井下复杂情况原因分析及钻井液对策研究

针对吉林油田伊通、长岭地区钻遇软泥岩和硬脆性泥页岩井下复杂情况频发的问题,通过室内试验优选出针对泥页岩水化膨胀的铝胺水基防塌钻井液,能较好的解决吉林油田相关区块软泥岩地层和硬脆性泥岩地层钻井过程中划眼、卡钻等问题。     

塘29-26c区块非常规油气藏钻井液技术

塘29-26c区块主要目的层为一套泥岩和泥质白云岩互层的自生自储的非常规油藏,该油藏被多条断层切割,形成多个单斜断块,硬脆性泥岩、白云岩地层由于由于应力集中极易坍塌,邻井在施工过程中发生多次井漏、划眼、井喷及卡钻等事故复杂.在该区块新部署的3口评价井储层井段应用了BH-KSM钻井液体系,利用聚胺抑制剂、KCl和抗盐包被抑制剂的协同作用增强钻井液抑制性,使用抑制防塌剂BZ-YFT配合细目钙和抗盐降滤失剂BZ-JLS-I改善泥饼质量并控制好滤失量,使用低渗透封堵剂BZ-DFT配合不同粒级的刚性封堵颗粒QS-2,提高钻井液的高温封堵能力.应用结果表明,BH-KSM钻井液解决了硬脆性泥岩、白云岩地层的坍塌问题,顺利实现了对该区块非常规油藏的勘探开发.     

塔河南岸跃满区块三叠系防塌钻井液研究与应用

针对塔河南岸跃满区块三叠系井段井壁垮塌严重的问题,对井壁失稳机理及防塌钻井液体系研究。三叠系地层岩性为泥岩和砂泥岩,黏土矿物含量为28.6%,黏土矿物中伊蒙混层含量45%,岩石吸水后抗压强度下降,现场钻井液密度低于井壁坍塌压力当量密度,这些是井壁坍塌的主要内因。现场钻井液滤失量大、泥饼厚而韧性差,岩屑滚动回收率和线性防膨率低,封堵性差,固相颗粒粒径分布不合理,这些是井壁坍塌的主要外因。通过优选降滤失剂、复合防塌抑制剂,引入防塌封堵剂FTDA等研究出防塌钻井液体系。该体系API滤失量和高温高压滤失量低,泥饼薄而且韧性好;岩屑滚动回收率比现用体系提高15.7%,对砂盘的封堵性提高50%以上。现场应用时钻井液流变性稳定,滤失量低,无卡钻、无掉块现象,平均井径扩大率为10.35%,比该区块平均井径扩大率下降50.24%。该体系的应用为跃满区块三叠系井壁稳定提供一种新的技术思路。      

铝胺钻井液在巴喀致密砂岩气藏钻井中的应用

铝胺钻井液近年来成功解决了国内很多易坍塌井的安全钻井难题。针对巴喀区块易坍塌井,对胺基抑制剂和封堵防塌剂进行评价,优选出铝胺钻井液配方,增强了钻井液抑制性和封堵防塌性能。在巴喀区块两口致密砂岩气井进行了铝胺钻井液试验,其中,柯21-平1井顺利钻穿136 m煤层和49 m碳质泥岩,并在煤下地层定向钻进420 m至中完井深;柯33P井定向段安全钻穿69 m煤层,钻进过程顺利,未发生钻井复杂情况,两口井的成功试验为该区块安全钻井提供了技术借鉴。     

强抑制性聚合醇防塌钻井液在大安地区的应用

吉林油田大安地区大208区块青山口组地层为大段硬脆性泥页岩,矿物组分以伊利石为主,存在异常高压,钻井过程中极易发生剥落掉块和井壁坍塌,导致划眼和起钻遇卡等复杂情况.优选出了以强抑制性聚合醇PLG为主要防塌剂并配合使用PA-1防塌降滤失剂的强抑制性聚合醇防塌钻井液体系.在大19-2井和大1-4井的现场试验表明,强抑制性聚合醇与其它处理剂配伍性好,该体系性能稳定,具有良好的抑制性和流变性,现场维护处理简单.该体系的6口推广应用井钻井、完井周期明显缩短,起下钻均很顺利,完钻测井一次成功,未出现起钻遇卡和下钻划眼等复杂情况,有效地解决了该区块井壁稳定问题,提高了钻井速度.     

长北气田CB21-2井长水平段煤层防塌钻井液技术实践与认识

CB21-2井是一口壳牌中国勘探与生产有限公司长北气田二期开发井,地处工区边缘,储层地质复杂,特别是下二叠统山西组煤层易碎、易塌,水平井段更为突出。为此,基于长北气田和苏里格气田普遍应用的低伤害钻井液体系,重点考虑泥岩、碳质泥岩、煤层交替出现的水平井段安全钻井的需要,研制了适合该区块的有机盐加重钻井液体系（0.2%～0.3%提切剂+0.1%～0.2%提黏剂+0.3%～0.5%降失水剂+0.1%～0.2%抗盐降失水剂+0.5%～1.0%G301-SJS+18%～20%有机盐+4%～5%无机盐+高效润滑剂+防腐剂+除氧剂+缓蚀剂+石灰石）,CB21-2井第2条分支钻穿多套煤层,没再出现卡钻等井下复杂情况,平均井径扩大率只有1.0%。由此总结出该区山西组长水平段煤层防塌技术对策：①钻井液密度提高至1.22 g/cm³,平衡地层坍塌压力;②提高钻井液抑制性,防止地层水化膨胀;③强化钻井液体系封堵能力,封堵煤层裂缝,降低钻井液滤失量;④控制钻井液流变性,保持井眼清洁和润滑性。     

BZ13-1油田防塌钻井液的研制及应用

分析了BZ13-1油田易坍塌地层井壁失稳的原因,研制了适合该油田东营组和沙河街组泥页岩地层的具有强抑制性、强封堵能力的防塌钻井液。实验评价表明,所研制的防塌钻井液具有良好的抑制性能、润滑性能和滤失性能,油气层保护效果良好。新研制的防塌钻井液在BZ13-1油田和其它地层岩性类似油田钻井作业中取得了良好的应用效果。     

巴喀地区防塌钻井液技术的研究与试验

通过开展X-射线衍射分析以及滚动回收率和膨胀率实验,分析了巴喀地区地层黏土矿物理化性能变化规律。针对巴喀地层岩性特点和钻井液使用技术难点,结合现用的几种钻井液体系(分别为聚磺钻井液、聚醚多元醇钻井液和胺基聚醇钻井液),主要开展了常规性能、抑制性能和封堵防塌能力的评价,并采用最佳配方钻井液在柯21-平1井进行了现场试验。实验结果表明,煤层黏土矿物含量较高,且以伊/蒙混层为主,要求钻井液在煤层井段应具备强抑制性,下部应具备封堵防塌能力。优选出抑制性和封堵防塌能力均最好的胺基聚醇钻井液体系配方为(4%~5%)膨润土+0.5%胺基聚醇AP-1+0.5%铝基聚合物防塌剂DLP-1+(0.8%~1%)水解聚丙烯腈钠盐NaHPAN+0.5%NaOH+(0.3%~0.5%)羧甲基纤维素CMC+(3%~4%)阳离子乳化沥青+3%磺甲基酚醛树脂SMP-1+(3%~5%)磺甲基酚醛树脂SMP-2+3%褐煤树脂SPNH+2%无侵入保护剂BST-2+3%磺化单宁SMT+(2%-4%)磺化腐殖酸铬PSC,其API滤失量4.2mL,高温高压滤失量为12mL,能有效抑制泥岩水化膨胀,具有良好的封堵防塌能力。柯21-平1井的现场试验结果表明,煤层段钻井过程中未发生井下复杂事故,成功钻穿多套煤层及含煤地层,同时,还确保了定向钻井时的井壁稳定,使钻井周期明显缩短,且钻井液性能易于维护,操作简单,满足了煤层井段安全钻井的要求。图2表6参3     

大安地区井壁稳定机理与硅醇成膜防塌钻井液技术

吉林油田大安地区大208区块青山口组地层为大段硬脆性泥页岩,矿物组分以伊利石和伊/蒙间层矿物为主,钻井过程中极易产生剥落掉块和井壁坍塌,导致划眼和起钻遇卡等复杂情况.以往在该区块施工主要采用硅铵聚合物钻井液,钻至青山口组掉块严重,完钻起钻遇卡,下钻遇阻划眼,测井一次成功率很低,延误了钻井、完井周期,造成了一定的经济损失.为了有效解决这一困扰钻井生产的技术难题,首先针对该地层岩样进行了井壁失稳的机理研究,确定了相应的稳定井壁的钻井液防塌技术对策,并在室内实验基础上选用了强抑制性硅醇成膜防塌钻井液体系.现场试验表明,强抑制性硅醇成膜防塌剂与其他处理剂配伍性好,钻井液性能稳定,具有良好的抑制性和流变性,现场维护处理简单.该体系的推广应用,有效解决了该区块井壁稳定问题,提高了钻井速度,能够满足该地区的钻井施工.     

纳微米防塌钻井液技术的研究与应用

为了解决南堡深层泥页岩因纳微米级孔缝发育而易发生井壁失稳的问题,通过对纳微米级封堵材料的优选,确定了配方为3%膨润土浆+1.2%增黏剂DSP-2+6%降滤失剂SPNH+3%降滤失剂SMP-I+1%降黏剂SMT+0.5%聚胺抑制剂AI-1+0.8%热稳定剂Na_2SO_3+1%微米封堵剂FT3000+5%抑制剂KCl+2%防水锁剂HAR-D+2%纳米封堵剂HSM+3%亚微米固壁剂HGW的纳微米防塌钻井液体系,研究了该钻井液体系的滤失性、封堵性以及防塌抑制性等性能。结果表明,2%纳米级胶束封堵剂HSM与3%亚微米级固壁剂HGW复配使用可使基浆的膜效率从0.21提高到0.38,使纳微米级滤膜的滤失量降低35%以上,同时能降低PPT滤失量和初始滤失速率,大幅度减缓了对泥页岩的压力传递时间。该钻井液体系具有良好的降滤失性、封堵性和抑制性,在150℃下老化16 h后的API滤失量和HTHP滤失量分别为3.7 mL和11 mL,膨润土压片在该钻井液中的24 h线性膨胀率仅为13.29%,泥岩岩屑在该钻井液中150℃下热滚16 h后的回收率高达93.3%。该体系在南堡油田矿场试验中取得了显著效果,井眼质量得到有效改善,未发生垮塌、掉块等井壁失稳情况,机械钻速较邻井提高了35.29%,实现了深层泥页岩的井壁稳定与优快钻井的多重目的。     

塔河油田深侧钻井防塌钻井液技术

塔河油田深部巴楚组和桑塔木组地层为以伊/蒙混层或伊利石为主的硬脆性泥页岩地层,水化分散性较强且发育有微裂缝,钻井过程中易因泥页岩水化而导致井壁失稳,为此,提出了"抑制表面水化-物化封堵-有效应力支撑"三元协同防塌对策,并构建了三元协同防塌钻井液。室内性能评价试验结果表明:三元协同防塌钻井液抗温达170℃、抗盐5.0%、抗钙0.5%~1.0%、抗劣土8.0%,泥页岩膨胀率和滚动回收率分别为5.05%和91.33%,能封堵宽400 μm的裂缝,承压能力达到4 MPa。三元协同防塌钻井液在塔河油田20余口井进行了应用,均未发生由于井壁失稳造成的井下故障,桑巴楚组和桑塔木组地层的井径扩大率平均降低63.4百分点,建井周期平均缩短4.3 d。这表明,三元协同钻井液防塌技术可有效解决塔河油田深侧钻井巴楚组和桑塔木组地层的井壁失稳问题。      

南堡油田保持中深层泥页岩井壁稳定钻井液研究

在南堡油田中深层钻井过程中,东二、东三、沙一段泥页岩的剥落掉块经常造成井壁坍塌掉块、钻具阻卡、电测遇阻等井下复杂情况。分析了中深层泥页岩的理化特性,研究探讨了泥页岩的坍塌机理。在此基础上,提出了选用强封堵抑制型钻井液是有效抑制中深层泥页岩剥落掉块的根本措施。这一研究成果对于在南堡油田中深层开发工程中提高钻速、减少井下复杂情况发生具有重要意义。     

南海西江油田古近系泥页岩地层防塌钻井液技术

为了解决南海西江油田古近系泥页岩地层钻井过程中出现的井下掉块和阻卡等问题,进行了防塌钻井液技术研究。通过地层矿物组分、理化特性和力学参数分析,明确了古近系泥页岩地层井眼失稳机理;建立了维持井壁稳定的钻井液密度与岩石黏聚力关系图版,确定了保持井壁稳定的最低岩石黏聚力;为提高泥页岩经钻井液浸泡后的强度,优选了抑制剂和封堵剂并确定了其加量,得到了新防塌钻井液配方。研究发现,钻井液滤液进入地层引起泥页岩强度降低,是该油田古近系泥页岩地层井眼失稳的主要原因;在KCl–聚合物钻井液中加入2.0%聚铵盐、0.5%纳米二氧化硅和3.0%碳酸钙配成的新防塌钻井液,泥页岩岩样在其中浸泡10 d后黏聚力可达8.8 MPa,满足预计工期内岩石内聚力大于8.7 MPa的要求。研究认为,新防塌钻井液具有较好的抑制性、封堵性和良好的防塌效果,能有效减小井径扩大率,从而解决南海西江油田古近系泥页岩地层钻井中出现的井眼失稳问题。      

顺北蓬1井444.5 mm长裸眼井筒强化钻井液技术

针对顺北蓬1井二开444.5 mm长裸眼井段钻遇的三叠系泥岩地层易水化膨胀和井眼失稳,二叠系巨厚火成岩地层裂缝孔隙发育、易发生掉块垮塌和井漏等问题,研究了井筒强化钻井液技术。在分析三叠系地层井眼失稳机理及二叠系地层井漏原因的基础上,制定了防塌防漏技术对策,优选了抑制剂SMJA-1、防塌剂SMNA-1和封堵剂SMGF-1等关键处理剂,构建了强抑制强封堵钻井液体系。现场应用显示,二开钻进期间,钻井液性能稳定,泥岩钻屑棱角分明、完整度高;裸眼段井眼稳定,起下钻顺畅;钻井时间逾90 d,平均井径扩大率仅4.7%。应用效果表明,以强抑制强封堵钻井液及配套施工工艺为核心的井筒强化钻井液技术,能有效解决顺北蓬1井三叠系地层井眼失稳与二叠系地层井漏的问题,并可为后续顺北区块类似井的钻井提供借鉴。      

用于页岩气水平井的防塌水基钻井液体系的优选与评价——以长宁—威远国家级页岩气示范区为例

页岩气水平井钻进中常采用油基钻井液体系来解决页岩井壁失稳问题,但却面临废弃油基钻井液和油基后期岩屑处置的环保问题,因而迫切需要研制一种能防止页岩垮塌的水基钻井液来替代油基钻井液。为此,在分析四川盆地长宁—威远地区页岩矿物组分和微观结构的基础上,对构成防塌水基钻井液体系的关键处理剂,如封堵剂、抑制剂、润滑剂等进行了评价和优选,并确定了加量范围;然后通过室内配伍实验和复核,研制出防塌水基钻井液体系并对其性能进行了评价。结果表明,该钻井液的封堵性、抑制性、润滑性等性能均优于该区使用的聚磺钻井液、聚合物钻井液,接近或达到油基钻井液的水平。在长宁—威远国家级页岩气示范区进行的水平井钻进现场试验结果表明,该钻井液体系密度可达到2.31 g/cm~3,抗温能力达到130℃,在造斜段和水平段表现出良好的封堵能力和抑制能力,具有很好地防塌效果。该钻井液体系对实现该区页岩气的清洁生产与效益开发将发挥重要作用。     

ZH凹陷硬脆性裂缝油页岩地层坍塌压力研究

硬脆性裂缝油页岩地层钻进易发生井壁坍塌,严重制约页岩油气有效开发.考虑化学势差、水力压差和裂缝渗流对近井带地层压力的影响,建立页岩井周应力分布模型,基于页岩地层裂缝面产状,构建了任一裂缝面产状下剪应力与正应力计算模型,并以裂缝面上剪应力大于摩擦力为含裂缝面页岩地层的破坏准则,形成了含裂缝面页岩地层的流-固-化-热井壁稳...     

大庆油田致密油水平井强抑制防塌水基钻井液技术

针对大庆油田齐家区块致密油水平井钻井过程中存在的井塌、卡钻等问题,在聚磺水基钻井液体系基础上研制出强抑制防塌水基钻井液。室内研究表明,聚合醇和有机硅酸脂的协同抑制作用,可有效降低泥岩、泥页岩水敏性,采用铝基聚合物封堵地层微裂缝,可提高井壁稳定能力。该体系在齐家区块应用5口井,均未出现井壁坍塌和卡钻等事故,平均机械钻速14.5m/h,平均井径扩大率5%,水平段钻进摩阻30~60 k N,有效解决了大庆油田齐家区块致密油藏长水平段水平井钻井中存在的问题,为致密油储层的高效钻进提供了借鉴。     

顺北油气田碳酸盐岩破碎性地层防塌钻井液技术

为了解决顺北油气田奥陶系碳酸盐岩破碎性地层易发生井壁坍塌的问题,从地质构造特征、地层裂缝发育及充填程度和井壁岩块受力等方面分析了井壁坍塌的原因,发现造成井壁坍塌掉块的主要原因是强挤压段应力集中、地层微裂缝发育和定向井段受重力影响。虽然地层破碎、应力集中无法改变,但可以提高钻井液的封堵性能,通过有效充填、封堵微裂缝阻止压力传递,同时钻井液保持较高的密度支撑井壁,从而解决井壁坍塌问题。为此,综合考虑强化钻井液封堵能力、控制钻井液高温高压滤失量和优化钻井液动塑比等,优选了防塌钻井液配方,并保持较高的钻井液密度以支撑井壁,形成了防塌钻井液技术。该技术在顺北X井进行了现场试验,钻进中扭矩稳定,机械钻速较高,井径扩大率较小,防塌效果良好,可为其他油气田破碎性地层的高效、安全钻井提供借鉴。      

深层脆性页岩力学性能及井壁稳定性研究

四川盆地中部龙马溪组页岩地层硬度高、脆性强,钻井过程中井壁坍塌严重,阻卡频发。为解决钻井过程中井壁坍塌问题,测试了以四川盆地自201井为代表的深层页岩微细观组构、水理化性能及力学性能参数各向异性特征,并考虑井眼轨迹、层理缝产状、井筒-地层耦合渗流效应、层理缝力学弱面效应等因素,建立了深层脆性页岩水平井井壁稳定理论模型。实验结果表明:深层页岩脆性矿物含量高达70%,水化膨胀性极低,页岩基质力学强度高,但层理缝间强度低,页岩容易沿层理缝滑移崩落。模型计算结果表明:层理缝力学弱面效应影响明显,当井眼轨迹与层理缝面法向之间夹角满足一定角度,井壁倾向沿层理缝剪切滑移垮塌;井筒-地层间渗流效应不可忽略,压力穿透效应降低钻井液的有效径向支撑力,诱发层理缝起裂、延伸至崩落,合理的钻井液密度及有效封堵性可提高深层页岩水平井井壁稳定性。研究成果揭示了深层脆性页岩井壁坍塌作用机理,可为深层脆性页岩水平井关键工程参数设计提供理论依据。     

埕岛油田沙河街地层强抑制性海水钻井液技术

为了解决胜利浅海埕岛油田沙河街地层硬脆性泥岩易剥蚀掉块、垮塌等问题,对埕岛油田沙河街地层的井壁不稳定问题进行了分析,找出了该地层坍塌的主要原因是钻井液及滤液沿层理和微裂缝渗入地层内部,进而引起硬脆性泥页岩剥落坍塌所致。针对沙河街地层特点,研制了强抑制性海水钻井液,对该钻井液的防塌性能、封堵性能、抗污染性能、环保性能进行了室内评价试验和防塌机理分析,并在埕岛油田6口井上进行了现场应用,试验表明:强抑制性海水钻井液具有较好的抑制性能和流变性、较强的抗海水和劣质土污染能力,环境可接受性好,维护处理简单,有效解决了沙河街复杂地层钻进中出现的技术难题,避免了复杂情况的发生。