大港油田页岩油水平井钻井液技术

针对大港油田沧东凹陷和歧口凹陷页岩油水平井水平段钻进过程中存在的井壁易失稳、井眼清洁效果差、摩阻和扭矩高等技术难点,在分析页岩油地层地质特征的基础上,制定了增强钻井液抑制性、封堵性和携岩性的技术对策,通过优选封堵剂、润滑剂等关键处理剂,形成了BH-KSM-Shale和BH-WEI-Shale强抑制强封堵高性能水基钻井液。性能评价结果表明,BH-KSM-Shale和BH-WEI-Shale强抑制强封堵高性能水基钻井液具有良好的抑制性能、携岩性能和封堵性能,能降低页岩渗透率,阻止压力传递,保证井壁稳定。大港油田36口页岩油水平井使用BH-KSM-Shale和BH-WEI-Shale强抑制强封堵高性能水基钻井液钻进水平段,平均井径扩大率6.8%,未发生与钻井液有关的井下故障。这表明,BH-KSM-Shale和BH-WEI-Shale强抑制强封堵高性能水基钻井液能解决大港油田页岩油水平井水平段钻进过程中的技术难点,可为大港油田页岩油水平井钻井提供技术支撑。      

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。      

用于页岩气水平井的防塌水基钻井液体系的优选与评价——以长宁—威远国家级页岩气示范区为例

页岩气水平井钻进中常采用油基钻井液体系来解决页岩井壁失稳问题,但却面临废弃油基钻井液和油基后期岩屑处置的环保问题,因而迫切需要研制一种能防止页岩垮塌的水基钻井液来替代油基钻井液。为此,在分析四川盆地长宁—威远地区页岩矿物组分和微观结构的基础上,对构成防塌水基钻井液体系的关键处理剂,如封堵剂、抑制剂、润滑剂等进行了评价和优选,并确定了加量范围;然后通过室内配伍实验和复核,研制出防塌水基钻井液体系并对其性能进行了评价。结果表明,该钻井液的封堵性、抑制性、润滑性等性能均优于该区使用的聚磺钻井液、聚合物钻井液,接近或达到油基钻井液的水平。在长宁—威远国家级页岩气示范区进行的水平井钻进现场试验结果表明,该钻井液体系密度可达到2.31 g/cm~3,抗温能力达到130℃,在造斜段和水平段表现出良好的封堵能力和抑制能力,具有很好地防塌效果。该钻井液体系对实现该区页岩气的清洁生产与效益开发将发挥重要作用。     

超低摩阻水基钻井液在页岩气水平井的应用

油基钻井液具有优异的抑制性、封堵性、润滑性,是目前页岩气井作业的主要钻井液类型,但其对生态环境造成严重影响、过高的成本及废弃钻井液和钻屑处理压力限制了其在钻井中的应用。涪陵焦石部署4口水平井,钻探目的层为龙马溪组-五峰组,目的层含大段泥页岩,裂缝发育,易水化分散、垮塌漏失风险大。针对涪陵水平井要求低摩阻及地层泥页岩易发生井壁失稳的特点,研究了一套超低摩阻水基钻井液体系。该体系具有较好的流变和抑制性能,同时具有和油基钻井液相当的润滑性能。现场应用表明,超低摩阻水基钻井液实现了页岩气井水平段全流程高效安全作业,与同区块油基钻井液相比机械钻速提高了24.7%,每米钻时降低了6.2%,水平段起下钻1～2次,而油基钻井液需要2～3次,其中涪陵X4井水平段长2235 m,创完钻时国内页岩气水平井水基作业记录。该超低摩阻水基钻井液在涪陵页岩气的成功应用有望实现页岩气水基钻井液替代油基钻井液作业。      

国内页岩储层钻井液技术研究进展

随着页岩气资源的大力开发,近年来页岩储层的钻井作业不断增加。水平井结合水力分段压裂技术是实现页岩油气高效开发的关键,在美国、加拿大、澳大利亚等国家得到广泛应用。然而页岩储层中的水平钻井作业会遇到频繁的井下复杂,如页岩固有的井壁稳定问题、微裂缝引起钻井液漏失问题、长水平段导致的摩阻扭矩过大和井眼净化问题。因此,开发页岩气要求钻井液具有较好的页岩抑制性、封堵能力、润滑性以及携岩能力,以克服钻井过程中可能遇到的问题。为此,文章调研了具有较好性能的油基钻井液、水基钻井液、防塌堵漏的纳米钻井液,并对近几年国内页岩油气开发中钻井液的成功应用情况进行了分析,以期为国内页岩储层的钻井液技术发展、安全钻井作业以及页岩气的高效开发提供参考。     

高密度油基钻井液在长宁——威远区块页岩气水平井中的应用

四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区下志留统龙马溪组黑色页岩层具有较强的层理结构,微裂缝和裂缝发育。钻进过程中钻井液沿微裂缝和裂缝侵入地层,使井壁易发生层间剥落,造成井壁失稳。针对该区龙马溪组页岩层的地质特点,分析使用油基钻井液钻井的技术难点,提出了相应的技术对策。在自主研发出三合一乳化剂CQMO的基础上,通过实验优选出高密度油基钻井液配方,并对其性能进行实验分析评价。实验结果表明,该高密度油基钻井液体系具有好的高温沉降稳定性、抑制性、封堵性和抗污染性。该高密度油基钻井液体系已成功应用于长宁—威远国家级页岩气示范区36口水平井钻井,解决了钻进页岩气水平井摩阻大、井眼净化难和井壁失稳等难题,能满足页岩气水平井技术需要;钻进过程中,钻井液性能稳定,井壁稳定,携砂良好,井下安全。该高密度油基钻井液可在其他页岩气区块推广应用。     

适用于页岩气井的强抑制防塌高性能水基钻井液体系

威远地区M井区页岩气水平井钻井过程中易出现井壁失稳、坍塌等问题,而采用油基钻井液时钻屑含油量高、难处理,并且环保压力大。因此,以新型阳离子复合抑制剂DY-Ⅱ为主要处理剂,结合优选的封堵剂、润滑剂,形成一套适合于页岩气井的强抑制防塌高性能水基钻井液体系,并对体系性能进行了评价。室内实验结果表明:钻井液体系具有优良的抑制性和润滑性,页岩滚动回收率达99.2%,极压润滑系数和泥饼黏附系数与油基钻井液体系相当;体系在140℃下老化后流变性能稳定,具有良好的抗温性;采用高效铝基微纳米聚合物封堵剂,能够较好地封堵地层微裂缝,提高井壁稳定性;加入20%钻屑后,体系性能稳定,抗污染能力较强。现场试验结果表明,该体系性能稳定,具有较强的抑制防塌能力,施工过程中未发生井下复杂情况,作业顺利,说明该高性能水基钻井液体系能够满足威远地区M井区页岩气井的钻井需要。     

帅页3-7HF页岩油小井眼水平井水基钻井液技术

帅页3-7HF井是部署于苏北溱潼区块的一口页岩油Φ118 mm小井眼侧钻水平井。在施工过程中面临着页岩地层井壁失稳、小井眼环空压耗大,易于漏失、水平井降摩减阻要求高、CO₂污染等诸多难题。通过研究,构建了页岩水基钻井液体系SM-ShaleMud-Ⅱ。室内评价表明,该体系具有优异的抑制能力、封堵性能和润滑性能,能够满足苏北页岩油长水平井对钻井液性能的要求。现场试验表明,页岩水基钻井液体系高温高压滤失量小于7 mL,体系黏附系数小于0.07,完钻起钻摩阻小于16 t,有效保持了阜二段页岩储层井壁稳定达110 h,改变水基钻井液对阜二段浸泡时间的认知。该井创页岩地层Φ118 mm小井眼裸眼段1948.66 m最长,水平段1361.66 m最长等多项记录,其施工经验可为后续超小井眼长水平井施工提供参考,也为页岩水基钻井液SM-ShaleMud-Ⅱ在苏北页岩油大规模应用奠定了基础。     

适用于深层页岩气储层的高效水基钻井液体系研究及应用

针对深层页岩气储层钻井时易出现井壁失稳的现象,考虑到油基钻井液的环保以及成本压力,结合深层页岩气储层基本特征,室内通过关键处理剂的优选及评价实验,研究出了一套适合深层页岩气储层的高效水基钻井液体系,并评价了体系的综合性能。结果表明,该钻井液体系在140℃下老化后各项性能稳定,具有良好的流变性、润滑性、抑制性和封堵性能,另外,钻井液体系中加入膨润土、钻屑和CaCl_2污染后,各项基本性能变化也不明显,体系抗污染能力较强。现场应用试验结果表明,研制的高效水基钻井液体系性能稳定,施工过程中未出现井壁失稳等井下复杂情况,能够满足深层页岩气钻井施工对钻井液的要求。     

油基钻井液在威远地区页岩气水平井中的应用

威远地区页岩气储层石英含量较高,岩石脆性特征明显,属弱水敏;同时具有较强的层理结构,极易发生层间剥落;页岩强度有显著的各向异性,层理面倾角为40°～60°,岩心易发生沿层理面的剪切滑移破坏,造成定向段和水平段井壁失稳.根据威远地区页岩气储层特性,威201-H3井在定向、水平段应用了油基钻井液体系.该技术重点保证了合理的钻井液密度、强封堵性、低滤失量和良好的携砂能力;同时在实钻中建立了遇仙寺组及以下地层全套岩石流体中水的活度剖面数据库,为钻井液的活度防塌提供了很好的理论支撑.结果表明,该油基钻井液成功应用于威201-H3页岩气水平井钻探,较好地解决了威远地区泥页岩层垮塌的问题.     

龙马溪页岩井壁失稳机理及高性能水基钻井液技术

目前长水平井段井壁失稳问题仍是制约国内外页岩气资源钻探开发的重大工程技术难题。为解决龙马溪组页岩长水平井段的井壁失稳问题,采用X射线衍射分析、氦气孔隙体积测试、高压压汞测试、高分辨率场发射扫描电镜、CT扫描、岩石连续刻划强度等实验,分析了龙马溪组页岩微观组构特征及理化特性,探讨了微观组构特征、理化特性对龙马溪组页岩井壁稳定的影响。研究表明:龙马溪页岩富含脆性矿物,黏土矿物以伊蒙混层为主,微纳米孔隙发育,微裂隙呈缝状、近平行分布,敏感性矿物的存在及其层理、微裂缝发育是导致页岩井壁失稳的主要内在因素。为此,针对性地提出了多元协同稳定井壁水基钻井液防塌技术对策,即"强化封堵-适度抑制-合理密度-高效润滑"。应用该技术对策构建了高性能水基钻井液优化配方,评价表明,该体系有较好的封堵性和抑制裂缝扩展的能力。该体系在黄金坝区块2口井三开进行了现场试验。现场试验结果表明,该体系较好地解决了页岩长水平井段的井壁失稳和水平段摩阻较大的问题,为中国采用水基钻井液技术高效钻探开发页岩气资源提供了新的思路及经验。      

大庆油田致密油水平井强抑制防塌水基钻井液技术

针对大庆油田齐家区块致密油水平井钻井过程中存在的井塌、卡钻等问题,在聚磺水基钻井液体系基础上研制出强抑制防塌水基钻井液。室内研究表明,聚合醇和有机硅酸脂的协同抑制作用,可有效降低泥岩、泥页岩水敏性,采用铝基聚合物封堵地层微裂缝,可提高井壁稳定能力。该体系在齐家区块应用5口井,均未出现井壁坍塌和卡钻等事故,平均机械钻速14.5m/h,平均井径扩大率5%,水平段钻进摩阻30~60 k N,有效解决了大庆油田齐家区块致密油藏长水平段水平井钻井中存在的问题,为致密油储层的高效钻进提供了借鉴。     

四川盆地泸州区块深层页岩气水平井钻井关键技术

四川盆地泸州区块深层页岩气水平井钻井周期长、机械钻速低、钻具振动大,特殊岩性地层可钻性差、水平段井眼易失稳、地层温度高,且摩阻扭矩大、卡钻风险高。为保证作业安全,降低钻井成本,开展了水平井井身结构优化、水平段井眼轨道优化及轨迹控制等技术研究,推荐了激进钻井方式的最优参数,优选了特殊岩性地层减振提速和高效破岩技术;结合地面降温设备先导试验,优选了钻井液体系,并优化了钻井液性能参数,最终形成了泸州区块深层页岩气水平井安全高效钻井关键技术。该技术在泸州区块 4 口井中进行了试验,试验井平均井深5 601 m,水平段长1 884 m,钻井周期平均缩短14.5%,未发生井下故障。研究结果表明,该技术满足泸州区块安全高效钻井和推广应用要求。      

长宁区块强封堵油基钻井液技术研究及应用

分析清楚长宁区块龙马溪组和五峰组井眼失稳的原因,提出强化井眼稳定的钻井液技术对策,对该区块水平井水平段的钻进至关重要。基于X射线衍射、扫描电子显微镜、页岩膨胀、滚动分散试验,揭示了复杂地层的井眼失稳机理,提出了“强化封堵微观孔隙、抑制滤液侵入和阻缓压力传递”协同的井眼稳定技术对策。采用砂床滤失仪、高温高压滤失模拟装置、微孔滤膜等试验装置,优选了以封堵剂为主的长宁区块油基钻井液处理剂,构建了适用于长宁区块的强封堵油基钻井液体系,其抗温135 ℃,抗盐10%,抗钙1%,抗劣土8%,400 μm宽裂缝的承压能力达5 MPa,0.22和0.45 μm孔径微孔滤膜的滤失量均为0,封堵效果突出,综合性能优于常规油基钻井液。该钻井液在长宁区块现场试应用10余口井,龙马溪组和五峰组水平段均未出现井眼失稳的问题;与同区块采用常规钻井液的已钻井相比,复杂地层的井径扩大率平均降低10.82%,建井周期平均缩短4.5 d。研究结果表明,强封堵油基钻井液技术解决了长宁区块水平井龙马溪组和五峰组水平段的井眼失稳问题,具有较好的推广应用价值。      

页岩气井强化封堵全油基钻井液体系——以长宁—威远国家级页岩气示范区威远区块为例

为了破解四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区威远区块钻井过程中井壁失稳引起的复杂事故频发难题,在分析测定该区下志留统龙马溪组页岩的矿物组成、孔缝构造、表面润湿性和岩样吸液率的基础上,分析了井壁失稳的机理,通过对基础配方的深度优化,以及多种类、多级配复合封堵剂的优选,形成了一套密度介于1.80～2.40 g/cm~3、抗温150℃以上的强化封堵全油基钻井液体系。室内性能评价结果表明:①该钻井液体系具有良好的高温高压流变性、沉降稳定性和电稳定性;②该钻井液体系抗污染能力较强,在含页岩岩屑20%、含水10%时的综合性能依然保持稳定;③对龙马溪组页岩岩屑的一次回收率和二次回收率分别为100.00%和99.98%;④添加封堵剂的全油基钻井液能有效地封堵400mD渗滤砂盘、快速地阻缓流体压力在页岩内部的传递,具有更好的井壁稳定效果。结论认为,该钻井液体系能够满足该区页岩气钻井施工的技术需求,为降低复杂事故发生率、提高页岩气资源开发效率提供了技术思路和解决路径。     

一种环保型合成基钻井液在页岩气水平井中的应用

页岩失稳坍塌是目前困扰中国页岩气水平井大规模钻探的关键因素之一。合成基钻井液因其强抑制性强,在国外被广泛用于页岩气水平井钻井。借鉴国外的相关经验,选用气制油 Saraline 185作为基础油,通过室内实验得到了合成基钻井液的基本配方,再采用醋酸钾替代氯化钙作为水相抑制剂,既增强了体系的抑制性又简化了配制工艺。之后对其基本性能开展了实验评价：加重至2.40 g/cm³的钻井液流变性能良好,破乳电压较高;在130 ℃条件下热滚老化实验,测量其性能并与热滚老化前的性能对比,流变性及破乳电压变化都不大。在四川盆地对外合作的富顺区块成功进行了3口页岩气水平井的应用试验,在长达2 000 m的大斜度及水平井段中,返出的页岩岩屑棱角分明,粉碎后的岩屑内部干燥,起下钻井眼顺畅,斜井段平均机械钻速5.33 m/h,复合钻进平均机械钻速8.8 m/h。完井作业的电测、下套管、固井顺利,表明该钻井液完全满足上述区块页岩气钻井的需要。     

伊拉克东巴油田Tanuma组泥页岩高效防塌钻井液技术

伊拉克东巴油田South-2区块采用水平井开发Khasib组储层,但该区块首口以Khasib组为目的层的水平井在钻井过程中,因Tanuma组泥页岩多次发生坍塌卡钻,导致井眼报废。研究Tanuma组矿物组成、孔缝发育情况和水化膨胀特性发现,该组泥页岩具有黏土矿物含量高、水敏性较强、宏观层理发育明显、微观孔缝发育度高和水化膨胀速率快等特点,导致钻井过程中因黏土矿物快速水化膨胀而发生井眼失稳问题。基于此,通过室内试验,优选了封堵剂N-Seal及抑制剂U-HIB,对氯化钾聚磺钻井液的配方进行了优化,形成了高效防塌钻井液。室内试验发现,高效防塌钻井液具有良好的流变性、较强的封堵和抑制能力,能够满足Tanuma组泥页岩井段高效封堵的要求。该防塌钻井液在South-2区块3口水平井进行了现场试验,均成功钻穿Tanuma组泥页岩层段,顺利钻至设计井深,未出现坍塌掉块等井眼失稳问题。室内研究与现场试验结果表明,高效防塌钻井液能够有效解决Tanuma组泥页岩坍塌的技术难题,为实现Khasib组储层的有效开发提供技术支撑。      

陆相页岩气水平井段井壁失稳机理及水基钻井液对策

鄂尔多斯盆地陆相页岩气井水平段井壁失稳问题,是制约该盆地延长区块中生界上三叠统延长组页岩气资源勘探开发的重大工程技术难题。为此,采用X射线衍射分析获取页岩矿物组分特征,并分析其理化特征、比表面积及微观结构,在此基础上研发了基于纳米封堵的低自由水活度页岩水基钻井液体系(PSW-2),并现场应用于5口陆相页岩气水平井,保障了其长水平段钻进井眼的稳定性。研究结果表明:①该区延长组页岩黏土矿物含量高,属弱膨胀、易分散、多层理裂缝地层,井壁失稳是力学、物理化学、钻井机械扰动等因素综合作用的结果 ;②页岩平均孔径为4.494～8.502 nm,毛细管作用明显、吸水能力较强、水化不均匀,导致页岩局部强度下降,易形成突发性垮塌;③研制的PSW-2体系API滤失量低于2.8 mL、滚动回收率为95.15%(接近于油基钻井液98.25%的回收率)、线性膨胀率低至1.38%,润湿角由干岩样的26°增大为56.5°;④该钻井液体系浸泡后抗压强度增加至95.806MPa,接近于原岩的强度(110.70MPa)。结论认为,该水基钻井液体系通过微纳米成分封堵页岩孔隙、降低液相活度提高抑制性、减弱页岩毛细管自吸效应的多元协同,破解了井壁失稳的难题。