钻井液防塌封堵材料的性能研究

含微裂缝的硬脆性泥页岩地层发生井壁坍塌的主要诱因之一便是钻井液中的液相进入微裂缝,导致近井壁地带孔隙压力升高,地层强度降低之故,解决这类问题的最直接手段就是对微裂缝进行物理封堵。为防止井壁坍塌,研制了类似于沥青类的防塌封堵新材料SAL,并对其性能和封堵效果进行了分析。     

尼日尔Agadem区块Kaola-1D井井壁失稳分析

尼日尔Agadem区块,地质条件复杂,井壁失稳严重,易造成起下钻阻卡、沉砂卡钻、下套管下不到底等井下复杂情况。其中,Kaola-1D井井塌情况尤为严重,二开扩大井眼占该开次的90%,频繁引发井下复杂情况,严重影响井身及固井质量。本文通过分析该井的测井数据,通过岩石力学相关理论计算出三压力剖面,再结合井径数据、地层岩性、钻井液性能及该井井塌特点,分析了失稳原因,认为主要原因为:一、部分井段钻井液密度低于地层坍塌压力,造成应力垮塌;二、部分井段裂隙发育好,地层呈破碎性,钻井液体系封堵性不足,造成钻井液进入地层,引发岩石强度降低,坍塌压力升高,造成井壁失稳;三、水力参数设计偏低,造成岩屑在井筒堆积,在钻进过程中,产生较大的压力波动,从而诱发井塌。     

钻井液体系对泥岩地层井壁稳定性影响研究

井壁围岩失稳所造成的复杂情况在油气钻井过程中具有普遍性。因此,准确地评价钻井液对地层岩石的强度影响,可以为钻井施工提供可靠的依据。岩石浸入在钻井液后,水进入到微裂隙和孔隙中去,在外部应力场的作用下,以孔隙水压力的方式叠加到外部应力场上,对岩石产生力的作用,水对受力岩石产生力学效应,受岩石中含水量的制约。钻井液体系对泥岩岩石力学性质有显著影响,一般规律是随含水量增加,内摩擦角、抗压强度、内聚力减小。这些变化所造成的结果是泥岩井壁更加的不稳定,更容易发生破坏。2号钻井液体系具有较强抑制性,可以有效地控制泥页岩的吸水量与吸水进程,使井壁在较长一段时间内保持稳定。因此,选择强抑制性的优质钻井液体系进行钻井对油气的勘探开发意义重大。     

延长气田井壁失稳机理研究

通过对延长气田地层岩心进行矿物组份和理化性能以及声波时差、密度、电阻率等测井数据分析得出,延长气田地层属于属硬脆性泥页岩地层,内部微裂缝比较发育,结合安全钻井液密度窗口计算结果得出,适当的提高钻井液的密度和封堵性,可减缓了钻井液沿微裂缝向地层的侵入,钻井液液柱压力可以长时间的保持对井壁的有效支撑,防止井壁坍塌。     

易垮塌地层水基钻井液改进技术

南海西部某油田WX地层泥岩、页岩层理发育明细,钻井过程中井壁失稳问题频发,由于井壁失稳导致的钻井复杂情况率高达30%以上,通过分析地层粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析,研究泥岩、页岩层位井壁失稳的主要机理为:研究层位微裂隙发育,钻井液封堵性不足导致水相易进入地层。钻井液抑制性不足,导致粘土矿物水化严重。同时,粘土矿物中水化膨胀导致岩石应力急剧变化,并最终向井筒方向释放,造成缩径、掉块、坍塌和井径扩大等一系列井壁失稳问题。针对研究层位坍塌机理,在现场钻井液基础上,加强了其封堵性、包被性和抑制性,进而研发出以氯化钾和聚氨为抑制剂的高抑制性防塌钻井液体系。对该体系开展了系统评价,结果表明,该钻井液封堵性和抑制性较强,能满足现场工程需求。     

“三强一低”防塌钻井液体系在气液转换中的应用

空气钻井眼具有干燥、井壁上不存在泥饼的保护、地层孔隙与裂缝处于原始状态等特点,当钻井液替入这样的井眼后,井壁吸水强,易侵入地层引起地层坍塌,岩性发生物理化学变化,造成地应力的改变及钻井液冲刺后极易发生井壁失稳及井漏、卡钻现象。针对上述特殊情况,川东北工区首次使用了"三强一低"钻井液,避免了很多井下复杂问题的发生。室内研究及现场应用表明,该钻井液体系具有强抑制、强封堵、强包被、低失水的特点。在川东北元坝工区多口井得到了成功应用,而且还成功解决了划眼时井壁垮塌埋钻、划不到底、卡钻等问题,为川东北工区气体钻井提供了一套新型防塌封堵钻井液。     

JZ20-2凝析油气田井壁稳定性研究

JZ20-2凝析油气田钻遇馆陶组砂砾岩、东营组泥岩段以及沙河街组高孔隙压力段时,容易造成井壁坍塌和漏失以及井涌井喷造成的井壁坍塌。针对以上各地层影响井壁稳定性的地层孔隙压力、油气田地应力等因素入手,通过引进三轴强度试验装置系统,进行地层强度测试及建立准确的强度剖面。并综合考虑调整井的井斜、方位对坍塌压力和破裂压力的影响,从而精细确定了各地层安全泥浆密度窗口。     

聚合醇对威远地区页岩地层坍塌压力影响研究

井壁稳定是页岩水平井高效钻进的重要基础,解决井壁稳定的核心在于降低钻井液密度,从而降低地层坍塌压力。通过运用三轴岩石强度测试仪RTR-1000来研究聚合醇封堵剂及改进钻井液体系对威远地区页岩力学和抗压强度特性的影响。将经不同质量分数聚合醇及钻井液体系浸泡24h的页岩岩心表现出的应力-应变规律及浸泡前后页岩岩石坍塌压力变化规律与常规钻井液体系评价体系相结合,对聚合醇质量分数及体系进行优选和优化。得到使得威远地区井壁稳定的钻井液体系。实验结果表明:经不同的质量分数聚合醇浸泡后岩心的抗压强度有着不同程度的降低,聚合醇的最佳加量为质量分数8%,经该质量分数浸泡后的岩心抗压强度与原始岩心抗压强度接近,将钻井液体系中添加该聚合醇产品,利用其浊点效应对岩心微裂缝与微节理进行封堵,同时也能起到抑制页岩水化的目的,改进后的钻井液能明显提高岩心的抗压强度,钻井液密度降低值为0.12~0.35g/cm3,为发展低密度钻井液技术提供新的方法与思路。同时在现用钻井液中加入质量分数8%聚合醇和质量分数7%KCl后,页岩岩心强度获得极大提升,表现出与原始岩心相近的变形和破坏规律特征。故可在维持井壁稳定性的基础上降低钻井液密度,为钻速的提高提供了可能。     

煤层气钻井井壁失稳机理与防塌钻井液技术

在煤层气钻井施工过程中,如果受到地层应力、施工条件、岩石性质等因素的影响,就容易发生卡钻、井眼坍塌等事故,通过应用钻井液性能维护技术,能够降低煤层塌方几率。对此,首先对煤层气钻井井壁失稳机理进行介绍,然后采用实验分析方式,对防塌钻井液技术的性质、应用要点和效果进行详细探究,以期为井壁稳定工作提供借鉴性方案。     

超低渗透钻井液工艺技术探讨

超低渗透钻井液技术能限制钻井液侵入和钻井液产生的压力侵入,有利于提高井壁强度、保持地层岩石的完整性、减少机械性不稳定地层的许多问题以及减少地层伤害、提高油气井产能。而且,该超低渗透钻井液能生物降解,对环境无害,能用于水基、油基和合成基钻井液中。本文主要对超低渗透钻井液特点进行了分析,也介绍了钻井液的作用机理。     

煤层气钻井井壁失稳机理与防塌钻井液技术

在煤层气钻井施工过程中,如果受到地层应力、施工条件、岩石性质等因素的影响,就容易发生卡钻、井眼坍塌等事故。通过应用钻井液性能维护技术,能够降低煤层塌方几率。首先对煤层气钻井井壁失稳机理进行介绍,然后采用实验分析方式,对防塌钻井液技术的性质、应用要点和效果进行详细探究,以期为井壁稳定工作提供借鉴性方案。     

伊通地区易坍塌地层钻井液安全密度窗口的确定

从井壁稳定的岩石力学机理出发,分析井周的应力分布规律,建立井壁稳定的力学模型。根据库仑-摩尔强度准则和最大拉应力准则,计算井壁坍塌压力与破裂压力。通过计算机软件,用测井资料回归出井深和岩石密度关系,计算垂向地应力,通过压裂资料,结合测井资料计算出水平地应力。采用高压气体冷却钻头,成功钻取泥岩岩芯。在获得力学参数时,通过实验模拟地层条件,对岩芯进行损害,然后测量其力学参数,用于计算易坍塌地层的安全密度窗口。     

封堵防塌成膜剂PF-HCM在钻井液中的应用

为解决哈得油田钻井过程中滤液侵入储层造成井壁失稳等问题,通过优选,引入了一种能够用于渗透性地层和泥岩地层的温压成膜剂PF-HCM,该处理剂的主要作用机理是通过控制水基钻井液特殊组分的途径在井筒流体与井壁界面形成一种完全隔离、封闭水相运移的膜,以达到稳定井壁的目的,实验结果表明,成膜剂PF-HCM在30~180℃较宽的温度范围内均具有较高的成膜效率,对低、中、高不同渗透率级别的岩心均表现出良好的封堵特性;在哈得油田钻井液体系中加入2%的温压成膜剂PF-HCM就能显著降低体系的滤失量和滤饼渗透率,同时不影响体系的流变性能,表明成膜剂PF-HCM在哈得油田钻井液中具有很好的封堵防塌性能。     

硬脆性地层钻井井眼剪切破坏程度定量预测

根据硬脆性地层破碎前只产生弹性变形而无塑性变形的特征,基于线弹性理论,推导了直井井周应力模型,建立了剪切破坏程度(塌块厚度和坍塌角)与地应力、孔隙压力、岩石力学性质、钻井液柱压力之间的定量关系。理论模型计算结果与实测数据十分吻合,具有较高精度。     

钻井液用成膜封堵剂HCM的性能评价及现场应用

针对渤海辽东湾某油田东营组地层硬脆性泥页岩裂缝和微裂缝发育的特点,研制了成膜封堵剂HCM以解决硬脆性泥页岩地层钻探过程中的坍塌掉块问题.室内研究表明,成膜封堵剂HCM对不同渗透率岩心具有很好的封堵能力,抗温能够达到180℃.渤海辽东湾生产井的现场应用表明,成膜封堵剂HCM与PEM钻井液具有良好的配伍性,能显著改善滤饼质量,从而明显降低钻井液的滤失量,大大减少钻井液滤液由于压差的作用浸入地层引起泥页岩水化膨胀而导致井壁不稳定和各种井下复杂情况的发生.     

延长气田钻井井径扩大率影响因素分析

延长气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡,钻井过程中井壁失稳引起的井壁坍塌经常造成井下复杂情况。为了降低井下复杂工况发生概率,分别从现场实测数据及理论计算方面进行了分析计算,结果表明:石千峰组石盒子组地层岩石本身微裂缝发育脆性大是造成井壁坍塌地质因素,井壁长时间浸泡及泥浆性能不达标是造成井壁坍塌的工程因素;允许井壁适当坍塌,适当降低钻井液密度可以起到保护储层的目的。     

测井资料在井壁稳定性研究中的应用

井壁稳定性问题是石油钻井工业面临的一个重大课题。利用测井资料研究井壁稳定性是一种有效的方法。文章利用声波、密度测井资料计算了岩石力学参数、岩石强度参数，在此基础上进行了地应力计算、进而确定了地层破裂压力和坍塌压力，预测了安全钻井液密度范围，为钻井设计提供参考，并可指导安全钻井。通过新疆X 201井安全钻井液密度窗口的测井预测值与实钻钻井液密度对比分析，证明利用测井资料评价井壁稳定性的可行性和准确性，具有工程应用价值。     

纳米封堵剂Fe_3O_4性能评价与机理探究

在现如今的页岩气水平井钻进过程中,井壁失稳问题是首要解决的问题,而钻井液良好的封堵性能是保证井壁稳定的关键因素,封堵剂则是钻井液良好封堵能力的基础。封堵剂依靠封堵井壁微裂缝来达到稳定页岩地层井壁失稳现象的发生。页岩地层微裂缝和孔隙发育,绝大多数属微纳米级,一般的封堵剂由于其粒径大且形状与裂缝不匹配难以进入裂缝达到封堵效果。由于纳米Fe_3O_4磁性颗粒具备粒径小、分散性高、强顺磁性、低生物毒性和强的化学稳定性等优点而成为封堵剂研究的重点。本文通过模拟泥页岩低渗环境和三轴应力实验来对纳米封堵剂Fe_3O_4进行封堵性能评价与机理探究,通过与纳米封堵剂LAT对比,质量分数为5%的纳米封堵剂Fe_3O_4在3.5MPa,30min条件下的可使清水渗透率下降率达80%以上,且经过纳米封堵剂Fe_3O_4浸泡后页岩岩芯的抗压强度达到了175.6 MPa,接近原始岩芯的抗压强度(182.1 MPa),说明该纳米封堵剂可对页岩地层微裂缝和孔隙进行有效封堵,表现出优良的封堵特性。     

井壁稳定技术在伊拉克艾哈代布油田钻井中的应用

伊拉克艾哈代布油田地层岩性复杂,大段膏盐层与泥灰岩地层坍塌压力高、井壁稳定性差,阻卡、泥包等钻井复杂情况影响速度。为了解决大段石膏层、盐层侵入与泥岩分散造浆与缩径问题,从影响井壁稳定因素入手开展了钻井液体系优选与工艺技术优化;井壁稳定效果显著,创造了安全的井眼环境。     

一种高温高压钻井液的性能评价及现场应用

钻井液抗温能力差,高温高压地层钻井频繁出现井漏、井壁失稳、机械钻速慢等复杂情况。室内评价了低固相抗高温DURATHERM钻井液的抗温性能、封堵性能、抑制性能及储层保护性能。180℃高温热滚实验前后流变性变化幅度较低,在10cm距离内可有效封堵模拟储层渗透率的砂岩柱;膨胀实验中膨胀率6%,与饱和氯化钾溶液相当;侵入地层岩心后反排渗透率为原始渗透率92.7%。针对高温高压地层特点,提出DURATHERM钻井液现场应用措施。现场应用表明DURATHERM钻井液适用于高温高压钻井。