深水恒流变无固相储层钻井液的制备与性能评价

在深水油气田钻井过程中,由于海底泥线附近的温度较低,易导致钻井液出现增稠、糊塞和跑浆等问题。针对该问题,以丙烯酰胺、N-乙烯基己内酰胺、二乙烯苯、烯丙基磺酸钠等为原料制备温敏增稠共聚物(ASSN),再与香豆胶复配制得具有低温恒流变特性的流型调节剂。将流型调节剂与其他处理剂混合制得深水恒流变无固相储层钻井液。评价了ASSN、流型调节剂和钻井液的性能。结果表明,ASSN溶液的临界缔合温度为27℃。以0.5%ASSN和0.3%香豆胶作为流型调节剂,其水溶液的黏度在4~60℃较为稳定。流型调节剂对钻井液在低温下的流变性起到了良好的调控作用。加重剂对钻井液低温调控能力的影响较小。流型调节剂与钻井液其他处理剂的配伍性良好。钻井液具有良好的抗侵污性能、抑制性能、润滑性能和储层保护性能,满足现场钻井需求。

抗高温非磺化半饱和盐水钻井液研究与应用

针对含磺水基钻井液环保性能差及现有非磺水基钻井液抗温不足的问题,基于腐植酸为主、木质素及栲胶为辅的混合原料,采用硅烷偶联剂、有机酸和二元胺进行多重复合改性,合成制备了抗高温非磺腐植酸树脂类降滤失剂DEMSEAL,并利用红外光谱、热重及凝胶色谱进行表征。结果表明,DEM-SEAL抗温达180℃,且96 h的LC50值达101020 mg/L,全硫含量为0,无毒环保;当DEM-SEAL加量为4.0%时,基浆180℃老化后API滤失量和高温高压滤失量仅7.6 mL和16.8 mL,降低率高达75.2%和83.0%,且对黏度影响较小。结合DEM-SEAL的优良特性,以其为核心构建了一套抗高温非磺化半饱和盐水钻井液体系,密度范围为1.30~1.80 g/cm^(3),抗温达180℃,API滤失量小于5.0 mL,高温高压滤失量小于15.0 mL,具有良好的流变性和低滤失特性;抗泥岩污染达20%,抗盐污染达10%,抗钙污染达1%,96 h的LC50值为55600 mg/L,BOD5/CODcr为23.51%,无毒可生物降解。高温非磺化半饱和盐水钻井液体系在新疆某油田高温深井进行了应用,该井井底温度为179℃,钻井过程中钻井液的流变性能稳定,失水造壁性能良好,无井下复杂事故。在满足安全钻井前提下实现了抗高温钻井液“去磺化”目标,为国内高温非磺钻井液的研究与发展提供了技术参考。

钻井液润滑性能评价方法研究进展

结合摩擦学原理介绍了钻井过程中涉及钻井液的润滑类型,包括边界润滑、混合润滑、流体动压润滑和弹性流体动压润滑等,并梳理了半个多世纪以来钻井液润滑性评价方法的起源和研究发展现状,分析了各种评价方法的优缺点,可为业内研究工作者和技术人员在钻井液润滑剂筛选手段上提供参考。在此基础上,建议大力支持可规模化推广和贴合现场实际为一体的先进钻井液润滑性评价设备的研制,提高室内研究对现场应用的指导价值。

一种固井前置冲洗液冲洗效率的评价方法

目前中国冲洗效率评价方法并不完善,评价手段不统一。通过模拟井筒设计出了一套冲洗效率评价装置,建立了评价冲洗效率的实验方法,采用砂岩来模拟井壁,模拟井筒的冲洗过程,通过公式计算出冲洗效率。并且进行了冲洗效率评价实验。实验结果表明,该装置能够很好地模拟井下冲洗过程,是一套行之有效的模拟装置。

高密度无土相油基钻井液

高密度油基钻井液高温下重晶石易沉降,导致体系稳定性变差,传统方法采用高浓度有机土来解决,但其会引起钻井液黏度过高,造成ECD升高而引发井漏等复杂情况。针对以上问题,研发了一种具有强电稳定性能、增黏效果的小粒径乳化剂DEMUL,并开发了一种高密度无黏土相油基钻井液体系,通过加入DEMUL、苯乙烯-丁烯/丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)与提切剂的协同作用,达到提高高密度油基钻井液的稳定性能,且配方简单、处理剂加量少。研究结果表明,该钻井液在200℃下老化160 h也能保持良好的流变性能,160℃恒温静置336 h后沉降因子为0.5074,表现出良好的稳定性,且具有良好的抑制性能和极压润滑性能。该钻井液体系在川渝页岩气某高密度水平井进行了应用,钻井过程中该体系流变性能稳定,携砂性能良好,抑制性能强,未出现井下复杂情况。

水基恒流变钻井液流型调节剂的制备与性能评价

流型调节剂是实现水基钻井液恒流变特性的关键处理剂。以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体为主要原料,采用反相微乳液方法合成了一种流型调节剂,表征了产物的结构、分子形貌、热稳定性等,比较了流型调节剂与传统处理剂对水基钻井液流变性能的影响,结合流型调节剂的分子聚集态结构分析了恒流变机理。结果表明,流型调节剂黏均分子量约7.5×106,平均粒径为258.7 nm,抗温可达260℃。在水基钻井液中,流型调节剂具有良好的流变控制能力,可显著降低温度变化(4数65℃)对关键流变参数的影响。流型调节剂分子的核-壳结构提高了分子刚性和稳定性,其亲水基团在壳层的层级分布可补偿基团损耗,从而维持有效基团数量,确保与黏土片层的缔合作用,维持水基钻井液的稳定性。

无黏土相钻开液用抗温增黏降滤失剂的研制与性能评价

针对常规改性淀粉降滤失剂高温易降解导致钻开液抗温性差的问题,采用接枝共聚法,以天然淀粉为原料、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酰胺(AM)为接枝单体制备了一种抗温增黏降滤失剂STAR-AM,通过红外光谱表征了产物结构。将STAR-AM与流型调节剂、封堵剂、屏蔽暂堵剂、润滑消泡剂、HCOONa等复配制得无黏土相抗高温钻开液体系。分别评价了STAR-AM在基浆和钻开液体系中的抗温、增黏和降滤失性能,考察了钻开液的储层保护效果。结果表明,在淀粉(玉米淀粉、木薯淀粉质量比为60∶40)、单体(AMPS、AM物质的量比为1∶2)质量比为65∶35的条件下制备的STAR-AM具有较好的抗温增黏降滤失作用。STAR-AM加量为10~25 g/L时,基浆150℃老化后的黏切显著提高,API滤失量大幅降低;加入甲酸盐后,基浆抗温能力从150℃提高至170℃。STAR-AM加量为25 g/L时,无黏土相抗高温钻开液170℃老化后的API滤失量仅1.3 mL,HTHP滤失量仅10.2 mL,明显优于常规改性淀粉类降滤失剂;且具有优异的储层保护效果,岩心渗透率恢复值超过95%,可在超深水平井裸眼钻完井中推广应用。

固井水泥浆对储层损害的再认识

固井作业是油气田开发过程中的重要一环,其对储层的损害主要由水泥浆滤液造成且是永久性的。储层损害程度与水泥浆滤液组分和侵入范围有关,射孔完井时孔眼长度是否大于滤液侵入深度,直接关系到水泥浆对储层的损害程度和油气井后续产量。通过分析水泥浆对储层的影响,提出了一种根据固井施工设计参数计算水泥浆滤液最大侵入深度的方法。该方法所需参数容易获得,计算简便,考虑了水泥浆动态和静态滤失阶段的极限滤失情况,可作为射孔完井时射孔深度设计的参考,对油气井储层保护和射孔完井参数设计具有重要意义。一般来说,采用密度1.9 g/cm^3的水泥浆对砂岩储层进行固井时,水泥浆滤液侵入储层深度在常规射孔范围内,水泥浆对储层的污染可以忽略不计。

抗高温超高密度隔离液的室内研究

本研究开发了一种抗高温高密度隔离液,该液采用单剂添加,施工方便,抗温可达200℃,密度调节范围广,最高可达2.8g/cm3,与水泥浆和钻井液有很好的相容性。

超高温水基钻井液的室内研究

为了满足当前深井、超深井逐步向深层次开发的需要,研制了一种抗温达240℃的超高温水基钻井液,其主要以新研制出的抗高温增黏护胶剂MG-H来控制流变性能,并选用了合成聚合物类降滤失剂SHTR和高温成膜封堵剂HOSEAL等其他配伍性添加剂。室内实验结果表明,该钻井液抗温性能好,稳定性高,在经过240℃高温老化之后,仍能保持稳定的流变性能和滤失性能,且流变性能变化较小;具有较好的抑制性和抗污染能力;密度和温度适用范围广,适合于各种类型的高温高压井的钻井作业。

硅酸钾钻井液在页岩气水平井中的可行性研究

页岩气开发以水平井为主,由于页岩地层裂缝与层理发育,在长水平段钻井过程中极易发生垮塌等井眼稳定问题,同时还有携岩、摩阻等一系列问题;大量的研究工作表明,硅酸盐钻井液的抑制性是较为接近油基钻井液体系的,但其能否用于页岩气水平井的钻井过程中是值得探讨的。本文在对硅酸盐钻井液体系及页岩稳定分析的基础上,建立了一套硅酸钾钻井液体系,该钻井液体系除了具有良好的抑制性能以外,更具有较低的滤失量(高温高压滤失量<6 m L),并且流变性易于控制,润滑性好,分析认为该体系能够满足页岩气水平井钻井的要求。

非磺化绿色抗温水基降滤失剂研究进展

随着我国油气勘探开发逐渐向海洋及更深部地层不断扩展,以及磺化类材料被提议列入我国“危险废弃物名录”,开发水基钻井液用非磺化抗高温降滤失剂已成为当前的紧迫任务。通过梳理国内外水基抗高温绿色非磺化降滤失剂的相关研究,概述了高温水基钻井液非磺化降滤失剂的研究进展。将非磺化降滤失剂主要分为3类:改性天然高分子类、人工合成高分子类和有机/无机复合纳米类。涵盖改性淀粉、改性腐殖酸、改性低聚糖、合成聚合物、改性树脂、石墨烯、其他纳米类材料等类型。重点综述了非磺化原材料的选择、制备方法、产品性能及作用机理。通过分析各类抗高温非磺化类降滤失剂的优缺点和适应性,预测了未来的发展趋势。改性天然高分子类在夯实醚化、酯化、交联、接枝等方法的基础上,将朝着复合改性方向发展,以平衡其无毒可降解性能和抗温性能;人工合成高分子类和有机/无机复合纳米类具有明显的抗温优势,重点在于成本与性能间的平衡,非磺化单体的选择及生产工艺的简化是关键。

直接返排钻井完井液储层保护机理分析

水平井裸眼完井是一种最大限度提高储层开采能力的方式,海上油田常采用无固相钻井完井液并辅以破胶完井的方式来完成钻完井作业。直接返排钻井完井液是在此基础上开发的,对其在参数设计、材料选择、完井工艺等方面进行了分析与评价,并分析了其储层保护机理。该体系基本组成为海水+纯碱/烧碱+流型调节剂VIS+淀粉降滤失剂STARFLO+可溶盐+高纯粒径匹配碳酸钙MBA,3种功能材料均能够被0.3%HTA隐形酸螯合剂溶液液化,液化后无任何残留,使井筒内及近井地带的泥饼全部转化为清洁盐水,MBA由5种不同粒径的碳酸钙复配而成,且和淀粉可以达到互相"镶嵌"的作用,使泥饼更加致密。通过实验评价,该钻井完井液的低剪切速率黏度控制在30 000 m Pa·s左右,具有最佳防止污染和返排的能力,且渗透率恢复值最高,可抗15%左右钻屑污染,渗透率恢复值大于80%。该体系在南海东部3个油田、1个气田已应用12口井,井底最高温度为60~130℃,密度最高为1.20 g/cm3,3口井属于低孔渗油藏,9口井属于中、高孔渗油藏,钻井过程顺利。该技术简化了完井方式,节省了作业时间与费用,并具有较好的储层保护效果。

噻唑类缓蚀润滑剂研制及其对氯化钾聚合物钻井液性能的影响

钻井过程中,腐蚀和磨损造成钻具金属材料的失效,合成了一种噻唑类缓蚀润滑剂来延长金属设备的使用。采用失重法、电化学方法等研究了噻唑类缓蚀润滑剂在氯化钾聚合物钻井液中对N80钢的缓蚀性能,采用润滑仪评价噻唑类缓蚀润滑剂对氯化钾聚合物钻井液润滑性能的影响。静态失重法表明,噻唑类缓蚀润滑剂的加入使得N80钢在氯化钾聚合物钻井液的腐蚀速率明显降低,当噻唑类缓蚀润滑剂加量为2.0%(质量分数)时,N80腐蚀速率仅为0.010 7 mm/a。电化学表明,噻唑类缓蚀润滑剂属于阴极抑制型缓蚀剂,噻唑类缓蚀润滑剂分子可自发吸附在N80钢表面并形成致密吸附膜,使N80表面粗糙度下降,阻止金属腐蚀反应。当加入2%噻唑类缓蚀润滑剂能使氯化钾聚合物钻井液的润滑系数降低率超过50%,降低金属之间的接触面积,起到极压润滑作用,且对氯化钾聚合物钻井液的塑性黏度、动切力和滤失量影响较小,表明噻唑类缓蚀润滑剂与氯化钾聚合物钻井液有良好的配伍性。该缓蚀润滑剂在南海珠江口盆地大位移井成功进行了现场应用。

一种高效环保润滑剂ZYA的制备及其在硅酸盐体系中的适用性评价

由于硅酸盐体系的高碱性,实验室常用酯类、植物油类等环保润滑剂与其配伍性较差,导致硅酸盐体系润滑性能差、易起泡,现场使用时易造成托压等问题。实验室以脂肪酸酯、用两性表面活性剂改性的纳米石墨和磷酸酯为原料,通过独特的合成工艺,得到含羟基(—OH)、醚键(—O—)、磷酸基团(—H2PO4)和酯基(—COOR)的耐高温和抗磨性能良好的环保润滑剂ZYA,并评价了其在基浆和硅酸盐体系中的性能以及对环境的影响。结果表明,ZYA适用性较为广泛、抗温可达160℃,且硅酸盐体系与其具有良好的配伍性。在淡水基浆和海水基浆中分别加入1.5%的ZYA润滑剂,其可以使基浆的润滑系数降低80%~90%,抗磨砝码都达到10块;ZYA润滑剂能明显优化硅酸盐体系润滑性,并有效改善在高速剪切下硅酸盐体系起泡情况;与硅酸盐体系配伍性较好,且易降解,使得硅酸盐体系保持较好的环保性,对环境无不良反应,优化了硅酸盐体系性能,对于硅酸盐体系的推广应用起到积极作用。

碳酸钙粒径匹配对储层保护效果的影响研究

针对低渗储层在钻井过程中由于固相或者液相的侵入容易对储层造成严重伤害的问题,采用在无固相钻开液体系中加入碳酸钙能够有效地提高钻开液的暂堵性能,防止聚合物"胶液"对储层的伤害。选取5种不同粒径的碳酸钙,从固相封堵及粒径匹配2个方面开展研究,结果表明,在选择碳酸钙作为暂堵剂时,需要选择粒径分布窄、酸溶率高的碳酸钙。在低渗储层中,碳酸钙粒径越细,封堵效果越好,其渗透率恢复值达到90%以上,具有较好的储层保护效果。

南海西部超浅层气田水平井EZFLOW无固相弱凝胶钻井液研究与应用

南海西部L气田埋深浅、地层破裂压力低、泥岩含量高,水平井钻进过程中因泥岩造浆导致钻井液黏度、切力升高,循环当量密度(ECD)升高导致压漏地层问题频发。为此,利用岩心驱替试验结果和软件模拟计算ECD相结合的方法优化了EZFLOW钻井液的流变性,并采用高浓度泥岩造浆的方法优化了其抑制性能,用自制的高压填砂承压仪评价了其承压能力。室内评价试验显示,EZFLOW钻井液低剪切速率黏度为15 000~30 000mPa·s时,在直接返排渗透率恢复率达到85%以上的前提下,ECD小于地层破裂压力;优化后的EZFLOW钻井液抑制性和封堵性强,能够抗25%现场泥岩侵污。现场应用发现,EZFLOW钻井液表观黏度随井深波动幅度小,ECD附加值最大仅为0.07g/cm^3,钻进及砾石充填过程中均未发生漏失,产气量均超过配产的10×10~4 m^3/d,最高达16×10~4 m^3/d。研究结果表明,优化后的EZFLOW无固相弱凝胶钻井液能够解决超浅层水平井破裂压力低导致压漏地层和保护储层的问题。

油基桥架堵漏剂的研究与应用

在涪陵页岩气田钻井作业中,油基钻井液地层漏失情况逐渐增多,而国内鲜有针对油基钻井液的堵漏材料研究,现场常用的堵漏材料多为亲水性材料,与油基钻井液配伍性差,长时间循环会破坏油基钻井液性能。鉴于此,室内开发了一种新型油基桥架堵漏剂DualGUARD。该堵漏剂与油基钻井液具有很好的配伍性,热稳定性好,组成成分和形状多样,能够快速渗入裂缝中,形成韧性封堵层,堵漏成功率达到70%以上。该堵漏剂在涪陵工区3口井三开井段进行了现场应用,均取得了较好的堵漏效果,有效提高了地层承压能力,成功解决了漏速小于30 m^3/h的井漏问题,为解决涪陵页岩气田的油基钻井液漏失问题提供了技术支撑,可在页岩气水平井钻井堵漏作业中推广应用。

深井高温水基钻井液体系研究

钻井液在高温下的流变性、滤失性控制是抗高温钻井液技术的难点;以高温稳定剂为核心处理剂,研制出一套耐抗200℃高温的水基钻井液体系;评价了该钻井液体系在高温下的稳定性、高温高压流变性能、抑制性能和抗污染性能;试验结果表明,抗高温钻井液体系热稳定性好,经过200℃高温老化后,高温高压滤失量低,流变性好,并具有良好的抑制性能和抗盐、抗劣土侵性能。

多分支井缓释自破胶完井液设计及性能

多分支井缓释自破胶完井液是一种新型井筒工作液,凭借其特殊的储层自破胶能力,可使完井施工避免常规酸化与破胶工序,是衔接后续裸眼砾石充填作业的重要技术体系。结合南海恩平油田多分支井储层特征,分析了缓释自破胶完井液的设计原理,筛选并表征了流型调节剂高丙酮酸黄原胶,并检测了构建缓释自破胶完井液的破胶效果与储层保护性能。研究结果显示,基于核心处理剂黄原胶大分子与完井液自破胶性能间的构效关系,结合破胶与护胶协同作用,建立了缓释自破胶完井液的设计方法;制备的丙酮酸改性黄原胶分子量为8.0×10^(6),丙酮酸基含量达7.9%;与常规黄原胶相比,高丙酮酸黄原胶的构象转换温度及热稳定性均显著下降,且无温度阈值,具有较好缓释降解性;对构建缓释自破胶完井液体系,通过高丙酮酸黄原胶与护胶剂联用方式调节完井液自破胶效能,使破胶时间在5~17 d;自破胶后完井液对孔隙无封堵,岩心渗透率恢复平均值达到90.36%±0.23%,储层保护效果良好。