海洋钻井水基钻井液在页岩地层的使用

钻井液已经是一门比较成熟有完整体系的技术,如今研究的重点是寻找适合钻井复杂新情况的钻井液体系及使用方法。随着海洋油气勘探开发的大力推进,水基钻井液在页岩地层的使用将成为一项影响海洋钻进效率的关键技术。根据页岩与水基钻井液的自身特点,分析了水基钻井液在页岩地层使用的技术难点和产生问题的原因,结合现场实际提出了可行的解决方法,为现阶段海洋钻井水基钻井液在页岩地层的使用提供技术帮助,并为将来的深入研究明确方向。     

四川盆地涪陵地区页岩气高性能水基钻井液研发及效果评价

目前油基钻井液本身存在的环保性能不足、成本过高、工艺复杂等缺点,以及常规的普通水基钻井液体系的页岩井壁稳定性和润滑性不能满足页岩水平井钻井需要的问题。研制并构建了一套由成膜封堵剂、抑制剂和类油基润滑剂3种主剂所组成的高性能水基钻井液体系。该钻井液体系具有良好的页岩井壁稳定性、与油基钻井液相当的封堵、润滑性能、生物毒性低、水基钻屑可以直接排放。这种页岩气高性能水基钻井液体系能够满足涪陵页岩气田钻井中长水平段的应用要求。     

帅页3-7HF页岩油小井眼水平井水基钻井液技术

帅页3-7HF井是部署于苏北溱潼区块的一口页岩油Φ118 mm小井眼侧钻水平井。在施工过程中面临着页岩地层井壁失稳、小井眼环空压耗大,易于漏失、水平井降摩减阻要求高、CO₂污染等诸多难题。通过研究,构建了页岩水基钻井液体系SM-ShaleMud-Ⅱ。室内评价表明,该体系具有优异的抑制能力、封堵性能和润滑性能,能够满足苏北页岩油长水平井对钻井液性能的要求。现场试验表明,页岩水基钻井液体系高温高压滤失量小于7 mL,体系黏附系数小于0.07,完钻起钻摩阻小于16 t,有效保持了阜二段页岩储层井壁稳定达110 h,改变水基钻井液对阜二段浸泡时间的认知。该井创页岩地层Φ118 mm小井眼裸眼段1948.66 m最长,水平段1361.66 m最长等多项记录,其施工经验可为后续超小井眼长水平井施工提供参考,也为页岩水基钻井液SM-ShaleMud-Ⅱ在苏北页岩油大规模应用奠定了基础。     

XAN-YZ页岩稳定剂实验研究

为提高页岩气钻井的井壁稳定性和承压强度,开发了页岩气水基钻井液体系,研究了XAN-YZ页岩稳定剂对不同钻井液体系流变性能、抑制性能和封堵性能的影响规律,同时开展了XAN-YZ页岩稳定剂对页岩微裂缝/层理愈合修复性能和作用机理的探索实验。实验结果表明,XAN-YZ页岩稳定剂加入聚磺钻井液体系后,能够改善钻井液的剪切稀释性能,对钻井液的滤失性能影响不大;在聚磺钻井液体系中加入2%XAN-YZ页岩稳定剂后,页岩膨胀率下降40%,滚动回收率提高16%,封堵承压强度由2 MPa提高到5 MPa以上。XAN-YZ页岩稳定剂通过化学反应在页岩微裂缝和层理中生成水化产物,形成致密的防水屏蔽层,迅速愈合修复页岩的微裂缝和孔隙,使滤液在页岩中的穿透压力由2 MPa提高到15 MPa以上。XAN-YZ页岩稳定剂在聚磺钻井液体系中的最佳加量是2%。XAN-YZ页岩稳定剂及其作用机理的研究为页岩气水基钻井液体系的研究提供了一个新的技术思路和手段。     

泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置与压力传递实验新技术

建立了压力传递实验技术以及泥页岩极低渗透率、半透膜效率计算模型,得到了压力传递技术测定泥页岩渗透率和半透膜效率的计算公式,研制了泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)。定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩-水基钻井液体系半透膜效率,证明了极低渗透率泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应,且半透膜效率与无机盐种类有关,泥页岩渗透率和半透膜效率可以通过物理-化学的方法得以改善。压力传递实验技术的建立为深入开展泥页岩井壁化学-力学耦合作用机理研究以及高效防塌水基钻井液体系的研制,提供了一种先进的实验研究手段。     

川西须家河组页岩气水基钻井液技术

油基钻井液是页岩气开发常用的钻井液体系,但存在污染大、费用高等问题,通过改进水基钻井液体系开发页岩气藏可以有效地解决上述问题。对川西须家河组五段泥页岩的工程地质特征进行分析发现,该层属硬脆性泥页岩,膨胀性矿物体积分数低,微裂缝发育,井壁失稳是影响水基钻井液使用的主要因素。通过室内实验优选了抑制剂、封堵剂和降失水剂,形成强抑制强封堵的聚胺仿油基水基钻井液体系。该体系具有较强的抑制封堵性、抗污染性、润滑性和优良的流变性,同时具有较低的中压失水和高温高压失水,在川西XYHF-1井页岩层现场进行了应用。结果表明,该体系能有效防止页岩层吸水膨胀、缩径垮塌,确保钻井施工安全,在川西页岩气藏开发过程中具有广泛的应用前景。     

中国页岩油气水平井水基钻井液技术现状及发展趋势

针对环保法规的日益严格和钻井液的低成本化要求,国内在页岩油气高性能水基钻井液代替油基钻井液方面开展了大量工作,取得了较大进展和突破.本文综述了国内近年来在页岩油气水平井高性能水基钻井液领域的技术现状,主要包括聚合醇钻井液、胺基高性能水基钻井液、硅酸盐钻井液、铝胺基钻井液、疏水抑制水基钻井液、基于纳米材料的钻井液、CAP...     

页岩的物理化学稳定性

本文回顾了当前对页岩与钻井液之间的物理化学作用的理解，澄清了页岩中的传递（如水力流动、渗透、离子和压力扩散）与控制页岩稳定性的化学变化（如离子交换、含水量与膨胀压的变化）两者之间的复杂关系。结合对页岩－流体间作用的理解，介绍了改善钻屑、井眼稳定性和降低钻头泥包的水基钻井液技术的最新发展动态。讨论了水基页岩稳定剂的类型。此外，基于它们对页岩的稳定作用及其效果，对页岩钻井液体系进行了分类。结果表明，和     

国外页岩气钻井液技术新进展

为了降低成本、满足环境保护要求,寻找能够替代油基钻井液的高性能水基钻井液成为当务之急。介绍了国外近3 年页岩气钻井液技术的新进展,包括防漏堵漏纳米钻井液、用于页岩储层的水基钻井完井液体系、维持井眼稳定的纳米钻井液、纳米添加剂等技术,旨在为中国页岩气钻井液技术的发展提供参考。      

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。     

CQ-HPWBM页岩气水基钻井液的研究

针对目前页岩气水平井探勘施工中油基钻井液环境风险高、油基钻屑处理困难、成本高;水基钻井液抑制性不强、封堵性弱、润滑性差的难题开展相关研究!通过针对水基钻井液存在问题进行深入分析,逐一提出解决思路,研制出一种页岩气水平井用的高密度水基钻井液。分别评价了体系的抑制性能、封堵性能、润滑性能和降滤失性能并与国内外水基钻井液进行了对比。研究表明CQ-HPWBM水基钻井液体系在页岩、碳质泥岩条件下具有优异的封堵性能、抑制性能,在高密度高固相条件下仍具有良好的润滑性能、降滤失性能和流变性能,性能接近油基钻井液。能够满足页岩气水平井、碳质泥岩水平井施工对水基钻井液的要求,替代油基钻井液。     

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。     

贝克休斯LATIDRILLTM高性能页岩气用水基钻井液

贝克休斯公司研发的LATIDRILLTM水基钻井液体系,是一种专为非常规页岩气大位移水平井钻井设计的钻井液,可以提高井眼质量,提高钻井效率,其稳定性、钻进速度及性能可与油基钻井液体系媲美。经实验室试验和现场应用证实,LATID-RILLTM水基钻井液成本效益与油基钻井液相当,有时甚至高于油基钻井液。适用范围:非常规页岩油气井;水平井、斜井、大位移井。     

国外深水钻井液技术进展

随着石油工业的不断发展,海洋油气勘探的水域越来越深,深水钻井难度也越来越大.介绍了深水钻井存在的主要问题:海底页岩的稳定性差、钻井液用量大、井眼清洗难、浅层天然气容易形成气体水合物、低温下钻井液的流变性不稳定、地层破裂压力窗口窄等,这些都对钻井液技术提出了更高的要求.国外深水钻井作业开始得较早,使用的钻井液体系主要有水基钻井液和合成基钻井液,其中水基钻井液主要包括墨西哥湾的高抑制性水基钻井液体系、高性能水基钻井液和CaCl2/聚合物钻井液,挪威海域的硅酸盐钻井液体系以及甲基葡萄糖甙钻井液等;合成基钻井液主要包括墨西哥湾的酯/烯烃基钻井液、IO和酯基钻井液及环境可接受的专用合成基钻井液等.另外,还介绍了充气钻井液和特殊的油基钻井液体系.最后,分析了深水钻井液技术的发展趋势,并提出了一些建议.     

一种适合页岩气水平井的水基钻井液

由于泥页岩地层特性以及页岩气钻井工艺技术特点,目前页岩气井多采用成本较高、易污染环境的油基钻井液。优选一种基于纳米材料的水基钻井液体系,该钻井液利用纳米二氧化硅封堵泥页岩微小孔隙,采用磺化沥青Soltex作页岩井壁稳定剂。对该体系的高温高压滤失性能、高温高压流变性、膨胀性、滚动回收率、润滑性、泥饼摩阻系数以及表面张力等参数进行了测试。结果表明,该钻井液对泥页岩有较强的抑制性,抑制效果好于具有强抑制性的聚合醇体系,可防止泥页岩水化膨胀分散,保证井壁稳定;具有很好的润滑性,润滑系数为0.21,泥饼摩阻系数为0.049 7;在120℃下滤失量较低,流变模式较符合赫-巴模式;纳米二氧化硅/纳米碳酸钙近似球型结构,以及与Soltex的协同作用,使钻井液具有低表面张力,可削弱水锁损害。该水基钻井液体系适用于泥页岩地层钻进。     

川滇页岩气水平井水基钻井液技术

为解决水基钻井液钻页岩气水平井过程中出现坍塌等井壁失稳问题,以多碳醇、磺化沥青钾盐为核心处理剂,研究了一套针对川滇页岩气地层的新型水基钻井液。通过膨胀率、回收率、力学特性分析、封堵、抗污染等实验,研究了新型水基钻井液基本性能。结果表明,新型水基钻井液显著抑制云南龙马溪组、四川龙马溪组及五峰组页岩水化膨胀与分散,页岩膨胀率分别为1.23%、0.95%和0.98%,回收率分别为98.94%、99.13%和99.05%,其抑制页岩水化膨胀分散性能与油基钻井液相近;与常规水基钻井液相比,页岩抗压强度降低程度大幅减小,能有效减缓页岩抗压强度降低,对页岩裂缝具有较强的封堵性;抗盐（5% NaCl）、膨润土（5%）、岩屑（20%钻屑）污染能力强,具有良好的稳定井壁效果。      

川西页岩气藏新型水基钻井液体系的性能评价及现场应用

针对川西页岩气藏微裂缝发育,多为硬脆性泥页岩的成藏特征,提出了一种新型的水基钻井液体系——强抑制强封堵聚胺仿油基水基钻井液体系(CXWBM-1),并通过室内实验评价了其全性能、抑制性能、封堵性能、润滑性能以及抗污染性能。结果表明,CXWBM-1钻井液体系对川西页岩岩样第二次回收率达到95%以上,能有效封堵0.5~15μm微裂缝或微孔,钻井液体系的API失水在2mL以内;体系的黏滞系数和摩阻系数均较低,润滑性能好;体系具有一定的抗盐、抗钙和抗岩屑污染能力。在川西XYHF-1井页岩气层的应用表明,研制的新型水基钻井液体系能够很好地预防页岩层的吸水膨胀和缩径垮塌,可确保钻井的施工安全。该钻井液体系在同类页岩气藏的钻井开发过程中,具有很好的应用前景。     

新型MEG钻井液体系的研究

MEG钻井液是一种具有半透膜作用的水基钻井液．对页岩具有较好抑制作用。同时该体系又具有生物降解．保护环境的特点。阐述了MEG钻井液抑制页岩水化膨胀和分散的机理，研究并评价了MEG钻井液的性能及成膜效应。研究表明，MEG钻井液主要是通过成膜作用、渗透及去水化作用稳定页岩；具有较好的抑制性、润滑性和储层保护特性，钻井液性能稳定，在钻井液中浓度达到一定范围时，能在页岩表面形成半透膜．诱使页岩内的吸附水渗出。     

国外水基钻井液半透膜的研究概述

介绍了近年来国外对水基钻井液半透膜效应机理的研究成果，以及在此基础上对钻井液体系进行的研究讨论。认为，孔隙压力扩散是导致井壁失稳的根本原因，孔隙压力扩散的快慢取决于泥页岩的渗透性、弹性和钻井液与井壁之间物理化学作用等边界条件。通常情况下，渗透率越低，压力增长越慢。只有膜效率高的钻井液体系才能有效控制和延缓孔隙压力的扩散，进而维护井壁的稳定。提高水基钻井液半透膜效率的措施为：①封堵裂缝和高渗透泥页岩的孔隙；②超低剪切条件下增加液相粘度；③降低钻井液活度；④改善泥页岩膜的理想性。并以此为标准，对各类钻井液进行了系统研究，结果发现：MEG钻井液、甲酸盐钻井液、聚合醇钻井液和硅酸盐钻井液具有良好的抑制性和发展前景。     

有机/无机复合纳米水基钻井液体系研究

利用有机和无机纳米粒子作为功能处理剂（架桥、封堵）,结合常规聚合物处理剂组成了有机/无机复合纳米水基钻井液体系,评价了该钻井液体系的隔离层效应、抗温性、抑制性、抗污染能力和沉降稳定性。评价结果表明:有机/无机复合纳米水基钻井液体系具有较强的隔离层效应,120 min后动滤失量几乎为零;抗温达到180 ℃;具有较强的抑制泥页岩水化膨胀的能力,页岩在纳米水基钻井液中的线膨胀率仅为17.92%,滚动回收率为95.00%;抗盐和钻屑污染能力强,抗NaCl和CaCl2可达15%和7%,抗钻屑污染可达15%;沉降稳定性好,能满足现场施工要求。