聚胺高性能水基钻井液特性评价及应用

根据泥页岩水化特点和多元协同抑制思路,构建了聚胺高性能水基钻井液。介绍了该体系的关键处理剂聚胺页岩抑制剂、包被抑制剂、铝盐封堵防塌剂和清洁润滑剂。通过屈曲硬度实验和粘结实验对比评价了聚胺高性能水基钻井液与几种典型防塌钻井液的性能。结果表明,聚胺页岩抑制剂能在低浓度下最大限度降低黏土水化层间距,有效抑制黏土水化膨胀。聚胺页岩抑制剂与铝盐封堵防塌剂复配后能显著阻缓孔隙压力传递。聚胺高性能水基钻井液抑制性和清洁润滑性突出,与油基钻井液接近。聚胺高性能水基钻井液在胜利油田田305区块进行了成功应用,解决了该区块泥页岩井壁失稳问题。     

页岩气水平井防塌水基钻井液体系研究

为解决油基钻井液在页岩气水平井中应用时带来的环保问题和钻井液处理成本较高的问题,通过室内实验优选出了性能优良的封堵剂、抑制剂和润滑剂,并结合其他处理剂,研究出一套适合页岩气水平井的防塌水基钻井液体系,室内对其综合性能进行了评价.结果表明:钻井液体系经过130℃老化后,其流变性能稳定、滤失量较小,具有良好的耐温性能;钻井液体系低渗砂盘封堵实验的瞬时滤失量和静态滤失速率分别为0.6 mL和0.33 mL/min,具有良好的封堵性能;钻井液体系的抑制性能和润滑性能与现场油基钻井液体系基本相当,能够很好的起到抑制页岩水化分散和降低摩擦阻力的作用;另外,钻井液体系中加入20％NaCl、2％CaCl2和20％岩屑后,体系老化前后的流变性能和滤失量变化均不大,说明体系具有较强的抗污染能力.现场应用结果表明,使用防塌水基钻井液施工的X-101井钻井过程顺利,各项施工参数均达到设计要求,并且与前期已钻井X-3HM井相比,钻井周期、井下复杂时间以及平均井径扩大率均明显降低,水平段钻速明显提高,达到了良好的钻井效果.     

页岩气水平井强化井壁水基钻井液研究

利用物理或化学方法强化封堵页岩微纳米尺度裂缝是解决页岩气地层井壁失稳与井漏问题的技术关键。在研究页岩气地层井壁失稳机理基础上,探讨了通过钻井液物理-化学协同封堵强化页岩井壁稳定的机理。采用乳液聚合方法,研制了一种微纳米聚合物微球封堵剂,并利用压力传递实验、核磁共振等评价了微纳米聚合物微球封堵剂与化学封堵剂的协同封堵作用效果。研究表明,微纳米聚合物微球"吸附-架桥-可变形填充"、化学封堵剂"封堵-固结"两种封堵机理协同作用,能够在井壁周围形成连续、致密的承压封堵层,阻止压力传递与滤液侵入,实现物化协同封堵强化井壁的目的。进一步优化了页岩气地层强化井壁水基钻井液体系,密度达2. 0 g/cm~3时仍具有良好的流变、滤失及润滑性能,可有效地封堵页岩微纳米尺度缝隙、抑制页岩水化效应,为页岩气钻探开发提供了钻井液技术支撑。     

高效铝-胺基封堵防塌钻井液体系探讨*

为了阻缓泥岩中孔隙压力传递、提高泥岩井壁稳定性,研制出了新型腐植酸–铝封堵防塌剂。泥岩压力传递测试结果表明,腐植酸–铝（HA–Al）较聚合醇和硅酸盐更能有效阻缓泥岩中的压力传递,与其作用后的泥岩样品中传递1 MPa的压差需要20.0 h,较作用前的泥岩（约为1.5 h）有大幅度提高。将腐植酸–铝与聚胺两种新型井壁稳定剂优化组合,构建了高效铝–胺基封堵防塌体系,该体系抗氯化钠达8%以上,抗钙能力在1.0%以上,抗劣土达8%以上,抗温能力处于150℃以上,180℃以下,具有较优的耐温能力、流变性、滤失性、抑制性、抗污染性能以及抗温耐温性能。     

天环坳陷页岩气井井壁失稳机理及防塌钻井液技术研究与应用

针对天环坳陷构造区块泥页岩地层井壁失稳问题,通过复杂地层矿物组成、微观构造、理化性质以及三轴应力实验综合分析,提出了“封堵+润滑”的双效协同井壁防塌对策。泥页岩微裂缝、微孔隙发育,地层岩样易水化膨胀以及岩心表面亲水性较差是造成井壁失稳最主要的原因。通过加强地层封堵能力和降低水平段摩阻,可达到稳定井壁的目的。所构建的THFT高效防塌钻井液体系抗NaCl能力为10%,抗CaCl2能力为1.0%,抗劣土能力为10%,回收率为99.6%,对80-100目砂床侵入深度为8.4mm,较现场水基钻井液渗透性封堵性能有明显提升,能够封住200μm和400μm模拟裂缝,承压能力达到5MPa,抑制水化分散能力和裂缝性封堵能力优良。现场应用过程中,水平段的平均井径扩大率低于6%,平均钻速达到4.7m/h,钻井液体系的静滤失量控制在5mL以下,在润滑防塌、井眼净化及储层保护方面都起到了很好的效果。研究结果表明,THFT防塌钻井液体系有效解决了天环坳陷构造区块钻井过程中出现的井壁失稳问题,节约了钻井成本,具有较好的推广前景。     

改性多元醇防塌剂的研制及其作用机理研究

通过降解和阳离子化反应,研制出了抑制性好而增粘负效应较低的改性多元醇防塌剂SD-306;通过红外光谱分析了改性多元醇防塌剂的分子结构,证明阳离子化反应引入了正氮基团;通过滚动分散、电动电位测量、粒度分布测量、吸附以及压力传递等实验手段,探讨了改性多元醇防塌剂的作用机理.结果表明,改性多元醇的防塌机理主要为通过吸附包被防止泥页岩颗粒水化分散;多元醇吸附在泥页岩颗粒表面,改变其表面电荷,压缩扩散双电层,抑制泥页岩颗粒水化;吸附于地层岩石表面成膜,覆盖裂缝和孔隙表面,从而阻缓压力和钻井液滤液传递.     

页岩地层核壳结构纳米封堵剂研制及应用

页岩地层纳米级微孔、微裂缝极其发育,常规封堵剂粒径较大,难以对页岩形成有效的致密封堵。首先采用硅烷偶联剂KH570对纳米SiO_2进行超声表面改性,进而通过乳液聚合法,以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯为单体,过硫酸钾为引发剂与表面改性纳米SiO_2进行接枝共聚,制备了一种具有核壳结构的纳米封堵剂。借助红外光谱、透射电镜、热重实验对产物进行了表征,通过页岩压力传递实验测试了其致密封堵性能,探讨了其作用机理。结果表明:该纳米封堵剂能够有效封堵页岩纳米级孔缝结构,阻缓压力传递与滤液侵入,显著降低页岩渗透率,提高裂缝性页岩井壁稳定性。以该纳米封堵剂为核心处理剂构件了一套高性能页岩水平井水基钻井液体系,具有较好的致密封堵、抑制、润滑等关键性能。该体系在威远区块X井三开长裸眼井段应用过程中,井眼始终保持稳定,摩阻低,定向段无拖压显示。     

钻井液封堵剂高温高压封堵性能评价方法

钻井过程中通常因封堵性能欠缺出现井塌、井漏以及油气层损害等问题,在高温高压井中尤为严重。而现有的封堵性能评价方法在评价高温(200℃)高压(10 MPa)钻井液的封堵性能时具有一定的局限性,为此建立了高温高压驱替法用以评价钻井液封堵剂的高温高压封堵性能。该方法通过填砂管模拟地层,在填砂管中以不同温度和不同驱替压力驱替封堵剂基浆或钻井液,根据填砂管渗透率的变化情况评价封堵剂或钻井液在不同温度不同压力条件下的封堵性能。选取了LRF、LPF和LSF三种封堵剂进行评价,在3 MPa和200℃下封堵性能最好的是LPF,在10 MPa和200℃下封堵性能最好的是LSF,为进一步验证该方法的可行性,通过高温高压滤失量法及压力传递法评价LRF、LPF和LSF三种封堵剂的封堵性能,实验结果与高温高压驱替法一致,验证了新建立的钻井液封堵剂高温高压封堵性能评价方法的可行性。研究结果表明,所建立的评价方法可以简单有效地评价封堵剂以及钻井液的封堵性能。     

钻井液防塌剂的作用方式及分类

为了发挥组成类别不同的防塌剂的协同效应,对防塌剂按作用方式进行了分类。根据防塌剂的一般作用方式,可把防塌剂分为两大类共八个亚类。第一大类为阻止或延缓水从井眼向地层内迁移的防塌剂;第二大类为增加地层矿物颗粒间联结力的防塌剂。第一大类分为六个亚类：（１）水活度降低型;（２）滤液增粘型;（３）封堵型;（４）润湿性改变型;（５）低水化能型;（６）泥饼致密型。第二大类分为两个亚类：（１）桥联型;（２）化学胶结型。对于防塌钻井液,一般必须使用封堵型防塌剂,其它七个亚类则根据岩层特点和钻井液体系的特点加以选用。     

改性多元醇防塌剂的研制及其作用机理研究

通过降解和阳离子化反应，研制出了抑制性好而增粘负效应较低的改性多元醇防塌剂SD-306；通过红外光谱分析了改性多元醇防塌剂的分子结构，证明阳离子化反应引入了正氮基团；通过滚动分散、电动电位测量、粒度分布测量、吸附以及压力传递等实验手段，探讨了改性多元醇防塌剂的作用机理。结果表明，改性多元醇的防塌机理主要为：通过吸附包被防止泥页岩颗粒水化分散；多元醇吸附在泥页岩颗粒表面，改变其表面电荷，压缩扩散双电层，抑制泥页岩颗粒水化；吸附于地层岩石表面成膜，覆盖裂缝和孔隙表面，从而阻缓压力和钻井液滤液传递。     

沾18-支平1井钻井液完井液技术

针对大井眼分支水平井钻井液要具有很强的悬浮携带能力、防塌、润滑性能和流变性能,采用纳米聚合醇防塌润滑钻井液体系。该体系以纳米乳液、无水聚合醇为主要处理剂,封堵防塌剂、抗复合盐降滤失剂为辅助处理剂。现场应用表明：纳米乳液、无水聚合醇在钻井液中加量分别为3%时,具有良好的润滑性、抑制性和防塌性能,良好的悬浮、携岩能力和流变性能;该体系性能稳定,API滤失量可控制在3mL以下,3.5MPa、120℃下的滤失量小于12mL,钻井液摩阻系数为0.02～0.03,摩阻扭矩小,井壁稳定,大井眼斜井段、多分支水平井段起下钻顺利,储层机械钻速15.05m/h;主井眼下入滤砂管、分支井眼裸眼充填MEG完井液保护油气层。该井正式投产日产油50吨,达到普通稠油热采水平井的2至3倍。     

新型有机硅聚合物抑制封堵剂性能及作用机制

以γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为单体,合成一种抗温达200℃的兼具抑制和封堵性能的有机硅处理剂ADKN,能够有效防止井壁坍塌。结果表明:ADKN可以通过在泥页岩表面发生强烈的物理化学吸附作用,形成一层致密的吸附膜,有效抑制泥页岩水化膨胀与分散,阻止压力传递,保持井壁泥页岩抗压强度,从而起到井壁防塌作用;该抑制封堵剂与其他水基钻井液处理剂配伍性好,具有一定的增黏效果和显著的降滤失作用。     

超支化聚合物HP-NH2的合成及防塌机理研究

井壁稳定是当前水基钻井液钻深层页岩气的技术难点。以二乙烯三胺和N，N-亚甲基双丙烯酰胺为原料，通过迈克尔加成反应合成了超支化聚合物HP-NH₂。采用红外光谱法、液相色谱-质谱联用法、凝胶色谱法、粒度分析法和热失重分析法表征了HP-NH₂的结构和特征。研究发现，HP-NH₂的数均分子量为3 371 g/mol，多分散指数为2.7，分子量分布较宽，粒径280～1 900 nm，抗温能力达到280℃。通过线性膨胀实验、回收率实验、泥饼分散实验和“人造泥饼”法分析了HP-NH₂作为防塌剂的防塌性能。研究表明，随着HP-NH₂浓度的增加，膨润土的线性膨胀率逐渐降低（最低为19.11%），岩屑的滚动回收率逐渐升高（最高为75.18%），人造泥饼的渗透率逐渐下降。小分子HP NH₂能够插入蒙脱石的晶层间，交换出层间易水化的阳离子，拉紧基底间距，抑制蒙脱石的水化分散；大分子HP-NH₂能有效封堵泥饼的微纳米孔缝，起到一剂多用的功效。因此，HP-NH₂可作为一种潜在的一剂多用防塌剂应用于水基钻井液体系。     

红1井井壁稳定钻井液技术

为确保红1井钻探成功,针对红1井地层特点,通过采用聚磺封堵防塌钻井液体系及凝胶成膜屏闭封堵润滑钻井液体系,施工中采用强化封堵-多元抑制-合理密度支撑措施,顺利钻达目的层,为该区块其它井的施工提供了有益的技术支撑.     

复合盐层井壁失稳机理及防塌钻井液技术

针对两伊(伊朗、伊拉克)边境AM油田复合盐层钻井过程中存在的稳定井壁技术难题,采用X线衍射、扫描电镜、滚动分散及膨胀实验测试复合盐层的矿物组构和理化性能,分析井壁失稳机理。制定"强化封固井壁作用—抑制复合盐层溶解及水化—化学位活度平衡—合理密度支撑井壁"多元协同防塌钻井液对策,优选出适合复合盐层钻井的封堵剂和无机、有机复合盐等关键处理剂,构建密度为2.3 g/cm3的多元复合盐水钻井液。研究结果表明:该钻井液黏度低,切力适中,有效地控制当量循环密度;高温高压(120℃,3.5 MPa)下滤失量为7.0 m L,滤失造壁性优良;不同矿物组成的复合盐层岩样在钻井液中的回收率均在90%左右,有效抑制复合盐层的溶解、分散;对宽度为200μm的裂缝的封堵承压能力达到5.5 MPa以上,具有优良的随钻封堵性能,可满足复合盐层钻井技术需求。     

水基钻井液防塌抑制剂HLJ的制备及性能评价

以聚胺、混合多元醇和水溶性硅酸钠为主要原料,在一定条件下制得的一种淡黄色黏稠液体,即防塌抑制剂HLJ。通过红外光谱分析证实HLJ中含有醚键、羟基、胺基和硅氧键。实验比较了HLJ与常用抑制剂SIAT、NH-3、LYG-2、KCl的岩屑滚动回收率、黏土容量限、页岩膨胀量、抗温、抗盐等特性;并评价了其在聚磺水基钻井液体系中的综合性能。实验表明HLJ是一种性能优异的泥页岩防塌抑制剂。     

辉绿岩地层井壁垮塌机理及主控因素实验研究

新疆A井区深部辉绿岩地层井壁垮塌严重,多次引发井下复杂,阻碍了该地区深部油气资源的勘探开发进程。通过开展辉绿岩微观组构、水理化性能及力学特性实验研究,揭示了辉绿岩地层井壁岩石垮塌失稳机理及主要控制因素。实验结果表明,辉绿岩岩体微细观裂缝十分发育,裂缝间主要为长石充填,含有少量黏土,部分裂缝为无充填缝,且裂缝纵横交错,连通性好;发育有裂缝的辉绿岩岩体力学强度远低于均质无裂缝岩体,仅为后者的10%~20%;水化效应对辉绿岩岩体力学强度影响不明显,影响幅度为2%~7%。理论计算结果表明,裂缝的力学弱面效应对辉绿岩地层坍塌压力影响最大,影响幅度为21%;裂缝间的渗流效应影响次之,影响幅度为11%,水化效应影响不明显,仅为2%。因此,考虑辉绿岩地层裂缝的力学弱面效应影响,准确设计钻井液密度是稳定辉绿岩地层的关键。其次,结合辉绿岩微裂缝缝宽尺寸大小,优化设计钻井液防塌封堵材料尺寸,增强的钻井液防塌封堵性能可有效改善辉绿岩地层井壁稳定性。现场应用实例表明,合理设计钻井液密度和增强钻井液防塌封堵性可有效提高辉绿岩地层井壁稳定性,井下垮塌遇阻复杂情况大幅好转。     

钻井液作用下页岩破裂失稳行为试验

为揭示富有机质脆性页岩与钻井液之间的相互作用对井壁失稳潜在影响,以层理发育的脆性页岩为研究对象,利用蒸馏水、油基钻井液、硅酸盐钻井液及其滤液,开展钻井液高温浸泡试验,从宏观和微观方面描述页岩破裂失稳过程与机制。结果表明:钻井液侵入带来的水化膨胀与碱液侵蚀是页岩化学损伤的主要形式,也是诱发脆性页岩破裂失稳的直接原因;钻井液作用下,页岩主要沿层理面破裂,破裂根本原因是层理微缝的扩展、延伸乃至贯通形成宏观裂缝,诱发页岩失稳。室内试验与现场应用均证实,提高钻井液封堵性、降低滤失量,减弱水化与碱液侵蚀对页岩破裂失稳影响,有助于提高井壁稳定性,也是页岩气井防塌水基钻井液体系设计的主要技术思路。     

高效防塌钻井液的研制及在新疆塔河油田的应用

新疆塔河油田三叠系、石炭系地层长期以来存在着严重井塌问题 ,为此 ,用实验方法优选出高效防塌钻井液配方 ,并对其性能进行了研究。结果表明 ,以MAN 10 4 ,KN PAN ,WFT 6 6 6和KCl为主要处理剂的防塌钻井液具有流变性好、滤失量低、泥饼致密等特点。对页岩回收率、膨胀性和毛细管吸入时间的实验研究进一步证实 ,这种钻井液对粘土矿物的水化膨胀和分散具有很强的抑制作用 ,在防塌效果及其他性能方面均明显优于在该地区使用的其他常规钻井液。对该钻井液的防塌作用机理进行了理论分析 ,并在一口重点试验井进行了现场试验 ,取得了理想的防塌效果。与邻井相比 ,三开井段的平均井径扩大率由 14 .6 %下降至 3.14 % ,从而显著提高了钻井效率。     

苏里格气田盒8段砂泥互层地层坍塌机理与防塌对策

针对苏里格气田水平井钻探中二叠系地层,尤其是石盒子组盒8段砂泥互层地层存在着严重的井壁坍塌导致的划眼、卡钻、电测遇阻卡、固井留塞等问题,采用X射线衍射、电镜扫描、阳离子交换容量测试、电动电位分析等实验手段,对苏里格气田盒8段泥页岩样的组构及理化特性进行系统分析。弄清了该地区复杂地层井壁坍塌机理,提出了"三元协同"防塌钻井液原理,进一步研制出了苏里格气田石盒子组盒8段砂泥互层地层特性的低固相"强化封堵"防塌钻井液体系。