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。      

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。      

四川长宁区块页岩气水平井水基钻井液技术的研究与应用

长宁龙马溪页岩矿物组分分析表明,页岩矿物主要以石英、方解石和黏土矿物为主,属于硬脆性水敏地层。为了保证水基钻井液能够在长水平段页岩中钻进,且不发生井壁失稳、井壁垮塌等井下复杂情况,经过大量室内研究,研制出以疏水抑制剂CQ-SIA和高效液体润滑剂CQ-LSA为主要处理剂的页岩气水基钻井液体系。室内评价表明,该水基钻井液抑制能力优越,滚动回收率达到97.6%;在100℃温度下恒温静置48h后,未出现重晶石沉降现象,流变性能稳定;能够抵抗30%(w)的岩屑污染。现场应用情况表明,该钻井液性能稳定,润滑性好,抑制能力强,保证了顺利钻进、电测、通井、下套管施工作业,能够满足长宁页岩气井钻井的需要。     

页岩水平井环保型多硅基水基钻井液技术

针对页岩水平井钻井过程中使用水基钻井液时面临的井壁易失稳、钻具摩阻扭矩大,井眼清洁困难等技术难题,通过引入硅酸钾钠、有机硅改性腐植酸钾盐、聚倍半硅氧烷等硅基处理剂,构建了环保型多硅基水基钻井液体系.该体系所用处理剂EC50>3×104 mg/L,为无毒级别,抗温180℃,流变性能稳定,具有良好的抑制性、封堵性和润滑性,...     

高性能水基钻井液在大庆油田致密油水平井的应用

大庆长垣外围青山口组高台子油层和泉头组扶余油层的致密油储层物性较差,单层厚度薄;施工中存在地层摩阻大、机械钻速低、钻井周期长、井壁失稳等一系列问题。对于钻井液的抑制性、携岩性等都提出了较高要求。综合考虑成本、环保等因素,油基钻井液已经无法适应当前致密油藏大规模效益开发的要求。针对松辽盆地中深层致密油藏水平井开发需要,研发了一套高性能水基钻井液体系,即在阳离子聚合物钻井液体系中引入胺基抑制剂AP-1及聚合醇。利用聚合醇的"浊点效应"对泥页岩地层微裂缝进行内封堵。结果表明,该体系具有抑制性强、润滑性好、滤失量低等特点,能够有效解决大庆长垣外围致密油水平井施工中存在的一系列问题。     

鄂西水井沱组页岩水平井水基钻井液的实验研究

鄂宜页1井在寒武系水井沱组获得了高产页岩气流,但缺乏与之配套的高性能水基钻井液体系。对采自湖北省秭归县的水井沱组页岩露头,开展了X射线衍射和扫描电镜分析;进行了造浆黏土、盐类、纳米材料、降滤失剂、正电胶和表面活性剂等的遴选,基于电性抑制和润湿性控制方法,研发了一套SWDF高性能水基钻井液体系;对钻井液的流变性、滤失性、润滑性、抗温能力、抑制性和抗污染性能进行了综合评价。结果发现:①水井沱组页岩以石英、长石、方解石等脆性矿物为主,含量在55%～67%;黏土矿物以伊利石为主,含量在13%～27%,无蒙脱石,属弱膨胀性地层;②页岩表面的孔隙、微裂隙发育,为钻井液的侵入提供了天然通道;③ SWDF钻井液体系黏度与切力适中,API滤失量仅为7.2 mL,摩阻系数为0.21,可抗120℃高温,对页岩水化有较好的抑制性,有良好的抗盐、抗钙、抗黏土（模拟钻屑）侵能力,能满足鄂西地区水井沱组页岩水平井钻进需求。      

水基钻井液配方组合的回顾与展望

综合分析了我国水基钻井液技术的发展，包括：①聚磺钻井液的形成过程及包括约10种处理剂的配方组合模式；②硬脆性泥页岩地层井壁稳定厦钻井液体系（抑制剂＋封堵剂）；③从半透膜机理发展出的4种新体系（聚多醇类，甲酸盐类，甲基葡糖苷。硅酸盐粪）。介绍了国外水基钻井液最新技术：④无侵害钻井波及其处理剂，滤失量的砂床法测定蛄果及应用；⑤胺基钻井液及其处理剂，钻屑整体硬度测试和耐崩散性测试；⑥设计者钻井液。认为在押制机理上成膜和封堵是今后发展方向，在配方组合上应由聚合物＋磺化物体系转向聚合物＋封堵剂体系。图7表2参27。     

鄂西水井沱组页岩水平井水基钻井液的实验研究

鄂宜页1井在寒武系水井沱组获得了高产页岩气流,但缺乏与之配套的高性能水基钻井液体系。对采自湖北省秭归县的水井沱组页岩露头,开展了X射线衍射和扫描电镜分析;进行了造浆黏土、盐类、纳米材料、降滤失剂、正电胶和表面活性剂等的遴选,基于电性抑制和润湿性控制方法,研发了一套SWDF高性能水基钻井液体系;对钻井液的流变性、滤失性、润滑性、抗温能力、抑制性和抗污染性能进行了综合评价。结果发现：①水井沱组页岩以石英、长石、方解石等脆性矿物为主,含量在55%～67%;黏土矿物以伊利石为主,含量在13%～27%,无蒙脱石,属弱膨胀性地层;②页岩表面的孔隙、微裂隙发育,为钻井液的侵入提供了天然通道;③ SWDF钻井液体系黏度与切力适中,API滤失量仅为7.2 mL,摩阻系数为0.21,可抗120℃高温,对页岩水化有较好的抑制性,有良好的抗盐、抗钙、抗黏土（模拟钻屑）侵能力,能满足鄂西地区水井沱组页岩水平井钻进需求。     

强抑制性水基钻井液在长宁区块页岩气水平井中的应用

近年来,随着新环保法的颁布和环保观念的增强以及降低钻井成本的压力,页岩气储层井段常采用油基或合成基钻井液钻进使用范围越来越小,研发并应用页岩气水基钻井液成为当前开发页岩气的热点和重点攻关技术。通过分析页岩气储层地质特征,针对其页理发育、孔隙度低、渗透率低、微裂缝发育、强分散性、易剥落掉块和垮塌的特点,以及长水平段深井钻井防黏卡、强封堵防塌、低摩阻、良好润滑性等工程需求,以抑制性、封堵能力、润滑性和流变性为核心和重点研究对象,自主研发出一套页岩气水基钻井液配方,并在四川盆地长宁页岩气区块试用。应用结果表明,该钻井液配方精练,维护处理简单,性能稳定,具有优良的抑制性、封堵性、润滑性和流变性,以及滤失量低等特点,完全满足长宁区块页岩气水平井地质和工程需求,为优质安全快速钻井提供了有力的技术支持。该页岩气水基钻井液可取代目前页岩气钻进中常用的油基和合成基钻井液,既可节约钻探成本,又能大幅降低环保压力,具有广阔的推广应用前景。     

水基硅酸盐钻井液的页岩井眼稳定性研究

结合室内实验数据,分析了硅酸盐钻井液粘土稳定作用的主要影响因素。结果表明,硅酸盐的模数在2.8—3.2、加量在3％—5％时钻井液抑制性能较好,无机盐与硅酸盐的协同效应提高了硅酸盐的抑制性能。提出硅酸盐稳定页岩井壁的机理为:硅酸盐形成凝肢与沉淀堵塞微裂缝与页岩孔隙,阻止滤液进入地层,减少压力穿透;抑制粘土矿物水化膨胀与分散;与无机盐协同作用阻止水进入地层;与粘土矿物反应导致渗透率降低等。     

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。      

XAN-YZ页岩稳定剂实验研究

为提高页岩气钻井的井壁稳定性和承压强度,开发了页岩气水基钻井液体系,研究了XAN-YZ页岩稳定剂对不同钻井液体系流变性能、抑制性能和封堵性能的影响规律,同时开展了XAN-YZ页岩稳定剂对页岩微裂缝/层理愈合修复性能和作用机理的探索实验。实验结果表明,XAN-YZ页岩稳定剂加入聚磺钻井液体系后,能够改善钻井液的剪切稀释性能,对钻井液的滤失性能影响不大;在聚磺钻井液体系中加入2%XAN-YZ页岩稳定剂后,页岩膨胀率下降40%,滚动回收率提高16%,封堵承压强度由2 MPa提高到5 MPa以上。XAN-YZ页岩稳定剂通过化学反应在页岩微裂缝和层理中生成水化产物,形成致密的防水屏蔽层,迅速愈合修复页岩的微裂缝和孔隙,使滤液在页岩中的穿透压力由2 MPa提高到15 MPa以上。XAN-YZ页岩稳定剂在聚磺钻井液体系中的最佳加量是2%。XAN-YZ页岩稳定剂及其作用机理的研究为页岩气水基钻井液体系的研究提供了一个新的技术思路和手段。     

页岩气水平井完井压裂技术综述

页岩气藏是一种超低渗透非常规储藏,水平井完井和压裂技术是页岩气获得工业性开发的关键。综述了几种页岩气水平井的完井方式,包括笼统压裂完井、限流压裂完井、套管固井多级压裂和裸眼多级压裂完井,揭示了裸眼井多级压裂具有更优的增产特性,介绍了减阻水压裂相关的液体体系、支撑剂和施工工艺,指出我国在今后的页岩气开发中应加强水平井裸眼多级压裂技术的研发。     

涪陵页岩气水平井油基钻井液技术

涪陵焦石坝区块采用水平井开发方式,水平段长1 500 m以上,水平井段为龙马溪组下泥岩段,页岩黏土矿物含量高,脆性强、微裂缝发育,易发生垮塌掉块造成井下事故;井底垂深大于3 500 m,深层页岩气开发,面临着井温升高、携岩带砂要求越来越高、部分井发生垮塌掉块、起下钻遇阻卡的问题,部分井发生失返性漏失,消耗了大量的人力、物力。对柴油基钻井液体系进行了研究,结果表明该体系具有良好的抗温性、在低油水比（70:30）下仍然具有稳定的性能,随钻堵漏材料（粒径级配的高纯超细碳酸钙+有机胶凝漏失控制材料）能够封堵2 mm的裂缝,承压强度达7 MPa,纳米封堵剂（纳米石墨粉和超细海泡石纤维组成的混合物）能够封堵0.1 mm裂缝,承压达到20 MPa。现场应用结果表明,该体系具有良好的井壁稳定能力,井径扩大率低,平均小于3%,润滑性好,起下钻摩阻低,钻井液性能稳定,易于维护处理,能够解决井漏、井垮等复杂情况。柴油基钻井液完全适用于涪陵区块的页岩气水平井钻井施工。      

延长区块陆相页岩水基钻井液性能优化评价

延长陆相页岩气资源量丰富,勘探开发处于早期研究阶段。储层地质情况复杂,水平井钻井时常发生井塌等事故,为保持井壁稳定常使用油基钻井液,而油基钻井液又面临环境保护和高成本等压力,为此,研制出页岩水基钻井液体系PSW-1。PSW-1钻井液用0.2%聚合物BOP、2.0%提切剂TQ-1和2.0%的润滑剂ORH-1进行处理,以改善其携屑能力和润滑性。PSW-1的动切力为10 Pa、静切力为4.5 Pa/10 Pa、润滑系数为0.07。经过在4口页岩气水平井的现场应用,PSW-1钻井液能有效地悬浮、携带岩屑,大幅降低钻进时的摩阻;失水量为2.0～2.8 mL,井径扩大率仅为6.34%,有效保持井壁稳定和井下安全。为低成本、高效开发延长陆相页岩气水平井提供技术支持。      

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。      

国内外页岩气井水基钻井液技术现状及中国发展方向

综述了国内外页岩气井井壁失稳机理、稳定井壁主要方法及水基钻井液技术研究与应用现状,讨论了当前中国页岩气井钻井液技术面临的主要技术难题,分析了美国页岩气井与中国主要页岩气产区井壁失稳机理的差异,指出了中国页岩气井水基钻井液技术研究存在的误区与不足,提出了中国页岩气井水基钻井液技术发展方向。      

彭页HF-1页岩气井水平段固井技术

为了提高页岩气水平井固井质量,满足分段压裂需求,对彭水地区海相页岩气水平井固井技术进行了研究。针对彭页HF-1井固井技术难点,开展了以通井数据为基础的水平井套管下入数值模拟分析,优选了扶正器类型和扶正器安放间距, 针对该井部分井段地层漏失特性,采用"应力笼"理论开展承压堵漏作业,并优选合适的高效驱油冲洗液和隔离液及水泥浆,满足界面润湿反转和驱油要求。通过数值模拟分析,设计的弹性水泥浆弹性模量6.5~8.5 GPa,扶正器端面居中度达到67%,水平段固井质量能够满足压裂的需求。CBL测井结果表明,彭页HF-1井水平段固井优良率78.4%,质量合格,压裂过程未发现层间窜现象。该技术对海相页岩气井固井有一定的借鉴意义,但需要进一步研究其适应性。      

大港油田南部页岩油勘探开发钻井液技术

为了解决大港油田南部沧东区块页岩油水平井井眼失稳的问题,分析了沧东区块地质特征、施工难点和井眼失稳机理,优选了抑制剂、封堵剂和润滑剂等3类关键处理剂,形成了BH-KSMShale页岩油勘探开发钻井液,并对其性能进行了室内评价。实验结果表明,该钻井液具有良好的性能,抗温达150℃,高温高压滤失量小于10 mL。该钻井液技术在大港油田南部的**701H、**702H、**1-2H和**2H井等4口井进行了现场试验,使用该钻井液后施工顺利,无井下复杂事故发生,井眼扩大率最大仅为8.67%。形成的BH-KSMShale钻井液非常适合大港油田南部油区页岩油水平井,能够解决长水平段井眼失稳问题,在大港油田页岩油勘探开发中具有广阔的应用前景。