钻井堵漏用特种凝胶的流变性研究

特种凝胶是一种处理钻井恶性漏失的堵漏剂,它必须具备特殊的流变性才能满足封堵裂缝性及破碎性地层恶性漏失的要求.为此,用可控的HAAKE RS6000型流变仪锥板系统稳态测试了凝胶的流动曲线和黏度曲线,采用了多种经验本构模型拟合凝胶的流动曲线和黏度曲线,均获得了较高的相关系数.在此基础上对凝肢的黏弹性、黏温性以及触变性进行了研究.结果表明,黏弹性实验确定了凝胶的零剪切黏度数量级在102 Pa.s,且具有Burger模型蠕变回复曲线特征;通过密闭同轴旋转系统稳态测试凝胶的黏温性质确定了温度从室温上升到50℃时凝胶表现出轻微的升温增稠现象,当温度高于50℃时,凝胶的黏度温度曲线满足Arrhenius关系;用直观的触变环法测量了凝胶的触变性,凝胶的下行曲线始终低于凝胶的上行曲线,表明凝胶是一种剪切稀释流体,且随着温度升高,凝胶的剪切稀释作用有增强的趋势;凝胶的流变性足以满足解决裂缝性及破碎性地层恶性漏失的要求.     

ZND特种凝胶抗稀释能力的研究

通过从热力学角度研究ZND特种凝胶的溶解和稀释过程,建立了用稀释热评价凝胶抗稀释能力的方法,采用筛余率验证凝胶抗稀释能力,考察了相关影响因素。结果表明,温度是影响筛余率的主要因素,当ZND特种凝胶与水体积比为1：5时,1．5％的ZND特种凝胶在40℃、120r／min下剪切60min和1．8％的ZND特种凝胶在60℃、120r／min下剪切30min后的筛余率均大于70％,ZND特种凝胶具有较好的抗稀释能力,满足现场堵漏应用要求。     

聚合物凝胶堵漏研究进展

聚合物凝胶堵剂在解决钻井过程中出现的漏失现象时,具有高黏弹性、可变形性的优势,综述了常规聚合物凝胶堵剂和“智能”聚合物凝胶堵剂的最新进展。其中,常规聚合物凝胶堵漏材料成胶时间不可控,无法实现高效精准堵漏,而“智能”聚合物凝胶材料能够以多种机理实现高效、精准堵漏,日益成为当下堵漏材料研究的热点。今后,具有刺激响应功能的聚合物凝胶的研究将成为堵漏材料领域的重要方向之一。      

裂缝性和基质性碳酸盐岩在堵漏前后的应力敏感性研究

塔中奥陶系碳酸盐岩储层裂缝和孔隙发育,钻进过程中极易发生漏失,当采用堵漏浆进行封堵时,堵漏材料会充填裂缝和孔隙,此时不同类型碳酸盐岩的渗透率会产生不同的变化。通过试验,对比研究了裂缝性和基质性碳酸盐岩在堵漏浆浸泡处理前后的应力敏感性,同时对比分析了二者的渗透率恢复率与有效应力的关系,并从作用机理上探讨了二者应力敏感行为的差异性。研究表明,裂缝性碳酸盐岩在堵漏浆处理前后的应力敏感性都要远高于基质性碳酸盐岩。堵漏材料对孔隙和裂缝空间造成影响程度的不同,是二者渗透率随有效应力加载和卸载过程中产生明显差异的主要原因。      

特种凝胶在钻井堵漏中的应用

针对钻井中出现的恶性漏失情况，根据结构流体理论与超分子化学原理，研制开发出了1种新型堵漏剂——特种凝胶。它是在大分子链上引入特种功能单体的水溶性高分子材料，在水溶液中，大分子链通过分子间相互作用自发地聚集，形成可逆的超分子结构——动态物理交联网络，该结构使其溶液具有特殊的性能特点。介绍了特种凝胶的主要性能及堵漏原理，举例介绍了其在四川、长庆及吐哈油田的应用情况。现场应用结果表明，特种凝胶对大漏、失返、返出量太小的裂缝性、孔洞性、破碎性地层，以及用桥塞堵漏、随钻堵漏等方法无法解决的漏失问题具有很好的堵漏效果，尤其对付含水层以及喷漏同层的漏失问题具有独到之处。     

可控化聚合物凝胶堵漏材料的研究进展

现今钻井过程中的井漏问题严重,聚合物凝胶堵漏材料具有高黏弹性、可变形性的优势。但是,聚合物凝胶堵漏材料成胶不可控,严重制约了其在钻井堵漏中的应用。综述了可控化聚合物凝胶堵漏技术的研究进展、刺激响应聚合物凝胶材料的类型与作用机制及其在可控化凝胶堵漏方面的应用前景,总结出延迟交联、微胶囊化、触变自愈合、剪切响应成胶以及离子诱导成胶等刺激响应聚合物凝胶堵漏材料日益成为现今可控化堵漏材料研究的热点;同时,刺激响应功能聚合物凝胶材料的研究业已成熟,钻井液环境能够提供聚合物凝胶堵漏材料的刺激响应条件。因此,开发刺激响应功能的聚合物凝胶堵漏材料将有利于实现智能化、可控化堵漏。      

高浓度高分子量部分水解聚丙烯酰胺与低黏纤维素共混堵漏体系性能评价

为获得高浓度高分子量聚合物与低黏纤维素共混堵漏体系的性能特征,采用应力控制流变仪、黏度计、扫描电子显微镜和冻胶阀承压测试装置等研究了高浓度、高分子量部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)与低黏纤维素、醋酸铬交联剂、pH调节剂(Na HCO3)共混堵漏体系的黏弹性和固化后的承压强度。结果表明,HPAM溶液的储能模量随相对分子质量的增加而增大;添加低黏纤维素与交联剂可大幅提高HPAM溶液的黏弹性,体系黏度和固化后承压强度均随低黏纤维素加量的增加而增大;NaHCO_3可延缓体系交联的速度,随NaHCO_3加量增大,体系黏度和承压强度略有降低。25 g/L HPAM+1500 mg/L低黏纤维素+100 mg/L醋酸铬交联剂+20 mg/L NaHCO_3体系的泵注性能良好,泵注时间90 min内的黏度控制在2 Pa·s以内;该体系耐盐性良好,在70℃油藏温度条件下固化后的承压强度为0.5 MPa/m,满足堵漏作业封堵性能要求。在L-357井堵漏施工中,挤注压力最高达11.9MPa,挤入量6 m3,施工完成后对漏失层段试压15 MPa,30 min内压力保持不变。     

特种凝胶在处理“井漏井喷”中的应用

川东北罗家2井在第二次完井中发生套管破裂,引发严重井漏和井喷,井底的高压、高含硫化氢气体从破口处窜入地层,沿套管外质量差的水泥环上窜到断层处经裂缝上窜到地面,天然气和地层水在距井口1.2 km的地方窜出地面,造成险情。为此,选用特种凝胶ZND进行堵漏。该特种凝胶ZND不同于一般的聚合物堵漏剂,它不需要交联,在地面配好后直接使用,特种凝胶在地面管线钻具水眼及环空中容易流动,而进入漏层后黏度迅速增加,流动阻力大,具有很强的黏弹性,可以占据漏层附近的漏失空间。特种凝胶ZND难以与地层水混合而被冲稀,如果被气体吹散,细小的颗粒不与地层水混合,可以在地层重新集结,形成结构。特种凝胶ZND在川东北罗家2井中的成功应用,验证了其处理恶性漏失的技术可行性。     

井下聚合堵漏技术研究

提出了一种新的堵漏技术——井下聚合堵漏技术。该技术是将反应混合物泵入井中并挤入地层,使其在地层条件下反应生成具有一定抗压强度的物质而封堵漏层,从而达到堵漏的目的。模拟考察了反应物的组成、各物质的加量、反应时间、反应温度对生成物抗压强度的影响,优选出了凝胶的最佳配方。即以CMHPG为主成胶剂,CMC为辅成胶剂,硝酸锆为交联剂,在一定条件下可以形成具有一定抗压强度的凝胶;固定反应温度为120℃、反应时间为10 h时凝胶的抗压强度最大;固定反应时间为8 h,反应温度为120℃时凝胶的抗压强度最大。     

一种油基钻井液用凝胶堵漏体系及其应用

通过对页岩气钻井的研究和分析,综合比较国内外油基钻井液堵漏技术的不足,研究了一种油基钻井液用凝胶堵漏体系。通过红外测试、X射线衍射和扫描电镜分析研究了凝胶体系的相关组分,证明了结合剂合成成功。通过高温高压养护釜进行养护,使用压力实验机测定凝胶堵漏体系的抗压强度可以达到3.2 MPa,室内实验显示化学凝胶流变性好,密度可调（0.77～1.3 g/cm3）,成胶强度可调（1.7～3.2 MPa）;同时凝胶体系和油基钻井液之间具有良好的兼容性,向凝胶堵漏体系中加入20%油基钻井液后抗压强度也可以达到1.8 MPa。现场应用显示油基钻井液用凝胶堵漏体系的抗压强度可以达到6.8 MPa,表明该凝胶堵漏体系具有优异堵漏效果,具有广阔的应用前景。      

页岩气水平井低油水比油基钻井液研制及应用

针对页岩气水平井钻探过程中井壁失稳风险大、钻井液性能要求高和商业开发降本提效的迫切需求,基于页岩储层特征、水平井工程施工要求,构建、研制了一套性能稳定的低油水比油基钻井液体系。室内试验表明,该油基钻井液具有良好的热稳定性、抗污染性、封堵性和乳化稳定性,而且塑性黏度较低、切力适中、流变性能较好,可以满足页岩气水平井钻井的要求。低油水比油基钻井液在涪陵页岩气田5口井进行了现场应用,通过采取低油水比胶液维护、固相控制和随钻封堵等配套措施,实现了将油水比控制在70/30以下,较该气田以往油基钻井液基础油用量降低15%,获得良好的降本效果。页岩气水平井低油水比油基钻井液能有效降低涪陵页岩气田钻井成本,有力支撑了页岩气低成本商业开发,对国内其他地区页岩气开发也具有借鉴意义。      

超分子聚合物堵漏技术在长庆油田恶性漏失井的应用

长7页岩油储层致密但流体流动性好,砂岩储层存在微米级孔隙,加上存在断层构造,导致钻进过程中渗透性漏失、裂缝性漏失甚至失返性漏失频发,常规堵漏材料无法满足钻井施工要求,造成非生产时间和成本大幅度增加,严重制约了勘探开发进程。借助超分子化学理论,通过合成优化配方,研发出了新型超分子聚合物防漏堵漏材料,并对其微观结构、剪切稀释性和恶性漏失承压堵漏能力进行了表征与测试。研究结果表明,超分子聚合物堵漏材料不仅具有优异的剪切稀释性和黏附能力,而且对两层钢珠床（钢珠直径8～10 mm）模拟的大孔隙性漏失和直缝板（缝宽2～6 mm）模拟的裂缝性漏失均具有较强的承压堵漏效果,承压达6 MPa。在长7页岩油区块典型恶性漏失井应用表明,超分子聚合物堵漏技术可以有效提高裂缝性漏层的承压能力,减少漏失量并降低综合堵漏成本,助力长7页岩油勘探开发,值得进一步研究和推广。      

聚乙烯醇凝胶堵漏剂的室内研究

为解决地质钻孔钻井液漏失的问题,研制了一种新型堵漏剂——聚乙烯醇凝胶堵漏剂,该堵漏剂由聚乙烯醇、硼砂、二丁酯、羧甲基纤维素钠等化学交联反应而成。根据地质钻探钻孔堵漏材料性能的要求,对该堵漏剂进行了成胶时间、成胶黏度、溶胀性、抗稀释性、抗矿化物污染、堵漏等实验。结果表明:(1)当聚乙烯醇为3%、硼砂为0.8%、二丁酯为0.3%、羧甲基纤维素钠为0.3%、交联温度为35℃、p H值为10时,制备的聚乙烯醇凝胶堵漏剂性能为最好,成胶黏度达358 600 m Pa·s,成胶时间为18min;(2)成胶时间在0.1~1.0 h范围内可调,对不同大小通道适宜性好;(3)单独的凝胶堵漏剂最大承压能力达到6.0 MPa,加入1%木屑后最大承压能力提高到7.0 MPa,具有很好的堵漏效果。结论认为,所研制的聚乙烯醇凝胶堵漏剂具有较强的溶胀度、抗稀释、抗矿化物污染和堵漏能力,并且制备方便、价格低廉,可应用于裂缝、溶洞、孔隙及含有动水的复杂漏失地层。     

厄瓜多尔TARAPOA区块上部欠压实地层钻井液技术

厄瓜多尔Tarapoa区块上部地层沉积时间短,地层较新,欠压实,在钻井施工时易发生井壁失稳,引起泥包、造浆等问题。为解决此问题,利用钙离子絮凝、抑制的特点,结合物理封堵研究了钙基强封堵钻井液体系。室内评价结果表明,钙基强封堵钻井液配方一次回收率达到88.28%,黏土岩心膨胀量仅为4.287 mm,岩心封堵率95%以上,抗黏土污染大于10%,具有絮凝钻屑、抑制性强、封堵性作用良好和抗钻屑污染高等特点。在Tarapoa区块应用十多口井,钙基强封堵钻井液防塌作用明显,密度易控,流变性能稳定,解决了该区块上部地层钻井液技术难点,提高了机械钻速,保证了起下钻顺畅,下套管安全到位,完全满足厄瓜多尔上部地层安全钻进的需要。     

长宁区块强封堵油基钻井液技术研究及应用

分析清楚长宁区块龙马溪组和五峰组井眼失稳的原因,提出强化井眼稳定的钻井液技术对策,对该区块水平井水平段的钻进至关重要。基于X射线衍射、扫描电子显微镜、页岩膨胀、滚动分散试验,揭示了复杂地层的井眼失稳机理,提出了“强化封堵微观孔隙、抑制滤液侵入和阻缓压力传递”协同的井眼稳定技术对策。采用砂床滤失仪、高温高压滤失模拟装置、微孔滤膜等试验装置,优选了以封堵剂为主的长宁区块油基钻井液处理剂,构建了适用于长宁区块的强封堵油基钻井液体系,其抗温135 ℃,抗盐10%,抗钙1%,抗劣土8%,400 μm宽裂缝的承压能力达5 MPa,0.22和0.45 μm孔径微孔滤膜的滤失量均为0,封堵效果突出,综合性能优于常规油基钻井液。该钻井液在长宁区块现场试应用10余口井,龙马溪组和五峰组水平段均未出现井眼失稳的问题;与同区块采用常规钻井液的已钻井相比,复杂地层的井径扩大率平均降低10.82%,建井周期平均缩短4.5 d。研究结果表明,强封堵油基钻井液技术解决了长宁区块水平井龙马溪组和五峰组水平段的井眼失稳问题,具有较好的推广应用价值。      

安28断块钻井液技术研究与应用

安28断块地层承压能力低,全井压力形成低-高-低分布;地层造浆性强,生产用水中钙、镁离子含量高,钻井施工难度大,井塌、井漏、井喷、压差卡钻等工程事故隐患伴随整个钻井过程,在以往钻井过程中,经常出现钻井液切力大、触变性强,加重引起粘度和切力升高,形成加重-排放-再加重的恶性循环.安28断块钻井要求钻井液具有较强的抑制性、一定的抗盐能力,良好的流变性能,一定的防漏堵漏能力,好的润滑防卡性能,膨润土含量小于60 g/L,保证钻井液具有较低的粘度和适宜切力,以利于加重作业.通过室内试验研究,优选出适应该断块的强抑制封堵型钻井液体系,并制定出配套工程措施,该套钻井液技术在10口井中成功应用,很好地解决了该区块钻井难题;钻井液性能稳定,起下钻畅通,完井电测成功率达到了100%;钻井周期比以前钻的井缩短了37.8%;在三开钻进中出现的几次井漏,采用随钻和静止堵漏均取得了满意的效果,成功率达100%.     

修井作业自降解防漏堵漏体系

为减少修井液漏失防止油层伤害,借鉴钻井过程中的屏蔽暂堵理论,提出了修井作业堵漏材料自匹配堵漏技术。该技术开发了弱凝胶悬浮基液,合成了黏弹性好、变形程度大、强度高、可吸水膨胀且在一定温度下能够自动水化降解的聚合物材料作为堵漏关键材料,并与其他辅助暂堵材料协同配合形成了集凝胶、自降解材料、油溶树脂和微泡沫于一体的修井作业防漏堵漏体系,能够在漏失层快速形成封堵屏障,有效减少修井液漏失。性能评价结果表明该体系承压可达15 MPa,同时可在3~5 d自动降解,渗透率恢复率大于90%,可以达到堵得住、解得开、油层污染小的目的。在大港油田现场应用52井次,对于渗滤性、微裂缝和大孔道型漏失或多种漏失并存的井防漏堵漏成功率高达95%以上;作业井的平均产量恢复期小于5 d、平均产量恢复率大于97%,保护油层效果显著。     

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。      

阳离子改性沥青防塌剂 KFT-1 的研究与应用

介绍了一种非水溶性改性沥青防塌剂 KFT-1,KFT-1 中沥青含量高,油溶性成分高,它以新疆天然沥青为原料,通过阳离子聚合物改性而成。在室内对 KFT-1 的软化温度、理化性能、降滤失性、封堵能力及对钻井液流变性的影响进行评价,并在新疆百口泉 SHW01 水平井、TK105H 水平并和 G1176 双底井现场应用。结果表明,KFT-1 在钻井液中能分散润湿,不起泡,不糊筛网,对钻井液流变性影响小;软化点较高,在 70—150 ℃范围内具有封堵能力,在 95—130℃下封堵能力最强,能显著降低高温高压滤失量和摩阻,特别适合于用高含量沥青封堵,又要求其它成分尽量少进入钻井液的复杂井使用。