抗高温水基钻井液技术研究与应用现状及发展趋势(Ⅰ)

综述了高温对水基钻井液的要求及抗高温水基钻井液的特点,超深井钻井技术对抗高温水基钻井液的新要求,国内外抗高温水基钻井液处理剂及处理剂作用机理发展概况,国内外抗高温水基钻井液体系发展概况,国内外抗高温水基钻井液评价方法及评价实验装置发展概况,国内抗高温钻井液体系的现场应用概况、抗高温钻井液流变性研究、高密度钻井液流变性,抗高温钻井液技术面临的问题及抗高温钻井液体系发展方向等。

抗高温水基钻井液技术研究与应用现状及发展趋势(Ⅱ)

综述了高温对水基钻井液的要求及抗高温水基钻井液的特点,超深井钻井技术对抗高温水基钻井液的新要求,国内外抗高温水基钻井液处理剂及其作用机理发展概况,抗高温水基钻井液体系发展概况,国内外抗高温水基钻井液评价方法及评价实验装置发展概况,抗高温钻井液流变性研究、高密度水基钻井液流变性,抗高温钻井液技术面临的问题及抗高温钻井液体系发展方向等。

花场、朝阳区块流沙港组井壁稳定性研究

花场、朝阳区块位于福山凹陷,该处区块构造运动强烈,井下多次发生起下钻遇阻卡、坍塌等复杂事故,需对该区块井壁失稳机理进行分析,研究断层对井壁稳定的影响。通过钻井资料分析流沙港组地层井壁失稳特点及机理,并依据单一弱面准则,建立四压力剖面及安全钻井液密度窗口。结果表明,地层失稳的主要是由于断层处沿弱面剪切滑移;钻井液沿层理裂隙侵入,使得地层强度降低。Huachang and Chaoyang blocks are situated in the Fushan depression, an area characterized by intense tectonic activity, leading to frequent and complex downhole drilling incidents such as blockages, jams, and collapses. It is imperative to analyze the mechanisms of well-wall destabilization in this block and investigate the impact of faults on well-wall stability. Drilling data was utilized to conduct an analysis of the characteristics and mechanisms of well wall destabilization within the Liushagang Group formation. Additionally, a four-pressure profile and a safe drilling fluid density window were established based on the single weak surface criterion. The results indicate that the primary cause of formation destabilization is shear slip along the weak face at the fault, while drilling fluid intrusion along laminar fissures contributes to a reduction in formation strength.

储层友好型钻井液用超微四氧化三锰

在顺北油田深井、超深井钻井中,重晶石加重高密度钻井液体系存在流变参数调节难、沉降稳定性差、储层固相颗粒损害严重等问题。国外微锰(Micromax)在钻井液中的性能表现良好,但其技术垄断和高使用成本限制了其在国内推广应用。为研发高性价比国产微锰产品、构建储层友好型钻井液体系,采用锰矿法制备出钻井液用微锰(DFMT01),并进行结构表征和性能评价,测试了顺北区块高密度聚磺钻井液体系的性能及泥饼酸溶效果,讨论了含锰废液的循环利用。结果表明,DFMT01理化性质良好,密度大于4.7 g/cm^(3),酸溶率大于99%,D_(50)为1.17μm,颗粒球形度为0.967,均与国外同类产品相当;该产品加重的聚磺钻井液体系在流变性、滤失性、沉降稳定性、冲蚀性和储层保护特性均达到或超过Micromax加重体系。确定了“碳酸钙中和沉淀-硫酸回收锰离子-混凝法处理废水”处理高浓度酸性含锰废液的组合工艺,处理后水中锰的质量浓度为0.45 mg/L、固体悬浮物为10 mg/L,达到一级标准要求,可实现DFMT01生产、使用和处理的闭环利用。该产品性能优良,成本低,具有非常广阔的推广应用价值。

基于可解释性机器学习的ECD敏感性分析与预测技术

当量钻井液循环密度(ECD)计算过于繁琐耗时,且其敏感性规律尚未得到明确认识。为此,采用ProHydraulic软件对克深区带的1928个数据点进行分析,以确定ECD的理论值,并建立了相关的特征参数。同时,利用可解释性机器学习方法SHAP对钻井液特性、钻进参数和环空容积等关键因素进行了敏感性分析。最终,利用线性回归构建克深区带计算ECD的经验公式,涵盖了12个主要特征参数。结果表明,该模型表现优异,测试集决定系数达到0.963,平均绝对误差仅为0.04,为实际工程应用推出了简明、高效的经验公式。

融合LightGBM和SHAP的井漏类型判断及主控因素分析

在塔里木盆地库车山前地区,盐膏层和目的层的地质条件复杂,钻井过程中面临许多挑战。这种复杂性导致井漏在钻井过程中频繁发生,带来巨大的经济损失。研究采用LightGBM算法建立了井漏判断模型,LightGBM模型判别性能较好,平均召回率为85%,精确率为91%,F1-Socre为86.7%。同时利用了基于SHAP值的可解释性机器学习技术分别针对单次井漏事件和所有井漏事件进行分析。SHAP值方法基于合作博弈理论,它将井漏事件的发生分解为不同特征的贡献值,以解释每个特征对于井漏事件的影响。研究发现,Δρ(钻井液密度与地层破裂压力当量钻井液密度的差值)、排量、井深和层位是导致井漏的主要影响因素。同时针对库车山前地区的盐膏层和目的层的地质情况,深入分析了层内地质影响和层间垂直分布影响。由此,现场工程师能够准确、快速地判断井漏类型,为防漏堵漏措施制定提供了有力支持。

一种新型完井液高温高压静态沉降稳定性评价方法

完井液体系高温高压下沉降稳定性的好坏直接关系到后续下管柱测试、再次开泵等作业的开展,目前国内外对完井液沉降稳定性的评价没有统一的方法,虽然国内外学者提出了近9种方法,然而没有能够直观动态展示完井液在高温高压条件下沉降时整浆密度的变化情况,本文提出高温高压沉降密度测试法,并基于室内评价实验,横向对比落棒法、针入式沉实度法、静态稳定分层指数法以及高温高压沉降密度测试法的测试结果,得出高温高压沉降密度测试法直观性好、可视化强,能够模拟高温高压条件下完井液静沉降时整浆密度随时间的变化,对评价完井液沉降稳定性具有更好的指导意义。

钻井液沉降稳定性测试与预测方法研究进展

在钻井作业中,为了平衡地层压力和维持井壁稳定,通常需要在钻井液中加入重晶石,铁矿粉等高密度材料。然而,加重材料在重力作用下容易发生沉降,并引发井下漏失、卡钻、井控和固井作业困难等问题。20世纪80年代末以来,国外学者对重晶石沉降问题进行了广泛研究。对目前常用的钻井液沉降稳定性测试技术、影响沉降稳定性因素以及钻井液沉降稳定性预测和控制方法进行了论述。

气制油的性质与气制油钻井液

石油勘探开发过程中,由于大斜度井、水平井以及页岩气井等复杂井的日趋增多,环保法规日益严格,对钻井液的性能提出了更高要求。由于天然气制备的气制油,具有黏度低、无多环芳烃,生物降解能力强、热稳定性好等特点,因而与常规油基钻井液相比,采用气制油为基础油配制的钻井液具有如下优点:黏度低,有利于提高钻井速度;当量循环密度低,有利于防止井漏、井喷、井塌等井下复杂情况的发生;与各种处理剂配伍性好,性能容易调控;毒性低,可直接排放,环境保护性能好,该钻井液具有广阔的发展前景。对气制油的性质,气制油钻井液的性能及现场应用情况进行了综述。

钻井液用封堵剂的评价方法及影响因素

井塌、井漏、油气层保护是当前制约钻井工程顺利进行的3大技术难题。为了解决此难题,要求钻井液具有强的封堵性能。通过对钻井液封堵剂的评价方法及影响因素进行研讨,提出采用42型或71型高温高压滤失量测定仪,测定钻井液HTHP滤失量、HTHP渗透失水、HTHP砂床滤失量和HTHP砂床渗透失水4个指标来评价钻井液的封堵效果;并对钻井液封堵剂种类、加量、膨润土和加重剂含量、钻井液中固相粒级分布、含油量、温度、压差、地层裂隙大小等因素对钻井液封堵效果的影响进行了研讨。得出,复配使用降滤失剂、沥青类产品、成膜封堵剂等可以有效实现对地层裂隙的封堵,随温度与压差增加,封堵剂的品种与加量必须进行调整。

黄原胶高温稳定性的影响因素

通过分析总结前人的研究成果及经验,从黄原胶固有的分子结构出发,分析了黄原胶的高温降解机理,论述了黄原胶高温稳定性的影响因素。分析结果表明,当温度高于构象转变温度时,黄原胶分子由原来有序的稳定的二维结构变成杂乱无序的结构,使其主链暴露出来,更容易受到外部自由基和酸碱的攻击而变得不稳定;氧是黄原胶发生自由基氧化还原反应的主要原因,因此加入抗氧剂可提高黄原胶的热稳定性;一价盐尤其是甲酸钾、KCl等含K+的碱金属盐类,能够提高黄原胶的构象转变温度;在酸性和碱性pH值条件下,黄原胶都容易发生水解反应,因此应尽可能地使pH维持在中性。

固化承压堵漏剂在渤海油田断层破碎带的应用

渤海油田地层完整性差,断层破碎带井漏等裂隙性漏失是困扰钻井工程的一大技术难题。统计分析发现断层破碎带井漏占渤海油田全部井漏的16%,堵漏一次成功率仅为46.6%。针对断层破碎带井漏的特点,结合海上工程实际,研制出了一种堵塞形成快、滤饼强度高的酸溶性高失水固化堵漏剂STP。该堵漏剂选用酸溶性高失水材料复配架桥材料、特种纤维材料和固化剂组成,主要成分为亚硫酸盐和氧化物,不含聚合物,可直接用海水配制。室内评价和现场应用表明,该堵剂能够封堵断层破碎带等不同尺寸的裂隙性漏失,承压能力达7 MPa,对钻井液性能影响小,酸溶率80%以上,而且配制工艺简单,便于现场操作,非常适合海上油田断层破碎带堵漏。

削减PDC钻头泥包提高机械钻速的技术途径

采用PDC钻头与水基钻井液配合方式钻进泥页岩地层时,如何防止钻头泥包成为提高钻速的一大技术难点。为此,首先介绍了国外水基钻井液和水基钻井液添加ROP增速剂的钻头提速室内模拟实验取得的成果;然后用典型实例分别评述了PDC钻头优化(结构、氮化处理)以及在泥岩段地层中应用水基钻井液添加ROP增速剂的提速效果。考虑到钻井液的费用和环保问题,认为加入ROP增速剂的水基钻井液配合抛光PDC钻头将是软泥岩地层提速的有效技术途径,其应用一定会有更广阔的前景。

裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳机理及其解决措施

高邮凹陷钻进深层戴南组与阜宁组裂隙发育泥岩时发生井壁失稳,造成起下钻、测井遇阻卡,影响钻井速度及地质资料的录取、延误深层油气藏勘探/开发工作的进程。为提高深层钻井速度,通过对已钻井资料及坍塌地层组构特性分析,探讨了戴南组与阜宁组裂隙发育硬脆性泥岩井壁失稳机理,研究出提高该类泥岩封堵性的钻井液技术对策。采用醋酸钾、聚胺、大分子聚丙烯酰胺作为抑制剂,采用特种润滑剂RH85、特种封堵剂NF-25与ZHFD、成膜剂CMJ-2等复配作为封堵剂所组配的强抑制强封堵醋酸钾聚胺钻井液,能抑制裂隙发育硬脆性泥岩开裂,可用于裂隙发育硬脆性泥岩地层钻井施工。

抗160℃超高密度柴油基钻井液体系

由于油气勘探开发逐步向深层、非常规等油气藏发展,要求采用抗高温超高密度油基钻井液钻进,该钻井液必须具有良好流变性、低的高温高压滤失量、良好的封堵性与动/静沉降稳定性。研讨了抗160℃超高密度柴油基钻井液配方。通过大量实验得出,采用重晶石加重,无法配制出具有良好流变性能与动沉降稳定性能的超高密度柴油基钻井液;形成了抗160℃密度为2.4~3.0g/cm^3超高密度柴油基钻井液配方为,0^#柴油与25%氯化钙盐水的质量比为90∶10,加入有机土+0.8%主乳化剂+1%辅乳化剂+1%润湿剂+5%降滤失剂+3%CaO+加重剂(重晶石∶MicroMax为6∶4),其中有机土加量随钻井液密度增加而下降,密度为2.4、2.6、2.8和3.0g/cm^3的柴油基钻井液,最佳有机土加量分别为1%、0.5%、0.3%、0。

国内外防漏堵漏技术新进展

介绍了国内外在新型防漏堵漏剂、漏层预测新技术、防漏堵漏新技术等方面的进展情况,对防漏堵漏技术的发展趋势进行了预测。

处理剂对抗高温高密度油基钻井液沉降稳定性的影响

为了解决抗高温高密度油基钻井液存在的静态沉降稳定性与动态沉降稳定性难以控制的技术难题,采用改进的VST沉降测试法对抗高温高密度油基钻井液的动态沉降稳定性进行了测量,分析了有机土、提切剂、润湿剂以及提切剂与有机土配比对钻井液沉降稳定性及流变性的影响.结果表明,有机土加量越大,钻井液静态与动态沉降稳定性越好,密度差越小,但钻井液黏度越高;提切剂与有机土达到合理配比时,可以提高钻井液沉降稳定性;抗200℃、密度为2.0 g/cm3全油基钻井液优化配方为：有机土加量为3.5％～4.5％,提切剂加量为0.25％～0.3％,提切剂与有机土加量最佳配比为1∶（17～18）,润湿剂加量为2.5％.

甲酸盐对套管/油管腐蚀速率评价方法与影响因素

由于目前还没有关于甲酸盐腐蚀速率评价标准,借鉴国内外金属腐蚀速率评价方法,提出甲酸盐对石油钻完井用的套管/油管腐蚀速率评价方法。实验采用金属挂片失重法,使用CGF-Ⅱ高温高压静态腐蚀仪,研究了甲酸盐种类、甲酸盐生产工艺、p H值、钢材材质、密度、缓冲剂等因素对腐蚀速率的影响。结果表明,甲酸钠对TP140钢材腐蚀速率是甲酸钾的2倍多,因为甲酸钠中Cl元素含量(0.619%)大于甲酸钾(0.024 3%);由于生产工艺不同,甲酸钾A中S元素含量(0.18%)大于甲酸钾B(0.047 7%)与C(0.04 6%),因而前者的腐蚀速率远高于后2者;酸性条件下甲酸盐对钢材腐蚀程度较为严重,现场应用的甲酸盐盐水需使用碳酸钠/碳酸氢钠或碳酸钾/碳酸氢钾进行缓冲;TP140在甲酸钾盐水中的腐蚀速率是BG13Cr、JFE13Cr中腐蚀速率的20倍,表明甲酸钾对不锈钢的腐蚀速率远低于对碳钢的腐蚀速率;因为高浓度的HCOO-离子才对钢材腐蚀有一定保护作用,所以TP140钢材在1.20 g/cm^3甲酸钾盐水中的腐蚀速率是1.40~1.57 g/cm^3甲酸钾盐水的2倍多,因此在使用低密度甲酸盐体系时需加入缓蚀剂。上述实验结果为石油钻完井过程中使用甲酸盐水时的防腐工作提供了实验依据。

钻井液封堵性对徐闻区块涠三段井壁失稳的影响

在徐闻区块钻井过程中,钻遇涠洲组时发生了井塌等井下复杂事故,但通过对测井数据和地层3个压力剖面数据分析,发现钻井使用的钻井液密度均高于地层坍塌压力当量密度,且涠三段地层层理裂隙比较发育。利用给出的坍塌压力当量钻井液密度简化计算式,计算了钻井液浸泡后岩心坍塌压力的变化,其结果表明,随着钻井液浸泡时间的增加,岩石强度下降,进而造成地层坍塌压力大幅度增加,岩心浸泡5 d坍塌压力增加了12.15%。对涠三段地层井壁失稳情况及影响因素进行了分析,认为该层位井壁失稳机理为:钻井液封堵性不足以阻止钻井液滤液侵入地层,造成地层强度下降和近井壁孔隙压力升高,进而导致地层坍塌压力升高,诱发井壁坍塌。采用有机盐、包被剂和胺基抑制剂改善了钻井液抑制性,采用ZHFD、QS-4和NFA-25作为封堵剂,形成了强封堵强抑制的有机盐胺基钻井液,延长了井壁坍塌周期,有效解决了涠三段井壁失稳的技术难题。

延长气田强抑制强封堵胺基钻井液技术

针对延长气田地层特性、井壁失稳原因、储层特性等特点,开展了强抑制强封堵胺基钻井液研究。实验室采用抑制膨润土造浆实验,优选出抑制效果与聚醚胺相同、成本较低的胺基抑制剂AI-1。采用延长气田刘家沟组泥岩进行的页岩滚动分散实验和膨胀率实验表明,AI-1的抑制性好,对钻井液性能影响小。采用AI-1作抑制剂,改性淀粉、SPNH及PAC-LV作降滤失剂,ZHFD和FT-1作封堵剂,优选出强抑制强封堵胺基钻井液。该钻井液的流变性能较好,滤失量低,具有良好的泥饼质量、强的抑制性与封堵性能,对气层的损害程度低,对延长气田石盒子组、山西组、本溪组等气层岩心的渗透率恢复值在90%以上。该钻井液在延长气田3口井的使用,防止了井塌、井漏的发生,井径规则,提高了钻井速度,减少了对气层的损害。