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。     

石墨基复合材料SMD-1及其应用

为解决特低渗油藏细小空隙的封堵难题,减轻惰性封堵材料对钻井液润滑性造成的伤害,选用钻井液用纳米乳液作为外相,复合石墨微粉作为内相,在基材润湿剂、增溶剂的协同作用下,通过球磨分散工艺制备了一种石墨基复合材料SMD-1。研究表明,SMD-1的主要颗粒尺寸在3~15μm,加量3%时,钻井液API滤失量从38.5 m L减少到9.4 m L,高温高压滤失量从97.2 m L减少到30.0 m L,80目以细砂床侵入深度从20.0 cm减少到5.1 cm,同时钻井液润滑系数降低82.8%,高温高压粘附系数降低85.7%,封堵、润滑性能良好。在胜利油田滨425区块X138井进行了现场应用,应用井段井壁稳定,钻井液滤失量降低78.6%,润滑系数降低80.0%,封堵性和润滑性能突出,有效解决了井壁失稳及裂缝漏失问题。     

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.     

石墨基复合材料SMD-1的研究与应用

为解决特低渗油藏细小空隙的封堵难题,减轻惰性封堵材料对钻井液润滑性造成的伤害,选用钻井液用纳米乳液作为外相,复合石墨微粉作为内相,在基材润湿剂、增溶剂的协同作用下,通过球磨分散工艺制备了一种石墨型复合材料SMD-1。研究表明,SMD-1的主要颗粒尺寸在3~15μm,加量3%时,钻井液API滤失量从38.5ml减少到9.4ml,高温高压滤失量从97.2ml减少到30.0ml,80目以细砂床侵入深度从20.0cm减少到5.1cm,同时钻井液润滑系数降低82.8%,高温高压粘附系数降低85.7%,封堵、润滑性能良好。在胜利油田滨425区块X138井进行了现场应用,应用井段井壁稳定,钻井液滤失量降低78.6%,润滑系数降低80.0%,封堵性和润滑性能突出,有效解决了井壁失稳及裂缝漏失问题。     

强抑制性海水钻井液体系的研究

抑制剂属于封堵型的防塌材料,能够堵塞近井壁岩层的孔隙及微裂缝,防止钻井液向地层内过度滤失,从而维持井眼的强度和稳定性。本论文通过实验来观察抑制剂在高温下的抑制性能以及流变性并且从抑制性、降滤失性、流变性等几个方面对抑制剂进行评价。研究结果表明:抑制剂在高温下仍然有很强的抑制性能,对维持钻井液良好的流变性能发挥了重要作用,还能够有效的稳定井壁,毒性低,环保效果好,适用于海上钻井。     

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。     

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。     

冀中坳陷潜山内幕油气藏钻井井壁稳定分析

冀中坳陷潜山内幕油气藏钻井过程常面临恶性井漏、井塌和卡钻等复杂情况。通过对华北油田冀中坳陷20余口井的地质工程等资料进行分析,总结了潜山内幕油气藏影响井壁稳定因素:下第三系地层稳定性差(硬脆性泥页岩易垮塌,微米级微裂缝极为发育,岩性复杂多变和地层存在多套压力系统),潜山内幕碳酸盐岩储层孔洞裂缝极为发育,断层和潜山风化壳形成破碎带以及深层井底高温影响。针对井壁稳定影响因素提出相应技术措施:增强钻井液对下第三系硬脆性泥页岩的抑制和封堵性,其中对微裂缝的封堵是关键,异常压力和复杂岩性段要合理设计井身结构,优化钻具组合;碳酸盐地层重点是强化裂缝封堵,且密度是防漏控制因素,与地层压力近平衡的低密度水包油乳化钻井液防漏效果好;利用软化点适当及粒度分布合适的可变形封堵材料对破碎地层形成快速封堵并适当提高钻井液密度有利于井壁稳定;对井底高温情况要选用合适的抗高温钻井液体系,关键要维护好高温高压条件下钻井液的性能,提高其抗温能力,维持高温高压下胶体稳定,稳定流变性能和滤失量。     

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。     

吉林油田甲酸盐无固相钻井液体系的研究与应用

甲酸盐无固相钻井液体系是针对吉林油田储层低孔低渗,井壁失稳等现象提出的。在室内实验的基础上优选出甲酸盐无固相钻井液体系配方,系统地评价了该体系的流变性、抑制性、抗污染能力、润滑性能及储层保护效果。通过室内实验及矿场试验,甲酸盐无固相钻井液体系性能易于调节,滤失量小、能够有效地抑制泥页岩的水化膨胀,稳定井壁,提高钻井速度、缩短钻井周期,保护储层。     

南堡2、3号构造带保护储层的钻井液体系

现有钻井液对南堡2、3号构造第三系储层损害主要为液相损害并且其封堵效果不佳,为了降低损害程度提高封堵效果,对研究区块的储层岩性、物性、敏感性和潜在损害因素等进行分析。利用FDY—Ⅱ型储层综合损害实验评价系统和钻井液高温高压封堵评价等方法进行钻井液优化设计。结果表明,优选后的钻井液体系表面张力由30. 61 m N·m-1降至27. 51 m N·m-1,防水锁能力提高;高温高压滤失量由22. 7 m L降至14. 2 m L,滤失量低且封堵效果明显;岩心渗透率恢复值由70%以下提高到85%以上。研究成果为南堡2、3号构造带致密油气藏勘探开发提供保护储层的钻井液体系备选方案。     

国产油基钻井液CQ-WOM与哈里伯顿油基钻井液INNOVERT应用分析

为了满足国内对非常规能源页岩气进行开采,研制出一套适合在页岩层钻进的油基钻井液体系CQ-WOM。对比哈里伯顿油基钻井液INNOVERT体系,在一定温度范围内,具有更好的热稳定性。通过室内研究和四川威远-长宁区块现场应用情况表明,国产油基钻井液CQ-WOM具有较好的抑制泥页岩水化分散的能力;封堵性与滤失造壁性能优异,高温高压滤失量小于3.5 m L(测试温度120℃),能够降低滤液对储层的伤害;具有较好的乳化稳定性,ES值大于1 000 V;抗岩屑污染能力强;维护和处理工艺简单,可操作性强。     

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。     

新型两性离子聚合物页岩抑制剂的制备及性能评价

针对泥页岩储层段黏土矿物含量较高,钻井过程中易发生井壁失稳现象等问题,以小分子有机胺(LCA-2)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(HPEG)为单体,制备了一种两性离子聚合物页岩抑制剂DDM-1。采用红外光谱对其结构进行了表征,结果表明其分子结构符合预期设计。考察了DDM-1的抑制性能、耐温抗盐性能和对钻井液性能的影响,结果表明,加入1.0%DDM-1可以使泥页岩钻屑滚动回收率达到90%以上,并具有良好的抑制膨润土造浆能力,抑制效果明显优于无机盐类抑制剂;同时具有良好的耐温抗盐性能;DDM-1对现场钻井液体系的流变性和滤失量的影响较小,具有较好的配伍性,且抑制性强于国内同类产品,与国外产品效果相当。说明DDM-1是一种性能优良的泥页岩抑制剂,能够满足高性能水基钻井液对强抑制性的要求。     

渤中区块破碎性地层井壁失稳机理及对策

渤中区块东下段及以下地层泥页岩破碎性发育,已钻井井壁坍塌严重。通过综合分析破碎区地层特性,地质力学特征,以及钻井液性能的适应性,明确了渤中区块破碎性地层的井壁失稳机理,并提出了定制化的技术对策。研究结果表明,该区块泥岩地层为硬泥页岩,微裂缝发育,孔缝宽度为2～6μm,具有弱水化性质。东下段及以下泥页岩地层属于中等偏低强度地层,在聚胺PEM钻井液中浸泡7 d后,岩石强度下降40.82%。同时,上覆岩层压力和水平最大地应力之间差值较小,水平最小地应力值较低。井壁失稳机理主要为地层受走滑断层伴生正断层控制,钻井坍塌压力相对较高,地层微裂缝发育,钻井液封堵性不能满足微裂缝封堵要求,同时,破碎区泥页岩存在安全稳定周期。建议使用密度为1.40 g/cm³的聚胺PEM钻井液,在破碎区中钻井安全周期超过10 d,并添加3%的TEX封堵剂增强钻井液封堵性能。研究结果能够有效指导渤中区块开发井的安全钻井。     

准噶尔盆地南缘高温高密度有机盐钻井液技术

有机盐钻井液具有抑制性强、抗高温等优良性能,目前主要在二开井段使用.三开及更深井段的地层温度高,抗高温磺化钻井液和油基钻井液体系面临严苛的环保压力,而当前有机盐钻井液在高温高密度条件下面临流变性恶化和滤失量大的问题.准噶尔盆地南缘复杂地层钻井困难,在二开用有机盐体系的基础上引入封堵剂改性纳米SiO2和聚合物降失水剂HF-1,并优化重晶石粒度级配,研制了可满足高温高压地层的高密度有机盐钻井液体系.结果 表明,影响有机盐钻井液性能的主要因素是降滤失剂和加重剂,室内评价表明该体系性能较之前明显改善,在密度为2.4 g/cm3、180℃条件下流变良好,且高温高压失水量为13.5 mL,滚动回收率高达97％,8h膨胀率仅4.7％,可抗盐至12％,抗钙污染为2％,抗岩屑污染10％.研究可为准噶尔盆地南缘复杂深井地层钻井提供高温高密度有机盐钻井液体系.     

南堡油田硬脆性泥页岩地层井壁失稳原因实验

冀东南堡油田中深层硬脆性泥页岩地层钻井过程中,井壁垮塌现象频发。为充分认识中深层硬脆性泥页岩井壁失稳机理,减少此类事故的发生,通过开展研究目标微观结构、理化特征以及钻井液对其力学特性影响的实验研究,定量研究了该区块影响井壁失稳的因素。结果表明:东二段至沙河街组泥页岩的矿物以黏土、石英为主,具有一定的脆性特征;阳离子交换容量高,岩石水化能力较强;宏观层理、裂缝、微观裂纹均较发育,应力释放及钻具扰动易使岩石发生劈裂或滑移;液相沿裂缝侵入地层导致岩石水化膨胀,降低泥页岩结构强度;在钻井液正压差作用下,产生水力尖劈作用,导致地层破碎,诱发井壁失稳。因此,预防此类泥页岩地层井壁失稳需严格控制钻井液滤失量,加强钻井液的封堵能力。针对该区块的室内实验研究,为该区块硬脆性泥页岩的安全、高效钻进提供了理论支撑,同时也为同类型地层的井壁失稳机理研究提供了技术参考。     

无荧光防塌降滤失剂PA—1的合成及现场应用

介绍了无荧光防塌降滤失剂ＰＡ－１的合成方法、综合性能的评价结果和现场应用效果，综合性能评价结果和现场应用效果表明，ＰＡ－１对钻井液有良好的降滤失作用和较强的抑制粘土水化分散能力，是一种具有抗电解质污染和抗高温的优良钻井液处理剂。在使用ＰＡ－１的钻井液中无需再使用降粘剂。ＰＡ－１是一种实用的多功能钻井液处理剂。     

无荧光防塌降滤失剂PA－1的合成及现场应用

介绍了无荧光防塌降滤失剂ＰＡ－１的合成方法、综合性能的评价结果和现场应用效果．综合性能评价结果和现场应用效果表明，ＰＡ－１对钻井液有良好的降滤失作用和较强的抑制粘土水化分散能力，是一种具有抗电解质污染和抗高温的优良钻井液处理剂．在使用ＰＡ－１的钻井液中无需再使用降粘剂．ＰＡ－１是一种实用的多功能钻井液处理剂．     

一种新型成膜封堵材料的研究及应用

在泥页岩钻井过程中,为了防止钻井液中滤液和固相颗粒对地层的危害,开发了一种新型的成膜封堵材料PF-FPA。利用不同粒级的刚性颗粒、可变型纤维及成膜剂复配,在钻井压差作用下成膜剂能够在近井壁地带、裂缝处快速成膜;刚性粒子和可变型纤维能在裂缝处填充架桥,降低了钻井液滤失量,有效地保护油气层。在实验室内,与国外知名封堵材料FLC2000对比后发现,开发的封堵材料能够达到国际先进水平。现场应用的情况表明,该封堵材料能够良好的与现场钻井液体系配伍,在现场无复杂情况发生,作业安全可靠。