钻井过程中井漏特征精细识别方法研究与应用

井漏是钻井工程中普遍存在的井下复杂问题,严重影响着钻井施工安全与钻井周期,井漏特征精细识别是高效治理井漏的关键。首先,综合测井、钻井、录井及地质等资料,结合漏层力学性质与物理机理分析,利用加权系数法,建立了基于“井漏综合指数”的井漏层位识别新方法。然后,研究了漏失通道类型及尺寸、漏失压差、漏失速度等井漏特征参数的定量分析方法,并给出计算模型,形成了多信息融合的井漏特征精细识别方法。该方法在X区块进行了实例分析,分析结果表明,X区块实际井资料的处理结果与现场实际漏失地层的层位、漏失类型及漏失速度等井漏特征基本吻合。井漏特征精细识别方法综合考虑了井漏的主要影响因素,利用其可以准确识别漏层的特征,为防漏堵漏技术优化及施工提供科学依据。

基于压力衰减法的低渗透储层高温敏感性评价实验

低渗透油气藏在钻完井过程中易受到损害且难以解除,而利用传统的稳态驱替法评价低渗透储层损害存在适用性差及实验效率低等技术局限。为此,基于压力脉冲衰减法基本原理,分析了上游压力衰减规律及其与岩心渗透率的关系,以岩心损害前后压力脉冲衰减时间为评价指标,建立了适用于低渗透储层损害评价的实验设备与方法,并利用渤海湾盆地渤中凹陷深部低渗透砂岩岩心,开展了室温和150℃高温条件下的敏感性实验。研究结果表明:(1)当实验条件一定时,压力衰减时间仅与岩心的渗透率有关,压力脉冲衰减法可在无需计算渗透率的情况下对低渗透岩心的损害程度进行评价;(2)实验设备组成简单且操作便捷,避免了复杂的渗透率计算及其带来的误差,实验所需时间远低于常规的稳态法且可重复性良好,在低渗透气藏、特低渗透及超低渗透油藏具有很好的适用性;(3)高温环境明显加剧了储层的敏感性损害,深部高温储层损害特征及技术对策研究需要充分考虑高温的影响。结论认为,该认识解决了传统低渗透储层敏感性评价方法适用性差的难题,为高温低渗透储层保护技术对策研究提供了实验方法支撑和理论依据。

钻井液加重材料比表面积测试及吸附特性实验研究

深井超深井钻井过程中,为了平衡地层压力,需要在钻井液中加入加重材料。加重材料对钻井液中水分子和处理剂的吸附作用,会影响甚至恶化钻井液的性能。为了探究加重材料在钻井液中的存在形式及吸附特性,基于低场核磁共振,建立了液相条件下加重材料比表面积的测量方法。通过低场核磁共振法和粒度推算法,分析了密度为1.1~2.4 g/cm^(3)的水基钻井液中加重材料液相与干粉状态的比表面积及其变化规律。通过有机碳吸附和流变性测试实验,探讨了不同密度下加重材料的吸附能力。结果表明,不同密度下加重材料对不同处理剂的吸附能力不同。在密度为1.2、1.8和2.4 g/cm^(3)的500 mL钻井液中对磺化褐煤的吸附量分别为10.83、13.06和17.69 g,实验结果与低场核磁共振所得到的比表面积具有相关性。

一种海域天然气水合物钻井用相变控温微胶囊

海域天然气水合物(以下简称水合物)钻井过程中易发生水合物分解,进而引起井壁失稳等问题,因此水合物的分解是海域水合物地层钻井面临的重大技术挑战之一。针对目标水合物地层钻井液温度控制要求,优化了二元复合相变芯材,以纳米SiO2改性的三聚氰胺—尿素—甲醛(MUF)树脂为壁材,制备出改性MUF树脂相变微胶囊,并利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪等设备,结合升温实验及微胶囊破损率测试,对制备的相变微胶囊进行了结构表征,探讨了利用相变材料的相变蓄能作用对钻井液温度的调控效果及微胶囊壁材强度,并分析了其与深水水基钻井液的配伍性。研究结果表明:(1)以脂肪醇类二元复合物为芯材的相变微胶囊相变温度为16.8℃,相变潜热为96.3 J/g;(2)其相变蓄冷—释冷作用使悬浮液在升温至相变温度时出现明显的温度台阶,浓度为5%和8%的微胶囊可将悬浮液从15℃升温至20℃的时间分别延长52.9%和94.1%,有利于抑制地层水合物的分解;(3)该微胶囊具有较好的抗剪切强度和密封性,浓度在8%以内时对钻井液的流变性和滤失性影响较小,配伍性良好。结论认为,该相变微胶囊为水合物钻探中智能调控井下钻井液温度从而抑制水合物分解提供了新的解决途径和方法。

水热碳-膨润土复合物的制备及超高温降滤失作用机理

针对水基钻井液中传统聚合物降滤失剂超高温条件下易降解失效这一技术难题,从改善黏土颗粒高温分散稳定性与钻井液悬浮颗粒级配出发,以环保低廉的可溶性淀粉和膨润土为原料,采用绿色水热反应,制备出热稳定良好的水热碳-膨润土复合物(HCBC)。分别评价了HCBC对膨润土基浆和水基钻井液流变性和滤失性的影响,并与几种典型降滤失剂进行了性能对比,系统探讨了其滤失控制机理。研究表明,220和240℃热滚后,HCBC能有效降低膨润土基浆和钻井液的滤失量,且超过一定浓度后可稳定钻井液流变性。HCBC表面丰富的含氧官能团通过静电排斥作用提高黏土颗粒在超高温下的分散稳定性;同时,HCBC自身相对较小的粒度以及水热反应形成的游离微纳米碳球可有效改善颗粒级配,提高滤饼质量。

井壁强化技术的研究及其在乐东区块的应用

乐东区块构造位于莺歌海盆地的凹陷斜坡带,属于典型的海上超高温高压区块,地层安全密度窗口窄,深层井漏问题突出,严重制约了乐东气田的勘探与开发。针对该区块的井漏技术难题,通过井史资料统计,分析了该区块的漏失特征及漏失机理。基于黏滞单元法,模拟了井壁强化作用前后的井周应力变化,并预测了预充填裂缝开度。基于新型可变裂缝封堵模拟实验装置,开展了井壁强化材料粒径及浓度优化实验研究。实验结果表明,较优粒度匹配准则为D_(50)准则,合理浓度为5%。基于乐东区块抗高温油基钻井液,优化构建了井壁强化钻井液体系配方。综合评价表明,该井壁强化配方对钻井液的流变性影响较小,砂床滤失侵入深度仅为1.5 cm,1 mm动态裂缝封堵承压能力达12 MPa以上。

裂缝性储层环氧树脂自降解堵漏剂的制备与评价

针对裂缝性储层承压封堵与保护储层技术难题,基于环氧树脂材料自降解机理分析,研制了一种新型环氧树脂自降解堵漏剂,并探究了固化剂及改性剂加量对新型环氧树脂自降解堵漏剂性能的影响。借助承压强度实验、长裂缝封堵模拟实验装置、储层保护实验仪等,开展了抗压强度、裂缝封堵及储层保护性能测试。实验结果表明,新研制的环氧树脂自降解堵漏剂具有良好的降解性能,在不同温度下最终降解率均能达到90%以上,120℃下96 h降解率大于95%,且通过调整改性剂加量可实现降解速率可调,使其匹配施工时间窗口;同时自降解堵漏剂具有较高的弹性模量和良好的抗压破碎率,在30 MPa下抗压破碎率仅为6.2%,结合粒度级配优选,新型环氧树脂自降解堵漏剂可有效封堵0.5~4.0 mm之间的裂缝,具有较好的裂缝承压封堵效果,储层保护实验结果表明,自降解堵漏剂降解8 d后,岩心渗透率恢复率达99.1%,储层保护效果良好。

新型抗高温凝胶堵漏剂的制备与评价

针对常规凝胶堵漏剂的抗温性能较差、凝胶强度不足等问题,以抗高温聚合物作为成胶剂,添加适量的凝胶增强剂和纤维类增韧剂,构成抗高温凝胶基液,再与复合有机交联剂反应,开发了一种新型抗高温凝胶堵漏剂。测试结果表明,该凝胶堵漏剂的剪切稀释特性较好,在0.1~100 Pa的剪切应力条件下,其储能模量数倍于耗能模量,表现出良好的黏弹特性。同时该凝胶堵漏剂的抗温能力达140℃,渗透性模拟堵漏承压能力达7 MPa,裂缝性模拟堵漏承压能力达4.0 MPa。

南海某区块保护储层自降解防漏堵漏钻井液技术研究

针对南海某区块裂缝性储层漏失与保护储层技术难题,通过岩性分析与扫描电镜测试,分析了目标区块储层主要损害机理,并通过选用新型环氧树脂自降解堵漏剂,优化粒度级配准则,优选防水锁剂,构建了保护储层自降解防漏堵漏钻井液体系。试验结果表明,目标区块储层裂缝发育,主要岩性为花岗岩,储层损害方式为固相侵入与水锁损害,选用的新型自降解防漏堵漏剂,120℃条件下96 h降解率大于95%,优化粒度级配准则为D90时其裂缝封堵承压能力达7.6 MPa,同时优选的防水锁剂SDFS-1的水锁损害率仅为15.24%。以此构建的自降解防漏堵漏钻井液体系具有良好的裂缝封堵承压能力,封堵层突破压力超过11 MPa,同时储层保护试验结果显示,目标区块地层岩心渗透率恢复率均达到90%以上,具有良好的裂缝封堵与储层保护效果。

南海东部某油田古近系复杂煤层防塌钻井液技术研究

我国南海东部海域深层古近系资源潜力巨大,但多发育风化壳、煤层,其中煤层特别是煤泥互层井壁失稳风险高,钻完井过程中复杂情况频发,极大阻碍了勘探开发进程。针对南海东部某油田古近系复杂煤层的井壁稳定技术难题,通过对煤岩微观结构、力学性能等分析,探讨了其井壁失稳机理,并提出了基于“物理封堵-化学固结-抑制水化”的“多元协同”稳定井壁钻井液技术对策,构建了适合南海东部某油田古近系复杂煤层的防塌钻井液配方。评价结果表明,该钻井液配方具有较好的流变性、滤失性、润滑性、封堵性及抑制性,抗污染性能优良,且可在一定程度上提高复杂煤层岩样的抗压强度,有利于复杂煤层井壁稳定,符合现场钻井工程需要。

复合相变材料的制备与评价

针对天然气水合物钻井过程中,钻井液易侵入地层改变水合物赋存的地层温度、压力及化学条件,进而导致井壁周围地层水合物分解及井壁失稳等问题。对南海海域水合物钻井过程中水合物分解导致井壁失稳的问题进行了分析及研究,采用智能控温的方法,通过蠕虫状石墨吸附改性正构烷烃制备了复合相变材料。结果表明,制备的复合相变材料相变潜热性能较好,相变温度在17~18℃时可控,粒径满足现场有效回收筛分粒度的基本要求,且与钻井液配伍性良好,适用于水合物储层钻井用水基钻井液体系。

井壁强化机理与致密承压封堵钻井液技术新进展

井壁强化钻井液技术已成为提高地层承压能力的重要手段之一,目前中国在井壁强化微观机理、模拟实验评价方法和新材料研发等方面,均有待深入研究。基于微观颗粒物质力学的力链网络结构分析基本原理,探讨了裂缝地层致密承压封堵方法。提出了井壁强化材料特性的精细化表征参数,通过颗粒类型、粒度级配及浓度优化,利用刚性颗粒、弹性颗粒和纤维材料等协同封堵裂缝,可有效形成具有"强力链网络结构"的致密承压封堵层。利用自行研制的井壁强化钻井液封堵模拟实验装置,开展了井壁强化钻井液封堵模拟实验优化研究。模拟实验证明,新研制的井壁强化材料不仅能够有效封堵裂缝,形成致密承压裂缝封堵层,且当支撑裂缝至设计开度,可提升地层承压能力。

一种钻井液用高效抗磨润滑剂

长水平井段高摩阻扭矩及深井高温高压环境,对钻井液润滑剂的润滑抗磨能力提出了更高的要求。传统钻井液用润滑剂难以满足上述技术要求。基于"固-液"协同高效润滑技术思路,优选改性植物油MVO-3、改性可膨胀石墨GIC,结合分散剂、乳化剂的优选及制备条件的优化,研制出了一种高效抗磨润滑剂SDL-1。评价结果表明,5%淡水基浆、4%盐水浆中加入0.5%SDL-1时,其润滑系数降低率分别为不小于85%、大于70%。SDL-1与现场钻井液的配伍性良好,抗温达150℃,起泡率低,且荧光级别小于5级。销-盘式摩擦磨损实验结果表明,SDL-1的抗磨耐磨效果优良,润滑持效性较好,可有效缓解或解决复杂井高摩阻扭矩技术难题,具有良好的推广应用价值。

井壁强化作用影响因素的数值模拟

近年来,井壁强化等先期封堵技术逐渐得到了应用和发展,但其相关影响因素及作用机理还未得到深入揭示。通过建立多孔弹性介质的有限元模型,考虑地应力各向异性、架桥位置、漏失速率及裂缝后端压力等因素的影响,对井壁强化机理及相关影响因素进行了分析。模拟结果表明,刚性封堵材料通过减缓裂缝后端由于压力下降所产生的形变,并将该形变向井壁周围传递,使架桥后裂缝附近的井壁周向应力增加,从而导致裂缝趋于闭合;地应力各向异性越小,裂缝闭合趋势越明显;漏失速率越大,越有利于封堵颗粒的快速架桥,井壁强化效果越好;封堵材料架桥时,架桥位置距离裂缝端口越近,架桥位置后端压力越接近地层孔隙压力,越有利于裂缝的闭合及抑制裂缝尖端的扩展。

深水高孔高渗储层免破胶钻井完井液技术

深水钻完井工程成本高、作业条件苛刻、安全风险大,一旦发生严重的储层损害就有可能导致油气产能大幅度降低,造成巨大的经济损失。为了给深水油气钻探开发中制定和实施储层保护技术措施提供支撑,借助X射线衍射、压汞、扫描电镜、水化膨胀分散实验以及储层敏感性流动实验等手段,分析了中国南海某深水气田储层损害的机理,提出了储层保护技术对策,构建了适合该深水气田储层保护的钻井完井液。研究结果表明:①该深水气田储层为高孔高渗砂岩储层,黏土含量平均为12.38%,存在着强速敏性和中等程度的水敏性;②储层损害的主要原因是钻完井工作液中的固相侵入以及工作储层岩石不配伍;③通过理想充填暂堵方法对宽尺寸孔喉有效暂堵是保护储层的关键技术措施;④所构建的水基钻井完井液在2~75℃深水井筒温度下具有稳定的流变性,直接返排解堵岩心渗透率恢复值介于74.5%~92.24%,与隐形酸完井液顺序污染岩心后渗透率恢复值大于86%。现场应用于4口深水井的效果表明,4口井均未发生井下复杂情况,作业结束后直接返排解堵,节约了完井作业时间。结论认为,该钻井完井液可以满足深水高孔高渗储层钻井技术的要求,实现了免破胶作业,储层保护效果优良。

东海大位移井油基钻井液体系研究及应用

我国东海KQT气田大位移井钻进过程中油基钻井液存在高温稳定性及井眼清洗技术问题。为此,通过界面张力测试、乳化效率测试、显微镜观察及乳状液黏弹性和流变性测试等实验方法,优选了乳化剂、润湿剂、流型调节剂及有机土等关键处理剂,构建了大位移井用油基钻井液体系,并对其进行了综合性能评价。结果表明,该钻井液在180℃热滚后仍具有良好的稳定性;优选的流型调节剂可增强钻井液的结构强度,有效提高切力和低剪切速率黏度,保证井眼清洗效果;同时具有良好的滤失性及抗污染性能等。在KQT气田的4口井中进行了现场试验,取得了良好的应用效果。

钻井液用β-环糊精聚合物微球降滤失剂的制备

针对现有环保型降滤失剂高温下易失效的问题,以β-环糊精为原料,ECH为交联剂,采用反相乳液聚合法合成一种环保型高温降滤失剂β-环糊精聚合物微球。分别采用红外光谱、扫描电镜、热重分析、粒度分布等测试方法对产物进行结构表征,并对高温降滤失性能进行评价。研究表明,β-环糊精聚合物微球粒径较为均匀,圆球度较好,平均粒径为42.88μm,热稳定性较β-环糊精显著提高。180、200℃热滚后,有效降低膨润土基浆的滤失量,优于典型的抗高温降滤失剂;200℃热滚后高温高压降滤失效果突出。此外,β-环糊精聚合物微球对钻井液的流变性能影响很小。β-环糊精聚合物微球可以吸附大量水分子形成可变形的弹性微球,降低体系自由水含量,提高泥饼的压缩性。更重要的是,β-环糊精聚合物微球在高温下发生一定程度的降解,生成纳米颗粒,封堵泥饼孔隙,有效降低滤失量。β-环糊精聚合物微球高温降滤失性能优良,作用机理独特,显示出良好的应用前景。

深水钻井抗高温强抑制水基钻井液研制与应用

深水钻井时存在复杂地层井眼失稳、大温差下钻井液流变性调控困难等技术难题,需要研发适用于深水钻井的抗高温强抑制性水基钻井液。以丙烯酰胺、烷基季铵盐和2–丙烯酰胺基–2–甲基丙磺酸为单体,采用水溶液聚合法合成了深水钻井用低相对分子质量的聚合物包被抑制剂Cap;以Cap为主要处理剂,并优选其他处理剂,构建了深水抗高温强抑制水基钻井液。室内性能评价表明,低相对分子质量的聚合物包被抑制剂Cap对钻井液流变性的影响较小,包被抑制作用强;深水抗高温强抑制水基钻井液低温流变性良好,可抗160℃高温,高温高压滤失量小于9mL,三次岩屑滚动回收率大于70%,抑制性强,可分别抗25.0%NaCl、0.5%CaCl2和8.0%劣土污染。该钻井液在南海4口深水油气井钻井中进行了现场试验,取得了良好的应用效果,解决了低温增稠及井眼失稳等技术难题,具有现场推广应用价值。

复合盐层多元协同稳定井壁钻井液技术

复合盐层性质复杂,钻井过程中易发生井壁失稳.通过分析多个地区复合盐层的矿物组成、微观结构、理化性质及界面力学特性,探讨了井壁失稳机理.结果表明,地层孔隙和微裂缝发育、盐岩蠕变及溶解、膏泥岩水化是造成复合盐层井壁失稳的关键原因.提出了强化钻井液封固井壁作用-抑制盐膏溶解与膏泥水化-水活度平衡-有效应力支撑“多元协同”稳定井壁钻井液技术对策.依据水活度对泥岩水化膨胀和分散的影响规律,明确了钻井液水活度安全窗口的设计依据.针对中东地区M油田、乌兹别克斯坦H-S油田以及中国新疆地区复合盐层井壁失稳问题,采用“多元协同”稳定井壁技术对策,设计了相应的防塌钻井液体系.现场应用表明,该技术可有效提高复合盐层井壁稳定性,大幅减少井下复杂事故,提高钻井作业效率.

超高温高密度油基钻井液研究与性能评价

深层超深层油气钻探中面临着超高温高压、高压盐水、巨厚盐膏层和泥页岩层等复杂地质条件,导致油基钻井液的乳化稳定性、流变、滤失损耗等性能极难调控。合成了不饱和酸酐接枝妥尔油脂肪烃基的咪唑啉酰胺类主乳化剂和辅乳化剂,选用抗高温增黏剂、流型调节剂、润湿剂和降滤失剂,采用API重晶石和超细硫酸钡复合加重,构建了超高温高密度油基钻井液配方。性能评价结果表明,该超高温高密度油基钻井液抗温达220℃,复合加重后流变性显著改善,密度最高可达2.8 g/cm3,可抗40%淡水、40%复合盐水、5%~10%泥页岩岩屑和5%~10%石膏污染;在65℃/常压~220℃/172.5 MPa下具有良好的流变稳定性和悬浮稳定性。该超高温高密度油基钻井液为深层超深层油气资源的安全高效钻探提供了技术支撑。