一种适用于油基钻井液堵漏水泥浆体系研发

水泥浆堵漏是解决恶性漏失的有效措施之一,但是水泥浆在油基钻井液中难以凝结固化,致使其使用受限。从油基钻井液污染水泥浆机理出发,开发油水置换剂,并对胶凝体系和配套降失水剂和缓凝剂进行研选,开发油基钻井液堵漏水泥浆体系,并对水泥浆体系性能进行评价。研究表明:通过微乳液共聚法(即油相和水相同时引发聚合)制备了油水置换剂,在油井水泥中加入油水置换剂后,钻井液与水泥浆的相容性良好,水泥浆与油基钻井液体积比为50∶50的混浆体系在50℃条件下养护时间24 h,强度可达2 MPa左右,且油水置换剂具有很好的广谱性能,现场不同区域取的不同类型的油基钻井液,均发展强度;研选了配套降失水剂BXF-200LL和缓凝剂GH-9,开发出了适用于油基钻井液堵漏的水泥浆体系,油水置换剂对水泥浆稠化没有不良影响,且抗温达120℃。

T油田影响固井安全、防污染施工的工作液技术实践

固井工程是钻井工程中最为关键的环节,投资大但安全风险高,稍有不慎就会出现“高泵压”、“长膏塞”、“超缓凝”等情况,甚至发生“灌香肠”、“插旗杆”等恶性工程事故。而其中的浆体技术就是影响施工安全的重要因素。包括干灰材料混拌问题、干灰、配浆水配伍性问题、水泥浆、钻井液、隔离液相容性问题等等。通过室内试验及现场实践从处理剂、外掺料、工作液体系等多方面开展相关工作,查找影响施工安全的浆体技术隐患点从而确保固井现场施工的安全性,从根本上避免固井复杂情况、固井安全事故的发生。

吐哈油田超低压储气库钻井工程方案优化设计与应用

温西一储气库是吐哈油田首座超低压气藏型储气库,目的层是侏罗系西山窑组,气藏压力系数仅为0.20~0.22,垂直裂缝发育,盖层及以上发育大段泥页岩,极易水化剥落,井漏与井塌并存对优快完钻带来了极大挑战。通过综合评估温西一库超低压气藏地质及钻完井条件并深度吃透储气库设计要求,对储气库注采井钻井工程方案进行了优化设计:①采用三开结构,技术套管下至储层顶1~2 m;②生产套管采用韧性微膨胀水泥浆体系,固井工艺采用尾管悬挂+套管回接;③三开钻井应用聚胺钻井液体系配合凝胶复合承压堵漏技术。形成的温西一库钻井工程方案经现场实践证明,完钻井漏失量较前期降低50%以上,固井合格率均大于70%,盖层段连续优质超40m,满足储气库全生命周期井筒完整性要求,为国内同类型储气库建设提供了技术借鉴。

固井水泥浆与钻井液接触污染作用探讨

在固井施工过程中,受到井眼自身形状以及所采用的水泥浆和钻井液性能差异的影响,常常会出现水泥浆和钻井液混合的情况,从而造成严重的接触污染问题。在复杂的井下水泥浆施工环境中,这类接触污染作用会给实际操作带来十分不利的影响,因此相关部门必须要对这类问题引起重视,不仅要明确水泥浆和钻井液接触污染的具体表现,也需要采取有效的处理策略,降低给生产和施工所带来的危害。

聚阴离子纤维素对川渝地区固井用水泥浆性能的影响研究

针对目前钻井液与水泥浆接触污染机理不完全明确和耐高温隔离液体系有待完善的问题,为考察接触污染机理,研究了钻井液处理剂聚阴离子纤维素(PAC)对水泥浆结构和性能的影响。研究结果表明,随着PAC加量的增加,水泥浆的流变性变差,水泥浆固化体的抗压强度降低。PAC可与Al^(3+)和Ca^(2+)等金属离子发生化学反应,交联形成网络结构吸附在水泥颗粒表面,阻止了未水化水泥颗粒与水接触发生水化反应,降低了水化速率。相互交联的PAC网状薄膜结构利用分子间作用力将水泥浆存在的自由水束缚在网状结构内部,水泥浆中的自由水含量降低,影响了水泥浆流变性能。PAC等聚合物类处理剂的上述作用可能是造成钻井液与水泥浆接触污染的主要原因。该研究可为川渝地区高效隔离液选材提供理论指导。

小井眼提速技术在页岩油开发中的应用

中国石化江苏油田页岩油开发,面临着投资高、产量低的问题。油田开发已近45年,废弃老井数量多,利用老井眼侧钻的方式开发页岩油能降低钻井成本。2022年在花庄地区开展利用老井侧钻水平井,采用小井眼钻井方式的探索。针对小井眼钻具柔性大、轨迹控制难、钻速慢、间隙小、环空压耗大、固井质量差、井控风险高等难题,探索大套管开窗、井眼轨迹优化、高效钻头+螺杆+LWD地质导向钻井、泡沫固井、油基钻井液堵漏、窄间隙井控等技术,形成页岩油井小井眼高效钻井技术体系。应用表明:苏北盆地花庄地区H2CHF井实钻机械钻速最快达5.0 m/h,与邻井常规井眼钻速相当,比实施新井方案钻井投资降低50%,节约投资1500万元,为页岩油低成本开发提供了重要思路。

表面活性剂提高页岩气井固井水泥浆的抗污染性能评价

采取水平井开发页岩气储层时,由于套管偏心以及井径不规则等原因,通常会导致油基钻井液的顶替效率较低,部分油基钻井液掺入固井水泥浆中,影响水泥浆的性能。为了提高页岩气固井水泥浆的抗污染能力,室内将非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂复配制得表面活性剂(AFSG-1),然后以现场油基钻井液和固井水泥浆为研究对象,开展了AFSG-1提高页岩气井固井水泥浆抗污染性能的研究。结果表明,现场油基钻井液的掺入会严重影响固井水泥浆的流动度、稠化时间以及混浆水泥石性能;油基钻井液的掺入比例越大,污染越严重。随着固井水泥浆中AFSG-1加量的不断增大,水泥浆自身的抗污染能力逐渐增强;当固井水泥浆中AFSG-1的质量分数为2%时,再掺入20%的油基钻井液,混浆的流动度、稠化时间以及水泥石性能与未加表面活性剂时相比均有明显改善。另外,AFSG-1对固井水泥浆抗油基钻井液污染性能的改善效果明显优于其他常用表面活性剂。AFSG-1能有效提高页岩气固井水泥浆抗油基钻井液污染的能力,可提高固井质量,保障固井安全。

胜利油田东部油区页岩油气水平井固井技术

胜利油田东部油区页岩油气使用水平井开采,针对高温高压长水平段固井所面临的现场下套管困难、环空界面胶结环境差、施工前井筒漏失、施工后气窜气侵等一系列技术难题,采用两亲冲洗隔离液、纤维膨胀和塑性胶乳防窜水泥浆体系以及相关配套技术措施共同组成了固井技术方案,解决了技术难题。室内实验评价结合现场施工应用,研究成果表明:①两亲冲洗隔离液可有效清除油基钻井液附着套管壁油膜和井壁含油滤饼,改善环空界面胶结环境,为固井质量提供前提保障;②塑性胶乳防窜水泥浆具有低失水、零游离液、沉降稳定性好、防窜性能好、水泥石抗压强度高和弹性模量低等性能优点,有效保证了长水平段固井界面胶结质量;③纤维膨胀水泥浆具有良好的堵漏防漏效果,在固井施工中可实现前期防漏,提高地层承压能力;④优化扶正器、漂浮顶替、环空压稳、辅助下套管等配套技术措施,使长水平段套管居中度得以保证,并解决了水泥浆在候凝失重过程中水平段油层无法压稳的难题;⑤将上述固井关键技术,现场应用于胜利油田东部油区4口页岩油气水平井,固井质量优,后期压裂开采效果好,为今后页岩油气水平井固井提供借鉴。

固井水泥浆与钻井液接触污染作用机理

针对固井时水泥浆和钻井液掺混易产生接触污染,造成注水泥憋泵和危及作业安全的问题,对接触污染的作用机理进行了研究。比较了掺混钻井液和钻井液处理剂前、后的水泥浆性能,利用红外光谱、X-射线衍射仪、扫描电镜对掺混前、后水泥浆的物相和微观形貌进行对比,确定钻井液和钻井液处理剂对水泥浆性能及结构的影响;利用原子吸收分光光度计测定水泥浆滤液中离子种类及含量,考察了各类金属离子对钻井液和处理剂溶液的影响。研究结果表明了接触污染作用机理:水泥浆中Ca2+对钻井液产生"钙侵"造成钻井液流变性能变差;水泥水化产生的Fe3+、Al3+可与钻井液中的多种聚合物类处理剂交联形成凝胶,凝胶的形成加之处理剂对水泥颗粒的吸附架桥,造成水泥浆体多级絮凝结构的加强,导致混浆流动性急剧降低。根据作用机理,可使用抗钙先导浆、在隔离液中加入掩蔽剂等措施来解决接触污染。解决接触污染措施在ST1井、MX17井尾管固井中的应用效果良好,为保证深井注水泥安全提供了有力的技术支持。

深水钻井技术装备现状及发展趋势

随着水深的不断增加,海洋环境及海底地质条件更为复杂,深水钻井工程面临着越来越多的挑战。为了应对这些挑战,全球对深水钻井技术研究的投资不断增加,深水钻井技术装备水平也在不断突破,深水钻井技术装备在石油工业中的地位越来越重要。通过跟踪调研国内外深水油气钻井技术及装备的发展,详细分析、阐述了深水钻井技术面临的挑战及目前国外该技术和关键装备的发展状况,介绍了我国目前深水钻井技术装备发展现状,并就我国加快深水油气勘探开发提出了一些探索性的观点和建议。

川渝地区深井超深井固井水泥浆防污染试验

为解决深井、超深井固井水泥浆与钻井液的相容性问题,在分析钻井液对水泥浆稠化时间的影响以及深井常用钻井液处理剂与深井常用高温水泥浆进行混合流体的流变性能、高温、高压稠化时间试验的基础上,提出将深井常用的聚磺、钾聚磺两种中高温钻井液体系与深井常用的高温水泥浆体系进行体系间混合流体相容性试验的方法。由此筛选出对水泥浆有促凝作用的钻井液处理剂,来指导钻井液处理剂的选择;并对现有水泥浆相容性试验标准和防污染工艺技术措施进行了评价,总结出适合深井井下实际情况的水泥浆相容性试验方法和固井前钻井液性能调整技术、偏心环空隔离液技术、提高套管居中度技术、水泥浆防污染等措施。现场实践结果表明,固井水泥浆防污染技术能确保深井、超深井固井作业的安全。最后建议根据不同地区特点建立一套较为全面的水泥浆防污染体系,以此来提高固井质量。

提高复杂井固井质量的钻固一体化技术应用研究

钻井时钻井液在井壁上形成的泥饼不管有多薄,固井时都会在井壁上形成一个不可固化层,尤其是漏失层段,易导致第二界面的胶结强度达不到预期的效果。钻固一体化工作液技术通过引入复合活性材料,形成可固化泥饼层,固井施工时可以使钻井液的性能转换、潜活性激活,从而提高易漏地层的承压能力,促使井壁附着的泥饼固结,提高地层-泥饼-水泥环的胶结亲和力,有效地解决了传统固井水泥浆与钻井液不相容的问题。该技术在两口井进行了现场试验并获得成功,油层井段固井质量达到了优质标准,有效地提高了第二界面胶结质量,减少和阻止了各种流体的层间窜通。

单因素法分析钻井液处理剂对水泥浆性能的影响

钻井液与水泥浆相容性差,混浆后易产生接触污染,即混浆段流体出现流动性恶化、水泥浆稠化时间缩短、水泥环强度降低等问题。实践表明,钻井液处理剂是造成接触污染的主要原因之一。为此,采用单因素法考察了13种钻井液处理剂对水泥浆性能的影响规律,利用红外光谱对处理剂进行了结构表征,用环境扫描电子显微镜对污染后的水泥石结构进行微观形貌分析。结果表明,生物增黏剂、聚丙烯酰胺钾盐能使水泥浆急剧变稠;SMT、SMP-1、JN-A能够缩短水泥浆稠化时间,但加量在1%(w)以内影响较小;其余钻井液处理剂加量在一定范围内对水泥浆性能影响较小。生物增黏剂和聚丙烯酰胺钾盐参与水泥水化、影响水泥浆结构形成过程是造成污染的重要原因;同时,高聚物大分子链发生卷曲、吸附架桥和电中和作用使水泥浆产生絮凝现象。污染机理的提出为钻井液合理选材、钻井液性能调整、减少钻井液与水泥浆的污染提供了理论依据。

钻井液与水泥浆化学不兼容原因初探

钻井液和水泥浆化学兼容性差不但影响顶替效率,而且危及固井作业安全,这是导致深井超深井固井质量低下的重要原因和引发固井工程事故的隐患。为了探索钻井液对水泥浆产生化学污染的本质,以川渝油气田某区块一口典型井的φ177.8mm尾管固井作业为例,采用单因素分析法,将该井采用的钻井液处理剂与现场水泥浆进行污染稠化实验。实验研究表明:钻井液污染水泥浆的主要原因是钻井液中某些处理剂与水泥浆外加剂之间相互作用,引发凝胶效应,导致浆体稠度迅速增大和稠化时间大幅度缩短,并非水泥浆真正凝结硬化。

钻井液处理剂对固井水泥浆的污染影响

深井固井中水泥浆和钻井液界面接触污染是一项危及施工安全的技术难题。为此,以川渝气田为例,有针对性地开展了固井中流体相容性的室内实验与分析。实验测定了目前常用的钻井液处理剂对常规密度水泥浆流动度、稠化时间的影响;利用红外光谱分析、电镜扫描、X射线衍射分析获得了聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)和生物增黏剂的红外光谱数据,以及添加处理剂的水泥浆的红外光谱、电镜扫描、x射线衍射分析数据;同时还探讨了常用钻井液处理剂对固井水泥浆的污染机理。实验结果表明,KPAM和生物增黏剂等处理剂为高分子,其长链易吸附水泥浆中的水泥颗粒形成混合网状结构,造成水泥浆颗粒团聚增稠.进而失去可泵性。最后建议,进一步完善钻井液处理剂对固井水泥浆污染影响的评价实验方法,尽早形成一种能帮助解决固井水泥浆污染问题的规范标准,以便为固井前钻井液性能调整、钻井液处理剂合理选材、新的钻井液处理剂研发等提供技术参考。

油基钻井液对水泥浆性能的影响及其机理

目前,油基钻井液越来越多地被应用于特殊地质条件和特殊工艺井中,而钻井液与水泥浆之间通常不具有相容性,二者掺混后会产生不同程度的接触污染,可是,油基钻井液对水泥浆性能影响及其机理的研究却相对滞后。为此,实验分析了油基钻井液在不同掺混比例条件下,对水泥浆流动度、稠化时间、抗压强度、胶结强度、孔隙度、渗透率等性能的影响。同时结合超声波抗压强度、XRD、热重分析,初步探索了油基钻井液掺混对水泥性能影响的机理。结果表明,油基钻井液掺混不会大幅度影响水泥浆稠化时间,但会形成絮凝结构,降低水泥浆流动性和顶替效率;掺混后的水泥石抗压强度和胶结强度降低,孔隙度和渗透率升高,影响水泥环封隔能力。油基钻井液掺混对水泥浆性能影响的机理为:水泥浆与油基钻井液掺混形成了乳化结构,造成水泥浆中自由水被束缚,导致水泥浆流动性降低;无法固结的油基钻井液在水泥石中形成孔洞以及油相的润滑作用是使得混浆水泥石强度降低、孔隙度和渗透率升高的主要原因。

油井水泥浆与多功能钻井液泥饼界面离子扩散阻碍机理

对泥浆转化为水泥浆(MTC)固井液水化离子可扩散进入多功能钻井液泥饼的机理已有研究,但对油井水泥浆水化离子不能扩散运移进入多功能钻井液泥饼的机理尚未清楚。采用离子色谱仪、原子吸收分光光度计和X射线衍射仪,从油井水泥浆与MTC固井液离子组成的差异性入手,对油井水泥水化离子向多功能钻井液泥饼扩散运移的阻碍机理进行了研究。结果表明,油井水泥浆中Ca2+的质量分数远远大于MTC固井液中Ca2+的质量分数,在油井水泥与多功能钻井液泥饼界面生成了CaCO3、CaSO4和Ca(OH)2,而MTC固井液中Na+的质量分数则大于油井水泥浆中Na+的质量分数;Na+可改变泥饼中活性颗粒表面的ζ电位和破坏钻井液有机处理剂表面形成的水膜是MTC固井液中水化离子能扩散运移进入多功能钻井液泥饼的主要原因,而在油井水泥与多功能钻井液泥饼界面生成的CaCO3、CaSO4和Ca(OH)2沉淀堵塞孔道则是油井水泥浆水化离子不能扩散运移进入多功能钻井液泥饼的主要机理。

评价钻井液滤饼对固井二界面胶结质量影响的新方法

为了更真实地模拟在固井作业时,高温高压条件下形成滤饼的井壁岩石与水泥浆固结的实际情况,设计了一套HTHP岩心滤失装置以及专用岩心,该装置由加温套、釜体、岩心夹持器3部分组成,岩心中央钻有一未完全连通的小孔作为钻井液的渗滤通道。开展岩心滤失实验时,钻井液只能通过岩心外壁向内壁滤失以在外壁上形成滤饼,这与现场实际情况相符合。通过配合HTHP岩心滤失装置和水泥浆固结模具,并测定形成滤饼的岩心与水泥浆的胶结强度,建立了一种评价固井第二界面胶结质量的新方法。研究结果表明,该评价方法简单适用,科学合理,较为真实地模拟了井壁岩石与水泥浆的胶结情况。该方法有较高的实用推广价值,为以后定量研究钻井液类型和性能对第二界面胶结强度的影响奠定了基础。

温度和压力对井内流体密度的影响

高温高压深井的安全压力窗口窄,井筒内不同深度之间的流体温差和压差大,且井内流体受到地层加热膨胀和液柱压力压缩造成密度变化,因而容易因入井流体初始密度选择不当造成压力失稳。利用自主研制的高温高压流体密度变化测量仪,进行了温度和压力对淡水、隔离液、水泥浆和矿物白油密度的影响试验,得到了相应的关系曲线;筛选出了适合固井水泥浆温度、压力变化的密度模型———Dodson-Standing模型;通过Drillbench软件,分别计算了入井初始密度1.2和2.0kg/L水基钻井液和油基钻井液,在井下不同地温梯度下的当量静态密度,得到了4幅对应图版,该图版可为高温高压深井的钻井液和固井液密度设计提供参考。试验结果表明,对于井深为5 000m、井底静态温度为270℃的井,入井初始密度1.2kg/L水基钻井液的密度可降低5.58%,油基钻井液的密度可降低6.41%。

固井质量影响因素分析

影响固井质量的因素多且杂 ,如果不对其形成全面、系统、清晰的认识 ,将难以制定详细、周密的固井施工方案 ,使固井质量难以保证。为此 ,从不同的角度对固井质量的影响因素进行了比较全面、系统的分析 。