超深缝洞型碳酸盐岩储层超低密度钻井液技术

塔里木油田压力系数低于1.0的超深井碳酸盐岩低压储层常发生钻井液失返性井漏,其平均井深超过6000 m,井控风险极大,除了强钻再无更好手段,往往只能提前完井。为提升超深井水平段延伸能力,研究人员研发了高强度空心玻璃微珠,可配制密度为0.93~1.07 g/cm^(3)的超低密度水基钻井液。详述了中古262-H4C井井漏失返后利用低密度水基钻井液重建井筒循环、恢复常规定向钻进的施工过程。现场钻井液密度最低降至0.98 g/cm^(3),井漏失返后多钻373 m,实现了一井钻穿两个缝洞体的地质目的,保障了该井井漏失返后钻至设计井深,开创了空心玻璃微珠超低密度钻井液在国内垂深超6000 m的超深井应用先例,为我国类似老区低压地层应用提供了技术参考。

海上某盆地胶结型防漏堵漏钻井液技术

分析了我国海上某盆地地质特征和历史井漏情况,明确了该盆地钻井防漏堵漏难点:地层裂缝发育且存在微米级至毫米级的多尺度裂缝,甚至裂缝和孔、洞并存,导致堵漏材料选配难、一次堵漏成功率低;地层发育大段风化壳、部分地层破碎严重、钻井中裂缝极易二次发育等,导致恶性漏失甚至失返性漏失等复杂情况。针对上述难点,以聚乙烯醇、聚丙烯酸以及含邻苯二酚结构的有机物为原料,合成了一种胶结型堵漏剂BFD-1。实验结果表明,人造疏松岩心在加有4%BFD-1的水溶液中浸泡后,岩心抗压强度提高率达19.34%。以BFD-1为核心,复配现场常用堵漏材料,构建了适用于不同尺寸范围漏失通道的防漏堵漏钻井液体系,具良好的防漏堵漏性、胶结性,并可有效阻止压力传递。研究成果可为该地区钻井井漏防治提供有力技术支撑。

高温下水基钻井液核心组分微观行为分析

水基钻井液在高温下性能调控难度大,主要与核心胶体粒子的分散状态有关,而水基钻井液成分复杂,单一组分与多组分间受高温作用性能变化规律不同,对胶体粒子的分散状态均有影响。针对水基钻井液核心组分,通过高温高压流变性测试获得了膨润土胶体剪切应力-温度曲线,并测试了不同温度下胶体颗粒粒度分布,分析了黏土矿物胶体粒子在室温~220℃范围内的分散、絮凝与聚结状态及形成机制,同时利用SEM测试和黏土矿物晶层结构分析,从微观角度揭示了富含镁多孔纤维状黏土矿物胶体的高温稳定机理,此外,基于对高温热滚前后流变性和滤失量等性能变化的分析,从黏土矿物结构特征和聚合物断链、吸附特性等角度揭示膨润土/复配黏土矿物与聚合物类处理剂在高温下的互相作用机理,结合实验结果,明确了低浓度膨润土与海泡石复配胶体具有明显的高温稳定优势,为超高温水基钻井液的构建提供了理论支撑。

铝土岩水平井快封堵防塌钻井液技术

陇东铝土岩属于长庆油田重要的资源接替储层,近期完试的陇**井、宁**井在太原组铝土岩勘探获得重大突破。针对该类储层溶孔和裂缝发育,井壁垮塌、漏失风险高及井眼清洁能力差的技术难题,通过铝土岩物性参数、理化性能、力学性能和敏感性测试分析等,明确了陇东铝土岩主要坍塌因素,研发出适用于铝土岩安全钻进的快封堵防塌钻井液技术。该体系在170℃高温高压滤失量小于10 mL,钻井液二次回收率大于91%,铝土岩样品在钻井液体系中浸泡15 d后和清水浸泡15 d后的抗压强度相比提升81.8%。快封堵防塌钻井液技术在长庆首口铝土岩水平井陇4**井进行了试验应用,助力该井700 m水平段的安全钻进,该井投产获日产无阻流量3.53×10^(6)m^(3)高产气流,创鄂尔多斯盆地上古生届勘探开发50多年新纪录,为该类储层的勘探开发提供了技术支撑。

我国钻井液技术难题、新进展及发展建议

系统地梳理了超深/特深层、非常规、深水、干热岩、极地、天然气水合物等复杂地层钻探过程中面临的钻井液技术难题,探讨了关键科学问题与核心工程难题,结合近年来的钻井液技术进展,介绍了钻井液技术最新进展。针对复杂地层钻井过程中遇到的高温高压高盐、泥页岩水化严重、井壁失稳、大温差、井漏、储层损害,以及钻井液维护自动化程度低等问题,国内外学者研发了抗高温高盐水基/油基钻井液、恒流变钻井液、抗超高温泡沫钻井液、环境友好型超低温钻井液、智能温压响应承压堵漏材料、可降解储层保护材料、钻井液在线监测与自动加料系统等关键材料、体系与装备。但随着地质、工程环境愈加复杂,钻井液材料仍面临抗超高温高盐、超长时间稳定、防塌固壁、恶性漏失以及钻井液性能自动化调控等重大技术瓶颈。为满足复杂地层钻探过程中钻井液性能需求,未来还需深入研究钻井液处理剂在极端条件下的起效/失效机理,钻井液处理剂在微观-介观-宏观等不同尺度下的构效关系变化及作用机制,建立安全高效的钻井液多功能一体化调控方法,构建智能钻井液理论与技术,为实现复杂地层安全高效经济环保钻井提供关键技术支撑。

渤中凹陷裂缝性致密储层钻开液伤害研究

储层伤害程度的评价对储层保护以及提高油气产率具有重要意义。位于渤海湾盆地的渤中凹陷地区储层属于裂缝性致密储层,取心困难且缺乏合适统一的伤害评价方法,导致储层保护难度较大。为此,结合储层的现场实际情况,设计制作了内部透明可视的3D打印裂缝岩心及相应的储层伤害评价装置,使用流量损害率评价法代替渗透率损害率评价法对渤中凹陷地区储层钻开液伤害进行研究。实验结果表明,现场在用EZFLOW钻开液体系流变性能稳定,滤失性能良好;EZFLOW钻开液对储层的伤害程度小于3%膨润土浆对储层的伤害程度,对岩心的伤害率在11.7%~26.2%之间,属于弱伤害程度;岩心的伤害率具有随岩心开度升高而降低的特点;对于不同规格的裂缝岩心而言,岩心越长,裂缝越宽,伤害率就会越大。

新型生态友好型微乳液基钻井液

通过使用水相(水与甘油溶液质量比为1∶1)、油相(松树植物油)和不同的非离子表面活性剂(吐温80、壬基酚聚氧乙烯醚100和150),从微乳液体系中配制出对环境友好的钻井液。在加入增黏剂(黄原胶)、加重剂(巴利丁)、密封剂(方解石)和分散剂(水)的条件下,使用了2种黏土(PA和20A)来配制钻井液流体。分析了配制的钻井液的质量损失、滤失量和流变性等特性。结果表明,流体的剪切应力-剪切速率数据符合Herschel-Bulkley流变模型,R^(2)=0.99。使用PA配制的流体获得了最低的稠度指数,在0.37~0.61,因此,获得了启动流体所需的力也最低。热重分析表明,所制得的微乳化钻井液可在100℃下工作,使其在高温的油井中应用成为可能。滤失量为2.4~4.0 mL,滤饼最大厚度为0.8 mm,渗透率较低(0.0173 mD)。分析结果表明,当加入微乳液体系后,润滑性也有所改善。总体而言,环保型微乳液钻井液具有良好的防膨效果、良好的流变性和较低的API滤失量,可用于油井钻井作业。

抗超高温220℃聚合物水基钻井液技术

我国深层油气资源丰富,其高效开发对保障国家能源安全具有重大意义。钻井液是深部地层钻探的关键,但目前常规聚合物钻井液的抗温能力普遍低于220℃,且盐会大幅降低钻井液性能,钻探过程中往往由于钻井液失效引发安全事故,对深层油气开发造成重大损失。针对钻井液高温高盐条件下性能恶化的难题,合成了具有协同作用的抗高温两性离子聚合物和抗高温阴离子聚合物,通过高强度的网架结构调控钻井液流变性;合成抗超高温高效封堵剂来提高钻井液封堵性能和滤失性能,封堵泥饼和砂床,阻止压力传递。以抗高温两性离子聚合物、抗高温阴离子聚合物和抗超高温高效封堵剂为核心处理剂,构建了一套抗超高温220℃的聚合物水基钻井液体系,并评价了该钻井液的性能。实验结果表明,该钻井液具有良好的流变滤失性、沉降稳定性、封堵性和润滑性,其高温高压滤失量仅为9.6 mL,高温高压下仍保持黏度和切力稳定,直立老化72 h沉降因子仅为0.5113,砂床侵入深度仅为6 mm,老化后润滑系数和泥饼黏滞系数分别为0.1224和0.0875。该钻井液具有良好的抗温性能和稳定性,对深部油气的开发具有重要意义。

顺北16X井二次侧钻超高温钻井液技术

顺北16X井是西北油田分公司部署在顺北16号断裂带的一口四开制斜井探井,完钻层位为奥陶系鹰山组,地质预测顺北16X井井底温度为168.9℃/6680 m。该井钻至设计井深6777 m后加深钻进,加深钻进使用ENVIROTHERM NT高性能水基钻井液,卡钻回填后采用油基钻井液进行第一次侧钻,测试未见产,再次回填采用抗高温钻井液体系。第二次侧钻实钻完钻井深7533 m(斜)/7417 m(垂),实测井底温度达209℃,钻井液密度最高为1.75 g/cm^(3),属极高温超高压地层。通过采用抗超高温钻井液体系,保障了超高温下钻井液优良的流变性和沉降稳定性,同时抗CO_(2)、盐水污染能力优良。该井第二次侧钻顺利完钻,钻井液性能稳定,井下正常。

BIODRILL S合成基钻井液在垦利区块首次应用

渤海油田垦利9-1区块地层岩性复杂,且存在断层带,钻井过程中易发生泥岩水化分散和砂岩层井眼缩径等问题,井壁垮塌风险极大。针对该区块地层岩性特点和技术难题并结合环保要求,制备了一种复合型封堵材料PFMOSHIELD,构建了BIODRILL S合成基钻井液体系。该体系流变性能良好,抗钙、抗岩屑污染达26%和15%,封堵性、沉降稳定性、润滑性优异,高温高压砂盘滤失量3.2 mL,静置7 d沉降因子为0.53,极压润滑系数0.082。BIODRILL S首次在渤海湾垦利9-1区块进行了现场应用,结果表明:该体系解决了垦利9-1区块泥页岩水化和砂岩层井眼缩径问题,垦利9-1北-3定向探井三开井段上部地层钻屑完整,钻屑达4~7 cm;井眼清洁性能良好,钻井液动塑比超过0.59 Pa/mPa·s,φ6和φ3读数均超过9,剪切稀释性强,提高了井眼净化效率,有效避免形成“岩屑床”;润滑性能优异,在大井斜段(55°、70°、67°)可实现直接起钻。

复兴地区页岩气井油基钻井液井壁稳定和防漏堵漏技术

针对复兴地区凉高山组地层漏失严重,自流井组东岳庙段溢漏同存,地层垮塌掉块,频繁憋泵蹩顶驱的问题。采用XRD衍射法对兴页L2HF井、兴页1002HF井凉高山组和自流井组东岳庙段地层的岩石进行矿物组成分析,使用微观SEM扫描电镜对该地层岩石进行了微观形貌分析,再结合现场情况总结了复兴地区井壁失稳和地层漏失机理。通过提高钻井液的乳化稳定性、降摩减阻和多重封堵性能,形成复兴地区页岩气井油基钻井液井壁稳定技术,该钻井液体系满足封堵性PPA小于2 mL,填砂管侵入深度小于2 cm;基于压裂砂堵效应,通过优选和研制了复合堵漏剂、诱导剂、悬浮剂,形成复兴地区程序法“控滤失”模拟砂堵防漏堵漏技术,堵漏浆体系可承压能力高达7 MPa,更适合应用于多裂缝地层。油基钻井液井壁稳定和防漏堵漏技术在兴页某-1井进行现场应用,相对于使用高密度柴油基钻井液体系的兴页某-2井,优化后钻井液体系的黏度和切力更低,润滑减阻性能更强,漏失和地层失稳等复杂情况明显减少。

红星区块多粒径致密封堵油基钻井液技术

红星区块是江汉油田部署在建南构造上主力产气区,中石化页岩气勘探开发的重点区块。该区块飞仙关组、长兴组经多年开采,地层骨架应力低;吴家坪组微纳米裂缝发育。油基钻井液在钻进过程中,井漏、井塌矛盾突出,处理难度大,为此研究形成一套“强封堵、低活度、低黏度高切力”多粒径致密封堵油基钻井液体系,该体系采用4%微纳米复合刚性颗粒、0.5%石墨烯片状材料、1.5%球状凝胶MPA、1%超细矿物纤维等多粒径微纳米材料,协同封堵致密封堵地层微纳米级裂缝,且在井壁上形成致密泥饼,控制钻井液高温高压滤失量低于3 mL;采用高浓度CaCl2水溶液(≥36%)为水相,活度低于该区块页岩岩心活度,提高钻井液的抑制性;采用提切型乳化剂提高钻井液切力,实现高效携带岩屑、掉块,净化井眼的目的。现场应用表明,多粒径致密封堵油基钻井液体系能有效地减缓井漏、井塌复杂,复杂时间降低了90.34%,应用效果显著。

西湖凹陷上部杂色泥岩井壁失稳研究和钻井液优化

东海西湖凹陷部分区块在Φ311.15 mm井段钻遇龙井组、花港组杂色泥岩地层时,频繁发生起下钻阻卡、倒划眼困难等复杂情况,严重影响井下安全和作业时效。室内采用X射线衍射、扫描电镜、压汞法、抗压强度测试等方法对地层岩性组构特征、力学特性以及其他物理化学性能进行试验,研究井壁岩石失稳机理,表明杂色泥岩本身极具失稳特性。模拟现场条件,试验研究现场油基钻井液封堵和井壁稳定能力、钻井液润湿性能对岩屑井壁黏附和润滑性的影响,发现影响杂色泥岩起下钻遇阻的主控因素是钻井液胶结封堵稳定井壁能力和钻井液润湿性能不够。针对地层特性和钻井液性能不足,制定油基钻井液稳定井壁优化对策,强化钻井液封堵固壁性,提高地层承压能力;优选钻井液乳化剂,提高体系高温稳定性和润湿性。优化后的油基钻井液体系能够有效封堵泥岩微纳米孔缝,提高井壁稳定性,提高泥饼润滑性,可降低起下钻阻卡风险。现场应用表明,钻井过程中井壁稳定,起下钻、下套管等均顺利,与邻井相比起下钻效率提升96%~353%,取得了良好的应用效果,有效解决了西湖凹陷上部杂色泥岩地层井壁失稳问题。

青海油田风西区块长水平段水平井钻井液技术

青海油田为实现稀井高产开发技术方案,在柴达木盆地大风山地区风西构造部署五口长裸眼水平井,并同时应用水基、油基钻井液进行施工对比,总结完善风西长裸眼长水平段水平井钻完井工艺技术模板。以优质复合盐水基钻井液在风西ⅠH1-5井的现场应用实例进行总结,并对相关钻井工艺技术应用、工程参数控制、流变性与携带等进行分析。风西ⅠH1-5井完钻井深为5478 m,水平段长2541 m,创青海油田水平段最长、油层钻遇率最高(100%)、水平井单趟进尺最多(1566 m)、水平段短程起下钻井段最长(达1000 m)、首次采用漂浮下套管技术等多项施工新纪录,该井的成功钻探对于超长水平段水平井的钻完井工艺在青海油田应用具有里程碑意义。与应用油基钻井液施工的邻井就钻井周期进行了对标分析,该优质复合盐水基钻井液施工井均优于油基钻井液施工井,对今后钻探长裸眼、长水平段水平井钻井液体系优选有较好的指导借鉴。

高效润滑剂室内评价与现场应用

随着油气田开发的进行,部分储层油气采出后出现地层压力亏空;当新井钻遇该亏空地层时,液柱与地层压差增大,易导致钻具压差卡钻。通过对钻井液润滑机理的研究,室内研发出一种高效润滑剂PF-LUBE168,其润滑性能优异,体系润滑系数小于0.1,与油基钻井液接近。在东海S4井的应用效果显示,在钻井液体系中加入2.5%高效润滑剂PF-LUBE168后,钻具在30.28 MPa的净液柱压差下静止15 min未出现黏卡现象,表明润滑效果良好。该高效润滑剂的成功研发与应用,为后期高难度井的开发提供了有效的技术支撑。

微泡沫钻井液用高温稳泡剂TFS的制备及性能评价

通过对非离子纤维素进行疏水缔合改性后,与磺酸盐刚性单体接枝聚合制备了高温稳泡剂TFS,考察了其合成工艺条件.结果表明:优化反应条件为反应温度80℃,引发剂加量035g,非离子纤维素加量105 g,疏水单体加量26g,抗高温单体加量28g,反应时间6h;通过加入表面修饰剂对高温稳泡剂TFS进行表面修饰,形成了可在水中即时分散,快速溶解的稳泡剂.评价实验表明:高温稳泡剂TFS的相对分子质量为(126~130)×10^(4),能够抗温150℃;高温老化后仍然具有良好的悬浮稳定性;饱和NaCl污染下具有良好的流变性,能够满足低压深井钻进的需求.

川东北飞仙关高含硫地层油基钻井液复合除硫技术

川东北地区飞仙关组气藏属于高含硫气藏~特高含硫气藏,针对川东北飞仙关高含硫气藏地质特点和钻井液技术难点分析,提出油基钻井液复合除硫技术对策。通过室内实验优选出除硫效果好的除硫剂,并进行了优选除硫剂复合配方优化研究和除硫剂高温老化除硫效果评价实验。研究表明,复合配方3%YT-3+3%CLC-2+3%JD-2的H_(2)S预防率高达99.14%,清除率达到100%,具有优良的除硫能力,复合配方中的锌基类除硫剂与钻井液中的H_(2)S反应生成稳定的难溶硫化物(ZnS),三嗪类除硫剂和醇醚酰胺类除硫剂主要通过物理和化学反应作用除硫,反应比较迅速,且不可逆,能够去除钻井液中的硫化氢,消除硫化氢对钻井液性能的影响和对钻具的腐蚀。该复合除硫技术在坡005-X4井和坡002-H5井飞仙关高含硫地层现场应用非常成功,在钻进过程中以及起下钻循环排后效期间地面均未检测到H_(2)S气体溢出,钻井液中S^(2−)含量始终监测为零,充分说明复合除硫技术除硫效果显著,能够满足高含硫井钻进的要求,为下川东高含硫气藏钻井工程除硫剂的优选提供良好借鉴。

新型水基钻完井液降滤失剂作用机理及性能评价

为了深入探讨新型水基钻完井液降滤失剂的作用机理及其在高压高温(HTHP)和高盐分环境下的性能表现,通过对3种不同降滤失剂HTS200、PAC-HV和FA-367进行系统性评价,研究了它们的微观结构、分散性能以及抗极端环境能力。结果表明:降滤失剂A因其独特的网状分子结构,在高压高温和高盐分条件下表现出显著的性能稳定性。具体而言,降滤失剂A在高温(200℃)和高压(10 MPa)条件下的滤失率仅增加了13.6%,而在10%的盐分条件下增加了9.7%。相比之下,降滤失剂B和C在同样条件下的性能下降更为显著,分别增加至28.2%和36.8%,及23.0%和27.5%。这些结果表明,降滤失剂A的优越性能可为深水钻探和复杂地质条件下的钻井作业提供有效的滤失控制。研究的发现强调了在设计降滤失剂时考虑其微观作用机理的重要性,同时为提高降滤失剂在极端环境下的适应性提供了有价值的指导。

三元共聚物增黏降滤失剂的制备及性能评价

以丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为单体,过硫酸钾/亚硫酸氢钠为引发剂,采用水溶液聚合法制备了三元共聚物增黏降滤失剂。通过单因素实验分析了溶液pH值、单体配比、反应温度、引发剂用量对三元共聚物特性黏数的影响,从而确定了最佳制备条件为:pH值为8,反应温度为35℃,单体配比m(AM)∶m(AA)∶m(AMPS)=65∶10∶25,引发剂用量为0.010%,由此获得的产物特性黏数为7.8 dL·g^(-1)。性能评价结果表明,所制备的三元共聚物抗温达到180℃,在淡水基浆、盐水基浆和复合盐水基浆中分别加入0.5%、1.0%和1.5%的三元共聚物,高温老化后表观黏度保留率分别达到71.4%、62.5%、52.0%,滤失量均不超过10.0mL,具有良好的增黏降滤失特性和抗温、抗盐、抗钙性能。

超深井高密度抗高温钻井液研究与应用

通过引入科研产品两性离子降滤失剂XNPFL-1和纳微米封堵剂,优选高温钻井液体系材料,得到高密度抗高温钻井液体系配方:3%基浆+5%氯化钾+0.3%聚丙烯酰胺钾盐+0.6%聚胺抑制剂+3%降滤失剂XNPFL-1+3%天然高分子复配物JNJS220+3%井壁稳定剂HQ-10+3%纳微米封堵剂+3%超细碳酸钙+5%RH_(2)20+0.5%减磨剂(加重至2.1g·cm^(-3)),室内评价结果表明高密度抗高温钻井液体系综合性能良好,在超深井仁探1井中成功应用,克服了该井小井眼段温度高、井壁易失稳、盐水污染、酸性气污染等技术难题。