线衍射分析、氦气孔隙体积测试、高压压汞测试、高分辨率场发射扫描电镜、CT扫描、岩石连续刻划强度等实验,分析了龙马溪组页岩微观组构特征及理化特性,探讨了微观组构特征、理化特性对龙马溪组页岩井壁稳定的影响。研究表明:龙马溪页岩富含脆性矿物,黏土矿物以伊蒙混层为主,微纳米孔隙发育,微裂隙呈缝状、近平行分布,敏感性矿物的存在及其层理、微裂缝发育是导致页岩井壁失稳的主要内在因素。为此,针对性地提出了多元协同稳定井壁水基钻井液防塌技术对策,即"强化封堵-适度抑制-合理密度-高效润滑"。应用该技术对策构建了高性能水基钻井液优化配方,评价表明,该体系有较好的封堵性和抑制裂缝扩展的能力。该体系在黄金坝区块2口井三开进行了现场试验。现场试验结果表明,该体系较好地解决了页岩长水平井段的井壁失稳和水平段摩阻较大的问题,为中国采用水基钻井液技术高效钻探开发页岩气资源提供了新的思路及经验。      

疏水型高性能水基钻井液在YC1侧水平井中的应用研究

针对苏北盆地朱家墩地区深层泥页岩黏土矿物含量高、地层硬脆、微裂缝发育,导致大斜度井和水平井井壁失稳、泥页岩水化膨胀垮塌的问题,通过对水基钻井液核心处理剂疏水剂与微纳米封堵剂的优选,研发出一种抗150℃、疏水型高性能水基钻井液体系,并对其综合性能进行评价。结果表明,以SQ-1为疏水剂、MN-1为封堵剂,当钻井液中SQ-1与MN-1用量均为1%时,对模拟朱家墩地区深层泥页岩的一次回收率为99.8%,高温高压滤失量仅为5.8 mL。现场应用表明,这种疏水型高性能水基钻井液体系易转化维护,水平段携岩好,返出岩屑颗粒较大、完整度好,钻进中无垮塌掉块,说明该体系具有良好的流变性、抑制性、疏水性以及极强的封堵性能。     

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。      

聚合醇封堵性能室内研究

水化膨胀和分散作用是引起泥页岩井壁不稳定的主要原因之一。一旦有水相进入泥页岩中, 其强度就会大幅度的降低, 所以通过增强体系的抑制性来防水化而稳定井壁的效果往往不是很理想, 传统的封堵剂颗粒太大, 不能进入泥页岩的微孔隙中起到封堵作用。聚合醇可以利用其浊点特性, 在低温时随溶液一起进入微孔隙中, 在被地温加热过程中析出微粒, 此微粒在微孔隙中堆积、 填塞、 最终堵死裂缝, 彻底地阻断了水相进入泥页岩的通道, 有效的防止井壁水化失稳。     

低荧光钻井液防塌封堵新材料及其作用机理

含微裂缝的硬脆性泥页岩地层发生井壁坍塌的主要诱因之一便是钻井液中的液相进入微裂缝，导致近井壁地带孔隙压力升高，地层强度降低之故，解决这类问题的最直接手段就是对微裂缝进行物理封堵。为防止井壁坍塌，研制了类似于沥青类的防塌封堵新材料SAL，并对其性能和封堵效果进行了实验分析。结果表明：该材料具有较低的荧光性及良好的抑制性，对钻井液的流变性及pH值影响较小；在浓度为3%，温度为120 ℃时封堵效果最好。进而在显微镜下观察了浓度3%的SAL在120 ℃情况下封堵20 μm微裂缝的微观封堵效果，发现其封堵机理与沥青类防塌封堵剂类似，在温度和压力作用下软化变形，进入微裂缝架桥、填充，在微裂缝的前端形成一层致密的封堵带，封堵带由SAL同黏土颗粒聚结在一起，形成了团状物，使得封堵带致密性大幅度提高，阻止钻井液中的液相进入微裂缝，从而达到了防塌的目的。     

微裂缝发育泥页岩地层井壁稳定技术研究与应用

泥页岩微裂缝发育,微裂缝宽窄不等,形状多变不规则,导致钻井过程中泥页岩地层易出现井壁失稳问题,为此,提出了全固相粒度优化+多元协同封堵技术,通过对钻井液自身的固相粒度及需添加的暂堵剂的粒度进行优化,并对胶乳沥青、纳米乳液和铝基聚合物等3种封堵材料进行复配,以期达到多元协同封堵泥页岩微裂缝的目的。室内试验结果表明,粒度优化后的钻井液API滤失量由4.8 mL降为3.2 mL,高温高压滤饼的抗剪切强度系数为0.74,岩心动滤失量显著降低。全固相粒度优化+多元协同封堵技术在渤海某油田和胜利油田多口井进行了现场应用,优化后的微裂缝封堵钻井液高温高压滤失量显著降低,成功钻穿大段含油泥页岩,未发生井下故障。室内试验与现场应用结果表明,全固相粒度优化+多元协同封堵技术能显著提高泥页岩地层的井壁稳定性,为同类型地层水平井的安全快速钻进提供技术借鉴。      

天长深层泥页岩井壁失稳机理及防塌对策

天长地区深层泥页岩钻井中发生井壁失稳,造成起下钻遇阻、长时间划眼、电测阻卡、填井侧钻等复杂事故,大幅增加钻探成本,影响钻井速度和电测资料的获取,延误该区深层油气藏勘探开发进程。为此,通过对已钻井资料及坍塌层组构特性分析,探讨了阜宁组泥页岩井壁失稳机理,研究提出整体抑制、分级封堵、协同增效的钻井液防塌对策。在室内研究基础上,采用聚胺、聚醚多元醇及纳米封堵剂与江苏油田常用复合金属离子聚合物钻井液体系复配,建立了强抑制强封堵聚醚醇胺钻井液体系配方。室内研究与现场应用表明,该体系能有效抑制天长地区深层阜宁组硬脆性泥页岩井壁失稳,为深层硬脆性泥页岩地层钻井施工提供了钻井液技术借鉴。     

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...     

络合铝化学封堵剂PF-ChemSeal评价与现场应用

探讨了络合铝作为化学封堵材料的化学基础和化学封堵原理,并对络合铝化学封堵剂PF-Chem Seal进行了室内评价。SEM电镜扫描实验结果显示,PF-Chem Seal可以对页岩孔喉和微裂缝进行有效封堵,能够在页岩表面和近井壁形成致密的铝络合物沉淀层。动态页岩孔隙压力传递实验结果显示,使用PF-Chem Seal后页岩的半透膜效率提高率达到80%以上,作用效果接近于油基钻井液。氟离子浓度测量实验可以实时监测PF-Chem Seal在钻井液体系中的含量,为现场作业提供可靠的化学封堵剂浓度数据。渤海CFD区块现场使用结果显示,PF-Chem Seal与水基钻井液体系配伍性好,泥页岩井段井壁稳定,井径规则。PF-Chem Seal减少了泥页岩孔隙压力传递效应,能满足页岩复杂地层井壁稳定要求。     

三效合一强抑制钻井液技术的研究及应用

针对西部山前构造及胜利油田部分地区由地层因素引起的井壁失稳问题,研制了一种三效合一强抑制钻井液处理剂,并形成了一套封堵成膜强抑制钻井液体系。室内研究表明,该处理剂可实现3种功能的复合,性能优于常规单功能处理剂。现场应用表明,封堵成膜强抑制钻井液体系稳定井壁效果好,可有效降低井径扩大率,缩短建井周期,减少井下复杂,实现安全高效钻进。     

大庆油田页岩油水平井钻井液技术

为了解决大庆油田齐家-古龙区块页岩油水平井井壁失稳的问题,对古龙区块地质特征、施工难点和失稳机理进行总结分析。针对施工中遇到的井壁稳定、钻井液流变性控制、井眼净化等油基钻井液技术难题,提出相应的技术对策。优选SFD-1、无荧光防塌剂BY和Soltex等关键封堵处理剂,并对目前使用的油包水钻井液配方进行优化和室内评价。实验结果表明,优化后的钻井液具有良好的性能,高温高压滤失量小于3 mL,抗岩屑侵可达30%。该钻井液技术在大庆油田古龙区块**2HC井进行现场试验,施工顺利,井下无复杂事故发生,能够解决长水平段井眼失稳问题,在大庆油田页岩油勘探开发中具有应用前景。