纳米封堵剂Fe_3O_4性能评价与机理探究

在现如今的页岩气水平井钻进过程中,井壁失稳问题是首要解决的问题,而钻井液良好的封堵性能是保证井壁稳定的关键因素,封堵剂则是钻井液良好封堵能力的基础。封堵剂依靠封堵井壁微裂缝来达到稳定页岩地层井壁失稳现象的发生。页岩地层微裂缝和孔隙发育,绝大多数属微纳米级,一般的封堵剂由于其粒径大且形状与裂缝不匹配难以进入裂缝达到封堵效果。由于纳米Fe_3O_4磁性颗粒具备粒径小、分散性高、强顺磁性、低生物毒性和强的化学稳定性等优点而成为封堵剂研究的重点。本文通过模拟泥页岩低渗环境和三轴应力实验来对纳米封堵剂Fe_3O_4进行封堵性能评价与机理探究,通过与纳米封堵剂LAT对比,质量分数为5%的纳米封堵剂Fe_3O_4在3.5MPa,30min条件下的可使清水渗透率下降率达80%以上,且经过纳米封堵剂Fe_3O_4浸泡后页岩岩芯的抗压强度达到了175.6 MPa,接近原始岩芯的抗压强度(182.1 MPa),说明该纳米封堵剂可对页岩地层微裂缝和孔隙进行有效封堵,表现出优良的封堵特性。     

延长气田井壁失稳机理研究

通过对延长气田地层岩心进行矿物组份和理化性能以及声波时差、密度、电阻率等测井数据分析得出,延长气田地层属于属硬脆性泥页岩地层,内部微裂缝比较发育,结合安全钻井液密度窗口计算结果得出,适当的提高钻井液的密度和封堵性,可减缓了钻井液沿微裂缝向地层的侵入,钻井液液柱压力可以长时间的保持对井壁的有效支撑,防止井壁坍塌。     

影响钻井液封堵性能因素研究

当钻井液与井壁地层接触,如果钻井液泥饼质量和封堵性能不好,滤液侵入地层会导致孔隙压力升高和地层岩石力学性质发生变化。由于孔隙压力升高和地层岩石力学性质的变化,改变了井筒围岩的应力分布,引起井壁岩石强度的降低,导致地层坍塌压力的升高,当井壁岩石所受到的周向应力超过岩石的剪切强度时,就会发生井壁坍塌。可见提高钻井液封堵性能,减少滤液侵入,有利于抑制地层水化,控制井壁坍塌压力的升高,保持井壁稳定。本文从室内实验着手,开展影响钻井液封堵因素的研究,通过大量实验得出钻井液对地层的封堵效果受以下等因素控制。     

钻井液用成膜封堵剂HCM的性能评价及现场应用

针对渤海辽东湾某油田东营组地层硬脆性泥页岩裂缝和微裂缝发育的特点,研制了成膜封堵剂HCM以解决硬脆性泥页岩地层钻探过程中的坍塌掉块问题.室内研究表明,成膜封堵剂HCM对不同渗透率岩心具有很好的封堵能力,抗温能够达到180℃.渤海辽东湾生产井的现场应用表明,成膜封堵剂HCM与PEM钻井液具有良好的配伍性,能显著改善滤饼质量,从而明显降低钻井液的滤失量,大大减少钻井液滤液由于压差的作用浸入地层引起泥页岩水化膨胀而导致井壁不稳定和各种井下复杂情况的发生.     

钻井液防塌封堵材料的性能研究

含微裂缝的硬脆性泥页岩地层发生井壁坍塌的主要诱因之一便是钻井液中的液相进入微裂缝,导致近井壁地带孔隙压力升高,地层强度降低之故,解决这类问题的最直接手段就是对微裂缝进行物理封堵。为防止井壁坍塌,研制了类似于沥青类的防塌封堵新材料SAL,并对其性能和封堵效果进行了分析。     

易垮塌地层水基钻井液改进技术

南海西部某油田WX地层泥岩、页岩层理发育明细,钻井过程中井壁失稳问题频发,由于井壁失稳导致的钻井复杂情况率高达30%以上,通过分析地层粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析,研究泥岩、页岩层位井壁失稳的主要机理为:研究层位微裂隙发育,钻井液封堵性不足导致水相易进入地层。钻井液抑制性不足,导致粘土矿物水化严重。同时,粘土矿物中水化膨胀导致岩石应力急剧变化,并最终向井筒方向释放,造成缩径、掉块、坍塌和井径扩大等一系列井壁失稳问题。针对研究层位坍塌机理,在现场钻井液基础上,加强了其封堵性、包被性和抑制性,进而研发出以氯化钾和聚氨为抑制剂的高抑制性防塌钻井液体系。对该体系开展了系统评价,结果表明,该钻井液封堵性和抑制性较强,能满足现场工程需求。     

延长气田钻井井径扩大率影响因素分析

延长气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡,钻井过程中井壁失稳引起的井壁坍塌经常造成井下复杂情况。为了降低井下复杂工况发生概率,分别从现场实测数据及理论计算方面进行了分析计算,结果表明:石千峰组石盒子组地层岩石本身微裂缝发育脆性大是造成井壁坍塌地质因素,井壁长时间浸泡及泥浆性能不达标是造成井壁坍塌的工程因素;允许井壁适当坍塌,适当降低钻井液密度可以起到保护储层的目的。     

雷家地区全油基钻井液技术

在裂缝性页岩钻井过程中,如果出现井壁失稳现象,单纯提高钻井液密度重新使井眼达到稳定状态,会造成如压差卡钻、降低钻进速度等一系列工程问题,更严重的是如已揭开油气层,会对油气层造成严重的伤害。针对辽河油田雷家地区井壁失稳现象突出的问题,利用自主研发的处理剂形成了一套全油基钻井液体系,通过页岩膨胀率、滚动回收率、砂床实验以及三轴压缩实验等方法对全油基钻井液的抑制性、封堵性及保持页岩强度能力进行了评价。结果表明:自主研发的全油基钻井液体系能够有效抑制页岩水化膨胀,封堵地层微裂缝,对页岩强度有很好的保持能力。在高28井施工过程中,全油基钻井液性能稳定,井壁稳定,符合现场施工要求。     

腐植酸铝-胺基钻井液的研究与应用

随着河南油田勘探开发的的深入,大斜度井、水平井及非常规井等特殊工艺井的增加,钻井难度急剧增大,在张店油田、泌阳凹陷的大斜度井、水平井在钻井过程中,采用聚合物防塌钻井液体系,由于粘土矿物含量高(I/S相对含量达33-50%),多次出现了缩径、坍塌、卡钻及钻头泥包等井下复杂情况,如张20井出现两次卡钻,泌页HF1井频繁发生钻头泥包,由于井壁多次严重坍塌、阻卡等井下复杂情况,最后导致回填侧钻,说明水基聚合物钻井液体系的抑制性已不能很好地解决钻井过程中出现的复杂情况。腐植酸铝-胺基水基钻井液是一种强封堵、强抑制的水基钻井液,该钻井液含有一种胺类抑制剂、腐植酸铝,并与其它处理剂等,该体系具有良好抗盐膏、抗温性、良好的封堵能力,有利于水敏性地层、大段泥页岩地层的优快钻井。针对泌阳凹陷、张店油田泥页岩、伊蒙混层含量高,泥岩易水化分散,页岩层理发育,水敏性强,钻井过程中易出现井壁坍塌、钻头泥包等问题,为此形成腐植酸铝-聚胺钻井液体系,现场应用表明该体系能较好封堵泥页岩的微裂缝,解决泥页岩的坍塌。     

页岩油水平井钻井液密度计算

泌页2HF井是河南油田一口非常规页岩油水平井,斜井段、长水平段泥页岩发育,易垮塌,井壁不稳定,钻井液密度的准确预测,对于平衡地层坍塌压力、稳定井眼和安全钻井至关重要。通过建立地层坍塌压力计算模型,利用测井资料计算岩石力学参数及地层坍塌压力,为制定合理的钻井液密度提供依据。现场结果表明,该理论和方法对于泌页2HF井钻井设计和施工具有指导意义。     

新型防塌水基钻井液技术研究

利用新型聚胺抑制剂的化学抑制泥页岩水化作用和铝基封堵剂的封堵泥页岩裂缝作用,研制了可有效提高泥页岩井壁稳定性的新型防塌水基钻井液体系。评价实验表明,钻井液泥页岩岩屑回收率高达90%以上,并且具有良好的流变性和滤失性。该钻井液在新疆准格尔盆地一口探井成功开展了现场试验,有效抑制了泥页岩的水化分散,避免了井壁坍塌及卡钻等事故,提高了机械钻速。     

梨树断陷致密承压封堵钻井液技术研究

为解决梨树断陷硬脆性泥页岩地层井壁失稳的问题,根据多元协同井壁稳定理论,提出了以柔性封堵剂配伍刚性封堵剂来提高钻井液封堵能力的技术对策,构建了致密封堵钻井液体系。性能评价结果表明,该钻井液体系可将泥页岩的渗透率降低至95%以上,抑制性能优异。在梨6-11HF进行了现场试验,钻井过程中均未出现井壁失稳现象,试验井段平均井径扩大率仅为8.94%,电测均一次成功。     

钻井液体系对泥岩地层井壁稳定性影响研究

井壁围岩失稳所造成的复杂情况在油气钻井过程中具有普遍性。因此,准确地评价钻井液对地层岩石的强度影响,可以为钻井施工提供可靠的依据。岩石浸入在钻井液后,水进入到微裂隙和孔隙中去,在外部应力场的作用下,以孔隙水压力的方式叠加到外部应力场上,对岩石产生力的作用,水对受力岩石产生力学效应,受岩石中含水量的制约。钻井液体系对泥岩岩石力学性质有显著影响,一般规律是随含水量增加,内摩擦角、抗压强度、内聚力减小。这些变化所造成的结果是泥岩井壁更加的不稳定,更容易发生破坏。2号钻井液体系具有较强抑制性,可以有效地控制泥页岩的吸水量与吸水进程,使井壁在较长一段时间内保持稳定。因此,选择强抑制性的优质钻井液体系进行钻井对油气的勘探开发意义重大。     

新型抑制性水基钻井液技术及性能评价

针对该地区页岩地层水平井段容易产生水化膨胀缩径和造浆能力强的技术难题,利用新型无机盐和聚合醇等处理剂,开发一种新型水基钻井液,并模拟焦石坝地区下志留统龙马溪组地层温度(约80℃),开展老化实验评价;实验表明:该钻井液体系具有抑制性强,滤失量小的特点。此外,利用聚磺钻井液滤液、聚合钻井液滤液、清水和所研制的水基钻井液的滤液浸泡页岩岩心,评价常温常压膨胀量。由于聚合醇胶体填充页岩的细小孔隙或微裂缝,阻挡滤液进入泥页岩地层;另一方面,无机盐中水化能力弱的K~+将晶层间隙中水化半径较大和水化能力强的Ca~+、Na~+等离子交换出来,并与页岩晶层牢固结合,阻止晶层间距增大,抑制页岩水化膨胀;对页岩开展滚动回收率实验测试,页岩在所研制的水基钻井液中的回收率达到99.7%,体现出较强的抑制性能。     

冀东油田深层泥岩钻井液防塌性能评价方法研究

冀东油田深层泥岩主要是以伊利石、伊蒙混层为主的硬脆性泥岩;在钻井过程中,泥岩的剥落掉块容易引起井壁失稳,经常造成井壁坍塌掉块、钻具阻卡、电测遇阻等井下复杂情况。针对冀东油田深层泥岩的理化特性和硬脆性泥岩的坍塌机理,研究了钻井液封堵性评价方法;通过高温高压滤失速率、纳米微孔滤膜测试技术和泥岩压力传递测试技术,来评价钻井液体系对硬脆性泥页岩微-纳米孔喉的封堵效果。这些方法对提高钻井液对硬脆性泥岩的封堵能力有一定的指导作用,可以用于现场施工过程中对井壁失稳预防及处理,指导钻井液防塌性能的现场监督管理和调整维护。     

强抑制封堵防塌钻井液体系在柴1HF井的应用

柴1HF井是准噶尔盆地柴窝堡凹陷中央断褶带柴窝堡构造带上的一口非常规评价井。邻井钻探过程中曾经出现过严重的井塌及井斜问题,在已钻7口井中有4口井工程报废。该井一开选用强抑制封堵防塌钻井液体系,利用钻井液的强抑制和封堵能力很好的解决了上部砂泥岩地层的泥页岩水化膨胀、砂岩段形成虚厚泥饼造成阻卡的问题,实现了井壁稳定与井眼清洁。二开、三开选用铝胺聚合醇钻井液体系,该体系钻井液的强抑制封堵与防塌能力,解决了本段二叠系地层倾角大,易垮塌等问题。     

塔河油田TK860X井钻井液技术

塔河油田油气显示主要在三叠系、石炭系和奥陶系,埋深在4200-6500m,其中主力油层奥陶系一般埋深5550m左右。三叠系、石炭系井眼失稳问题一直是该油田勘探与开发的技术难点。TK860X井是在该地区实施的一口"直-増斜-稳斜-降斜-直"型开发井,完钻井深:5611m,垂深:5562.72m。根据地层特点,二开采用聚合物钻井液,三开采用聚合醇聚磺混油钻井液钻井液,易塌地层密度控制在1.30g/cm3。施工中通过提高钻井液滤液的抑制性,减小泥页岩的水化膨胀作用;采用屏蔽暂堵技术封堵地层微裂缝,提高地层整体承压能力,改善泥饼质量,降低滤失量,达到稳定井壁的目的[1],现场施工顺利。     

油基钻井液用纳米材料CQ-NZC的封堵性能评价

封堵性是油基钻井液的一个重要评价指标,提高油基钻井液的封堵性有助于井壁稳定,促进快速安全钻井.本文通过使用砂芯漏斗来模拟页岩的微裂缝,建立了一种新的评价油基钻井液封堵性能的方法,利用该方法对自制的纳米材料CQ-NZC在钻井液封堵性及其与氧化沥青封堵剂的复合作用开展了实验研究.结果表明,CQ-NZC在与沥青类封堵剂复配使用时,能够更好地降低滤失量、提高封堵性能.通过微观形态分析发现,CQ-NZC与沥青类封堵剂可以在一定程度上聚结,形成堵孔粒子,提升了钻井液体系的封堵性能.     

井壁稳定性分析研究进展

泥页岩井壁失稳一直是钻井工程中还未得到彻底解决的世界难题,井壁失稳不仅会延长钻井周期,而且还会提高钻井成本,因此对井壁坍塌机理的研究具有重要意义。泥页岩井壁稳定性可以从化学和力学两个方面进行研究,化学方面可以通过分析岩石的组构和理化性能,为防塌钻井液的抑制性设计提供依据;而力学方面通过测井资料计算岩石的力学性能,例如弹性模量、泊松比、内摩擦角、抗拉强度等,进而确定钻井液的安全密度窗口。     

长宁地区页岩气水平井防塌钻井液体系设计

长宁地区页岩气膨胀性好、层理发育、胶结性差,易引起井壁失稳问题,针对上述问题本文提出页岩气水平井钻井液防塌技术。对长宁地区岩石的矿物组分和微观结构迚行分析,结果表明矿物组分以石英、长石等脆性矿物为主,含量主要分布在36.85%～49.42%,压实程度高,结构紧密,微裂缝发育。脆性矿物含量高及微裂缝发育是引起井壁失稳问题的原因所在,故从抑制页岩黏土矿物水化和封堵微裂缝两个角度出发来解决该地区井壁失稳问题。本文将上述两种关键处理剂与其他处理剂迚行合理复配,形成了一套防塌钻井液体系。实验结果表明,该体系可有效抑制黏土表面水化,滚动回收率高达97%,并对该地区微裂缝迚行有效封堵,防止钻井液固相颗粒和滤液侵入地层,降低钻井液动滤矢量,体系抗温能力可达120℃,满足长宁地区安全、高效、经济钻井的需求。