TH10410CH2井强抑制性聚胺钻井液技术的应用

塔河油田近几年在老井侧钻过程中,造斜点选在石炭系巴楚组或奥陶系桑塔木组。巴楚组地层以褐灰色泥岩为主,桑塔木组地层以灰、绿灰色泥岩为主,夹薄层灰岩。造斜井段中泥岩段较长,受地应力及钻井液的浸泡作用,井壁极易坍塌,钻井施工中起下钻遇阻、卡钻、断钻具等复杂情况经常发生,甚至无法成井。针对巴楚组和桑塔木组复杂泥岩井壁失稳机理开展研究,对水化后力学特性影响进行分析,并形成了聚胺聚磺强抑制性防塌钻井液(XJA-1)技术。在TH10410CH2井泥岩段应用效果表明,新型聚胺强抑制剂具有强抑制性,不仅有利于井壁稳定,而且提高钻井液的稳定性和抗黏土污染能力,处理剂在钻井液中的加量在0.5%～1.0%之间。以聚胺为主要抑制剂形成的强抑制性聚胺聚磺钻井液体系,通过改善泥饼质量,降低滤液的侵入速度,封堵泥页岩中作为钻井液滤液漏失主要通道的微裂缝,阻止和延缓滤液的进入,达到有效支撑井壁,防止泥岩地层垮塌,安全、快速钻井的目的。     

国内钻井液及处理剂发展评述

国内开展钻井液研究与应用经历了起步、发展、完善和提高四个阶段。正是由于处理剂的发展,钻井液技术有了长足进步,钻井液由分散到不分散,到低固相、低或/和无黏土相钻井液发展过程中不断完善配套。不分散低固相聚合物钻井液、"三磺"钻井液、饱和盐水钻井液、聚磺钻井液、聚磺钾盐钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、氯化钙钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液、胺基抑制钻井液、超高温钻井液、超高密度钻井液等一系列钻井液体系,解决了不同时期、不同阶段、不同地区和不同复杂地质条件下的安全快速钻井难题。围绕井壁稳定、防漏堵漏机理和方法的研究成果的应用,有效减少了井下复杂的发生,保证了钻井质量。今后需要针对复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井,以及页岩气水平井钻井的需要,从抗温、井壁稳定、润滑、防卡等方面,研究关键处理剂,实现处理剂系列化;减少关键处理剂在生产、流通及其他环节的浪费,提高产品质量;减少钻井液处理剂品种;在保证钻井液性能满足需要的前提下,尽可能降低钻井液处理剂用量;科学的选择和使用钻井液,重视油基钻井液的应用及技术水平的提高;并围绕绿色环保、抗高温抗盐的目标,开发高性能钻井液处理剂,建立钻井液及其处理剂的毒性检测评价手段,促进钻井液技术进步。     

防塌钻井液技术在普光地区的应用分析

普光地区钻井施工中易出现坍塌、掉块等井壁失稳现象,经过详细分析,其根本原因是地层的"高陡"和"破碎"。针对该区块的地层特点,提出了优选钻井液体系、确定合理的钻井液密度、强化封堵、在易塌层保证滤失量小于4mL、提高泥饼质量、保证钻井液黏度控制在45～55s以及钻井液具有合适的流变性等防塌技术措施,取得了较好的应用效果,普光2井钻井周期比设计缩短了30.33%,建井周期比设计缩短了19.76%,平均机械钻速2.31m/h,比普光1井提高了133.33%。     

井研地区筇竹寺组页岩储层水平井钻井井壁稳定性评价

川西南井研区块筇竹寺组页岩气具有良好的开发前景,但由于对其岩矿组分、力学性质、水化特征等认识程度较低,钻井井壁稳定性认识不清,导致出现掉块、阻卡等复杂情况。为了充分认识该区寒武系筇竹寺组地层的井壁稳定性,明确粉砂质页岩水化作用及其对坍塌压力的影响规律,在岩石力学实验的基础上,研究不同钻井液浸泡时间对岩石力学参数的影响规律,建立考虑水化作用的井壁稳定性预测模型,分析不同井斜方位下坍塌压力的差异。研究结果表明：筇竹寺组伊蒙混层含量高,具有一定膨胀性,水化作用后导致岩石强度降低,对井壁稳定性有较大影响;不同钻井液体系对井壁稳定性的影响有差异,总体上油基钻井液更有利于井壁稳定;考虑了水化作用的井壁稳定预测模型更加符合实际,以此为依据,通过优化钻井液设计可以有效降低井壁失稳风险,提高钻井时效。     

页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则

我国页岩气资源勘探开发已全面铺开。针对页岩气的成藏特征,页岩气开发以浅层大位移井、丛式水平井布井为主。由于页岩地层裂缝发育、水敏性强,长水平段钻井中不仅易发生井漏、垮塌、缩径等问题,且由于水平段较长,还会带来摩阻、携岩及地层污染问题,从而增大了产生井下复杂情况的几率。解决井壁稳定、降阻减摩和岩屑床清除等问题是目前页岩气水平井钻井液选择和设计的关键。选择页岩气水平井钻井液的原则是确保井壁稳定、润滑、防卡和井眼清洗。油基钻井液可提高水润湿性页岩的毛细管压力,防止钻井液对页岩的侵入,从而有效保持井壁稳定,同时还具有良好的润滑、防卡和降阻作用,是国内外目前采用最多的钻井液体系。当采用水基钻井液的时,利用低活性高矿化度聚合物钻井液或CaCl2钻井液以降低页岩和钻井液相互作用的总压力;采用浓甲酸钾、Al3+盐,可以通过脱水、孔隙压力降低和影响近井壁区域化学变化的协同作用产生良好的井眼稳定作用;对于有裂隙、裂缝或层理发育的高渗透性页岩应使用有效的封堵剂进行封堵;但对于强水敏性页岩地层,水基钻井液在抑制性方面仍然存在局限性。从环境保护的角度出发,甲基葡糖苷钻井液在井壁稳定机理方面与油基钻井液相似,未来可望作为有效的钻井液体系之一。随着以页岩气为代表的非常规油气资源的不断开发,为了满足安全钻井和环境保护的需要,未来页岩气水平井钻井液技术的研究应围绕高效、低成本水基钻井液和低毒油基钻井液来展开。     

油基钻井液在中原油田非常规油气藏开发中的应用

中原油田围绕非常规油气藏的开发,部署了一批非常规水平井(水平段最长达1300m),钻遇目的层主要是泥岩、泥页岩和裂缝泥岩。由于长水平段定向井钻进中存在摩阻与扭矩、井眼稳定性及井眼清洁等技术难点,对钻井液技术提出更高要求。针对油基钻井液在井壁稳定、润滑防卡、抑制页岩水化膨胀和地层造浆,以及快速钻进等方面具有的明显优势,在非常规水平井钻井中应用了油基钻井液。现场应用表明,油基钻井液抑制能力强,井壁稳定和井径规则;润滑防卡效果好,定向施工钻具扭矩小;高密度、高温条件下悬浮稳定性好,井眼清洁;且施工工艺简单、现场维护容易,可循环利用。解决了长水平段泥页岩、裂缝泥岩、砂岩泥页岩互层等复杂地层难以定向施工、井壁失稳和井底不清洁等技术难点,为不同区块非常规钻井提供了技术支撑。目前油基钻井液用抗高温乳化剂、提黏切剂和封堵剂等处理剂缺乏,需尽快开发,以满足复杂条件下油基钻井液应用需要。     

关于聚胺和“聚胺”钻井液的几点认识

近年来,为满足环保要求和降低钻井液成本,国外钻井液公司研制了一种以胺基抑制剂为主剂的高性能水基钻井液,因其良好的抑制性和环保性能而深受重视。近期,受国外胺基抑制性钻井液研究与应用的启示,国内出现了"聚胺"热。聚胺是指重复结构单元中含有胺基的聚合物,而钻井液行业所谓的"聚胺",并非真正意义上的聚胺,而是聚醚的胺基化产物,即端氨基聚醚或聚醚胺,其主要合成方法包括聚醚催化还原加氢胺化法、聚醚腈催化加氢法和离去基团法。胺基聚醚独特的分子结构,能很好地镶嵌在黏土层间,并使黏土层紧密结合在一起,从而有效抑制黏土和岩屑的分散,且其抑制性持久,有利于井壁稳定和储层保护,可以单独作为钻井液抑制剂或防塌剂,也可以形成胺基聚醚钻井液体系。在胺基聚醚钻井液设计中,要突出胺基聚醚的主体作用,钻井液中胺基聚醚的量的控制及配伍处理剂的选择是该体系控制的关键。强抑制性及可生物降解是胺基聚醚钻井液体系的突出之处。需要指出的是,胺基聚醚作为一种有效的钻井液抑制剂,其抑制性评价方法还需要进一步探讨。     

抑制性水基泥浆研究进展——能否代替油基泥浆

文章描述了高性能水基钻井液的体系设计和改进,指出了胺抑制剂的抑制性能。同等重要的是,将室内实验得到了抑制性体系性能与目前使用的抑制剂体系相互关系。 长期以来,用反相乳化钻井液钻进水敏性页岩地层取得了很好的效果。在钻井工业中,研制高抑制性的水基泥浆是其主要的技术目标,基于胺化学的抑制性水基泥浆的改进在达到这个目标有一定的效果,在服务公司和油公司胺基钻井液获得了青睐． 但是,对于抑制高水敏性页岩的水化这些钻井液并不是完全有效的,特别是钻遇高复杂性和高活性页岩地层时它的缺点就更是相当明显。记住,研制一种高抑制性水基钻井液体系它要具有油基钻井液的性能特征。 研制这种新型的高抑制性水基钻井液（HPWBM）由以下组分组成：用于抑制页岩的聚合胺页岩添加剂,两性聚合页岩封装物（encapsulator）,高性能润滑／抗粘着添加剂以及一种特别的用于处理钻井液降滤失剂。这种新型的HPWBM在室内实验其性能像油基泥浆,也像在补偿井中钻遇很复杂和高活性页岩地层时用反相乳化钻井液（OBM）。     

东海低孔渗油气田井壁失稳分析与对策

东海低孔渗油气田前期钻探过程中,存在着井壁失稳等原因引起的起下钻遇阻、倒划眼困难、测井遇阻、卡钻等井下复杂情况。利用X射线衍射、扫描电镜、比亲水量与泥页岩压力传递等实验手段,分析复杂地层的微观组构及其理化性能,探讨该区井壁失稳机理。研究表明,东海低孔渗油气田复杂地层井壁失稳与其自身的微观孔隙结构特征紧密相关,页岩微裂缝、层理发育是导致其井壁失稳的主要内在因素。钻井过程中,在井底压差、毛细管力、化学势差等驱动力作用下,钻井液滤液沿微裂缝或层理面迅速侵入页岩内部,造成近井壁地层孔隙压力增加;同时,钻井液滤液侵入,改变了地层原有的物理化学平衡,发生水化作用,降低岩石强度,最终导致井壁失稳。基于"多元协同"井壁稳定新理论,提出井壁稳定钻井液技术对策,选用化学固壁剂,加强钻井液的物理封堵/化学固结井壁能力,增强抑制与有限化学位活度平衡控制,提高井下液柱压力的有效力学支撑作用,实现"多元协同"稳定井壁作用。     

纳微封堵剂在页岩油藏水平井中的应用

目前,页岩油藏多采用水平井钻井方式和后期分段压裂的方式进行开发。由于页岩油藏所钻遇地层多以泥页岩为主,微裂缝及裂缝较发育,钻井过程中极易出现井壁失稳的情况。因此,在水平段多采用油基钻井液进行钻井,提高井眼的稳定性,来保证钻井完井顺利进行。为进一步提高油基钻井液的封堵能力,尽量避免钻井液滤液对泥页岩地层的侵入所造成的黏土水化分散等不利情况,研制了钻井液纳微封堵剂,并详细阐述了钻井液纳微封堵剂的研制过程及评价效果。纳微封堵剂加入钻井液后,能有效提高钻井液的封堵能力,降低滤失量,减少油基钻井液的损耗量,而且对钻井液流变性影响较小,完全满足现场使用的目的和效果。现场应用也表明,纳微材料配合油基钻井液使用可进一步保障页岩油藏水平井井眼的稳定性,有利于安全高效钻井。     

国内泡沫钻井流体应用与研究进展

综述泡沫钻井流体在国内的现场应用及室内研究,总结泡沫钻井流体的优点和不足.泡沫钻井流体具有密度低、滤失量小、携岩能力强和机械钻速高等特点,对于衰竭、水敏性地层有着广泛的应用前景,已成为油气田开发过程中钻井流体的一个重要发展方向.指出泡沫钻井流体在井壁稳定方面具有独特优势,为稳定井壁提供了新的技术手段；同时,也存在泡沫体系稳定性差、现场消泡困难以及井壁稳定评价方法欠缺等问题.以工程应用和室内研究为两条主线,介绍泡沫钻井流体在我国的应用进程和研究进展.最后指出,加强对泡沫钻井流体的认知和研究,进一步开发和优选发泡剂、稳泡剂,提高体系稳定性；增加消泡技术研究,促进泡沫钻井流体的可循环利用；研究抑制剂、井壁稳定剂,建立专用的室内井壁稳定评价方法和统一的标准,促进泡沫钻井流体在国内的进一步推广应用.     

关于加快发展我国油基钻井液体系的几点看法

油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等优点.国外早在20世纪60年代,就十分重视油基钻井液技术的开发与应用,现已广泛作为钻深井、超深井、海上钻井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层及储层保护的重要手段.国外油基钻井液体系及配套技术比较成熟,国内在油基钻井液方面尽管开展了一些工作,但应用较少,还没有形成体系.目前,国内非常规油气资源的开发已经启动,对油基钻井液有了迫切需求.我国应在油基钻井液应用方面尽快行动起来,在借鉴国外经验和国内初步实践的基础上,首先开展油基钻井液的应用,在应用中积累经验、完善体系,并通过油基钻井液处理剂(降滤失剂、提黏切剂、封堵剂及润湿剂)的研制,逐渐形成具有国内特点,能够满足现场需要的油基钻井液体系,以及钻井液回收处理循环再利用的配套设备与方法.同时,开展油基钻井液高温下流变性、稳定性研究,以形成系统的流变性控制方法,为油基钻井液体系的应用提供理论支撑,促进国内页岩气等非常规油气资源的开发.     

国内水基钻井液降滤失剂研究现状

降滤失剂是保证钻井液性能稳定的重要处理剂,主要分为天然/天然改性高分子化合物、合成类聚合物两大类.分别对腐殖酸、纤维素、木质素、淀粉类、酚醛树脂类和乙烯基类合成聚合物降滤失剂的成分、使用条件和改性处理进行介绍,重点对含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的合成聚合物降滤失剂研究现状进行分析.为提高天然改性产品的使用性能,常用磺化或者通过与其他单体进行接枝共聚的方法进行改性,但这些研究仍不能满足复杂条件下钻井液性能维护处理的需要.由于AMPS单体可以方便地向体系内引入强水化基团磺酸基,因此合成类降滤失剂常采用AMPS与其他一种或者几种单体共聚来制备.但受单体种类多、聚合物结构复杂、相对分子质量多变等条件的限制,聚合物的结构与性能的对应关系研究较少,加之聚合物单体价格较贵、合成条件要求复杂,AMPS类合成聚合物多局限于室内实验,现场应用的产品较少.降滤失剂的开发重点应放在研究聚合物结构和降滤失性能的对应关系、开发新型单体、提高聚合物的耐温抗盐能力、兼顾环境友好和形成工业化生产能力等方面,并注意助剂之间的复配使用,进一步提高性价比.     

国内页岩气开采技术进展

因页岩气开发具有资源潜力大、开采寿命长和生产周期长等优点,已成为当前能源研究的热点和突破口.自2009年以来,我国已在页岩气开发实验区钻井62口,其中24口井获得工业气流,这预示着国内页岩气资源开发全面铺开.页岩气储层与常规储层差异很大,必须采用先进技术,尤其是水平井钻井、完井及压裂技术,才能实现经济有效开发.介绍了国外页岩气开采技术以及国内近两年在页岩气钻井技术、钻井液技术、固井技术和压裂技术方面取得的经验,这些经验奠定了国内页岩气开发的技术基础.论述了页岩气开采面临的技术和环境问题,指出下一步页岩气技术发展方向.今后,需要结合国内页岩气藏特点,在借鉴国外新技术及国内经验基础上,通过工具研制、技术配套、方案优化,尽快完善适用于页岩气开发的水平井钻井技术;从流变性、封堵能力方面进一步完善油基钻井液体系,同时开展适用于页岩气水平井钻井的水基钻井液体系研究;针对页岩气水平井多采用油基钻井液的现状,进一步完善冲洗液、水泥浆体系及固井工艺技术.开发适合页岩气水平井多级压裂技术相关的井下工具、工作液和施工工艺,加强压裂裂缝动态监测,优化压裂设计.形成配套的钻井和压裂等作业过程中产生的废液、废水及废渣处理技术,重视贞岩气开采的环境污染评估,保证我国页岩气开发的健康发展.     

一种可替代甲酸盐钻井液的改型甲酸盐钻井液的应用研究

辽河油田潜山井段钻井过程中存在严重的井漏问题,个别井漏失近2000m3,造成高成本甲酸盐钻井液的极大浪费。为节省钻井投资,达到资源循环利用的目的,采用玉米生化法制乙二醇、丙二醇的副产物开展可替代甲酸盐钻井液的改型甲酸盐钻井液的研究与推广应用工作。通过基浆的配制以及流型调节剂、提黏剂、降滤失剂、润滑剂、暂堵剂的选择与加量等相关评价实验研究,最终确定改型甲酸盐钻井液基本配方为:自来水+50%改型甲酸盐+0.2%XC+0.3%PAC+0.7%SMP-Ⅱ+0.7%KH-931+2.5%石墨+3%超低渗透剂。通过室内评价,形成了电阻率0.86Ω·m、润滑系数0.048、腐蚀速率0.000387mm/a、抗土粉污染能力好、成本相对较低的改型甲酸盐钻井液体系。现场应用结果表明,本研究所获得的改型甲酸盐钻井液能够满足潜山油藏钻井施工需要,单井节约钻井成本38.4万元。     

关于规范钻井液处理剂及钻井液体系的认识

自上世纪70年代以来,我国钻井液技术逐步趋于成熟,与国外的差距日渐缩小。特别是近年来,围绕高温、高压地层以及强水敏地层、页岩气水平井的需要,在超高温钻井液、超高密度钻井液、页岩气水平井钻井液、油基钻井液等方面又有了新进展。但在钻井液处理剂和钻井液体系规范方面还存在问题,如在命名方面,钻井液处理剂任意编代号,随便起名字,钻井液体系缺乏主题和依据,有时仅仅加入了很小量的某种处理剂,就称"某钻井液体系";标准方面,因制定中缺乏实验和应用依据,多数行业标准系由企业标准转化而来,标准中缺少表征产品本质特征的项目及指标,通用性不强;加之高纯度、高质量产品推广受到价格限制,不同程度上制约了钻井液技术的发展。从钻井液处理剂和钻井液两方面提出规范思路。基于实验和分析认为,处理剂规范应从分类、命名、指标设置和实验方法等方面出发,以保证命名的科学性和标准的准确性与适用性。在钻井液体系方面,基于处理剂、标准、质量控制和钻井液性能间的关系,提出钻井液体系的命名原则,明确了钻井液技术规范、钻井液体系或工艺规范应包括的内容。     

复杂漏失地层堵漏技术现状及发展方向

井漏不仅是钻井过程中的普遍现象,且是制约安全、快速钻井的重要因素之一。围绕解决复杂漏失地层有效封堵问题,在漏失和堵漏机理、堵漏材料、堵漏效果评价仪器、堵漏和找漏工具,以及复杂漏失地层堵漏配方设计及堵漏工艺等方面开展了大量研究,尤其针对裂缝型、孔洞型复杂漏失,研究应用了凝胶聚合物复合堵漏材料及堵漏方法,有效解决了堵漏材料在漏失通道中的驻留能力,提高了堵漏一次成功率,特别是膨胀管堵漏技术的初步应用,为应对复杂漏失提供了有效手段。由于漏失的复杂性和不可预见性,目前复杂漏失地层堵漏还存在不少问题,如缺乏专用高效材料与方法、防漏效果及堵漏一次成功率低、漏点或漏型判断或识别不准确、缺乏可以有效模拟现场情况的评价手段、漏失机理及堵漏机理研究与现场存在差距等。针对存在问题,围绕提高复杂漏失地层堵漏一次成功率,需要从漏失机理和堵漏机理、应对复杂漏失的有效手段、能够模拟现场情况的室内评价方法、准确判断漏失类型和漏点,以及裂缝和溶洞等复杂漏失堵漏材料与堵漏工艺等方面开展研究。同时,提高对防漏堵漏的认识,一并考虑防漏堵漏和井壁稳定,通过预防来减少井漏发生的几率。在堵漏材料的选择上,不能只看材料价格,更要重视材料的针对性和实际效果,要认识到制定科学堵漏施工方案的重要性。