宁武盆地4#和9#煤岩坍塌机理

近年来随着煤层气开发规模的不断扩大,钻井时煤层井壁垮塌、失稳甚至井眼报废等问题日益突出,严重制约了煤层气规模化开发。通过对宁武盆地 4#煤岩和 9#煤岩的综合力学参数和理化性能等进行研究,得出了宁武盆地的坍塌机理,提出了宁武盆地煤层气井段安全快速钻进对钻井液的要求,并优选出了一套具有防塌和储层保护效果的封堵型成膜钻井液体系,该钻井液在山西煤层气井武15-1 和武 15-2 等 6 口井进行了成功试验。      

煤层气绒囊钻井流体的防塌机理

尽管绒囊钻井流体已成功应用于煤层气钻井,但研究其防塌机理,事关其煤层封堵效果、封堵强度、封堵成本以及储 层伤害程度。为此,实验室对比测定了山西沁水盆地3 号煤岩柱塞单轴抗压强度、驱替Ø38 mm 煤岩柱塞的入口压力。对比注入 2% 氯化钾溶液、低固相聚合物钻井流体和绒囊钻井流体后煤岩柱塞强度的实验结果发现,仅绒囊钻井流体（3 组）的煤岩强度提 高38.46%;驱替压力对比结果显示,绒囊钻井流体在驱替压力为20.73 MPa、21.46 MPa 时不漏失,绒囊封堵后2% 氯化钾溶液在 驱替压力分别为24.79 MPa、25.64 MPa 时仍不漏失,绒囊钻井流体增大了流体进入地层的阻力。室内显微镜观察绒囊钻井流体封堵 60 ～ 80 目、80 ～ 100 目、100 ～ 120 目三种粒径煤岩岩屑的填砂管,结果发现：囊泡以堆积、拉抻、堵塞等方式封堵不同尺寸的 漏失通道并平铺渗流通道的入口端,形成“珠状毯”;囊泡的弹性、韧性吸收了钻具对井壁的冲击力,从而减轻了钻具造成的井壁 失稳。结论认为：煤层气绒囊钻井流体的主要防塌机理是提高煤岩强度、增大流体进入煤岩地层的阻力、缓冲钻具冲击力等。     

沁平12-11-3H煤层气六分支水平井绒囊钻井液技术

沁水盆地3#高阶煤层,煤层气钻井过程中掉块、垮塌、漏失、卡钻,成功率很低。沁平12-11-3H井三开是由2个主支、6个分支组成的多分支水平井,使用绒囊钻井液13 d完成进尺4 189.49 m。根据不同井下情况、固控设备情况,加入成核剂、成膜剂、囊层剂和绒毛剂等4种绒囊钻井液主处理剂,调整钻井液性能:密度0.96~1.08 g/cm3,塑性黏度7~17 mPa·s,动切力4.0~10.22 Pa,煤层钻遇率达95%,完成地质要求且平均机械钻速12.65 m/h,较邻井提高11.55%。全井考验了绒囊钻井液高固相容纳能力、漏失地层封堵能力、井塌卡钻处理能力、气侵维持性能能力。建议加强固控设备配套,进一步提高钻井液性能。     

油基钻井液封堵技术在页岩水平井中的应用

根据页岩水平井水平段页岩裂缝发育、井壁坍塌问题,对油基钻井液的封堵性进行了优化,使用了多种刚性、柔性以及成膜的油基封堵材料进行了评价实验形成了强封堵的油基钻井液体系。泌页ＨＦ１页岩油气水平井现场应用表明,该油基钻井液体系封堵防塌能力强、滤失量低、破乳电压高,具有较强的携带能力,避免了水平井段井壁垮塌问题,中石化河南油田泌页ＨＦ１井三开水平段长１０４４ｍ,钻进、电测、下套管顺利。     

郑3X煤层气井绒囊流体重复压裂控水增产试验

郑3X煤层气井水力裂缝沟通含水砂岩层,导致了气井高产水、低产气。为此,利用绒囊流体封堵含水砂岩层和原缝,重复压裂压开新缝,降低气井产水量,提高产气量。室内测试结果表明,绒囊流体暂堵煤岩裂缝承压能力21 MPa,降低砂岩水相渗透率52.67 %,伤害煤岩基质渗透率恢复值87 %,满足转向压裂和堵水的性能要求。现场配制密度0.85~0.95 g/cm3、表观黏度40~60 mPa·s的绒囊流体80 m3。当绒囊流体成功封堵含水砂岩层和原缝后,再利用活性水进行压裂。排采结果表明,重复压裂后排水期和产气期的产水量分别降低79%和68%,而产气量提高44%,表明绒囊流体在郑3X井控水增产试验成功。绒囊流体具有良好的封堵能力和控水性能,能够实现水侵煤层气井堵水压裂一体化作业,提高煤层气开发效果。     

绒囊钻井流体成功解决韩城区块煤层气井上漏下塌的井筒难题

正继2017年5月鄂尔多斯盆地韩城煤层气区首口全井使用绒囊钻井流体顺利完成韩3-X井?215 mm套管完井水平井后,7月7日,绒囊钻井液再次在相似井身结构的韩3-Y井成功使用。气区上部二叠系石千峰组、石盒子组漏失严重,与之连通的直井发生恶性漏失及坍塌卡钻,成井难度大。绒囊钻井流体是一种对破碎岩石进行内封堵黏结的新型钻井液,可强化岩石力学性能,有效扩宽并稳定上漏下塌地层安全密度窗口,保障全井防塌控漏快速成井。     

白油基油包水钻井液技术研究及其应用

针对宝16-1井存在的问题,为了保护油气层和井壁稳定,优选了白油基油包水钻井液体系。现场应用表明,该油基钻井液抑制,封堵防塌能力强,破乳电压高性能稳定,滤失量低,流变性好,具有较强的携带能力,避免了泥岩和煤岩的井壁垮塌问题,三开钻进、电测、下套管顺利。     

沁水盆地在用煤层气钻井液伤害沁水3#煤岩室内评价

研究沁水3#煤岩储层钻井液储层伤害机理,对沁水煤层气开发至关重要。室内对比测定了清水、绒囊、膨润土聚合物等3类钻井液伤害端氏煤矿3#煤岩柱塞前后渗透率值。结果表明,清水、绒囊钻井液、膨润土聚合物钻井液伤害煤岩柱塞平均渗透率恢复值为70.88%、84.22%和49.26%。结合渗透率恢复实验数据、煤岩柱塞伤害时漏失情况,分析钻井液储层伤害的主要因素有钻井液滤液及颗粒伤害、煤岩自身煤粉及微粒运移、某些表面活性剂与地层不配伍等。建议钻井使用无固相控制煤粉运移的钻井液,适当使用处理剂封堵地层控制滤液与煤层接触机会,根据具体煤岩情况优选表面活性剂避免煤岩与表面活性剂不配伍造成储层渗透率降低。     

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。     

大庆油田"九五"期间钻井液技术发展

在总结“九五”期间大庆油田钻井液技术发展情况的基础上,重点介绍了在井壁稳定,高温深井,欠平衡钻井,保护油气层和提高二界面胶结强度等方面开展的诸多钻井液研究和应用,结果表明,水基加重钻井液性能良好,润滑性和防漏效果明显,对油层具有更好的保护作用,保证了侧钻水平井钻井施工的顺利进行;抑制性与封堵型聚合物钻井液具有很强的抑制性,解决了井壁稳定,防卡和防漏问题,电测遇阻率比常规井眼降低10％,卡钻事故率减少3％,井漏井塌事故率减少25％,保证了小井眼钻井完井施工的顺利;抗高温油包水钻井液,水包油低密度蝇液,硅酸盐钻井液,甲酸盐钻井液和多元硅钻井液,性能稳定,抗高温能力强,有效地保护和发展了油气层,具有较好的提高二界面胶结质量作用,提高了二界面的固井质量,这些钻井液技术的发展,解决了大庆油田高温井,疑难井和特殊工艺钻井技术问题。     

苏里格气田苏59区块二开结构水平井钻井液技术

针对苏59区块二开结构水平井钻井施工中出现石盒子组盒8以及山西组山1泥页岩地层易垮塌、井底温度高及裸眼段浸泡时间长井壁稳定性问题突出等技术难题,通过使用交联剂（WXCD-2）,配合杀菌剂（CJSJ-3）,将钻井液抗温能力逐步提升到130℃,解决了该区块钻井液体系抗温能力不足,高温增稠的问题;引入封堵防塌剂（FT-401）,提高了钻井液体系对地层微裂缝的封堵能力,满足了深水平井井壁防塌要求。2023年该区块施工11口二开结构水平井钻遇泥岩井壁稳定,起下钻及下完井管串顺利。     

强抑制乳液钻井液在玛北1井二开钻井中的应用

针对玛北1井二叠系长裸眼井壁失稳问题,筛选了强抑制乳液钻井液体系,通过系列乳液处理剂和稳定剂的选择,使得乳液粒级从纳米级至微米呈广谱分布,增强了钻井液体系的封堵性和乳液稳定性。室内评价和现场应用结果表明,强抑制乳液钻井液体系具有很好的抑制、润滑、封堵等性能,玛北1井二开井段起下钻顺利,钻头工作正常,表明强抑制乳液钻井液体系具有良好的井壁稳定能力,应用效果显著。     

泡沫钻井液配合生物酶在煤层气钻井中的应用

针对煤层气井施工过程中易垮塌、裂缝渗漏及水平段携岩困难等问题,研究并应用了泡沫钻井液配合生物酶钻井液技术。利用泡沫钻井液能够降低正压差,降低储层的应力敏感性,减少滤液侵入储层和水锁伤害的特点,并且生物酶可对钻进过程中侵入地层和粘附在井壁上的钻井液物质进行生物降解,实现解堵。在优选生物酶的基础上,将泡沫钻井液应用于WL05-1H井进行了试验研究。研究结果表明,在水平段长达627 m的长井段煤层钻进过程中,未进行短起下,井眼稳定通畅,泡沫钻井液防塌抑制能力强,悬浮携带能力较强,能满足施工需要;泡沫钻井液配合生物酶技术具有很好的降解能力,能够很好地保护煤储层的原始状态。泡沫钻井液配合生物酶技术为韩城地区水平井钻探提供了技术保障。     

绒囊钻井液处理煤层气钻井上漏下塌地层的施工工艺

煤层气钻井经常钻遇上漏下塌地层,通常采用调换或调整钻井液来防塌控漏,但常常会因目的不一致而难以奏效。为此,针对不同层段漏失与坍塌控制主要需求,通过室内实验优化不同钻井液性能范围及指导配方,配制封堵性能由弱到强5种配方的绒囊钻井液封堵0.1 mm、1.0 mm、2.0 mm宽的裂缝,有针对性地形成了现场新浆配制、老浆维护等工艺,并在多个区域现场完成了超过5井次的绒囊钻井液工艺应用。实验评价结果表明:(1)以封堵相同宽度裂缝至驱压20 MPa的升压周期表征体系封堵性能强弱,优选出随钻控漏、随钻堵漏、静止堵漏3套钻井液配方;(2)以饱和煤柱塞后单轴抗拉强度、三轴抗压强度增幅表征防塌性能强弱,优化出坍塌风险分别为低、中、高煤层适用的钻井液配方;(3)根据钻井液消耗速度优化新浆补充速度,以排量、表观黏度降幅及实验得到提升表观黏度等指标确定优化老浆维护工艺所需的处理剂用量;(4)现场应用效果表明,钻井流体在对付漏失、坍塌地层前,调整好性能,是取得成功的关键。结论认为,通过调节绒囊流体不同的配方可以实现煤层气井内封堵控制漏失、坍塌,该工艺为煤层以及类似破碎性地层稳定井壁提供了技术支撑。     

KCl聚磺钻井液体系在延长气田水平井的应用

鄂尔多斯盆地气藏类型多为低孔低渗砂岩气藏,通过水平井技术扩大泄流面积,充分挖掘储层潜力,提高单井产量,达到提高气田开发效益的目的。延长气田自2011年开始水平井钻探,但是钻井过程中经常钻遇井漏、井塌等复杂事故,钻井周期长、成本高,水平井开发效益不明显。通过对水平井的地质、工程概况和钻井液技术难点进行分析,针对气田水平井井壁失稳和井漏等两大突出问题,结合地层对钻井液抑制性和封堵性的要求,对比聚磺钻井液和KCl聚磺钻井液的抑制性和封堵性,KCl聚磺钻井液体系具有强的抑制性和封堵性。现场两口井应用证实,KCl聚磺钻井液具有预防垮塌与漏失的优点,钻井周期短,无复杂事故发生,经济效益明显。     

柴达木盆地第四系不成岩地层水平井钻井液技术

青海油田柴达木盆地涩北气田为第四系不成岩地层大型生物气田。该地层胶结疏松、成岩性差，地层岩性软，泥质含量高，易吸水膨胀，分散性强，严重影响井壁的稳定。钻井过程中易发生缩径、井漏及钻头泥包等复杂问题，且水平井段极易出现井壁坍塌、卡钻，起下钻抽吸等复杂情况。针对该地区地层特点，研究出了聚合物甲酸盐超低渗透钻井液。该体系主要利用聚合物的强包被性、甲酸盐的强抑制性稳定井壁，利用JYw一1在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵膜实现近零滤失钻井，达到安全钻井、防漏、堵漏和保护储气层的目的。现场应用结果表明，聚合物甲酸盐超低渗透钻井液具有强抑制性和封堵性能，较低固相含量和剪切稀释能力，提高了第四系不成岩地层钻井的速度，完全满足了水平井顺利钻井的要求；该体系能很好地提高井壁稳定性和岩心的渗透率恢复值，有利于保护储气层。     

沁南区域煤层气水平井瓜尔胶钻井液技术

针对沁南区域15号煤层水平井钻井采用清洁盐水和常规聚合物钻井液施工时的井壁坍塌和储层伤害等问题,在分析储层特征及钻井技术难点的基础上,研发了瓜尔胶钻井液和生物酶破胶液。通过优化瓜尔胶加量和评价瓜尔胶的耐盐性能,并复配其他处理剂,形成了瓜尔胶钻井液;通过优选生物酶种类、优化生物酶和助排剂的加量,形成了生物酶破胶液。室内试验表明,瓜尔胶钻井液具有良好的流变性和耐盐性能,可大幅提高煤岩抗压强度,在低温下易破胶,破胶后残渣小于300 mg/L,煤岩的渗透率恢复率达85%以上。沁南区域煤层气水平井应用瓜尔胶钻井液后,井壁稳定性良好;配合生物酶破胶液可以实现低温破胶,且单井日产能提高15%以上,具有较好的储层保护效果。研究结果表明,瓜尔胶钻井液可实现煤层长水平段钻井的顺利施工,完钻后可低温破胶,为易塌煤层气水平井钻井施工提供了一种新的储层保护方法。      

YD油田高渗灰岩储层水平井钻井液技术

YD油田水平井在高渗灰岩储层钻井过程中,存在井壁失稳、盐膏污染钻井液、井漏、井眼清洁效果差和摩阻高等技术难点.为解决这些技术难点,通过室内实验,优选了流性调控剂、抗盐降滤失剂,确定了复合润滑剂配方和封堵材料的组成,形成了强抑制高封堵乳液聚合物钻井液,并针对各开次钻遇地层的地质特征制定了钻井液维护与处理技术措施.性能评价表明,泥页岩在强抑制高封堵乳液聚合物钻井液中的滚动回收率达88.2%,线性膨胀率为18.2%;能抗5.0%NaCl、2.0%CaSO4和30%钻屑的污染,具有较好的防塌抑制效果与抗污染能力.该钻井液在YD油田S4井、S5井和S16井等3口水平井中进行了应用,钻井过程钻井液性能稳定,钻井施工顺利.与该油田其他22口水平井相比,钻井周期分别缩短5.2,6.3和7.8 d,渗漏量分别降低了12.5%,8.4%和13.2%,最大提升和下放阻力降低到150 kN之内.现场应用表明,强抑制高封堵乳液聚合物钻井液能有效解决YD油田高渗灰岩地层水平井钻井液技术难点,可以在该油田进行推广.      

页岩气油基钻井液体系性能评估及对策

油基钻井液已成为开发页岩气水平井的关键技术之一,具有稳定井壁和保持井眼清洁的功能。通过评价中石油川渝地区油基钻井液体系的流变性、封堵性、固相含量和稳定性等性能,并结合这些井的井下复杂情况原因分析,得出封堵性是保持井壁稳定的关键,提高钻井液φ₆值和排量可以改善井眼清洁,有害低密度固相含量的增加是导致钻井液性能恶化的主要原因。针对井壁失稳、井眼清洁和性能维护等问题,建立了纳-微米封堵评价方法,确定了有害低密度固相含量计算方法,并形成了页岩气油基钻井液技术规范,有望为页岩气水平井的开发提供技术支持。      

疏水抑制水基钻井液在长宁H25-8井的应用

在页岩气井钻井中,油基钻井液占据着主导地位,但随着人们环保意识的提高和投资的减少,页岩水基钻井液逐渐成为人们关注的重点。常规水基钻井液体系对页岩水平井而言,润滑性和井眼清洁能力较差,在造斜段和长水平段易出现高摩阻和高扭矩的现象,同时水相的侵入还会造成页岩水化和内部结构损伤破坏,引起井壁坍塌。针对上述问题,研制了一套具有强抑制性、强封堵性和高润滑性能的疏水抑制水基钻井液体系,并在长宁H25-8井进行了成功应用。应用结果表明,该水基钻井液各项性能优异,能够较好满足长宁区块地质、钻井要求,钻进过程中水平段井壁稳定、井眼清洁、起下钻摩阻小、电测成功率100%,下套管和固井作业顺利。