高性能钻井液处理剂设计思路

高性能钻井液处理剂的设计包括分子设计和合成设计。在分子设计中,核心是结构和基团设计,结合复杂条件下钻井液对处理剂分子的热稳定性和剪切稳定性,以及抑制性、流变性和滤失量等方面的要求,提出超支化的树枝状和树形结构模型。为保证处理剂的综合性能,在基团设计中提出主导基团、选择基团、非主导基团和次生基团的概念。合成设计中:在自由基聚合方面,可以传统原料为基础合成高性能处理剂,采用多功能性及高温下稳定性好的单体合成高性能处理剂,用强螯合作用的单体作为共聚单体,提高处理剂的抗高价离子污染能力,设计树枝状和树形结构的单体或中间产物,实现高性能处理剂的最佳目标;缩合聚合方面,利用苯酚、对胺基苯酚等,通过不同的扩链反应,制备带有不同基团支链结构的可缩聚单元或产物,将得到的树枝状结构的产物与苯酚、甲醛和亚硫酸钠等进一步缩合聚合、磺化反应,得到超支化的改性磺化酚醛树脂;在天然材料及有机合成方面,可以木质素、栲胶等分子结构单元中的酚羟基与环氧乙烷或环氧丙烷反应,得到聚氧乙(丙)烯化支链的产物,并进一步扩链得到超支化结构的产物,以腐殖酸结构单元上的羧基与乙二胺的反应为基础,合成具有超支化结构的产物,以提高天然材料的抗温抗盐性能,以及通过不同的化学反应,合成具有不同结构的低相对分子质量的降黏剂和抑制剂等。

适用于辽河致密油地层的高性能钻井液技术

根据辽河油田沈北区块致密油储层的特点,对该区块沙河街组四段灰色硬脆性泥页岩易水化膨胀、垮塌掉块等问题进行了研究。通过对致密油页岩进行黏土矿物分析、纳米CT扫描成像和SEM电镜扫描实验,确定了油页岩的黏土矿物含量、平均孔隙半径和微裂缝的发育情况。根据致密油页岩地层的特点,针对性地进行了纳米级封堵剂的复配实验,在此基础上构建了一套强封堵、强抑制和弱冲刷的高性能钻井液体系,该钻井液在泥页岩岩屑中的一次回收率为93%以上,三次回收率接近80%,渗透率降低超过50%。现场应用2口井,成功解决了油页岩地层水化坍塌、井壁失稳导致的划眼、卡钻等技术难题。2口井应用结果表明,“高黏度”和“高切力”高性能钻井液体系使用后,易垮塌地层未出现井壁坍塌,恶性事故得到了有效控制,事故复杂率下降17%,完井周期减少150 d,提速效果明显。

新型海水高性能钻井液室内研究

通过研制有机胺抑制剂AMI和铝聚合物PAL,并筛选无生物毒性降滤失剂和润滑剂,研究出了新型的保护海洋环境的海水高性能钻井液。将该体系与聚合醇钻井液、烷基糖苷钻井液的各项性能进行了对比评价,结果表明,新型海水高性能钻井液除了有高性能水基钻井液优异的抑制防塌性能和储层保护能力外,还具有较低的生物毒性,能把钻井液对环境的影响降到最低,可满足海上快速、优质、环保钻井的需要。

新型环保高性能钻井液体系研制与应用

针对江苏工区钻井液技术现状及存在问题,探讨了井壁失稳的原因,结合目前国内外钻井液技术发展趋势,提出了研究应用高性能钻井液技术的解决途径。在室内实验研究方面,研制成功了新型高性能钻井液体系主剂(有机胺强抑制剂),并开展了钻井液体系配套处理剂优选研究、钻井液体系配方与性能优选、油层保护性能和环保等综合性能评价,各项技术指标均达到要求后进行了三口井的现场试验。通过现场应用,与江苏工区在用钻井液体系相比,具有体系简化,钻井液成本降低,能有效地预防井下复杂情况的发生,有利于发现和保护储层及满足环保要求等优良性能,钻井液的良好性能使机械钻速有明显的提高。

高性能钻井液体系在水平井钻井中的应用

为了保证水平井钻井安全、高效,应用了高性能钻井液体系。从高性能钻井液体系配方确定和性能评价中可以看出,该钻井液体系具有良好的抑制剂、润滑性和保护储层的能力,现场应用效果良好。

水平井类油基高性能水基钻井液性能评价

页岩油气水平井钻井难度大,面临着井壁失稳、摩阻大、井眼清洁难度大等问题,常规水基钻井液作业施工困难,通常使用油基钻井液作业,但是油基钻井液成本高,废弃泥浆和钻屑处理环保压力大,研究和开发能够替代油基钻井液的强抑制类油基高性能水基钻井液迫在眉睫。室内根据页岩水平井特征,构建了一套类油基高性能水基钻井液,并开展了全套性能评价,结果表明该体系具有良好的防塌、润滑和携岩性能,在页岩油气具有广阔的应用前景。

高性能水基钻井液在贵州瓦斯(煤层气)抽采水平井施工中的应用

贵州省瓦斯(煤层气)资源十分丰富,在钻井勘探施工过程中,受到地层应力、施工条件、岩石性质等因素的影响,容易发生卡钻、井壁坍塌等井下复杂情况。通过应用高性能水基钻井液性能维护技术,能够降低井下复杂几率。本文对瓦斯(煤层气)钻井液施工技术难点及技术对策进行介绍,对钻井液的性质、应用要点和效果进行详细探究,以期为提高水平井井壁稳定提供借鉴性方案。以贵州戴家田矿区瓦斯(煤层气)抽采井为例,介绍了高性能水基钻井液在贵州煤层气水平井施工中的应用及取得的经验,希望可以对贵州瓦斯(煤层气)开发钻井工程技术提供一定的借鉴及思考。

长庆油田页岩油井5000 m水平段高性能水基钻井液钻井实践

长庆页岩油井区在2019年完成亚洲陆上首口4000 m级水平段水平井的基础上,2021年施工完成了5000 m级水平段水平井,该井采用了水基钻井液技术进行施工。超长水平段水平井的关键问题是钻井液润滑性和井眼清洁,为了较好地解决这两个技术难题,以天然材料为骨架,通过基团接枝、发酵等方式进行改性,自主研发了高性能提切剂TQ-8和高效润滑剂HTZ,并以这2种处理剂为核心研制了5000 m水平段高性能水基钻井液体系。体系的主剂配方为(4%~6%)高效润滑剂HTZ+(0.5%~2%)高性能提切剂TQ-8+(0.5%~2%)泥岩抑制剂YYZ-1+(1%~2%)PAC-LV+(1%~2%)BLA-LV+(3%~4%)成膜封堵剂FDJ-1+(20%~80%)可溶性加重剂+烧碱,该体系在井眼清洁、润滑性和抗污染等方面,均比4000 m水平段水基钻井液性能更优。该技术在长庆页岩油华H90-3井进行了试验应用,下套管前的钻具摩阻为400 kN,下完套管后钩载余17 t,具备将水平段长度进一步延长的能力。

高性能水基钻井液在中原小井眼侧钻水平井中的应用

中原工区为挖潜老油田的剩余产能、降低钻井成本,逐渐部署开窗侧钻水平井。开窗侧钻水平井存在泥页岩含量高、井壁易失稳,短半径水平井模式狗腿度大、定向易托压,小井眼环空压耗高、携岩带砂难度大等难题。因此,本研究研制具有强抑制、强封堵、高润滑和流型好的高性能水基钻井液,首批现场应用2口井,结果表明:该钻井液对沙一段至沙三段泥岩井壁稳定周期较长;润滑性好,定向正常,起下钻摩阻低;流变参数稳定,携岩能力强,保证了井眼清洁及岩屑床的清除;缩短了钻完井周期,实现了老浆的回收再利用,降低了钻井成本,对推动老油田剩余产能挖潜具有重大意义。

高性能水基钻井液在哥伦比亚HUILA省Gigante油田的应用

哥伦比亚HUILA省Villeta地层为大段泥、页岩层,因页岩层理和微裂缝发育导致井壁失稳严重,钻井事故频发,安全钻达目的层极其困难。为解决该地层的井壁失稳,通常采用油基钻井液。但随着哥伦比亚环保政策越趋严格,废弃油基钻井液和油基钻屑不可避免地带来环境问题。采用强封堵高抑制性的高性能水基钻井液,成功地解决了HUILA省Villeta地层中的钻井失稳问题。本文分析了Villeta地层井壁失稳原因,在考虑环境和物流限制下研究了一种高性能水基钻井液,通过实验确定了高性能水基钻井液配方,监测现场性能参数,通过实践在现场Villeta地层得到了很好的运用,为哥伦比亚HUILA省Villeta地层钻井液运用提供了借鉴。

聚胺高性能水基钻井液特性评价及应用

根据泥页岩水化特点和多元协同抑制思路,构建了聚胺高性能水基钻井液。介绍了该体系的关键处理剂聚胺页岩抑制剂、包被抑制剂、铝盐封堵防塌剂和清洁润滑剂。通过屈曲硬度实验和粘结实验对比评价了聚胺高性能水基钻井液与几种典型防塌钻井液的性能。结果表明,聚胺页岩抑制剂能在低浓度下最大限度降低黏土水化层间距,有效抑制黏土水化膨胀。聚胺页岩抑制剂与铝盐封堵防塌剂复配后能显著阻缓孔隙压力传递。聚胺高性能水基钻井液抑制性和清洁润滑性突出,与油基钻井液接近。聚胺高性能水基钻井液在胜利油田田305区块进行了成功应用,解决了该区块泥页岩井壁失稳问题。

高性能CaCl_2/聚合物水基钻井液的室内研究

在自制新型烯类聚合单体的基础上,合成出一种新型配套的、抗Ca Cl2至饱和的强抗钙聚合物,初步形成了2种Ca Cl2/聚合物水基钻井液的基本配方:水+1.5%(3.0%)凹凸棒石+0.3%(0.2%)XC+5%KCl+40%(60%)无水Ca Cl2+2%强抗钙聚合物,强抗钙聚合物与Ca Cl2能形成良好的协同效应,是体系的核心。综合性能评价结果表明,Ca Cl2/聚合物钻井液的抑制性能和润滑性能尤为突出,在120℃滚动老化16 h后,一次、二次回收率均为100%,抑制能力超强;体系的黏附系数为0.001 69,润滑系数最低为0.038,达到油基钻井液水平;强抗钙聚合物对凹凸棒石具有较强的吸附和分散能力,可以形成薄而致密的滤饼,显著提高体系降滤失能力;可以用聚合醇或聚电解质作封堵剂;含60%Ca Cl2的配方抗温达120℃。可以得出,该体系具有满足复杂地层钻井要求的潜力,与油基钻井液性能相仿,并且成本低,无污染,满足排放标准,维护简单,具有良好的应用前景。

高性能抗高温聚合物钻井液研究与应用

为满足环境敏感性海域高温深井钻井作业和环境保护要求,研究了抗温200℃,生物毒性值LC50大于10×10~4mg/L的高性能抗高温聚合物钻井液,其以合成聚合物为主要处理剂,辅以优选出的纳米封堵剂、页岩抑制剂和极压润滑剂,该体系具有了油基钻井液抑制泥页岩水化的分散性能和润滑性能,对环境友好,可直接排海。实验表明,分别以重晶石和甲酸盐为加重剂,该抗高温聚合物海水基钻井液体系在200℃高温热稳定时间长达48 h以上,高温高压滤失量为12~25mL,抗20%氯化钠和0.5%氯化钙污染,生物毒性卤虫96 h半致死浓度LC_(50)大于10×10~4 mg/L,发光细菌半数有效浓度EC_(50)大于30×10~4 mg/L,符合一级海区生物毒性排放要求。在环渤海油田进行了现场应用,取得了良好的试验效果,试验最深井深6 066 m,最高井底温度204℃。

高性能铝化合物钻井液体系研究

油基钻井液在解决复杂井钻井难题方面表现出了极大的优势,但其存在环境不友好、钻井液和钻屑排放等问题。针对该问题,从高性能铝化合物的作用机理出发,以铝化合物、有机胺抑制剂为基础,人工合成的抗高温降滤失剂PAADS,配以其它传统处理剂,经过反复优化实验研究,研制出了新型高性能铝化合物水基钻井液体系,该体系与有机胺盐抑制剂配合使用,具有较强的页岩抑制能力,能抗200℃高温且稳定性好,降滤失能力强,其摩擦系数与油基钻井液基本相当,重要指标已经达到油基钻井液性能范围,具有了高性能水基钻井液的特点。

国外高性能水基钻井液技术发展现状

介绍了贝克休斯公司开发的高性能水基钻井液的基本组成、优良性能以及在世界部分油田的现场应用情况。该钻井液具有油基钻井液的各种性能,可有效稳定页岩、提高岩屑整体性和机械钻速、减小扭矩和阻力,且有利于环保,已被广泛应用于各种钻井。从应用效果看,无论是PDC钻头还是牙轮钻头,机械钻速都达到了27.4m/h,实现了较低的稀释率和较高的固相清除率,其摩擦系数与油基钻井液相同,最大程度地减少了钻头泥包和聚结现象。与油基钻井液相比,可大幅度节省钻井期间的完井时间,解决了高性能钻井与环保要求的协调问题。

国外高性能水基钻井液介绍

近年来高性能水基钻井液(又称胺基钻井液)在国外应用较广,它被认为是替代油基钻井液且又能安全钻进的一类高性能水基钻井液,并于2006年被列为一种新的钻井液体系分类。高性能水基钻井液的实质是应用了一种新的阳离子胺基聚合物———醚乙二醇聚胺类,该胺盐有更高的抑制能力和防泥包能力,符合环保要求,并具有成膜作用,高性能水基钻井液的应用效果与油基钻井液相当。介绍了新胺盐的抑制效果、防泥包数据、利用崩散性试验仪和硬度测试仪2种新仪器测出的各类钻屑的硬度数据和回收率数据,以及国外一家钻井液公司使用该体系的实例和在现场测定聚合物浓度的方法。

国外高性能水基钻井液研究的最新进展

介绍了国外一种在性能、费用、环境保护等方面能够取代油基钻井液与合成基钻井液的高性能水基钻井液。通过对该钻井液的基本组成及主要处理剂的作用机理、室内评价方法和在世界部分油田的现场应用情况进行综述得知,高性能水基钻井液在抑制敏感性泥岩、提高页岩膜效率、防止钻头泥包、提高机械钻速等方面远好于常规抑制性强的水基钻井液,而且在满足钻井要求、环境保护和经济方面完全可以替代油基钻井液;高性能水基钻井液无论是对陆上钻井还是对海上钻井,都具有广阔的应用前景,特别适合含大量泥岩段的重点探井使用。

页岩水平井用高性能油基钻井液研究与应用

国内页岩油气水平井用油基钻井液(OBM)存在切力低、流变性能差等问题,难以完全满足页岩油气长水平井钻井施工井壁稳定与井眼清洁的技术要求。针对上述问题,在借鉴国外先进技术的基础上,开展了页岩油气水平井用OBM体系构建,在研发核心处理剂的基础上,形成了一套高性能油基钻井液体系,对其综合性能进行了系统研究,该钻井液体系整体性能指标达到国外同类钻井液体系水平。该油基钻井液在彭页2HF井水平段钻进中进行了成功应用,并创造了国内陆上页岩气水平井水平段和水平位移最长的新纪录。高性能油基钻井液技术的成功研究与应用,提高了我国高性能油基钻井液技术的自主化水平。

高性能合成基钻井液体系的研制及性能研究

针对高温高压复杂井安全密度窗口较窄的难题,笔者通过分子结构设计和合成,研发了抗温达232℃的新型抗高温乳化剂、抗高温降滤失剂和抗高温有机土,并在此基础上构建了一套高性能合成基钻井液体系。实验结果表明,该乳化剂乳化率高达95%以上,形成的乳状液液滴尺寸分布均匀。降滤失剂与乳化剂、有机土协同增效,进一步提升了体系的乳化稳定性、高温高压流变性和降滤失功能。与传统的合成基钻井液相比,该体系在高密度下具有低黏度、低切力、沉降稳定性好、高温热稳定性好及高温高压滤失量低等优点,从而有助于解决高温高密度钻井液因结构强度太大而造成的憋泵、启动泵压过高、当量循环密度(ECD)变化大而诱发的井漏及井壁失稳等难题,为满足石油勘探开发高温高压井作业安全提供了技术保障。

XZ-新型高性能水基钻井液的研究及应用

为了解决准噶尔盆地深井储层钻探难度大,钻井成本较高等问题,基于"封堵、抑制、固化、双疏、润滑"理论,采用仿生抑制剂XZ-YZJ、仿生封堵剂XZ-FDJ、键和润滑剂XZ-RHJ、固化成膜剂XZ-CMJ、双疏剂XZ-SSJ等处理剂,形成了适合该区块的XZ-新型高性能水基钻井液。该钻井液具有较好的流变性能,且具有较好的长时间老化性能和抗污染性能,老化3 d后,或被2%CaSO_4或10%膨润土污染后,体系仍具有较好的流变性。该钻井液还具有较好的抑制性,对钠基膨润土岩心的线性膨胀降低率达94%以上;对于现场的泥页岩岩屑的滚动回收率均能达到95%以上。钻井液的这种较好的封堵性、润滑性、抑制性、低表面张力等有利于维持井壁稳定、润滑防卡、保护储层等,适用于复杂情况较多的深井及大位移井。现场试验表明,该钻井液体系可以降低井底复杂情况,缩小井径扩大率,缩短建井周期,满足了安全、高效、环保钻井的需要,具有很好的推广应用前景。