合成聚合物类抗高温钻井液降黏剂研究进展

随着石油工业的发展和浅层石油资源的消耗,油气勘探开发技术不断趋向于深井和超深井钻探工艺。然而深井底部的高温会导致钻井液出现分散、聚集、钝化现象,使得钻井液的黏度增加、流动性变差,这为深井钻井作业带来了巨大的技术挑战。钻井液用抗高温降黏剂可以降低钻井液的黏度,调节钻井液的流变性,在保持钻井液稳定性和钻井效率方面具有重要作用。合成聚合物类降黏剂具有分子结构可设计性强、抗高温性能突出等特点,广泛用于抗高温钻井液。本文综述了合成聚合物类抗高温降黏剂的研究现状,介绍了羧酸类、磺酸类、羧酸磺酸类、两性离子类降黏剂的抗高温性能及降黏机理,可为新型抗高温降黏剂的分子设计提供参考。

水基钻井液封堵理论和材料研究现状及发展趋势

地层孔隙、微裂缝、裂缝发育会导致井壁坍塌频发,严重阻碍了安全、高效地钻井。封堵理论的成熟性是研发高性能封堵剂的重要保证。通过封堵剂高效封堵孔隙、微裂缝及裂缝,是稳定井壁的关键。本文综述了不同封堵理论(刚性封堵理论、柔性封堵理论、成膜封堵理论)以及各类封堵材料(沥青类、聚合醇类、硅酸盐类、纳米材料类)研究现状,指出了现有封堵理论和封堵材料所存在的不足,总结了目前封堵理论及封堵材料研发面临的难点,并提出应通过数值模拟等方法深入研究储层孔喉尺寸分布规律以及储层形貌结构,且应试图从树枝状聚合物、刚性外壳与柔性内核复合材料、生物质基纳米材料改性沥青、纳米材料分散稳定性等方面开展研发高效封堵材料。

水基钻井液用多元协同纳米润滑剂的研究进展

纳米技术在钻井液中的应用是目前油田化学领域的研究热点之一,受到国内外钻井液行业的普遍关注。随着纳米粒子的研究越来越深入,国内外已开始将其用于钻井液润滑改性,其用量少、对环境潜在的负面影响小,开发与应用新型环保钻井液纳米润滑剂是当前的发展趋势。本文围绕钻井液用纳米润滑材料的研究进展进行了详细的综述,包含纳米材料抗磨减摩机理、纳米粒子种类及形态、纳米材料在钻井液中的润滑效果,指出了纳米润滑材料应用于钻井液存在的问题,重点探讨了纳米粒子表面修饰改性进展并对多元协同及多效发挥进行了展望。

定向钻穿越钻井液工艺技术研究

定向钻穿越钻井液可为定向钻穿越施工平衡地层压力、冷却钻头等提供技术保障,本文以青岗坪煤矿排水管线工程项目为案例,针对其穿越的粉质粘土层地质条件,对定向钻穿越钻井液工艺技术进行研究。首先,分析了项目区域的水文地质和工程地质条件,并对钻井液的密度和粘度进行了测定和分析;其次,对钻井液的净化处理工艺进行了分析,采用振动筛、除泥器等机械设备,建立起系统化的钻井液净化系统;最后,对定向钻穿越钻井液外加添加剂性能进行了对比分析,为增粘型钻井液和解卡型钻井液的选择提供了参考依据。

温度对油基钻井液黏度测定的影响因素分析

由于油基钻井液的流变性受温度的影响较明显,并且测定时温度的不统一、不精确,导致在室内研究中数据的重复值较差,无法进行统一化比对,为油基钻井液的研究探索带来困扰。为此,利用六速旋转黏度计通过测量不同密度(1.0~2.0 g/cm^(3))的油基钻井液在不同温度(20~80℃)下的旋转黏度计的600 r/min读数,并进行因素分析,结果表明:油基钻井液的黏度是导致油基钻井液黏度变化的最主要原因,且温度越高,单位温度变化范围内的黏度差越小,建议在要求精度较高的油基钻井液研究探索中,特别是在高密度/超高密度油基钻井液研究中,在保证安全的范围内,测量温度可尽量提高并保持一致。

新型油基钻井液封堵材料研究进展

在钻井作业中,油基钻井液十分常见,广泛用在各种大位移以及各种复杂地层水平井的钻井。因为井下环境复杂,所以井漏问题时有发生,不利于钻井作业效果。堵漏的目的是通过强有力的手段,保障井壁获得更好的承压效果,进而避免油基钻井液泄露。本文以新型油基钻井液的封堵材料的现状为研究内容,综述现如今封堵油基钻井液的材料研究状况,按照封堵需求探讨封堵材料未来发展方向。

抗180℃水基钻井液随钻堵漏剂的研制及性能评价

钻井液漏失严重增加了钻井作业风险,有效封堵漏层是钻井提速的重要保障之一。针对水基钻井液随钻堵漏剂封堵范围窄、抗温性不足等问题,优选出高分子刚性颗粒、改性聚酯橡胶、改性植物纤维复配玻璃纤维分别作为架桥颗粒、填充材料、纤维“拉筋”材料。根据颗粒级配原则,优选出随钻堵漏剂最佳配方:15%刚性树脂(40~80目)+15%刚性树脂(100~200目)+35%刚性树脂(1 000~3 000目)+5%改性植物纤维(0.1 mm)+10%玻璃纤维(150目)+20%改性聚酯橡胶(800目)。该随钻堵漏剂配方砂床承压能力达5 MPa,漏失量为0 mL。抗高温随钻堵漏剂粒径级配合理,封堵覆盖裂缝孔隙范围广,丰富了水基钻井液随钻堵漏剂配方。

无固相钻井液体系现场应用分析

无固相钻井液体系的应用可以很好的保护产层,并降低环保压力。针对顺北工区超深井,抗高温抗钙无固相钻井液体系在现场使用抗温性能稳定、抑制性好、抗污染能力强,应用效果较好,其流变性能满足钻进需求,携岩效果好,井壁稳定,起下钻过程中未出现遇阻、遇卡等问题,特别是对环境、储层保护效果好。以室内实验为依据,在现场应用中关注维护处理过程及性能,分析总结体系的优缺点,进一步优化体系配方及维护处理。在此基础上实现解决井下问题的同时,力求能够实现降低成本,形成适应储层的经济环保优快钻完井液配套技术,具有重要的经济价值和社会意义。

ULTRADRIL^(TM)水基钻井液在张海502FH井的应用

张海502FH井是大港油田在滩海地区布置的一口开窗侧钻水平井,完钻垂深为2857.45m,斜深为5387m,最大井斜为96.1°,水平段长602m,用φ155.6mm钻头钻进,井底水平位移为4128.55m。该井开窗侧钻及水平段使用由MISWACO公司提供的ULTRADRILTM水基钻井液。该体系可以抑制大多数活性页岩,提供良好的井壁稳定性;能包被钻屑,有利于井眼清洁;能很大程度地降低软泥岩对钻柱和钻头的粘附;具有高钻速和低的稀释率,是水敏性泥页岩钻进的优选体系。现场应用表明,该体系性能稳定,流变性好,现场配制及维护简便,携砂能力强,润滑防塌效果好,很好地解决了因水平位移大、井斜角大导致的井眼清洁、拖压、扭矩增大的问题。

增效型无土相仿生油基钻井液技术的研究与应用

针对深井超深井钻井过程中钻遇高温高压、井壁失稳及井下复杂情况的难题,基于仿生学、超分子化学以及岩石表面润湿性理论,通过优选仿生增效剂、仿生提切剂及仿生降滤失剂,配套相关处理剂,最终形成了一套适用于深井、超深井地层钻探的增效型无土相仿生油基钻井液体系。研究发现,建立的增效型无土相仿生油基钻井液体系可抗220℃高温,配制密度为2.4 g/cm^(3),破乳电压大于400 V,高温高压滤失量为3.2 mL,人造岩心在该体系中220℃下老化后的抗压强度达到7.1 MPa,平均渗透率恢复值为93.9%。现场应用情况表明,体系流变性能稳定,平均机械钻速比邻井提高16%,平均井径扩大率仅为1.25%,可有效解决深井超深井钻井过程中出现的井壁失稳难题,为我国深井超深井的钻探提供了技术保障。

面向溢流与井漏监测的钻井液池体积趋势校正方法

钻井液池体积是溢流和井漏监测的常用参数。在钻井正常施工时,随着井筒容积的变化以及井筒内钻井液与地层流体的交换,钻井液池体积会产生与溢流和井漏发生时相似的“类风险趋势”,导致现有的溢流与井漏监测方法易产生误报,降低了溢流与井漏监测方法在现场应用时的有效性。针对此问题,文章首先分析了导致池体积产生“类风险趋势”的原因,建立了钻进与起下钻工况下池体积的正常变化模型,利用建立的模型校正池体积的“类风险趋势”,降低溢流与井漏监测的误报率;然后,建立了基于规则推理的溢流与井漏监测模型,用于测试池体积的“类风险趋势”对溢流与井漏监测的影响。利用现场实测的4500组钻井数据,采用基于规则推理的溢流与井漏监测方法开展了风险监测实验,结果表明,在进行池体积趋势校正后,溢流与井漏风险监测的误报率由10.03%降低至3.06%。

有机层状硅酸盐改善油基钻井液沉降稳定性室内评价

基于油基钻井液有机土有机改性剂阳离子受高温易分解脱附,引起钻井液性能变差、加重材料沉降等问题,利用六水合氯化镁和十六烷基三甲氧基硅烷等为原料,合成了一种适用于柴油基钻井液体系的有机土(有机层状硅酸盐),用于改善油基钻井液的沉降稳定性;通过傅里叶红外光谱、X-射线衍射以及室内钻井液沉降实验进行结构表征和沉降稳定性评价。结果表明:该有机硅酸盐材料具备2∶1层状硅酸盐结构和以Si—C共价键连接的不对称链状有机官能团结构,且300℃无明显热分解;相比于大庆油田常用油基钻井液,该有机层状硅酸盐提高了油基钻井液的动切力、动塑比和储能模量,明显改善了1.4~2.0 g·cm^(-3)密度范围、150℃以下老化温度油基钻井液的悬浮性能和沉降稳定性能。

海上某盆地胶结型防漏堵漏钻井液技术

分析了我国海上某盆地地质特征和历史井漏情况,明确了该盆地钻井防漏堵漏难点:地层裂缝发育且存在微米级至毫米级的多尺度裂缝,甚至裂缝和孔、洞并存,导致堵漏材料选配难、一次堵漏成功率低;地层发育大段风化壳、部分地层破碎严重、钻井中裂缝极易二次发育等,导致恶性漏失甚至失返性漏失等复杂情况。针对上述难点,以聚乙烯醇、聚丙烯酸以及含邻苯二酚结构的有机物为原料,合成了一种胶结型堵漏剂BFD-1。实验结果表明,人造疏松岩心在加有4%BFD-1的水溶液中浸泡后,岩心抗压强度提高率达19.34%。以BFD-1为核心,复配现场常用堵漏材料,构建了适用于不同尺寸范围漏失通道的防漏堵漏钻井液体系,具良好的防漏堵漏性、胶结性,并可有效阻止压力传递。研究成果可为该地区钻井井漏防治提供有力技术支撑。

复杂泥页岩地层井壁稳定钻井液材料研究现状

针对复杂泥页岩地层钻井过程中频繁出现的井壁失稳问题,目前国内外已形成了用于稳定井壁的钻井液技术,包括泥页岩水化抑制技术、地层孔隙封堵技术和化学固壁技术。但以上多种技术均无法抑制泥页岩的表面水化作用,高温条件下快速封堵和化学固壁剂的效果也相当有限,因此井壁失稳问题仍难以解决。系统总结了复杂泥页岩地层井壁稳定钻井液材料的研究工作,通过对井壁稳定钻井液材料研究现状进行分析,阐述了不同钻井液材料包括泥页岩水化抑制剂、封堵剂、化学固壁剂的作用机理,探讨了不同种类井壁稳定材料的优势和缺陷。据此指出开展泥页岩水化基础理论研究、开发高温高盐条件下稳定有效的新型纳米材料、建立能够模拟井下条件的化学固壁剂的评价方法将成为未来复杂泥页岩地层井壁稳定钻井液材料和技术研究的热点和难点。最后对复杂泥页岩地层井壁稳定钻井液技术和材料的发展方向进行了展望。

页岩油储层环保型高性能水基钻井液体系研究及应用

为了满足页岩油储层钻井对钻井液环保性能的要求,以环保型页岩抑制剂HBY-S和环保型复合润滑剂HBR-L为主要处理剂,并结合其他环保型处理剂,研制出了一种适合页岩油储层钻井的环保型高性能水基钻井液体系。室内对钻井液体系的耐温性能、抗污染性能和环保性能进行了评价,结果表明:体系具有良好的耐温性能,经过160℃老化后钻井液体系的高温高压滤失量为9.6mL,岩屑滚动回收率可以达到90.6%,润滑系数为0.089;体系具有较强的抗污染能力,钻井液中加入10%NaCl、1.0%CaCl_(2)或者15%岩屑粉时流变性能和滤失性能均比较稳定;体系的环保性能优良,钻井液的EC_(50)值为85000(无毒),BOD_(5)/COD值为26.5%(易降解),重金属含量均低于行业标准值。环保型高性能水基钻井液在某页岩油区块水平井钻井过程中进行了成功应用,其中DG-1井钻井期间未出现井下复杂事故,现场钻井液性能稳定,环保性能达标,实现了安全高效钻井的目标,在页岩油水平井钻井中具有良好的推广应用前景。

AMPS/DMAEMA/AM三元共聚物钻井液降滤失剂的研制

以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为单体,过硫酸铵为引发剂,采用水溶液聚合法制备了PAAD降滤失剂,通过单因素实验对其制备工艺进行了优化,并对降滤失剂的耐温耐盐性能进行了探究。结果表明,在丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯质量比为4∶2∶0.02、反应温度为60℃、反应时间4 h、过硫酸铵用量为混合单体质量的0.15%的最佳条件下,所制备的降滤失剂的降滤失效果最佳,抗温达210℃。

准噶尔盆地中部永进油田超深井井壁稳定钻井液技术

永进油田位于准噶尔盆地中部Ⅲ区块,储层为侏罗系西山窑组,油气埋藏深,地质构造复杂。前期勘探中采用四开制井身结构,随后调整为三开制,二开及以下地层钻进过程中复杂情况频发,井壁稳定性差,钻完井时效低,且前期已完钻井储层污染严重,制约了永进油田勘探与开发进程。为此,基于对该区超深井钻井液技术难点的分析,制定了相应的稳定井壁技术对策,据此针对二开长裸眼井段,研选聚胺强抑制钻井液体系;针对三开复杂地层,研选合成基强封堵钻井液体系。两种钻井液体系经过评价实验与现场应用,均获良好结果。评价实验结果表明,两种钻井液体系均具备较强的抑制性能、封堵性能,针对三开复杂地层的合成基强封堵钻井液体系兼具储层保护性能。两种钻井液体系在永进油田9口井的现场试验应用结果表明:(1)两种钻井液体系辅以现场施工工艺,所形成的超深井井壁稳定钻井液技术切实可行,能够保证应用井在二开长裸眼井段及三开复杂地层钻进过程中井壁稳定,起下钻通畅,中完及完井作业顺利;(2)对比前期完钻的8口井,应用超深井井壁稳定钻井液技术顺利完钻的9口井,井身质量明显提高,钻井、完井时效显著提升(平均钻井周期缩短69.61%,平均完井周期缩短65.29%,平均机械钻速提高80.88%),取得了良好的优快钻井效果;(3)钻井液对储层的污染性小,取得了良好的储层保护效果,应用井完井试油获得稳定高产工业油气流,首次实现了对永进油田油气储量的有效动用。结论认为,井壁稳定钻井液技术在永进油田超深井钻井中的成功应用,为该区块的后续勘探开发提供了有力保障,对其他区块超深井或存在井壁失稳问题井的钻井液技术研究亦有参考意义。

钻井液用自适应堵漏材料的研制

针对堵漏过程中易漏地层特征掌握不准确,现场堵漏材料自适应能力差,易造成堵漏效果不佳和堵漏后发生重复性漏失的情况。通过可变形材料的优选,同时利用现有刚性堵漏材料的特点,研制出一种具有较好抗压能力和弹性的自适应堵漏材料,抗温达170℃,69 MPa压力下可变形不破碎,压力去除后回弹率达80%,与钻井液配伍性好,形成的自适应堵漏配方能够对1~6 mm的变化缝宽形成有效封堵,漏失少,承压能力达6 MPa。

页岩气调查井复杂地层有机硅聚合物钻井液体系的研制与应用

页岩气调查井通常地质条件复杂,钻探难度大。在对页岩气调查川沐地2井井壁稳定性分析的基础上,优选了有机硅聚合物钻井液体系,并通过正交试验,明确了有机硅改性聚合物、多级配超细碳酸钙、乳化石蜡和硅氟聚合物等主要处理剂的最优加量,形成了基本配方,在室内实验评价中该体系展现了良好的抗钻屑污染能力、抗钙侵能力、抑制性和封堵性。现场应用表明,川沐地2井在采用有机硅聚合物钻井液体系后,井内复杂情况得到明显改善,有效保障了井内安全,并顺利钻进至设计井深,实现了地质目标,钻进效率相比同区域同类型钻井大幅提高。研究成果可为页岩气调查井复杂地层钻探钻井液的选择与应用提供借鉴。

超深缝洞型碳酸盐岩储层超低密度钻井液技术

塔里木油田压力系数低于1.0的超深井碳酸盐岩低压储层常发生钻井液失返性井漏,其平均井深超过6000 m,井控风险极大,除了强钻再无更好手段,往往只能提前完井。为提升超深井水平段延伸能力,研究人员研发了高强度空心玻璃微珠,可配制密度为0.93~1.07 g/cm^(3)的超低密度水基钻井液。详述了中古262-H4C井井漏失返后利用低密度水基钻井液重建井筒循环、恢复常规定向钻进的施工过程。现场钻井液密度最低降至0.98 g/cm^(3),井漏失返后多钻373 m,实现了一井钻穿两个缝洞体的地质目的,保障了该井井漏失返后钻至设计井深,开创了空心玻璃微珠超低密度钻井液在国内垂深超6000 m的超深井应用先例,为我国类似老区低压地层应用提供了技术参考。