海上低渗储层防水锁强封堵钻井液技术

南海西部北部湾盆地乌石区块低渗储层硬脆性页岩发育,孔隙喉道小,水敏性强。前期钻井过程中水锁伤害严重,表皮系数高,且井壁失稳问题突出,井眼扩径严重,钻井事故频发。在前期使用的钻井液基础上,通过优选氟碳防水锁剂,降低油水界面张力,使用成膜封堵剂及优化碳酸钙粒径配比,在加强井壁稳定的同时可显著降低钻井液滤液及固相颗粒侵入储层,进一步保护低渗储层。室内评价优化后的钻井液滤失量及砂床侵入深度得到显著降低,高温高压滤失实验滤液固相粒度分布显示固相侵入低,高温高压滤失实验泥饼表面扫描电镜观察显示致密光滑,水锁伤害率降低至17.5%,岩心渗透率恢复值大于80%。乌石区块现场应用表明,优化后的钻井液井壁稳定性好,井径扩大率仅为5.4%,储层保护效果较好,测试表皮系数仅为1.2。该钻井液技术对其他低渗储层钻井液设计有一定的借鉴意义。      

低渗透储层水平井伤害机理及保护技术

钻井过程中固相堵塞、液相引起的水锁、储层的敏感性、压差和浸泡时间都会对低渗透储层造成伤害,在此基础上提出了保护储层的3M原则:首先是最大化预防原则,采用全过程欠平衡钻井预防固相堵塞,尽量降低液相引起的自吸伤害;其次是最大化保护原则,在无法实现欠平衡钻井时,以近平衡钻井为主,采用无黏土防水锁钻井液;再次是最大化解除原则,在完井时采用环保生物完井液解除滤饼堵塞,同时减少压力激动,缩短作业时间。根据这些原则形成了以无黏土可降解钻井液、高效泡沫钻井液和高效解堵完井液为基础的低渗透水平井储层保护技术。在大牛地气田和胜利油田等17口低渗透储层水平井的应用表明,该储层保护技术油气层保护效果良好,能有效提高油气井产量,降低开发成本。      

克拉美丽气田钻井液体系优化研究

针对克拉美丽气田钻井地层易漏易塌,储层污染严重,储层保护难度大,气藏水锁伤害严重等问题,开展了低伤害钻井液体系优化研究。结果表明,优化后的钻井液体系性能稳定,抗温性可达140℃以上,一次二次滚动回收率高,抑制性强,能有效稳定井壁;润滑性优良,能有效预防卡钻等复杂;实现了储层的有效保护与暴露,水锁损害降低,满足克拉美丽山前区块的钻井工程需要。     

低渗透储层水锁效应实验

水锁效应即毛细管弯液面两侧非润湿相压力与润湿相压力之差。水锁伤害主要由毛管压力和贾敏效应产生的附加压力引起。水锁效应的影响因素主要包括含水饱和度、压力、岩石润湿性、水相侵入深度和压差等。室内岩心水锁模拟实验结果表明,岩心水锁渗透率伤害率随着渗透率增加而明显降低,且驱替至油相渗透率稳定所需时间越长,水锁伤害越严重;含水饱和度越低,水锁伤害越严重,此时油相渗透率降低,且驱替压力升高。防水锁剂的最佳使用浓度(质量百分数)为10%,可使岩心油相渗透率伤害率降低50%～80%,驱替压力降低60%。添加醇等助剂时,5%防水锁剂可达到与10%防水锁剂相当的效果。     

KCl聚合物钻井液防水锁性能优化研究

为了能够在低孔低渗储层中应用KCl聚合物钻井液进行钻井,研究了其防水锁性能。在探讨水锁损害机理的基础上,提出了防水锁损害的技术对策,通过向KCl聚合物钻井液中加入防水锁剂FCS和油膜暂堵剂GPJ,提高该钻井液的防水锁性能,并对其防水锁效果进行了评价。岩心自吸试验表明,岩心的钻井液滤液饱和度由76.24%降至35.41%,钻井液的防水锁性能大大提高。钻井液体系优化后,钻井液滤液对岩心的侵入量和深度都明显降低,返排能力增强,岩心动态污染渗透率恢复率达到90%以上。研究表明,该提高钻井液防水锁性能的方法可行,拓宽了KCl聚合物钻井液在低孔低渗储层中的应用。      

临兴中区块致密气储层伤害及保护研究

随着临兴中区块致密气勘探开发节奏的加快,钻完井过程中的井壁坍塌、掉块、产能低等储层伤害问题逐渐凸显,影响了致密气开发效益。对临兴中区块储层物性进行了分析,对储层敏感性进行了评价,确定了致密气储层主要的损害因素为水锁损害、应力敏感损害、固相堵塞损害、粘土矿物及潜在敏感性损害、与地层流体不配伍伤害。在此基础上,对钻井液和完井液开展了研究,研制了强封堵聚合物钻井液体系和新型防水锁剂,现场应用表明,可以有效实现储层保护的效果。     

应用高性能多元醇钻井液保护深层低渗透油气藏

准噶尔盆地中部3区块的深层油气藏具有低渗透储层的典型特征,表现为含水饱和度高、孔喉细小、渗透性差、结构复杂、非均质性严重、油气流动阻力大及常伴有天然裂缝等特点。经岩心流动实验证实,水锁是损害该低渗透储层的主要因素之一,渗透率损害率为49.3%~89.2%。应用防液锁技术、理想充填理论及 d₉₀ 规则,研发了具有防水锁、低侵入特点的高性能多元醇钻井液。通过配伍性实验、表面 界面张力评价实验、动态污染实验及水锁实验,对该钻井液的储层保护特性进行了评价。室内实验及现场应用结果表明,该钻井液不仅能够满足超深井安全快速钻井的需要,而且多元醇SYP-1与表面活性剂HAR之间的协同作用能显著降低滤液表面张力和滤液-油界面张力,提高钻井液返排效率,减轻深层低渗透储层水锁损害。     

低渗透油气层水锁损害机理及低损害钻井液技术研究

低渗透油田地层具有泥质胶结物含量高、含水饱和度高、毛细管压力高、水敏性强及孔喉细小、渗透性差、结构复杂、非均质严重、油气流动阻力大、常伴有天然裂缝等特点。大量的研究表明，水锁损害是低渗储层最主要、最严重的损害类型，损害率一般为70％～90％。从多种角度系统分析了水锁损害产生的根源及其主要影响因素，并针对钻井完井过程中的水锁损害问题，研制出了多功能、低伤害、超低渗透的两性离子聚磺钻井液。该钻井液抑制性强，能防止水锁损害，更好地保护地层，提高低渗透油气藏的综合开发效益。     

低渗透储层水锁伤害影响因素室内评价

针对低渗透储层因水锁引起的地层伤害问题,开展了水锁伤害影响因素室内评价。通过实验数据结果分析,随着地层含水饱和度的增加,则气相渗透率下降;岩心渗透率越低,作用时间越长,岩心水锁伤害越大;驱替压差越大,岩心水锁伤害越小;活性剂能够减轻岩心的水锁损害。     

吉林油田低渗透气藏防水锁处理剂的实验研究

在低渗透气藏的钻井、完井、修井等作业过程中,外来液相的侵入极易引发储层的水锁伤害。在气藏水锁伤害机理研究的基础上,开发出适用于吉林油田研究区块低渗透气藏的防水锁处理剂,体系由氯化钾、氟碳表面活性剂(FC-3B)及甲醇组成,表面张力为21.32mN/m。利用天然岩心开展的物模试验结果表明,开发的防水锁体系能够明显减缓岩心的自吸水作用,体系对岩心渗透率的伤害率最大为2.74%,岩心渗透率恢复率最高可达到98.74%。     

无黏土水基钻井液在长庆油田米 38 区块水平井的应用

陕北神木气田米38区块致密砂岩气藏主要以水平井方式开发,由于储层段含有大段泥页岩,前期使用的钻井液体系固相含量高,在钻进过程中托压严重、摩阻大,常发生井壁失稳、下钻遇阻等情况。针对米38区块储层特征,优选了关键处理剂,形成了无黏土低固相水基钻井液体系。室内实验表明,该钻井液具有良好的封堵性和抑制性,高温高压砂床(150℃、3.5 MPa)侵入深度为7.2 cm,16 h的页岩膨胀高度仅为0.76 mm。现场应用表明,该钻井液体系具有良好的流变性、抑制性和封堵能力,较好地满足长庆油田米38区块水平段易坍塌地层的钻进需要。已施工的3口水平井钻进过程中摩阻小、无明显托压,起下钻顺畅,未出现任何井下复杂情况,钻井周期较设计周期平均缩短10.85 d,下套管一次到位。与邻井相比,单井产气量显著提高,有效提升了神木气田的开发效果。     

甲酸盐钻井液在长北区块的应用

为了防止水平分支长裸眼井段井壁失稳,长北区块应用了甲酸盐钻井液。以甲酸钠为加重剂和抑制剂,通过测试甲酸钠对基浆黏度和切力的影响、模拟地层条件进行甲酸钠对岩心的伤害试验、评价甲酸钠的抑制性及加重效果,研制出一种适合长北区块水平井的甲酸钠钻井液。现场2口井的应用表明,该钻井液具有抑制性强、滤失量小、流变性良好、固相含量低等优点,综合防塌效果好。该区块应用甲酸钠钻井液成功钻穿水平段多套泥岩段,表明甲酸钠钻井液能有效保持稳定井壁,避免井下复杂情况出现,解决了长北区块水平分支长裸眼井段的安全钻进问题。      

长宁区块页岩气水平井无土相油基钻井液技术

针对四川长宁区块页岩气水平井应用的有土相油基钻井液存在的流变性差、易诱发井漏等技术难题,开展了无土相油基钻井液技术研究。为提高油基钻井液的电稳定性和悬浮性,研制了复合型乳化剂G326和油溶性聚合物增黏剂G336,并确定了无土相油基钻井液配方。室内试验结果表明,与有土相油基钻井液相比,无土相油基钻井液具有更强的电稳定性和更低的终切力,有利于预防高密度条件下油基钻井液的稠化和复杂地层漏失问题。无土相油基钻井液在长宁区块某平台4口页岩气水平井进行了现场应用,这4口井井壁稳定,无缩径无掉块,起下钻畅通,井眼始终处于良好净化状态,平均机械钻速提高37.8%。研究结果表明,无土相油基钻井液解决了传统高密度油基钻井液因结构强度大而易诱发井漏的问题,满足了长宁区块页岩气水平井安全快速钻井的需要。      

长北气田长水平井段裸眼钻井（完井）液技术

介绍了用于长水平井段配合裸眼完井工艺特点的无黏土低伤害暂堵钻井（完井）液体系及其现场应用情况。室内和现场实验结果表明，无黏土低伤害暂堵钻井（完井）液体系性能稳定、密度低、失水低、润滑防卡性能优良、暂堵效果好，能有效保护气层。在整个水平段长时间施工过程中，完全能够适应长水平段钻井，同时对气层暂堵好，井壁上形成的暂堵滤饼可以通过气层压力完成解堵，很大程度上简化了完井、投产作业。经过测试，该体系对地层的伤害与其他体系相比，更有利于保护地层，更有利于工程施工，在常温条件下对地层的伤害仅有4.6%~5.1%，在特殊模拟井下条件下，对地层的伤害仅有6%~14%，是一种新型高效的完井液体系。该体系应用于长北气田CB1-1井，裸眼完井并直接气举投产，获得无阻流量218×10⁴m³/d的高产气流，创长北地区气田产量之最。     

NDW无土相低伤害储层钻井液在CB8-3井的应用

长北气田属于致密性气藏,钻井过程中工作液的侵入是造成储层伤害的主要因素。为了降低钻井液完井液对气层的伤害,主要从暂堵和改变储层岩石表面的润湿性两方面着手,研制出了暂堵效果显著、抑制性强、润滑防卡性能良好、密度可调、失水低等特点的NDW无土相低伤害钻井液体系。动态伤害模拟实验表明,该体系对气层的平均伤害率为11.25%,暂堵性好,并且易于通过储层自身能量完成解堵,很大程度上简化了完井、投产作业。该体系在CB8-3井完成水平段累计进尺4 388 m,其中240 m泥页岩夹层,在整个施工过程中,井眼始终处于良好净化状态,起下钻无阻卡,井底无沉砂;裸眼完井并直接气举投产,获得无阻流量230万m3/d的高产气流。应用结果表明,该体系能有效地保护油气藏,提高单井产量,值得推广。     

低渗透致密砂岩气藏保护技术研究与应用

分析了低渗致密气藏的损害机理与保护措施,认为低渗透致密砂岩气藏在钻井过程中的损害因素主要是水敏损害和水锁损害,其次为固相颗粒堵塞损害。为此,针对试验区块提出了“合理的屏蔽暂堵-强抑制-防水锁” 保护气层技术思路,进行了水锁损害机理与预防方法研究;以自行研制的气层专用保护剂为主剂,研制出了保护气层的钻井完井液配方,并进行了现场试验。实验表明,岩样被水侵之后,渗透率明显降低。因此,对于低渗透岩样,在钻井过程中,尽量避免滤液侵入储层;研制的保护气层钻井完井液配方抑制性强（页岩回收率为97.8%）,岩样气体渗透率恢复率高（大于80%）,能有效减小钻井液对气层的水敏和水锁损害。现场试验表明,该钻井完井液体系抑制能力强,气层保护效果较好。     

牛东区块无固相甲酸盐钻井液体系的应用

针对牛东区块油藏压力低、微裂缝发育、储层水敏性强等特点,优选了满足该区块钻井施工及油层保护要求的低密度无固相甲酸盐钻井液体系,在现场40余口井的应用中,有效减少了钻井液漏失,提高了机械钻速,并较好地保护了油层。无固相甲酸盐钻井液体系与聚磺钻井液相比,机械钻速提高了16．5％,单井漏失量减少了52．8％,油层保护效果好,投产初期产液量提高了20．9％。无固相甲酸盐钻井液密度低,抑制性好,对油层伤害小,可以有效减少低压油藏钻井过程中的漏失及保护油气层。     

双河油田水锁减产机理研究

针对双河油田因水锁造成的减产问题,开展了水锁减产的机理研究。应用热力学和动力学理论分析了引起水锁效应的原因;从渗透率、油藏压力、岩石矿物性质、驱替压力以及外来流体粘度等方面分析了影响水锁效应的内在和外在因素。岩心水锁伤害实验结果表明:渗透率越低,油藏压力和驱替压力越小,产生的水锁伤害越严重。提出了预防和解除水锁伤害的方法,现场试验8井次,有效率100%,取得了显著效果。     

高温高压凝析气井全过程欠平衡设计

针对高温高压凝析气井钻井过程中的储层伤害问题,在对国内外最新设计方法综合研究分析的基础上,开展了室内试验和软件模拟,提出了一种新的全过程欠平衡设计方法。该方法综合分析了井控安全、井壁稳定性、储层凝析气反凝析发生的油锁伤害和毛细管力引起的水锁伤害等因素。同时,在计算水力参数时考虑了温度和压力对钻井液密度和黏度的影响。为了保证在钻进、起下钻和接单根整个钻井过程中井底一直处于欠平衡状态,配套安装了旋转防喷器、井下套管阀等工具和设备,优化了施工工艺。采用该方法对沙特B-0008井进行了详细的设计分析。该设计方法既能保证井下安全,又能避免储层伤害,提高了探井发现油气的成功率。      

鄂尔多斯盆地长北气田储层保护技术

为了评价钻井过程中钻井液对鄂尔多斯盆地长北气田储层的伤害程度并评选低伤害完井液,实验中应用先进的AC-FDS-800~10000地层伤害系统,在模拟正常钻井和储层参数条件下成功地完成了3套钻井完井液体系对长北气田储层的伤害程度评价。实验结果表明：逆乳化油钻井液对该储层伤害率高达73.91%,因伤害发生在整个岩心而不易解除;油基钻井液对气层岩心几乎100%伤害,但油基钻井液滤失很小,浸入井壁的深度浅,在完井后储层开展射孔或压裂,则伤害很容易解除;相比之下,无黏土低伤害暂堵钻井完井液体系对气层平均伤害率为11.11%,暂堵性好,完钻后可以采取裸眼完井,井壁上形成的暂堵滤饼通过气层压裂完成解堵,并直接气举投产,很大程度上简化了完井、投产作业,值得推广应用。