保护油气层的防塌钻井液技术研究

保持井眼稳定和保护油气层不受损害涉及较多的工程环节 ,存在诸多影响因素 ,钻井液则是系统工程中的一个重要环节。钻井液是打开油气层的第一种工作液 ,其性能好坏不仅影响钻井施工的正常进行 ,而且直接影响油气层保护和油气产量。钻井液密度是钻井液的重要性能指标 ,直接关系到钻井压差的高低。如果按照钻井压差的大小则可把钻井液技术分为两大类 ,即正压差钻井液技术和负压差钻井液技术。从油气层保护的角度 ,分析了钻井液密度与井眼稳定和油气层保护的辩证关系 ,以及钻井液对油气层的损害机理和相应的保护措施 ,提出了多元协同防塌新原理 ,即在处理井眼不稳定现象时 ,除了要考虑钻井液的因素外 ,还要综合考虑地质、工程、水力学等方面的因素。重点介绍了目前国内外防塌与保护油气层的稀硅酸盐钻井液、有机盐钻井液、聚合醇 (又称多元醇 )

防塌与保护气层的钻井液技术

利用X-射线衍射、电镜扫描、岩心流动、表面张力测定等试验,对胜利油田孤北区块中生界及上古生界易塌地层的矿物组构、理化性能以及气层损害主要机理进行了分析。在分析易塌地层井眼失稳与气层损害机理的基础上,依据化学-力学耦合井眼稳定理论,针对易塌地层特点,确定了“强化封固井壁-强化抑制降高温高压滤失-合理密度力学支撑井壁-合理的钻井水力参数”钻井液协同防塌技术。利用优选的高效防塌剂和新研制的气层专用保护剂,开发出了一套防塌与保护气层的钻井完井液体系,并进行了2口井的现场试验。2口试验井均未发生井下复杂情况,与邻井相比,井眼稳定性明显提高,气层保护效果较好,钻井液维护处理较简单,基本形成了一套与地层匹配、防塌、气层保护效果较好的钻井完井液技术。

KCC-TH强抑制性防塌钻井液的研制及应用

为解决吐哈油田西部盐膏层钻井过程中出现的严重井壁失稳难题,在大量井壁稳定机理研究基础上,研制出了KCC-TH强抑制性防塌钻井液,室内试验表明,该钻井液具有良好的流变性、滤失性和防塌性能。借助电位粒度仪及泥页岩水化-力学耦合模拟装置(SHM)等先进试验手段,通过电位和粒度测定、压力传递及抑制石膏溶解性等试验,发现钾/钙/醇的协同作用可进一步降低粘土颗粒的ξ电位、提高粒径尺寸、降低石膏溶解度、阻缓压力传递,从而明显增强防塌效果。在吐哈油田7口井的现场试验结果表明,KCC-TH钻井液性能稳定,防塌效果明显,井径扩大率小,测井一次成功率100％,且维护处理简单,经济效益显著。

新1井严重破碎带地层钻井技术难点及对策

新1井三开钻进时由于钻遇破碎带地层,井壁坍塌、掉块非常严重,造成卡钻事故并因此导致两次侧钻。为保证第二次侧钻顺利进行,结合三开钻遇地层的特点,分析了该井三开钻井的技术难点,并采取了针对性技术措施,安全钻穿了严重破碎带地层。新1井严重破碎带地层钻井实践为今后在严重破碎带地层安全钻井积累了经验。

低孔低渗高压砂岩储层损害机理及保护技术研究

根据低渗高压致密砂岩储层的构造特征、岩性特征、孔渗特征及矿物组成，分析储层主要的潜在损害机理为敏感性、液锁及应力敏感性损害，资料表明，该储层液锁损害程度可达70％～90％，应力敏感损害程度可达25％～60％。室内研发了高效防液锁表面活性剂、架桥粒子与可变形粒子组成的复配暂堵剂及聚醚多元醇等组成的防液锁、强包被、强抑制、强封堵的广谱暂堵钾盐聚磺钻井完井液，经高压深探井应用表明，广谱暂堵钾盐聚磺钻井完井液具有流变性参数合理，暂堵效果好，与储层岩性、流体配伍好，保护储层效果好的特点；并具有防液锁、强包被、强抑制、强封堵的特点，渗透率恢复值高，防塌性能好，较好地解决了在高陡构造和存在大量煤层的致密砂岩储层中稳定井壁和有效保护储层的技术难题。

留西地区防塌钻井液技术

留西地区在钻井过程中因井壁严重失稳极易导致大段划眼,甚至卡钻等井下复杂事故的发生。为解决这一问题,对该地区地层特点、典型井易塌段地层黏土矿物组分以及地层压力系统和地层水进行了分析,找出了发生井壁不稳定的原因,建立了有针对性的技术研究路线。在室内试验的基础上,优选出了适应于该地区地层特点的KPAM-NPAN-SMP-BYL聚合物防塌钻井液体系。6口井的现场应用表明,所选择的钻井液技术较好地满足了留西地区的钻井要求,解决了因井壁失稳导致的井下复杂事故的发生,易塌层的平均井径扩大率小于15%,井下复杂事故明显减少,钻井周期缩短近一半,完井电测成功率提高了33个百分点。该技术的应用,不但能解决留西地区的防塌难题,而且操作简单、维护方便、费用较低,具有广阔的应用前景。

层理性泥页岩地层井壁坍塌控制方法研究

涠州12-1北油田涠二段泥页岩地层层理发育、水敏性强，虽然采用了油基钻井液钻进，但井壁垮塌等井下复杂情况仍频繁发生。该油田涠二段地层岩石力学试验结果表明，涠二段泥页岩强度具有显著的各向异性，其受到的最大主应力方向与层理面法向之间的夹角为30°～70°，岩心易发生沿层理面的剪切滑移破坏，强度远低于最大主应力方向与层理面法向平行时的最大强度，这是造成定向井井壁失稳的主要原因。结合岩石力学试验结果，将层理性泥页岩视为横观各向同性材料，建立了合理钻井液密度的确定方法，确定了定向井坍塌压力随井眼轨迹的分布规律。利用定向井坍塌压力随井眼轨迹的分布规律，对该油田的定向井钻井液密度和井眼轨迹进行了优化，成功解决了涠二段地层的并壁失稳问题。

一种新型多元醇钻井液的研制及应用

基于钻井工程中安全快速钻进及油气层保护对钻井液的严格要求,开发出了改性多元醇防塌剂,在此基础上通过优选其他处理剂和配方优化研制出了一种新型醇类钻井液。改性多元醇防塌剂抑制性强,润滑性好,利于环保,而且具有较好保护油气层效果。改性多元醇的防塌作用机理表现为:(1)吸水机理,多元醇的强吸水性抑制水化物的形成,降低了泥页岩中粘土的吸水趋势;(2)渗透机理,通过降低钻井液滤液的化学活性,阻止水分子向泥页岩内渗透而稳定井壁;(3)竞争吸附机理,通过与水分子争抢页岩中粘土矿物上的吸附位置,阻止水分子与粘土反应形成可使粘土膨胀分散的有机结构;(4)成膜机理,通过吸附交联、粘附形成连续致密膜,该膜渗透率特别低,对井壁起固结作用。

聚合醇钻井液在中原油田的应用

聚合醇钻井液是近年来为解决环境伤害、提高油气产量和钻井综合效益而研制的一种新型钻井液体系 ;通过室内研究和现场实验证实 ,它具有良好的防塌润滑性 ,保护储层 ,提高钻井液的抗温性 ,维护使用简单方便等优点。较好地满足了大斜度定向井。

“绿色”钻井液的研究与应用

由于钻井液添加剂的复杂性，使用过程中对环境产生污染。针对如何解决钻井液对环境的污染问题，江苏油田进行了大量的科学试验。试验中优选无毒添加剂，同时还引入含有Ｋ＋、ＮＨ４＋等农作物生长所需的化肥作为抑制剂。试验表明，“绿色”钻井液体系抑制能力强、粘切力大、动塑比高、携带能力强。在韦９井和王北５井的应用表明，钻井液性能指标完全达到了设计要求，岩屑能及时被携带至地面，岩屑回收率达到９８％，井壁稳定，形成了一套适合江苏油田情况的“绿色”环保钻井液体系，具有重要的推广应用价值。

苏丹六区低伤害防塌钻井液技术

针对苏丹六区钻井过程中易于发生井壁失稳和对储层损害大的问题,基于理想充填暂堵剂和成膜剂的协同增效作用,在该地区原用KCl/聚合物钻井液基础上,优选出一种新型低伤害防塌钻井液。室内试验结果表明,该钻井液具有优良的抑制性能,与原用钻井液相比,可显著降低钻井液的滤失量,岩心渗透率恢复率可提高至88.32%,具有显著的储层保护效果。该钻井液在两口试验井三开井段进行了现场试验,并取得了良好的井眼稳定及储层保护效果,有效解决了泥页岩地层井壁失稳和保护高孔、高渗储层的两大技术难题。

一种基于页岩损伤规律的井壁坍塌压力确定方法

页岩的破坏有劈裂式、单剪切式、双剪切式等3种模式,而目前常用于预测井壁坍塌压力的Mohr-Coulomb准则仅适用于发生单剪切式破坏的井壁。针对该问题,首先基于最小耗散能原理和损伤力学,建立了包括页岩损伤演化方程、损伤阈值应变计算式、极限损伤变量计算式的页岩损伤力学模型;然后,以具有代表性的塔里木盆地群库恰克地区页岩地层标准岩心为研究对象,进行了常三轴抗压室内试验,并将试验得到的应力-应变曲线与理论曲线进行了对比分析,发现吻合较好;最后,将理论模型与室内试验结果相结合,研究了应变能密度与岩石破坏时应变、损伤阈值应变之间的关系曲线,并确定出维持井壁稳定的最低钻井液密度。分析认为,利用该种维持井壁稳定最低钻井液密度的确定方法,可以确定页岩地层的井壁坍塌压力。

评价钻井液完井液对裂缝性地层封堵效果的新方法

泥页岩比表面积测定方法 ,泥页岩水化膨胀测定方法、钻井液泥饼压缩性评价方法等现有诸多评价方法 ,都是针对泥页岩地层垮塌进行的研究 ,而对如何稳定破碎性地层及裂缝发育地层 ,目前还没有一种可行性的评价的方法。探讨了利用 387 4 2型泥浆失水仪来评价钻井液、完井液的封堵效果 ,实验结果表明 :该法是现场评价钻井液。

两性离子聚合物FA─578、XY─38在斜直井中的应用

大庆朝阳沟油田，上部地层易造浆，下部地层易剥落、掉块。钻斜直井更易开塌，所以要求钻井液防塌能力强、润滑性能好、携岩能力强。钻井二公司试验了以FA-578和XY-38为主的两性离子聚合物钻井液体系，取得了较好效果。通过3口井的现场试验，证明该体系对钻屑包被较好，使造浆得到控制；携岩能力强，起下钻畅通；润滑性能好，未发生粘卡；防止了井塌；稳定性好，便于维护、处理。结果3口试验井的平均机械钻速比对比井提高4m／h，完井周期提前4．38d。

深孔控制卸压爆破防突机理和效果考察

本文在总结国内外现有防突措施的基础上,提出了一种新的防止岩石与二氧化碳突出的局部措施——深孔控制卸压爆破。利用应力波、断裂力学理论对突出过程和条件进行分析,提出突出可分为两个过程。文章指出:防止岩石与二氧化碳突出的关键是阻止裂缝区的形成与扩展;深孔控制卸压爆破产生的爆破裂缝面与压缩粉碎圈,可以起到止裂和防突作用,防止或抑止了突出的孕育发生。通过现场试验证明,深孔控制卸压爆破是工艺简单、防突效果显著、易于推广的一种新的防突措施。

大港油田滩海地区防塌及保护油气层钻井液体系试验研究

从钻井液体系配方研究入手,针对大港油田的地层特性,研究出2套钻井液体系配方,并对2套钻井液体 系的防塌性、油层保护性进行了室内评价,评价结果表明,2套钻井液体系具有较好防塌效果及油气层保护效果。

大庆庆深气田深井快速钻井技术

为加快庆深气田深层天然气勘探开发步伐,进行了钻头选型、复合钻进、井身质量控制、井下复杂情况预防和气体钻井等深井快速技术研究与现场试验,深井机械钻速提高了23.1%,钻井周期缩短了58 d。详细介绍了庆深气田深井快速钻井技术和现场试验情况,并分析了试验效果,对庆深气田深井钻井提出了开展钻头选型试验、完善钻头序列,研制适应硬地层的牙轮钻头,研究营城组地层防塌技术和抗220℃高温水基钻井液体系及水泥浆体系的建议。

无荧光防塌降滤失剂PA－1的合成及现场应用

介绍了无荧光防塌降滤失剂ＰＡ－１的合成方法、综合性能的评价结果和现场应用效果．综合性能评价结果和现场应用效果表明，ＰＡ－１对钻井液有良好的降滤失作用和较强的抑制粘土水化分散能力，是一种具有抗电解质污染和抗高温的优良钻井液处理剂．在使用ＰＡ－１的钻井液中无需再使用降粘剂．ＰＡ－１是一种实用的多功能钻井液处理剂．

港东沙河街泥页岩坍塌机理的研究

研究了大港油田港东地区沙河街地层三种硬脆性泥页岩的水化坍塌机理.运用X-射线衍射和扫描电镜全面分析了泥页岩的组成和结构特点.通过测定泥页岩水化分散过程中阳离子释放量以及滤液pH值的变化。探索了港东沙河街泥页岩剥落分散的机理.实验结果表明,港东沙二段和沙一段泥页岩明显比沙三段泥页岩易剥落分散,其中以沙二段泥页岩最为严重,水化作用优先沿着微裂缝和混层粘土矿物的膨胀层间进行,并产生突发性水化剥落掉块.在泥页岩水化分散过程中,阳离子释放量以及Na^(+)的释放量占阳离子释放量的比例越高.则泥页岩越容易剥落分散,沙二段和沙一段泥页岩的实验滤液的pH值,明显比沙三段泥页岩的高.

砂泥岩防塌及保护油气层钻井液技术

从防塌性能、保护油气层、润滑性及配伍性等方面介绍了新型硅防塌剂及硅基防塌钻井液的室内试验情况。在胜利油田 5口井的现场应用表明 ,该型防塌剂能显著降低钻井液成本 ,而且对油气层的侵害很小 ,并对保持井眼稳定、防止井塌具有明显的作用 ,具有良好的发展应用前景。