页岩水平井钻井液技术的研究与应用

页岩油气藏作为非常规资源,越来越受到人们的重视,但被视为钻井行业"死亡禁区"的页岩层段,一直以来受到钻井液技术的限制而很少涉足,而随着钻井工艺的进步,水平井施工技术日益完善,向着页岩油气藏进军的战鼓已经敲响,而作为钻井工程的血液,页岩水平井钻井液技术的日益成熟,正在积极的打开"死亡禁区"的大门,实现大庆地区页岩油气藏开发零的突破,为日后页岩油气藏的深度挖掘提供了可行的参考价值。

页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则

随着页岩气产业的发展,页岩气水平井的钻井液技术成为关键的研究领域。本文分析了页岩气水平井液技术应用中的难点和挑战,通过对页岩气水平井钻井液技术的选用原则进行详细分析,涵盖了井壁稳定性保障、清洁高效的切屑携出、对钻井设备的兼容性、特定地层适应性原则等方面。为此也提出了加强页岩气水平井钻井液技术适用性的有效策略,包通过这些努力,有望提高页岩气水平井钻井液技术的可行性和效果,推动页岩气产业的可持续发展。

页岩油水平井钻井液技术的研究与应用

本文对页岩油水平井钻井液技术概述、常见问题、主要观点及实际应用案例进行了综述。针对页岩油水平井钻探过程中的特殊地质条件和工程需求,对钻井液技术的设计与优化、循环系统的设计与优化、性能监测与调整以及环境保护与安全管理等关键要点进行了详细的介绍,并对钻井液的技术通过对实际应用案例的分析,验证了优化配方、科学操作对井壁稳定性、摩擦阻力、清除页岩屑等方面的重要作用,为钻探施工提供了可靠的技术支撑和经验借鉴,为页岩油水平井钻探施工提供了有利条件。

涪陵页岩气水平井油基钻井液技术

涪陵焦石坝区块采用水平井开发方式,水平段长1 500 m以上,水平井段为龙马溪组下泥岩段,页岩黏土矿物含量高,脆性强、微裂缝发育,易发生垮塌掉块造成井下事故;井底垂深大于3 500 m,深层页岩气开发,面临着井温升高、携岩带砂要求越来越高、部分井发生垮塌掉块、起下钻遇阻卡的问题,部分井发生失返性漏失,消耗了大量的人力、物力。对柴油基钻井液体系进行了研究,结果表明该体系具有良好的抗温性、在低油水比(70∶30)下仍然具有稳定的性能,随钻堵漏材料(粒径级配的高纯超细碳酸钙+有机胶凝漏失控制材料)能够封堵2 mm的裂缝,承压强度达7 MPa,纳米封堵剂(纳米石墨粉和超细海泡石纤维组成的混合物)能够封堵0.1 mm裂缝,承压达到20 MPa。现场应用结果表明,该体系具有良好的井壁稳定能力,井径扩大率低,平均小于3%,润滑性好,起下钻摩阻低,钻井液性能稳定,易于维护处理,能够解决井漏、井垮等复杂情况。柴油基钻井液完全适用于涪陵区块的页岩气水平井钻井施工。

长宁区块页岩气水平井无土相油基钻井液技术

针对四川长宁区块页岩气水平井应用的有土相油基钻井液存在的流变性差、易诱发井漏等技术难题,开展了无土相油基钻井液技术研究。为提高油基钻井液的电稳定性和悬浮性,研制了复合型乳化剂G326和油溶性聚合物增黏剂G336,并确定了无土相油基钻井液配方。室内试验结果表明,与有土相油基钻井液相比,无土相油基钻井液具有更强的电稳定性和更低的终切力,有利于预防高密度条件下油基钻井液的稠化和复杂地层漏失问题。无土相油基钻井液在长宁区块某平台4口页岩气水平井进行了现场应用,这4口井井壁稳定,无缩径无掉块,起下钻畅通,井眼始终处于良好净化状态,平均机械钻速提高37.8%。研究结果表明,无土相油基钻井液解决了传统高密度油基钻井液因结构强度大而易诱发井漏的问题,满足了长宁区块页岩气水平井安全快速钻井的需要。

渝西大安区块超深层页岩气水平井钻井提速关键技术研究

针对大安区块超深层页岩气水平井钻井过程中存在难钻地层机械钻速低、旋转导向仪器高温下的故障率高和钻井周期长等技术难点,以大安页岩气高效快速开发为目的,分析了钻遇地层特征和钻井技术难点,通过井身结构优化、高效钻头优选、“铂金靶体”快速识别、水平段降密提速、油基钻井液地面降温、抗高温白油基钻井液体系及等壁厚螺杆技术等技术研究和使用,形成了大安区块超深层页岩气水平井优快钻井技术。该技术在渝西大安区块大安104H超深层页岩气水平井进行了现场试验,实际完钻井深6789 m,水平段长2406.13 m,平均机械钻速10.60m/h,较区块平均机械钻速8.12 m/h提高30.54%。结果表明,超深层页岩气水平井钻井提速技术可为大安页岩气高效开发提供技术支撑。

页岩水平井环保型多硅基水基钻井液技术

针对页岩水平井钻井过程中使用水基钻井液时面临的井壁易失稳、钻具摩阻扭矩大,井眼清洁困难等技术难题,通过引入硅酸钾钠、有机硅改性腐植酸钾盐、聚倍半硅氧烷等硅基处理剂,构建了环保型多硅基水基钻井液体系。该体系所用处理剂EC 50>3×10^(4)mg/L,为无毒级别,抗温180℃,流变性能稳定,具有良好的抑制性、封堵性和润滑性,页岩滚动回收率98.53%,页岩线性膨胀率0.26%,HTHP失水量≤2.8 mL,极压润滑系数0.081,泥饼黏滞系数0.042,重金属含量满足二级排放标准,BOD值/COD值高达31.7%,易生物降解,表现出优异的环境友好性。环保型多硅基水基钻井液在东平1井页岩水平段进行了成功应用,钻进期间未发生任何井下复杂情况,动塑比保持在0.41~0.48,钻具摩阻6~8 t,平均井径扩大率仅为3.85%,平均机械钻速达10.28 m/h,在国内首次实现了水基钻井液在页岩水平段中的应用。

威远区块深层页岩气水平井水基钻井液技术

为解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳的问题,研制了具有强抑制性、强封堵能力的水基钻井液.分析了威远区块页岩储层矿物组分、储层物性和页岩地层井眼失稳机理,认为在该地层钻进水平段时,所用钻井液应具有较强的抑制性、封堵能力和一定的润滑性.在优选抑制剂、封堵剂和润滑剂的基础上,配制了深层页岩气水平井水基钻井液SM-ShaleMud,并对其性能进行了室内评价.室内试验结果表明:该钻井液流变性能好,高温高压滤失量低,润滑系数小;可抗温140℃,能有效抑制黏土水化和裂缝的产生、扩展;封堵能力和抗污染能力强.SM-ShaleMud水基钻井液在威远区块威页23平台3口井进行了应用,结果表明具有良好的综合性能,特别是井眼浸泡67 d后仍保持稳定,说明其具有强抑制性和强封堵能力.研究表明,SM-ShaleMud水基钻井液能够解决威远区块深层页岩气水平井长水平段井眼失稳问题,现场应用效果显著.

油基钻井液封堵技术在页岩水平井中的应用

根据页岩水平井水平段页岩裂缝发育、井壁坍塌问题,对油基钻井液的封堵性进行了优化,使用了多种刚性、柔性以及成膜的油基封堵材料进行了评价实验形成了强封堵的油基钻井液体系。泌页HF1页岩油气水平井现场应用表明,该油基钻井液体系封堵防塌能力强、滤失量低、破乳电压高,具有较强的携带能力,避免了水平井段井壁垮塌问题,中石化河南油田泌页HF1井三开水平段长1044m,钻进、电测、下套管顺利。

页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则

我国页岩气资源勘探开发已全面铺开。针对页岩气的成藏特征,页岩气开发以浅层大位移井、丛式水平井布井为主。由于页岩地层裂缝发育、水敏性强,长水平段钻井中不仅易发生井漏、垮塌、缩径等问题,且由于水平段较长,还会带来摩阻、携岩及地层污染问题,从而增大了产生井下复杂情况的几率。解决井壁稳定、降阻减摩和岩屑床清除等问题是目前页岩气水平井钻井液选择和设计的关键。选择页岩气水平井钻井液的原则是确保井壁稳定、润滑、防卡和井眼清洗。油基钻井液可提高水润湿性页岩的毛细管压力,防止钻井液对页岩的侵入,从而有效保持井壁稳定,同时还具有良好的润滑、防卡和降阻作用,是国内外目前采用最多的钻井液体系。当采用水基钻井液的时,利用低活性高矿化度聚合物钻井液或CaCl2钻井液以降低页岩和钻井液相互作用的总压力;采用浓甲酸钾、Al3+盐,可以通过脱水、孔隙压力降低和影响近井壁区域化学变化的协同作用产生良好的井眼稳定作用;对于有裂隙、裂缝或层理发育的高渗透性页岩应使用有效的封堵剂进行封堵;但对于强水敏性页岩地层,水基钻井液在抑制性方面仍然存在局限性。从环境保护的角度出发,甲基葡糖苷钻井液在井壁稳定机理方面与油基钻井液相似,未来可望作为有效的钻井液体系之一。随着以页岩气为代表的非常规油气资源的不断开发,为了满足安全钻井和环境保护的需要,未来页岩气水平井钻井液技术的研究应围绕高效、低成本水基钻井液和低毒油基钻井液来展开。

页岩水平井斜井段强抑制强封堵水基钻井液技术

泌页HF1井斜井段EH3Ⅱ、EH3Ⅲ地层以泥页岩为主,黏土矿物含量高,页理、裂隙发育,采用的水基聚合物钻井液抑制性不强、封堵页理、裂隙能力差。研究出一种强抑制强封堵水基钻井液,其对泌页2HF井EH3Ⅱ段、EH3Ⅲ段地层有强的抑制水化膨胀效果,在钻井液中16 h膨胀率分别为6%和0.88%;封堵能力强,API滤失量、高温高压滤失量低,井径扩大率为2.17%,没有发生钻头泥包、托压和井壁垮塌现象;润滑性好,摩阻系数低,只有0.078 7。

中国页岩油气水平井水基钻井液技术现状及发展趋势

针对环保法规的日益严格和钻井液的低成本化要求,国内在页岩油气高性能水基钻井液代替油基钻井液方面开展了大量工作,取得了较大进展和突破。本文综述了国内近年来在页岩油气水平井高性能水基钻井液领域的技术现状,主要包括聚合醇钻井液、胺基高性能水基钻井液、硅酸盐钻井液、铝胺基钻井液、疏水抑制水基钻井液、基于纳米材料的钻井液、CAPG(cationic alkyl polyglucoside)高性能水基钻井液、CaCl_(2)-烷基糖苷钻井液、ZY-APD(Zhongyuan alkyl polyglucoside derivative)高性能水基钻井液、近油基钻井液等,并在现有的页岩油气水平井高性能水基钻井液研究及应用的基础上,对其在页岩油气水平井中应用规模较小的原因进行了剖析,对其下步研究方向及发展趋势进行了展望。

页岩气水平井强封堵油基钻井液技术

针对钻进破碎带地层中遇到的严重井壁稳定问题,对井壁失稳原因进行分析,提出增强油基钻井液的封堵性能(关键是即时封堵性能)和降低高温高压滤失量两种途径解决井壁问题。以油基钻井液在砂盘上的高温高压滤失量为评价指标,优选出粒径小、起效快的超细颗粒封堵材料增强即时封堵性能,改性树脂G331-TEX作为体系的可变形封堵材料在惰性超细颗粒封堵层上形成致密的封堵层,进一步降低钻井液滤液对微裂缝的侵入。研制的强封堵油基钻井液在四川反承包项目页岩气水平井中进行了现场试验应用,取得了良好的效果。试验结果表明,该体系防塌性能良好,井眼规则,流变性好,施工过程中均未出现井塌等复杂情况,满足页岩气水平井安全快速钻井施工的要求。

涪陵页岩气水平井钻井液防渗漏技术

针对涪陵地区页岩层中层理裂缝发育的地质特性,研制出防渗漏油基钻井液,用于页岩气大位移水平井的钻井施工。在涪陵大安寨区块和涪陵礁石坝区块现场使用表明,防渗漏油基钻井液封堵页岩层微裂缝防渗漏的效果显著,钻井液清洗井眼、稳定井壁抑制防塌、润滑防卡的能力满足涪陵地区钻大位移水平井的施工要求。防渗漏油基钻井液的成功应用,提高了机械钻速,降低了故障复杂时间,缩短了建井周期,为高效开发页岩气资源提供了技术支撑。

页岩油水平井钻井液技术在江汉油田的应用

随着江汉油田非常规油气勘探开发工作全面展开，施工中急需成熟的非常规油气井钻探技术，通过对前期已成功钻探的2口非常规页岩油井进行分析总结，阐明了江汉油田页岩油水平井钻井液技术的难点与应对的技术措施。文中提出江汉油田页岩油水平井钻井液技术难点集中表现在页岩层的井壁稳定、长水平段岩屑悬浮携带、井眼润滑及储层的保护等方面，介绍了硅酸盐饱和盐水乳化钻井液体系的研发过程、配制维护方法要点，详细介绍了现场使用该体系钻探QYP2井和THF3-1井的施工过程。在现场应用中，该钻井液表现出良好的防塌、悬屑、降阻、储层保护的特性，为今后此类井的钻探提供了值得借鉴的钻井液成功案例，应用效果表明该体系可以满足江汉油田页岩油水平井钻井的需求。

深层页岩气水平井优快钻井配套技术分析

深层页岩气水平井作为一种具有巨大潜力和经济价值的能源开采手段,近年来备受关注,但传统钻井技术在深层页岩气水平井钻井过程中面临一系列挑战,为了充分发挥深层页岩气水平井的优势,提高钻井效率和产能,优化钻井工艺、应用新技术成为关键任务,传统钻井技术在钻井速度上存在瓶颈,严重制约了钻探工作的进展,通过优化钻井工艺和应用新技术,可以实现钻井速度的显著提升,文章对深层页岩气水平井优快钻井配套技术的相关内容进行了详细概述。

吉木萨尔页岩油水平井体积压裂技术实践与认识

针对吉木萨尔页岩油储层,围绕提升缝控储量目标,从缝网设计、缝网构建、有效支撑和提升基质内原油动用能力四个方面开展了理论研究与技术实践,完成了三代技术革新,攻克了薄互层裂缝有效扩展等基础理论和段内多簇工艺、低成本材料等关键技术,集成了以缝藏匹配、精准改造、多尺度支撑、CO_(2)前置为核心的水平井体积压裂技术体系,压裂关键技术指标达到国内先进水平,支撑了吉木萨尔页岩油的规模效益开发。2023年吉木萨尔页岩油产油量突破60×10^(4) t,连续三年区块年产量增幅超过10×10^(4) t,为2025年我国首个国家级陆相页岩油示范区的高效建成提供了坚实的技术支撑,也为我国其它页岩油开发技术优化提供借鉴。

梨树断陷页岩气水平井油基钻井液技术

梨页1HF井是部署在梨树断陷苏家屯次洼构造的首口页岩气水平井,其钻探目的为探索梨树断陷苏家屯次洼营城组营一段泥页岩含气性。根据导眼井梨页1井岩心矿物组分分析可知,营城组泥页岩的黏土矿物含量高达45.1%,黏土矿物中伊蒙混层含量高达73.4%,伊利石含量为23.6%;黑色泥页岩局部纹层发育,水平裂缝及高角度缝均较为发育,如页岩气水平井采用水基钻井液体系施工井壁失稳风险较高。为确保首口水平探井井眼稳定,选用具有良好防塌护壁能力、强的抑制性、优良的流变性和稳定性、良好的润滑性能的油基钻井液体系。施工中,通过合理控制钻井液密度、强化钻井液封堵性能,井眼稳定;所用油基钻井液具有良好的乳化稳定性、流变性,井眼稳定,井眼清洁,整体施工顺利,满足了梨树断陷首口页岩气水平井安全钻进的需求。与设计相比,梨页1HF井钻井周期缩短了14.94d,平均机械钻速提高了82.19%,提速提效效果显著,为该区块后续页岩气水平井施工奠定了基础。

四川长宁区块页岩气水平井水基钻井液技术的研究与应用

长宁龙马溪页岩矿物组分分析表明,页岩矿物主要以石英、方解石和黏土矿物为主,属于硬脆性水敏地层。为了保证水基钻井液能够在长水平段页岩中钻进,且不发生井壁失稳、井壁垮塌等井下复杂情况,经过大量室内研究,研制出以疏水抑制剂CQ-SIA和高效液体润滑剂CQ-LSA为主要处理剂的页岩气水基钻井液体系。室内评价表明,该水基钻井液抑制能力优越,滚动回收率达到97.6%;在100℃温度下恒温静置48h后,未出现重晶石沉降现象,流变性能稳定;能够抵抗30%(w)的岩屑污染。现场应用情况表明,该钻井液性能稳定,润滑性好,抑制能力强,保证了顺利钻进、电测、通井、下套管施工作业,能够满足长宁页岩气井钻井的需要。

四川盆地威远地区页岩气水平井优快钻井技术

从国内第一口页岩气水平井开钻至今,国家级页岩气示范区之一的威远区块已经完钻多口页岩气水平井,在钻探过程中,面临着表层井漏、机械钻速低、井眼轨迹控制难度大、井壁垮塌、油基钻井液条件下固井质量差等问题。针对上述问题,从井身结构优化、PDC钻头优选、井眼轨迹控制、油基钻井液优选、油基钻井液条件下的固井技术等方面进行了研究和实践,取得5项成果:1形成的水平井非标尺寸井身结构,对273.1mm套管的下入深度适当加深,起到了解决井漏、封隔易垮塌层的作用,而且各个井眼的尺寸均缩小,更有利于提高机械钻速;2优选出适合威远页岩气水平井的钻头序列,形成了"PDC+螺杆"的提速方式;3形成了水平井钻探的轨迹控制技术,提高了储层钻遇率;4优选出适合页岩水平段钻进的油基钻井液,保证了井壁稳定和井眼清洁;5形成了油基钻井液条件下的固井技术,解决了水平段固井质量差的问题,提高了后期储层分段改造的效果。所获成果为今后该区块开展页岩气丛式水平井钻井奠定了基础。