FT1井非标大井眼超深井钻井液技术优化及应用

四川盆地川东地区高峰场构造已钻井资料表明,钻井过程中钻井液受污染、石膏层蠕变后造成井下复杂、卡钻事故的现象频繁发生,加之该区域志留系小河坝组及以下地层完成井较少,无有效参考资料,地质复杂,可预见性较差,FT1井为该区域的第一口非标大井眼探井,故面临井壁失稳、长井段泥岩造浆及膏盐污染、环空返速低、钻井液量大等特殊情况,造成维护困难,以及石炭系采空区与下伏异常高压地层引起的防漏、防喷、防高压差卡钻等难题更加突出。为满足井下安全快速钻进要求和尽快完成超深层油气藏地质勘探开发,通过室内相关评价实验对钻井液配方和维护工艺进行分析,结合现场维护应用情况,完成了主要非标大井眼段钻井液体系和维护工艺的优化技术。结果表明:维护工艺和体系优化后的钻井液性能在护壁防塌、携砂性、抑制性、抗温、抗污染、封堵、润滑等多项性能方面较传统钻井液体系有更大的优势,有效解决了抗膏盐污染、井壁失稳、防漏、防卡等问题,现场应用效果好,提速显著,杜绝了钻进过程中复杂事故的发生。

川渝地区超深井强封堵高润滑水基钻井液体系研究

随着川渝地区勘探开发向深层、超深层的拓展和推进,深井、超深井日益增多,纵向上由于地质构造复杂和多压力系统存在,加之深部未探明地层的揭露,对深井、超深井的钻井液技术提出了新的要求。有必要针对超深井水基钻井液体系进行深化研究,以优异的钻井液性能辅助安全钻井,配合减少事故复杂,实现“提质增效”的目标,为川渝地区深部油气资源的勘探和天然气增储上产提供技术支撑。优选沥青质封堵剂和超细碳酸钙作为复合封堵剂,提高现有水基钻井液体系的封堵性能;优选胶囊型润滑剂,提高现有水基钻井液体系的润滑性能。现场应用表明,优选的处理剂与现场所使用的其他材料配伍性好,体系稳定,润滑效果好,能明显改善钻井液润滑性,能有效缓解深井、超深井水基钻井液定向脱压、摩阻大等问题。

抗高温油基钻井液堵漏剂的研制与应用——以龙马溪组页岩气井W204H为例

针对四川盆地龙马溪组页岩孔隙、微裂缝较发育,导致油基钻井液漏失频发的问题,研发了抗高温油基钻井液堵漏剂。该堵漏剂以丙烯酸异辛酯(EHA)和4-甲基苯乙烯(MPE)为单体,二乙烯基苯(DB)为交联剂,偶氮二异丁腈为引发剂,通过乳液聚合法制备得到。合成反应的最佳条件为:反应单体配比EHA与MPE的摩尔质量比为8∶2,单体总质量分数20%,交联剂质量分数为0.10%,反应温度为80℃,反应时间为8 h。合成的堵漏剂颗粒粒径分布在3~30μm,粒径中值为11.2μm,可以有效封堵页岩地层漏失。热重分析表明:合成的堵漏剂分解温度为270℃,热稳定好;在钻井液中加入3%制备的堵漏剂,180℃热滚16 h后,黏度变化不大,累计漏失量由16.2 mL降至4.8 mL。在W204H井的应用结果表明:该堵漏剂在油基钻井液中的堵漏效果明显,平均井径扩大率低于3%,油基钻井液损耗量低于0.3 m^(3)/h,造斜段作业顺利,为安全钻进和钻完井工程质量提供了保障。

微乳液型油基钻井液冲洗液技术

为了高效清除井壁及套管壁上残留的油基钻井液、提高水泥环与环空界面胶结强度,根据表面活性剂盐水溶液与油接触后表面活性剂组装形成油水界面膜包裹油相而原位形成微乳液的原理,以琥珀酸二(2-乙基己酯)磺酸钠(AOT)、异构十三醇聚氧乙烯醚(AEO5-13)的复配体系为主表面活性剂,以柴油或白油为油相制备微乳液,通过考察微乳液增溶参数、界面张力等主要性能指标,确定了微乳液型冲洗液配方:KCl盐水(清洗柴油基钻井液时质量分数为7%,清洗白油基钻井液时质量分数为10%)+4%AOT+3%AEO5-13+6%正丁醇,并评价了该冲洗液的润湿反转能力、冲洗效率及与钻井液和水泥浆的相容性。研究结果表明,随盐度增加,微乳液相态经历Winsor Ⅰ型到Winsor Ⅲ型再到Winsor Ⅱ型的转变,Winsor Ⅲ型微乳液具有最佳的增溶参数和界面活性,形成Winsor Ⅲ型柴油微乳液及白油微乳液的最佳盐度分别为7%和10%。微乳液型冲洗液的润湿反转能力强、冲洗性能优越,7 min对油基钻井液冲洗效率达95%以上,且与钻井液及水泥浆的相容性好。

处理剂对聚磺钻井液胶体稳定性影响

为实现废弃聚磺钻井液的高效处理,以配方3%膨润土+3%SMP-2(抗高温降滤失剂)+3%SMC(抗高温降滤失剂)+3%SPNH(降滤失剂)+0.3%FA-367(包被剂)+0.2%XY-27(降黏剂)+3%磺化沥青(抑制剂)的聚磺钻井液为基础,通过采用近红外扫描分散稳定性分析仪测试聚磺钻井液体系的分散稳定性、用稳定性动力学指数TSI值定量表征钻井液的胶体稳定性,研究了各类处理剂对聚磺钻井液胶体稳定性的影响。通过测定钻井液体系表观黏度与Zeta电位,分析了各类处理剂对钻井液胶体稳定性的影响机制。结果表明:各类处理剂均会影响聚磺钻井液体系的胶体稳定性;未加抑制剂的钻井液对应的TSI增加了88.5%,表观黏度降低了74%,Zeta电位绝对值降低了9.2%;未加两性离子类包被剂和降黏剂的钻井液对应的TSI减少了46.2%,表观黏度降低了51.9%,Zeta电位绝对值增加了16.1%;未加抗高温降滤失剂SMP-2和SMC的钻井液对应的TSI减少了42.3%,表观黏度增加了10.4%,Zeta电位绝对值减少了33.3%;未加降滤失剂SPNH的钻井液对应的TSI减少了19.2%,表观黏度减少了23.4%,Zeta电位绝对值减少了8%。磺化沥青类抑制剂主要通过改变表观黏度影响钻井液体系的胶体稳定性,包被剂、降黏剂、以及稀释剂主要通过改变Zeta电位影响体系的胶体稳定性,降滤失剂则通过同时改变黏度和Zeta电位影响钻井液体系的胶体稳定性。

页岩气水基钻井液在YS-AB井现场试验与认识

针对川南页岩气井地层特点和前期页岩气水基钻井液应用情况,通过引入插层抑制剂、双疏抑制剂、键合润滑剂、封堵剂4种核心功能性处理剂对页岩气水基钻井液进行优化,室内评价表明,页岩气水基钻井液性能与油基钻井液接近。在昭通YS-AB井顺利完成该井直井段、造斜段和水平段钻井作业,该页岩气水基钻井液具有良好的抑制性、封堵性,岩屑返出成型,井壁稳定;但对于井眼轨迹变化较大井段,润滑性在工程表象上与油基相差较大。通过对2015年以来页岩气水基钻井液试验应用情况的综合分析,提出了针对川渝地区页岩气水基钻井液存在问题与认识误区,建议适度放宽高温高压滤失量的要求,降低塑性黏度,适当提高结构黏度,强化悬浮稳定性,缓解水平段“岩屑床”与“重晶石床”的形成,以降低钻具摩阻、扭矩。

威远地区页岩气压裂返排液配制钻井液技术研究

为了解决威远地区页岩气压裂返排液无害化处理成本高、处理手段单一、安全环保隐患突出等问题,文章分析了威远地区压裂返排液的碱度、密度、离子含量、物化指标等,明确了影响压裂返排液直接回用配制钻井液的主要因素。通过对比测试优选处理剂,对压裂返排液进行了碱度调节、抑泡处理、杀菌处理、高价金属离子处理。回用处理后的返排液配制钻井液,与未处理返排液配制的钻井液相比,高温高压失水从48 mL降至12 mL,起泡率从13.3%降至0。经过对钻井液体系中处理剂种类和加量进一步优选,优化后的钻井液体系高温高压失水降低至8.8 mL,综合性能与清水配制的钻井液体系一致,满足现场钻进需求,实现压裂返排液在现场直接处理回用,保障页岩气绿色勘探开发。

KL9井超高密度复合盐聚合物环保型钻井液技术

KL9井含大段以盐岩、含盐膏泥岩、软泥岩不等厚互层的复合盐膏层,极易发生盐膏层及软泥岩蠕变缩径阻卡,且该井位于拜城水源地上游地区,环保要求高,不允许钻井液中出现重金属、深色度流体。室内经过大量配伍、配方实验,摸索出一套集成了超高密度、复合盐强抑制、聚合物强包被、环保型的钻井液体系,该钻井液体系抑制性优于复合盐(10%KCl+20%NaCl)钻井液体系、处理剂生物毒性检测均为无毒、色度与本地土壤色度相近、抗盐膏、黏土污染能力强,最终实现了KL9井巨厚盐膏层及长段软泥岩安全快速钻井的目标,钻进、起下钻、电测均安全顺利,无划眼阻卡时效。

及时封堵钻井液体系在低承压地层中的优化与运用

随着超深井钻井技术的成熟,钻探目的层越来越深,钻进中穿越裸眼井段长度不断增加,超过1000 m的裸眼钻进中因地层跨度大,地层压力系数差异大,若钻井液选择不当,易造成低承压地层井漏、较高承压地层垮塌、井壁失稳等复杂情况。针对同一裸眼段中不同层位所对应的不同地质情况,优选钻井液性能对顺利完钻至关重要。以四川盆地西北部双鱼石—河湾场构造ST2井为研究对象,针对该井钻进中穿越中侏罗统须家河组—中三叠统雷口坡组大段裸眼地层,地层承压能力差异大,井下情况复杂,力求寻找一种性能稳定,适用于同一裸眼段中不同层位的钻井液体系。在综合钾聚磺钻井液体系和及时封堵钻井液(JSF)体系的基础上,通过优化钻井液配方、调整钻井液性能,合理使用固控设备等方面入手,优化改进了传统的JFS体系,在ST2井三开钻进中取得显著效果。现场应用表明:优化的JSF体系在长裸眼井段中有着良好的稳定井壁、携砂、润滑等特性,降低了井下复杂的发生率,缩短了施工周期,具有明显的经济效益。

准南地区霍尔果斯构造超高密度油基钻井液技术应用

新疆油田准噶尔盆地南缘霍尔果斯区块属于山前构造,古近系渐新统-始新统安集海河组具有高陡、高压、断层多、破碎强烈、超强水敏的岩性特点。在钻井过程中,容易出现井壁失稳、阻卡、井下复杂情况高发、井斜控制困难、时效低、钻井周期长、投资成本高等难题。为此,根据安集海河组泥岩的物理化学特征,分析采用油基钻井液钻井过程中的技术难点,提出相应的技术对策,通过实验优选出超高密度油基钻井液的配方,对其性能进行实验分析评价。研究结果表明:①超高密度油基钻井液具有好的抑制性、封堵性、抗污染性和低温流变性;②超高密度油基钻井液能够很好地解决新疆准噶尔盆地南缘霍尔果斯构造古近系强水敏性地层钻井的难题,钻井速度得到大幅提升,钻井周期明显缩短,钻井综合成本大幅降低,HSE方面的问题得到有效解决;③建议在新疆准噶尔盆地南缘霍尔果斯构造古近系进一步推广使用。

川渝页岩气井油膨胀随钻防漏治漏技术及应用

川渝地区页岩气水平井使用油基钻井液过程中,井漏问题突出,急需完善现用油基钻井液堵漏技术。为此,自主研发出油膨胀堵漏剂WNPDL系列,并采用“刚性颗粒+油膨胀颗粒+薄片+纤维+沥青”的技术思路,根据不同漏速,形成了1~5#油基防漏治漏配方。室内实验结果表明:①油膨胀堵漏剂WNPDL系列可以抗150℃高温能力,抗压35 MPa、回弹率10.0%~12.2%,在三类基础油中具有好的吸油膨胀能力,膨胀率52%~71%;②防漏治漏配方与油基钻井液具有好的配伍性能,1#随钻防漏配方具有好的防漏性能,侵入深度减少率95.0%。2~5#治漏配方对其相应缝板的治漏效果好,7 MPa条件下的总滤失量在28~44 mL。形成的油膨胀随钻防漏治漏工艺,在自201H2-5井的应用效果良好,一次堵漏成功率83%。结论认为:油膨胀堵漏剂WNPDL具有温度敏感延时吸油膨胀性,室温下的吸油膨胀率低,随着温度的增加,吸油膨胀率升高,非常适合地面调配具有流动性的堵漏浆,现场施工操作简便,堵漏浆被泵入到漏层后,随着地温的不断升高,逐步吸油膨胀,增强对漏层的封堵能力。

提高气体钻井携岩能力的方法及应用

目前气体钻井最小注气量的计算方法仅适用于岩屑在井底被钻头破碎,而未考虑其通过环空向上运移时被二次破碎的情况,但钻头在井底对岩屑的破碎往往不够彻底,很多岩屑必须在井底以及窄环空井段发生撞击和碾磨,经过二次破碎后才能被气体携带出井。岩屑的二次破碎主要发生在钻头、扶正器等环空突然变窄的位置,其二次破碎效率主要与岩屑向上运移的速度和钻具转速有关。通过引入二次破碎因子B,修正了岩屑粒径的理论计算公式,并通过现场取样分析,给出了B值的取值范围。以修正后的计算方法为指导,提出了通过提高转盘转速、选择适当的注气量来提高气体携岩效率。

深层页岩裂缝扩展与多期次压裂实验研究——以渝西龙马溪组为例

渝西深层页岩具有高闭合压力、高水平应力差的地质特征,导致页岩气开采过程中裂缝扩展难度大,裂缝扩展规律不清。本文以渝西深层页岩储层岩心力学参数、矿物质含量为基准,优选具有类似参数的川南龙马溪组页岩露头开展实验。通过模拟较高垂向应力和正断层应力状态,结合声发射监测数据与泵注压力数据,对不同天然裂缝发育条件下的岩页水力裂缝起裂和扩展规律进行研究分析。研究发现:正断层应力、天然裂缝不发育的条件下,压裂形成的裂缝形态单一;天然裂缝发育方位显著影响缝网形态,高角度天然裂缝引导人工裂缝转向,形成台阶状缝;水平天然裂缝引导人工裂缝水平扩展,形成“T”字或“工”字缝;声发射显示,在实验条件下水力裂缝破坏机理主要为拉张破坏,而水平天然裂缝破坏机理为剪切破坏;多期次压裂可有效改善缝间局部应力,进一步增加裂缝复杂程度;综上所述,天然裂缝是龙马溪深层页岩储层形成复杂缝网的基础条件。本文实验结果可为深层页岩气压裂中裂缝复杂度的提升措施提供实验规律认识和参考依据。

玉裂气井多层合采产能模拟研究

大多数低渗气藏都是由多个具有不同物性的相邻低渗小层构成，压后合采是重要的生产方式。根据各层压裂后的气体渗流机理，结合气体的性质和实际气体的状态方程，并用井筒中静气柱压力和流动方程计算层间流压来作为协调条件，建立了多层气藏一裂缝渗流的数学模型并编制了相应的计算程序进行求解。该模型可以模拟不同物性和地层压力下多个小层压后合采的生产动态、裂缝参数对压后合采动态的影响以及定井底流压条件下各层的产量贡献．为多层气藏开发时各层的裂缝参数优化提供了理论依据。

无机盐作用下伊利石水化特性的分子模拟

伊蒙混层水化导致井壁失稳的现象相当突出,蒙脱石的水化研究较多。为研究伊利石在无机盐作用下的水化机理及膨胀特性,通过分子模拟技术建立了1M-tv和1M-cv两种在油气储层中较常见的伊利石晶体模型,并进一步通过分子动力学方法研究了伊利石层间粒子的微观分布和进入层间的无机盐阳离子的水化参数。结果表明,伊利石层间距随吸附水分子数的增大而增大,当水分子数为20时达到饱和状态;1M-tv构型比1M-cv构型更容易发生水化膨胀;K^(+)和Ca^(2+)分别是一价阳离子和二价阳离子中水化数和水化半径最小的,且K^(+)可以嵌入四面体片层的硅氧六元环中而难以发生离子交换,可有效阻止水分子进入伊利石晶体结构内部;实验结果很好地验证了KCl和CaCl_(2)对伊利石水化膨胀的抑制性。该结果对于页岩的防塌机理研究和钻井液水化抑制剂的研究具有一定的理论指导意义。

致密砂岩气藏压裂井两相流流入动态研究

由于裂缝的影响,致密砂岩气藏压裂井易产水,准确地预测地层内流入动态对合理配产非常重要。针对致密砂岩气藏气水同产压裂井的渗流特征,将渗流场划分为地层及裂缝两个部分,以非达西稳态渗流理论为基础,基于扰动椭圆及等价发展矩形思想,分别建立了启动压力梯度及应力敏感的气水两相拟压力函数,推导出各区相应的产能方程,最终采用Newton-Raphson数值方法对产能方程进行求解。实例计算表明,该方程计算的气井无阻流量与实际产能测试结果误差较小,具有较强的实用性。

一种基于长效储层保护的新型有机胺完井液

针对乌干达某油田储层黏土矿物含量高,完井液在井底与储层接触时间过长,易造成储层损害的问题,基于完井液的抑制性实验确定有机胺加量比例和储层保护性能实验验证优选完井液的长效储层保护的作用的方法,提出了一种加入有机胺(PF–NETROL)的新型完井液。结果表明,现场不同含量有机胺(PF–NETROL)的完井液作用到膨润土后,放置1 d之后的防膨率分别为85.42%和94.21%,加入有机胺之后防膨效果较好;其中,加量为2%时的完井液体系在放置90 d后该完井液体系的防膨率仍大于90%,一直对膨润土保持着较好的抑制性;并且该体系在0~30 d内完井液对储层的危害最小,超过30 d之后开始对储层有一定程度的污染,在30 d后污染速度由缓慢增加到快速上升。因此,优选加量为2%有机胺(PF–NETROL)的完井液作为乌干达该油田的完井液体系,并建议在实际作业中采用每30 d更换、补充完井液的方式来保证完井液的性能,为能够进行长期作业提供保障。研究提出的新型有机胺(PF–NETROL)完井液配方可为长效完井液储层保护提供参考和借鉴。

页岩气开发水基钻屑中含油率的测定方法研究

以页岩气开发过程中产生的废弃水基钻屑中含油率测试方法为研究对象,采用超声协同萃取法对模拟水基钻屑中油类污染物萃取,以四氯化碳和四氯乙烯为萃取剂,考察在不同的萃取条件(温度、超声功率、时间、液固比)下萃取,利用红外测油仪测量时对其含油率的影响。结果表明,在超声协同萃取的温度为25℃,功率为120W,时间为20 min,液固比为4 mL/g时,两种萃取剂对模拟水基钻屑(含油率≤10%)中萃取后测量其含油率都在9.6%以上,相对误差<5%,四氯化碳的萃取效率高于四氯乙烯;对页岩气开发平台现场的废弃水基钻屑与模拟水基钻屑中的含油率进行对比测量,并计算其加标回收率和相对标准偏差R_(SD),两者R_(SD)<5%,加标回收率高。两类萃取剂在相同的萃取条件下对水基钻屑中含油率测试结果变化规律一致,可选择对环境危害较小的四氯乙烯作为水基钻屑中含油率测试的萃取剂,测试结果精度满足测试要求。