MEG钻井液页岩抑制性研究

在钻井过程中,由于钻井液滤液的侵入,地层中的粘土矿物发生水化膨胀和水化分散作用,削弱了岩石的力学强度,致使井壁发生失稳。MEG钻井液是一种具有成膜作用的水基钻井液,对页岩具有较好的抑制作用。文中简单阐述了MEG钻井液页岩抑制性机理,分析研究了影响MEG钻井液页岩抑制性的因素,实验验证MEG钻井液的成膜作用。MEG钻井液主要是通过半透膜效应、封堵作用、渗透作用及去水化作用抑制页岩的水化分散和膨胀,当 钻井液中MEG浓度足够大时,MEG分子吸附在井壁岩石或钻屑表面上形成一层憎水膜,阻止钻井液滤液向地层或钻屑中渗透。研究表明,MEG浓度大于30％时,其抑制页岩的能力优于浓度为3％的KCl溶液;钻井液中MEG的加 量是影响钻井液抑制性的主要因素,并且钻井液中加入无机盐后,无机盐与MEG协同作用使MEG钻井液的页岩抑制能力提高;钻井液中MEG浓度越高,膜效率越好,MEG浓度大于50％时,页岩内水份渗出。

     

水基钻井液成膜技术研究

介绍了一种新型的有机硅酸盐半透膜抑制剂BTM-1。通过钻屑回收率试验、泥页岩水化趋势作用试验、泥球浸泡试验和膜效率测定，评价了BTM-1抑制剂对泥页岩水化膨胀及分散性能的抑制作用及其半透膜效能。研制了与半透膜相配伍的具有良好抗盐抗温性能的降滤失剂CFJ-1；介绍了具有隔离膜性能的成膜降滤失剂钻井液性能，用扫描电镜试验，测定了隔离膜的结构特征，对隔离膜降滤失机理进行了初步探讨。给出了具有半透膜、隔离膜的成膜钻井液配方。评价了成膜钻井液的抑制性、抗盐性和抗温性能，通过动滤失量试验、渗透率恢复值试验评价了成膜钻井液保护储层效果。荧光及毒性试验表明，成膜钻井液体系无荧光、无毒性，满足国际环保要求。     

MEG在泥页岩地层的井壁稳定机理研究

为了探索甲基葡萄糖苷(MEG)在泥页岩地层的井壁稳定作用机理,对MEG降低水活度、在黏土表面的吸附性、半透膜效率以及抑制性变化规律进行了研究。结果表明,MEG在黏土表面吸附达到一定浓度后形成半透膜,MEG浓度越高半透膜越致密,可抑制黏土的水化分散,岩心回收率最高可达99%;MEG同时可显著降低水活度,最高可降低至0.85以下。对MEG的成膜规律进行了探索,MEG在泥页岩表面的膜效率同MEG浓度、浸泡时间有关系,MEG浓度越大、膜效率越高,随着浸泡时间延长,膜效率降低。MEG通过在黏土表面吸附成膜抑制黏土水化和提高膜效率维持了井壁的稳定。     

甲基葡萄糖苷的防塌机理研究

以淀粉为原料合成了甲基葡萄糖苷（MEG），考察了MEG对泥页岩分散的抑制作用、对膨润土水化膨胀的抑制性能、对泥页岩膜效率的影响和对钻井液水活度的影响，并在此基础上对MEG的防塌作用机理进行了详细分析，以期达到进一步开发利用MEG的目的。实验结果表明，MEG具有一定的抑制泥页岩水化膨胀、分散的作用，但其抑制作用较弱，远不如无机盐和聚合醇类页岩抑制剂；MEG能大幅度提高泥页岩的膜效率，被25%的MEG溶液饱和后，泥页岩膜效率提高率达200%以上；MEG具有有效降低钻井液水活度的作用，在加量充足的情况下，MEG单独使用或与无机盐复配使用均可将钻井液水活度降到0.85以下。因此，通过提高泥页岩膜效率及降低钻井液水活度，MEG能在钻井液/泥页岩体系间产生有效的渗透压，通过渗透作用降低钻井液中的自由水向地层滤失是MEG稳定井壁的主要作用机理。MEG的防塌性能特点与其分子量和分子结构密切相关。     

水基钻井液成膜技术研究进展

水基钻井液成膜技术是当今研究的热点，其核心技术是利用页岩或钻井液的物理、化学特性，使页岩或钻井液具有半透膜的性能或在井壁上形成一层较高质量的隔离膜，阻止钻井液向地层的进一步滤失，从而有效地稳定井壁和保护油气层。文章根据国内外研究的实际情况，对水基钻井液的几种成膜机理进行了探讨，分析了半透膜和隔离膜的实质，总结了成膜水基钻井液、成膜处理剂以及成膜新工艺的应用现状及发展趋势。建议加强对成膜机理以及对所形成膜的性质等方面的研究。同时应在提高膜的功能和环保型成膜剂方面做出不懈努力。     

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。     

甲基葡萄糖苷—无渗透钻井液的研究与评价

甲基葡萄糖苷(MEG)是一个极性较弱的表面活性剂类物质,其分子结构上有一个亲油的甲基(- CH_3)和四个亲水的羟基(-OH)。这些亲水的羟基可以吸附在井壁岩石上和钻屑上,在井壁上形成一层类似油包水钻井液那样的半透膜,通过调节甲基葡萄糖苷(MEG)钻井液的活度可实现活度平衡钻井,从而有效阻止页岩的水化膨胀,保持井壁稳定。同时,MEG具有良好的润滑性能,按API RP-13B润滑性能评价程序测得润滑系数为0.06,而油基钻井液的润滑系数一般低于0.10。无渗透钻井液转换剂(BST-1)是新型的抗高温抗盐的无渗透钻井液处理剂,它是基于物理化学原理及胶体化学原理的综合运用,参考国外无渗透钻井液体系及国外同类产品的性能指标而研制出来的一种新概念降滤失剂。在常规钻井液体系中加入这种处理剂就可将其转换为无渗透钻井液体系。通过实验证明,甲基葡萄糖苷(MEG)与无渗透钻井液转换剂(BST-1)复配后,能较好地改善钻井液体系的综合性能,包括页岩抑制性能、润滑性能、体系稳定性能,其性能明显优于其它水基钻井液体系,其各项性能几乎可与油基钻井液相比拟,同时,具有利于环境保护的特点,具有比较广阔的应用前景。     

水基半透膜钻井液技术的研究与应用

介绍了一种新型的有机硅酸盐半透膜剂BTM-2.通过钻屑回收率、泥球浸泡、抑制膨润土造浆、抗污染、抗温等试验及半透膜效率测定,评价了半透膜剂及半透膜钻井液的性能,有机硅酸盐半透膜钻井液具有高半透膜性能、强的抑制泥页岩水化膨胀、分散的能力、良好的抗钻屑污染能力和高温流变性.现场应用表明,该钻井液体系抑制能力强,防塌效果好,井径扩大率小,井径规则.     

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。     

泥页岩井壁成膜条件及乳液成膜作用力探讨

钻井液在井壁的成膜原理是利用钻井液与井壁岩石发生物理化学作用,形成可以控制水流方向的半透膜或完全隔离外来物质进入地层的隔离膜,有效地稳定井壁和保护油气层。文章针对泥页岩的孔隙度、井壁水流方向与推动力关系、泥页岩的双电层效应和乳液在成膜过程中的受力作用进行了探讨。分析认为,钻井液中添加的特殊材料（纳米级）可使井壁泥页岩具有更理想的选择透过性;水流方向是正压差和渗透压共同作用的结果,只有在渗透压与正压差方向相反,且渗透压大于正压差条件下,水流由地层流向井筒内,有利于井壁稳定;泥页岩通过离子交换,在其表面形成双电层,可以选择性透过电解质,控制钻井液电解质浓度和类型则有利于形成半透膜效应;正压差和范德华力有利于成膜,而双电层斥力和毛细管阻力不利于成膜。     

新型水基钻井液在延长油田页岩气水平井的应用

页岩气钻井多采用油基钻井液,以解决井壁垮塌等复杂情况,但油基钻井液存在成本高和污染环境等弊端。随着新环保法公布和环保意识不断提升,研发出适合页岩气钻井的水基钻井液迫在眉睫。延长油田是国内首个国家级陆相页岩气示范区,为此,以延长油田为例,对延长油田延长组页岩矿物组成和微观结构进行了全面分析,揭示了该地区井壁失稳机理及钻井液构建思路。并在此基础上,对钻井液体系关键处理剂进行优选及配方实验,研发出了一套新型水基钻井液体系,其各项性能与油基钻井液相当,HTHP失水仅4.6mL,滚动回收率达到了95%以上,极压润滑系数0.103。现场应用结果表明,新型水基钻井液能够满足延长油田页岩气水平井对钻井液的性能要求,有效保证井下安全。同时,对国内页岩气水基钻井液的研究和发展具有一定的参考价值。     

生物聚合物甲基葡萄糖甙钻井液抑制机理

为验证甲基葡萄糖甙对泥页岩的抑制作用,分别进行了甲基葡萄糖甙在黏土上的吸附实验、甲基葡萄糖甙对黏土层间距的影响实验、甲基葡萄糖甙对页岩膜效率影响实验。实验表明:甲基葡萄糖甙对膨润土有很强的亲和力,水溶液(30℃)甲基葡萄糖甙吸附量可达120%,与无机盐复配使用后,其吸附能力进一步增加;用7%NaCl+25%甲基葡萄糖甙处理天然蒙脱石,其晶层间距为1.77 nm,比用水处理的蒙脱石晶层间距(1.92 nm)小,其干样晶层间距比未处理原样(1.54 nm)也小,说明甲基葡萄糖甙盐溶液能减少水分子进入蒙脱石,起到抑制泥岩膨胀作用;用清水饱和岩心,8 d时岩心与水+7%NaC l溶液的渗透压达到最大值,两边高度差为4.3 cm,而用MEG饱和岩心,9 d时岩心与水+7%NaCl溶液渗透压达到最大值,两边高度差为6.7 cm,说明甲基葡萄糖甙可有效改善页岩的膜效率。现场应用,表明甲基葡萄糖甙钻井液有较好的抑制和防塌作用,是油基钻井液较好的替代品。     

阳离子乳液聚合物钻井液在页岩气井的应用

常规聚合物钻井液在页岩气井钻井过程中易出现各种井下故障。经对页岩气井井下故障和页岩岩心分析研究,决定选择阳离子乳液聚合物钻井液钻进页岩地层。通过室内试验,对阳离子乳液钻井液的常规性能、抑制性、抗岩屑污染能力、润滑性和储层保护性等进行了评价,并在湘页1井和彭页1井进行了现场应用。应用表明,2口井施工过程中无阻卡现象,平均井径扩大率小于8%,钻井液抑制性能、润滑性能、储层保护性能等均满足页岩地层钻井施工要求。应用还表明,阳离子乳液聚合物钻井液可解决页岩地层井壁失稳和储层损害问题,缩短钻井周期,节约钻井液成本。该钻井液的成功应用,为页岩气井的勘探开发提供了宝贵的参考经验,其在页岩气井钻井施工中具有良好的推广应用前景。      

Investigation of Oleate-Diethylamine-Epichlorohydrin Copolymer as a Clay Swelling Inhibitor for Shale Oil/Gas Exploration

Oleate graft copolyammonium (OGCA) was prepared and its performance as a shale inhibitor was evaluated by bentonite linear expansion test, anti-swelling experiments, mud ball experiments in water-based drilling fluid. Anti-swelling results shows that anti-swelling rate of OGCA reaches up to 89.7% and OGCA has strong inhibitive capability to bentonite hydration swelling confirmed by the result of mud ball experiment. From the results it was found that both OGCA and modified starch have an excellent synergetic defiltration effect on the water-based drilling fluid. The good performance of OGCA as a shale inhibitor should be contributed to its good capacity of controlling the particle size of bentonite. The inhibition mechanism of the polyamine salt was analyzed by thermogravimetric analysis and scanning electron microscope.     

威远区块深层页岩气水平井水基钻井液技术

为解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳的问题,研制了具有强抑制性、强封堵能力的水基钻井液。分析了威远区块页岩储层矿物组分、储层物性和页岩地层井眼失稳机理,认为在该地层钻进水平段时,所用钻井液应具有较强的抑制性、封堵能力和一定的润滑性。在优选抑制剂、封堵剂和润滑剂的基础上,配制了深层页岩气水平井水基钻井液SM–ShaleMud,并对其性能进行了室内评价。室内试验结果表明:该钻井液流变性能好,高温高压滤失量低,润滑系数小;可抗温140 ℃,能有效抑制黏土水化和裂缝的产生、扩展;封堵能力和抗污染能力强。SM–ShaleMud水基钻井液在威远区块威页23平台3口井进行了应用,结果表明具有良好的综合性能,特别是井眼浸泡67 d后仍保持稳定,说明其具有强抑制性和强封堵能力。研究表明,SM–ShaleMud水基钻井液能够解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳问题,现场应用效果显著。      

MEG钻井液在沙113井试验成功

石油大学（北京）室内研制出以甲基葡萄糖甙（简称MEG）为主剂的钻井液,并与新疆石油管理局合作完成了谈钻井液的现场应用配套技术研究和现场试验工作,介绍了MEG钻井液在新疆准葛尔盆地沙南油田沙113井进行的现场试验,分析了MEG钻井液的性能特点和现场试验效果,现场试验结果表明,该钻井液具有优良的面岩抑制性,井眼规则,稳定性好,具有独特的造壁护作用,钻井液密度低,有利于保护储层,具有良好的剪切稀释特性,悬浮和携带岩屑能力强,井眼清洁,抗电解污染能力强,流变性易调节。     

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基于钻井液技术所面临的油气层保护，安全快速钻井方面的严格要求。从优选处理剂入手，根本上能够解决页岩水化、油层保护、环保等方面的问题，研制了一种新型聚合醇钻井液。由于聚合醇易于生物降解、利于环保、保护油层等特点，很快引起了人们的关注。聚合醇的作用机理表现为：聚合醇具有浊点效应，当温度降低到浊点温度以下时，聚合醇开始溶解，而温度高于浊点温度时，从水中析出，形成憎水膜，吸附在页岩表面，抑制页岩水化分散的作用；聚合醇与无机盐具有协同效应，起到了抑制页岩水化分散，稳定页岩的作用；聚合醇可增大滤液的粘度、降低滤液的化学活性，抑制页岩水化分散。进行了聚合醇对钻井液的流变性、热稳定性、抑制性等方面的研究，实验结果表明聚合醇的浓度在3%时，所研制的聚合醇钻井液具有很好的热稳定性、抑制性与较好的流变性，能够满足钻井施工的要求。     

油基可循环微泡沫钻井液研制及应用探讨

针对页岩气成藏特点及钻井过程中可能出现的井漏、页岩水化膨胀导致井壁垮塌等问题,开展了油基可循环微泡沫钻井液技术研究。通过室内实验,优选出适合于油基钻井液的发泡剂、稳泡剂等主要处理剂,进而研制出了油基可循环微泡沫钻井液配方,并进行了发泡体积、半衰期、流变性、抗温性、抗污染性、防塌抑制性、封堵性等性能评价实验。结果表明:研制的油基可循环微泡沫钻井液密度在0.65~0.88g/cm3范围内可调,流变性能良好,抗温可达到150℃,稳定时间可达60h;润滑性能优良,具有较好的抗水、抗钙污染性能和防漏堵漏性能,防塌抑制性强,同时具有良好的储层保护性能。最后,对该新型钻井液的应用前景进行了探讨,认为所研制的油基可循环微泡沫钻井液不仅可满足页岩气井钻井的需求,而且还可应用于低压低渗透储层和低压盐膏层钻井,具有较好的应用前景。