仿生绒囊钻井液煤层气钻井应用现状与发展前景

仿照细菌结构开发了含仿生绒囊的钻井液。CLY-A井欠平衡钻井表明,无需附加设备,调整钻井液密度0.8~1.0 g/cm3即可循环;CLY-B井空气钻井表明,空气钻井过程中添加不同绒囊处理剂,可实现空气、雾、泡沫和绒囊不停钻转换钻井工作流体;DFS-C井防漏堵漏钻井表明,分压、耗压、撑压方式可控制钻井液漏失速度;FL-D分支井钻井表明,该钻井液具有低剪切速率下高黏度和高剪切速率下低黏度的特性,能够提高井眼清洁效率和机械钻速;J-E井不同压力系统共存于同一裸眼的井下复杂处理表明,该钻井液可以提高低压井段承压能力,满足动态窄密度窗口地层安全钻井。绒囊钻井液应加强绒囊结构微观研究、绒囊钻井液类型开发和低密度循环极限评价等,满足更多地层条件钻井需要。     

天然气井的绒囊流体活塞修井技术

低压气井修井中的压井作业需要平衡地层压力,以防止天然气溢出引发井控安全问题。为此,引入绒囊流体作为压井液,室内评价研究结果表明:绒囊流体密度在0.5~1.5 g/cm~3,低剪切速率下的黏度达到7 850 000 mPa·s,性能可控,在井筒内胶结形成无固相、结构强度较高类似活塞的封堵段塞。修井时,通过注入不同密度和液量的绒囊流体建立不同的液柱压力,流体以低剪切速率下高结构强度控制天然气从活塞内部突破,阻止天然气从井筒内上升至地面,隔开井筒中天然气与地面的通道;作业中因地层压力变化或者起下管柱,流体可以像活塞一样整体上下浮动。作业后,同常规作业一样气举清理井筒内流体即可恢复生产。中国西北地区某天然气田地层压力系数下降到0.60~0.82,在该区进行了绒囊流体全井充满和绒囊流体活塞修井作业各3口井,作业时间分别为7 d、3 d,取得了较好的技术效果。该项技术为低压天然气井修井提供了一条新的途径。     

采用不同表面活性剂制备的绒囊流体性能特征*

为揭示不同结构表面活性剂制备的绒囊流体性能特征,分别采用十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和改性多糖制备了系列绒囊流体,研究了所得绒囊流体的流变性能,考察了温度、NaCl和盐酸对绒囊流体流变性能的影响。结果表明,采用不同表面活性剂制备的绒囊流体流变性能有较大差异。用SDS制备的绒囊流体表观黏度最大,CTAB的次之,再次的是SDBS,OP-10制备的绒囊流体表观黏度最低。绒囊流体的黏度与温度呈现独特的变化关系:在温度较低时,黏度随温度的升高而降低;当温度达到约80℃时,黏度随温度升高而降低的趋势变缓;当温度升至约100℃时,黏度不再随温度升高发生明显变化。当温度高于120℃时,SDS、OP-10和CTAB制备的绒囊流体的黏度值相当,SDBS的黏度最小。绒囊流体在140℃高温下的黏度稳定性按所用表面活性剂排序如下:OP-10CTABSDSSDBS。以SDS、SDBS、OP-10和CTAB制备的绒囊流体加入2%NaCl后的表观黏度变化率均小于10%,具有良好的耐盐性能。绒囊流体的耐酸性按所用表面活性剂排序如下:CTABOP-10SDS、SDBS。制备耐酸性绒囊流体应选用阳离子表面活性剂,采用阴离子表面活性剂SDS、SDBS不能制备出耐酸性能良好的绒囊流体。图1表9参13     

轮古15井区含水稠油流变性实验研究

轮古15井区已进入中高含水期,含水稠油的流变性将对降黏举升工艺产生重大影响。通过室内实验,测定了含水稠油在不同温度及剪切速率条件下的剪切应力及黏度,研究了含水率、温度、剪切速率等因素对稠油流变性的影响。研究结果表明,稠油黏度随含水率增大而明显减小,但在高含水率情况下仍需要降黏才能开采;不同含水稠油的流变特性均可用幂律模型加以描述,因此可以用幂律模型对不同产量的稠油井进行不同含水率情况下的黏度计算及预测。     

工业用弱碱三元化学剂及复合体系流变特性

针对矿场实际需求,利用室内仪器检测方法,对室内配制的弱碱三元化学剂和复合体系的流变特性及其影响因素进行研究。结果表明:超高分子量抗盐聚合物溶液的流变特征属幂律流体,表黏度随温度的升高而降低;表面活性剂属假塑性流体,在中等剪切率范围,曲线符合幂律流体流变方程;Na2CO3溶液属牛顿流体,黏度随浓度的增大而增加,且随温度的上升而下降;弱碱三元复合体系符合假塑性流体的幂律特征,黏度随剪切速率的增大及温度的升高而降低。     

现场废弃油基钻井液的优化研究

针对新疆油田完钻废弃的油基钻井液进行了室内优化研究,将密度为1.23g/cm3的钻井液优化成密度为2.3g/cm3的钻井液.通过进行配方优化实验发现:随着白油比例的增大,流动性有所好转;添加辅助乳化剂之后,黏度明显增大,流变性变差;稀释剂与优化体系不配伍,破坏体系的沉降稳定性;最终优选出最佳优化配方为:33％井浆+67％白油+5％主乳化剂+4％润湿剂+3％MOTEX+0.5％流型调节剂+重晶石(密度为2.3g/cm3),该钻井液流变性良好,滤失量低,乳状液稳定,具有良好的抗钻屑和地层水污染能力,抗温达到200℃,能够满足高温高压井以及复杂井段的钻井技术要求.     

深水条件下气制油合成基钻井液流变性和流变模式研究

深水钻井条件下钻井液面临低温高压问题。通过室内实验研究了深水条件下气制油合成基钻井液的流变性和流变模式。实验结果表明:低温条件下,高剪切速率时剪切应力随着压力的升高而升高,低剪切速率时剪切应力受压力的影响不大;表观粘度、塑性粘度随着压力的升高而增大,随着温度的升高而减小;动切力受温度和压力的影响较小,有利于井下压力控制。流变曲线拟合结果表明,宾汉、卡森、赫谢尔-巴尔克莱(H-B)等3种流变模式均能较好地表征深水条件下气制油合成基钻井液的流变性,但卡森模式和H-B模式计算复杂,因此在精度要求范围内,建议采用宾汉模式进行水力学计算。     

水基钻井液低温流变特性研究

深水钻井是中国石油近期和未来发展的必然趋势。温度对钻井液流变性能影响显著,深水低温给钻井液流变性调控带来了巨大挑战。分析了国外深水低温对钻井液流变性影响规律研究现状,利用自行研制的深水低温钻井液基本性能测试模拟实验装置和FANNIX77流变仪,研究了温度和压力对不同水基钻井液体系黏度和动切力的影响。结果表明,温度对不同钻井液体系的黏度影响规律基本相同,即随温度降低黏度增大,从高温到室温钻井液黏度增加比较缓慢,而从室温开始随温度降低黏度迅速升高;温度对含固相钻井液和无固相钻井液体系动切力的影响规律不同,无固相钻井液体系的动切力随温度降低而降低,而含固相钻井液动切力则随温度降低而增加;压力对水基钻井液体系黏度、动切力影响不大。研究结果为我国深水钻井实践提供了室内研究基础。     

磨80-C1侧钻水平井绒囊钻井液实践

磨溪气田雷一段地层压力系数因开采多年降为0.8左右,修井漏失严重。针对磨80-C1侧钻水平井地层孔隙裂缝发育、地层压力系数低、钙侵、矿化度高,采用绒囊钻井液。现场应用表明,绒囊钻井液流变性能稳定,密度调节范围大,在0.70～1.20g/cm3之间,随钻封堵地层。现场利用现有设备加入专用处理剂即可配制完成绒囊钻井液且维护无需特殊处理,与原聚磺井浆混合后施工。钻进2564～2906m,钻井周期19d,增斜段机械钻速为1.95m/h,水平段机械钻速2.38m/h,全井无明显漏失。利用PPS28测压仪实测2500m井深处压力的当量钻井液密度1.05g/cm3。水平段钻进,密度1.05～1.07g/cm3,漏斗黏度48～55s,塑性黏度13～16mPa·s,动切力14～17Pa,API失水3.8～5mL,控制起下钻摩阻为40～100kN。     

钻井液马氏漏斗黏度与表观黏度的关系

马氏漏斗黏度和表观黏度在钻井流体性能表征上均有其重要作用,但对于它们的相互关系目前尚未有明确的结论.为此,基于漏斗黏度测定原理,探讨钻井流体在漏斗中流出的全过程,建立马氏漏斗黏度和表观黏度之间的关系式,采用室内配制钻井流体的测定结果,证实所建关系式的可靠性.结果表明,钻井流体的漏斗黏度反映了随漏斗剪切速率变化的表观黏度;当已知钻井流体的马氏漏斗黏度时,可用漏斗黏度与表观黏度的关系式估算其表观黏度,计算结果可靠,为钻井流体表观黏度和漏斗黏度的应用提供了方便.     

Z35 区块调整井可固化隔离液技术研究与应用

江苏油田Z35 区块存在调整井固井质量差、环空油气水窜现象,分析其原因是由于井壁虚泥饼及窝存的死泥浆造成了界面胶结质量较差。针对这一问题,室内研发了一种新型可固化隔离液体系,该体系主要由悬浮剂、固化剂、激活剂组成。实验结果表明:该体系90 ℃下沉降稳定性不大于0.01 g/cm3,根据现场情况配制了密度范围在1.40~1.80 g/cm3 的可固化隔离液体系,在50~90 ℃条件下具有稳定的流变性能;可固化隔离液中聚磺钻井液加量在0~75% 范围内均能实现固化,江南G 级水泥浆中掺入25% 的可固化隔离液在90 ℃条件下养护48 h,抗压强度高达16.69 MPa;与钻井液、水泥浆具有良好的相容性,与水泥浆不同比例混合后均能延长稠化时间,降低水泥浆的滤失量,对水泥浆初始稠度影响甚微;通过合理调整密度剂的加量, 可以配置密度范围在1.4~1.8 g/cm3 的可固化隔离液。江苏油田Z35-28 井?139.7 mm 油套固井的成功应用表明,该体系可以达到高效顶替、有效隔离、平衡固井的目的。     

高温高压耦合条件下油基钻井液的流变特性规律及其数学模型

为了探究高温、高压耦合条件下温度、压力对油基钻井液流变性能的影响规律,利用超高密度高温高压钻井液流变仪Fann iX77分别测试了各个高温、高压耦合条件下密度为1.4、1.8、2.2、2.4 g/cm3的抗高温油基钻井液体系的流变特性。结果显示,油基钻井液表观黏度和塑性黏度随温度的升高而逐渐降低,随压力的增大而逐渐增大;动切力随温度的升高表现出先增高后降低的趋势;当温度超过一定值时（160 ℃左右）,高温作用对各个高密度油基钻井液流变性的影响都将大大减弱。将所测得的各个高温、高压耦合节点条件下的流变参数进一步分析后得到油基钻井液的温度、压力二元数学模型,误差分析结果显示,该模型对各密度体系的实验测量数据均具有良好的拟合性,可决系数R均大于0.96,因此该数学模型能够较为精确地预测出各个温度、压力耦合条件下油基钻井液的流变性能。      

Y油田超厚沥青层安全钻进分强度控制技术

为解决Y油田超厚沥青层安全钻井技术难题,开展了沥青层分强度控制技术研究。通过高温高压砂床滤失试验、沥青乳化试验、堵漏试验和沥青硬化试验,优选了随钻堵漏浆配方、乳化剂最佳加量、化学堵漏浆配方、硬化剂。室内试验结果表明,随钻堵漏技术可以有效防止沥青侵入井筒;乳化剂RHJ-3加量达到沥青的20%时,能有效降低钻井液的黏度和切力,保持其性能稳定;优选的化学固结堵漏浆对渗透性地层具有良好的封堵效果;硬化剂YHJ-5可以将沥青的软化点提高75 ℃。随钻堵漏技术使F18井沥青层全烃值由87.98%降至23.40%,有效阻止了沥青侵入;乳化降黏技术使F02井沥青层钻井液漏斗黏度保持在62 s;化学堵漏技术使F19井地层承压能力提高0.2 g/cm3;沥青硬化技术在F17井应用后钻井液污染量降低19.5%;S03井采用"专封专打"井身结构和应用控压钻井技术安全钻穿了厚158.00 m的沥青层。超厚沥青层分强度处理技术能有效解决Y油田沥青层安全钻进的技术难题。      

抗高温环保型有机硅钻井液的研究

利用有机硅降滤失剂研制出了抗220℃高温的环保型有机硅钻井液,并对其流变性能、降滤失性能、抗盐抗钙污染能力、抑制性能、悬浮稳定性、生物毒性和生物降解性进行了评价;利用SEM观察了有机硅钻井液滤饼的形态。实验结果表明,密度为1.16,1.50,1.90 g/cm3的3种有机硅钻井液在150～220℃下老化16 h后均具有良好的流变性能、降滤失性能和抑制页岩水化膨胀的能力,有机硅钻井液经高温老化后形成的滤饼薄而致密;在220℃下老化16 h后的有机硅钻井液具有一定的抗盐抗钙污染能力,悬浮稳定性好,生物毒性达到了排放标准,且具有良好的生物降解性。     

油基钻井液高温高压流变参数预测模型

在高温高压深井中,钻井液流变性受温度和压力的影响较大。研究油基钻井液的高温高压流变特性,建立宾汉流体的流变参数预测模型,对于现场及时调整钻井液性能、精确计算环空压降、实现高温高压井当量循环密度的精确预测及合理控制井底压力具有重要意义。对具有典型配方的油基钻井液在高温高压下的流变特性进行了研究,通过对实验数据进行多元非线性回归分析,建立了预测高温高压条件下油基钻井液表观黏度、塑性黏度和动切力的数学模型。由模型得到的预测值与实测值具有较好的吻合性,相关系数均在0.98以上。该模型可用于深部井段流变参数的预测和现场水力参数的精确计算。     

塔里木油田跃满西区块高温恒流变钻井液研究与现场试验

塔里木油田跃满西区块深部地层钻井液安全密度窗口窄,易出现井漏、井塌、卡钻和盐水侵等井下复杂情况,目前所用钻井液存在高温增稠、抗CO₃2–/HCO₃–和劣质土污染能力差等问题。为解决这些问题,研究了以抗高温聚合物降滤失剂APS220和新型高温稳定剂HTS220为主剂的高温恒流变钻井液,在试验分析主要试剂性能的基础上确定了基本配方。通过室内试验,评价了该钻井液的高温恒流变性、抗CO₃2–/HCO₃–污染性能和抗钠膨润土污染性能,试验发现,其100与180 ℃时的塑性黏度比值为1.3,动切力比值为1.5,初切力比值为1.7,终切力比值为1.2,随温度升高各流变参数的变化幅度明显低于常用钻井液,可抗2.0%的CO₃2–/HCO₃–复合污染、10.0%的钠膨润土污染。高温恒流变钻井液在跃满西区块2口井现场试验中,流变性能稳定,钻后井眼畅通,减少了井下复杂情况,取得了显著效果。      

树胶的交联改性及其作为钻井液处理剂的研究

为有效提高树胶水溶胶液的黏度和水溶性,以SP树胶为原料,通过环氧氯丙烷交联改性,制备了交联改性的SP-1树胶。DSC曲线表明,SP的相变温度为159 ℃,SP-1的相变温度为156.17 ℃,吸收峰向低温方向移动,证明SP与环氧氯丙烷发生交联反应,羟基有所减少。通过正交实验,利用极差分析方法,优化出适宜的交联改性反应条件:反应pH值为10、环氧氯丙烷的用量为56.40 g/100 g、反应温度为50 ℃。与SP树胶相比,交联改性树胶SP-1具有良好的水溶性,增黏率为116.7%,降滤失率为30%;相比于基浆,SP-1的增黏率为160%,降滤失率为53.2%。经SP-1处理的水基钻井液在30~120 ℃范围内流变性能稳定,API滤失量保持15 mL以下。泥球实验表明,泥球在SP-1水溶胶液中能够长时间稳定存在。     

考虑壁面滑移效应的高密度油基钻井液流变性研究

壁面滑移效应会严重影响高密度油基钻井液流变性测量的准确性,需要对其进行检测和校正。基于Tikhonov正则化方法,建立了高密度油基钻井液流变性测量过程中的壁面滑移效应校正方法;利用六速旋转黏度计,进行了考虑滑移效应的深层页岩气井现场高密度油基钻井液流变性测量试验,分析了高密度油基钻井液壁面滑移特性,优选流变模型并计算了流变参数。计算结果表明,与校正前的流变参数相比,滑移校正后的深层页岩气井现场高密度油基钻井液的动切力更小,而流性指数更大且接近于1.00,其真实流变性可用宾汉模型表达;壁面剪切应力大于临界剪切应力时,滑移速度随壁面剪切应力增大而呈指数增大。研究结果表明,测量高密度油基钻井液流变性时会产生滑移效应,滑移校正前后的流变模式与流变参数存在明显差异,因此应消除滑移效应的影响。      

High temperature and high pressure rheological properties of high-density water-based drilling fluids for deep wells

To maintain tight control over rheological properties of high-density water-based drilling fluids, it is essential to understand the factors influencing the rheology of water-based drilling fluids. This paper examines temperature effects on the rheological properties of two types of high-density water-based drilling fluids (fresh water-based and brine-based) under high temperature and high pressure (HTHP) with a Fann 50SL rheometer. On the basis of the water-based drilling fluid systems formulated in laboratory, this paper mainly describes the influences of different types and concentration of clay, the content of a colloid stabilizer named GHJ-1 and fluid density on the rheological parameters such as viscosity and shear stress. In addition, the effects of aging temperature and aging time of the drilling fluid on these parameters were also examined. Clay content and proportions for different densities of brine-based fluids were recommended to effectively regulate the rheological properties. Four rheological models, the Bingham, power law, Casson and H-B models, were employed to fit the rheological parameters. It turns out that the H-B model was the best one to describe the rheological properties of the high-density drilling fluid under HTHP conditions and power law model produced the worst fit. In addition, a new mathematical model that describes the apparent viscosity as a function of temperature and pressure was established and has been applied on site.     

超高温高密度钻井液体系的研究与应用

针对大多数采用重晶石加重的高密度钻井液在高温下存在的流变性能调控难、高温高压滤失量大、重晶石沉降等技术难题,从抗温、降滤失、控制黏度和切力、提高沉降稳定性能等方面提出了钻井液体系的设计思路,通过研发超高温封堵降滤失剂SMPFL-UP、超高温高密度分散剂SMS-H等核心处理剂,优选抗高温封堵防塌剂SMNA-1、高温稳定剂GWW、高效润滑剂SMJH-1等关键配套处理剂,经过配方优化及评价,研发出了一套超高温高密度钻井液体系（SMUTHD）,抗温达220℃。SMUTHD密度不超过2.40 g/cm3时,经220℃老化后流变性能稳定,高温高压滤失量小于12 mL,极压润滑系数为0.178,在220℃下静置7 d沉降系数（SF）小于0.54,表现出良好流变性能、滤失性能和高温沉降稳定性能。SMUTHD在顺南蓬1井五开进行了成功应用,累计进尺581 m,井底温度为207.4℃,实钻钻井液密度为1.75～1.80 g/cm3,不同施工阶段井浆的SF均小于0.52,施工期间钻井液性能稳定,井下安全,取心顺利。SMUTHD的成功研发及现场应用,有力保障了深部油气层的勘探发现、增储建产和低成本高效开发,提高了我国超高温高密度钻井液技术的自主化水平。