新型聚胺页岩抑制剂性能评价

针对钻井工程中泥页岩井壁易失稳的问题,近年来开发并应用的聚胺强抑制水基钻井液,被认为是最接近油基钻井液性能的新型水基钻井液。其中,聚胺页岩水化抑制剂作为该钻井液的关键处理剂,具有独特的分子结构和优异的抑制性能。通过抑制膨润土造浆试验、三次页岩滚动分散试验、X射线衍射分析黏土层间距和Zeta电位测试等试验,对比评价了聚胺与传统阳离子钻井液抑制剂小阳离子的抑制性。同时,考察了聚胺、小阳离子与膨润土及常用钻井液处理剂的配伍性。结果表明,与小阳离子相比,聚胺更能有效抑制黏土水化膨胀和抑制泥页岩水化分散,并具有长期稳定作用。聚胺与膨润土及各种钻井液处理剂配伍性良好,克服了阳离子钻井液配伍性差的问题。      

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。     

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。     

深水聚胺高性能钻井液试验研究

聚胺高性能钻井液是性能最接近油基钻井液的水基钻井液,在深水钻井领域具有广阔的应用前景。为降低钻井液成本,在研制聚胺强抑制剂的基础上,考虑水合物抑制及低温流变性等因素,通过优选处理剂,构建了适用于深水钻井的聚胺高性能钻井液体系,并对其进行了综合性能评价。结果表明,该钻井液可抗150 ℃高温,且低温流变性优良,2 ℃和25 ℃的表观黏度比和动切力比分别为1.36和1.14;其抑制页岩水化分散效果与油基钻井液相当,体现了其强抑制特性;在模拟1 500 m水深的海底低温高压(1.7 ℃,17.41 MPa)条件下,具备120 h抑制水合物生成的能力;抗钙、抗劣土污染能力较强;无生物毒性,能满足深水钻井环保要求。其主要性能指标基本达到了用于深水钻井的同类钻井液水平,可满足深水钻井要求。      

环境友好型聚合物钻井液抑制剂的室内研究

随着人们环保理念的增强和新环境保护法的颁布,研发各种新型低毒无害的环境友好型钻井液处理剂替代传统的钻井液处理剂势在必行。川渝地区目前使用较好的KCl-聚合物钻井液体系,其中含有较高浓度的氯离子,氯离子能够与环境中的有机物结合生成具有三致效应的氯代化合物,严重影响生态环境。笔者在室内研发出一种能够取代KCl的聚胺抑制剂,该抑制剂主要是通过胺基特有的吸附而达到抑制泥页岩水化分散的作用。聚胺抑制剂本身具有很好的抑制能力,并能够较好被环境接受,在取代KCl后,还能进一步提高钻井液的抑制能力,很大程度地降低聚合物钻井液中的氯离子,不仅能够改善聚合物钻井液各项性能,还能使其具有很好的环境保护性能。     

聚胺水基钻井液特性实验评价

室内合成的聚胺强水化抑制剂SD-A可有效抑制黏土水化分散,与国外同类产品Ultrahib性能相当。聚胺水基钻井液配方为:4%膨润土浆+3%SD-A+0.5%SD-E+1%PAC-LV+0.3%XC+3%SD-506。与聚合醇、阳离子、KCl/聚合物钻井液相比,二级膨润土在聚胺水基钻井液中的膨胀率最小,岩屑回收率最高,表明聚胺水基钻井液抑制页岩水化分散能力强。聚胺水基钻井液120℃热滚16 h前后的流变性能稳定,热滚后动塑比为1.07,高于油基钻井液。在400 mL聚胺水基钻井液中分别加入144 g NaCl、8 g CaCl2和80 g劣土后,体系流变性发生不同程度的改变,而滤失量变化较小,其中CaCl2对体系流变性影响最大。结果表明聚胺水基钻井液的抗污染能力较强。屈曲硬度实验、耐崩散实验和黏结实验等新型实验方法表明,聚胺水基钻井液的抑制性接近甚至超过油基钻井液,清洁润滑性优良,其EC值为12 g/L,符合环保要求。另外,简要分析了聚胺水基钻井液的抑制机理。     

新型抑制剂AC-34的研究与应用

用水基钻井液钻泥页岩地层时,由于泥页岩中粘土矿物具有较强的水化分散作用,造成井眼膨胀、缩径及井壁坍塌等井下复杂事故。为此研制了一种泥页岩水化反应活性低、价格便宜、无环境污染及适应性强的钻井液抑制剂AC-34。该剂是由淀粉经水解、缩聚,与Al~(3-)络合而成的一种络合物抑制剂。现场实验表明,AC-34抑制性强,配伍性好,钻进液流变性易调,钻进过程中井壁稳定,井眼规则,井下正常,满足了钻井施工的要求,取得了较好的经济效益。     

聚胺与甲酸盐抑制性对比实验研究

为了满足"优质、环保、安全、快速"的现代钻井工程需要,近年来开发了聚胺高性能水基钻井液,其性能被认为最接近油基钻井液。聚胺页岩水化抑制剂作为该体系的关键处理剂,以其独特的分子结构和优异的抑制性能,逐步引起人们的重视。文中通过抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验和粒度分布测试,对比评价了聚胺和甲酸盐的抑制性;通过X射线衍射分析层间距、Zeta电位测试、表面张力测试、改性膨润土吸水实验及活度测试等,分析研究了聚胺和甲酸盐的作用机理。结果表明,与甲酸盐相比,聚胺在低浓度时即能最大限度降低黏土水化层间距,使黏土去水化;同时聚胺吸附在黏土表面后,能增强黏土的疏水性;甲酸盐主要通过降低溶液活度实现抑制作用。     

强抑制性钻井液用有机胺抑制剂的性能研究

研制了一种与国外高性能钻井液用聚胺抑制剂性能相当的有机胺抑制剂BZ-AN1,对该剂的表面活性、吸附特性、吸附层间距、对膨润土浆pH值的影响等理化性能以及其抑制黏土造浆和岩屑分散的性能、对钙膨润土分散体系流变性的影响进行了评价.有机胺抑制剂BZ-AN1具有独特的分子结构,能很好地镶嵌在黏土层间,并使黏土层紧密结合在一起,从而起到抑制黏土水化膨胀、防止井壁坍塌的作用;该剂能够抑制钻屑分散而又不损害钻井液的性能,能够较好地兼顾钻井液体系的分散造壁性与抑制性.     

低活度强抑制封堵钻井液研究与应用

济阳坳陷沙河街组地层油泥岩黏土矿物含量高,以伊/蒙混层、伊利石为主,且微裂缝发育,钻井过程中易发生坍塌、掉块等井壁失稳问题,为此进行了低活度强抑制封堵钻井液研究。利用油泥岩的半透膜作用,根据活度平衡理论,通过优化活度调节剂的加量来降低钻井液的活度,通过优选抑制剂来提高钻井液的抑制性,并利用"钻井液全固相粒度优化+多元协同封堵"技术优选封堵剂提高钻井液的封堵性,形成了低活度强抑制封堵钻井液。室内性能评价结果表明,低活度强抑制封堵钻井液的常规性能满足钻井要求,其活度低于油泥岩的活度,抑制性能与油基钻井液接近,封堵性能良好,动滤失速率在10 min时显著降低,60 min后逐渐趋于平缓。10余口井的现场应用表明,低活度强抑制封堵钻井液的常规性能满足钻井要求,钻井过程中油泥岩和泥页岩井段未发生坍塌、掉块等井壁失稳问题。这表明,低活度强抑制封堵钻井液可以减缓油泥岩、泥页岩的吸水膨胀和水化分散,实现微裂缝的有效封堵,能够解决水平井段油泥岩、泥页岩坍塌、掉块等井壁失稳问题。      

聚胺仿油基钻井液在高位垂比水平井的应用

川西地区白恶系、侏罗系泥岩、砂岩互层频繁,极易水化膨胀、分散,前期施工的水平井表现出较多复杂情况:井壁易失稳,摩擦阻力大,易发生托压、卡钻等问题.室内针对以上技术难点,结合新型抑制剂聚胺和仿油基处理剂的优点,研制出了一套具有强抑制、强封堵和优良润滑性能的聚胺仿油基钻井液.该钻井液泥页岩水化膨胀率小于10％,滚动回收率达98％以上,润滑系数小于0.1,大幅减少了液体润滑剂的使用,降低了地层水污染的机率.该技术成功应用于川西地区30余口高位垂比水平井,各试验井井壁稳定,平均摩擦阻力小于12t,平均机械钻速较前期施工井提高34.31％,解决了中浅层井壁失稳、井下托压等技术难题.现场试验表明,聚胺仿油基钻井液技术具有广阔的应用前景.     

新型强抑制胺基钻井液技术的研究

针对大位移井钻遇泥页岩地层存在的水化膨胀缩径和严重造浆的问题,在研制出聚胺抑制剂JAI、阳离子聚丙烯酰胺强包被剂PV等主处理剂,并选用XCD和XC-HV复配作流型调节剂的基础上,开发出了与国外高性能水基钻井液性能相当的一种新型强抑制胺基钻井液.性能评价结果表明,该钻井液具有很强的抑制性,由于复配使用了一种成膜防塌剂,其岩屑回收率略高于高外同类体系;携岩能力强,在较低的表观黏度下具有较高的动塑比和ψ3、ψ6读数;而且滤失量低,抗温达120 ℃,抗盐、抗钻屑污染能力强,润滑性良好.该在二连油田巴18平7井的现场应用取得了良好的效果.室内实验和现场应用结果表明,该体系能够有效应用干易水化的泥页岩复杂地层的钻进,并且环境保护性能好.     

大港油田埕海二区钻井液技术研究

针对大港油田埕海二区沙一段大位移钻进过程中常出现的倒划眼、卡钻和井塌等复杂钻井问题,对该地层进行了黏土矿物分析和泥页岩理化性能实验,得出该井段中硬泥页岩地层微裂缝发育和易发生水化膨胀是导致井壁失稳问题的主要原因。根据井壁失稳机理,研制出一套高性能水基钻井液。评价实验结果表明,该体系抑制性强,能抑制岩屑分散及中硬泥页岩的水化膨胀,并能显著降低由钻井液侵入导致的对泥页岩强度的影响;具有较强的抗温(120℃)和抗污染能力。该体系总体性能与目前现场使用的国外一种高性能钻井液体系性能相当,能满足大位移钻井的需要。     

有机胺抑制剂WAN-1室内评价及应用

通过黏土造浆、页岩分散回收率、岩心浸泡和蒙脱土黏土颗粒Zeta实验,对有机胺WAN-1的抑制性进行了评价,结果表明有机胺抑制剂WAN-1能有效抑制泥页岩的水化膨胀,保证井壁稳定。有机胺强抑制封堵防塌钻井液体系在盐227区块,解决了长水平段泥页岩水化失稳导致井塌的难题,施工中井壁稳定,井下安全,井身质量良好,机械钻速明显提高,达到了优快钻井的目的。     

川西须家河组页岩气水基钻井液技术

油基钻井液是页岩气开发常用的钻井液体系,但存在污染大、费用高等问题,通过改进水基钻井液体系开发页岩气藏可以有效地解决上述问题。对川西须家河组五段泥页岩的工程地质特征进行分析发现,该层属硬脆性泥页岩,膨胀性矿物体积分数低,微裂缝发育,井壁失稳是影响水基钻井液使用的主要因素。通过室内实验优选了抑制剂、封堵剂和降失水剂,形成强抑制强封堵的聚胺仿油基水基钻井液体系。该体系具有较强的抑制封堵性、抗污染性、润滑性和优良的流变性,同时具有较低的中压失水和高温高压失水,在川西XYHF-1井页岩层现场进行了应用。结果表明,该体系能有效防止页岩层吸水膨胀、缩径垮塌,确保钻井施工安全,在川西页岩气藏开发过程中具有广泛的应用前景。     

超支化聚乙烯亚胺作为高效水基钻井液页岩抑制剂的研究

为解决钻井过程中的泥页岩井壁失稳问题,选取了重均分子量为6×104g/mol的超支化聚乙烯亚胺(HPEI)作为水基钻井液页岩抑制剂,通过膨润土造浆实验、线性膨胀实验和泥页岩热滚回收实验对其泥页岩抑制性能进行了评价,通过红外光谱表征、X-射线衍射实验以及热重分析对其抑制机理进行了分析。结果表明,HPEI对膨润土水化膨胀有良好的抑制作用,20%膨润土在1.5%HPEI溶液中造浆后的动切力仅为0.5 Pa,膨润土在3%HPEI溶液的膨胀高度较蒸馏水中减少了67%;溶液的pH值越低,HPEI的质子化程度越高,对膨润土水化分散的抑制性能越好。HPEI抑制黏土水化膨胀的机理为:HPEI分子进入黏土层间,通过静电引力和氢键的共同作用减弱黏土水化分散,其疏水结构阻止水分子进入黏土层间,抑制膨润土晶层膨胀。     

页岩油藏油基钻井液技术

胜利油田罗家区块和乔庄地区沙三段泥页岩裂缝发育,在该区块钻井具有一定风险性。对该区块泥页岩水化稳定性进行了分析研究,进一步明确了该区块泥页岩水化分散机理。对钻井液体系进行了评价,同时对其应用效果进行了总结。通过在渤页平1井、渤页平2井及梁页1 HF井的现场应用,说明油基钻井液体系完全满足该区块钻井要求,具有良好的页岩抑制性和井眼清洁能力。最后指出了现场应用中存在的问题,并探讨了相关对策。该研究对提高页岩油藏井壁稳定性、保障井下安全具有指导意义。     

新型超高温页岩抑制剂特性实验研究

为满足超高温深井钻井工程的需要,提升抗高温水基钻井液的抑制页岩水化能力,研选了一种新型超高温页岩抑制剂HT-HIB该抑制剂分子结构与聚醚二胺类似,端部含有2个胺基,但分子链为刚性的环烷基。通过抑制膨润土造浆实验、页岩滚动分散实验、页岩膨胀实验、压力传递测试、X射线衍射分析黏土层间距、Zeta电位测试和热重分析等,综合评价了该页岩抑制剂的抑制性能,并揭示其作用机理。结果表明,HT-HIB能抑制泥页岩水化膨胀和分散,并可在一定程度上阻止压力传递,作用优于目前高性能水基钻井液中使用的聚胺抑制剂;同时HT-HIB可在220℃下保持性能稳定。HT-HIB通过端部的胺基单层吸附插入黏土层中,破坏黏土表面水化层结构并排出层间水分子;黏土表面吸附HT-HIB后亲水性显著降低,从而阻止了水分子的吸附;此外,HT-HIB的溶解度随pH值变化,可使HT-HIB从溶液中析出并堵塞页岩微孔隙,也有利于阻止液相侵入。总之,HT-HIB借助化学抑制、润湿反转以及物理封堵协同作用,因而表现出突出的抑制性能,为开发新一代抗高温高性能水基钻井液打下了基础。      

聚胺钻井液体系在定北区块的应用

针对定北区块提速钻井液技术需求,为确保钻井提速时,石千峰、上石盒子组地层的泥页岩井段井壁稳定,降低井下复杂情况,优选了聚胺抑制剂,形成了适合定北区块钻井提速的无固相聚胺钻井液体系,具有低密度、低固相、低黏切的特点。定北11及定北12井现场应用表明该钻井液具有良好的稳定井壁、防钻头泥包的作用,为钻井提速创造了良好的条件。在提速井段,定北11及定北12井较已钻同类型井机械钻速提高了32%。     

强抑制聚胺钻井液体系室内研究

根据冀东油田地层特点并从保护环境保护储层出发，研制了一套适合冀东油田的聚胺钻井液。该体系抑制性强，无黏土相，润滑和防泥包性能较强，储层保护效果良好，处理剂能生物降解。所用处理剂有阳离子包被剂HPM、降滤失剂HDF、弱凝胶增黏剂HVIS、聚胺抑制剂HPA、无荧光润滑剂HLB，均由汉科新技术研究所研制、生产。采用淡水实验配方，通过流变性和滤失量测定，对前3种处理剂的加量进行了筛选，确定了用海水（或淡水）配制的聚胺钻井液基本配方。评价了基本配方淡水钻井液的抗盐抗钻屑污染性能、抗温性能（80～140℃热滚）、抑制性能（岩屑回收率、页岩膨胀性、岩屑粒度分布）、润滑性能及储层保护性能，在后3项性能评价中与MI公司的Ultradril钻井液进行了对比，二者性能相当。该聚胺钻井液能满足冀东油田钻井的需要。表10参6。