处理剂对抗高温高密度油基钻井液沉降稳定性的影响

为了解决抗高温高密度油基钻井液存在的静态沉降稳定性与动态沉降稳定性难以控制的技术难题,采用改进的VST 沉降测试法对抗高温高密度油基钻井液的动态沉降稳定性进行了测量,分析了有机土、提切剂、润湿剂以及提切剂与有机土配比对钻井液沉降稳定性及流变性的影响。结果表明,有机土加量越大,钻井液静态与动态沉降稳定性越好,密度差越小,但钻井液黏度越高; 提切剂与有机土达到合理配比时,可以提高钻井液沉降稳定性; 抗 200 ℃、密度为 2.0 g/cm3全油基钻井液优化配方为 :有机土加量为 3.5%～4.5%,提切剂加量为 0.25%～0.3%,提切剂与有机土加量最佳配比为1∶ （17～18）,润湿剂加量为 2.5%。      

无黏土高温高密度油基钻井液

针对塔里木盆地山前构造带井深高温以及地层裂缝发育的特点,研发了油基钻井液关键处理剂,其包括主乳化剂HT-MUL、辅乳化剂HT-WET、提切剂ZNTQ-1。乳化剂通过抗高温的亲水亲油官能团,在油水界面形成具有很强黏弹性的界面膜来提高乳化能力;基于超分子原理,提切剂通过在油水界面的氢键作用提高乳状液的凝胶强度,达到替代有机土的效果。以乳化剂和提切剂为核心处理剂配制的无黏土高温高密度油基钻井液,抗温达220℃,密度达2.50 g/cm3,老化后乳化稳定性好,不出现分层现象,高温高压滤失量小于10.0 m L,具有极好的滤失性,可通过柴油配制得到。无黏土高温高密度油基钻井液克服了以往有机土油基钻井液高温易降解失效和高密度下流变性差的缺点;同时提切剂取代有机土,除了能进一步加快钻速外,还能降低储层损害程度,是目前油基钻井液技术的领先技术,具有极好的应用前景。     

国外油基钻井液提切剂的研究与应用进展

采用有机土调控油基钻井液流变性,存在活化慢、易高温稠化失效的弊端。以油基钻井液提切剂部分或全部替代有机土能有效解决该问题。在调研国内外文献资料的基础上,综述了油基钻井液提切剂分子结构的发展变化,分析了其通过形成氢键和分子间缔合提高钻井液低剪切速率黏度的作用机理,介绍了其性能评价参数和测试低剪切速率动切力(LSYP)的新型4刃转子,将钻井液的LSYP值控制在3.6～7.7 Pa之间,能防止钻屑和重晶石沉降。最后,以恒流变油基钻井液、微泡油基钻井液等为例,介绍了提切剂的应用和效果。     

一种碳酸盐岩抗高温交联酸体系

针对气制油合成基钻井液体系流变性的调控问题,研究了对其流变性影响的因素。实验结果表明:乳化剂应适量,不足或过量都会对体系流变性产生一定影响;有机土、增粘提切剂、油水比和温度是合成基钻井液流变性的主要影响因素。为了获得合适的流变性,一定要控制好有机土的加量,对于未加重体系,有机土加量可适当提高3%～4%(w);而对于加重体系,有机土加量应控制在1.5%～3%(w);随着合成基钻井液中含水量的增加,体系塑性粘度和动切力明显增大。增粘提切剂和温度对合成基钻井液粘切都有很大影响,增粘提切剂的加量应控制在1%以下,高温时可适当加入抗温剂。     

深水低温条件下油基钻井液流变性能实验研究

深水钻井过程中,海水低温环境对油基钻井液的流变性能有较大影响.文中采用Haake RS300流变仪测试了油基钻井液低温下的流变性能,并研究了基础油种类、提切剂、有机土和加重剂加量对钻井液低温流变性能的影响.结果表明,Haake RS300流变仪能精确描述油基钻井液低温下的流变性能,特别是低剪切速率下的流变性能;低温条件下,油基钻井液的剪切应力随剪切速率的变化呈现2个阶段（极低剪切速率下的线性阶段和中、高剪切速率下的剪切稀释阶段）;基础油种类、提切剂、有机土和加重剂加量对油基钻井液低温下的流变性能影响显著,特别是低剪切速率条件下的流变性能.     

新型无土相油基钻井液研究与现场试验

针对常规有土相油基钻井液因有机土及沥青降滤失剂等黏度效应较大、不利于流变性控制和低密度白油油基钻井液适用范围窄的问题,以自主研发的增黏提切剂、乳化剂和聚合物降滤失剂为基础,通室内试验考察了其配伍性并优选了其加量,形成了无土相油基钻井液。室内试验结果表明,无土相油基钻井液在油水比为70:30~100:0、温度为80~160℃、密度为0.9~2.2 kg/L时,塑性黏度可控制在55 mPa·s以内、破乳电压在450 V以上,API滤失量小于2 mL,抗钻屑污染达30%,抗水污染达20%,加重材料对润滑性能影响非常小。焦石坝区块4口页岩气水平井的现场试验表明,无土相油基钻井液原材料少,维护处理简单,流变性易于控制,固相含量低,具有良好的剪切稀释性,有利于降低循环压耗,提高机械钻速。      

不同油水比油基钻井液滤失性能的影响因素

为了揭示油基钻井液侵入地层后对钻井液滤失性的影响,通过调整油水比来模拟地层水侵入钻井液的体系,研究了有机土、降滤失剂(磺化沥青、氧化沥青、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合物降滤失剂、有机胺改性腐殖酸及其复配)和温度对钻井液体系滤失性的影响,用显微镜观察了加入有机土前后不同油水比钻井液的微观形貌。结果表明,随着油水比的降低,钻井液高温高压滤失量呈降低趋势;有机土和降滤失剂均会降低钻井液的高温高压滤失量,降滤失剂复配后的降滤失效果好于单一降滤失剂,其中聚合物类和沥青类复配降滤失剂的降滤失效果最好;随着温度的升高,钻井液的高温高压滤失量逐渐增大;比较加入有机土前后不同油水比钻井液的微观形貌可见,随着油水比的降低,有机土在油基钻井液体系中作为悬浮剂和增黏剂的降滤失效果愈加明显。通过合理选择降滤失剂及有机土种类和加量可以有效调节油基钻井液的高温高压滤失量。     

白油中高成胶率有机土HMC-4的研究

有机土是油基钻井液中一种亲油胶体,主要功用是增黏提切和降滤失。目前常规有机土在芳香烃含量高的柴油中成胶性能好,而在芳香烃含量低的白油或气制油中成胶性能则差;但是柴油的生物毒性较大,随着人类环保意识的增强,在钻井液中使用柴油作为基础油受到了很大的限制,而将更多使用生物毒性小的白油或气制油。针对常规有机土在白油或气制油中成胶性能差的问题,通过优选土粉、有机覆盖剂及工艺条件,采用干法工艺制得有机土HMC-4,并对其性能进行了评价。结果表明,有机土HMC-4在5#白油中具有好的成胶性能,胶体率可达72%。以5#白油为基础油,由有机土HMC-4配制的全油基钻井液具有较高的切力和较低的滤失量,使钻井液具有了较好的稳定性和携岩性,可满足钻井工程要求。     

低密度全油基钻井液体系在塔中11区块的应用

低密度全油基钻井液体系是以0#柴油为基液,配合有机土、润湿剂、有机土增效剂、增黏提切剂、降滤失剂、碱度控制剂、密度减轻剂等添加剂配制而成,其密度下限可以控制在0.8~0.85g/cm3。在塔中11-2H水平井钻井过程中,该钻井液体系具有抑制性强、流变性好、润滑性好等特点,能够满足水平井等复杂井的要求,尤其适合低压地层和欠平衡钻井的需要。     

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。      

恒流变合成基钻井液关键机理研究

以FLAT-PRO恒流变体系核心处理剂流型调节剂酰胺化二聚酸衍生物和有机蒙脱土为研究对象,通过宏观、微观和流变分析相结合,深入研究了恒流变合成基钻井液的恒流变性机理。控温流变实验和静置实验表明,低温下,油相体积压缩,有机土在油中的分散性变差,体系黏度切力大幅提高。随着温度升高,油相体积膨胀,有机土扩散性增强,体系黏度切力减小。加入流型调节剂后,钻井液的黏度切力随温度变化减缓,表现出了恒流变特性。显微镜观察,X射线衍射分析、扫描电镜观察结果表明,流型调节剂分子可以插入有机蒙脱土层间,扩大层间距并促进其片层在油中高度分散。最终在钻井液体系中由高度分散的有机土片层、流型调节剂分子和乳液滴共同构成了具备温度响应性的致密网络结构。流型调节剂分子链随温度升高而舒展,导致与2℃相比,体系黏度切力在65℃下增幅更大,从而使流变性在2～65℃范围内随温度变化更加平缓,形成恒流变性能。     

恒流变合成基钻井液关键机理研究

以FLAT-PRO恒流变体系核心处理剂流型调节剂酰胺化二聚酸衍生物和有机蒙脱土为研究对象,通过宏观、微观和流变分析相结合,深入研究了恒流变合成基钻井液的恒流变性机理。控温流变实验和静置实验表明,低温下,油相体积压缩,有机土在油中的分散性变差,体系黏度切力大幅提高。随着温度升高,油相体积膨胀,有机土扩散性增强,体系黏度切力减小。加入流型调节剂后,钻井液的黏度切力随温度变化减缓,表现出了恒流变特性。显微镜观察,X射线衍射分析、扫描电镜观察结果表明,流型调节剂分子可以插入有机蒙脱土层间,扩大层间距并促进其片层在油中高度分散。最终在钻井液体系中由高度分散的有机土片层、流型调节剂分子和乳液滴共同构成了具备温度响应性的致密网络结构。流型调节剂分子链随温度升高而舒展,导致与2℃相比,体系黏度切力在65℃下增幅更大,从而使流变性在2～65℃范围内随温度变化更加平缓,形成恒流变性能。      

高密度无土相油基钻井液

高密度油基钻井液高温下重晶石易沉降,导致体系稳定性变差,传统方法采用高浓度有机土来解决,但其会引起钻井液黏度过高,造成ECD升高而引发井漏等复杂情况。针对以上问题,研发了一种具有强电稳定性能、增黏效果的小粒径乳化剂DEMUL,并开发了一种高密度无黏土相油基钻井液体系,通过加入DEMUL、苯乙烯-丁烯/丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)与提切剂的协同作用,达到提高高密度油基钻井液的稳定性能,且配方简单、处理剂加量少。研究结果表明,该钻井液在200 ℃下老化160 h也能保持良好的流变性能,160 ℃恒温静置336 h后沉降因子为0.5074,表现出良好的稳定性,且具有良好的抑制性能和极压润滑性能。该钻井液体系在川渝页岩气某高密度水平井进行了应用,钻井过程中该体系流变性能稳定,携砂性能良好,抑制性能强,未出现井下复杂情况。      

油基钻井液用憎液性纳米封堵剂

为了解决油基钻井液在页岩气藏钻遇井壁失稳的难题，以纳米材料物理封堵和改变岩石表面润湿性为研究思路，通过溶胶-凝胶法对纳米二氧化硅进行表面改性，合成具有憎液性能的纳米封堵剂SNP-1。利用核磁共振进行分子结构表征，同时结合扫描电镜等微观实验和自然渗吸等宏观实验对其性能进行评价。结果表明，合成的纳米封堵剂SNP-1具有预先设计的基团，其能够使页岩表面液相接触角大于150°，反转毛细管附加压力为阻止液相进入孔喉的阻力，进一步降低岩心自然渗吸油含量；150℃老化后，使得油基钻井液的高温高压滤失量低至2.4 mL，破乳电压达800 V以上，能有效阻止页岩岩心的压力传递。      

提高油基钻井液在页岩气地层抑制防塌性能的措施

针对四川页岩气水平井钻井作业中使用油基钻井液不断出现的井下复杂情况,在分析四川威远龙马溪页岩地层特点的基础上,从钻井过程因素、地质因素以及钻井液因素,重点从油基钻井液技术的角度,对如何提高四川页岩气地层油基钻井液抑制防塌能力进行探讨。①研究具有乳化与降滤失作用、提黏度和切力同时具有乳化作用、封堵同时具有降滤失的多功能处理剂,调整好钻井液性能,尽可能降低高温高压滤失量。②采用油水比为85∶15～95∶5的油基钻井液。③使用封堵技术,注意流变性能的变化,主要是黏度、切力和塑性黏度的增加。④油基钻井液内相中的盐使用甲酸钾,或者进一步增加CaCl₂溶液浓度,降低内相溶液的水活度。⑤在甲酸钾或者CaCl₂溶液中加入插层抑制剂,如胺基抑制剂等,提高油基钻井液滤液的抑制能力。      

一种环保油基钻井液体系

针对目前油基钻井液存在因所含矿物油和处理剂的生物毒性大,而被限制或禁止排放的问题,制备出生物毒性低的油基钻井液基油,合成高效低毒的一体化乳化剂和新型高凝胶改性有机土,并对钻井液处理剂及加量进行优选,最终形成了一套环保型油基钻井液体系。该钻井液体系的生物毒性LC₅₀达到15 000 mg/L以上,生物可降解性好;体系的流变性良好,破乳电压达到800 V以上,高温高压滤失量小于6 mL;钻井液体系能抗5%石膏、5%钻屑和15%盐水污染;该油基钻井液应用性良好,油水比可在60/40～90/10的范围内调节,密度可在1.25～2.0 g/cm3范围内调节,抗温可达220 ℃,高温稳定性良好。研究结果表明,环保型油基钻井液具有低毒环保、可降解等优势,抗污染、抗高温、稳定性强、可调节范围广,完全可满足较复杂地层和环境保护要求高区块对钻井液的要求。      

密度对油基钻井液性能的影响

随着高密度油基钻井液被使用的越来越多,高密度时油基钻井液表现出的性能不稳定也逐渐被现场工程师发现。研究了密度对油基钻井液性能的影响,以及不同密度下温度、剪切时间、油水比、有机土、CaCl₂浓度和劣质固相对油基钻井液性能的影响。研究结果表明,重晶石能增加油基钻井液的黏度和切力,提高钻井液的乳化稳定性;油基钻井液的破乳电压和重晶石的加入量呈线性关系;在高密度时,油基钻井液的表观黏度受温度、油水比、有机土和劣质固相的影响程度比低密度时大;破乳电压在高密度时受油水比、CaCl₂浓度和有机土的影响比低密度时大。综上可知,密度的增加不仅单独对油基钻井液性能造成影响,还提高了油基钻井液对其它因素的敏感性。因此在使用高密度油基钻井液时,要加强对现场钻井液性能的监控和调节。      

气制油合成基钻井液关键处理剂研制与应用

为提升气制油合成基钻井液高温流变稳定性和降滤失性能,研制了在气制油中具有良好凝胶性能的有机土和天然腐植酸改性的环保型降滤失剂,并使用前期研制的主辅乳化剂,形成了气制油合成基钻井液体系。性能评价结果表明:利用双十六烷基二甲基氯化铵和具有功能化极性基团的高分子对提纯钠基膨润土进行复合插层制得了有机土DR-GEL,该有机土在气制油中凝胶性强（胶体率达98%）、黏度、切力大（切力达3 Pa）,高温性能稳定、抗温达220℃。利用二乙烯三胺和双十六烷基二甲基氯化铵对提纯黑腐植酸进行有机化改性反应制得了降滤失剂DR-FLCA,该降滤失剂具有高温高压滤失量低、辅助乳化和改善流变性等性能,抗温达230℃。利用研制的处理剂配制的密度为1.6～2.3 g/cm3的气制油合成基钻井液体系,在温度120～200℃范围内流变性好（表观黏度27～61 mPa·s,动切力6～9 Pa）,电稳定性强（破乳电压在800 V以上）,高温高压滤失量小于2.5 mL。该套气制油合成基钻井液体系,在印尼苏门答腊岛JABUNG区块NEBBasement-1井成功地进行了应用,在高温（井底温度大于180℃）下40 d的使用过程中性能一直稳定,较好地解决了大斜度定向井钻井液悬浮性与携屑能力差等难题。      

委内瑞拉疏松砂岩水平井弱凝胶微泡钻井液

委内瑞拉东南部的奥里诺科重油带AYACUCHO区块MFM构造分区块油层具有油藏浅、压力低、孔隙度大和井温低等特点。该区块多为水平井，且井段较长，以往混油聚合物等常规水基钻井液在施工过程中经常发生上提拉力过大、下放遇阻、卡钻等事故复杂。针对常规水基钻井液的不足，自主研发了流型调节剂和发泡剂，形成了一套弱凝胶微泡钻井液配方，体系的密度在0.85~1.00 g·cm-3范围内可控，120℃老化后低剪切速率黏度保持40 000 mPa·s以上，有效解决了常规水基钻井液在施工过程中容易发生上提拉力过大、下放遇阻、易卡钻的难点。该体系在MFM-62井、MFM-65井进行了现场应用，水平段均一次性顺利钻完，无事故复杂，水平段钻进周期从12 d降至4 d，口井日产量达90 t，较邻井提高40%以上。      

川东北地区气体钻进后的钻井液技术及应用

川东北地区大部分采用气体钻进的井段为上部地层,主要岩性为泥页岩,气体钻进后替入水基钻井液,经常发生复杂情况。分析了气体钻进后顶替钻井液初期容易发生井塌、井漏等复杂情况的原因,介绍了解决川东北地区气体钻进后井壁失稳的钻井液技术对策、技术方案及防止井壁失稳的钻井液工艺技术。在七北101井、东升1井现场应用证明,该工艺技术可行,解决了气体钻进后井壁失稳、严重井漏的技术问题。