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。     

国内外钻井液用抗高温改性淀粉的研究进展

改性淀粉是石油钻井中常用的钻井液降滤失处理剂之一,具有原材料丰富、无毒等特点,在钻井过程中主要起降失水、抗盐抗钙,且可减少钻井液对环境和油层污染等作用.改性淀粉用作油田化学品的研究在国外已有60多年的历史,我国则起步于上世纪80年代初期.近些年来,随着石油勘探开发向深层的逐步深入,国内外学者开始注重钻井液用环保型抗高温改性淀粉的研究,但目前抗温改性淀粉主要分为两个方向,其中接枝共聚类改性淀粉抗温性能较好,但不易降解;传统醚化类改性淀粉虽具有环保特性,但其抗温性能较差,普遍抗温在130℃以下,在油气勘探开发中受到了极大的限制,因此有必要对抗温130℃以上的环保型抗高温改性淀粉进行深入研究.介绍了国内外钻井液用抗高温改性淀粉的研究进展,分析了钻井液用抗高温改性淀粉的发展方向.     

油包水钻井液研究与应用

与水基钻井液相比,由于油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和保护油气层等优点,成为钻遇深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的首选体系。油包水钻井液具有油基钻井液的优点。针对非常规油气藏及强水敏、易坍塌地层钻井的需要,研制了油包水钻井液,优化了钻井液配方:基液(油水体积比为8∶2)+3%主乳化剂+3%辅乳化剂+3%有机土+4%降滤失剂+3%的CaO+重晶石。室内评价结果表明,该油包水钻井液具有良好的流变性、悬浮稳定性、润滑性、乳液稳定性和抗污染能力。同时,完善了现场施工工艺,并在中原、新疆、西南等现场应用了7口井。应用证明,油包水钻井液稳定性好,破乳电压大于600V,抗污染、抗温能力强,遭受20%的水和岩屑污染后,钻井液性能稳定,易于维护处理;且钻井过程中井壁稳定,定向施工顺利,减少井下复杂,平均井径扩大率小于5%。该钻井液配制工艺简单,可以回收利用,满足页岩气水平井、易塌地层钻进的需要。     

国内外钻井液技术进展及对钻井液的有关认识

随着石油勘探开发技术的不断发展,对钻井液提出了更高的要求。国外一些公司相继研制并推广了聚合醇钻井液、正电胶钻井液、甲酸盐钻井液、稀硅酸盐钻井液和微泡钻井液等具有国际先进水平的水基防塌钻井液新体系,以及环保性能优良的第二代合成基钻井液和逆乳化钻井液新体系。国内在生产中结合实际情况,借鉴国外新技术,逐步形成了两性离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液等一系列新技术,并在逐步形成高难度的超高温和超高密度钻井液体系。国内在钻井液整体水平上与国外的差距仍然很明显,特别是国内外在钻井液技术与管理方面存在的认识上的区别,主要表现在目的、设计理念、处理剂、实施过程、对泥浆工程师的要求、创新目标、环境保护等方面,这是制约国内钻井液整体水平和技术进步的主要问题。通过分析得出了一些认识,即:钻井液技术的发展依赖于新型钻井液处理剂的研制;对钻井液的维护不仅要注重过程控制,还要重视早期维护处理;提高钻井液的抑制性,确保钻井液的清洁有利于保护油气层;要通过"预防+巩固"的井壁稳定思路,进一步提高井壁稳定效果;钻井液无害化处理要从钻井液处理剂研制、生产以及钻井液设计、维护处理等全过程考虑。建议今后钻井液技术工作要注重钻井液处理剂的超前研究,深入开展超高温和超高密度钻井液研究,加大油基钻井液的研究力度,通过认识上的提高来缩小国内在钻井液技术上与国外的差距。     

无机-有机单体聚合物钻井液体系研究与应用

确定了无机-有机单体聚合物钻井液体系配方，即由6％膨润土浆＋0．5％-0．8％Siop—A＋0．3％-0．5CPS-2000B％＋0．1％～0．2％Siop—D＋0．1％～0．2％ZSC-201．评价了钻井液体系的性能，介绍了该钻井液体系在中原油田的应用情况。现场应用结果表明：该钻井液流变性、抗温性良好，具有较强的抑制防塌能力，携砂能力好，完井电测和RFr电测均一次成功，避免了替换钻井液。     

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.     

伊朗雅达油田S4井水平井钻井液技术

伊朗Y油田水平井水平段长在900～1000m,平均钻井周期为69d.该工区水平井施工存在二开井段盐膏层污染严重,潜在异常高压盐水层;Ph、Iam和Lf地层泥灰岩、页岩易水敏剥落,造成井壁失稳;斜井段漏失,滑动钻进“托压”严重,斜井段井眼清洁困难等技术问题.为此,对水平井钻井液体系配方和工程技术措施进行优化,改善钻井液抗污染、封堵防塌及润滑防卡性能,加强井眼净化及摩阻控制.“多元协同”防塌技术解决了井壁失稳问题;随钻防漏与细颗粒堵漏技术解决了定向段渗漏地层措施受限问题;液体润滑剂、固体润滑剂、乳化石蜡和聚合醇复配使用润滑效果显著,该井滑动钻进摩阻小于10kN,未出现明显的“托压”现象,并从现场验证了液体润滑剂最佳加量应小于3％.S4井现场试验表明,优化后钻井液技术措施效果显著,钻井过程无复杂事故发生,钻井周期缩短至57d.     

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）。     

国内超高温钻井液研究与应用进展

20世纪80年代以来,世界各国钻深井、超深井、复杂井的数量增加,对钻井液高温下的稳定性、滤失量和润滑性提出了更高要求,为满足超深井钻井技术发展需要,世界各国都在努力研制超高温钻井液处理剂和钻井液体系。国内超高温钻井液体系主要集中在水基钻井液方面,在油基钻井液和合成基钻井液方面开展的工作相对较少。油基钻井液和合成基钻井液是国外公认的解决高温问题的有效途径,可以有效解决深井高温井段钻井液稳定性问题,但油基钻井液和合成基钻井液成本高,并存在环境污染等突出问题,因此其推广受到限制。相对于油基钻井液,水基钻井液成本低,易于维护处理,通过采用抗高温处理剂,可满足井底温度超过220℃以上高温钻井的需要,从而得到广泛重视。从需求考虑,在重视水基钻井液研究的同时,也要重视油基钻井液和合成基钻井液。介绍了近期国内在超高温钻井液处理剂及钻井液体系研究与应用方面取得的进展。     

复合盐饱和盐水钻井液在利97井中的应用

利97井是胜利油田布署的一口钻探盐下油气藏的重点探井,共钻遇3套盐膏层,盐膏层总厚度达600m,其井段岩性主要为盐膏岩、膏泥岩、纯盐岩及红色、灰色泥岩。根据该井地质特点和施工要求,配制复合盐饱和盐水钻井液体系,并进行热稳定性和抗污染性实验,在该井三开井段(2850～3915m)应用,取得良好效果。有效抑制了泥岩段地层黏土矿物的水化膨胀,钻井过程中无掉块,起下钻顺利;盐膏层钻井过程中,用Na2SO4控制钻井液中Ca2+含量,很好地控制了钻井液流变性和滤失量,减少了采用纯碱控制Ca2+含量对钻井液流变性造成的不利影响;用饱和盐水钻井液控制Cl-的浓度,使其一直处于饱和状态,钻井液未对井壁溶蚀,电测解释井眼相对规则;三开钻进、电测、完井及取心都非常顺利(盐膏层取心2次),表明复合盐饱和盐水钻井液体系适合该区块的钻井施工,值得推广应用。     

塔河奥陶系6000m~3超大规模酸压实践

针对塔河油田奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏常规酸压存在酸蚀裂缝距离短,导流能力有限,难以沟通远处有效储集体的问题,在TH12312井探索并实践大幅增加酸压液体用量及施工排量的6000m3超大规模酸压工艺技术。优选方案为滑溜水4000m3,施工排量≥7.0m3/min;变黏酸600m3,施工排量≥7.5m3/min;胶凝酸400m3,施工排量≥7.5m3/min;顶替液:滑溜水1000m3,施工排量≥7.0m3/min。动态缝长可达到289.9m,动态缝高可达到77m,酸蚀缝长可达到227m,导流能力可达到426mD·m。整个施工过程交替注入滑溜水和酸液,累计注入总液量6008m3,同时加入粉陶70t,最高泵压达到94.3MPa,最高排量8.5m3/min,酸压施工获得成功。酸压时的裂缝监测及后期生产效果评价表明,该工艺取得了提高造缝长度、改善储层导流能力、沟通远处储集体的效果,刷新了酸压规模的世界纪录。     

塔河油田超深井巨厚盐膏层钻井技术

通过塔河油田沙114、沙115、沙116等这些重点井的钻探,针对盐膏层的复杂情况,形成了一系列超深井巨厚盐膏层钻井技术,主要包括钻开盐膏层前承压堵漏技术、岩膏层安全钻进技术、扩孔技术、钻井液技术等,实现了超深井巨厚盐膏层的安全顺利钻进。     

2009～2010年国内钻井液处理剂研究与应用进展

随着石油勘探开发向深部和海上发展,深井、超深井以及特殊工艺井钻探越来越多,特别是超高温、超高压地层的钻探,对钻井液提出了更高要求。针对钻井液技术发展的需要,促使油田化学工作者不断开发新型钻井液处理剂。近两年,国内在钻井液处理剂方面开展了一系列卓有成效的研究工作,其中一些研究已在现场应用中见到效果,部分产品已达到或超过世界先进水平,从而为钻井液技术的进步奠定了基础。从天然材料改性、合成材料、工业废料或副产物利用,以及不同材料复合或反应产物等方面,就2009～2010年国内钻井液处理剂研制及应用情况进行介绍,并指出处理剂的发展方向。从近期的研究看,仍然以合成聚合物为主,多围绕提高产品的抗温抗盐这一方向,并逐步向超高温发展,且研究最多的是钻井液降滤失剂,其次是降黏剂、堵漏剂和润滑剂等。而在钻井液降滤失剂、降黏剂中,又以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等含磺酸基单体与其他单体的共聚物更受重视,而润滑剂、堵漏剂等则多以多种材料复配为主。今后,在处理剂研究上,要强化基础研究和新原料的开发,发展低相对分子质量的聚合物处理剂,进一步加强淀粉、褐煤、栲胶、木质素等天然材料的深度改性,研制绿色、价廉的钻井液处理剂。     

塔河油田10区奥陶系油藏滚动开发技术

介绍了塔河油田10区奥陶系油藏的地质特征,即以该油藏属于弹性驱及弹性水压驱动为主,以缝洞系统为单元的碳酸盐岩岩溶缝洞型轻-重质低饱和非均质油藏。介绍了在油藏开发实践中形成的一套适合缝洞型碳酸盐岩油气藏的高效滚动开发技术系列：缝洞系统划分技术、开发储量计算技术、开发井井位部署技术、侧钻技术、注水替油技术等。     

塔河油田碳酸盐岩储层放空漏失现象的研究与应用

通过塔河油田碳酸盐岩储层在钻完井、修井作业过程中发现大的放空漏失这一现象,进一步加深了对塔河油田缝洞型油藏的认识。从地震、地质、油藏、工程及开采等多方面综合研究分析认为,对于钻遇严重放空漏失的油井应提前完钻,以及放空漏失井不宜进行酸化增产、进行上返酸压时需采用控缝高技术、进行注水替油效果不好、进行污水回灌效果较好等。并且根据上述认识,为油田开发提出了合理建议。     

塔河油田YK7CH双台阶水平井固井技术

塔河油田三叠系油藏储层埋深在4000m以下,油层薄且不连续,开发难度大,实施双台阶水平井技术可连续钻穿非连续的薄油层,开发一切可利用的资源,大大提高油气开发效益。作为塔河油田第一口双台阶水平井,YK7CH井气层尾管固井要求对两个水平段进行有效封固,创新采用了准177.8mm套管+准139.7mm套管+准139.7mm筛管的复合尾管固井工艺技术。其固井作业存在水平段长,且为双台阶井眼,管串附件较为复杂,固井管串到位困难,管串居中度难以得到保证,水泥浆顶替效率很难提高,气层显示活跃,易气窜等技术难点。为此优化了固井管串结构,合理设计了扶正器的安放位置,优选了防气窜水泥浆体系,并采取相应的技术措施,保证了该井固井管串的顺利到位和良好的居中度,以及固井施工作业的顺利完成,固井质量优秀,为塔河油田双台阶水平井固井技术积累了经验。     

可循环微泡沫钻井液的性能评价与应用

可循环微泡沫钻井液是由水、固相颗粒(黏土)、表面活性剂(发泡剂)、增黏剂、降滤失剂等制成的一种气、液、固三相分散的胶体体系。室内评价实验结果表明,可循环微泡沫钻井液抗温高达135℃,在NaCl浓度高达10%时仍保持良好的流变性,具有较强的抑制性和良好的防漏失性能。由于其所含的表面活性剂产生泡沫,具有一定的疏水特性,在井内循环过程中,在井壁表面形成稳定的疏水屏障,阻碍自由水向地层的流动,使之不易润湿及渗入裸露的井壁,减少了滤液对泥页岩地层的水化膨胀作用;泡沫钻井液与抑制剂及井壁稳定剂适量添加混合,可有效提高钻井液的防塌效果。室内评价试验确定了可循环微泡沫钻井液使用配方:4%膨润土浆+0.3%Na2CO3+0.5%WP-1+0.3%WDJ-1+0.4%CPS-2000+0.3%FP-1。中原油田4口井和科索1井的现场应用表明,该钻井液可满足中原油田中生界低压、低渗地层和北京中元古界蓟县系雾迷山组海泡石易膨胀、溶解地层、气穴发育地层的欠平衡钻进要求。     

GVR成像测井在礁灰岩油田水平井开发中的实例分析

礁灰岩储层的双重介质特征决定了油田开发中水平井钻井风险高,有效储层钻遇难度大。为了确保钻井安全,提高储层钻遇率,在南海东部礁灰岩油田水平井开发中,应用GVR成像测井技术,对水平井进行实时地质导向,快速识别地层倾角以及裂缝,根据地层倾角的变化和裂缝发育程度,优化钻井轨迹。流花油田开发实践表明,利用GVR成像测井技术实施的7口水平井均没有发生严重井漏,成功规避了钻井风险,且单井初始日产油量在283.3~1828.4m3,确保了优质储层钻遇率。同时,GVR成像测井的裂缝解释突破了传统单一依靠地震的识别方法 ,为定量描述井旁裂缝空间分布以及裂缝对产能的影响研究提供了基础。研究表明,礁灰岩储层中单井产能与裂缝发育程度有较好的对应关系,单井裂缝发育程度越高其产能也越高,为油田后期调整井的设计和实施提供了地质依据。     

超深、超长水平井测井工艺技术研究与应用

塔河油旧水平井测井技术主要为湿接头测井工艺。受井深、测量井段长、井底温度高、部分井需要加测特殊项目等因素影响,塔河油田水平井测井技术存在湿接头对接一次成功率不高、仪器耐温性能要求高、常规工艺不能满足特殊测井项目作业要求、测井电缆井口运行安全风险、钻具输送井下风险等难点。通过优化钻井液循环方式、改进斜井段对接工艺、设计新型湿接头公头外壳等方式,保证了一次对接成功率;对井下仪器性能进行检测、按井下实际情况组合仪器串,确保仪器在高温环境下稳定运行：密度姿态保持器和套筒式扶正器较好地解决了密度、微电阻率扫描成像、偶极子声波等特殊项目在水平井、大斜度井中的施工问题;自主研发的井口电缆防碰装置确保了钻具输送测井作业时,电缆在井口的安全。根据各井工况综合采用以上措施后,塔河油田水平井测井一次成功率达到了94％。