超高温钻井液体系研究(Ⅳ)——盐水钻井液设计与评价

围绕高温对水基钻井液和处理剂的要求,及高温对钻井液性能的影响等方面,从处理剂分子结构、基团性能,相对分子质量、降解和交联、吸附,环境保护以及高温对黏土性质的影响因素出发,对超高温水基钻井液研究的难点进行了分析,以抗高温降滤失剂LP527-1、MP488和抗盐高温高压降滤失剂HTASP等作为主处理剂,与磺化褐煤(SMC)、XJ-1分散剂等配伍,通过改变HTASP的加量,初步配制了密度2.30 kg/L、盐含量10%～30%的盐水钻井液,并对其性能进行了评价.结果表明,该钻井液经过220℃、16 h老化后,表现出良好的高温稳定性,没有出现高温稠化,高温高压滤失量控制在20 mL以内,密度2.32 kg/L、盐含量15%的盐水钻井液具有较好的重复性,悬浮稳定性好,抑制页岩水化分散的能力强.     

硅磺聚合物钻井液研究及应用

室内试验研究了不同模数的速溶硅酸钠、固体硅酸钠和不同模数的固体硅酸钾对岩屑回收率的影响,得出硅酸盐的模数越大,抑制性越好,硅酸盐加量大于2%时有好的防塌效果,硅酸钾的抑制性大于硅酸钠的结论.根据此结果,考虑到硅酸钠和硅酸钾的价格因素,将硅酸钾和硅酸钠按一定比例混合形成复合硅酸盐CS-1.通过评价复合硅酸盐CS-1与不同钻井液处理剂的配伍性,研究出了硅磺聚合物钻井液基本配方.介绍了硅磺聚合物钻井液的室内研究及其在文299井的应用情况.结果表明,该硅磺聚合物钻井液抗温达150 ℃,抗盐达饱和,有较好的抗钙、镁离子污染和粘土污染的能力;有较好的防塌效果和润滑性能,渗透率恢复值高,对油气层有较好的保护作用;现场转换简单,维护方便,在钻井过程中钻井液性能稳定,对电测、固井等完井作业无不良影响.     

复合硅酸盐钻井液体系室内研究

对复合硅酸盐钻井液作了详细的室内实验研究，包括：与常用钻井液和钻井液处理剂的配伍性，配方研究（膨润土含量，护胶剂PTV加量，pH值，降粘手段，加药顺序）和应用性能评定（阻止压力传递，滤液中SiO2含量，硅酸盐模数，硅酸盐加量与岩屑回收率，与其他体系钻井液抑制性比较，抗温，抗盐，抗钙性能，抗膨润土污染性能，加重钻井液，润滑剂的使用，电稳定性，岩心伤害）。主要结论如下：（1）硅酸盐对膨润土浆有降粘作用，与含有铵，钙等离子的处理剂如NH4HPAN，PMHC，PAC141等不配伍；（2）硅酸盐必须与护胶剂一起加入淡水钻井液中；（3）pH值是影响哇酸盐钻井液性能特别是粘度的主要因素（pH值应＞12），此外，护胶剂PTV含量，膨润土含量，硅酸盐模数及加量等对硅酸盐钻井液的流变性和滤失量有较大影响，聚合醇防塌润滑剂和表面活性剂ABS共用在改善硅酸盐钻井液润滑性能的同时，还能提高钻井液的高温稳定性。（4）配方适当的硅酸盐钻井液抗温，抗盐，抗钙，抗钻屑污染能力和封堵能力强，抑制性好，润滑性能好，稳定性好，保护储层的效果明显。报道了性能优良的硅酸盐钻井液的配方。     

硅酸盐钻井液防塌性能的室内研究

在一系列硅酸盐水溶液和泥浆中测定了页岩回收率和页岩稳定指数。结果表明，防塌钻井液所用的硅酸盐模数以２．８—３．２为好，加在２％—５％左右较好；当用于含ＫＣｌ的泥浆时，硅酸盐的钠钾比对防塌性能的影响不显著；适量的无机盐可与硅酸盐产生协同作用而提高防塌性能，但钙离子过量会破坏泥浆性能。有机处理剂和粘土主要影响硅酸盐钻井液的流变性和滤失性能，对防塌性能基本上无直接影响。     

新型水基钻井液抑制剂FTy的实验研究

为了解决钻井液的井壁稳定性能与其它性能之间的矛盾，室内对一种新型水基钻井液用抑制剂——低分子量FTy进行了综合性能评价，同时从粘土ξ电位的角度对其作用机理进行了分析。实验表明，该处理剂含有正电基团，通过化学吸附作用降低粘土表面的负电位，从而降低粘土的水化膨胀、分散等作用。当Fty单独使用时，其抑制页岩水化的能力均优于KPAM、KCl等常用抑制剂；当FTy与常规聚合物包被剂共同使用时可产生更好的抑制效果，与KPAM配合使用效果最为显著；与其它处理剂配伍性良好，不影响钻井液性能，在一定加量范围具有一定的降滤失作用。该处理剂的应用会在一定程度上缓解现用钻井液的抑制性与其它性能之间的矛盾，具有广泛的应用前景。     

抗高温成膜降滤失剂CMJ-1的研制及其性能

以乙烯、乙酸、甲醇和磺化剂为主要原料，通过高温氧化、酯化、聚合、醇解及磺化合成了一种新型抗高温能形成致密隔离膜的降滤失剂CMJ-1。优选出了产品的最佳磺化度，经红外光谱确认了该聚合物的基本结构，通过冷冻扫描电镜(SEM)分析，证实了CMJ-1在钻井液中能够形成致密的隔离膜，并对其成膜降滤失机理做了初步探讨。评价了它在淡水钻井液、1％和4％盐水钻井液、MMH正电胶钻井液和无机硅酸盐钻井液中的降滤失效果。实验结果表明：CMJ-1可以用作水基钻井液降滤失剂，抗温达180℃，在淡水钻井液中的最佳加量为1．O％；CMJ-1在1％和4％的盐水钻井液中也具有良好的降滤失效果，其最佳加量为2．0％；CMJ-1可用于正电胶、硅酸盐等各种水基钻井液，并与其它各种处理剂配伍性较好。     

聚合糖与硅酸盐钻井液的配伍性评价

为拓宽硅酸盐钻井液使用范围,用HV-CMC、XC、SJ三种聚合糖类材料与硅酸盐钻井液进行配伍性研究。实验结果表明：HV-CMC、XC和SJ三种聚合糖类材料在硅酸盐钻井液中的适宜添加量分别为0.3%、0.1%和0.6%时,HV-CMC和XC具有增黏兼降滤失作用,SJ则具有降黏兼降滤失作用,聚合糖类材料的种类及添加量对硅酸盐钻井液的抑制性影响不大;HV-CMC、XC和SJ在硅酸盐钻井液中的抗温极限温度分别为160 ℃、120 ℃、80 ℃。为保护油气层又找到了一类新的调节硅酸盐钻井液流变及滤失性能的有效处理剂。     

稀硅酸盐钻井液防塌性能的影响因素

以多种稀硅酸盐水溶液和泥浆进行了页岩分散试验和页岩稳定指数试验.结果表明：防塌钻井液所用的硅酸盐模数以2.8～3.2为好,加量在2%～5%较好;当用于含KCl的泥浆中时,硅酸盐的钠、钾比例对防塌性能的影响不显着;适量的无机盐可与硅酸盐产生协同作用提高防塌性能,但钙离子过量会破坏泥浆性能.有机处理剂和粘土主要影响硅酸盐钻井液的流变性和滤失性能,而对防塌性能基本上无直接影响.地层特性是影响稀硅酸盐钻井液防塌效果的最复杂因素.     

稀硅酸盐钻井液体系配方研究及性能评价

通过分析硅酸盐钻井液体系稳定井壁的机理,优选了基浆和与硅酸盐配伍性好的有机处理剂,研制出了一种稀硅酸盐钻井液配方并进行了性能评价,结果表明所研制的配方具有优良的流变性和降滤失性,低黏切高动塑比,API滤失低于5ml,HTHP滤失低于10ml,强抑制性、防塌性,岩屑滚动回收率达99％,抗盐抗钙、抗钻屑污染能力强,抗温120％以上,使用重晶石加重后仍保持良好的流变性和降滤失性。     

硅酸盐钻井液流变性与滤失造壁性探讨

为了解决硅酸盐钻井液的流变性、滤失造壁性问题,通过分析硅酸盐、黏土、盐、pH值、温度等因素对钻井液的影响,探讨了硅酸盐体系的作用机理。在探讨硅酸盐体系黏度、滤失量影响因素的基础上,提出了晶核理论、成膜理论、溶胶／凝胶理论、井壁稳定机理、电性排斥机理。通过采用聚合物电解质、调节电位等方法,形成无黏土硅酸盐钻井液,实现在较低pH值下对硅酸盐钻井液流变性和滤失造壁性的合理控制,为硅酸盐综合性能的调节开拓新的途径。     

硅酸盐钻井液中SiO2消耗特性评价

如何合理控制硅酸盐的用量是影响硅酸盐钻井液体系使用的一个重要问题。在现场一般可以通过测定滤液中的SiO2含量来确定所需硅酸盐的维护量,但体系中的SiO2含量往往受到众多因素的影响,以致于造成现场判断硅酸盐含量时会出现较大误差,进而影响现场维护作业。从实际使用角度出发,就钻井液中可能对SiO2含量造成影响的各种因素进行了实验评价。结果认为,组成钻井液的各种材料对SiO2均具有一定的消耗能力,其中以沥青类物质的消耗作用最明显,其次是氧化物类加重材料和蒙脱土,但整个体系对SiO2的消耗量并不是每种材料单独存在情况下消耗量的简单叠加;高价金属盐对钻井液体系中的SiO2具有清除作用。此外由于钻井液在使用过程中的客观条件和自身的组分也在不断变化,因此SiO2的消耗方式和消耗数量的变化也很大,最终的消耗量要在实际测定结果的基础上,结合维护过程中的处理剂使用情况进行合理确定。     

硅基钻井液粘土问题的探析

与常规钻井液相比,硅基钻井液具有防塌能力强、环保性能好、成本低的优点,但均存在与粘土有关的问题.无机硅钻井液对粘土含量比较敏感,不能很好地对付粘土污染问题,现场使用时一般在较低粘土含量时加入无机硅酸盐进行转化.有机硅钻井液存在粘土含量的测量值高于实际值的问题.本研究在实验基础上对该问题进行了探讨,认为主要原因在于有机硅处理剂本身消耗一定量的亚甲基兰.根据现场实际应用情况,提出了适用于有机硅钻井液粘土含量测量值的修正系数.     

中国硅酸盐钻井液技术面临突破

滤液中二氧化硅含量高于20000 mg/L的典型硅酸盐钻井液具有优良的抑制、封堵性能和膜效应,国外石油公司用该体系成功地进行了数百口井的施工,而中国真正用该体系完成的井只有5~7口,其它众多应用井使用的只是稀硅酸盐或复合硅酸盐体系,滤液中二氧化硅含量不高于3000 mg/L。从多个角度阐述了造成中国硅酸盐钻井液的实质性现场应用进展缓慢的原因,包括缺少完整的维护技术措施,加入硅酸盐易引起黏度升高甚至无法控制的问题没有解决,没有使用无机盐助剂,没有配套的专用助剂,离心机和清洁器的利用率太低,非技术性因素等。认为要加快硅酸盐体系由研究向实用的转变,可以从规范专用助剂、降低膨润土含量并开发高效降滤失剂、使用处理后的液体硅酸盐方面获得突破。对硅酸盐体系的研究和试用方式提出了建议。     

MS处理剂降失水作用及其机理

用实验方法测定了MS泥浆的失水量、泥饼渗透率、粘上颗粒粒度分布及MS与粘土的吸附作用。借助于红外差谱方法、X光衍射方法分析了MS与粘土吸附的键合特征。将泥浆常规实验方法与现代仪器分析手段相结合,系统地研究了MS处理剂的降失水作用及其机理。     

聚合盐钻井液体系研究

针对北80井区强水敏储层及使用白油基钻井液成本高的问题，开展了具有强抑制性及良好封堵能力的水基钻井液体系研究。通过对聚合盐JN（胶体，干基的有效浓度为25％）性能评价，确定聚合盐在钻井液中的加量为40％，并优选了与之配伍的处理剂，形成了一套性能优良的聚合盐钻井液体系。室内评价结果表明，聚合盐钻井液的储层渗透率恢复值高于柴油基钻井液，略低于白油基钻井液，可满足北80井区储层保护要求。聚合盐钻井液具有较强的抑制性和滤失造壁性，流变性易调控，润滑性、抗温性及抗污染能力较强，其抑制效果和储层保护效果与油基钻井液基本相当，可满足北80井区强水敏储层钻井施工要求。     

油基钻井液提切剂研究现状与发展趋势

油基钻井液流变性好坏是制约钻井过程中井下安全、影响钻进速度的关键因素。针对油基钻井液切力偏低导致携岩和悬浮能力弱的技术难题,介绍了提切剂研发中存在塑性黏度不可控、普适性低以及耐温性差的难点,系统综述了有机土类、脂肪酸酰胺类、油溶性聚合物类及纳米复合材料类等油基钻井液提切材料的研究现状,并详细阐明了油基提切剂通过氢键、配位键以及分子缔合作用提切的作用机理。同时,针对提切剂研发所存在的不足,提出了油基钻井液提切剂应从星型或树枝状聚合物、长链季铵盐改性有机土、纳米材料等方面开展研发的发展趋势。      

一种新型低成本防结垢复合盐高密度无固相压井液

高温高压油气藏所用的普通压井液包含的溴盐、锌盐、重钙等与地层水配伍性差、易污染地层、具有高腐蚀性,且甲酸盐高密度压井液成本高,针对这些难题采用高效阻垢技术并研制了一种新型加重剂,同时广泛选用廉价的无机盐用于配制基液,研发了一种新型低成本防结垢复合盐高密度无固相压井液体系。该体系不含固相成分,不含钙镁等易结垢的二价离子,全部为一价盐,密度最高可达1.70 g/cm3,且与同级别甲酸盐体系相比成本可降低50%以上,同时保留了甲酸盐体系的全部优点,满足国家新安全环保法低损害、低成本、高密度、无固相、无毒性的要求。该技术在大港油田先导性应用1口井,平均恢复期1 d,平均恢复率100%,油层保护效果显著。     

Environment friendly fluid loss additives to protect the marine environment from the detrimental effect of mud additives

The exploration and exploitation of hydrocarbon from the ocean dictate the use of environment friendly muds and mud additives to protect the existing wealths such as fishes, coastal areas and other habitats of the ocean. Hence, the preservation of the Australian as well as global ocean environments from the detrimental effects of muds and mud additives dictates the design of better environment friendly drilling mud systems using mud additives having no/negligible environmental impact. This paper describes the fluid loss characteristics of several starches and provides a comparative assessment with respect to a widely used modified starch.Experimental results indicate that some of the starches have static and dynamic fluid loss characteristics similar to or better than those of a widely used modified starch used by the mud industry. The static fluid loss properties measured after thermal treatment at different temperatures indicate that the newly developed starch products can be used as fluid loss additives for drilling boreholes having bottom hole temperature up to 150 °C.The products developed by gelatinization using a reactive extrusion technique have negligible impurities, need no solvent during gelatinization, produce no waste water as a by-product and thus are suitable for environment sensitive areas. The products have been developed from local resources and have lower manufacturing cost and thus expected to decrease the cost of drilling mud significantly.     

钻井液用聚合物PAMS的评价与应用

介绍了丙烯酰胺／２－丙烯酰胺基－２甲基丙磺酸三无共聚物ＰＡＭＳ的室内评价和现场试验情况。结果表明,共聚物ＰＡＭＳ热稳定性好,降滤失能力,抑制性和抗温抗盐能力强,防塌效果好,井壁稳定,钻井液材料费用低。