适合柯克亚地层的油基钻井液体系研究及应用

针对塔里木油田柯克亚储层为强亲水性岩石且水敏性强,常规水基钻井液与储层发生物理化学作用,引起地层中粘土的水化膨胀和分散、岩石强度下降,导致井壁不稳定,使得油气层受到很大程度的伤害。为此研制了油基钻井液体系。通过室内实验优选出适合该地层的油基钻井液体系配方。实验结果表明该油基钻井液体系具有良好的流变性能、抗污染能力、电稳定性以及强的抑制能力。能够满足大段泥页岩等复杂地层的钻井要求,具有广阔的应用前景。     

一种新型油基钻井液用高温降滤失剂的研制

本研究采用C5石油树脂和EVA树脂(乙烯-乙酸乙烯共聚物)为主要原料,制备新型油基钻井液用降滤失剂。相对于传统沥青类材料,其在环保和油基钻井液流变性和稳定性方面有明显提升。实验评价了新型降滤失剂油基钻井液体系的性能:包括流变性能、电稳定性、HTHP滤失量、沉降稳定性、滚动回收率、抗污染性和生物毒性实验等。实验结果表明:新型降滤失剂在油基钻井液体系中温度可达240℃、最高密度满足2.4 g/cm3;水相浓度范围(10%~30%)条件下,流变性能稳定;电稳定性良好;HTHP滤失量10 m L,且可调性较高。     

生物柴油钻井液研究与应用

针对油基钻井液目前存在的配制成本高、易污染环境、有一定的安全隐患等缺点,以具有可再生性能、安全性能和环境保护性能的生物柴油作为基油,研制出了全生物柴油基钻井液和生物柴油油包水钻井液.评价结果表明,全生物柴油基钻井液配方简单,流变性能良好,具有良好的抗高温(180℃)和抗水侵(10％淡水或10％饱和盐水)、钙侵(3％ Ca2+)、劣土侵(10％钠膨润土)能力;油水比为8∶2的油包水钻井液密度达1.92g/cm3仍具有良好的流变性能和乳化稳定性;毒性低,对卤虫幼体的半致死浓度为36 114 mg/L,符合一级海区和二级海区生物毒性要求.生物柴油油包水钻井液在胜利油田渤页平1-2井中进行了应用,该体系性能稳定,在高密度情况下流变性能良好,施工过程中起下钻通畅,完井管柱下入顺利.     

烷基糖苷衍生物钻井液研究及在长宁H26-4井的应用

针对川南页岩气地层特点,长水平井的钻井要求,研发了一种新型的水基钻井液体系-烷基糖苷衍生物(ZYAPD)钻井液体系,并通过室内评价了其基本性能、井壁稳定能力、润滑性。结果表明,该钻井液体系具有良好的流变性能,高密度条件下高温高压失水小于5 mL;90℃条件下对露头页岩岩心连续浸泡,ZY-APD钻井液在50 d内与油基钻井液井壁稳定能力相当;润滑系数小于0.1。该钻井液在长宁H26-4井的应用过程中,井壁稳定、携砂效果及润滑性能良好。该体系较好满足了页岩气水平井钻井施工技术要求。     

抗高温高密度油基钻井液在塔里木油田大北12X井的应用

大北12X井是2018年塔里木油田的一口高温高压评价井,位于库车坳陷克拉苏构造带大北段大北12号构造东高点,该区块库姆格列木群膏盐岩段（4267～5287 m）普遍为高压～超高压,局部存在高压盐水层、漏层。钻井过程中,易出现井壁失稳、漏失、盐水侵等复杂技术难题。针对该区域的地质特点和作业要求,分析了高温高压作业条件下油基钻井液体系的技术难点,优选出抗高温高密度油基钻井液体系配方,并且通过室内实验,模拟高温高压井段作业可能出现的风险,进行了系统的工况模拟评价。实验结果表明,抗高温高密度油基钻井液体系性能稳定,破乳电压为1562 V、高温高压滤失量为1 mL,体系抗30%体积分数的近饱和NaCl盐水污染,污染后体系表观黏度变化小于10%,滤失量小于2 mL,破乳电压为1002 V。体系抗温稳定能力强,室内实验170℃老化10 d后体系流变性能稳定,沉降因子为0.522。现场应用表明,抗高温高密度油基钻井液体系能够解决塔里木油田库车坳陷克拉苏构造带高温高压超高压盐膏层作业难题。四开井段,钻井液密度为2.43 g/cm3,油基钻井液保持了良好的钻井液流态,较低的黏度、切力及ECD等优良参数,未造成黏度、切力过高引起井漏等复杂情况。该井钻遇盐膏层厚度达2135 m,油基钻井液抗石膏污染能力强,流变性能稳定。      

高温高压耦合条件下油基钻井液的流变特性规律及其数学模型

为了探究高温、高压耦合条件下温度、压力对油基钻井液流变性能的影响规律,利用超高密度高温高压钻井液流变仪Fann iX77分别测试了各个高温、高压耦合条件下密度为1.4、1.8、2.2、2.4 g/cm3的抗高温油基钻井液体系的流变特性。结果显示,油基钻井液表观黏度和塑性黏度随温度的升高而逐渐降低,随压力的增大而逐渐增大;动切力随温度的升高表现出先增高后降低的趋势;当温度超过一定值时（160 ℃左右）,高温作用对各个高密度油基钻井液流变性的影响都将大大减弱。将所测得的各个高温、高压耦合节点条件下的流变参数进一步分析后得到油基钻井液的温度、压力二元数学模型,误差分析结果显示,该模型对各密度体系的实验测量数据均具有良好的拟合性,可决系数R均大于0.96,因此该数学模型能够较为精确地预测出各个温度、压力耦合条件下油基钻井液的流变性能。      

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。     

加重剂对抗高温超高密度柴油基钻井液性能的影响

在塔里木盆地库车山前钻遇库姆格列木群盐膏地层时,要求采用抗高温超高密度油基钻井液,该钻井液必须具有良好流变性、低的高温高压滤失量、良好的封堵性与动、静沉降稳定性。研讨了不同类型加重剂对抗160℃超高密度柴油基钻井液性能的影响;采用重晶石（ρ=4.2 g/cm3）、重晶石（ρ=4.3 g/cm3）、氧化铁粉、Microdense等单一加重剂配制超高密度柴油基钻井液,钻井液性能无法全面满足钻井工程的需要;采用具有超微细、高密度、球形等特点的MicroMax加重的超高密度柴油基钻井液拥有非常好的流变性能和良好的沉降稳定性,但无法控制钻井液的高温高压滤失量;当重晶石和MicroMax按60∶40比例复配时,可配制出性能良好的超高密度（2.4～3.0 g/cm3）抗高温柴油基钻井液,能满足库车山前钻进高压盐水层与易漏地层的需求。      

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。     

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。      

抗160℃超高密度柴油基钻井液体系

由于油气勘探开发逐步向深层、非常规等油气藏发展,要求采用抗高温超高密度油基钻井液钻进,该钻井液必须具有良好流变性、低的高温高压滤失量、良好的封堵性与动/静沉降稳定性。研讨了抗160℃超高密度柴油基钻井液配方。通过大量实验得出,采用重晶石加重,无法配制出具有良好流变性能与动沉降稳定性能的超高密度柴油基钻井液;形成了抗160℃密度为2.4～3.0 g/cm3超高密度柴油基钻井液配方为,0#柴油与25%氯化钙盐水的质量比为90∶10,加入有机土+0.8%主乳化剂+1%辅乳化剂+1%润湿剂+5%降滤失剂+3% CaO+加重剂（重晶石∶MicroMax为6∶4）,其中有机土加量随钻井液密度增加而下降,密度为2.4、2.6、2.8和3.0 g/cm3的柴油基钻井液,最佳有机土加量分别为1%、0.5%、0.3%、0。      

XZ-新型高性能水基钻井液的研究及应用

为了解决准噶尔盆地深井储层钻探难度大,钻井成本较高等问题,基于"封堵、抑制、固化、双疏、润滑"理论,采用仿生抑制剂XZ-YZJ、仿生封堵剂XZ-FDJ、键和润滑剂XZ-RHJ、固化成膜剂XZ-CMJ、双疏剂XZ-SSJ等处理剂,形成了适合该区块的XZ-新型高性能水基钻井液。该钻井液具有较好的流变性能,且具有较好的长时间老化性能和抗污染性能,老化3 d后,或被2% CaSO₄或10%膨润土污染后,体系仍具有较好的流变性。该钻井液还具有较好的抑制性,对钠基膨润土岩心的线性膨胀降低率达94%以上;对于现场的泥页岩岩屑的滚动回收率均能达到95%以上。钻井液的这种较好的封堵性、润滑性、抑制性、低表面张力等有利于维持井壁稳定、润滑防卡、保护储层等,适用于复杂情况较多的深井及大位移井。现场试验表明,该钻井液体系可以降低井底复杂情况,缩小井径扩大率,缩短建井周期,满足了安全、高效、环保钻井的需要,具有很好的推广应用前景。      

抗高温无固相钻井液技术

针对钻井液易高温变性的特点,通过研制出耐高温增黏剂XCC、降滤失助剂AADC、封堵剂FSCC,设计出一种无固相抗220℃超高温的钻井液配方。具体加量配比为2% XCC+1% AADC+3% SPNH+1% SMP+3% FSCC+0.5% Na₂SO₃。并对其进行性能表征,SEM显示其页岩层状微裂缝及碎片得到了明显封堵与修饰,在泥页岩表面形成与微裂缝方向平行的致密树状聚合层;FT-IR结果表明,该抗高温钻井液经过220℃高温老化后性能稳定,具有良好的流变性能和滤失造壁性能,抑制和润滑性能满足钻井需要;能抗10%黏土与5%钻屑的污染,同时对10% KCl+20% NaCl的盐溶液也有较好的抵抗能力;该钻井液EC₅₀的检测结果大于80 000 mg/L,达到了建议排放标准。最终抗220℃超高温钻井液XCC/AADC/SPNH/SMP/FSCC在涩北1号气田24井得到了成功应用。      

无毒环保型高性能水基钻井液室内研究

由于油基钻井液存在使用成本高、环保处理难度大等弊端,使用水基钻井液替代油基钻井液已成为大势所趋。针对页岩地层对钻井液性能的要求,以无氯、无重金属离子、无黑色材料等环保指标为基本原则,优选了胺基聚醇和乳液大分子作为环保型高性能水基钻井液的包被抑制主剂,配合甲酸钾进一步提高体系的抑制性,并通过高效封堵剂提高体系对页岩地层纳微米孔缝的封堵能力,构建了无毒环保型高性能水基钻井液体系。性能评价结果表明,该钻井液在密度为1.22~2.18 g/cm3范围内均具有优良的流变性及滤失造壁性能,该体系静置24 h后上下密度差为0.03~0.06 g/cm3,沉降指数低于0.508,悬浮稳定性好,触变性高,钻井液样品API泥饼黏滞系数最低达到0.026 2,润滑性能好,并兼具较强的抑制性和抗岩屑污染性能,5.0%及8.0%英国评价土或古巴VDW**井岩屑污染前后的塑性黏度、动切力、静切力的变化率均控制在25%左右,能够满足不同压力系统页岩地层钻井的需要。      

乌石17-2油田强封堵合成基钻井液体系

乌石17-2油田是南海西部油气藏的重要组成部分,具有重大的勘探开发前景。然而,该区块存在严重的井壁失稳、漏失及储层损害等潜在问题,对钻井液性能提出严峻考验。同时该区块处于国家自然保护区附近,对钻井液环保性要求极高。基于此,该研究提出以气制油作为基液,制备高性能合成基钻井液的研究思路,并优选主、辅乳化剂及高效封堵剂OSD-2,最终形成了一套密度达到 1.5 g/cm3、抗温达150 ℃、高温高压滤失量不大于5 mL,破乳电压不小于400 V 的高性能合成基钻井液体系。此外,该体系具有优异的流变稳定性、润滑性、抑制能力和抗劣质红土侵污染性能,可以满足现场施工要求,并有效解决现场存在的工程问题。      

正电聚醇/KCI钻井液体系室内研究

为解决大港油田南部滩海地区因泥岩地层易剥落掉块而造成坍塌、起下钻阻卡等复杂事故的问题,并降低钻井液成本,通过分析该地区地层粘土矿物,结合地层特征对处理剂进行评价,并利用正交设计试验,优化出了适合于该地区的正电聚醇/KCl钻井液体系。其作用机理主要为浊点机理、吸附效应、协同效应、晶格作用和润湿反转作用,尤其是正电聚醇与KCl具有很好的协同效应,使正电聚醇/KCl钻井液体系能够很好地抑制页岩水化分散,起到稳定井壁的作用。评价结果表明,该钻井液体系的抑制性、流变性、滤失性、抗污染性和润滑性等性能优良。     

辽河油田油页岩地层全油基钻井液技术

沈平1井是辽河油田第1口油页岩和泥质白云岩互层为目的层的预探水平井。由于油页岩地层的特殊性,井壁失稳现象突出,油层段轨迹控制难,安全环保工作敏感,钻井时效难以提高。在处理剂研发的基础上形成了适用于沈平1井的抗温达150℃、密度为1.55 g/cm3的全油基钻井液体系。现场应用结果表明:该套全油基钻井液体系综合性能优良,具有良好的流变性、抑制性、封堵性、抗污染性、润滑性及高温稳定性,能够控制油页岩水化膨胀,解决井壁失稳的难题。与同类型井相比,沈平1井机械钻速提高1.6倍,生产时效提高30%。     

基于页岩气“水替油”的高性能水基钻井液技术

常规油气井钻井用的高性能水基钻井液无法满足页岩气长段水平井的钻井需要,而油基钻井液存在成本高和巨大的环境压力问题。以昭通页岩气示范区为目标区块,通过分析页岩气的地层特点和存在的技术难题,有针对性地研制出了一种呈黑褐色液体的高效抑制剂、一种纳微米封堵剂、一种成膜降滤失剂和一种特种液体润滑剂,并形成了一套新型高性能水基钻井液体系。该体系的流变性、降滤失性、润滑性和抑制性与油基钻井液的性能基本相当,并且具有较好的抗污染性能,具备了页岩气钻井液"水替油"所需的各种主要性能;密度为2.05 g/cm3的该钻井液中加入研制的润滑剂后,润滑系数降低26%;该钻井液具有较强的成膜封堵能力,能够封堵页岩微裂缝,阻隔压力传递;页岩岩心在该钻井液中高温浸泡10 d后仍有较高的强度,有利于页岩井壁稳定。该体系在昭通页岩气示范区黄金坝YS108H4-2井水平段的现场应用表明,该体系在钻进过程中性能稳定,流变性良好,返砂正常,润滑性良好,无掉块,电测一次成功,井径规则,平均井径扩大率为5.71%,机械钻速为11.74 m/h。该体系完全满足页岩气水平井现场施工的技术要求。