钻井液用纳米封堵剂研究进展

分析了硬脆性泥页岩井壁失稳的原因,介绍了纳米材料特点及其应用,并概述了国内外钻井液用纳米封堵剂的研究进展,包括有机纳米封堵剂、无机纳米封堵剂、有机/无机纳米封堵剂,以及纳米封堵剂现场应用案例。笔者认为:利用无机纳米材料刚性特征以及有机聚合物可任意变形、支化成膜等特性,形成的一种核壳结构的无机/聚合物类纳米封堵剂,能够很好地分散到钻井液中,且对钻井液黏度和切力影响较小,这种类型的纳米封堵剂能够在低浓度下封堵泥页岩孔喉,建立一种疏水型且具有一定强度的泥页岩人工井壁,这不仅能够阻止钻井液侵入,而且还能提高地层承压能力,无机纳米材料与有机聚合物的结合是未来钻井液防塌剂的发展方向。      

疏水抑制水基钻井液体系研究及其在页岩气井的应用

针对龙马溪组页岩气水平井钻井井壁失稳问题,研制出一种疏水抑制剂CQ-SIA和一种液体润滑剂CQ-LSA,并形成一套疏水抑制水基钻井液体系。CQ-SIA具有双亲特性,能使亲水的岩石表面发生润湿反转,在岩石表面形成一层疏水膜,具有强化抑制与包被的作用,实验测得岩屑在1% CQ-SIA中的滚动回收率为83.72%,明显高于KPAM、AP-1以及KCl。CQ-LSA具有特定的基团与结构,能在亲水的钻具、泥饼和地层岩石表面形成亲油膜,降低摩阻,实验测得加有1% CQ-LSA的5%膨润土浆黏附系数为0.050 7,低于加有RH-220和BARALUBE的膨润土浆。该疏水抑制水基钻井液的抑制性和润滑性能与油基钻井液相当,具有良好的流变性能和抗污染性能,加有1%~3%防塌封堵剂、1%~2%聚合醇和0.8%~1.6%纳米封堵剂,封堵能力强。该体系在长宁H25-8井进行了首次现场试验,在1 500 m水平井段的钻井过程中,该体系各项性能稳定,配制维护工艺简单,井下未出现任何复杂,起下钻、电测、下套管、固井作业顺利,表明该体系能满足长宁页岩气水平井的钻井需要。      

准北1井钻井液技术

准北1井是中石化集团在准噶尔盆地乌伦古坳陷西南斜坡带所部署的一口重点预探井,设计井深4250m。该地区地层复杂,且缺少参考资料,通过室内实验优选强抑制铝胺基聚合醇钻井液作为本井钻井液体系,实钻表明,该钻井液体系实现了井壁稳定、油气层保护、防塌防漏,提高机械钻速的优异效果。     

物理-化学耦合作用下泥页岩坍塌周期应用研究

基于泥页岩地层井壁周期性失稳的特点,将泥页岩地层视为孔隙介质进行分析,根据多孔热弹性理论及泥页岩的本构关系,考虑泥页岩地层在温度、孔隙压力、泥页岩水化等因素的耦合作用,建立了耦合数学模型,得出了不同泥浆体系和不同泥浆密度下泥页岩井壁的坍塌周期。在西部巨厚、复杂的泥页岩地层井壁失稳的研究中表明,其应用效果和实际情况吻合较好。     

鄂深6-侧钻井硅酸盐防塌钻井液技术

鄂深6-侧钻井是在原鄂深6井的基础上侧钻的一口定向评价井。设计井深3650m,完钻井深3718m。为了更好地满足钻井工程的需要,对该井的钻井液技术难点进行了详细分析,并提出相应的技术对策,室内研制的硅酸盐防塌钻井液体系较好地解决了该井在低密度（1.15g/cm3）条件下的防塌、防卡、防漏及井漏处理、抗高温等技术难题。该井平均井径扩大率13.87%,远低于设计的20%。平均机械钻速3.01m/h,高于鄂深6井的2.47m/h,钻井周期39d19h,发现了＂3414m~3416m＂、＂3556m~3558m＂、＂3626m~3628m＂三段油层,取得了较好的勘探开发综合效益。实践表明硅酸盐防塌钻井液体系具有防塌效果突出、携砂能力强、流变性好、抗高温、耐盐膏污染等特点。该体系值得在该地区进一步推广应用。     

钾钙基钻井液在吐哈西部区块的研究应用

吐哈油田西部区块第三系泥页岩地层富含盐膏，传统钻井液无法满足钻井液性能稳定和井下安全的要求。根据地层特点，选用抗盐、抗钙能力强的钾钙基钻井液体系。经室内研究评价，优选抗盐降失水剂和基本配方，制订出合理的转化措施和维护处理方案。神282、神北6井应用结果表明，钻井液性能稳定、盐膏层和下部井段井径规则、井壁稳定。钻井完井施工顺利，为盐膏井安全钻进提供了可借鉴的经验。     

钻柱与井壁碰撞的非线性有限元分析

根据连续介质力学和非线性有限元理论,给出了钻柱碰撞井壁过程中钻柱的控制方程,并建立了相应的有限元列式。采用显式时间积分方法求解了基于拉格朗日算法的碰撞动力学方程。计算实例与分析表明,钻柱与井壁碰撞时所造成的最大第一主应力达到308MPa,其结果远远大于人们的估计;碰撞是造成钻柱先期失效的首要原因。采用显式非线性有限元技术可以对钻柱与井壁碰撞的过程进行成功的数值仿真分析,钻柱与井壁碰撞的整个时间历程得以全面细致地模拟再现。     

埕岛油田沙河街地层强抑制性海水钻井液技术

为了解决胜利浅海埕岛油田沙河街地层硬脆性泥岩易剥蚀掉块、垮塌等问题,对埕岛油田沙河街地层的井壁不稳定问题进行了分析,找出了该地层坍塌的主要原因是钻井液及滤液沿层理和微裂缝渗入地层内部,进而引起硬脆性泥页岩剥落坍塌所致。针对沙河街地层特点,研制了强抑制性海水钻井液,对该钻井液的防塌性能、封堵性能、抗污染性能、环保性能进行了室内评价试验和防塌机理分析,并在埕岛油田6口井上进行了现场应用,试验表明:强抑制性海水钻井液具有较好的抑制性能和流变性、较强的抗海水和劣质土污染能力,环境可接受性好,维护处理简单,有效解决了沙河街复杂地层钻进中出现的技术难题,避免了复杂情况的发生。     

一种颗粒离散元的井壁稳定性分析模型

井壁失稳问题一直制约着渤海油田的高效开发。随着向深层要油气的战略实施,钻井持续向深层、致密层攻关,维持井壁稳定性对安全经济钻井作业的支撑作用更加明显。因此,为了揭示井壁失稳的微观机理,精确预测坍塌压力区间,建立了一种适用于井壁稳定性分析的离散元模型,剖析了多个颗粒接触微观参数对地层力学特性的影响规律,引入崩落宽度准则判断井壁失稳,分析了井内液柱压力对井壁岩石破坏形态的影响。研究结果表明,代表地层的颗粒发生黏结断裂后,整体刚度下降引发应力重分布,原损伤位置承担的载荷会转移到未损伤部位,既而诱发局部的接续破坏并渐进式向地层深部发展,直至形成一个稳定的破坏区。因此,坍塌压力当量密度的合理区间下限应使井壁发生适度破坏而不失稳,窄密度窗口钻井时,钻井液密度应贴近下限值。对BZ13-1油田12口井进行现场应用,钻井复杂率降低了67%,验证了离散元井壁稳定性分析模型的准确性。     

裂缝性地层测井信息采集和油气定量解释评价技术应用研究

针对目前国内外在裂缝性储层中利用测井信息进行油气解释评价的局限性,以渤海某地区B井为例,采用常规测井、井壁成像测井(STARⅡ)、交叉偶极阵列声波测井(XMACⅡ)和在裸眼测试时加测生产测井的测井采集组合,利用这些测井信息对花岗岩的储集空间进行定性描述和定量计算,并依据裸眼试油时加测的生产测井资料,对综合解释划分的储集空间中的流体性质进行了识别,对油气层的分层产量进行了定量计算。结果证实该方法在裂缝性花岗岩地层中的应用是切实可行的。