水基钻井液用流型调节剂研究进展

全球油气勘探开发由浅层向深层、常规向非常规、中高渗整装向低渗透低品位、滩浅海向深海逐步拓展,钻井工作量持续增大,亟需钻井液技术提供保障。性能优良的钻井液是实现安全、高效、经济、绿色钻井的关键,钻井液流变性是评价钻井液体系性能的核心参数。流型调节剂作为构建钻井液体系不可或缺的关键处理剂,能够起到增黏提切、提高动塑比及优化剪切稀释性等作用,可有效调控钻井液流变性。为推进新型钻井液流型调节剂研发,对国内外水基钻井液用流型调节剂进行了调研及分类,综述了各类流型调节剂的研究现状、应用情况及存在问题,并分析了水基钻井液流型调节剂发展方向,以期推动水基钻井液技术进步。

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。

一种油基钻井液流型调节剂的性能评价方法

使用高级智能流变仪从微观角度评价了流型调节剂对油基钻井液性能的影响,并用高倍显微镜观察了油基钻井液的微观形貌。实验结果表明,常用的几种流型调节剂中,PF-MOVIS明显增加乳液的结构强度。随着PF-MOVIS的浓度增大,油基钻井液乳液的表观黏度升高,低剪切速率下黏度升高明显,屈服值上升。体系的弹性模量大于粘性模量,表明体系中形成较强的三维网络结构,与显微镜下观察乳液结构的增强相一致。

钻井液用流型调节剂的研究进展

流型调节剂是用来改善钻井液流变性的处理剂,通过增黏提切使钻井液具有较高的动塑比和较好的剪切稀释性。但随着大位移井、大斜度定向井及深水、超深水井等技术的发展,复杂地层中钻井液的流变性还是易出现黏度、切力不足,性能衰减过快,甚至失去悬浮与携带能力的问题,尤其是大位移井和复杂井经常出现井眼清洁能力不足的问题。该文主要按钻井液类型:典型钻井液用流型调节剂、恒流变钻井液用流型调节剂和其他钻井液用流型调节剂,综述了现有钻井液用流型调节剂的研究进展和应用情况。对不同钻井液用流型调节剂的增黏提切能力、耐温性、环保性和价格优势进行比较和评价,随后对流型调节剂未来的发展方向提出了建议,以期为相关研究提供参考。

深水合成基钻井液用流型调节剂研制及性能评价

深水钻进过程中,温差变化大,要求钻井液在一定的温度范围内具有恒流变的特性。室内合成了一种深水合成基流型调节剂(PF-MOEST),能够显著提高合成基钻井液的动切力,改善钻井液体系的流变性,在一定温度范围内的切力、凝胶强度基本平稳。可抗高温180℃且配伍性良好,在此基础上优化的合成基钻井液体系具有良好的抗岩屑污染、抗海水污染能力,具有广阔的应用前景。

新型钻井液流型调节剂的研制与应用

针对大位移井水基钻井液体系井眼不稳定、井眼净化不良等问题，研制出一种新型的钻井液流型调节剂Ｍ３１７。通过室内性能评价表明：该流型调节剂加量为１．５％时，对渤海钻屑滚动回收率为５８．７％，高温高压防膨率为８８．５％。般含一定时，随 Ｍ３１７加量增加，钻井液动切力和静切力增加，而表现粘度、ＡＰＩ失水基本不变；般含在３．０％～４．５％，Ｍ３１７加量控制在１．５％～０．５％时，钻井液表观粘度、动切力和静切力均能很好满足大位移井钻井技术要求。Ｍ３１７单剂及钻井液体系ＥＣ５０值均大于３００００ｍｇ／Ｌ，无污染，满足环保要求。该处理剂已在渤海ＱＨＤ３２－６、ＪＺ－９－３等油田现场应用成功。

合成基钻井液流型调节剂的研制及其作用机理

合成了一种可解决低温条件下合成基钻井液流变性问题的流型调节剂,测定流型调节剂对油包水乳状液流变性的影响,对比分析流型调节剂、有机土样品的红外特征和XRD特征,使用冷冻扫描电镜和透射电镜观察流型调节剂对乳液微观结构的影响,分析流型调节剂的作用机制,进行在高密度合成基钻井液中适用性评价。结果表明:流型调节剂能够显著改善合成基钻井液的低温流变性,有利于乳液稳定;流型调节剂吸附在油水界面,降低乳滴与有机土之间结构力,改善有机土颗粒与乳状液滴之间的相互作用,从而稳定油包水乳液的切力。与传统合成基钻井液相比,恒定流变的合成基钻井液具有更加稳定的低温流变性,保证井下安全。

无膨润土相水基钻井液用抗温流型调节剂研究与应用

济阳坳陷古潜山油气藏储量丰富,但地质结构复杂,储层埋藏深。前期由于钻井液流型调节难度大、高温稳定性差,极易造成储层损害、沉砂卡钻、井眼漏失等复杂情况。文章针对古潜山油气藏勘探开发的钻井液技术难题,通过N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、二乙烯苯的胶束聚合反应,研制了一种抗高温流型调节剂,评价结果表明,该抗高温流型调节剂抗温160℃,2.0%该水溶液的动塑比达1.05。进一步构建了一套无膨润土相水基钻井液体系,抗温最高达160℃,动塑比为0.42,高温高压滤失量为9.6 mL,岩心渗透率恢复值达93.13%。现场试验结果表明,无膨润土相水基钻井液体系的流变性、滤失性稳定,储层保护效果好,为胜利油田古潜山油气藏的勘探开发提供了钻井液技术支撑。

一种新型流型调节剂在新优快钻井作业中的应用

“优快钻完井”是具有中国海油特色的技术体系和管理模式,在海洋石油工业史上留下了浓墨重彩的一笔,取得了瞩目成就。钻完井液在优快钻井中一直扮演重要的角色。一次优快产生泥浆固相含量高效控制技术,二次优快产生海水膨润土浆深钻工艺和强抑制钻井液技术体系,而“新优快”试点项目,以“浅层疏松、大斜度、大位移”为主要井型,最大水垂比4.02,磨阻扭矩高,井眼清洁困难,开发研制一种不同于以往水基钻井液的新型流型调节剂变得尤为关键,流型调节剂是影响钻井液悬浮、携带及稳定井壁能力的重要因素,通过新型流型调节剂可以钻井液携带能力提高井筒清洁度,从而减少复杂情况的发生,保证钻井过程顺利。

矿物油基钻井液低剪切流变行为调节技术研究

为了提高有机土在低芳香烃含量矿物油中的凝胶性质,研制了不同结构的流型调节剂,并对矿物油基钻井液的常规性能、低剪切速率黏度、线性黏弹性和高温高压流变性进行了实验研究。结果表明,含有聚酯酰胺型(BZ-ORM-Ⅰ)、聚酰胺基胺型(BZ-ORM-Ⅱ)和烷氧基胺型(BZ-ORM-Ⅲ)等流型调节剂的矿物油基钻井液,在密度1.30g/cm3时,低剪切速率黏度较高,剪切速率为1.7s-1和0.17s-1时的黏度符合"动态沉降窗口"理论要求,矿物油基钻井液弹性模量G′大于黏性模量G″,聚酰胺基胺型与烷氧基胺型流型调节剂具有明显的协同作用,高温高压条件下动切力和低剪切速率动切力较高。同时含有酰胺基、胺基和烷氧基的流型调节剂主要调节矿物油基钻井液的凝胶结构,使之具有良好的悬浮性能,并保持合适的弱凝胶性质。

中原油田特殊工艺井钻井液的研究与应用

针对中原油田地层高温(140～180℃)、高压(1.5～1.9g/cm3)、高矿化度(14×104～25×104mg/L)和低渗透率的实际特点,开展了特殊工艺井水基钻井液在流变性、润滑防卡、井壁防塌、储层保护以及现场工艺等方面的技术研究。通过钻井液弱凝胶聚合物流型调节剂、纳米润滑乳化剂、油膜形成剂以及油气层保护暂堵方法的优选,研制开发出了一套性能优良的特殊工艺井钻井液体系。该钻井液在复杂地质条件下具有较强的携岩、润滑和防塌性能及好的储层保护效果,是一种综合性能优良的特殊工艺井钻井液。中原油田10多口井的应用表明,平均钻井周期为50d,比对比井降低了10%,日进尺为84.6m/d,比对比井提高了12.6%,钻井综合成本明显降低。其中桥69平1井是中原油田第一口以开发天然气为目的的三靶水平井,该井水平段岩心渗透率恢复值均大于85%,全井施工顺利,井径规则,生产时效达97.28%,纯钻时效为38.32%,电测均1次成功,产量是对比井的8倍。

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。

适于深水钻井的恒流变合成基钻井液

深水钻井条件下,温度变化大,对钻井液在低温环境下的流变性提出较高要求。室内合成一种缔合聚合物处理剂,该处理剂可以作为一种流型调节剂,调节钻井液低温流变性,使其在低温条件下有稳定的动切力、凝胶强度和φ_6读数。通过乳化剂和有机土加量的优选、不同油水比以及不同密度下低温流变性的对比研究,形成一种恒流变合成基钻井液。研究结果表明,与传统的合成基钻井液相比,恒流变合成基钻井液在较大的温度变化范围内具有稳定的流变性,低温下钻井液不会出现胶凝现象,保证了深水钻井的安全。

生物柴油基恒流变钻井液体系

针对现阶段恒流变合成基钻井液基础油成本高昂且不可再生的缺陷,研究具有廉价、环保、可再生优势的生物柴油基恒流变钻井液技术。优选原材料制备成本低、环保且低温流动性好的大豆油乙酯生物柴油作为基础油,通过选择高油水比,并在辅乳化剂中引入阳离子表面活性剂,有效减缓了生物柴油基乳液因高温水解、皂化导致的增稠现象。使用由阳离子改性剂十六烷基三甲基氯化铵所制备的有机土可改善钻井液的流变性、稳定性和滤失造壁性,且不会引起低温稠化。使用二聚脂肪酸和椰子油脂肪酸二乙醇酰胺合成恒流变流型调节剂,可在生物柴油基中形成强网络结构并有效调控恒流变性。建立一套密度为1.2 g/cm^(3)的生物柴油基恒流变钻井液体系,恒流变温差范围达2~90℃,抗温达160℃,可抗5%海水、10%页岩屑污染,环保性能优良。

可逆转油基钻井液体系配制及性能评价

通过可逆转乳化剂和流型调节剂的筛选,确定了可逆转油基钻井液体系配方,即用5~#白油与氯化钙含量25%水溶液构建油水比60:40基液+1%石灰+2%可逆转乳化剂HN 408+1.5%辅乳剂RSE+1%降滤失剂HFR+2%有机土+1%流型调节剂HSV+重晶石至密度达1.2 g/cm^3。对该钻井液体系进行抗温、抗钻屑和海水污染、泥饼清除、储层保护性能评价,结果表明,该钻井液体系具有很强的抗温和抗污染能力;能使油包水乳液转变成水包油乳液,因而在完井时泥饼易于清除;储层保护效果好,渗透率恢复值在85%以上。

一种深水水基钻井液关键外加剂的优选评价

钻井液对气体水合物的抑制性能和低温下良好的流变性能是深水钻井液的关键性能。通过对关键外加剂的优选,室内建立了一套用于2 000 m深水钻井的水基钻井液体系,该钻井液采用反相微乳液聚合物增黏剂UFLOW及改性植物胶VIS-HX作为钻井液的流型调节剂,以热力学抑制剂NaCl和聚合醇配以动力学抑制剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为气体水合物抑制剂。该钻井液在低温下能保持良好的流变性能;同时在水深为2 000 m、水温在3℃左右的环境下,该钻井液可抑制气体水合物的生成。

FLAT-PRO深水合成基钻井液恒流变作用机理研究

目前,适应于深水、超深水作业的FLAT-PRO恒流变合成基钻井液体系由于其良好的恒流变特性、抗污染能力及储层保护性,已在中国南海成功应用近10井。但是近年来,所钻遇的地层越来越复杂,要求的温度范围和密度范围越来越高,这需要对合成基钻井液恒流变机理有更清楚的认识。文章旨在FLAT-PRO恒流变合成基钻井液体系的基础上,对体系恒流变机理进行研究。体系中的核心处理剂流型调节剂通过氢键作用插入有机土层间,扩大层间距并促进其片层在油中高度分散,温度越高,插入有机土层间的流型调节剂分子越多,补偿由于温度升高导致的粘度降低,从而形成具有温度响应的网架结构。

胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系研究与应用

济阳坳陷沾化凹陷桩西古潜山披覆构造带南部桩64-平1井的斜井段、水平段位于上第三系东营组底部和下第三系渐新统沙河街组一段,该地层为泥页岩、油泥岩、灰色泥岩夹层,极易发生坍塌掉块、井壁失稳等井下复杂情况。针对这一难点,结合室内实验研究,选择了胺基硅醇强抑制封堵防塌钻井液体系,利用胺基硅醇的强抑制性抑制泥页岩、油泥岩水化膨胀,利用强抑制钻井液体系的高膨润土容量限,提高体系的优质黏土含量,并复配封堵防塌材料对地层微裂缝进行封堵,有效地避免了钻进易坍塌地层出现掉块、井壁失稳等井下复杂情况。

恒流变合成基钻井液关键机理研究

以FLAT-PRO恒流变体系核心处理剂流型调节剂酰胺化二聚酸衍生物和有机蒙脱土为研究对象,通过宏观、微观和流变分析相结合,深入研究了恒流变合成基钻井液的恒流变性机理。控温流变实验和静置实验表明,低温下,油相体积压缩,有机土在油中的分散性变差,体系黏度切力大幅提高。随着温度升高,油相体积膨胀,有机土扩散性增强,体系黏度切力减小。加入流型调节剂后,钻井液的黏度切力随温度变化减缓,表现出了恒流变特性。显微镜观察,X射线衍射分析、扫描电镜观察结果表明,流型调节剂分子可以插入有机蒙脱土层间,扩大层间距并促进其片层在油中高度分散。最终在钻井液体系中由高度分散的有机土片层、流型调节剂分子和乳液滴共同构成了具备温度响应性的致密网络结构。流型调节剂分子链随温度升高而舒展,导致与2℃相比,体系黏度切力在65℃下增幅更大,从而使流变性在2~65℃范围内随温度变化更加平缓,形成恒流变性能。

可自动定时降解完井液体系研究

针对鱼骨刺分支井各井眼中完井液自发降解难、储层保护性能差等问题,因此,研发出一套可自动定时降解完井液体系,该体系通过提高流型调节剂中抗温性能较好的生物胶TLJ含量、降滤失剂STARFLO加量,以及加入抗氧化剂KYH-1,来延长完井液胶体降解时间,使其降解时间控制在3~9 d。具有较高黏度的完井液堵塞岩心孔喉,使直接返排渗透率恢复值低于80%,而完井液胶体在岩心孔喉中静置9 d后,使胶体基本完全降解,直接返排渗透率恢复值大于95%,表明可降解完井液具有优异的储层保护性能。