内核纳米乳液用于塔西南地区钻井液的优化

塔西南地区油气资源丰富,具有良好的勘探开发潜力,但由于地质条件复杂,钻探过程中普遍发生井漏、卡钻、划眼、坍塌、遇阻、溢流等复杂情况,其中井漏发生高达30余次,卡钻发生10余次,钻井周期最长达719 d,严重制约了该区油气资源的勘探开发进程。为了改善塔西南地区复杂频发的情况,分析了该区井壁失稳的主要原因,在此基础上通过对比筛选,最终采用自主研制的钻井液用内核纳米乳液,其是以纳米SiO₂为内核的纳米乳液,粒径D₅₀分布在100 nm左右。其油相可以抑制黏土矿物的膨胀,并且在孔隙以及裂缝中形成“软+硬”封堵体系。室内实验表明,当添加5%的纳米内核乳液进行优化时,钻井液高温高压滤失量为3.8 mL;压力传导法显示优化后较优化前平衡时间缩短了125 min,压力减小0.337 MPa;回收率实验得到优化后钻井液回收率达到85%。证实内核纳米乳液是可以作为水基钻井液的添加剂,实现对钻井液的优化。      

纳米石蜡乳液封堵材料的合成与性能评价

采用乳状液转换点法（EIP法）和乳化剂在油中法相结合,以Span80、Tween80为复合乳化剂,并加入乳化助剂疏水缔合羟乙基纤维素（HMHEC）制备出性能稳定的纳米石蜡乳液。其中,复合乳化剂的HLB值为10.5,浓度为11%,乳化助剂HMHEC浓度为0.6%,纳米乳化石蜡乳液平均粒径在65 nm。制备的纳米石蜡乳液稳定性良好,静置24 h的纳米石蜡乳液沉降稳定性良好,24 h的沉降率在5%左右。与常用钻井液处理剂的配伍性实验结果表明,抑制剂NH₄-HPAN和增黏剂XC会使纳米石蜡乳液粒径增大,超过100 nm;纳米石蜡乳液与其他钻井液处理剂的配伍性良好。封堵实验结果表明,纳米石蜡乳液对页岩级泥饼孔隙具有良好的封堵能力,封堵率可以达到92.59%,封堵效果优于无机纳米封堵材料氧化锌和碳酸钙。      

微裂缝封堵护壁材料FPS的制备及性能研究

以废聚苯乙烯泡沫、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酰胺为单体和原料,在一定条件下采用乳液聚合法合成出微裂缝封堵用胶乳护壁材料,该封堵材料粒径分布在0.1~10μm之间,热稳定性良好,抗温可达180℃。钻井液性能评价表明,加入2.0%胶乳护壁材料的钻井液泥饼质量得到很大改善,淡水钻井液API滤失量由45 m L降低至13.6 m L,聚磺钾盐钻井液高温高压滤失量由12 m L降低至4 m L;该护壁材料尺寸与微裂缝匹配良好,易在压差作用下在近井地带迅速黏结成膜,封堵效果优于现场用磺化沥青类材料。     

耐高温核壳型油基钻井液纳米封堵剂的制备与性能评价

页岩地层纳米级微孔、微裂缝发育,常规封堵剂粒径较大,难以封堵页岩内孔缝。以无机纳米二氧化硅为核,以聚（苯乙烯-丙烯酸丁酯-丙烯酸）为壳（单体质量比为10∶2∶1）,基于乳液聚合法制备了耐高温核壳型纳米封堵剂（CLG-NM）。通过红外光谱、透射电镜、动态光散射、热重实验对封堵剂进行了表征,通过页岩压力传递实验评价了其封堵性能。结果表明,CLG-NM粒径分布为40～300 nm,中值粒径为89.4 nm,在372℃以下的热稳定性良好。CLG-NM与现场油基钻井液的配伍性良好,3%CLG-NM对油基钻井液流变性的影响较小,高温高压滤失量（180℃老化16 h）从3.1 m L降至2.8 mL,破乳电压高于700 mV。CLG-NM可进入页岩内的纳米孔-缝进行封堵,在现场油基钻井液中加入CLG-NM的上游压力穿透岩心的时间为19.5 h,封堵效果好于国内外同类产品。     

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。     

PMMA纳米胶乳在钻井液中的性能评价

在油气勘探钻井过程中,如在钻井液中添加纳米胶乳,利用纳米粒子的"球轴承"作用,可以降低摩阻,防止卡钻;同时利用纳米胶粒在一定温度下的可变形特性,可以更好地封堵地层微孔隙,形成致密泥饼,降低钻井液滤失量。利用种子乳液聚合法合成了一种钻井液用纳米胶乳(PMMA),其平均粒径为73nm。透射电镜分析结果表明,PMMA纳米乳胶颗粒大致呈球状,分散均匀。性能评价结果表明,1%PMMA纳米胶乳溶液的页岩回收率为68%,且与KCl复配使用后效果更好;在4%膨润土浆中加入1%PMMA后,黏度略有降低,滤失量降低了约40%,润滑系数降低了80%左右,泥饼黏附系数降低了约40%;加有2%PMMA的聚磺钻井液的砂床封堵滤失量和膜结构密封度滤失量分别为10mL和2mL,在180℃下仍具有良好的沉降稳定性。以上结果表明,PMMA纳米胶乳具有一定的降黏、降滤失性能,较强的封堵能力,良好的抑制性、润滑性能和高温稳定性能。     

微裂缝发育泥页岩地层井壁稳定技术研究与应用

泥页岩微裂缝发育,微裂缝宽窄不等,形状多变不规则,导致钻井过程中泥页岩地层易出现井壁失稳问题,为此,提出了全固相粒度优化+多元协同封堵技术,通过对钻井液自身的固相粒度及需添加的暂堵剂的粒度进行优化,并对胶乳沥青、纳米乳液和铝基聚合物等3种封堵材料进行复配,以期达到多元协同封堵泥页岩微裂缝的目的。室内试验结果表明,粒度优化后的钻井液API滤失量由4.8 mL降为3.2 mL,高温高压滤饼的抗剪切强度系数为0.74,岩心动滤失量显著降低。全固相粒度优化+多元协同封堵技术在渤海某油田和胜利油田多口井进行了现场应用,优化后的微裂缝封堵钻井液高温高压滤失量显著降低,成功钻穿大段含油泥页岩,未发生井下故障。室内试验与现场应用结果表明,全固相粒度优化+多元协同封堵技术能显著提高泥页岩地层的井壁稳定性,为同类型地层水平井的安全快速钻进提供技术借鉴。      

水基钻井液用耐高温纳米聚合物封堵剂的研制

深井超深井钻井过程中，纳米聚合物封堵剂对解决微孔隙、微裂缝发育地层的井壁失稳问题至关重要，然而高分子聚合物类封堵剂高温易降解失效。优选N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、苯乙烯(ST)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为反应单体，过硫酸铵为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，采用乳液聚合法合成了一种纳米聚合物封堵剂。红外光谱显示合成材料为目标产物，粒度分析表明中值粒径为129 nm。通过砂盘封堵实验以及高温老化前后的API、高温高压滤失量对其高温封堵性能进行评价，180 ℃高温老化后，加入1%纳米聚合物封堵剂的钻井液API滤失量为24.4 mL，高温高压滤失量为92 mL，高温高压砂盘滤失量为66 mL。实验结果表明，通过优化分子结构解决了纳米聚合物封堵剂高温易降解的问题，合成的纳米聚合物封堵剂具有优异的抗温和封堵性能。     

一种页岩气疏水强封堵水基钻井液

四川龙马溪组页岩地层水敏性强、微裂缝及裂缝发育,钻井过程中井壁坍塌事故频发,严重制约了页岩气的高效开发。为解决上述难题,引入了一种既能抑制页岩水化膨胀与分散,又能封堵孔隙、微裂缝及裂缝,同时使页岩表面疏水的改性二氧化硅封堵剂。并以该封堵剂为核心,优选降滤失剂、润滑剂等,研制了一种疏水强封堵水基钻井液。该钻井液既具有良好的流变性、降滤失性,又具有优异的抑制、封堵、疏水和抗污染能力。该钻井液的页岩回收率达90.2%,对40～60目砂床渗入深度仅为1.5 cm,密度为2.2 g/cm3时高温高压滤失量为7.2 mL。      

疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅降滤失剂的研制及作用机理

以制备的疏水缔合聚合物聚P(AM-NaAMPS-MA-b-St)为聚合物基体,纳米二氧化硅为填料,研制了一种具有核壳结构的疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅微纳米降滤失剂FLR-1。借助FT-IR、SEM、TEM、粒径分布与比表面积测试和GPC实验,表征了FLR-1的分子结构、微观形貌特征和相对分子质量。通过API滤失和HTHP滤失实验测试了FLR-1的降滤失性能,探讨了其在水基钻井液中的降滤失作用机理。结果表明:新研制的疏水缔合聚合物/纳米二氧化硅降滤失剂有优异的降滤失作用,尤其是HTHP降滤失效果显著,200℃/16h的HTHP滤失量仅为20.5mL;此外,FLR-1也可显著改善钻井液体系的流变性能,且具有优良的抗盐能力。在高温高压环境下,具有独特微交联结构的FLR-1分子通过化学吸附作用、水化作用、疏水缔合作用及微纳米粒子自组装作用,能较好地稳定钻井液液相黏度,合理保持钻井液中固相粒子的粒径分布,形成薄而致密的泥饼,从而有效控制钻井液的HTHP滤失量。     

裂缝性气藏封缝堵气技术研究

塔里木油田塔中地区碳酸盐岩奥陶系储层地质条件复杂,储层裂缝发育,裂缝开度为20~400 μm的小裂缝和微裂缝所占比例在50%左右,钻井过程中井漏溢流频发,气侵现象严重,增加了井控风险。由于地层微裂缝分布复杂,且温度高（180℃）,导致架桥粒子、充填粒子级配难度大,钻井液封堵效果不理想,而采用常规钻井液封堵评价方法在模拟裂缝形态和效果评价方面与现场实际存在着较大的差距。为此,提出了有针对性地封缝堵气评价方法:利用天然/人造岩心制作出微裂缝岩心模型,微裂缝开度介于20~400 μm之间,缝面粗糙度与天然裂缝接近;自主设计了封缝堵气实验评价装置,建立了微米级裂缝的封缝堵气评价方法。室内初步优选出抗高温的颗粒、纤维、可变形材料等纳微米封堵材料,并形成封堵配方,封堵配方与聚磺钻井液体系、ENVIROTHERM NT体系配伍性好,且酸溶率高于70%,不易污染储层。      

致密砂岩气藏损害机理及低损害钻井液优化

针对塔里木盆地B区块致密砂岩气藏储层孔喉细小、渗透性差、束缚水饱和度高、非均质性严重、微裂缝发育、极易受到损害且损害难以解除的难题,模拟地层条件,开展了高温敏感性与水锁损害测试,分析了储层固相损害,系统揭示了致密砂岩气藏损害机理:应力敏感损害、水锁损害、微裂缝固相损害是该储层的主要损害类型。在该区块使用的磺化防塌、钾聚磺钻井液基础上,优选出暂堵剂及可有效降低表面张力的表面活性剂,运用理想充填技术与表面活性剂两者相结合,优化设计“协同增效”型保护致密砂岩气藏的低损害钻井液。通过配伍性测试、动态污染实验对优化钻井液的储层保护性能进行评价发现,优化钻井液与研究区块地层水配伍,岩心渗透率恢复值在85%以上,储层保护效果明显。优化钻井液在B区块B2井巴什基奇克组储层中取得成功应用,钻井后储层表皮系数极大降低,钻井液对储层的污染明显减少。      

一种强吸附疏水改性纳米SiO2封堵剂

钻井过程中钻遇稳定性较差的地层和承压能力较弱的地层时,经常出现井壁失稳和井下漏失等问题,为此开展了新型纳米封堵剂的研究与评价。合成了强吸附疏水纳米封堵剂,对其粒度分布、吸附性、润湿性和砂床封堵性能进行了测试。测试结果表明,该封堵剂粒度分布在100～150 nm,吸附性强,高温下能够将页岩表面水的润湿接触角增大到80.7°;加量为2.5%时,实验浆的砂床滤失量降低到5.0 mL;对钻井液流变性影响较小,API滤失量从4.4 mL降低到1.0 mL,高温高压滤失量从16.2 mL降低到6.2 mL;加量超过3.0 %时,渗透率降低到2.81 μD;PPA封堵率测试表明,该封堵剂能在陶瓷过滤盘内部形成封堵,钻井液的滤失速率降低到0.45 mL/min1/2,瞬时滤失量降低到2.58 mL。研究表明,强吸附疏水纳米封堵剂能够提高钻井液的封堵能力,降低钻井液对地层的侵入量,对保护井壁稳定有较好的作用。      

微裂缝封堵剂评价新方法及强封堵钻井液配方优选

硬脆性泥页岩井壁失稳问题是致密油气等非常规资源钻井过程中的常见难题,目前普遍认为增强对泥页岩微纳米裂缝的封堵,是减少井下复杂的关键。选用一种孔径与泥页岩的微裂缝比较匹配的新型混合纤维素滤膜,替代滤纸做滤失实验,通过对比瞬时滤失量大小,评价了单一处理剂溶液对滤膜的封堵效果。利用该方法进行评价,优选出微纳米粒径的石灰石和二氧化硅复配使用,辅以聚胺、铝合物等抑制封堵剂,构建了一种无黏土相微纳米强封堵钻井液。评价结果表明,该体系在较低表观黏度下,具有较高的动塑比和φ6、φ3读数,有利于水平井井眼净化;具有较低的滤失量,岩屑滚动回收率接近100%,封堵能力远高于常规聚合物体系,可用于致密油气、页岩气等非常规能源的钻进。     

微裂缝封堵剂评价新方法及强封堵钻井液配方优选

硬脆性泥页岩井壁失稳问题是致密油气等非常规资源钻井过程中的常见难题,目前普遍认为增强对泥页岩微纳米裂缝的封堵,是减少井下复杂的关键。选用一种孔径与泥页岩的微裂缝比较匹配的新型混合纤维素滤膜,替代滤纸做滤失实验,通过对比瞬时滤失量大小,评价了单一处理剂溶液对滤膜的封堵效果。利用该方法进行评价,优选出微纳米粒径的石灰石和二氧化硅复配使用,辅以聚胺、铝合物等抑制封堵剂,构建了一种无黏土相微纳米强封堵钻井液。评价结果表明,该体系在较低表观黏度下,具有较高的动塑比和φ6、φ3读数,有利于水平井井眼净化;具有较低的滤失量,岩屑滚动回收率接近100%,封堵能力远高于常规聚合物体系,可用于致密油气、页岩气等非常规能源的钻进。     

迪那3区块致密砂岩气藏损害机理及储层保护技术

迪那3区块致密砂岩气藏属于典型的低孔、特低渗碎屑岩储层,初始含水饱和度低,非均质性严重,裂缝发育,黏土矿物含量较高,该区块原用钾聚磺体系对迪那区块气藏造成一定的伤害,储层保护效果亟待提高。在分析迪那2及迪那3区块致密砂岩气藏特征及损害机理的基础上,确定钾聚磺体系损害气藏机理为水敏、应力敏感、漏失、毛管力效应及相圈闭损害。通过研制可酸化防漏堵漏材料及防水锁剂,对现用的钾聚磺体系进行改进,形成了一套保护致密砂岩气藏储层的钻井完井液体系,该体系流变性良好,滤失量明显降低,渗透率恢复值大幅提高,储层保护效果明显。     

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。      

“多级孔隙最优充填”暂堵方法与现场试验

为了提高对渗透率贡献较大孔隙孔径分布不集中储层的暂堵效率,提出了"多级孔隙最优充填"暂堵方法。该方法基于"隔层堆积"理论,将储层孔隙与暂堵微粒的连续分布进行离散处理及匹配,对储层多级孔隙进行"最优充填",即可得到架桥颗粒的标准粒度分布曲线。对岐口凹陷某区块储层岩心进行连续分布孔隙离散后,对其进行"多级孔隙最优充填",依据得到的标准粒度分布曲线对现有的暂堵剂颗粒分布进行了优选,1 000目碳酸钙的粒度分布最接近标准粒度分布曲线。储层保护试验结果表明,加入利用"多级孔隙最优充填"方法优选暂堵剂颗粒的钻井液具有良好的暂堵效果,其污染深度0.9 cm,污染端切去后其渗透率恢复率达97.29%。现场应用结果表明,加入优化暂堵剂颗粒的钻井液能形成封堵层,阻止钻井液滤液侵入地层。这表明"多级孔隙最优充填"方法可用于孔隙孔径分布不集中储层暂堵颗粒的优选,暂堵效果优良。