滚动负压筛在国内油气钻井中的试验与应用

传统钻井振动筛在常压下依靠振动产生5~6g的抛掷力将钻屑从钻井液中筛分出来,钻屑含液率高,固废量大。滚动负压筛是一种基于带式真空过滤原理与微振动复合作用的钻井液固液分离装置,其钻井液的透筛主要依靠真空作用,钻屑含液率低,钻井液回收率高,固废产生量少。2014年以来,国内陆续引进部分滚动负压筛,在海洋钻井固废减量和陆地钻井钻屑减量中进行了试验和小范围的应用,但相关的试验和应用报道较少。对滚动负压筛在国内陆地钻井中进行了应用和对比试验,试验结果表明,滚动负压筛排出钻屑的体积含液率可降低到35%以下,油基泥浆时,每米进尺泥浆消耗量和固废实际产生量比传统振动筛可分别降低32.25%和51.63%,分离出的钻井液含砂量和有害固相降低,提升了钻井液的性能。滚动负压筛的应用具有较好的经济效益和环保效益,但一次性设备投入成本较高,可能影响其大面积的推广应用。

钻井液离心机预防绳索取心钻杆内壁结垢研究

针对钻杆内壁结垢严重制约绳索取心安全、优质、高效实施的技术难题,开展了金刚石绳索取心钻进钻杆内壁的结垢机理与影响因素综合研究,结果表明:当钻具结构与钻井液性能一定的情况下,钻井液中的固相含量与颗粒大小是影响钻杆内壁结垢的主要因素。金刚石岩心钻进所产生的岩屑粒径在5~100μm之间,总体偏细,难以依靠自然沉降清除。为此,研制了TGLW系列小型离心机,现场试验表明:该离心机可使钻井液中固相颗粒的峰值从5~80μm降到3~10μm,固相粒度中值从11.189μm降到3.513μm,固相清除率达90%以上,控制钻井液固相含量在0.5%以下,既维护了钻井液性能、又预防了绳索取心钻杆内壁结垢。

大直径钻孔预抽瓦斯治理技术研究

针对寺家庄矿走向长度3300 m的大采长工作面煤层瓦斯储量和涌出量大、上隅角容易超限的难题,采用大直径顺层钻孔抽采煤层瓦斯技术,建立了考虑钻孔叠加效应的流固耦合数值计算模型,分析了钻孔直径分别为113 mm和400 mm时钻孔抽采的瓦斯压力演化规律、有效抽采半径以及瓦斯抽采效果。研究结果表明:实施大直径钻孔预抽技术后,钻孔有效抽采半径相对于普通直径钻孔提高了21.12%;引入系数k=pm/pc作为叠加效应的评判指标,以单孔直径113mm钻孔有效抽采半径为参考,采用普通直径钻孔进行多孔抽采时,直径113 mm钻孔有效半径较单孔抽采提升了3.7倍;采用大直径钻孔进行多孔抽采时,其有效半径较单孔抽采提升了4.5倍;钻孔瓦斯抽采浓度提高了2倍,抽采纯量提高了5倍,为大采长工作面的瓦斯治理和安全生产提供了技术和理论指导。

陕西榆林废弃钻井液固液分离技术研究

采用稀硫酸作为破胶剂,通过室内抽滤实验对各种常用絮凝剂进行了优选,优化了废弃钻井液固液分离配方,即采用酸化破胶后加入3.09 g/L硫酸铝和3.09 g/L硫酸铁,能够将废弃钻井液进行脱稳分离。经陕西榆林现场应用表明,废弃钻井液应用此技术脱稳后,一次压滤成功,滤饼中平均含水量为31.79%。与前期固液分离效果相比,滤饼平均含水量降低了17.90%,废弃钻井液处理成本降低了10.21%。

双保型油田水无固相钻井液体系

针对塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层开发过程中,常规聚磺钻井液体系含不酸溶固相漏失后污染储层,磺化类处理剂不符合绿色开发理念等技术难题,因地制宜地引入油田水配制无固相钻井液,避免了固相对储层的损害,并优选出了抗高温抗钙增黏剂、流型调节剂、抗高温抗钙聚合物降滤失剂等关键处理剂,开发出了双保型油田水无固相钻井液体系。室内评价数据显示,该钻井液抗温可达150℃,动塑比高达0.68~0.76 Pa/mPa·s,生物毒性指标EC50高达28600 mg/L,生物降解指标BOD5/CODCr高达21.35%,为无毒易降解钻井液体系,动态渗透率恢复值高达91.8%,具有良好的储层保护性能。研发的双保型油田水无固相钻井液体系成功在10多口深侧钻井应用,应用效果显著。

泥浆不落地技术在地质岩芯钻探中的应用

钻井液被誉为钻探的“血液”,钻井液性能的好坏,使用、维护是否得当,直接关系着机械钻速、孔内工具仪器与钻头寿命、泥浆泵磨损、孔内安全、钻井液费用以及整个钻探综合成本等,因此钻井液的维护尤其重要,而钻井液的固相控制正是维护钻井液的重要技术手段。地质岩芯钻探与石油勘探相比具有口径小、环空间隙小、泵量低、机械转速高等特点.

河探1井超高密度钻井液技术

河探1井是中油股份公司在华北油田河套盆地临河坳陷部署的一口重点风险探井,完钻井深为6460.44 m,钻探目的为探索兴隆构造带光明背斜古近系、新近系生储盖特征及其含油气性。该井三开钻遇四套不同压力系数复杂地层,钻井液密度窗口窄,现场顺利实施了提密度压井、堵漏,控压钻进等作业,四开钻遇异常高压流体层,应用超高密度钻井液体系一次性将钻井液密度从1.80 g/cm^(3)提高至2.55 g/cm^(3),并安全实施完井作业,储备压井高密度钻井液(ρ=2.60 g/cm^(3)),达到国内应用水基钻井液采用重晶石粉加重的极限。在钻井施工过程中先后出现井塌、膏泥岩层蠕变缩径卡钻、高压盐水侵以及井漏等事故复杂,采用超高密度抗高温复合盐钻井液,现场应用随钻封堵提高地层承压能力工艺,分段完成七次承压堵漏,同时强化一级固控有效使用,应用高目筛布、优化钻井液体系配方、优选加重材料、调节膨润土含量及合理控制低密度固相含量等手段,成功解决了窄密度窗口和超高密度水基钻井液高温、高固相流变性能调整困难等技术难题,确保了压井和试油作业期间高温条件下超高密度钻井液体系具有良好的稳定性。该井创地区同期六项钻井技术指标,日产302.4 m^(3)高产工业油流,实现巴彦油田最深井勘探发现,为钻井及完井试油作业提供了技术支撑。

高密度水基钻井液降黏剂的研制及应用

高密度水基钻井液流变性失控的主要原因之一是劣质固相含量的增加。劣质固相在高密度水基钻井液中分散,增强体系网架结构,导致钻井液黏度和切力上涨。基于竞争吸附降黏原理,以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、苯乙烯、马来酸酐、N,N-二甲基丙烯酰胺四种单体按摩尔比1∶2∶1∶1合成了低分子量聚合物降黏剂WNTHIN。降黏剂评价实验表明,WNTHIN能够有效降低密度为2.40 g/cm3的高密度钾聚磺水基钻井液的黏度和切力,塑性黏度降低率达42.85%,静切力降低率达51.35%,WNTHIN推荐加量为1.5%。在蓬莱气区某井现场应用中,WNTHIN的使用改善了高密度钾聚磺水基钻井液流变性,塑性黏度由58 mPa·s下降至30 mPa·s,动切力由29 Pa下降至14 Pa,10 min静切力由28 Pa下降至16 Pa,高密度水基钻井液性能得到有效改善,满足了深井钻井安全钻进的技术需求。

水基钻井液固相分布与控制——以苏里格东部气井为例

为促进钻井现场水基钻井液的精细化控制程度、进一步提升安全高效钻井技术。以苏里格东部两口气井钻探现场的水基钻井液为研究对象,对其在钻进过程中的固相含量变化、固相粒径分布、钻井液含砂量以及固控设备的清除效率等开展了分析研究。结果表明,从延长组至马家沟组的钻进过程中,钻井液固相含量从4%~7%增长至9%~13%,伴随着钻井液密度的上升;粒径大于109μm(140目)的固相从63.05%降至35.5%,粒径小于74μm的固相从3.98%增长至12.73%,且固控设备难以降低其含量;钻井液含砂量控制在0.5%以内;在钻井液体系转化前后,沉砂罐和振动筛清除固相效率最高分别为43.31%~51.47%和45.38%~53.98%,而除砂除泥一体机的清除效率最低为5.31%~11.76%。这为钻井现场的高效固相控制与水基钻井液的精细优化提供了参考与借鉴。

一种高密度无黏土低固相钻井液体系研究

为了满足高温高压钻井以及降低钻井液对储层岩心的伤害,研究了一种高密度无黏土低固相钻井液体系,通过以丙烯酸和乙酸乙烯酯为原料制备一种分散剂FX-1来提高高密度无黏土低固相钻井液体系的稳定性。结果表明:分散剂FX-1使碳酸钙表面的Zeta电位的绝对值增大,其分子吸附在碳酸钙表面,羧酸基团使Zeta电位绝对值升高,提高了碳酸钙颗粒(加重剂)的沉降稳定性和水化能力。含有2%分散剂FX-1的高密度无黏土低固相钻井液体系在150℃下静置3天后未出现沉降现象,表明该体系在高温条件下具有优异的稳定性。另外,高密度无黏土低固相钻井液污染岩心后采用直接返排的方式测试岩心渗透率恢复率为83.65%,表明该体系具有良好的储层保护效果。

水基钻井液劣质固相控制及其现场应用

钻井液中黏土矿物水化细分散是导致钻井液低密度劣质固相含量增加的主要原因,为有效控制钻井液中低密度劣质固相含量增加,基于对低密度劣质固相产生及其控制原理研究,从黏土矿物粒径分布、晶层间距变化、红外光谱分析、对钻井液性能影响等四个方面开展了低分子胺类处理剂CQ-ATP对黏土水化细分散的影响分析。结果表明,CQ-ATP可进入黏土矿物晶层结构,保持黏土矿物干/湿样晶层间距数值相当,强化黏土矿物晶层结构连接,从而有效控制黏土水化细分散。现场应用证实,在钻井液中添加CQ-ATP后,钻进过程中振动筛返出岩屑颗粒尺寸大于1.7 mm占比70%以上,返出岩屑颗粒成型度好、尺寸大、PDC齿痕清晰可见,相较于钻井液中未添加CQ-ATP的邻井,应用井钻井液性能稳定、可控,完钻时钻井液低密度劣质固相含量可控制在6%左右。

盐膏层有机盐钻井液技术研究与应用

在盐膏层等复杂地层钻探过程中 ,常规钻井液易受到盐、膏等的污染 ,导致钻井液性能恶化 ,维护处理复杂 ,甚至引发钻井事故。针对此类地层 ,研制了抗盐、抗钙能力强的高密度有机盐钻井液。通过大量的试验 ,优选与有机盐相配伍的处理剂 ,优化处理剂加量 ,确定了有机盐钻井液配方为 :水 +0 .5 %Na2 CO3 +(3%～ 4 % )抗盐粘土 +(0 .15 %～ 0 .2 % )XC +(1.5 %～ 2 .5 % )降滤失剂 +(5 0 %～ 130 % )复合有机盐 +2 %无荧光防塌剂 +1.0 %聚合醇 +加重剂。并对该钻井液体系的流变性、抑制性、抗温性、抗盐、抗钙能力、固相容量等进行了评价。结果表明 ,该钻井液体系性能稳定 ,抑制性、抗污染能力强 ,固相容量限高。 2 0 0 3年该高密度有机盐钻井液在家 5 9井现场应用中 ,钻井液性能稳定 ,携砂能力强 ,维护处理简单 ,解决了盐膏层钻进中的钻井液技术难题 ,避免了复杂及事故的发生 ,安全顺利钻穿了该井沙二段 341m的复杂盐膏层。

“322”固控对调整钻井液性能的功效发挥及应用

固相控制是现代钻井工艺中重要的环节之一，它已成为直接影响安全、优质、快速钻井和保护油气层的重要因素，所以固控设备的配置成为钻井设备配置中重要的部分。合理的固控配置足有效控制钻井液有害固相含量的基础。

无固相弱凝胶钻井液配方优化及在塔里木油田的应用

针对无固相弱凝胶钻井液在使用过程中出现的易起泡、抗气侵能力欠佳、滤失量偏大等问题,以表观黏度、起泡率、泡沫半衰期、表面张力、高温高压滤失量、渗透率恢复值等参数为指标,分别评价了现场井浆用水、无机盐加重剂、降滤失剂、增黏剂、弱凝胶结构剂等对钻井液性能的影响。对无固相弱凝胶钻井液配方进行了改进,加入强抑制剂聚乙二醇,使用甲酸钠等有机盐取代氯化钙进行加重。改进配方的高温稳定性提高到150℃,高温高压滤失量降至12 mL,0.3 r/min超低剪切速率下的黏度显著增大,并且用天然岩心测得的渗透率恢复值提高了37%。优选出了1种消泡剂———聚硅氟消泡剂,该剂具有很强的抗盐、抗钙能力,抑泡、消泡效果显著。改进的无固相弱凝胶钻井液在TZ826井的应用中取得了明显效果。

北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术

北部湾地区地质条件复杂,钻井难度大,结合北部湾地区钻探的实际情况,通过对影响水基钻井液重复利用因素的分析,对废弃钻井液的粒度分析和性能检测制定了一套成熟的固相控制技术。通过检测废弃钻井液中固相颗粒粒径分布,优化固控设备的搭配和参数配置(尤其是振动筛筛布选择),选择离心机分离能力、布局和台数等,从而提高固相控制效率,达到有效净化废弃钻井液的目的 ;制定了一套合适的废弃钻井液处理方式:先检测回收的废弃钻井液性能,然后通过固控设备来净化废弃钻井液,合理配制新浆量进行稀释处理废弃钻井液,使钻井液性能满足下一口井或井段的开钻要求,节省了材料成本、人工成本和运输成本。北部湾水基钻井液固相控制与重复利用技术在北部湾地区29口开发井进行了成功应用。

固相含量和密度对高密度钻井液流变性影响的实验研究

高密度钻井液体系的研究和应用中,流变性是重要的衡量标准,而固相含量和密度又是影响高密度钻井液流变性最重要的因素。通过机理分析,并根据大量室内试验研究了在高温条件下,高密度钻井液固相含量和密度的变化对其流变性能的影响规律和程度。通过对钻井液表观黏度、塑性黏度、动切力和静切力等流变参数的变化进行测定和计算,对不同固相含量(2%～6%)的高密度钻井液流变参数曲线变化进行对比得出:含土量增大,钻井液的黏度增大;高密度钻井液的流变性受固相含量大小和温度的影响明显、受压力和添加剂的影响较小。该试验研究结果将对钻井现场高密度钻井液的应用具有重要的借鉴作用。

低孔低渗气田长水平段水平井钻井技术

通过理论研究和现场试验,以国内现有钻井装备条件为基础,形成了包括井眼轨迹控制技术、电磁波随钻测量技术、无固相钻井液技术和欠平衡钻井技术的长水平段水平井钻井配套技术,并在大牛地气田DP4、DP5、DP6等3口井进行了应用。实践表明,充气全过程欠平衡钻井技术提高了大牛地气田机械钻速,达到了在钻井过程中保护油气层、及时发现油气层和提高单井产量的目的。总结了长水平段水平井井眼轨迹控制的基本方法,提出了其他相关技术的发展建议,对于高效开发低孔低渗油气田具有重要的指导作用。

钻井液隔离膜理论与成膜钻井液研究

特殊的水溶性聚合物在井壁岩石上吸附形成的膜具有防塌和储层保护作用。应用浓差极化理论对聚合物半透膜的“过滤”过程进行了分析,阐述了“隔离膜”的概念以及从半透膜到隔离膜的转变原理。隔离膜的概念可以认为是由于浓差极化产生的二次膜或者三次膜甚至多次膜的作用,使钻井液中的自由水在膜上的渗透率大为降低甚至为零,最终表现为没有滤失量的增加,因此隔离膜是在半透膜形成的基础上经过多次物质的沉积“污染”而形成的。采用滤失实验、透水实验和改性膨胀实验,利用研制出的多糖类聚合物进行了成膜实验研究。Plj成膜剂以植物天然分泌物为原料,改性加工后的天然分泌物分子量为8.4×105,分子长度为4500nm,分子直径为19nm,该剂经酸水解后是一种无色无味可食的天然大分子,其中一部分为含有plj酸的高聚物,易溶于水形成真溶液,而另一部分为以半乳糖残基为主键、阿拉伯糖残基为支键的中性多糖,易吸水溶胀成凝胶状物质。膜的承压实验、透水实验、半透性实验、动滤失实验结果证明,该聚合物具有良好的成膜效果,并且通过应用研究出的LG-1膜清除液对膜的清除效果很好。

预防PDC钻头泥包的钻井液工艺技术

钻井液的性能恶化是造成PDC钻头泥包的主要因素之一,通过综合分析PY36-2-1井2次泥包时的钻井液性能,探讨了如何通过对钻井液性能的优化和宏观调控预防PDC钻头泥包。分析结果指出,在正常钻进时控制好钻井液的黏度和切力,使其达到实现平板型层流的要求;在软泥岩段易发生泥包的地层采用注稀胶液或是向循环池大量补充稀胶液的方法来制造紊流;钻进期间尽量保证离心机、除砂器和除泥器的全程开启,必要时使用稀释的方法 ;振动筛的用法应以钻井液覆盖筛网总长度的75%～80%为宜;推荐直井润滑剂加量为1%～2%,斜井水平井加量为2%～3%;对于聚合物水基钻井液,应控制包被和抑制剂的浓度分别为5～8和30～50 kg/m3。

水平井钻井完井液损害实验评价技术新进展

使用常规实验仪器评价水平井储层损害并未充分考虑其损害特殊性,国内外研究者一直在探索用于评价水平井储层损害的方法和技术。国外研究者通过设计专用水平井岩心夹持器来研究水平井损害问题,如模拟水平井径向流动条件的实验装置,研究水平井顶部、侧面及底部损害程度的三向多岩心夹持器等。国内研究者在自行研制的高温高压动态损害仪、长岩心评价仪等设备进行损害评价的基础上,又设计了多功能组合损害评价仪,充分考虑了各向异性、时间效应及钻具偏心等因素对水平井钻进过程损害的影响,进一步深化了水平井油气层损害过程和机理的认识。