大位移井岩屑床厚度预测模型与现场应用:以CH1-1-XX井钻井为例

大位移井钻井过程中,岩屑极易在斜井段及水平段环空底部积聚成床,导致憋泵、卡钻等事故,严重影响钻井施工安全和钻井时效。现有的岩屑运移及岩屑床清除模型均针对标准圆球状岩屑,与实钻中返出的岩屑形状差异较大,导致模型应用范围受限,无法提供更准确的现场指导。为探究大位移井非标准圆球状岩屑运移规律,通过可视化岩屑运移实验与计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟结合的方法,建立了一套大位移井岩屑床厚度预测经验模型,并在CH1-1-XX井开展了现场应用,对不同开次下的钻进参数进行了优化,取得了良好效果。结果表明:利用模型预测岩屑床厚度并进行钻进工艺参数优化后,一开与二开钻井时最高岩屑床厚度分别为40.6 mm和33.9 mm,均低于同井深处的岩屑床厚度安全线,表明井眼清洁程度高,无憋卡风险。建立的岩屑床厚度预测经验模型对提高大位移井井眼净化效率,保障大位移井安全高效钻进具有重要意义。

新型油井水泥用纳米基促凝早强剂

针对传统油井水泥促凝剂存在的腐蚀套管、增稠及早强作用较弱等问题,根据结构设计,通过溶液法合成了一种新型纳米基促凝早强剂A-1,并对其综合性能及作用机理进行了研究探讨。实验表明,该纳米基促凝早强剂在改善水泥浆流变的同时可显著缩短中低温下水泥浆的稠化时间,明显加快水泥石强度发展,稠化时间之比可达0.33,起强度时间可缩短50%,6 h抗压强度可达净浆的5倍以上,后期强度提高率仍可达29%。此外,该纳米基促凝早强剂还可明显缩短水泥浆静胶凝过渡时间,表现出良好的防窜作用。微观分析表明,该纳米基促凝早强剂可通过成核模板效应改变水泥石微观形貌,加速水泥石水化,使水泥石更加致密,从而改善水泥石力学性能。

海洋超高温高压井钻井液设计与测试方法及国外钻井液新技术

介绍了国外高温高压井的最新定义和分级,以及全球海上高温高压井的分布。阐述了海洋高温高压井钻井液性能设计方法,主要包括密度、高温热稳定时间、抗高温能力、高温高压滤失量、抗污染能力、低温流变性能和水合物抑制能力等,提出高温热稳定时间、抗高温能力、高温高压滤失量应为高温高压井钻井液3个关键性能设计及评价指标,建立利用极高温高压流变仪Chandler 7600模拟高温高压井钻井液静态高温热稳定时间和动态循环抗高温能力的评价方法。详细介绍了国外抗232℃超高温无铬环境友好型水基钻井液、抗220℃超高温高密度甲酸铯钻井液、抗180℃高温无黏土储层钻井液、抗260℃超高温油基钻井液、抗315℃极高温氟基逆乳化钻井液。上述技术对中国超高温乃至极高温钻井液技术的研究具有一定的借鉴意义。

一种海域天然气水合物钻井用相变控温微胶囊

海域天然气水合物(以下简称水合物)钻井过程中易发生水合物分解,进而引起井壁失稳等问题,因此水合物的分解是海域水合物地层钻井面临的重大技术挑战之一。针对目标水合物地层钻井液温度控制要求,优化了二元复合相变芯材,以纳米SiO2改性的三聚氰胺—尿素—甲醛(MUF)树脂为壁材,制备出改性MUF树脂相变微胶囊,并利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪等设备,结合升温实验及微胶囊破损率测试,对制备的相变微胶囊进行了结构表征,探讨了利用相变材料的相变蓄能作用对钻井液温度的调控效果及微胶囊壁材强度,并分析了其与深水水基钻井液的配伍性。研究结果表明:(1)以脂肪醇类二元复合物为芯材的相变微胶囊相变温度为16.8℃,相变潜热为96.3 J/g;(2)其相变蓄冷—释冷作用使悬浮液在升温至相变温度时出现明显的温度台阶,浓度为5%和8%的微胶囊可将悬浮液从15℃升温至20℃的时间分别延长52.9%和94.1%,有利于抑制地层水合物的分解;(3)该微胶囊具有较好的抗剪切强度和密封性,浓度在8%以内时对钻井液的流变性和滤失性影响较小,配伍性良好。结论认为,该相变微胶囊为水合物钻探中智能调控井下钻井液温度从而抑制水合物分解提供了新的解决途径和方法。

梳型聚羧酸抗盐减阻剂BCD-220L的合成与应用

为解决目前减阻剂对盐水水泥浆分散能力差的缺点,开发了梳型聚羧酸抗盐减阻剂,其抗盐至饱和,触变性差,使用饱和盐水配浆依然能够满足行标对淡水体系减阻剂的要求,能有效分散含盐高密度水泥浆、常规密度和低密度水泥浆,是一种高效减阻剂。该减阻剂在高温含盐高密度水泥浆中成功解决了水泥浆快速水化导致的无法配浆不能施工的难题,在纳米基低密度水泥浆中成功解决了包心问题,在超深井常规密度防窜水泥浆中分散性能良好,是一种高效减阻剂。其在哈法亚油田、米桑油田、大港油田和西部油田成功应用,有效提高了水泥浆的流动性,保证了顶替效率,有效提高了固井质量,保障了水泥环封固能力。

缅甸西海岸深水气田水基钻井液优化设计

为解决缅甸西海岸深水气田钻井面临的水敏性泥页岩井壁失稳、海底低温高压条件下钻井液增稠和易生成天然气水合物的问题,以聚胺抑制剂SDJA为关键处理剂,在优化钻井液低温流变性及优选天然气水合物抑制剂等关键处理剂的基础上,构建了强抑制性水基钻井液HIDril。室内性能评价结果表明,该钻井液具有较低的黏度和较高的动切力及6值,有利于清洗井眼,并且在温度4℃时具有良好的流变性;水敏性泥页岩回收率最高可达96.33%,抑制性能优良;在模拟海底环境的低温高压条件下,可有效抑制天然气水合物的生成;渗透率恢复率大于85.57%,具有较好的储层保护效果。在此基础上,针对缅甸西海岸深水气田不同井段的特点进行了钻井液技术方案设计,可为该深水气田钻井提供借鉴。

增韧防窜水泥浆在陇东地区油井水平井固井中的应用

长庆油田陇东地区是鄂尔多斯盆地致密砂岩油藏开发的主战场。先注后采、水平井规模开发和多级分段体积压裂是该地区增储上产的主要技术措施。同时也为配套固井技术提出了新的挑战。大型分段压裂会对常规水泥环造成很大的破坏作用,进一步加剧了油、水窜现象,直接影响油井后续的投产效果,因此防止环空窜流,不仅要考虑到水泥浆的防窜性能,还要考虑到改善水泥石力学性能的问题。针对上述难题,开发了增韧防窜水泥浆体系,该体系可有效改善水泥石力学性能,提高水泥浆的防窜能力,优化了固井工艺,形成了适用于该地区致密砂岩油藏的配套固井技术,取得了很好的应用效果。

固井用防水窜自愈合剂的探索

针对固井后环空窜流遇水问题,笔者开发了防水窜自愈合剂。该防水窜自愈合剂为核壳结构,以高吸水树脂作为核心材料,吸水倍数从尺寸为100μm开始呈指数增长,30 s内140目的样品吸水量达1898倍,120 s后达到稳定值,约2200倍;120目时吸水量在30 s也可达到892倍左右,120 s达到稳定值约1950倍。通过外部包裹后,其在水中可达到90℃下3 h不吸水的能力。在水泥水化后外壳破坏,其具有吸水自愈合能力。岩心实验表明,90℃下压差为2 MPa条件下防水窜自愈合剂40 min左右可完成裂缝封堵。含4%防水窜自愈合剂的常规密度水泥浆具有良好的流变性能,失水量可控,稠化时间线性正常,抗压强度较高,能够满足浅井固井水泥浆的需求。

高性能抗高温聚合物钻井液研究与应用

为满足环境敏感性海域高温深井钻井作业和环境保护要求,研究了抗温200℃,生物毒性值LC50大于10×10~4mg/L的高性能抗高温聚合物钻井液,其以合成聚合物为主要处理剂,辅以优选出的纳米封堵剂、页岩抑制剂和极压润滑剂,该体系具有了油基钻井液抑制泥页岩水化的分散性能和润滑性能,对环境友好,可直接排海。实验表明,分别以重晶石和甲酸盐为加重剂,该抗高温聚合物海水基钻井液体系在200℃高温热稳定时间长达48 h以上,高温高压滤失量为12~25mL,抗20%氯化钠和0.5%氯化钙污染,生物毒性卤虫96 h半致死浓度LC_(50)大于10×10~4 mg/L,发光细菌半数有效浓度EC_(50)大于30×10~4 mg/L,符合一级海区生物毒性排放要求。在环渤海油田进行了现场应用,取得了良好的试验效果,试验最深井深6 066 m,最高井底温度204℃。

海域水合物钻采水基钻井液中甲烷水合物聚集特性试验探讨

建立了水基钻井液中水合物聚集特性评价试验模拟装置,利用扭矩测试法分析了纯水中甲烷水合物生成过程中水合物颗粒聚集特性及变化规律,并对纯水中防聚剂抑制水合物颗粒聚集性能进行了试验评价。试验结果表明:在水合物生成过程中,扭矩值随水合物转化率的增大先平稳增加,然后剧烈波动,当水合物转化率达27%以上时,易产生水合物聚集构成流动障碍。水合物防聚剂AEO-3和十二烷基二甲基甜菜碱在100%含水率试验条件下无法阻止水合物颗粒聚集形成流动障碍,但AEO-3具有一定延缓水合物颗粒聚集导致流动障碍的作用。

免钻免捞筛管顶部固井工艺研究与现场试验

常规筛管顶部固井工艺兼有筛管和尾管固井工艺的优点,但是固井后需要钻除管内附件。为提高筛管顶部固井工艺效率,优化了内、外管柱的结构,使用皮碗封隔器和滑套式分级箍代替常规筛管顶部固井工艺中的盲板和压差式分级箍,通过移动内管柱位置实现坐挂、注水泥、循环等操作,固井后提出内管柱时将残留附件一次带出,套管内不会残留盲板和分级箍内套,通径满足后续作业需要,实现了固井后免钻免捞,并可通过调整皮碗封隔器尺寸实现不同复合尺寸套管筛管完井。该工艺在渤海湾海上合作区块的X井进行了现场试验,完成了Φ177.8mm尾管+Φ139.7mm筛管复合管柱的筛管顶部尾管注水泥固井作业,固井候凝后直接投产,无需钻塞,节约了钻机时间。

克深Y井盐层固井难点分析与技术对策

克深Y井四开钻遇多段盐层、漏失层和高压水层。盐层蠕变较强,下套管中途遇阻的风险高;高压水层和漏失层共存,固井安全密度窗口窄,仅为0.03g/cm^3,漏失和溢流的风险高;低漏失压力且套管偏心条件下,顶替差,难以封隔高压水层。该盐层固井难题的应对对于该井的钻探至关重要。通过分析地质工程条件,制定了盐层扩眼+模拟管柱通井技术措施;以漏失及溢流压力评估为基础,对固井工艺进行了论证并确立了正注反挤+及时憋压的固井方案;结合软件模拟技术,优化了扶正器方案和隔离液流变性能,并采用大排量顶替和多倍置换等系列措施提高顶替效率。制定的技术措施均在现场应用,结果显示,套管顺利到位,下放过程无阻卡;正注固井未漏失未溢流,反挤固井排量较大塞面可控;喇叭口负压验窜合格,实现了封隔水层的核心目标,为本区块应对盐层固井难题提供了参考。

纳米材料在固井中的应用研究进展

将纳米材料引入固井水泥浆,可改善固井质量、提高水泥石强度、保持井筒完整性。本文介绍了国内外纳米材料在固井中的应用研究进展,包括纳米二氧化硅、纳米氧化铁、改性碳纳米管、多壁碳纳米管、纳米黏土和其他的纳米材料,对纳米材料在固井中应用存在的问题和发展方向进行了探讨,为纳米材料在固井领域的进一步应用与研究提供了参考价值。

海域天然气水合物低温抑制性钻井液体系

针对海域天然气水合物钻探所面临的深水低温、浅层窄安全密度窗口、水合物生成与分解抑制、海洋作业环保要求等工程和技术难题,开发了低温抑制性钻井液体系。研发了热力学抑制剂KCl复配动力学抑制剂A2的水合物抑制技术,优选了低温流变稳定性能良好的高分子处理剂,开发的钻井液体系流变性能良好,膨润土含量为2%,API滤失量为4 mL,密度为1.07 g/cm^(3);低温流变稳定性优良,4℃较25℃时钻井液当量循环密度最大增量为0.004 g/cm^(3),优良的流变学性能有利于深水浅部地层窄安全密度窗口井段的井壁稳定和井眼清洁。该体系还具有优异的水合物生成抑制性能,4℃、20 MPa、20 h内完全抑制水合物生成,陈化10 d及被钻屑污染后抑制性能保持良好,同时具备明显的水合物分解抑制性能。各处理剂重金属含量达标,钻井液体系生物毒性半有效浓度EC_(50)值及半致死浓度LC_(50)值均大于30000 mg/L,满足我国一级海区环保要求。该钻井液的综合技术性能满足海域天然气水合物钻探技术要求。

新型油井水泥触变剂的研究与应用

常规油井水泥触变剂常存在触变性不够强、影响施工安全、综合性能欠佳等问题。为此,通过将合成聚合物和超细无机材料以2∶3的比例复配,开发出一种新型油井水泥触变剂BCJ-200S,研究了其应用性能。结果表明,该触变剂可显著提高水泥浆触变性,且温度影响小,90℃加入1.5%BCJ-200S后水泥静浆静置10 min的胶凝强度从2.3 Pa增加到61.0 Pa,静置前后的φ300读数分别为206和210,再静置10 min胶凝强度为61.3 Pa,其触变结构可逆性良好,对水泥浆稠化、失水、强度等性能没有产生不良影响;其还可改善水泥石的力学性能,增强水泥石抗破坏能力;另外,配伍性研究结果表明,该触变剂具有良好的现场适应性。其在大港油田官38-22油井进行了首次应用,该井采用12 m^3触变水泥浆封堵Ng2出水井段,一次封堵成功,最高挤注压力达16 MPa,钻塞后对封堵层试压8 MPa合格,解决了该井出水难题。

塔北YK5井超深井尾管固井水泥浆技术

YK5井位于塔里木盆地塔北隆起轮南低凸起东翼,是一口井深为7 044. 5 m的超深探井。三开尾管固井封固4 500~7 044. 5 m,井底高温高压、封固段长、多套压力层系、封固段复合井眼及水泥浆受钻井液污染严重等复杂情况,对三开小间隙尾管固井施工提出挑战。通过试验优选形成BCE型抗高温高耐压大温差水泥浆体系和BCS型高抗污染隔离液;应用壁面剪应力理论优化入井流体流变参数提高顶替效率,解决了技术难题,固井质量良好。形成了一套针对该地区复杂条件下的超深井小间隙尾管固井技术,有助于提高塔北地区超深井的固井质量。

ReelWell钻井方法——一种新的控压钻井技术

ReelWell钻井是一种新的控压钻井技术,主要由双壁钻杆、滑动活塞、双浮动阀等组成。钻井液从双壁钻杆环空泵入井内,并从内部钻杆返回,能够实现钻井液的闭路循环及对井底压力的精准控制。该技术具有井底压力精确控制、钻井液微流量控制、井眼清洗、水力加压钻头、井底压力隔离、保护储层的特征,对于控压钻井、大位移井钻井、海洋深水钻井、无隔水管钻井、尾管钻井,提高钻井安全性与作业效率以及有压力挑战性的地层钻进方面具有较大的潜力和优势。文章详细地分析了ReelWell钻井的系统组成、工艺原理、特点及其应用情况,并建议我国结合实际情况,尽快开展这方面的相关配套钻井技术研究。

委内瑞拉ANACO区块气井固井难点及对策

委内瑞拉ANACO区块地层破裂压力梯度低,有高压水层和低压气层,环空容易发生气窜,并含有H2S和CO2,呈泥质砂岩。基于以上认识,ANACO区块固井的复杂性主要源于水泥基材料固有的缺陷和地层条件的多变性,正确认识地质条件对固井的影响和选择合适的固井材料、工艺措施是解决固井难题的基本出发点。针对该地区地质因素,从分级注水泥、双密度或多密度水泥浆体系工艺上、水泥浆及外加剂选择等方面进行了研究;同时结合现场固井状况进行了对策方案归纳,并对腐蚀深度和防气窜性能进行实验探索。结果表明,研发的防窜防腐蚀水泥浆最低密度为1.2 g/cm3,且上下密度差低于0.03 g/cm3,游离液接近0,抗压强度高,渗透率低;通过引入防腐蚀材料BCE-750S后,硅酸盐水泥石在7、30和60 d的腐蚀深度大大降低,能够解决当地环空气窜、含有H2S和CO2酸性气体等问题。

中国页岩气勘探开发浅析

随着世界能源消费的不断攀升,规模储量大、易探好采的常规能源越来越少,页岩气作为一种清洁的非常规能源越来越受到重视。页岩气的开发利用,成为低碳经济战略发展机遇的推动力。我国页岩气资源丰富,储量位于世界前列,主要盆地和地区页岩气资源量约为（21.5-45）×10^12m^3,与美国大致相当,经济价值巨大。我国页岩气资源分为海相、陆相2种类型,其中海相页岩气储量约占我国页岩气总储量的70%。志留系龙马溪组和寒武系筇竹寺组有机质含量高,层位厚,拥有巨大的页岩气资源开发潜力。利用水平井钻完井和压裂技术可以提高页岩气井产量和最终采收率,更为经济有效地开发页岩气资源。我国页岩气开发中仍然面临一些问题亟待解决,包括技术准备、资源储量评价、政策研究到开发模式等方面,都需借鉴北美的成功经验,走出一条适合我国自己的页岩气开发之路。

水泥浆沉降稳定性及防沉降剂的开发与应用

从沉降机理出发,分析了常见水泥浆沉降稳定性差的原因,提出了相应的改善措施,并结合现场需求,通过合理的结构设计,制得性能优良的低密度防沉降剂BCJ-310S。该产品的防沉降效果良好,耐温能力较强,可显著改善低密度水泥浆的沉降稳定性;且低温下不过分增稠,高温下不过分稀释,可使水泥浆在不同温度下保持相对稳定的流变性能;对稠化、失水、强度等性能无不良影响,综合性能良好。低密度防沉降剂BCJ-310S在玉门、冀东、伊拉克哈法亚等油田成功应用,有效解决了低密度水泥浆的稳定性难以调节的问题,提高了固井质量。