超支化聚乙烯亚胺作为高效水基钻井液页岩抑制剂的研究

为解决钻井过程中的泥页岩井壁失稳问题,选取了重均分子量为6×104g/mol的超支化聚乙烯亚胺(HPEI)作为水基钻井液页岩抑制剂,通过膨润土造浆实验、线性膨胀实验和泥页岩热滚回收实验对其泥页岩抑制性能进行了评价,通过红外光谱表征、X-射线衍射实验以及热重分析对其抑制机理进行了分析。结果表明,HPEI对膨润土水化膨胀有良好的抑制作用,20%膨润土在1.5%HPEI溶液中造浆后的动切力仅为0.5 Pa,膨润土在3%HPEI溶液的膨胀高度较蒸馏水中减少了67%;溶液的pH值越低,HPEI的质子化程度越高,对膨润土水化分散的抑制性能越好。HPEI抑制黏土水化膨胀的机理为:HPEI分子进入黏土层间,通过静电引力和氢键的共同作用减弱黏土水化分散,其疏水结构阻止水分子进入黏土层间,抑制膨润土晶层膨胀。     

有机胺抑制剂WAN-1室内评价及应用

通过黏土造浆、页岩分散回收率、岩心浸泡和蒙脱土黏土颗粒Zeta实验,对有机胺WAN-1的抑制性进行了评价,结果表明有机胺抑制剂WAN-1能有效抑制泥页岩的水化膨胀,保证井壁稳定。有机胺强抑制封堵防塌钻井液体系在盐227区块,解决了长水平段泥页岩水化失稳导致井塌的难题,施工中井壁稳定,井下安全,井身质量良好,机械钻速明显提高,达到了优快钻井的目的。     

页岩气藏地层井壁水化失稳机理与抑制方法

页岩气井水平井段井壁失稳是目前中国页岩气资源勘探开发的关键技术难题。通过云南昭通108区块龙马溪组页岩的X-射线衍射分析、扫描电镜（SEM）观察、力学特性分析、润湿性、膨胀率及回收率等实验,研究了其矿物组成、微观组构特征、表面性能、膨胀和分散特性,揭示了云南昭通108区块龙马溪组页岩地层井壁水化失稳机理。该地层黏土矿物以伊利石为主要组分,不含蒙脱石及伊蒙混层,表面水化是引起页岩地层井壁失稳的主要原因。基于热力学第二定律,利用降低页岩表面自由能以抑制页岩表面水化的原理,建立了通过多碳醇吸附作用改变页岩润湿性,有效降低其表面自由能、抑制表面水化,进而显著抑制页岩水化膨胀和分散的稳定井壁方法。      

钻井液活度对川滇页岩气地层水化膨胀与分散的影响

降低水基钻井液活度是解决钻井过程中泥页岩井段井壁失稳的重要技术手段,川滇地区页岩气地层泥质含量高、水敏性强,层理与微裂缝发育,井壁易失稳。以氯化钙等无机盐、甲酸钾等有机盐及丙三醇等有机化合物作为活度调节剂,通过线性膨胀实验、热滚回收实验研究了钻井液活度对宜宾龙马溪组、宜宾五峰组等页岩水化膨胀与分散的影响。结果发现,钻井液活度对页岩水化膨胀和水化分散影响小,泥页岩渗透水化不是上述地区页岩地层井壁失稳的主要原因。解决其井壁失稳问题,应从表面水化、毛管压力及微裂缝等其他机理入手。      

大港油田埕海二区钻井液技术研究

针对大港油田埕海二区沙一段大位移钻进过程中常出现的倒划眼、卡钻和井塌等复杂钻井问题,对该地层进行了黏土矿物分析和泥页岩理化性能实验,得出该井段中硬泥页岩地层微裂缝发育和易发生水化膨胀是导致井壁失稳问题的主要原因。根据井壁失稳机理,研制出一套高性能水基钻井液。评价实验结果表明,该体系抑制性强,能抑制岩屑分散及中硬泥页岩的水化膨胀,并能显著降低由钻井液侵入导致的对泥页岩强度的影响;具有较强的抗温(120℃)和抗污染能力。该体系总体性能与目前现场使用的国外一种高性能钻井液体系性能相当,能满足大位移钻井的需要。     

环保钻井液Bio-Pro体系在乍得的成功应用

乍得H区块Bongor盆地在钻井过程中极易引起水化、膨胀、垮塌、缩径等井下复杂情况.研究开发了一种以有机硅稳定剂和聚合醇为主处理剂的新型环保钻井液Bio-Pro.现场应用表明,环保钻井液Bio-Pro性能稳定,具有良好的抑制泥页岩水化膨胀能力,能有效地封堵岩层孔隙和微裂缝,阻止钻井液滤液进一步侵入地层,维持井壁稳定,保证井下安全,满足了环保要求,有效地解决了乍得Bongor盆地泥页岩剥蚀掉块、缩径和坍塌等井下复杂情况.     

基于仿生技术的泥页岩井壁稳定处理液研究

为解决气体钻井钻遇地层出水引发的泥页岩井壁失稳问题,根据植物叶面的"荷叶效应",优选了仿生处理剂,研制了泥页岩仿生处理液,并进行了室内性能评价试验。试验结果表明,该仿生处理液能有效降低泥页岩表面的表面能,形成类似于荷叶或芋叶表面的微米—纳米突起结构,实现泥页岩表面从亲水向疏水转变（清水接触角大于120°）,从而达到阻止泥页岩自吸水的作用,提高泥页岩在水溶液中的强度,维持泥页岩井壁稳定;同时,该仿生处理液形成的疏水表面具有一定耐磨性和热稳定性,不受地层水矿化度的影响,适用于中性或碱性条件,但地层温度不宜高于80 ℃。研究表明,利用仿生学原理,通过控制泥页岩的自吸水作用避免泥页岩黏土水化,可作为一种解决气体钻井地层出水导致井壁失稳问题的有效途径。      

一种适合页岩气水平井的水基钻井液

由于泥页岩地层特性以及页岩气钻井工艺技术特点,目前页岩气井多采用成本较高、易污染环境的油基钻井液。优选一种基于纳米材料的水基钻井液体系,该钻井液利用纳米二氧化硅封堵泥页岩微小孔隙,采用磺化沥青Soltex作页岩井壁稳定剂。对该体系的高温高压滤失性能、高温高压流变性、膨胀性、滚动回收率、润滑性、泥饼摩阻系数以及表面张力等参数进行了测试。结果表明,该钻井液对泥页岩有较强的抑制性,抑制效果好于具有强抑制性的聚合醇体系,可防止泥页岩水化膨胀分散,保证井壁稳定;具有很好的润滑性,润滑系数为0.21,泥饼摩阻系数为0.049 7;在120℃下滤失量较低,流变模式较符合赫-巴模式;纳米二氧化硅/纳米碳酸钙近似球型结构,以及与Soltex的协同作用,使钻井液具有低表面张力,可削弱水锁损害。该水基钻井液体系适用于泥页岩地层钻进。     

YPM—01型页岩膨胀模拟试验装置介绍

YPM-01型页岩膨胀模拟试验装置,是华北石油管理局钻井工艺研究所开发研制的一种新型测试仪器,为中国石油天然气总公司计划科研项目。该仪器可以在模拟井下地层的温度压力状态下,检测泥页岩样品的水化膨胀规律,评价有关处理剂抑制性能,优选适合于钻井现场的处理荊种类或配比。这对于解决钻井现场     

新型聚胺页岩抑制剂性能评价

针对钻井工程中泥页岩井壁易失稳的问题,近年来开发并应用的聚胺强抑制水基钻井液,被认为是最接近油基钻井液性能的新型水基钻井液。其中,聚胺页岩水化抑制剂作为该钻井液的关键处理剂,具有独特的分子结构和优异的抑制性能。通过抑制膨润土造浆试验、三次页岩滚动分散试验、X射线衍射分析黏土层间距和Zeta电位测试等试验,对比评价了聚胺与传统阳离子钻井液抑制剂小阳离子的抑制性。同时,考察了聚胺、小阳离子与膨润土及常用钻井液处理剂的配伍性。结果表明,与小阳离子相比,聚胺更能有效抑制黏土水化膨胀和抑制泥页岩水化分散,并具有长期稳定作用。聚胺与膨润土及各种钻井液处理剂配伍性良好,克服了阳离子钻井液配伍性差的问题。      

MEG钻井液页岩抑制性研究

在钻井过程中,由于钻井液滤液的侵入,地层中的粘土矿物发生水化膨胀和水化分散作用,削弱了岩石的力学强度,致使井壁发生失稳。MEG钻井液是一种具有成膜作用的水基钻井液,对页岩具有较好的抑制作用。文中简单阐述了MEG钻井液页岩抑制性机理,分析研究了影响MEG钻井液页岩抑制性的因素,实验验证MEG钻井液的成膜作用。MEG钻井液主要是通过半透膜效应、封堵作用、渗透作用及去水化作用抑制页岩的水化分散和膨胀,当 钻井液中MEG浓度足够大时,MEG分子吸附在井壁岩石或钻屑表面上形成一层憎水膜,阻止钻井液滤液向地层或钻屑中渗透。研究表明,MEG浓度大于30％时,其抑制页岩的能力优于浓度为3％的KCl溶液;钻井液中MEG的加 量是影响钻井液抑制性的主要因素,并且钻井液中加入无机盐后,无机盐与MEG协同作用使MEG钻井液的页岩抑制能力提高;钻井液中MEG浓度越高,膜效率越好,MEG浓度大于50％时,页岩内水份渗出。

     

聚胺与甲酸盐抑制性对比实验研究

为了满足"优质、环保、安全、快速"的现代钻井工程需要,近年来开发了聚胺高性能水基钻井液,其性能被认为最接近油基钻井液。聚胺页岩水化抑制剂作为该体系的关键处理剂,以其独特的分子结构和优异的抑制性能,逐步引起人们的重视。文中通过抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验和粒度分布测试,对比评价了聚胺和甲酸盐的抑制性;通过X射线衍射分析层间距、Zeta电位测试、表面张力测试、改性膨润土吸水实验及活度测试等,分析研究了聚胺和甲酸盐的作用机理。结果表明,与甲酸盐相比,聚胺在低浓度时即能最大限度降低黏土水化层间距,使黏土去水化;同时聚胺吸附在黏土表面后,能增强黏土的疏水性;甲酸盐主要通过降低溶液活度实现抑制作用。     

快钻剂KZ-1在钻井液中应用的实验室评价

对自行研制的新型快钻剂KZ-1进行了实验室评价.KZ-1具有较低的表面张力和润湿接触角,当加量在其临界胶束浓度0.53%附近,KZ-1可以将固体表面由弱亲水、亲水反转为强亲水状态,其较好的润湿性可有效减小钻具的摩擦.快钻剂KZ-1在钻井液中应用性能表明,KZ-1具有较好的耐温性,对泥页岩地层中粘土有很好的抑制水化、分散及膨胀的作用.快钻剂KZ-1通过改变井底岩石表面亲水性、增加滤失量,而有效减小水力压力造成的压持效应,达到进一步提高钻速的目的.     

新型超高温页岩抑制剂特性实验研究

为满足超高温深井钻井工程的需要,提升抗高温水基钻井液的抑制页岩水化能力,研选了一种新型超高温页岩抑制剂HT-HIB该抑制剂分子结构与聚醚二胺类似,端部含有2个胺基,但分子链为刚性的环烷基。通过抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验、页岩膨胀实验、压力传递测试、X射线衍射分析黏土层间距、Zeta电位测试和热重分析等,综合评价了该页岩抑制剂的抑制性能,并揭示其作用机理。结果表明,HT-HIB能抑制泥页岩水化膨胀和分散,并可在一定程度上阻止压力传递,作用优于目前高性能水基钻井液中使用的聚胺抑制剂;同时HT-HIB可在220℃下保持性能稳定。HT-HIB通过端部的胺基单层吸附插入黏土层中,破坏黏土表面水化层结构并排出层间水分子;黏土表面吸附HT-HIB后亲水性显著降低,从而阻止了水分子的吸附;此外,HT-HIB的溶解度随pH值变化,可使HT-HIB从溶液中析出并堵塞页岩微孔隙,也有利于阻止液相侵入。总之,HT-HIB借助化学抑制、润湿反转以及物理封堵协同作用,因而表现出突出的抑制性能,为开发新一代抗高温高性能水基钻井液打下了基础。      

水化作用和润湿性对页岩地层裂纹扩展的影响

页岩地层裂纹扩展对页岩气井井壁稳定有重要影响,而钻井液与页岩间相互作用(毛细管效应和水化作用)将对页岩地层裂纹扩展产生影响。选择四川盆地龙马溪组露头及井下岩心开展室内实验研究页岩润湿性和水化作用,基于断裂力学理论,考虑水化作用和润湿性(毛细管效应),建立页岩裂纹裂缝扩展模型,分析了水化作用和润湿性对页岩裂纹扩展的影响。研究结果表明,龙马溪组页岩表面既亲油又亲水,且页岩表面更倾向于油湿;页岩浸泡在水中,水化应力随着时间增加而先上升后趋于稳定,而先浸泡在白油中、后浸泡在水中或浸泡在10%KCl溶液中测试膨胀应力,水化应力上升速度减慢;页岩浸泡在水中,岩样表面形成的裂缝主要平行于层理面,随着时间增加,岩样保持完整或剥落成碎块,而页岩浸泡在10%KCl中,岩样表面形成裂缝数量少且破裂程度轻;水化作用和润湿性对应力强度因子增量影响较大及对页岩裂纹扩展有重要影响,钻井液体系应减小钻井液滤失量及钻井液界面张力、增加黏土矿物水化抑制剂和增大钻井液与页岩表面接触角,减小自吸作用,抑制水化作用。油基钻井液与页岩表面接触角小,但其界面张力小,造成毛细管力小,因此页岩地层钻井中,采用油基钻井液能在一定程度上抑制裂纹扩展,使井壁不易失稳。     

一种页岩气疏水强封堵水基钻井液

四川龙马溪组页岩地层水敏性强、微裂缝及裂缝发育,钻井过程中井壁坍塌事故频发,严重制约了页岩气的高效开发。为解决上述难题,引入了一种既能抑制页岩水化膨胀与分散,又能封堵孔隙、微裂缝及裂缝,同时使页岩表面疏水的改性二氧化硅封堵剂。并以该封堵剂为核心,优选降滤失剂、润滑剂等,研制了一种疏水强封堵水基钻井液。该钻井液既具有良好的流变性、降滤失性,又具有优异的抑制、封堵、疏水和抗污染能力。该钻井液的页岩回收率达90.2%,对40～60目砂床渗入深度仅为1.5 cm,密度为2.2 g/cm3时高温高压滤失量为7.2 mL。      

强抑制钻井液体系研究及现场应用

水平井裸眼完井方式是降低开发成本的有效途径。为满足裸眼完井对井壁稳定的更高要求,通过水化机理分析研选出能够在岩心表面形成疏水膜、改变储层润湿性的抑制剂,对其改变润湿性能、相对抑制率、岩屑滚动回收率等进行了评价,并对钻井液性能进行了优化。实验结果表明:该抑制剂能有效抑制黏土表面水化,与钻井液配伍性好,优化后的钻井液岩屑滚动回收率从73.2%提升至92.42%。现场应用后钻井液抑制能力明显提高,抗污染能力强,有利于井壁稳定和机械钻速的提高。      

影响砂泥岩在清水中分散性能因素的探讨

通过对各油气田所钻遇砂岩、泥岩的实测数据综合分析可知:地层岩石的成岩作用是影响砂、泥岩分散性能的主要因素;岩石的分散作用起源于粘土矿物的水化膨胀,但砂岩、泥岩分散性能强弱与蒙皂石或伊蒙无序间层含量之间没有必然的联系:泥岩中非粘土矿物组分和含量、泥岩中非晶态粘土矿物、泥页岩的定向度均对岩石的分散性产生影响.     

适用于辽河致密油地层的高性能钻井液技术

根据辽河油田沈北区块致密油储层的特点,对该区块沙河街组四段灰色硬脆性泥页岩易水化膨胀、垮塌掉块等问题进行了研究。通过对致密油页岩进行黏土矿物分析、纳米CT扫描成像和SEM电镜扫描实验,确定了油页岩的黏土矿物含量、平均孔隙半径和微裂缝的发育情况。根据致密油页岩地层的特点,针对性地进行了纳米级封堵剂的复配实验,在此基础上构建了一套强封堵、强抑制和弱冲刷的高性能钻井液体系,该钻井液在泥页岩岩屑中的一次回收率为93%以上,三次回收率接近80%,渗透率降低超过50%。现场应用2口井,成功解决了油页岩地层水化坍塌、井壁失稳导致的划眼、卡钻等技术难题。2口井应用结果表明,“高黏度”和“高切力”高性能钻井液体系使用后,易垮塌地层未出现井壁坍塌,恶性事故得到了有效控制,事故复杂率下降17%,完井周期减少150 d,提速效果明显。