高压窄密度窗口油基钻井液固井技术

海上油田固井作业面临着高压窄密度窗口易发生漏失和气窜,油基钻井液环境下固井井壁滤饼清洗困难,大斜度定向井固井顶替效率低等诸多挑战。在分析相关固井技术难点的基础上,采用高密度冲洗液提高对油基钻井液套管壁及井壁滤饼的清洗质量;选用聚合物增强水泥浆体系,在固井压耗动态计算及压稳计算的基础上优化双凝水泥浆柱设计,实现防漏及压稳储层;采用旋转尾管固井技术实现固井过程中尾管旋转,提高冲洗液的洗井质量及水泥浆顶替效率。上述技术措施在涠洲油田压力系数高达1.61 g/cm3、高气油比达358 m3/m3、密度窗口仅0.12 g/cm3 的油基钻井液固井施工中成功应用,固井质量评价优良,表明该套海上油田固井技术能够满足高压窄密度窗口油基钻井液的固井需求。     

一种适用于油基钻井液的表面活性剂隔离液

页岩气钻井过程中采用的油基钻井液极易残留在井壁和套管壁表面,与固井水泥浆产生接触污染。套管壁及井壁长期处在油基钻井液环境中,两界面亲油憎水,给固井作业带来油基钻井液顶替和清洗困难、混浆流变性能变差、混浆强度严重下降、界面胶结质量不良等问题。针对以上问题,对表面活性剂及隔离液进行了如下研究:①调研油基钻井液对水泥浆的接触污染机理;②测定溶液表面张力,验证表面活性剂对清洗效果的影响;③配制表面活性剂水溶液和隔离液,利用模拟套管冲洗法测定清洗效率。实验结果表明,表面活性剂的加入能显著降低水油界面张力,提高清洗效率;配制出了一种清洗效率高达92.86%的三元复配表面活性剂隔离液体系,表面活性剂组成为LAS+JFC-6+AOS （1:1:1）;该隔离液对油基钻井液有良好的清洗效果,可提高界面胶结质量,有助于提升页岩气井的固井质量。      

提高固井第二界面质量的技术研究与应用

为了提高水泥环的层间封隔能力,利用ESEM、Zeta电位仪、FTIR及钻井液滤饼模拟等方法,研究了钻井液及其滤饼对固井第二界面质量的影响,并提出了一种滤饼清除技术。研究结果表明:钻井过程的钻井液性能不满足提高固井第二界面胶结质量的要求,该钻井液容易在井壁上形成虚厚的滤饼,将严重恶化水泥石与地层间的界面胶结,降低固井第二界面质量,室内模拟水泥石与岩心间界面的7 d胶结强度仅为0.12 MPa。在固井前调整钻井液的p H值≈11、流性指数n0.75、动切力YP≈5 Pa,通过提高钻井液的pH值和流变性以破坏钻井液中聚合物的化学结构、增加钻井液中高分子处理剂的亲水性,并提高钻井液中黏土颗粒表面的ζ电位、增加黏土颗粒间的分散作用,可提高对滤饼的清除程度及水泥浆的顶替效率,水泥石与岩心界面间7 d的胶结强度由0.12 MPa提高到了1.18 MPa。同时,固井前调整钻井液性能并结合配套浆柱结构技术,已在大港油田连续应用14井次,固井第二界面优质率从23.1%提高至71.6%。     

矿渣MTC固化滤饼能力实验研究

固井液与钻井液滤饼实现整体固化胶结一直是石油工程界期待解决的重大技术难题。由于钻井液滤饼的存在，水泥浆与井壁不能牢固胶结，固井后常常出现油气水窜等严重问题，从而造成固井失败。为此，系统地比较了矿渣MTC水泥浆与油井水泥浆在没有滤饼、普通钻井液滤饼、多功能钻井液滤饼3种情况下的界面胶结性能。实验结果表明，没有滤饼存在时，油井水泥浆的胶结性能明显优于矿渣MTC；普通滤饼存在时，水泥浆和MTC均不能得到令人满意的胶结性能；油井水泥浆不能使多功能钻井液滤饼固化胶结，而矿渣MTC能够实现多功能钻井液滤饼的固化胶结。多功能钻井液钻井技术与矿渣MTC固井技术联合使用可以适当淡化顶替技术，充分发挥矿渣MTC技术的经济、技术优势，提高固井质量。     

一种高效清除井壁滤饼的新型固井冲洗液

为有效清除水基钻井液滤饼,提高固井界面胶结强度和固井质量,基于水溶性纤维的强冲刷原理和滤饼氧化分解原理,研究出一种新型的固井冲洗液（WD-C） ：0.5%WF-H纤维+2.2%WF-O氧化剂+0.35%FeSO₄ +1.8%KCl+3.0%膨胀珍珠岩粉+水,密度为1.03 g/cm³。为此,系统地测试评价了该冲洗液对水基钻井液滤饼的清洗效率和改善固井界面胶结强度的性能,并通过红外光谱（IR）、扫描电镜（SEM）和元素分析（EDS）等方法分析了其对界面胶结物的理化特征和微观结构的影响。结果表明,该冲洗液对水基钻井液滤饼具有良好的冲洗作用（冲洗干净时间在10 min内）,且界面胶结处的水泥颗粒能够正常水化,生成水化硅酸钙凝胶、Ca（OH）₂和棒状钙矾石（AFt）晶体,并相互交织并形成致密网络结构,能显著提高固井二界面胶结强度,进而提高固井质量。该研究成果为解决高效快速清除水基钻井液滤饼、提高固井二界面胶结强度技术难题提供了又一种新的技术方法。     

抗高钙盐白油基钻井液冲洗液室内研究

油基钻井液完钻后残留在套管和井壁的油污会影响固井水泥与地层的胶结强度,严重时可导致固井质量。为有效清洗残留的油污,提高水泥环与地层之间的亲水性,本文分析了5#白油的组份及碳数分布,构建了一套抗高钙盐白油基钻井液冲洗液,并对其润湿性和清洗能力进行了评价。实验结果表明,研制的冲洗液能够将油基泥浆表面的亲油性变为亲水性,大大提高固井水泥浆的胶结质量,同时,冲洗液对泥饼表面残余油污具有很好的清洗效果。     

油气井固井多棱石英砂冲洗液的研制与现场应用

在油气井固井过程中,常规冲洗液存在难以有效清洗井壁上滤饼的问题,尤其是油基钻井液会在井壁形成含油滤饼、在套管壁会附着油膜,严重影响了固井质量。为此,基于加强冲洗液物理冲刷作用的理念,优选了具有尖锐棱角、形状不规则的多棱石英砂颗粒及悬浮剂,配制了多棱石英砂冲洗液。室内试验发现,该冲洗液具有稳定性好,与水泥浆、钻井液相容性好的特点,且冲洗效率比常规冲洗液高10～30百分点。多棱石英砂冲洗液在胜利油田4口井进行了成功应用,固井质量均有明显的提高。研究应用结果表明,多棱石英砂冲洗液能够有效清除井壁滤饼、油膜及岩屑,改善固井二界面胶结环境,从而提高固井质量,满足大型压裂对水泥环胶结质量的要求。      

镶嵌屏蔽钻井液滤饼对固井二界面胶结质量的影响与提高措施

固井质量的好坏是决定后期开采作业能否顺利进行的关键,钻井过程中形成的滤饼会影响固井二界面的胶结质量,因此通过固井二界面胶结强度的评价方法,分析镶嵌屏蔽钻井液滤饼对固井二界面胶结质量的影响,结合SEM和EDS进一步说明钻井液形成的虚滤饼因为其疏松的凝胶状态导致固井二界面质量降低。针对以上问题,选用脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、脂肪酸山梨醇酐聚氧乙烯醚60（T60）、聚氧乙烯烷基酚醚（OP）3种渗透剂对镶嵌屏蔽钻井液滤饼进行冲洗,实验结果表明,AEO对镶嵌屏蔽钻井液滤饼的冲洗效果最好,滤饼通过AEO冲洗后,固井二界面胶结强度增大33.34%～166.67%,提高了固井二界面的胶结质量。      

提高油基钻井液固井质量的冲洗型隔离液技术

油基钻井液条件下固井作业时,一方面,套管和井壁处于"油湿"环境,水泥浆无法实现与二界面良好胶结;另一方面,油基钻井液与水泥浆完全不相容性,直接接触后流变性恶化和稠化时间急剧缩短,危及施工安全。为此,利用表面活性剂协同增效机理和功能材料应用技术,研究出提高油井钻井液固井质量的冲洗型隔离液。室内研究表明,隔离液在1.5~2.3 g/cm~3密度范围内具有良好的流变和稳定性能,耐温达到120℃,洗油效率达到95%以上,能够高效驱替油基钻井液,实现界面润湿反转,与钻井液和水泥浆相容性良好。该隔离液体系在四川地区页岩气油井钻井液条件下固井中成功应用100余井次,固井质量合格率90%以上。该冲洗隔离液能够起到隔离、清洁套管和井壁的作用,提高了油井钻井液条件下的固井施工安全和固井质量。     

油基钻井液用冲洗液BCS-020L研制及应用

油基钻井液完钻井井壁及套管壁上附着的油浆、油膜会影响固井界面的胶结性能。为了改善水泥环与环空界面的亲合性,提高界面胶结强度,研发了BCS-020L冲洗液体系。实验结果表明,BCS-020L冲洗液与钻井液、隔离液均有较好的相容性,对井壁和套管壁上附着的油基钻井液具有良好的冲洗效果,冲洗效率达到80%以上;对环空界面具有良好的润湿改性作用,可以有效促进水泥环与环空界面的胶结。该冲洗液体系在玉门油田柳平1井取得成功应用,固井质量优良。     

油基钻井液钻井的固井技术难点与对策分析

油基钻井液具有优良的抑制性及抗温性等优点,近年来在复杂深井和页岩气井中得到了大量应用。由于油基钻井液与固井水泥浆间存在相容性问题,因此为固井工程带来诸多难题。为促进油基钻井液的应用,提高固井质量,在总结国内外研究现状基础上,分析指出油基钻井液钻井的固井难点主要包括井壁和套管清洗困难、滤饼难以清除、前置液评价方法不完备、流体接触污染严重、顶替效率低等。针对上述难点,提出应加强高效前置液体系、前置液性能评价方法与相应装置、油基钻井液驱替与置换机理研究,形成适用于油基钻井液钻井的配套固井技术。     

油包水钻井液耐高温冲洗液JYC—1的研究与应用

冲洗液YJC－1主要由有机溶剂、表面活性剂和螯合剂组成,具有对油包水钻井液强力渗透、增溶、乳化和螯合的复合效果,能在短时间内迅速有效地将附着井壁、套管壁上的油浆、油膜洗净,冲洗率达100％,使井壁和套管壁从“油湿”变成“水湿”状态,有利于水泥石的界面胶结,即冲洗后界面胶结强度有所增加。通过应用螯合剂,很好地解决了冲洗液与油包水钻井液的相容性问题,提高了冲洗液的耐温性能（耐温高达200℃）。现场应用了4口井,固井质量优质,表明冲洗液YJC－1提高了油包水钻井液完钻井的固井质量。     

油包水钻井液耐高温冲洗液YJC-1的研究与应用

冲洗液YJC-1主要由有机溶剂、表面活性剂和螯合剂组成,具有对油包水钻井液强力渗透、增溶、乳化和螯合的复合效果,能在短时间内迅速有效地将附着在井壁、套管壁上的油浆、油膜洗净,冲洗率达100%,使井壁和套管壁从"油湿"变成"水湿"状态,有利于水泥石的界面胶结,即冲洗后界面胶结强度有所增加.通过应用螯合剂,很好地解决了冲洗液与油包水钻井液的相容性问题,提高了冲洗液的耐温性能(耐温高达200℃).现场应用了4口井,固井质量优质,表明冲洗液YJC-1提高了油包水钻井液完钻井的固井质量.     

钻井液造壁性对固井质量的影响

为更真实地考察水基钻井液与固井质量的关系，建立了评价固井第二界面胶结强度的新方法——人造岩心法。通过测定在聚磺钻井液中浸泡24h形成吸附层的铁棒和高温高压滤失实验后形成滤饼的人造岩心经3种不同方式处理后形成的第一、第二界面胶结强度，得出了造壁性影响固井质量的一般规律。研究表明，对铁棒上的吸附层和人造岩心上的滤饼进行部分清除后，两界面的胶结强度均高于未处理的铁棒和岩心与水泥浆的胶结强度；对铁棒和岩心采用特制的冲洗液进行冲洗后，两界面的胶结强度大为改善，比清除部分吸附层和虚滤饼的铁棒和岩心与水泥浆的胶结强度还高。     

提高二界面胶结质量的矿渣钻井液滤饼可固化技术

难以固化的滤饼直接导致固井第二界面胶结质量差。为提高第二界面胶结质量,基于矿渣受碱激发特性,提出矿渣钻井液滤饼可固化技术,并进行了研究,考察了矿渣钻井液滤饼对第二界面胶结性能的影响;对该技术配套冲洗液进行研究;通过XRD测试分析滤饼物相组成及作用机理。结果表明,矿渣钻井液滤饼可固化技术有助于提高第二界面胶结强度,改善第二界面胶结形貌;配套冲洗液显著提高上述技术效果;矿渣钻井液滤饼具有潜在固化活性,经冲洗液渗透、预激活,并与水泥浆成分交换,共同水化,生成C-S-H凝胶,包覆、连接固相颗粒,填充结构孔隙,实现滤饼、水泥环整体固化,第二界面胶结强度提高。研究表明,矿渣钻井液滤饼可固化技术与配套冲洗液技术有助于提高第二界面胶结质量,该研究对无机矿物凝胶材料在钻井液中的应用,特别是工业废料的环境保护再利用,具有科学的理论指导意义。      

密度对油基钻井液性能的影响

随着高密度油基钻井液被使用的越来越多,高密度时油基钻井液表现出的性能不稳定也逐渐被现场工程师发现。研究了密度对油基钻井液性能的影响,以及不同密度下温度、剪切时间、油水比、有机土、CaCl₂浓度和劣质固相对油基钻井液性能的影响。研究结果表明,重晶石能增加油基钻井液的黏度和切力,提高钻井液的乳化稳定性;油基钻井液的破乳电压和重晶石的加入量呈线性关系;在高密度时,油基钻井液的表观黏度受温度、油水比、有机土和劣质固相的影响程度比低密度时大;破乳电压在高密度时受油水比、CaCl₂浓度和有机土的影响比低密度时大。综上可知,密度的增加不仅单独对油基钻井液性能造成影响,还提高了油基钻井液对其它因素的敏感性。因此在使用高密度油基钻井液时,要加强对现场钻井液性能的监控和调节。      

评价钻井液滤饼对固井二界面胶结质量影响的新方法

为了更真实地模拟在固井作业时，高温高压条件下形成滤饼的井壁岩石与水泥浆固结的实际情况，设计了一套HTHP岩心滤失装置以及专用岩心，该装置由加温套、釜体、岩心夹持器3部分组成，岩心中央钻有一未完全连通的小孔作为钻井液的渗滤通道。开展岩心滤失实验时，钻井液只能通过岩心外壁向内壁滤失以在外壁上形成滤饼，这与现场实际情况相符合。通过配合HTHP岩心滤失装置和水泥浆固结模具，并测定形成滤饼的岩心与水泥浆的胶结强度，建立了一种评价固井第二界面胶结质量的新方法。研究结果表明，该评价方法简单适用，科学合理，较为真实地模拟了井壁岩石与水泥浆的胶结情况。该方法有较高的实用推广价值，为以后定量研究钻井液类型和性能对第二界面胶结强度的影响奠定了基础。     

滤饼固化剂在元页HF←1井的应用

为了提高页岩气井的固井质量,在元页HF1井244.5mm套管固井时试验应用了滤饼固化剂。采用元页HF-1井实际使用的钻井液和水泥浆,根据自主建立的固井第二界面胶结强度评价方法,评价了GJ-Ⅰ型滤饼固化剂和GJ-Ⅱ型滤饼固化剂对固井第二界面胶结强度的作用效果。评价结果表明,在分别养护3,7,15和30d的条件下,采用滤饼固化剂的固井第二界面胶结强度比常规固井第二界面胶结强度分别提高了629.03%,222.37%,241.43%和273.33%。现场固井试验后的声幅-变密度测井结果表明,封固段相对声幅值≤15%的井段占全井段的93.49%,固井质量为优质。研究表明,滤饼固化剂可大幅度提高页岩气井固井第二界面胶结强度,可提高页岩气井的固井质量。     

LPS多元硅钻井液提高二界面胶结强度的研究

针对大庆油田三次加密区多压力层系薄油层，差油层的二界面固井质量问题，通过对井壁围岩，泥饼，水泥石的物理和化学结构，组成和成分的分析，研制了一种多元硅界面增强剂LPS。LPS主要由硅醇，低分子量聚合物，有机成膜剂组成。以LPS为主要处理剂研制出一种新型钻井液体系，研究结果表明，LPS多元硅钻井液体系具有液变必合理，抑制剂强，油气层保护性好，能够提高水泥环－泥饼－地层的胶结能力等优点，经5口三次加密调整井的现场试验证明，LPS多元硅钻井液对井壁有较好的稳定作用，在一定程度，有效地提高了二界面胶结强度，利于提高二界面固井质量；钻井液性能优良，保护油气层效果好，井径扩大率较小，满足大庆油田加密调整井钻井要求。     

考虑多因素的固井二界面胶结抗拉强度室内评价方法

受井壁表面粗糙度、钻井液残留和温压扰动等因素的影响，固井二界面是整个环空封隔的最薄弱环节，且极易发生张拉破坏导致环空密封失效，但已有的评价方法只能获得固井二界面的胶结剪切强度，不能很好地评价固井二界面抗拉破裂性能。为此，考虑岩性、界面粗糙度、钻井液残留、冲洗液清洗和水泥浆等主要因素，建立了一种固井二界面胶结抗拉强度室内评价方法，从冲洗效率、胶结细观结构、抗拉强度、破裂形貌等多个维度对固井二界面胶结抗拉性能进行了系统评价。研究结果表明，该评价方法科学合理、步骤清晰、简单适用、试验结果离散性小，不同因素下测试结果区分度好，进一步完善了固井二界面胶结强度评价方法，具有较高的推广应用价值。