蓄能液气泡钻井液的制备

针对普通泡沫流体抗压能力弱的缺点,研究了蓄能液气泡的制备原理,并设计研制出了蓄能液气泡钻井液发生装置,其可提供在0.1~20 MPa不同压力下产生的蓄能液气泡钻井液。蓄能液气泡内部是黏膜包裹的独立内气核,外部是由表面活性包裹水分子构成的双层膜结构,平均粒径约为0.29 mm,累计体积分布最多的气泡直径在0.25~0.33mm之间。研究表明:与常规泡沫相比,蓄能液气泡表现出很强的抗压能力,例如成泡气核压力为0.5 MPa的蓄能液气泡,其直径随压力的增加而下降,当压力增加到5 MPa时气泡直径分布在0.29 mm左右,压力大于7 MPa后气泡体积不再发生较大变化,趋于稳定,而且仍然能够有效降低钻井液密度。蓄能液气泡钻井液是对泡沫流体认识的一次飞跃。     

无黏土相可循环微泡沫钻井液的室内研究

微泡沫钻井液具有密度低、滤失量低以及携岩能力和防漏、堵漏能力强等特点,因此对低压、易漏地层钻探具有独特的优势,但是常规微泡沫钻井液中含有的固相(黏土相)会对储层造成伤害,难以最大限度地保护和发现油气层,因此研制无黏土相的微泡沫钻井液是当前低密度钻井液发展的方向。通过优选发泡剂、稳泡剂以及降滤失剂等关键处理剂研制出无黏土相可循环的微泡沫钻井液体系。显微镜观察结果显示微气泡的直径在30μm~60μm,尺寸分布均匀。该体系密度在0.61 g/cm3~0.93 g/cm3范围内可调,滤失量低,流变性能优异,抗Na Cl污染能够达到6%,抗油污染都能达到9%,抗温能够达到120℃,能够满足现场施工的需要,为大规模的应用奠定了理论基础。     

大庆油田微泡沫钻井液的研究与应用

微泡沫钻井液在保护油气层和防漏方面具有常规水基钻井液所无法替代的优势,特别适用于大庆油田低压、低产油藏。筛选了发泡剂、稳泡剂,将现用钻井液体系转化为微泡沫钻井液体系,研制了适合微泡沫发挥作用的微泡沫钻井液配方,并对其抑制性、抗温、抗污染(抗黏土、钙、油气)能力、油层保护效果(模拟岩心动态污染试验)以及微泡沫钻井液防塌机理和微泡沫钻井液流变特性进行了研究,建立了微泡沫钻井液的具体流变模型,通过API钻井液失水仪堵漏实验和API堵漏材料实验装置对微泡沫钻井液的堵漏机理进行了研究。研究表明:微泡沫钻井液密度较低,能适当降低井筒液柱压力,使井漏得到缓解;具有良好的润滑性,循环压耗小,泵压低,使钻井液循环当量密度降低;微泡沫钻井液的高黏度和高切力性能大大增加了钻井流体在裂缝和孔隙内的流动阻力,有利于阻止井漏的继续发生;微泡沫在裂缝和孔隙内聚结但不结合,具有"架桥"封堵作用,有效阻止了钻井液在漏失通道继续流动。现场应用表明,微泡沫钻井液可减少由于钻井造成的油层污染,提高油井产能。     

可循环微泡沫钻井液研究及应用

根据微泡沫理论模型,在室内合成出了微泡沫发泡剂MF1.对该发泡剂的性能进行了评价。结果表明,微泡沫发泡剂MF1的抗温能力大于150℃,抗盐能力达到了10%,抗油能力达到了15%,抗钙能力达到了5g/L.在此基础上研制出了性能良好的微泡沫钻井液配方,对其结构进行了显微分析。结果表明,微泡沫气泡群体是以单个悬浮和部分相互连接的方式存在于体系中,微气泡之间在平面上为点接触,气泡呈大小不等的圆球体。该钻井液密度在0.6～0.95g/cm³范围内可调,体系稳定性良好。在锦45-15-26C井的现场应用证实,在整个钻进过程中该钻井液性能稳定,没有出现气液分层现象,泡沫细小,泥浆泵上水正常,微泡沫钻井液的各项性能均能满足现场使用的技术要求。     

纳米防塌润滑剂钻井液体系在胜利油田孤北古100井的应用

纳米防塌润滑剂是一种乳液体系.室内实验和前期机理研究表明,纳米防塌润滑剂的抗温性能较强(达150 ℃);对聚磺钻井液体系的流变性能影响不大,稍有提粘提切作用;具有明显的润滑性能和粘土分散抑制能力和粘土膨胀抑制能力,即纳米防塌润滑剂能够增强体系的润滑性和井壁稳定性能.该处理剂在孤北古100井中进行了应用.结果表明,纳米防塌润滑剂可用于各种钻井液体系,特别是在复杂施工条件下,其对钻井液流变性能影响不大,能够充分保持防塌、润滑、油层保护的突出性能,提高钻井时效,具有较好的经济效益和社会效益.同时,文中对纳米防塌润滑剂的防塌机理和润滑机理进行了阐述.     

抗高温油基钻井液的研究

油包水钻井液在抗高温、稳定井壁、油气层保护方面具有明显优势。研制了一套抗高温油基钻井液体系,该体系在经过220℃高温老化之后,具有较好的流变性能、降滤失性能、强的抑制性能和抗污染能力,密度调节范围广。     

微泡沫钻井液技术

微泡沫钻井液在储层保护、钻井提速和提高固井质量方面比常规水基钻井液有更大的优势,适合大庆外围"三低"油田和海塔盆地.室内对发泡剂、稳泡剂进行了筛选,优选了高效复合发泡剂、稳定剂和增黏剂,将现用钻井液体系转化为微泡沫钻井液体系,并对其抑制性、抗温、抗污染(抗黏土、抗钙、抗煤油)能力、油层保护效果(模拟岩心动态污染试验)以及微泡沫钻井液防漏、油气层保护、提速机理和微泡沫钻井液流变特性进行了研究,建立了微泡沫钻井液的具体流变模型.现场应用表明该体系配制简单、维护方便、易于转化,钻井液性能能够满足钻井工艺的要求,保证安全快速优质钻井,减轻油气层污染,提高单井产能.     

考虑分段流变模式的深井井筒压力精确预测模型

超深井、特深井井筒温度和压力分布范围宽,钻井液流变性受超高温超高压影响显著,基于常规流变模式的井筒压力预测误差较大,文章通过开展温度为20～220℃、压力为0.1～200 MPa的水基钻井液和油基钻井液流变性测试实验,提出了不同温度和压力范围内的钻井液分段流变模式优选方法,建立了考虑多因素综合影响的钻井井筒压力精确预测模型。研究结果表明,随着温度和压力的变化,钻井液流变曲线的变化规律不一致,单一流变模式无法完全表征钻井液的流变特性;赫巴流变模式对100℃以下的水基钻井液和140℃以下的油基钻井液的流变性适用性更好,其他温度范围内罗斯流变模式的适用性更好;分段流变模式对井底压力的影响较为明显。将模型的计算结果与实测数据进行对比,发现井底压力预测误差在0.3 MPa以内,立管压力预测误差小于0.6 MPa;相对于油基钻井液,水基钻井液中的井筒压力预测误差更小。研究结果能够为超深井、特深井井筒压力精确预测奠定理论基础。     

一种深水合成基钻井流体流变稳定剂的研发

在深水钻探作业中,由于海底温度较低,海底静液柱压力较大,浅层欠压实,深水表层孔隙压力和破裂压力的窗口较窄,常导致井漏和循环当量密度(ECD)不易控制。为解决上述问题,国外研制出一类新型的具有恒流变特性的合成基钻井液(CR-SBM)。通过对国内外CR-SBM性能的调研,研制了钻井液流变稳定剂,并确立了恒流变合成基钻井液的基本配方。利用深水钻井用低温高压可视化装置测试了体系在真实低温高压状态的流变性,构建的合成基体系具有低温恒流变特性。     

泡沫油流变特性及其影响因素实验

在常规原油流变特性测试系统基础上,研制了泡沫油流变特性测试装置,实现了不同实验条件下泡沫油流变特性的测试和泡沫油图片的动态观察。实验装置包括泡沫油生成系统、流变特性测试系统和图像采集系统。从采集到的泡沫油图片可以看出,气泡在原油中高度分散,形成了稳定的泡沫油流动状态。泡沫油黏度影响因素分析表明,随着气泡等效平均直径的增大,其对泡沫油黏度的影响逐渐增强;泡沫油黏度与泡沫质量近似呈线性正相关关系;泡沫油黏度随剪切速率的增大而逐渐降低,表现出明显的剪切变稀特性,且随泡沫质量增大,泡沫油流动特性指数减小,即泡沫油的非牛顿特性强于活油。     

钻井液高温流变性能测试仪器与测试方法

高温深井钻井,井下钻井液高温流变性能好坏直接关系到井眼的安全和钻井的成败,但六速黏度计无法测试钻井液在井底随着温度、压力、剪切速率、时间等参数的变化,流变性能是如何变化的,通过高温高压流变仪评价钻井液的流变和抗温性能是一种科学而有效的评价手段。为模拟井下实际钻井液性能,建立了低剪切速率黏度测试、高温下黏度损失率测试、钻井液动态循环和静置时黏度随时间变化的测试方法,表征了钻井液的携岩性能、抗温流变性能、钻井液循环和静置条件下的高温热稳定性能,反映出了井下真实流变性能。在埕探1井进行了现场试验,说明该测试方法可以为现场工程师分析判断钻井液在井下高温下的性能能否为钻井施工提供实验数据,为高温钻井液体系优化设计、处理剂研发和应用提供科学可靠实验方法,并极大程度上弥补用六速黏度计测试钻井液流变性能的不足和缺陷。      

一种转化钻柱振动能量的井底高压喷射钻井装置

通过转化井下钻柱振动能量来增加井底钻井液喷射压力是提高钻井速度的重要途径,而现有技术还未能充分合理地利用钻柱振动能量。为此,基于井下钻柱振动能量的利用理论,提出了钻井液井下增压、增排量的井底高压喷射钻井理念,设计出了井底高压喷射钻井装置,并对其进行了数值仿真研究。结果表明:(1)井底高压喷射钻井装置可以将钻柱振动能量有效转化给井底钻井液从而实现井下高压喷射钻井;(2)井底高压喷射钻井装置增加了喷嘴钻井液过流流量,在?215.9 mm井眼中,其输出的钻井液流量可以提高5 L/s;(3)增大了钻井液喷射压力,喷嘴处钻井液脉冲压力最高达到11.3 MPa;(4)深井内井底高压喷射钻井装置应用效果比上部地层更加显著。结论认为,井底高压喷射钻井装置为高压喷射钻井技术的实现提供了一种新的手段,可以解决现有高压喷射钻井技术设备费用昂贵、安全性差、适用范围有限的问题。     

一种低土相高密度抗钙钻井液体系

土库曼斯坦阿姆河右岸区块地层基莫利阶为一套盐岩及石膏岩,且含有高压盐水层,在钻进该井段时,高密度钻井液易被侵入的钙镁污染,导致钻井液的流变性、滤失量等性能发生剧烈变化,流变性与沉降稳定性更加难以平衡,易导致复杂情况发生。针对现场地层情况,研究开发了一种低土相高密度抗钙钻井液体系D-ULTRACAL,通过使用新型增黏降滤失剂DSP-1,减少膨润土的加量,提高了钻井液的抗钙能力,并保持较低的滤失量;应用钻井液密度为2.0 g/cm3,以防止井涌,稳定井壁;钻井液含有浓度接近饱和的氯化钠,可以抑制盐膏层的溶解。该体系抗温达150℃,API滤失量小于3.0 mL,高温高压滤失量小于15.0 mL ;抑制性强,与自来水相比,岩屑回收率提高率达113.7%,岩心膨胀降低率达80.5%;抗钙离子污染能力达4 936 mg/L。在土库曼斯坦阿姆河右岸区块基尔桑气田Gir-24D井的现场试验表明,该钻井液体系在钻巨厚盐膏层特别是厚石膏层时具备优异的流变性能和滤失性能,现场钻井过程顺利。      

环保型高性能水基钻井液在山前超深井中的应用

针对库车山前构造超深、超高压、高温、高含盐地层常规高密度水基钻井液性能调控维护困难,钻进时阻卡等事故频发,安全钻达目的层极其困难等问题,试验应用了环境保护型高性能水基钻井液。该钻井液是由多元高性能井眼稳定剂、纳米成膜封堵剂、高效润滑剂、特殊提速剂等组成,具有抑制性强、流变性和润滑性良好、环境友好、保护储层等性能。该环境保护型高性能水基钻井液在库车山前x井进行了试验应用,应用表明高性能水基钻井液性能稳定,抑制性强,润滑性能好,相比于应用油基钻井液的邻井,机械钻速快6.6%,无事故,井下复杂相对很少。该环境保护型高性能水基钻井液体系环保指标检测合格,产生的岩屑呈土本色,生物毒性小,是环境敏感地区复杂地层提高钻井清洁生产水平的途径之一。      

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。      

超高温高压流变仪的研制与应用

针对现有仪器无法满足超高温高压流变性测试需求的问题,研制了超高温高压流变仪,该仪器主要由工控机、黏度测量系统、温度控制系统、压力控制系统4个部分组成。在研制工程中,通过一种非接触式黏度测量方法解决了测试腔体密封问题,通过独特的温控算法和介质切换冷却技术实现了大跨度温度范围内的精确温控和高效冷却。该超高温高压流变仪可以在模拟钻井温度、压力、钻头转速的条件下测量样品黏度,最大测试压力为220 MPa,最高测试温度为320℃,最低测试温度为-20℃。使用该超高温高压流变仪对钻井液样品进行了恒压变温以及恒温变压流变性测试,结果证明该仪器可以测量水基和油基钻井液在超高温高压条件下的流变性,可用于深井、超深井钻探用钻井液体系优化。      

井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析

为了进一步提高深部地层钻井速度,基于直井钻进过程中底部钻柱振动特性的研究成果和有效利用直井底部钻柱纵向振动能量实现钻井液增压的思路,研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。该装置工作时,能将钻柱振动能量转化为钻井液的压能,使钻井液增压并通过钻头上的特制喷嘴产生超高压射流,从而实现既减小钻柱纵向振动,又提高钻井液喷射压力来辅助破岩的目的。胜利油田3口井的现场试验结果表明,该装置能够大幅度提高钻井速度,不但结构可靠、工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求,而且其减振效果优越。这表明利用钻柱纵向振动来实现井下钻井液增压是可行的,应对该增压装置进行深入研究,以满足深井超深井安全高效钻井的需求。      

用于全过程欠平衡钻井施工的井下封井器

针对常规的欠平衡钻井工艺不能解决起下钻、完井等作业过程中井底欠平衡压差的连续保持,无法实施全过程的欠平衡作业问题,研制了可用于全过程欠平衡钻井作业的井下控制工具——井下封井器。室内试验与现场应用情况表明(1)采用井下封井器实现了全过程的欠平衡钻井,显著提高了欠平衡钻井工艺水平和作业水平,起下钻过程中不需预先加入重钻井液,因此可有效地保护和发现油气层;(2)井下封井器与使用不压井强行起下钻设备相比,大大减少钻井作业时间,其适应性和使用性能更好,完全可以取代不压井强行起下钻设备。     

井下钻井液采集模拟装置的设计与试验

目前,井下气体检测技术研究存在的主要问题集中在井下高压钻井液的采集与压力释放方面,并且缺少相应的模拟试验环境。针对这一难题,研制了一种井下钻井液采集模拟试验装置。阐述了其结构和原理,并通过仿真模拟论证了采用该装置完成井下钻井液采集的可行性。将该模拟试验装置接入气液分离膜与微型气体检测器进行试验,实现了井下气体检测录井的功能。     

高性能水基钻井液在莺歌海盆地高温高压井的应用

莺歌海盆地中深层高温高压领域温度高、压力大、作业安全密度窗口窄。在复杂地质环境下,常规的聚磺钻井液易变稠、流动困难、泥饼虚厚,引起遇阻、黏卡、井漏等井下复杂问题。通过室内评价,引入新型抗高温聚合物（Calovis HT、POROSEAL）替代常规聚磺钻井液体系中的聚合物（PAC-LV、EMI1045）,构建出高性能水基钻井液体系。室内评价证实,该钻井液在高密度2.30~2.40 g/cm3、高温200~220℃环境下,能长时间保持良好的高温热稳定性,并且有较强的抗污染能力,抗50 g/L钻屑、50 mL/L地层水及5 g/L CO₂,储层保护效果良好,渗透率恢复值为84.6%。该体系在莺歌海盆地高温高压井（压力系数2.20~2.40、温度190~200℃）中进行现场应用,解决了常规聚磺钻井液体系中高温稳定性不足的难题,证实高性能水基钻井液具有良好的高温热稳定性,并且流变性能优越,为后续高温高压复杂地层钻井液体系优选提供参考。