酯基钻井液性能研究

介绍了酯基基液的基本特性，探索了酯基钻井液的基本配方并对其性能进行了评价，评价结果表明，由酯基基液配制的合成基钻井液流变性好，抗海水及钙镁侵污能力强，各项指标符合环保要求，钻屑可直接排海，是一种优良的钻井液体系。     

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.     

�����꾮Һ�о�

近海钻井过程中产生的钻屑通常直接向海洋排放以致形成一个钻屑堆,海底探测发现,使用油基钻井液的钻井过程中所产生的钻屑上残余的矿物油降解速率非常慢,岩屑堆下的动植物被窒息,而且还影响到岩屑堆周围的海洋生命,因为残余的矿物油许多年内都在进行缓慢的有氧生物降解过程,耗尽了油周围水中的氧,因而需要研究既不污染环境又具有优良特性的新型钻井液,文章首先对酯基液的制备和性能以及乳状液配方的优选进行了简单描述,然后对优选出的酯基钻井液配方进行了系统的评价试验,研究结果表明,所研制的酯基钻井液体系具有优良的润滑性和储层保护性,其页岩抑制性介于柴油基和水基钻井液之间,适用于井底温度不超过120℃的钻井条件。     

强抑制高润滑丙三醇基钻井液体系研究与性能评价

针对油基钻井液存在污染环境、环保处理工艺复杂和影响录井质量等问题,利用低碳醇具有强抑制性和高润滑性、能与水以任意比例互溶的优点,开发了适用于强水敏性地层的丙三醇基钻井液。考察了膨润土在不同低碳醇溶液中浸泡24 h后的膨胀率,据此优选丙三醇做为抑制润滑剂;丙三醇体积分数越大,丙三醇溶液的抑制性、润滑性越好,黏度越高。为了降低丙三醇的用量和提高抑制性,将30%丙三醇溶液与5%KCl复配作为基液,形成了丙三醇基钻井液。性能评价结果表明,丙三醇基钻井液的抑制性、润滑性与油基钻井液接近,抗温140 ℃,抗NaCl、CaCl₂及钻屑污染,放置180 d后性能稳定,可重复使用;提高丙三醇加量,还可以进一步增强其抑制性和润滑性。丙三醇基钻井液对于强水敏性地层或对润滑性要求较高的地层具有较好的应用潜力,也为开发环保钻井液提供了新的方向。      

BIO–OIL环保基液的研制与现场试验

为满足深水钻井环保要求,开发了一种用于合成基钻井液的环保基液BIO–OIL,对比了BIO–OIL基液与常用基液的基本物理化学性能、黏温特性、碳原子数分布、生物毒性和乳液微观流变性,用BIO–OIL基液配制了深水合成基钻井液及高温高压合成基钻井液,并评价了其性能。结果显示,BIO–OIL基液的基本性能满足现场需求,生物毒性符合一级海域排放要求,乳液流体类型与3#白油乳液流体类型相同,具有三维网状结构,可配制满足现场需求的深水合成基钻井液和高温高压合成基钻井液。用BIO–OIL基液配制的合成基钻井液在南海西部某区块3口井进行了现场试验,结果表明,该钻井液流变性能稳定,携岩性能强,井眼清洁效果好。研究表明,BIO–OIL基液是一种可用于合成基钻井液的环保基液,用其配制的合成基钻井液的性能满足深水钻井需求。      

低毒性油基钻井液的使用

西江２４－３－Ａ１４大位移井的摩阻与扭矩、井眼稳定性及井眼清洁是钻井成功与否的关键因素。该井选用了Ｖｅｒｓａ Ｃｌｅａｎ低毒性油基钻井液及高效率的固控设施。该名井液具有润滑性好，对泥岩抑制性强，滤失性好，在低剪率下具有较高粘度等特点，对该井的钻井成功起到了关键的作用。文中介绍该钻井液的配方和使用该钻井液在降低摩阻与扭矩、保持井眼稳定性和井眼清洁方面的措施和体会。     

渤南区块页岩油地层油基钻井液技术

渤南区块沙三储层以泥页岩为主,层理和微裂缝发育,采用常规水基钻井液水平钻进时,维持井壁稳定的难度很大。室内研究形成了柴油基钻井液和低芳烃油基钻井液配方,考察了其基本性能、封堵性能和抗原油污染性能。研制的柴油基钻井液在渤页平1井进行了现场应用,低芳烃油基钻井液在渤页平2井进行了现场应用。现场应用中未出现因钻井液导致的井下故障,起下钻通畅,无掉块,电测井段井径扩大率均小于3%。室内评价试验和现场应用表明,强封堵油基钻井液具有性能稳定、抑制性强、井壁稳定性好、润滑性强等特点,适用于泥页岩水平井钻井施工。      

生物合成基钻井液在长宁页岩气水平井的应用

油基钻井液的抑制性、封堵性强,润滑性好,对水敏感的泥页岩地层有极强的防塌作用,是四川长宁页岩气井水平段采用的主要钻井液体系,但油基钻屑因含有石油烃类、重金属和有机物等污染物,若直接排放,会对周边生态环境造成严重危害,加之目前含油岩屑的处理能力不足,导致环境保护压力巨大,油基钻井液综合成本过高,因此其使用受到一定限制。长宁CN-H井是部署在四川省宜宾市珙县的一口页岩气水平井开发井,钻探目的层为长宁下古生界龙马溪页岩层。该井四开井段泥页岩地层易水化分散、易垮塌,井壁失稳风险大,使用了一种生物合成基环保钻井液钻井,取得了良好的效果。该生物合成基钻井液流变性优异,具有良好的润滑性、封堵性、抑制性,且热稳定性好,高温下仍具有较强的悬浮和携带岩屑能力,在水平段钻进中实现了高效安全钻进。该生物合成基钻井液无毒无害,满足安全环保要求。      

柴油基钻井液在涪陵礁石坝区块页岩气储层的应用

涪陵礁石坝页岩气储层以泥页岩为主,黏土含量高,层理和微裂缝发育,极易发生井壁失稳。储层段钻进时采用柴油基钻井液,在JY6-3HF井进行了现场应用,应用中未出现因钻井液导致的井下故障,起下钻通畅,无掉块,电测井段井径扩大率均小于2%。现场应用表明,柴油基钻井液具有性能稳定、抑制性强、井壁稳定性好、润滑性强等特点,适用于页岩气水平井钻井施工。     

合成基钻井液发展综述

合成基钻井液是作为油基钻井液的替代体系在90年代初发展起来的,分为酯基、醚基、聚α-烯烃基等钻井液。经过大约5年的应用,现已发展并形成第二代合成基钻井液,主要以线型α-烯烃,内烯烃和线型石蜡基钻井液为代表。对比介绍了各种合成基液的物理化学性能以及合成基钻井液的组成、性能与应用情况,对比了第一代与第二代合成基钻井液的优缺点。     

提高油基钻井液在页岩气地层抑制防塌性能的措施

针对四川页岩气水平井钻井作业中使用油基钻井液不断出现的井下复杂情况,在分析四川威远龙马溪页岩地层特点的基础上,从钻井过程因素、地质因素以及钻井液因素,重点从油基钻井液技术的角度,对如何提高四川页岩气地层油基钻井液抑制防塌能力进行探讨。①研究具有乳化与降滤失作用、提黏度和切力同时具有乳化作用、封堵同时具有降滤失的多功能处理剂,调整好钻井液性能,尽可能降低高温高压滤失量。②采用油水比为85∶15～95∶5的油基钻井液。③使用封堵技术,注意流变性能的变化,主要是黏度、切力和塑性黏度的增加。④油基钻井液内相中的盐使用甲酸钾,或者进一步增加CaCl₂溶液浓度,降低内相溶液的水活度。⑤在甲酸钾或者CaCl₂溶液中加入插层抑制剂,如胺基抑制剂等,提高油基钻井液滤液的抑制能力。      

艾丁-3井三开井段钻井液体系转换技术

AD-3井位于新疆塔河油田艾丁地区,属盐下钻井区块,从三开3200m转化为阳离子乳液聚合物钻井液体系,该体系具有较强的抑制性和较高的控制泥页岩地层蠕变的能力。并在此基础上,进一步转化为阳离子聚合物聚磺钻井液体系和阳离子聚合物高密度欠饱和盐水钻井液体系,钻井液体系转化施工顺利,有效控制井下复杂情况的发生,取得了理想的应用效果。     

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。     

龙马溪页岩井壁失稳机理及高性能水基钻井液技术

目前长水平井段井壁失稳问题仍是制约国内外页岩气资源钻探开发的重大工程技术难题。为解决龙马溪组页岩长水平井段的井壁失稳问题,采用X射线衍射分析、氦气孔隙体积测试、高压压汞测试、高分辨率场发射扫描电镜、CT扫描、岩石连续刻划强度等实验,分析了龙马溪组页岩微观组构特征及理化特性,探讨了微观组构特征、理化特性对龙马溪组页岩井壁稳定的影响。研究表明:龙马溪页岩富含脆性矿物,黏土矿物以伊蒙混层为主,微纳米孔隙发育,微裂隙呈缝状、近平行分布,敏感性矿物的存在及其层理、微裂缝发育是导致页岩井壁失稳的主要内在因素。为此,针对性地提出了多元协同稳定井壁水基钻井液防塌技术对策,即"强化封堵-适度抑制-合理密度-高效润滑"。应用该技术对策构建了高性能水基钻井液优化配方,评价表明,该体系有较好的封堵性和抑制裂缝扩展的能力。该体系在黄金坝区块2口井三开进行了现场试验。现场试验结果表明,该体系较好地解决了页岩长水平井段的井壁失稳和水平段摩阻较大的问题,为中国采用水基钻井液技术高效钻探开发页岩气资源提供了新的思路及经验。      

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。      

空气泡沫钻井流体井壁稳定性研究

针对空气钻井中遇到地层大量出水时无法钻进、需转化为空气泡沫钻井的情况,优选出了有利于空气泡沫流体钻井时井壁稳定的处理剂GXG、AP-1和WJ-3,形成了一套具有良好井壁稳定性能的空气泡沫钻井流体配方,对该泡沫流体的抑制性、井壁稳定性等性能进行了评价。结果表明,所研究的空气泡沫钻井流体具有强抑制性,页岩回收率达97.4%,页岩膨胀量较清水降低67.1%。该空气泡沫钻井流体能使泡沫在井壁上形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌,井壁稳定效果良好。     

硅酸盐钻井液对泥页岩地层井眼稳定性影响研究

油基钻井液的使用对保护环境和降低成本造成了越来越大的压力，研制出一种具有油基钻井液特性而又没有环境污染的水基钻井液成为必然。室内实验验证了硅酸盐钻井液稳定泥页岩地层井壁的机理，当硅酸盐钻井液渗入泥页岩地层时，就会和泥页岩孔隙流体迅速作用，发生聚合和沉淀反应；由凝胶物和硅酸盐沉淀物形成的屏障和高选择性渗透膜系统将进一步阻止滤液侵入和压力渗透，对页岩中的裂缝和裂纹起封堵作用。对硅酸盐钻井液性能研究表明，其流变性可通过控制钻井液的pH值（不小于11）调节；现场硅酸盐加量最好不要超过5％；无论是加重前还是加重后，硅酸盐钻井液的常规性能均能满足钻井工程的一般要求；抗粘土污染能力强。在WZ12-1-7井的应用表明，硅酸盐钻井液在钻进过程中性能良好，钻井、下套管施工顺利。     

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。      

基于页岩气“水替油”的高性能水基钻井液技术

常规油气井钻井用的高性能水基钻井液无法满足页岩气长段水平井的钻井需要,而油基钻井液存在成本高和巨大的环境压力问题。以昭通页岩气示范区为目标区块,通过分析页岩气的地层特点和存在的技术难题,有针对性地研制出了一种呈黑褐色液体的高效抑制剂、一种纳微米封堵剂、一种成膜降滤失剂和一种特种液体润滑剂,并形成了一套新型高性能水基钻井液体系。该体系的流变性、降滤失性、润滑性和抑制性与油基钻井液的性能基本相当,并且具有较好的抗污染性能,具备了页岩气钻井液"水替油"所需的各种主要性能;密度为2.05 g/cm3的该钻井液中加入研制的润滑剂后,润滑系数降低26%;该钻井液具有较强的成膜封堵能力,能够封堵页岩微裂缝,阻隔压力传递;页岩岩心在该钻井液中高温浸泡10 d后仍有较高的强度,有利于页岩井壁稳定。该体系在昭通页岩气示范区黄金坝YS108H4-2井水平段的现场应用表明,该体系在钻进过程中性能稳定,流变性良好,返砂正常,润滑性良好,无掉块,电测一次成功,井径规则,平均井径扩大率为5.71%,机械钻速为11.74 m/h。该体系完全满足页岩气水平井现场施工的技术要求。      

类油基水基钻井液体系研究与应用

针对页岩气层等含易坍塌地层储层开发采用油基钻井液时存在的成本高、污染环境等缺点,以聚醚胺基烷基糖苷NAPG为主剂,并配套其他处理剂,研发出一种在抑制及润滑性能方面类似于油基的环保型水基钻井液。室内研究结果表明,该类油基水基钻井液体系在抑制性能、润滑性能方面与油基钻井液相当,抗温达140℃,具有良好的抗土、抗钻屑、抗原油、抗水污染的性能,EC₅₀为128 400 mg/L;无生物毒性,静态渗透率恢复值达90%以上。现场应用结果表明,该钻井液体系性能稳定,抑制防塌能力强,润滑性能好,有效地解决了云页平-6井二开造斜段摩阻大、定向易托压的难题,具有推广应用前景。