提高定向井第二界面胶结质量的钻固一体化技术

定向井由于其井眼轨迹复杂、套管不易居中,导致固井顶替效率低、泥饼清除困难。而顶替不干净的钻井液和未清除的井壁泥饼与水泥浆不相溶是固井第二界面胶结质量差的主要原因。钻固一体化技术的实质是在钻井液中引入一种可固化的潜活性胶凝材料,在井壁形成可固化的泥饼,固井时通过补充潜活性材料和加入激活剂可将其转换做为固井液,有效解决了钻井液与固井液不相溶的难题。该技术在两口定向井成功应用,有效提高了油层段的第二界面胶结质量,有效防止了各种流体层间窜流的可能性。     

新型多功能钻井液的配方设计

由于新型多功能钻井液兼顾钻井和固井两大功能 ,所以其配方设计应包括两个方面的内容 ,任何用于配制一般钻井液和其他硅质胶凝浆的原则和方法同样适用于多功能钻井液的配制 ,不同的是钻井、固井条件需要不同的多功能钻井液配方。多功能钻井液必须含有潜胶凝成分 (浓度较小 )和能把钻井液转化为胶凝浆的第二组分 (激活剂、膦 /磷酸、膦 /磷酸盐或高分子聚合物 )。可以通过添加其他添加剂来调节浆体性能。多功能钻井液密度可直接用矿渣或金属化合物来调节 ,高浓度的潜胶凝材料不但提高了浆液密度 ,也决定了凝胶浆固化体的密度。如果加入了密度…     

新型"钻井"固井液工艺和技术(Ⅱ)

为了将新型“钻井”固井液应用于现场,美国壳牌石油公司及几个其它石油公司的一批科研开拓者,在多功能钻井液（UF）性能、胶凝浆特性、泥饼固化、界面胶结等方面作了大量的实验工作,实验研究手段和方法主要是实验室模拟和评估技术,研究设计出一套非常规应用的实验方法。试验包括可装卸滤失岩心的抗压强度和剪切胶结强度实验、激活剂的扩散实验、水平井大型井筒模拟实验和高温高压剪切胶结实验。介绍了新型“钻井”固井液在国内外的现场应用情况以及它的技术优势。     

一体化钻井-固井液激活剂JHJ试验研究

介绍了激活剂对一体化钻井-固井液中潜活性胶凝材料(BFS)的作用机理,通过筛选试验,筛选出了具有较强激活能力、质量分数为40%的氢氧化物A和质量分数为20%的硅酸盐F.当40%A与20%F按1:3的比例加入一体化钻井-固井液中时,形成的固化体的抗压强度最高,24 h抗压强度达到17 MPa.将40%A和20%F按1:3的比例复配,即为一体化钻井-固井液激活剂JHJ.激活剂加量优选试验结果表明,当JHJ加量为3%～6%时,一体化固井液固化体的24 h抗压强度均大于14 MPa,最高可达17 MPa,完全能满足固井工程的要求;JHJ在一体化钻井液和泥饼的扩散试验结果表明,JHJ能够扩散到一体化钻井液和泥饼中,激活一体化钻井液和泥饼中的BFs,使其发生水化反应,促进一体化钻井液和泥饼固化,从而提高固井质量.     

矿渣MTC固化泥饼能力及其行为原因分析

矿渣MTC能不能实现泥饼的固化胶结,是否能提高第二界面胶结强度,对矿渣MTC的推广应用极其关键,为此系统比较了矿渣MTC水泥浆与油井水泥浆在没有泥饼、普通钻井液泥饼、多功能钻井液泥饼3种情况下的界面胶结性能,并对泥饼固化的原因进行了分析研究.实验结果表明,没有泥饼存在时,油井水泥浆的胶结性能明显优于矿渣MTC;普通泥饼存在时,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泥饼固化胶结,而矿渣MTC能够实现多功能钻井液泥饼的固化胶结.结果还表明,泥饼固化的首要条件是泥饼中必须含有胶凝材料,由于普通泥饼中没有胶凝材料,所以不论是什么固井液都不能使其固化.而矿渣的活性是潜在的,只有被激活才能发挥胶凝性能,因此油井水泥浆无法与多功能钻井液泥饼发生同步的水化固化反应,只有矿渣MTC浆体与多功能钻井液泥饼相遇,才能既保证有胶凝组分的存在又具有足以激活矿渣水化的可溶性激活组分,从而有效实现泥饼的固化,提高固井质量.     

固井液与多功能钻井液泥饼整体固化胶结的可行性探讨

研究了MTC固井液和油井水泥浆固井液与多功能钻井液泥饼的胶结状况。试验结果表明，多功能钻井液泥饼的固化反应直接受到固井液水化反应机理和过程的控制。在MTC浆水化反应初期会产生大量发生水化反应必需的可溶性离子，这些可溶性离子渗透到多功能钻井液泥饼内部，为其提供了可激发水化反应的可溶性离子，从而实现了整体固化胶结；而在油井水泥浆与多功能钻井液泥饼的胶结试验中，能够渗透到泥饼内部的大多是Ca^2 ，而Ca^2 离子极易和泥饼中的膨润土颗粒和处理剂发生絮凝反应，形成不会固化而且破坏胶结强度的絮凝产物，剩下的少量Ca(OH）2难以激活多功能钻井液泥饼的水化反应，因此整体固化胶结难以实现。要实现油井水泥浆固化体与多功能钻井液泥饼的整体固化胶结，应该对固井液体系进行必要的改进，使其在水化反应过程中产生的水溶性离子的种类和数量能够满足泥饼固化的需要；同时应该注意研究新的能够激发和促进泥饼固化水化反应的钻井液添加剂，对钻井液进行必要的改进。     

MTA防窜固井技术原理及现场应用分析

泥饼仿地成凝饼(MTA)法防窜固井,是针对MTC固井技术的不足、为更好地提高固井二界面胶结质量而提出的新技术。该方法是钻开封固段前50~200 m,在钻井液中加入0.5%~3.0%的泥饼改性剂并维持该比例至完井,固井时以凝饼形成剂为基础配置3~4 m3前置液,注入该前置液后随之注入水泥浆,不改变油井水泥浆体系,但对钻井液泥饼进行了处理。其整体固化胶结机理是,用凝饼形成剂对泥饼界面进行修饰、处理并使其与泥饼改性剂初步反应生成凝饼胶结物,再逐渐形成致密凝饼。为了验证MTA方法的实际固井效果,在大庆油田、胜利油田和河南油田的23口老区调整井(常规油井16口,稠油井7口)中进行了现场应用。应用结果表明,固井一、二界面质量合格率100%,其中大庆油田应用井固井质量优质率和合格率分别提高13.01百分点和1.15百分点,胜利油田应用井固井二界面质量合格率提高约30百分点,河南油田应用井平均总井段优质率达到90.48%。      

高温高压泥饼胶结模拟评价系统的研制与应用

根据模拟实际钻井过程中泥饼的形成、冲洗液对泥饼的冲刷、固井液的动态顶替、固化胶结的实际情况,提出了仿真型高温高压泥饼胶结模拟评价系统的设计思路,研制了模拟评价系统,实现了对地层渗透性、井下温度、压力和钻井工作流体动态循环的模拟.该仪器可对钻井液泥饼、冲洗液、固井液胶结质量等多项性能进行评价.文章对该模拟系统的组成、结构、模拟实验方法、评价方法进行了简要介绍,阐述了其在研究钻井工作液的井下工作变化、钻井液、泥饼、冲洗液的实验室评价以及在影响固井界面胶结质量中的作用.     

基于地质聚合物原理实现泥饼固化的固井质量改善方法

钻井液在井壁上形成的一层不可固化的泥饼是固井二界面质量出现问题的主要因素,而泥饼固化技术是解决固井二界面问题的新思路。笔者结合矿渣固化泥饼技术和MTA固井技术的优势,提出了基于地质聚合物原理实现泥饼固化的新思。实验研究结果表明,在钻井液中加入偏高岭土和超细矿渣2种潜活性材料,当膨润土、偏高岭土和超细矿渣的比例为3︰3︰1时,钻井液形成的泥饼在激活剂的作用下能够具有较高强度;激活参数优化结果表明,激活剂硅酸钠的最佳加量为偏高岭土加量的72%,用于激活矿渣的氢氧化钠最佳加量为偏高岭土加量的2%,最优激活时间为15 min。此外,研究了偏高岭土和超细矿渣与钻井液的配伍性,发现2种材料对钻井液性能影响较小。通过泥饼固化实验结果显示,钻井液基浆的泥饼强度提高了63倍,2种钻井液体系的泥饼强度分别提高了16倍和20倍,表明该技术具有广阔的研究前景。      

影响井壁泥饼固化质量的因素分析

解决固井第二界面胶结问题的根本是实现泥饼与井壁和固井液的整体固化胶结。研究了固井液的类型、pH值、泥饼厚度、矿渣含量、养护时间对泥饼整体固化胶结质量的影响。实验结果表明,MTC固井液能与多功能钻井液泥饼整体固化胶结,多功能钻井液中矿渣含量达一定值后才能实现整体固化胶结,且随矿渣含量的增大,胶结强度增大,当矿渣含量为20%时,养护3 d胶结强度可达2 MPa以上;含矿渣泥饼在高碱环境下且厚度小于2.5mm时才能固化,随养护时间的延长泥饼的胶结强度增大,在养护前3 d内,其增长速率最快。该研究结果对提高泥饼整体固化胶结强度,提高第二界面胶结质量有重要意义。     

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钻井液转化为水泥浆技术，是在钻井液中添加某些胶凝材料和外加剂将其转变成水泥浆直接用作固井材料的新型固井方法。在钻井过程中钻井液承担着冷却润滑钻头，携带岩屑，平衡地层压力，稳定井壁的任务。如果在完成钻井后将钻井液通过一定的方法转化为可固结的材料———固井液，就能达到封隔地层、支撑套管、防止层间流体窜通的目的，这种技术又称为ＭＴＣ（ＭｕｄｔｏＣｅｍｅｎｔ）技术。文中从油气井开发提高效率、降低费用的技术要求出发，论述了采用ＭＴＣ技术是一条可行的路子。实验研究得出用油井水泥，粒化高炉矿渣共同作为胶凝材料，优选合适的分散剂和促凝剂，提出了普通钻井液和聚丙烯酰胺低固相钻井液转化为水泥浆体系的优化配方。这种兼有钻井液和固井液作用的技术，能避免钻井液和水泥浆混合时发生的絮凝现象，提高环空顶替效率，降低废钻井液处理费用，减少固井材料，因而在提高固井质量和降低成本上有很大的潜力，可供生产部门参考     

大港油田页岩油储层固井技术研究与应用

针对大港油田页岩油储层固井过程中地层压力系统复杂、油气活跃、钾盐钻井液与水泥浆相容性差、钻井液混油驱替困难、水泥石力学性能要求高等难题,开展了固井工作液及配套固井技术措施研究。采用具有洗油作用的功能型前置液,对含油钾盐钻井液的冲洗效率超过90%;针对大港油田页岩油储层固井"四低一高"要求,采用具有静胶凝过渡时间为5 min、抗压强度大、弹性模量低等特点的防窜性能优良、水泥石力学性能突出的高强度韧性防窜水泥浆体系。落实"双扶"、"三扶"通井措施,采用纤维+稠钻井液裹砂携砂井眼清洁技术、虚泥饼清除技术,做好井眼准备工作,优化页岩油储层配套固井技术措施,形成了适用于大港油田页岩油储层的固井工艺技术,该成果在现场获得成功应用。     

小井眼固井技术(Ⅱ)

对反循环注水泥在小间隙井及漏失井中的应用;延迟凝固注水泥;多功能钻井液、UF和钻井液转化为水泥浆(MTC)全方位结合的钻固一体化技术;剪切速率对油井水泥稠化时间的影响;水泥浆游离水的控制和沉降稳定性问题等5方面的技术进行了综述。     

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。     

提高第二界面固井质量的钻井液与前置液研究

针对提高第二界面固井质量的问题．研究出了多功能钻井液和SF-1冲洗前置液。对这两种体系的性能评价表明：加入矿渣后多功能钻井液的滤失量大大降低．泥饼的胶结强度提高，从而降低了钻井液对地层的损害；加有活性组分的SF-1前置液具有较强的稀释钻井液、降低粘度和切力的作用，提高了钻井液和水泥浆的相容性。现场应用表明．多功能钻井液须与MTC固井液配合使用．才具有提高第二界面固井质量的效果；SF-1前置液改善了水泥环与套管和水泥环与井壁的胶结环境．增强胶结力，提高了水泥浆的顶替效率．有效地提高了固井质量。密度介于钻井液与水泥浆之间的加重前置液在现场使用效果良好．固井质量优质，钻井液与水泥浆界面清晰。     

窄密度窗口及小间隙超深井尾管固井技术

针对西南油气田超深井五探1井φ168.3 mm尾管悬挂固井存在钻井期间漏失严重,井深、井底温度高,大段盐膏层、油基钻井液与水泥浆污染严重、后期作业井筒温度压力变化影响水泥环密封完整性等难题。采用低密度高强度韧性微膨胀防窜水泥浆体系,通过优化浆柱结构,控制井底动态当量密度与钻进时井底动态当量密度相当的平衡压力固井等配套工艺技术,有效防止了固井施工漏失,解决了水泥浆与油基钻井液污染严重的问题,确保了固井施工顺利,固井质量合格率100%,优质率99.8%,为深井窄密度窗口、油基钻井液固井提供了技术支撑。      

油基钻井液下水泥浆抗污剂的研究与应用

针对目前油基钻井液下水泥浆易被污染,固井质量难以保证的问题,运用实验方法结合理论分析,开展了抗污染水泥浆体系的研究。利用人工岩心法证实了油基钻井液对固井质量有较大影响,特别是对二界面胶结强度影响最大。通过实验分析了基础水泥浆被油基钻井液污染后性能的变化,研制出了一种主要成分为烷基酚聚氧乙烯醚的抗污染剂Anti-P。室内实验结果表明,将1%抗污剂Anti-P加入水泥浆中,在水泥浆被少量油基钻井液污染后（小于10%）,水泥浆性能不受影响,保证了固井质量。将其在多口井进行应用,效果良好。该成果填补了目前抗污染水泥浆体系的空白,值得进一步研究推广。      

固井前钻井液性能调整及前置液紊流低返速顶替固井技术

结合油田现场施工作业,为提高顶替效率,提出了固井前钻井液性能地面调整及前置液紊流低返速顶替固井技术.在保证钻井液形成薄而韧的致密泥饼的基础上,固井前对其流变性能进行调整,降低钻井液动切力、塑性粘度、静切力,可降低流动摩阻压力,防止顶替过程中泵压过高压漏薄弱地层,并能有效除去大块钻屑,预防电测遇阻.在顶替钻井液时,采用前置液紊流冲洗、水泥浆低返速顶替固井技术,可以保证流动剖面层层推进,即控制钻井液的动塑比＜前置液的动塑比＜水泥浆的动塑比,前置液的环空压耗＜领浆的环空压耗＜尾浆的环空压耗,前置液的雷诺数＞领浆的雷诺数＞尾浆的雷诺数.两项措施结合可有效提高冲洗效率与顶替效率,改善第二界面胶结质量,提高固井质量.