钻井液消泡剂研究与应用进展

油气勘探开发不断向深部复杂地层深入,钻遇的高温、高压及高盐地层环境导致钻井液起泡严重且消泡困难,已成为影响钻井安全的重要因素之一。钻井液中具有表面活性的处理剂在搅动、气侵等情况下易产生气泡,由于钻井液的高黏切、高温下体系中处理剂的化学反应、高p H值等都影响钻井液消泡的效果,造成消泡困难。聚合物钻井液的推广曾削弱了消泡剂的使用,但目前复杂的地层环境和聚磺钻井液的广泛应用迫切需要高效的消泡剂。近年来应用于钻井液的消泡剂主要有有机硅型、非硅型和复配型,聚醚改性有机硅型消泡剂抗温、消泡抑泡效果好,在高温钻井液中有应用前景。消泡效果评价主要是采用高速分散法评价在起泡钻井液中加入消泡剂后泡沫体积的变化。今后钻井液消泡剂研究工作方向主要是,开发新型抗高温消泡剂以进一步提升高温下的抑泡能力,充分利用消泡活性组分之间的协同作用提高性价比,进一步加强其作用机理研究以提高钻井液消泡技术的整体水平。     

超稠油氮气泡沫凝胶调剖体系的研究与应用

辽河兴隆台超稠油油藏具有压实弱、胶结疏松、大孔高渗等特点,原油黏度高、非均质严重、近井距设计、井间动用差异大,导致蒸汽吞吐过程中汽窜干扰突出,影响生产效果.通过室内高温实验,综合泡沫发泡剂、凝胶体系、驱油助排剂的各自优点,复配出氮气泡沫凝胶体系.与普通凝胶相比,氮气泡沫凝胶体系具有较高的热稳定性和剪切稳定性,具有高选择性、高封堵能力、低油层伤害的优势,具备可靠的应用基础和条件.该体系在高温状态下利用泡沫贾敏效应实现对油井的调剖,利用凝胶提高泡沫的稳定性.其中,泡沫能够扩大封堵范围,降低对油层的伤害;消泡后,氮气可起到增能作用,有效抑制汽窜,改善措施井生产效果.2010年以来,现场应用51井次,结果表明,该体系可有效封堵汽窜大孔道,减缓汽窜影响,调整蒸汽流向,改善吸汽剖面,大幅提升剩余稠油的开发水平.     

关于加快发展我国油基钻井液体系的几点看法

油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等优点.国外早在20世纪60年代,就十分重视油基钻井液技术的开发与应用,现已广泛作为钻深井、超深井、海上钻井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层及储层保护的重要手段.国外油基钻井液体系及配套技术比较成熟,国内在油基钻井液方面尽管开展了一些工作,但应用较少,还没有形成体系.目前,国内非常规油气资源的开发已经启动,对油基钻井液有了迫切需求.我国应在油基钻井液应用方面尽快行动起来,在借鉴国外经验和国内初步实践的基础上,首先开展油基钻井液的应用,在应用中积累经验、完善体系,并通过油基钻井液处理剂(降滤失剂、提黏切剂、封堵剂及润湿剂)的研制,逐渐形成具有国内特点,能够满足现场需要的油基钻井液体系,以及钻井液回收处理循环再利用的配套设备与方法.同时,开展油基钻井液高温下流变性、稳定性研究,以形成系统的流变性控制方法,为油基钻井液体系的应用提供理论支撑,促进国内页岩气等非常规油气资源的开发.     

空气泡沫与二氧化碳泡沫特征分析研究

针对制约泡沫驱矿场实施效果的泡沫稳定性较差的问题,选用一种在95℃和16000mg/L矿化度条件下起泡性能较好的表面活性剂,利用流变性实验及泡沫扫描实验,分别研究了空气和二氧化碳两种气体介质的泡沫液膜黏弹模量、液膜表面张力、起泡能力、泡沫尺寸等参数对泡沫稳定性的影响。实验结果表明:在30℃下,空气泡沫表观黏度能够达到180m Pa·s;空气泡沫液膜的界面黏弹模量大大高于二氧化碳泡沫液膜的界面黏弹模量;泡沫剂浓度在0.01%~0.5%之间,空气液膜与二氧化碳液膜的表面张力不受浓度的影响,分别为29m N/m和9m N/m;在同一流速条件下,空气泡沫的起泡能力大于二氧化碳泡沫。通过泡沫尺寸分析发现,泡沫的消泡过程都是先经历气泡聚并后气泡析液,但空气泡沫的消泡过程以气泡析液为,主气泡数目变化不大,CO2泡沫的消泡过程以气泡聚并为主,气泡数目骤减。从微观层面描述了空气泡沫及二氧化碳泡沫的稳定性影响机制,并指出空气泡沫比二氧化碳泡沫更稳定。     

井研地区筇竹寺组页岩储层水平井钻井井壁稳定性评价

川西南井研区块筇竹寺组页岩气具有良好的开发前景,但由于对其岩矿组分、力学性质、水化特征等认识程度较低,钻井井壁稳定性认识不清,导致出现掉块、阻卡等复杂情况。为了充分认识该区寒武系筇竹寺组地层的井壁稳定性,明确粉砂质页岩水化作用及其对坍塌压力的影响规律,在岩石力学实验的基础上,研究不同钻井液浸泡时间对岩石力学参数的影响规律,建立考虑水化作用的井壁稳定性预测模型,分析不同井斜方位下坍塌压力的差异。研究结果表明：筇竹寺组伊蒙混层含量高,具有一定膨胀性,水化作用后导致岩石强度降低,对井壁稳定性有较大影响;不同钻井液体系对井壁稳定性的影响有差异,总体上油基钻井液更有利于井壁稳定;考虑了水化作用的井壁稳定预测模型更加符合实际,以此为依据,通过优化钻井液设计可以有效降低井壁失稳风险,提高钻井时效。     

油包水钻井液研究与应用

与水基钻井液相比,由于油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和保护油气层等优点,成为钻遇深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的首选体系。油包水钻井液具有油基钻井液的优点。针对非常规油气藏及强水敏、易坍塌地层钻井的需要,研制了油包水钻井液,优化了钻井液配方:基液(油水体积比为8∶2)+3%主乳化剂+3%辅乳化剂+3%有机土+4%降滤失剂+3%的CaO+重晶石。室内评价结果表明,该油包水钻井液具有良好的流变性、悬浮稳定性、润滑性、乳液稳定性和抗污染能力。同时,完善了现场施工工艺,并在中原、新疆、西南等现场应用了7口井。应用证明,油包水钻井液稳定性好,破乳电压大于600V,抗污染、抗温能力强,遭受20%的水和岩屑污染后,钻井液性能稳定,易于维护处理;且钻井过程中井壁稳定,定向施工顺利,减少井下复杂,平均井径扩大率小于5%。该钻井液配制工艺简单,可以回收利用,满足页岩气水平井、易塌地层钻进的需要。     

可循环微泡沫钻井液的性能评价与应用

可循环微泡沫钻井液是由水、固相颗粒(黏土)、表面活性剂(发泡剂)、增黏剂、降滤失剂等制成的一种气、液、固三相分散的胶体体系。室内评价实验结果表明,可循环微泡沫钻井液抗温高达135℃,在NaCl浓度高达10%时仍保持良好的流变性,具有较强的抑制性和良好的防漏失性能。由于其所含的表面活性剂产生泡沫,具有一定的疏水特性,在井内循环过程中,在井壁表面形成稳定的疏水屏障,阻碍自由水向地层的流动,使之不易润湿及渗入裸露的井壁,减少了滤液对泥页岩地层的水化膨胀作用;泡沫钻井液与抑制剂及井壁稳定剂适量添加混合,可有效提高钻井液的防塌效果。室内评价试验确定了可循环微泡沫钻井液使用配方:4%膨润土浆+0.3%Na2CO3+0.5%WP-1+0.3%WDJ-1+0.4%CPS-2000+0.3%FP-1。中原油田4口井和科索1井的现场应用表明,该钻井液可满足中原油田中生界低压、低渗地层和北京中元古界蓟县系雾迷山组海泡石易膨胀、溶解地层、气穴发育地层的欠平衡钻进要求。     

油基钻井液在中原油田非常规油气藏开发中的应用

中原油田围绕非常规油气藏的开发,部署了一批非常规水平井(水平段最长达1300m),钻遇目的层主要是泥岩、泥页岩和裂缝泥岩。由于长水平段定向井钻进中存在摩阻与扭矩、井眼稳定性及井眼清洁等技术难点,对钻井液技术提出更高要求。针对油基钻井液在井壁稳定、润滑防卡、抑制页岩水化膨胀和地层造浆,以及快速钻进等方面具有的明显优势,在非常规水平井钻井中应用了油基钻井液。现场应用表明,油基钻井液抑制能力强,井壁稳定和井径规则;润滑防卡效果好,定向施工钻具扭矩小;高密度、高温条件下悬浮稳定性好,井眼清洁;且施工工艺简单、现场维护容易,可循环利用。解决了长水平段泥页岩、裂缝泥岩、砂岩泥页岩互层等复杂地层难以定向施工、井壁失稳和井底不清洁等技术难点,为不同区块非常规钻井提供了技术支撑。目前油基钻井液用抗高温乳化剂、提黏切剂和封堵剂等处理剂缺乏,需尽快开发,以满足复杂条件下油基钻井液应用需要。     

考虑生产特征的超低密度低表面张力泡排剂研究及应用评价

川西气区侏罗系气藏气井已进入低压低产期,自身携液能力弱,泡沫排水采气工艺带液难度越来越大,迫切需要研发一种泡沫密度低、泡沫含水率低、发泡及携液性能优良的泡排剂。通过分析起泡剂药剂体系,确定以XHY-4L药剂为基础体系,采用1%浓度的抗油稳泡氟碳表面活性剂G004以及氟碳表面活性剂421作为增效剂,形成超低表面张力泡排药剂XHY-4Q。该药剂与地层水混合后的表面张力可降至23mN/m,泡沫密度降至0.013g/cm³,进一步降低泡排剂临界携液流量,有效拓展了泡排工艺的应用界限。室内实验表明,该药剂的起泡性、携液量、稳定性及流动性均较常规泡排剂更优,综合考虑药剂最佳加注浓度为2%。现场使用优选水气比大于0.5m3/104m³、油套压差在0.5～2.5MPa间的低压低产气井效果更明显,通过计算气井一个周期内的产液量来确定合理药剂用量。现场应用表明,该药剂可将气井油套压差降低值增加0.46MPa,产水量增加0.095m³/d,更利于低压低产气井生产。     

影响元坝气田超深井钻井提速的工程地质因素及技术对策

元坝气田工程地质特征异常复杂,钻井难度大,存在井漏、井涌、卡钻、井塌、高含硫化氢、高压水层等工程地质复杂问题,钻井效率低,周期长,建井成本高.从油气藏的基本地质特征、岩石力学性质、井壁稳定性等方面,分析认为,储层埋藏超深,钻遇地层岩性复杂、储层特征多样、油气立体成藏、油气水分布复杂、各油气藏特征差异大,岩石致密、强度大、可钻性差,异常高压-超高压、纵向多压力系统、井壁力学稳定性差、安全钻井液密度窗口窄,是钻井提速的工程地质影响因素.结合工程地质特征,提出了优化井身结构设计,优选空气钻井、泡沫钻井、液体欠平衡钻井、“螺杆+PDC钻头”和“涡轮+孕镶金刚石钻头”复合钻井、旋转导向钻井等钻井技术,以及优选高效钻头,优选钻井液体系等钻井提速技术对策,能够满足元坝气田海相超深井安全、快速钻井的需要.     

国内钻井液及处理剂发展评述

国内开展钻井液研究与应用经历了起步、发展、完善和提高四个阶段。正是由于处理剂的发展,钻井液技术有了长足进步,钻井液由分散到不分散,到低固相、低或/和无黏土相钻井液发展过程中不断完善配套。不分散低固相聚合物钻井液、"三磺"钻井液、饱和盐水钻井液、聚磺钻井液、聚磺钾盐钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、氯化钙钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液、胺基抑制钻井液、超高温钻井液、超高密度钻井液等一系列钻井液体系,解决了不同时期、不同阶段、不同地区和不同复杂地质条件下的安全快速钻井难题。围绕井壁稳定、防漏堵漏机理和方法的研究成果的应用,有效减少了井下复杂的发生,保证了钻井质量。今后需要针对复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井,以及页岩气水平井钻井的需要,从抗温、井壁稳定、润滑、防卡等方面,研究关键处理剂,实现处理剂系列化;减少关键处理剂在生产、流通及其他环节的浪费,提高产品质量;减少钻井液处理剂品种;在保证钻井液性能满足需要的前提下,尽可能降低钻井液处理剂用量;科学的选择和使用钻井液,重视油基钻井液的应用及技术水平的提高;并围绕绿色环保、抗高温抗盐的目标,开发高性能钻井液处理剂,建立钻井液及其处理剂的毒性检测评价手段,促进钻井液技术进步。     

提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究与应用进展

针对泥页岩地层黏土含量高,容易水化,导致钻井过程中出现严重坍塌和膨胀缩径,以及严重造浆等问题,从4个方面(合适的钻井液密度,提高钻井液的抑制性,减少钻井液滤液进入地层,强化封堵)阐述提高井壁稳定性的途径,介绍国内在钻井用化学剂方面开展的研究工作,同时介绍近年来出现的通过添加不同新型化学抑制剂形成的强抑制水基钻井液,如聚合醇钻井液、强抑制胺基钻井液、有机硅聚合物钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液等.提出围绕提高井壁稳定性的研究方向:提高对钻井液中低密度固相控制的认识,重点考虑固相化学控制剂的研究,通过低密度固相的控制,提高钻井液抑制性;考虑在现场钻井液检测性能中增加抑制性检测指标和方法;以低相对分子质量聚胺为代表的钻井液抑制剂是阳离子钻井液的新发展,应加强其机理研究;重视铝基化合物或络合物的研发,强化钻井液的抑制性及封堵作用.     

一种泡沫钻井液废水的处理

空气(氮气)泡沫可循环钻井过程中,泡沫钻井液会产生大量废水,直接排放会对环境造成严重污染.泡沫钻井液废水COD值高,且富含表面活性剂,其单一处理技术存在一定的局限性.本研究对各种处理剂及其效果进行了比较,并对各处理过程中的关键影响因素进行对比分析,制订了“混凝-氧化-吸附”的组合处理工艺.实验结果表明,废水的pH值,处理剂的加入量,处理剂的作用时间等对于COD的去除均有一定影响.按照国家标准对处理后的废水进行COD测定,结果表明:聚合氯化铝、钠基膨润土、次氯酸钠和活性炭4种处理剂对此种泡沫废水的处理效果较好,其加入量分别为0.2％、1.4％、11.2％和1.2％,处理时间分别为5h、6h、7h和8h.通过多步骤的处理,成功将泡沫钻井液废水COD值从高达4560mg/L降至200mg/L以内,使其得到有效治理.     

胜利油田长水平段水平井钻井技术现状与认识

长水平段水平井技术已经成为低效油气田开发的重要技术手段.近年来胜利油田相关技术发展迅速,初步形成了长水平段水平井钻井关键技术,包括以井眼轨道优化设计为核心的工程设计技术,以底部钻具组合优化设计为基础的长水平段优快钻井技术,以及满足多种油气藏保护和井筒安全要求的钻井液技术和长效固井工艺技术.先后在大牛地气田、长庆油田、胜利油田、腰英台和川西等地区进行了现场应用,完成金平1井、高平1井、渤页平1井等重点工程项目.其中,高平1井利用自有技术实现了位垂比4.02、水平段长3462.07m的工程目标,创造了国内陆上油田多项钻井施工纪录.长水平段水平井钻井关键技术发展迅速,但仍需结合具体区块特点,在工程设计、井身质量监控、随钻地层界面识别、钻井液循环利用和完井开发一体化设计等关键环节进行深入研究,特别是加强旋转导向、近钻头地质导向、智能完井等高端技术的攻关力度,提高整体技术水平.     

河坝构造复杂工程地质问题与安全优快钻井技术对策

河坝构造钻井工程难度大,存在漏、塌、卡、涌、毒、硬、斜等问题,钻井效率低、周期长,需要在工程地质特征基础上,提高钻井工程工艺的针对性。本文在岩石力学实验基础上,建立工区岩石力学参数剖面,表明该构造地层岩石致密,抗压强度、抗剪切强度、硬度大,可钻性差。根据地层孔隙压力、坍塌压力、破裂压力剖面,开展井壁稳定性分析,表明该区纵向多压力系统,陆相地层坍塌压力高,易井壁失稳;海相地层异常高压,安全钻井液密度窗口窄,井壁力学稳定性差。结合工程地质特征,提出优化井身结构设计,优选气体钻井、泡沫钻井、垂直钻井、复合钻井、旋转导向钻井等钻井技术,优选钻头型号,优选钻井液,优选防漏堵漏技术等钻井对策。现场实钻证实,上述对策大幅提高了机械钻速,有效减少了钻井复杂情况,大幅缩短了钻井周期,实现了河坝构造海相超深气井优快钻井。     

我国深井钻井技术发展的难点及对策

分析了目前我国深井钻井技术面临的主要难点:井段内存在多套压力体系,喷漏共存;钻遇地层复杂,井壁稳定性差,井漏、井涌、井塌、缩径、卡钻等井下复杂情况频发;机械钻速低,钻井周期长,钻具易损坏;在地层倾角大的地区直井防斜难度大;深井井下温度高、压力大,钻井液、井下工具和测量仪器性能要求高;固井施工难度大。展望了深井钻井技术的发展趋势,并结合国内外钻井技术发展的最新进展,提出了加快我国深井钻井技术发展的对策:应用套管钻井技术、膨胀管技术,改善井身结构提高整体钻井速度;提高钻压、转数,增加钻头的切削能力和寿命,提高深部井段机械钻速;最大限度地扩大气体钻井的使用范围;增强地层承压能力,实现井壁稳定;降低固井施工难度,提高封固质量;提高工程事故的预防与快速处理能力。