非常规油气藏水平井全油基钻井液技术应用

全油基钻井液体系在中原的三口非常规油气藏水平井中进行了应用,最高密度2.15 g/cm3,最大井斜97.5°,水平段最长1216 m,井底最高温度138℃,该体系表现出滤失量低、抑制性强、润滑性、电稳定性及热稳定性好等优点,成功解决了泥岩垮塌,长水平段摩阻大、易粘卡等技术难题,由于可重复使用,能有效降低油基钻井液的配制成本。     

抗220℃高温钻井液体系的室内研究

以抗高温钻井液体系高温流变稳定性和滤失量控制为重点,进一步确定体系配方并对抗高温钻井液体系配方进行优化.最终研制出一种能抗220℃高温,性能优良的有机硅钻井液抗高温体系;并对该体系性能进行了评价.该有机硅抗高温钻井液具有好的页岩抑制性、润滑性和井眼稳定性;滤失量小,滤饼薄且致密,可有效防止钻头泥包;携砂能力强,流变性容易控制;在高矿化度下,钻井液性能稳定,能抗6%NaCl和0.5%CaC12的污染,而且体系所用材料无毒、无荧光,适用于深井钻探.     

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.     

油基钻井液面临的技术难题与挑战

自20世纪20年代以来,为解决钻井过程中遇到的各种复杂问题,在钻井液体系优化和新材料研发的基础上,对油基钻井液技术进行不断完善和改进,目前已形成包括抗高温、低固相、无土相、可逆乳化及恒流变等多种高性能油基钻井液体系和技术,并得到广泛应用。近年来,随着陆上易开采油气资源逐渐枯竭,世界范围内油气勘探开发逐步向页岩气、超深层、超深水等非常规油气、复杂油气资源迈进,对钻井液性能要求越发严苛。在水基钻井液无法满足要求的情况下,油基钻井液因固有的抗温性、页岩抑制性、水合物抑制性、润滑性和储层保护性等优势已逐渐成为钻探高温深井、大斜度定向井、页岩气水平井、海洋深水等各种复杂地层的主体钻井液技术,不仅给油基钻井液的发展带来了机会,也使油基钻井液面临前所未有的挑战。梳理并阐述油基钻井液的发展历程和目前技术现状、难点以及未来发展趋势;提出研发适合油基钻井液的“固壁剂”、油基钻井液配套的系列防漏堵漏材料、Gemini型油溶性聚合物等具特殊分子结构的絮凝剂、油基钻井液携屑剂、抗极高温度的乳化剂等,并开展生物质合成基液和绿色油基钻井液处理剂应用研究,以及采取光催化和微生物协同降解原理的废弃油基钻井液无害化处理研...     

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。     

抗高温高密度油基钻井液体系静态沉降稳定性建模及优化

抗高温高密度油基钻井液可用于复杂地层钻井,利于井壁稳定,可用于钻大位移井、水平井、超深井等,但在高温状态下面临钻井液沉降问题。钻井液的沉降包括静态沉降和动态沉降,过去主要关注钻井过程中钻井液的动态沉降,但由于钻井液具有剪切稀释性,一般静态条件下沉降稳定性较好的钻井液体系在较高剪切速率下仍具备良好的稳定性,主要研究高温状态下油基钻井液体系的静态沉降稳定性。为使体系达到较好的静态沉降稳定性,以往对各类核心处理剂,乳化剂、有机土、重晶石和油水比的加量和配比只做出试探性调整,实验存在一定盲目性,不能确定实验周期。针对上述问题,分析室内和现场密度2.5 g·cm~(-3)柴油基钻井液流变参数与静态沉降密度差的相关性,建立数学函数模型;将模型反馈的流变参数值与实验结合起来,利用模型优化基础实验,调整处理剂加量至相应流变参数值,使体系静态沉降密度差最小;最终得到一组抗温190℃,密度2.5 g·cm~(-3)沉降稳定性好的油基钻井液体系。研究过程具有目的性,体系静态沉降稳定性建模方法和实验模型结合的方法为优化钻井液体系性能提供了一种新思路。     

油基钻井液润湿剂评价

对于油基钻井液,加重剂颗粒的表面多数为亲水性,如何使其在油包水乳状液中均匀分散不沉降将直接影响钻井液的静态密度;同时,地层中的亲水粘土颗粒侵入油基钻井液时会趋向于与水结合发生颗粒聚集,从而影响钻井液的流变性。为解决以上问题,针对亲水性重晶石、粘土在油基钻井液中聚集导致钻井液稳定性变差的现象进行了分析,并开展了防止聚集的润湿性添加剂选择评价方法的实验研究。研究表明,重晶石粉末在不同润湿剂的油溶液中最终的沉降稳定体积不同。该体积的大小受限于沉降体内毛细孔道的润湿性质,润湿性越强,束缚在重晶石沉降体积中的液相就会越少,使得重晶石的沉降稳定体积就小;反之,重晶石的沉降稳定体积就越大。据此现象归纳出评价润湿剂的一种简单易行的实验研究方法。     

连续动态多重光散射法评价高密度油基钻井液稳定性

采用多重光散射仪(AGS)持续测试高密度油基钻井液静置不同时间的背散射光强度的变化规律,分析油基钻井液在不同时间内的综合稳定性。研究了密度、NaCl质量分数、CaCl2质量分数及CaSO4污染对油基钻井液稳定性的影响。实验结果表明:在相同密度下,高密度油基钻井液的不稳定是由于加重剂等固相粒子沉降引起样品池的顶部有清液层析出,底部有一定团聚沉淀形成;随着密度的增加(2. 0～2. 6 g/cm3),钻井液的综合稳定性增强,说明加重剂固相的增加并不是导致钻井液不稳定的主要原因,与钻井液中的乳化润湿体系有很大的关系。NaCl质量分数增加(3%～12%)对钻井液稳定性影响不大; CaCl2质量分数增加(5%～25%),钻井液体系的稳定性增加; CaSO4浓度的增加对油基钻井液的稳定性影响较为复杂,在高浓度(15%)和低浓度(3%～10%)钻井液稳定性均会降低,质量分数为12%时钻井液的稳定性最好。     

油基钻井液流变参数影响因素探讨

测试不同油基钻井液体系不同温度下的流变参数,并对其在不同温度下的流变模式进行拟合。实验结果表明,以5号白油为基础油配制的不同油基钻井液体系在4~65℃内都属于赫巴流变模式。采用正交设计和极差分析的方法研究了钻井液各组分对钻井液赫巴模式3参数的影响程度。结果表明,相对于其他因素,油水比对赫巴模式3参数的影响幅度最大,相同测试温度下,油水比越低,体系的动切力越大,流性指数越小,稠度指数越大。油水比对体系动切力的影响幅度随温度增加而降低,对流性指数的影响幅度随温度升高而增加,而对体系稠度系数的影响随温度升高变化不大。温度越高,钻井液体系的动切力和稠度指数越小。     

油水比对油基钻井液流变性的影响*

钻井过程中由于地层水侵入导致油水比的变化对钻井液流变性的影响是非常值得研究的。主要采用M3600自动流变仪分别测出不同油水比(2∶8/3∶7/4∶6/5∶5/6∶4/7∶3/8∶2)的油基钻井液在不同温度(30℃、60℃、90℃)下的各流变参数。以此判断,当发生水侵时油基钻井液油水比变化引起流变性能的变化。实验证实:当油水比大于1时,油基钻井液属于塑性流体;当油水比小于1时,油基钻井液更倾向于假塑性流体。同一温度下,随着油水比的不断降低,油基钻井液的剪切应力、黏度以及静切力都升高。同一油水比的油基钻井液温度越高,剪切应力、黏度、静切应力都越小。随着油水比的不断降低,油基钻井液的破乳电压不断降低,即稳定性不断变差。     

温度和压力对深水钻井油基钻井液液柱压力的影响

根据不同温度和压力下油基钻井液密度的测量结果 ,建立了温度、压力影响下的油基钻井液密度计算模型。在模型中引入了热膨胀系数和弹性压缩系数 ,利用该模型计算了不同温度和压力下的钻井液密度值。模型计算的密度与实测值之间的最大相对误差小于 0 .3% ,平均相对误差为 0 .11%。利用该模型对深水钻井时不同条件下井眼内钻井液密度和液柱压力变化进行了计算和分析。结果表明 ,在深水钻井中 ,井眼内的钻井液密度通常大于井口钻井液密度 ;最大钻井液密度出现在海底泥线处 ;井眼内钻井液液柱压力的当量密度大于井口的钻井液密度。采用无隔水管钻井时的环空钻井液密度小于隔水管钻井时的钻井液密度。     

水平定向钻穿越施工中钻井液渗透对孔壁塑性半径的影响

以大直径水平定向钻进(HDD)在实际砂土层的工况为对象,通过理论分析和实验室测试的方法推导HDD钻孔孔壁的塑性半径的计算公式,并对试验测试结果进行分析。结果表明:当压差等于零或内压大于外压时,孔壁塑性半径受到钻井液渗透的影响非常小,几乎趋近于一个定值;当内外压差小于1.0 MPa时,塑性半径受钻井液渗透影响程度呈指数增加,当内外压差大于1.0 MPa时,其理论值已经超过了实际工程钻井液渗透的半径。     

聚合醇防塌钻井液体系的研究进展

综述了多种聚合醇防塌钻井液体系,如聚合醇-硅酸钾、聚合醇-盐水、聚合醇-kcl-聚合物和聚合醇-聚磺钻井液体系等的研究进展。对聚合醇钻井液体系未来的发展方向作了展望:提高聚合醇的抑制性;探讨聚合醇的作用机理;研究聚合醇与各种聚合物间的相互作用;以及探索聚合醇/聚合物复配作用与油层保护间的关系等。     

钻井液连续波随钻测量系统设计及风洞模拟试验

针对目前随钻测量系统数据传输速率低及设计过程中试验难度大等问题,设计基于调频传输模式的钻井液连续波随钻测量系统,并对其进行风洞模拟试验.设计基于钻井液连续波的数字通信系统,采用多进制数字频率调制方式实现井下数据上传.随钻测量系统结构包括地面信号收发装置、井底信号收发装置以及数据传输通道3个部分,给出扇形和圆形两种转阀结构的设计方案.根据相似性原理设计风洞试验的模型结构,并对数据传输进行一系列风洞模拟试验.试验结果表明,基于调频传输模式的钻井液连续波随钻测量系统可以实现更高的数据传输速率,提高工作可靠性,同时增强对环境的适应能力.     

纳米植物胶钻井液低温流变特性

钻井液的低温流变特性是冻土天然气水合物钻探研究中的关键问题之一。将纳米材料应用于植物胶无固相钻井液体系;并对其低温流变特性进行专门研究具有重要意义。以KL植物胶与瓜尔胶为研究对象,采用理论分析与试验研究相结合的方法,开展了纳米植物胶钻井液低温流变特性研究。首先,通过试验分别获得了两种纳米植物胶钻井液的优化配方。然后,试验绘制其剪切应力-剪切速率变化曲线;并应用回归分析法和最小二乘法,分别采用宾汉模式、冥律模式、卡森模式以及赫-巴模式对植物胶钻井液在不同温度条件下的试验结果进行回归拟合,对其流变模式进行探讨。分析结果表明,冥律模式是描述纳米植物胶钻井液低温流变性能的最佳模式。最后应用该模式对所研究的钻井液进行了低温流变性能表征。     

一种用于油基钻井液的有机土激活剂

以小分子醇类化合物和酯类化合物为原料,制备了一种用于油基钻井液的有机土激活剂。在白油+有机土体系中加入1.0%有机土激活剂后,150℃热滚老化后的?3读值从0.5增加到14,动切力从2 Pa增加到7 Pa。在全油基钻井液体系中加入1.0%该激活剂后,150℃热滚老化后的?3读值从5增加到13,动切力从10.5 Pa增加到18.5 Pa。有机土激活剂的加入可实现有机土在基油中快速配浆成胶,胶体率可达100%。     

钻井工程中沥青与钻井液动态置换规律实验研究

钻井工程中钻遇活跃沥青层时,涌漏并发等恶性事故严重影响钻井作业的正常进行。针对中东Y油田沥青层钻井面临的严重钻井液漏失与沥青侵入问题,首先分析了沥青层特征和钻井液漏失特点,发现沥青与钻井液间的重力置换是钻井液漏失和沥青侵入的主要原因。研制了可视化沥青-钻井液动态置换模拟实验装置,分别在钻井液循环和静止状态下,模拟研究了钻井工程中钻井液与沥青的动态置换过程,分析了钻井液密度和黏度、地层裂缝宽度以及沥青黏度对置换过程的影响规律。结果表明,随着钻井液密度增加,沥青置换量呈对数增大趋势;随着地层裂缝宽度增加,置换量呈线性增大趋势;随着沥青黏度增加,置换量呈对数减小趋势;而钻井液黏度与置换量呈负相关关系。因此,钻井作业中,需合理控制钻井液密度以平衡地层压力;适当提高钻井液黏度;重点加强钻井液随钻堵漏作用,有效封堵地层裂缝,减少和堵塞钻井液漏失与沥青侵入井筒的通道。结合控压钻井技术,在该方法的指导下后续钻井作业中顺利钻穿沥青层。     

水包油钻井液抗污染性室内评价

室内配制了水包油钻井液,对其进行了膨润土侵、地层水侵、原油侵、盐侵实验。结果表明,水包油钻井液在被上述物质污染后,流变性变化不大,稳定性好,说明配制的水包油钻井液具有很好的抗污染能力。     

硅酸盐钻井液防塌机理研究与应用

利用Zetasizer3000电位-粒度仪、Turbiscan红外分散稳定仪、Novasina活度仪以及SHM泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置等先进的实验仪器和研究手段，对硅酸盐钻井液防塌作用机理进行了深入研究，并开发了一套硅酸盐钻井液配方。研究结果表明，5%硅酸盐水溶液的粒度分布较窄，协同使用的无机盐最佳加量为3%，且受硅酸盐模数和pH值影响较大;硅酸盐胶体溶液zeta电位为-41.0～-31.0 mV时，对泥岩钻屑分散体系具有很强的稳定作用;硅酸盐与泥页岩作用可以形成致密的“隔膜”，具有较理想的阻缓滤液侵入和压力传递作用。现场试验表明，该配方流变性合理、抑制性强，达到了稳定井壁的预期目的。     

钻井废液无害化处理技术的研究

通过生物处理技术对钻井废液进行室内试验,研究了钻井废液中有机污染物生物降解的可行性、处理钻井废液的最佳条件和处理钻井废液的工艺运行参数,为进一步试验打下了基础。