抗高温聚束钻井液在南堡3-15 井的应用

南堡油田3 号构造中深层东营组和沙河街组地层垂深在4 000 m 以上,地温梯度为（3.66～4.05 ℃）/100 m,极易发生井壁失稳、井漏、CO2 污染,同时储层水锁严重,地质要求对荧光进行严格控制。针对以上钻井液系列难题,室内研究了一种抗高温聚束钻井液体系,该体系是在以往低自由水钻井液体系的基础上,增强了钻井液高温条件下稳定性及微纳米级泥岩孔缝封堵能力等特性。通过在南堡3-15 井的应用表明,该体系具有良好的流变性、润滑性、抑制性和低滤失性,解决了中深部地层井壁稳定和井漏问题,高温稳定,抗污染能力强,实现了长位移井段低荧光钻进,且能提高机械钻速、缩短钻井周期。      

改进型低自由水钻井液在NP4-55井的应用

NP4-55井是南堡4号构造的一口重点探井,该井东营组地层存在大段泥岩,水敏性强,易造成水化剥落;该区块低孔、低渗,储层水锁损害比较严重;受井斜影响,中深层井壁稳定性差;探井对钻井液荧光要求高,常规钻井液技术难以满足施工要求。通过室内优选和评价,该井三开使用封堵性、润滑性、抑制性、储层保护效果好的低荧光改进型低自由水钻井液,该钻井液较强的抑制性配合防水锁剂的使用,降低了储层的水敏和水锁损害,油层保护效果提高,渗透率恢复值可达100%;在钻进过程中岩屑棱角分明,回收率达90%以上,平均井径扩大率仅为4.19%,改进型低自由水钻井液在NP4-55井的成功应用,满足了南堡油田中深层低渗油藏勘探开发的需要。     

南堡1-3人工岛钻井液技术

南堡1-3人工岛是冀东南堡滩海地区的一座固定式海上平台,主要勘探开发南堡1-5区块,钻井过程中易发生井漏和井壁失稳,导致储层受到污染。在分析南堡1-5区东1段储层各油组储层特性、伤害因素及对储层上覆玄武岩地层特性基础上,结合成膜封堵理论,优选出了具有强抑制性和强封堵性的KCl成膜封堵低侵入钻井液。室内试验表明,KCl成膜封堵低侵入钻井液常规性能良好,抑制性和封堵性强,油层保护效果好。现场应用表明,南堡1-5区块使用KCl成膜封堵低侵入钻井液后,钻井液密度明显降低,所钻井均能顺利完钻,且一次成功自喷投产,证实通过提高钻井液的抑制性和封堵性,可以达到稳定玄武岩地层井壁、解决井漏和高效保护储层的目的。      

反渗透型低自由水钻井液体系

为了解决南堡油田深层硬脆性泥页岩井壁失稳问题,研究了反渗透型低自由水钻井液体系。该体系针对泥岩纳微米级孔喉引入纳微米封堵技术,在近井壁地带形成半渗透膜,配合键合水技术降低钻井液水活度,产生反向渗透压差,平衡液柱压差和毛管力,提高体系的井壁稳定效果。纳微米封堵材料包括胶束剂HSM和固壁剂HGW,HSM在水中呈球状、层状、棒状,尺寸在1~100 nm之间,其通过亲水基团多点吸附缠绕在井壁上,其疏水基团裸露在外相互黏结,在井壁上形成一层疏水膜;HGW是憎水性的亚微米级乳液,其覆盖在井壁岩石表面,在压力作用下堆积形成一层憎水膜,通过加入3%HGW+2%HSM、再加入20%键合剂,钻井液的膜效率可以从0.11提高到0.30和0.50。室内评价表明,该体系具有类似于油基钻井液的防塌抑制性、润滑性和储层保护性能。该体系在南堡2-35和南堡4-65井进行了应用。现场应用效果表明,应用井井壁稳定、井径规则,与邻井相比,钻井液密度由1.26降低至1.20 g/cm3,机械钻速提高了49.62%,实现了深层泥页岩的井壁稳定、油层保护与优快钻井的多重目的。     

渤中34-5区块深层小井眼钻井液体系优选

渤中地区沙河街地层微裂缝非常发育,地层易坍塌,井壁稳定周期短。用常规封堵材料的钻井液无法进入微裂缝内,其滤液浸入地层水化膨胀,造成剥落掉块、井壁失稳。为提高钻井液的防塌性能,保持井壁稳定性,解决裸眼段储层保护问题,通过对新型无固相储层强抑制钻井液体系的研究,得出适用于渤中地区深部沙河街地层的钻井液体系,该钻井液选用具有单向液体开关性能的暂堵剂。性能评价结果表明,钻井液能加强储层保护,降低其水活度,提高其抑制性和封堵性,增强井壁稳定周期。现场运用效果表明,该钻井液体系不仅能满足渤中地区深层小井眼段钻井中的井壁稳定和防塌要求,还能有效保护储层,提高钻井时效。     

自由水钻井液体系在大斜度井段中的优化与应用

东海某气田φ311.15 mm井段主要使用低自由水钻井液体系,总体作业顺利,但是由于地层存在大量的泥岩和砂泥岩互层,导致前期钻井作业过程中存在一定的起下钻遇阻和憋扭矩问题。后期该气田钻井更多地采取了大斜度井方式开发,由于井斜角大、裸眼段长,井壁稳定和井眼清洁问题更加突出。依据泥岩地层失稳机理,通过在低自由水钻井液体系中引入氯化钠,降低体系的活度和增强体系的抑制性,减少了滤液侵入和地层泥岩膨胀。现场应用结果显示,在加入氯化钠后,优化后的低自由水钻井液体系性能更加稳定,现场钻进过程中钻井液性能变化较小,井壁稳定,实现了直接起下钻,提高了起下钻效率,很好地解决了东海大斜度井泥岩段的钻进问题,缩短了钻井工期,提高了钻井时效,为东海类似井型和岩性地层的钻井提供了良好的技术支持。      

东海深井高温高压低孔渗储层钻井技术研究与应用

随着近年东海勘探工作量的迅速增加,钻井深度越来越深,面临着深层高温高压低孔渗地层钻井的一些重大技术难题.针对遇到的难题,分析研究了钻井技术和工艺,主要包括深部复杂压力体系井身结构优化、构建储层保护和井壁稳定性能良好的低自由水钻井液体系、高压低孔渗储层防气窜固井工艺技术、分井段钻井提速配套技术.研究成果应用表明,该套技术较好地解决了钻井过程中出现的问题,保护了储层,提高了时效,满足了产能测试的要求.     

南堡油田馆陶组玄武岩井壁失稳机理和技术对策研讨

在南堡油田勘探初期,钻进馆陶组大段玄武岩的过程中经常发生井塌事故,影响了钻井速度和油气层保护.对馆陶组玄武岩的地质和岩石学特征、矿物组分、理化性能、力学性能和坍塌压力进行了分析,讨论了玄武岩井壁失稳的力学、地质、钻井液和工程因素,提出了稳定井壁的技术对策.采用具有强抑制、强封堵特点和合适密度的成膜封堵低侵入钻井液,能够有效抑制凝灰岩、玄武质泥岩、蚀变玄武岩的水化膨胀、分散坍塌;能够有效封堵裂隙而阻止压力传递,防止近井壁地层岩石强度下降和引发地层坍塌压力升高,从而防止玄武岩地层井壁坍塌,并通过用南堡1-1井2 399～2 401 m井段灰色玄武质泥岩岩样(带微裂缝)进行流量法渗透率测定实验和PT实验(测定渗透率)验证了上述钻井液的稳定井壁能力.     

改进型低自由水钻井液体系在东海地区的研究与应用

东海地区地层复杂,煤层发育,井壁易失稳,且储层保护难度大。低自由水钻井液通过引入自由水络合剂和防水锁剂,降低钻井液中自由水含量,更好的实现井壁稳定和储层保护。改进型低自由水钻井液体系是在常规低自由水钻井液体系中引入深部抑制剂HPI、温压成膜剂HCM,有效封堵煤层,防止泥页岩水化,加固井壁。改进型低自由水钻井液已在东海地区成功应用,取得了良好的应用效果。     

渤中沙河街水平井安全钻井及储层保护

针对下第三系储层开发的水平井，依靠现有的弱凝胶钻井液技术无法满足安全钻井和储层保护的要求, 根据沙河街地层特点，通过改变配方中甲酸钾与KCl 的加放比例，降低钻井液活度，促使储层段钻井液与沙河街地层活度相匹配。利用甲酸钾离子压缩黏土胶体颗粒双电层的能力，提高了对泥页岩的抑制性；储层保护方面采用逐级拟合填充技术，即通过优选CaCO3 粒径的大小与地层孔喉粒径相匹配达到封堵作用；完井期间使用隐形酸作为破胶剂，达到解堵效果，从而解决沙河街地层易发生井壁失稳和深部地层储层保护难度大等技术难题。该技术在BZ34-7-A2H 井中成功应用，实现了安全钻井与储层保护的目的。     

适合页岩储层的强抑制防塌水基钻井液体系

针对威远地区页岩气井W-X1井长水平段钻进时存在井壁失稳、漏失以及摩阻较大等问题,以多氨基页岩抑制剂HCA-3、复合封堵剂和高效润滑剂RMLUB-1为主要处理剂,研制了一套适合该区块页岩储层的强抑制防塌水基钻井液体系,并对其综合性能进行了评价。结果表明:该钻井液体系具有良好的流变性能、较低的滤失量以及较好的润滑性能,能够满足页岩储层水平井钻井施工对钻井液性能的基本要求;该钻井液体系与其他水基钻井液相比,其能够更好地降低页岩岩样的Zeta电位值,具有更强的抑制能力;该钻井液体系的高温高压PPA滤失量和滤失速率均与油基钻井液相当,并且能够较好地阻缓压力传递,具有较强的封堵能力;此外,该钻井液体系还具有较强的抗污染能力,加入不同的盐、钻屑粉和膨润土后,体系性能变化不大。强抑制防塌水基钻井液体系在威远地区W-X1井三开水平段成功进行了应用,现场各分段钻井液性能稳定,施工过程顺利,未出现井壁失稳、起下钻遇阻等复杂井下情况,井眼稳定,且提高了钻井效率,取得了良好的施工效果。      

页岩气储层井周孔隙压力传递数值分析方法

由于页岩基质致密、层理和裂隙发育、富含黏土矿物,使得页岩具有超低渗透、各向异性和水敏等特性,钻井液与页岩接触产生的水化作用引起自由水在页岩中传输,从而导致井周孔隙压力不断变化,但现有方法并未考虑页岩物性特征的影响。为此,基于非平衡热动力学理论,建立了各向异性页岩的井周压力传递数学模型及有限差分求解方法,分析了井周压力分布特征、传递规律及影响因素。结果表明,各向异性页岩井周压力分布与井周角有关,并以主方向呈对称分布;钻井液化学作用对井周压力传递的影响显著,低浓度钻井液情况下井壁附近孔隙压力显著增加,而高浓度钻井液情况下却显著降低,井周压力传递集中在1倍井径范围内;井周孔隙压力的增加不利于井壁稳定,而孔隙压力的降低有利于井壁稳定;溶质扩散系数越小、膜效率系数越大、水力扩散系数越小,则井壁附近孔隙压力变化幅度越大;反之,孔隙压力变化幅度越小。该方法比常规方法更符合实际,且更加实用。     

顺北油气田却尔却克组井壁失稳机理及应对措施

塔里木盆地顺北油气田却尔却克组钻井过程中井壁失稳事故频发,严重影响了施工进度。针对顺北油气田X井却尔却克组地层井壁失稳的机理,开展了岩石崩解实验、点载荷实验、X衍射、扫描电镜实验研究。结果显示,岩石矿物组分中黏土含量大（15%～35%）,其中伊利石含量在60%左右,伊蒙混层主要在10%～30%,吸水率小（2%）,崩解率大（5%）,岩石属于典型的硬脆性灰质泥岩。室内实验表明,在清水和水基钻井液条件下,岩石强度表现出较强的非均质性和强度弱化（岩石单轴强度降低在10～40 MPa之间）,但在油基钻井液下,岩石强度几乎无弱化影响,并且油基钻井液对微裂缝起到较好地封堵作用。此地层水基钻井液下井壁失稳机理一方面是硬脆性泥页岩中的膨胀性黏土矿物吸水膨胀,强度弱化,失去有效支撑;另一方面微裂缝在水力尖劈作用下,井壁岩石崩落垮塌失稳。油基钻井液中乳化剂、润湿剂等表面活性剂特殊结构可以对泥页岩中裂缝微裂缝进行有效封堵,减少水化和水力尖劈作用,实现井壁稳定。现场在第三侧钻井眼水基钻井液井壁严重失稳条件下,改用油基钻井液,顺利钻完计划进尺,大幅度减少井壁失稳损失。      

两性离子聚合物/多元醇复合井壁强化剂的研制与作用机理

针对水基钻井液钻探页岩油气频繁遭遇的井壁失稳难题,同时考虑阳离子基团与多重醇羟基在井壁上的吸附作用,通过酯化反应将两性离子聚合物丙烯酰胺（AM）-丙烯酸（AA）-二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）与聚乙烯醇接枝,研制了一种复合井壁强化剂（WSC-1）。性能评价结果表明,WSC-1对人造岩心点载荷强度的提高率达26.90%,页岩岩心浸泡后可保持71.3%的内聚力;3%加量下可控制页岩线性膨胀量为63.22%,页岩屑150 ℃的滚动回收率达87.2%,优于聚醚胺、聚合醇等常用井壁稳定剂,且兼具一定的降滤失性能。通过红外光谱分析、扫描电镜观察,并结合聚DMDAAC和聚乙烯醇的稳定井壁机理讨论了WSC-1的作用机理:WSC-1通过离子键与氢键强吸附在井壁岩石表面,抑制了黏土矿物水化、分散,且在聚乙烯醇的“多点吸附”作用下形成吸附膜,封堵裂缝并减少自由水向地层中的渗滤,有效强化了井壁。      

水砂地层中子-伽马能谱Monte Carlo模拟

开发了中子 -伽马能谱测井、中子 -伽马射线随空间、能量、时间分布蒙特卡罗 (Monte Carlo)模拟软件包。在裸眼井、井眼里无下井仪器、淡水饱和砂岩地层、井眼注淡水情况下 ,用该软件包计算了沿井轴和沿井壁中子 -伽马射线能谱随能量、时间分布以及沿井轴和沿井壁中子 -伽马射线能谱 ,发现源距变化对中子 -伽马射线随能量、时间分布和井轴与井壁中子 -伽马射线能谱产生一定影响     

满深1井奥陶系桑塔木组高性能防塌水基钻井液技术

满深1断裂带奥陶系桑塔木组为泥岩、泥灰岩地层,裂缝发育,井壁坍塌风险极高,给安全钻井带来了极大挑战。满深1井钻进至井深7 392.54 m（桑塔木组）时钻遇走滑断裂带,发生坍塌卡钻,处理难度大,最终选择回填侧钻。为此,分析了桑塔木组地层特点,研究应用了高性能防塌水基钻井液技术:选择合理的钻井液密度,强化对井壁的力学支撑,并采用复合降滤失措施降低水敏性泥岩地层的水化;在引入多氨基井壁抑制剂的同时,提高K+质量浓度,实现多元抑制防塌;提高钻井液的抗温能力、润滑性能及封堵性能,以满足桑塔木组对抑制、封堵防塌及抗高温稳定性的要求。现场应用表明,该井侧钻过程中钻井液性能稳定,K+质量浓度保持在35 000 mg/L左右,150 ℃温度下的高压滤失量由11.3 mL降至8.0 mL,桑塔木组钻进过程中未发生井眼失稳情况,顺利钻至三开中完井深,套管一次下到设计位置。这表明,高性能防塌水基钻井液防塌效果显著,达到了预期目标。      

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钻井液和泥页岩接触后必然会发生一系列复杂的传递和相互作用,分析研究它们间的传递和相互作用及其对井眼稳定性的影响有助于泥页岩井壁失稳的机理,有助于设计新的和完善旧的防塌钻井液体系,从而更好地解决泥 岩井段井壁失稳问题。在分析钻井液和泥页岩间的传递作用及其机理的基础上,详细分析了传递作用对井壁稳定的影响。认为钻井液和泥页岩间通过扩散、对流和渗透三种机理而发生水分子和溶质的传递,水力压差和化学处差化学自     

水基安全高效钻井液技术在准中区块的应用

准中区块地质构造复杂、储层埋藏较深,同一裸眼井段存在多套压力体系,中下部地层发育硬脆性泥岩,西山窑组及八道湾组地层煤层节理微裂缝发育,容易频发大量掉块、坍塌、卡钻等井壁严重失稳事故。在分析准中区块地层失稳因素及机理情况下,提出了深井井眼稳定原则和提速原则,研制出了适合准中区块的水基安全高效钻井液技术。该技术在准中1和准中4区块现场应用完钻6口井,复杂时效降低了86.74%,平均机械钻速相比同区块邻井分别提高了46.03%和25.39%;平均井眼扩大率相比同区块邻井分别降低了69.07%和45.18%,达到了稳定井壁、提高机械钻速的目的。