保护油气层的防塌钻井液技术研究

保持井眼稳定和保护油气层不受损害涉及较多的工程环节,存在诸多影响因素,钻井液则是系统工程中的一个重要环节.钻井液是打开油气层的第一种工作液,其性能好坏不仅影响钻井施工的正常进行,而且直接影响油气层保护和油气产量.钻井液密度是钻井液的重要性能指标,直接关系到钻井压差的高低.如果按照钻井压差的大小则可把钻井液技术分为两大类,即正压差钻井液技术和负压差钻井液技术.从油气层保护的角度,分析了钻井液密度与井眼稳定和油气层保护的辩证关系,以及钻井液对油气层的损害机理和相应的保护措施,提出了多元协同防塌新原理,即在处理井眼不稳定现象时,除了要考虑钻井液的因素外,还要综合考虑地质、工程、水力学等方面的因素.重点介绍了目前国内外防塌与保护油气层的稀硅酸盐钻井液、有机盐钻井液、聚合醇(又称多元醇)钻井液和合成基钻井液等代表性钻井液新技术.     

MTZ油田保护油气层钻井液完井液技术

MTZ油田位于高集凹陷北斜坡带西部，构造南翼的Z2断块产层为Ef^2和Ef^1。Ef^2和Ef^1砂岩为中低孔中低渗透储层，孔隙压力系数为0．94－0．98,储层属中偏强水敏，极强盐敏，弱速敏，基本无酸酶，根据储层特点及对钻井完井过程中油层损害因素的分析，研究了系统保护油气层技术。系统保护油气层技术包括，选用抑制必强的两性离子聚合物钻井液体系，采用屏蔽暂技术，加入3％－4％超细碳酸钙及2％磺化沥青粉（软化点为70－80℃）；应用低密度水泥浆（密度为1.47g/cm^3)，使用S27降失水剂、SEP－1晶格膨胀剂和CO－124防气窜膨胀剂等外加剂；用PDC四刮刀钻头，加快钻速，缩短浸泡时间；用加有3％聚季胺的防膨液作为射孔液，压井液，在MTZ油田推广应用32口井，取得了较好的经济效益和社会效益，平均每口井浸泡时间缩短8．15d，平均机械钻速提高32．4％。固井格率为100％，完井电测一次成功率由60％提高至72％，平均完井作业时间缩短4d；单井产量至少提高20％，平均采油强度相对提高19．05％，平均日产量提高39．29％。     

改性钻井液的屏蔽暂堵保护油气层技术研究

分析苏皖油田金湖－来安凹陷地层,一些井在实施改性钻井液的屏蔽暂堵保护油气层的不科学、不合理的基础上,有针对性地指出在设计和施工中认识观点的９个误区。基于该区域油气储层岩石孔喉特征,结合该技术原理和技术要点,提出了技术准备,技术设计和实施要点。     

防塌与保护气层的钻井液技术

利用X-射线衍射、电镜扫描、岩心流动、表面张力测定等试验，对胜利油田孤北区块中生界及上古生界易塌地层的矿物组构、理化性能以及气层损害主要机理进行了分析。在分析易塌地层井眼失稳与气层损害机理的基础上，依据化学力学耦合井眼稳定理论，针对易塌地层特点，确定了“强化封固井壁-强化抑制降高温高压滤失-合理密度力学支撑井壁合理的钻井水力参数”钻井液协同防塌技术。利用优选的高效防塌剂和新研制的气层专用保护剂，开发出了一套防塌与保护气层的钻井完井液体系，并进行了2口井的现场试验。2口试验井均未发生井下复杂情况，与邻井相比，井眼稳定性明显提高，气层保护效果较好，钻井液维护处理较简单，基本形成了一套与地层匹配、防塌、气层保护效果较好的钻井完井液技术。     

高泥质疏松砂岩酸化防砂工艺技术研究

针对胜利油田桩西滩海地区高泥质疏松砂岩实施常规防砂产生的堵塞问题,提出并实施了酸化防砂技术,重点讨论了堵塞原理及该项工艺的室内模拟解堵试验结果。生产实践及室内研究表明,在桩106块采用常规的方法难以取得较好的效果,必须把防砂工艺与解堵工艺结合起来,才能达到比较理想的效果。     

中原油田保护油气层钻井液技术

研究钻井过程中钻井液保护油气层技术、是保证油气上产的重要措施。阐述油气层的损害机理，并根据中原油田的地层特点，通过合理确定钻井液密度、搞好固控、控制起下钻速度等措施实现无损害油气层作业；同时，通过室内试验和现场实践，根据各区块的特点，优选钻井液体系，并采用屏蔽暂堵技术、复合暂堵技术来巩固保护油气层效果，取得良好的社会经济效益。     

海南福山凹陷保护油气层钻井技术

通过室内试验分析了压差及浸泡时间对保护油气层的影响,并对相应的暂堵效果进行了分析。试验结果表明,渗透率随浸泡时间及压差的增加均有下降趋势;如果钻井液选择合理,其固相颗粒与孔喉匹配可以达到较好的暂堵效果;暂堵技术实施中应针对储层渗透率贡献大的孔喉进行封堵,而非孔喉中值。采取了较合理的保护油气层措施后,花X4井取得了较好的效果。     

复合金属两性离子聚合物保护油气层钻井液

针对江苏油田地层的特性,通过钻井液体系的抑制性、配伍性评价,优选了两性离子聚合物保护油气层钻井液,并探讨了保护油气层机理即中和粘土表面的负电荷,防止储层的碱敏性,防止微粒运移,减少亚微米颗粒进入储层,屏蔽暂堵。现场应用表明,该体系表现出类似ＭＭＨ 钻井液特殊的流变性和类似于两性离子聚合物的强抑制性和低的滤失量。提高了钻井速度,缩短了完井周期,减少了钻井液对储层的浸泡时间,满足了钻井工程的需要,保护了油气层。     

留西地区深水平井高密度防塌钻井液技术

留西地区地层结构复杂，在钻井施工过程中井塌现象严重，特别是钻井液密度高、水平段埋藏较深，对水平井钻井液技术提出了很高的要求。通过室内实验，确定采用聚磺硅氟高密度防塌钻井液。该钻井液具有流变性好、携岩能力强、泥饼质量好、润滑性好、封堵效果好等特点，解决了井壁严重失稳、高密度钻井液润滑防卡、岩屑携带等一系列技术难题，满足了华北油田冀中地区水平井施工的要求。     

环境无害化保护油气层钻井液研究应用

前期研究工作表明，目前钻井液的主要污染源是润滑剂(油类)、防塌剂和油层保护剂(沥青类)及高温降粘剂(铬类)，据此筛选了高效无毒的润滑剂FXJS-2(聚多元醇类，兼有防塌作用)，防塌剂SD-301(聚合醇类，兼有润滑、保护油层作用)，高温降粘剂SF-1(硅氟类)，评价了这3种添加剂在钻井液中的相关性能。将这3种添加剂与江苏油田应用的添加剂PMHA-Ⅱ、Coater、NH4-HPAN进行配伍，得到了用于江苏油田的环境无害化保护油气层钻井液体系配方X1和X2，与原用钻井液X3和X4对照，实验测定了这些钻井液的流变、滤失、防塌、岩心伤害等项性能及毒性。X1和X2无生物毒性，化学毒性小(满足有关国家标准要求)，较易生物降解，而X3和X4生物毒性大，化学毒性较大且难生物降解。详细介绍了江苏油田下里河WZ地区两口探井的工程简况、使用环境无害化保护油气层钻井液施工工艺及良好的防塌、润滑、降滤失及环保效果。图1表12参4。     

聚合醇钻井液体系在吐哈油田的应用

吐哈油田储层孔隙度和渗透率低，极易受到污染；而大段泥页岩地层，极易发生水化分散膨胀，坍塌掉块，卡钻、井满等复杂事故，对储层造成严重损害。经室内试验，优选出了适合吐哈油田地层特性的聚合醇钻井液配方。聚合醇钻井液体系具有良好的润滑性、抑制性和防塌性以及保护油气层的能力。经神北4、红台10等探井和米48C、雁6—14C套管开窗侧钻水平井以及陵6—3C套管开窗侧钻定向井应用表明．聚合醇水基钻井液流交性好、性能稳定，有效地解决了井壁失稳问题．大大地降低了井下复杂事故发生率，提高了机械钻速，井眼规则，有效地保护了储层；聚合醇钻井液处理剂配伍性好，现场转化、维护和处理简便。满足了吐哈油田探井、大斜度定向井、水平井及开窗侧钻小眼井等特殊工艺井钻井施工的要求。     

聚合醇钻井液技术在红台区块的研究与应用

针对吐哈油田红台区块泥岩易水化膨胀、剥落掉块及油层损害较严重的特点．优选出了抑制性强、润滑性好、油层保护效果好的聚合醇钻井液体系。评价了聚合醇的抑制性和润滑性．确定了聚合醇钻井液配方．分析了其油层保护效果。该钻井液在红台区块现场应用了3口井。3口应用井均未发生井下复杂情况．与同区块使用其它钻井液体系的井相比，在平均井深增加的情况下钻井周期缩短了23d；表皮系数均小于3，油层得到了较好的保护，表明该钻井液具有优良的抑制性能和良好的润滑性能．适合强水敏性地层的钻井．而且荧光级别低．不影响地质录井，特别适合探井的油层保护。     

BZ34-2EP-P1S井钻井液技术

BZ 34-2EP-P1S井是对BZ34-2-P1井进行侧钻的一口调整井,以提高油井利用率及油田储量动用程度,预计侧钻后该井产能可达100 m3/d.该井主要钻井技术难点在于井壁易于失稳,而且井较深,需要在相对高的钻井液密度下进行油气层保护.该区块构造应力大,井眼力学不稳定的因素明显,井壁失稳属于硬脆性页岩的剥落坍塌.由于受构造应力的作用,地层坍塌压力系数较大,为1.30～1.40,破裂压力系数检测值为1.8～2.0,最小水平主应力当量钻井液密度最小为1.60 g/cm3.经过大量的前期研究和现场调整,优选了PEM钻井液.该体系是在常规的PF-PLUS聚合物体系中引入JLX水基防塌润滑剂和经过化学改性的具有类硅酸盐结构的高温防塌剂WLD配制而成的,具有良好的润滑性能;能有效抑制钻屑的分散和造浆,防止井壁坍塌,保证井眼稳定和井下安全;具有保护油气层、环境安全的特点,无油类和重金属盐类,可以直接排放.其抑制防塌机理为体系中各种处理剂的协同作用,在钻进中必须保证PF-PLUS、PF-JLX-C、KCl、PF-TEX和PF-WLD在钻井液中有足够的加量.采用该钻井液及屏蔽暂堵和成膜油层保护技术,成功完成了BZ34-2-P1S调整井的钻井作业,侧钻后该井获得了较高的产量.讨论了PEM钻井液的作用机理,分析了井壁失稳的原因及其控制措施,对该区块今后作业提出了建议.     

高性能胺基钻井液研究及在联38块的应用

永-联产能会战是江苏油田第一个针对致密油藏开发的项目,会战区联38块油藏埋深平均达3600m,具有地下复杂,方案落实程度较低,产能建设难度大等特点。且该区上部软泥岩易水化分散、缩径,下部戴二段高导泥岩及阜宁组硬脆性泥岩易井壁失稳,区域内以前施工的井划眼,电测遇阻时有发生,严重影响了钻井提速、提效。针对江苏油田的地层特点,开展了胺基钻井液体系适应性复配评价研究,并将其应用到联38块钻井施工中。从已完钻的几口试验井看,胺基处理剂与聚合物包被剂的复配使用起到了包被钻屑,抑制其水化分散的作用,提高了防塌能力,返出的岩屑整体性好。各项技术指标稳步提升,井下复杂故障明显降低,钻井周期有效缩短。     

低土相高密度钻井液体系的配方研制

针对高密度钻井液体系普遍存在的黏度偏大、流变性难以调控、经常出现井下复杂情况等问题,通过对聚合物包被剂、膨润土含量、润滑剂、抑制剂的优选,确定了低土相高密度钻井液体系的最佳配方,开发了一套低土相高密度钻井液体系.室内研究结果表明,该钻井液体系具有良好的抗钻屑、NaCl和石膏的污染能力和良好的抑制封堵能力,岩屑滚动回收率...     

伊朗TABNAK气田低压裂缝性地层泡沫钻井液技术

伊朗TABNAK气田地层岩性以灰岩和白云岩为主，石膏夹层较多；碳酸盐岩地层裂缝发育，连通性好，漏失严重；海平面以上是干层，无孔隙压力，海平面以下至井深2450m是盐水层。长城钻井公司采用了空气—泡沫钻井流体，即：空气粉尘、雾化空气、稳定泡沫钻井液和硬胶泡沫钻井液。通过实验，优选出发泡体积大、稳定时间长、抗盐抗钙能力强和耐温性能好的发泡剂和稳定泡沫液及硬胶泡沫液配方。现场应用表明，空气—泡沫钻井流体密度低；钻速快，平均机械钻速是常规钻井液的3—5倍；携砂性好，井眼清洁；能顺利穿过严重漏失地层。其中，空气粉尘用于干层钻进，速度快，无钻井液材料消耗，但必须有足够的空气排量；雾化空气适用于出水量较小的水层，但需要的空气排量更大，而且对钻井腐蚀太严重；泡沫钻井液适用于低压干层和水层，需要的空气排量较小，钻速快，抗盐钙和携砂能力强。     

封堵成膜钻井液技术在昆2井的应用

柴达木盆地昆特依凹陷构造油藏埋藏深,地质结构复杂,为解决该区域"喷、漏、塌、缩、卡"高危地层的安全、优快钻井技术难题,在理想充填理论、成膜理论、超低渗透钻井液理论的基础上,研制出了封堵成膜钻井液。通过砂床浸入深度试验、膜结构密封性能试验、承压与滤失试验、渗透率恢复试验、回收率试验,对钻井液性能进行了综合测试,并针对昆2井的地层孔隙度、渗透率、岩性、井底温度及开钻顺序,对钻井液配方进行了优化。应用结果表明:封堵成膜钻井液具有优良的井壁稳定作用,首次在昆特依构造上实现了零复杂、零事故钻井,提高了机械钻速,缩短了钻井周期,顺利完成了钻探任务。     

实用欠平衡钻井钻井液技术

欠平衡钻井钻井液技术是实现欠平衡钻井成败的关键技术之一。针对中国石化新星公司近几年在不同地区施工的30余口欠平衡井所用不同类型的钻井液体系，介绍了低固相聚磺钻井液、无固相盐水聚合物钻井液、低密度乳化柴油钻井液3种钻井液的室内性能评价结果以及现场应用情况，并在此基础上总结分析了各钻井液体系所适用的地层以及其优缺点。无固相盐水聚合物钻井液现场配制简单．成本低廉，特别适用常压碳酸盐岩储层的欠平衡钻井施工，但抗温能力较低．有待于进一步研究；低固相聚磺钻井液是成熟的钻井液体系，适用于水平井以及砂泥岩地层的欠平衡钻井施工；低密度乳化柴油钻井液适用于低压气体欠平衡钻井，但井场安全要求高．成本也相对较高，对油层实施欠平衡钻井，会影响原油的分离，需进一步研究。     

务古4井复杂深井钻井液技术

务古4井为一口重点探井,完钻井深5 750 m。该井二开裸眼井段钻遇巨厚层泥岩,选用聚磺钻井液体系,解决了地层严重造浆及井眼稳定问题;三开裸眼井段存在多套压力系统和多处断层,钻遇石膏、含膏泥岩、大套玄武岩以及凝灰岩和碳质泥岩等地层,特别容易发生坍塌和井漏,井壁极为不稳定。现场采用有机盐钻井液体系,有效解决了石膏、膏泥岩污染和严重井壁垮塌导致的大段划眼、严重蹩钻及遇阻卡等复杂问题;添加低渗透处理剂和屏蔽暂堵剂及复合堵漏剂,提高井壁的承压能力,解决了三开施工出现的压差卡钻风险,确保了钻井安全顺利,完井电测一次成功,钻井周期大幅度降低。     

甲酸盐钻井液技术的应用

青海花土沟油田地层压力低。泥页岩地层造浆能力强。钻井过程中易发生地层漏失、井眼缩径、起下钻阻卡和油气层损害严重等问题。该油田采用无固相低密度的甲酸盐钻井液．并配合相应的维护处理工艺技术。该体系主要由碱金属(钾、钠和铯)的甲酸盐、聚合物增粘剂和降滤失剂等组成。其中碱金属的甲酸盐为钻井液提供了适当的密度和强抑制性。在不加任何固相加重剂的情况下，通过改变碱金属甲酸盐的类型和加量，可使甲酸盐钻井液密度达到1．0～2．3g／cm3。现场应用表明．甲酸盐钻井液具有摩阻压耗小，热稳定性好，水力特性优良，页岩抑制性强，污染容限大的特点．减少了井下复杂情况，提高了机械钻速，有效地保护了油气层．提高了原油产量。