超高温(240℃)水基钻井液体系研究

针对中国目前高温深井钻井的需求，研制出了一种新型抗高温水基钻井液体系，抗温可达240℃。该体系主要由抗高温保护剂、高温降滤失剂、封堵剂、增粘剂等组成。抗高温保护剂GBH可以大幅度提高磺化聚合物的抗高温降滤失性能、高温稳定性能及钻井液体系的整体抗温性能。评价了新型抗高温水基钻井液体系在高温下的高温稳定性、高温高压降滤失性能、流变性能、抑制性能和抗钻屑污染性能。实验结果表明，该抗高温水基钻井液体系各种密度配方在240℃温度下均具有良好的高温稳定性，高温高压滤失量低，并具有良好的流变性能、抑制性能和抗钻屑污染性能。     

杂多糖钻井液抗温抑制性能评价

为改善杂多糖钻井液抑制剂--SJ钻井液的抗温性能,通过岩屑滚动回收率实验、泥页岩线性膨胀率实验、泥球浸泡实验以及流变性能参数和滤失量随SJ钻井液添加量变化关系曲线,评价了SJ钻井液的抗温抑制性能。结果表明：水基钻井液中SJ添加量为1%～6%时,SJ钻井液具有合理的泥页岩抑制性、流变性和滤失性,抗温极限为140 ℃;SJ钻井液的抑制作用机理包括“连续半透膜”和“胶体软粒子填充降滤失”以及“硅锁封固壳去水化”等方面。该成果为开发保护油气层的水基钻井液又找到一类新型的抑制剂。     

高性能铝化合物钻井液体系研究

油基钻井液在解决复杂井钻井难题方面表现出了极大的优势,但其存在环境不友好、钻井液和钻屑排放等问题.针对该问题,从高性能铝化合物的作用机理出发,以铝化合物、有机胺抑制剂为基础,人工合成的抗高温降滤失剂PAADS,配以其它传统处理剂,经过反复优化实验研究,研制出了新型高性能铝化合物水基钻井液体系,该体系与有机胺盐抑制剂配合使用,具有较强的页岩抑制能力,能抗2000℃高温且稳定性好,降滤失能力强,其摩擦系数与油基钻井液基本相当,重要指标已经达到油基钻井液性能范围,具有了高性能水基钻井液的特点.     

基于疏水型纳米二氧化硅的页岩气盐水钻井液

由于页岩地层层理和裂缝发育,且具有水化性,因此在钻井作业中常面临井壁稳定、降摩减阻、岩屑清除等难题。为此,优选了疏水型纳米二氧化硅作为泥页岩封堵剂,以减少水分侵入,抑制泥页岩水化膨胀。通过钻井液常规性能测试、扫描电镜分析,评价了不同纳米二氧化硅对盐水钻井液的影响。结果表明:①疏水型纳米二氧化硅具强疏水性与强吸附性,能吸附在泥饼上,形成纳米颗粒隔水层,有效降低滤失量;②纳米二氧化硅加量为1%~3%时,疏水型固体纳米二氧化硅可使钻井液滤失量降低48.7%,疏水型纳米二氧化硅分散液可使钻井液滤失量降低41.67%,但固体颗粒易团聚,易失去纳米颗粒特性;③在180℃、NaCl含量25%、分散液加量3%条件下,钻井液滤失量为8.2mL;在室温~180℃下,钻井液水活度稳定在0.815~0.849,页岩膨胀率在4%左右,具有较强的抑制性;钻井液的润滑系数稳定在0.11~0.12,润滑性能较好。综合考虑滤失量、稳定性和性价比等因素,选定基于3%疏水型纳米二氧化硅分散液和25%NaCl的钻井液体系为最优配方。      

超高温超高密度钻井液室内研究

分析了超深井高温高压条件下钻井液技术难点,采用室内合成的黏度效应低的抗高温降滤失剂MP488,LP527和HTASP为主处理剂,同时在体系中引入KCl,制得抗温240℃、密度2.5 g/cm3的超高温超高密度钻井液。该钻井液经240℃/16 h高温老化后仍具有良好的流变性,高温高压滤失量(180℃)小于25 mL。钻井液的抗盐、抗钻屑和黏土污染能力强,页岩一次回收率达99.4%,沉降稳定性好。解决了流变性与滤失量控制难以及黏土高温分散导致钻井液增稠、胶凝等问题。     

延长气田强抑制强封堵胺基钻井液技术

针对延长气田地层特性、井壁失稳原因、储层特性等特点,开展了强抑制强封堵胺基钻井液研究。实验室采用抑制膨润土造浆实验,优选出抑制效果与聚醚胺相同、成本较低的胺基抑制剂AI-1。采用延长气田刘家沟组泥岩进行的页岩滚动分散实验和膨胀率实验表明,AI-1的抑制性好,对钻井液性能影响小。采用AI-1作抑制剂,改性淀粉、SPNH及PAC-LV作降滤失剂,ZHFD和FT-1作封堵剂,优选出强抑制强封堵胺基钻井液。该钻井液的流变性能较好,滤失量低,具有良好的泥饼质量、强的抑制性与封堵性能,对气层的损害程度低,对延长气田石盒子组、山西组、本溪组等气层岩心的渗透率恢复值在90%以上。该钻井液在延长气田3口井的使用,防止了井塌、井漏的发生,井径规则,提高了钻井速度,减少了对气层的损害。     

泌页HF1井油基钻井液技术

泌页HF1井设计三开在页岩层中钻进水平段,水平段设计长度1 000.00 m。该井定向段应用水基聚合物钻井液,在接近水平段时钻遇泥岩、页岩地层,并发生严重井壁失稳。为防止页岩水化、分散、垮塌及长水平段易粘卡的问题,在该井三开水平井段试验应用了油基钻井液。考虑闪点、毒性和芳香烃含量,选择5号白油为钻井液连续相;根据活度要求,确定质量浓度28.0 g/L的CaCl2水溶液为水相;优选了主乳化剂、辅乳化剂,确定了其加量;通过性能试验,确定了润湿剂、有机土、降滤失剂、提切剂和封堵剂的加量,并最终确定了油基钻井液配方。对配制的钻井液进行了各项基本性能及膨胀率、回收率、抗钻屑污染、封堵效果评价,评价结果较好。该油基钻井液在泌页HF1井三开水平段应用,仅用时6.5 d就钻完实际长达1 044.00 m的水平段而顺利完钻。应用表明,油基钻井液封堵防塌能力强、破乳电压高、性能稳定、滤失量低、流变性好,且具有较强的携岩能力。      

适合页岩储层的强抑制防塌水基钻井液体系

针对威远地区页岩气井W-X1井长水平段钻进时存在井壁失稳、漏失以及摩阻较大等问题,以多氨基页岩抑制剂HCA-3、复合封堵剂和高效润滑剂RMLUB-1为主要处理剂,研制了一套适合该区块页岩储层的强抑制防塌水基钻井液体系,并对其综合性能进行了评价。结果表明:该钻井液体系具有良好的流变性能、较低的滤失量以及较好的润滑性能,能够满足页岩储层水平井钻井施工对钻井液性能的基本要求;该钻井液体系与其他水基钻井液相比,其能够更好地降低页岩岩样的Zeta电位值,具有更强的抑制能力;该钻井液体系的高温高压PPA滤失量和滤失速率均与油基钻井液相当,并且能够较好地阻缓压力传递,具有较强的封堵能力;此外,该钻井液体系还具有较强的抗污染能力,加入不同的盐、钻屑粉和膨润土后,体系性能变化不大。强抑制防塌水基钻井液体系在威远地区W-X1井三开水平段成功进行了应用,现场各分段钻井液性能稳定,施工过程顺利,未出现井壁失稳、起下钻遇阻等复杂井下情况,井眼稳定,且提高了钻井效率,取得了良好的施工效果。      

耐240℃高温水基成膜钻井液的室内研究

为解决深井井壁失稳及钻井液流变性不稳定、滤失量大的问题,通过引入无机成膜剂和有机成膜助剂稳定井壁,研发出一套耐240℃高温水基成膜钻井液体系。通过正交实验优选体系配方,利用光学显微镜观察页岩表面成膜,通过页岩热滚回收实验、泥球浸泡测试实验、高温高压滤失测试、粒度分析、扫描电镜等测试对钻井液的页岩表面成膜特性、抑制性、流变性能和滤失量进行了室内研究。结合泥饼微观形貌特征进行理论分析,完成了钻井液性能评价,获得了性能稳定的耐高温成膜钻井液配方。结果表明,在240℃下体系流变性能稳定、动切力合理,滤失量低（240℃老化后API滤失量为5.6 mL,200℃高温高压滤失量为14 mL）,泥饼薄韧,成膜性能好,且具有良好的抑制性和封堵能力,有望在深井或高温地热钻探施工中应用。      

活性泥页岩快速钻井钻井液技术

为解决活性泥页岩水化分散而导致井眼缩径、井壁垮塌、钻头泥包、起下钻不畅、卡钻等井下复杂问题,以聚胺抑制剂和防泥包快钻剂为主要处理剂,研制出一套适宜于活性泥页岩钻井的快速钻井液体系。钻井液抗高温流变性能实验表明,钻井液能抗温150 ℃以上,通过钠膨润土造浆试验、岩心耐崩塌试验、钻屑滚动回收和泥岩黏附聚集试验,表明其抑制性能和润滑性能接近于油基钻井液,可解决强造浆活性泥岩钻井出现的钻井液黏切升高、流变性能恶化,能有效防止泥岩井壁失稳、钻屑分散、钻头泥包、泥岩黏附和聚结。钻井液体系抗污染性能好,且生物无毒,满足排放标准。在南堡17-×1511井的成功应用表明,该钻井液体系一定程度上有效解决了水敏性活性泥页岩安全快速钻进问题,可进一步推广。     

CQ-HPWBM页岩气水基钻井液的研究

针对目前页岩气水平井探勘施工中油基钻井液环境风险高、油基钻屑处理困难、成本高;水基钻井液抑制性不强、封堵性弱、润滑性差的难题开展相关研究!通过针对水基钻井液存在问题进行深入分析,逐一提出解决思路,研制出一种页岩气水平井用的高密度水基钻井液。分别评价了体系的抑制性能、封堵性能、润滑性能和降滤失性能并与国内外水基钻井液进行了对比。研究表明CQ-HPWBM水基钻井液体系在页岩、碳质泥岩条件下具有优异的封堵性能、抑制性能,在高密度高固相条件下仍具有良好的润滑性能、降滤失性能和流变性能,性能接近油基钻井液。能够满足页岩气水平井、碳质泥岩水平井施工对水基钻井液的要求,替代油基钻井液。     

水基钻井液成膜技术研究

介绍了一种新型的有机硅酸盐半透膜抑制剂BTM-1。通过钻屑回收率试验、泥页岩水化趋势作用试验、泥球浸泡试验和膜效率测定，评价了BTM-1抑制剂对泥页岩水化膨胀及分散性能的抑制作用及其半透膜效能。研制了与半透膜相配伍的具有良好抗盐抗温性能的降滤失剂CFJ-1；介绍了具有隔离膜性能的成膜降滤失剂钻井液性能，用扫描电镜试验，测定了隔离膜的结构特征，对隔离膜降滤失机理进行了初步探讨。给出了具有半透膜、隔离膜的成膜钻井液配方。评价了成膜钻井液的抑制性、抗盐性和抗温性能，通过动滤失量试验、渗透率恢复值试验评价了成膜钻井液保护储层效果。荧光及毒性试验表明，成膜钻井液体系无荧光、无毒性，满足国际环保要求。     

安全环保的新型水基钻井液ULTRADRILL

针对渤海地区钻进过程中遇阻遇卡,起下钻困难,密度难以控制,机械钻速低等问题,采用了安全环保的新型水基钻井液ULTRADRILL,ULTRADRILL新型钻井液的合成聚合物不含铬及其它对环境有害的物质.该钻井液主要由两种基本的页岩抑制剂和钻速增效剂组成.该钻井液能提供优异的页岩抑制性、润滑性和井眼稳定性;滤失量小、滤饼薄,可防止钻头泥包;携砂能力强,流变性易于控制;具有较广的密度和盐的选择性.现场应用表明,ULTRADRILL钻井液性能稳定,具有独特的流变性能,滤失量小、泥饼坚韧、致密而光滑;钻井过程中悬浮携砂能力强,钻速快,井壁稳定.该钻井液容易降解,且无生物毒性,满足了海洋环保的要求.     

川滇页岩气水平井水基钻井液技术

为解决水基钻井液钻页岩气水平井过程中出现坍塌等井壁失稳问题,以多碳醇、磺化沥青钾盐为核心处理剂,研究了一套针对川滇页岩气地层的新型水基钻井液。通过膨胀率、回收率、力学特性分析、封堵、抗污染等实验,研究了新型水基钻井液基本性能。结果表明,新型水基钻井液显著抑制云南龙马溪组、四川龙马溪组及五峰组页岩水化膨胀与分散,页岩膨胀率分别为1.23%、0.95%和0.98%,回收率分别为98.94%、99.13%和99.05%,其抑制页岩水化膨胀分散性能与油基钻井液相近;与常规水基钻井液相比,页岩抗压强度降低程度大幅减小,能有效减缓页岩抗压强度降低,对页岩裂缝具有较强的封堵性;抗盐（5% NaCl）、膨润土（5%）、岩屑（20%钻屑）污染能力强,具有良好的稳定井壁效果。      

抗高温疏水缔合聚合物无固相钻井液研究及现场试验

针对现有无固相钻井液抗温能力弱、无法满足高温水平井钻井需要的问题,以两性离子型疏水缔合聚合物PL-5为主剂配制了抗高温疏水缔合聚合物无固相钻井液。对该钻井液的流变性、滤失性、悬浮稳定性、抑制性和储层保护性能进行了室内试验评价,并应用原子力显微镜（AFM）和环境扫描电镜（ESEM）对构建该钻井液液相的聚合物的微观结构进行了观测。室内试验结果表明:该钻井液在160℃下老化后,仍可保持良好的流变性、滤失性和悬浮稳定性;上部地层钻屑的一次滚动回收率达60.1%,下部地层钻屑的一次滚动回收率达87.2%,抑制泥页岩水化分散效果显著;油层岩心的渗透率恢复率可达82.0%以上。抗高温疏水缔合聚合物无固相钻井液在DF1-1气田3口井的水平段钻井中进行了现场试验,结果表明,该钻井液不仅具有良好的流变性、滤失性和悬浮稳定性,而且具有良好的储层保护效果,提速效果显著,能够满足高温水平井钻井需要。      

强力包被剂COATER在沙埝地区的应用

江苏油田苏北地区上部三垛组泥岩泥岩易吸水膨胀，分散，下部阜宁组泥页岩易吸水掉块垮塌，在钻井过程中时常出现缩径，起下钻拔活塞，下钻遇阻，大段划眼等复杂情况，影响钻井效益及井下安全。Coater乳液具有较大的分子量，一般为1000万－1500万，能有效地将钻屑包被好，有利于固控设备将钻屑清除。强力包被剂Coater提高了钻井液的抑制性，使泥岩的水化分散得到有效控制，钻井液性能稳定，处理剂加量少，井壁稳定好，井径规则，更利于实现低固相和减少滤液侵入地层，保护油层效果好；Coater单独使用时钻井液滤失量大，泥饼质量差，与PMHA-Ⅱ和FA－368复配使用后，钻井液性能较易控制，处理简单，膨润土含量低；Coater乳液直接加入钻井液中，利用率高，减少了浪费。     

240℃超高温饱和盐水钻井液室内研究

针对超深井钻井工艺对钻井液的要求,采用抗高温降滤失剂MP488、抗高温解絮凝剂LP527、抗盐高温高压降滤失剂HTASP,配制了抗温达240℃、密度为2.0 g/cm3的饱和盐水钻井液体系。性能评价结果表明,该钻井液体系经过240℃、16 h高温老化后具有良好的流变性,高温高压滤失量(180℃)小于20 mL,钻井液抗钙、钻屑、黏土污染性能好,页岩一次回收率达97.4%,沉降稳定性好。     

多胺型泥页岩抑制剂对黏土水化膨胀的抑制性能评价

泥页岩水化膨胀和分散引起的井壁失稳一直是钻井工程中的技术难题,因此钻遇泥页岩地层的水基钻井液中必须提高钻井液对泥页岩的抑制性,最大限度地降低井下复杂情况的发生率。为此,以有机二酸与胺为原料合成多胺型泥页岩抑制剂,并通过线性膨胀性、防膨、抑制黏土造浆、钻井液性能评价等实验,评价了其抑制性。实验结果表明:草酸、丁二酸、己二酸与四乙烯五胺按照酸与胺的摩尔比为1∶2时的反应产物的抑制性最佳,浓度为0.1%的溶液与4%氯化钾溶液的抑制作用相当;钻井液加入筛选出的抑制剂后的动切力值明显降低,且土容量越大,变化越明显;在0.1%二酸-四乙烯五胺(1∶2)溶液中,90min时膨润土的线性膨胀率与同条件下4.0%氯化钾溶液中的效果相近,防膨率最高可达34.41%;室温下,多胺类抑制剂所需加量少,对水基钻井液有一定的增黏作用,对膨润土水化膨胀、分散的抑制效果较好。     

水基半透膜钻井液技术的研究与应用

介绍了一种新型的有机硅酸盐半透膜剂BTM-2.通过钻屑回收率、泥球浸泡、抑制膨润土造浆、抗污染、抗温等试验及半透膜效率测定,评价了半透膜剂及半透膜钻井液的性能,有机硅酸盐半透膜钻井液具有高半透膜性能、强的抑制泥页岩水化膨胀、分散的能力、良好的抗钻屑污染能力和高温流变性.现场应用表明,该钻井液体系抑制能力强,防塌效果好,井径扩大率小,井径规则.     

常规天然气分析标准对页岩气的适应性评价研究

针对川西地区中浅层长水平井钻进过程中存在的水平井段长易卡阻、砂岩泥岩交错易发生井壁失稳等难题,研制出了新型聚胺仿油基钻井液。该钻井液主要由具有强抑制作用的处理剂聚胺和主要作用为润滑和降滤失、兼具抑制功能的处理剂MEG(甲基葡萄糖甙)组成,具有高润滑性和强抑制性的特点,其抑制性能和润滑性能接近油基钻井液水平。现场应用表明,聚胺仿油基钻井液性能稳定、密度调节范围广、流变易于控制、滤失量小且泥饼薄而韧性好,能有效地抑制泥页岩水化分散,保持井壁稳定,满足川西长水平井段施工需求。