钻井液用微-纳米粒子研究现状及研发思路

我国页岩气资源开发已经全面展开并获得战略性突破,有效地缓解了清洁能源需求与供给间的矛盾。但页岩地层井壁失稳仍然是钻井液施工过程中的技术难点,能够高效封堵页岩地层微孔隙的微-纳米粒子材料受到广泛关注。分析了微-纳米封堵剂对于页岩气井壁稳定的重要性,论述了目前微-纳米封堵剂的评价方法、作用机理、研究及应用现状和存在问题。从处理剂与地层黏土矿物间作用力的角度出发,提出微-纳米封堵剂的研发思路。最后,提出微-纳米粒子评价介质和手段的改进方法。     

评价钻井液完井液对裂缝性地层封堵效果的新方法

泥页岩比表面积测定方法，泥页岩水化膨胀测定方法、钻井液泥饼压缩性评价方法等现有诸多评价方法，都是针对泥页岩地层垮塌进行的研究，而对如何稳定破碎性地层及裂缝发育地层，目前还没有一种可行性的评价的方法。探讨了利用38742型泥浆失水仪来评价钻井液、完井液的封堵效果，实验结果表明：该法是现场评价钻井液、完井液封堵的评价方法。     

钻井液用纳米粒子封堵性能的评价

泥页岩地层有着孔隙小、渗透率低等特点,传统的封堵剂颗粒大,不能进入泥页岩的微孔隙。研究用纳米粒子封堵剂对其进行封堵。用人造泥饼来模拟泥页岩地层,通过泥饼渗透率的变化来考察纳米粒子封堵剂的封堵效果。实验结果表明纳米材料封堵效果好,且浓度越高,其封堵效果越好。     

聚合物包裹纳米颗粒封堵剂的制备及其封堵性能

页岩水化和分散导致井壁失稳一直是油气钻井工程中的难题,通过纳米封堵剂物理封堵页岩中的孔隙和微裂缝,是提高页岩地层稳定性最好的方法。采用硅烷偶联剂KH560对高浓度的硅溶胶进行改性处理,运用无皂乳液聚合原理,在改性SiO₂粒子表面接枝丙烯酸（AA）和苯乙烯（St）单体,成功研制出一种聚合物包裹纳米颗粒的新型弹性承压封堵剂。通过Zeta电位及粒度分析仪和透射电子显微镜证明所制备的STA?1封堵剂粒径中值为45.3 nm。以中压滤失量为评价指标得到最佳合成条件：反应温度为60 ℃,反应时间为3.0 h,m（St）/m（AA）=3∶2,分散搅拌时间为10.0 min,单体质量分数为6.67%,引发剂质量分数为0.40%。最后,利用岩心驱替实验模拟页岩考察STA?1的实际封堵效果。结果表明,质量分数为1.00%的STA?1对渗透率小于2 000 mD的填砂管表现出良好的堵水能力,封堵率大于85%。     

吐哈油田玉果区块防塌钻井液技术研究

针对吐哈油田玉果区块深层复杂泥页岩地层,选取代表性泥页岩岩心,通过X射线衍射、扫描电镜、水化膨胀/分散、比表面积、比亲水量等测定,对该油田岩样进行了地层组构和理化性能分析,分析了该区块深部复杂地层井壁失稳的机理,提出了"物化封堵-抑制水化-有效应力支撑"的三元协同防塌钻井液技术对策。通过单剂优选和配方优化,研制出了适合玉果区块复杂地层的防塌钻井液体系。现场试验表明,该钻井液体系防塌、封堵能力强,钻井液维护处理简单,使用该钻井液可以显著提高机械钻速,节约成本。     

涪陵页岩气水平井钻井液防渗漏技术

针对涪陵地区页岩层中层理裂缝发育的地质特性,研制出防渗漏油基钻井液,用于页岩气大位移水平井的钻井施工。在涪陵大安寨区块和涪陵礁石坝区块现场使用表明,防渗漏油基钻井液封堵页岩层微裂缝防渗漏的效果显著,钻井液清洗井眼、稳定井壁抑制防塌、润滑防卡的能力满足涪陵地区钻大位移水平井的施工要求。防渗漏油基钻井液的成功应用,提高了机械钻速,降低了故障复杂时间,缩短了建井周期,为高效开发页岩气资源提供了技术支撑。     

水基钻井液侵入对乌石YQ油田地层坍塌压力的影响

水基钻井液与地层相互作用易引起测井数据失真,导致据此计算出的坍塌压力不能反映地层真实情况.为此,提出了声波时差测井资料的校正方法,并针对乌石YQ油田开展了单井原状坍塌压力计算及井壁失稳分析.室内试验结果显示,钻井液会造成岩石理化性质发生改变,其中声波时差加大尤为明显.通过校正得到原状地层声波时差,进一步获得未受钻井液影响的原状地层坍塌压力.同时,WZ2段地层因水化能力强而致整体坍塌压力增大,LS2段、LS3段泥页岩微裂缝发育,坍塌压力增幅与泥质含量成正相关.建议在WZ2段地层加强水化抑制性,在LS2段、LS3段地层加强水化抑制性及封堵性能.     

有机硅醇在吐哈侏罗系探井中的研究与应用

吐哈盆地侏罗系探井上部地层粘土矿物含量高,下部地层泥页岩水敏性强、微裂隙和煤层发育,钻井过程中易发生起下钻遇阻、大段划眼等井下复杂。针对地层特点和钻井施工难点,在常规钻井液体系中引入有机硅醇后,钻井液润滑性和抑制性提高,井壁稳定能力增强。在温吉桑构造和红旗坎构造实施2口井,井下复杂减少,应用效果明显。     

桩66区块长裸眼防塌钻井液技术

桩66区块位于济阳坳陷沾化凹陷五号桩披覆构造带,上部地层发育近3 000 m强水敏泥页岩,施工中起下钻遇阻等复杂情况频发;下部沙河街组层理及微细裂缝发育,井壁失稳严重。针对地层岩性和钻井液技术难点,优选了聚胺强抑制润滑防塌钻井液体系,该体系在桩66区块进行了现场应用,辅助现场钻井液维护处理工艺,保证了工程的顺利进行,钻进过程中井壁稳定,井身质量好,机械钻速高,取得了良好的应用效果     

页岩暂堵转向压裂水力裂缝扩展物模试验研究

暂堵转向压裂是提高页岩储层重复压裂缝网改造效果的重要手段，然而该压裂工艺对页岩水力裂缝扩展规律的影响机理尚不明确。因此，基于室内真三轴压裂物模试验，研究页岩暂堵转向压裂裂缝起裂与扩展规律，分析地应力及注入速率等因素对水力裂缝延伸行为的影响，并通过油藏改造面积(SRA)定量表征暂堵转向压裂缝网改造效果。结果表明，暂堵剂可有效封堵初始裂缝，憋压促使水力裂缝发生缝内转向或激活原生天然裂缝系统，提高页岩缝网复杂程度；根据最终水力裂缝形态展，可划分为4种基本类型，包括台阶状缝、激活天然弱面的横切缝、简单多裂缝以及复杂多裂缝网络；不同地应力差异条件下暂堵机理及裂缝延伸规律不同，当水平应力差小于12 MPa时，暂堵剂通过封堵近井筒初始张开的原生层理或天然裂缝，诱导产生与天然裂缝斜交的二次裂缝，当应力差高于15 MPa时，近井筒天然弱面难以激活，暂堵剂通过封堵垂直井筒的初始横切裂缝，诱发形成平行多横切裂缝；增大注液排量可以提高多裂缝形成几率及裂缝沟通面积。     

气体钻井钻具内气体冲蚀机理研究

采用计算流体动力学方法建立高速气体冲蚀无刺孔钻杆接头和具有腐蚀坑的钻杆接头模型。无刺孔的钻杆接头内,只有钻杆内产生腐蚀坑后,流场才变为钻杆本体刺漏的主要影响因素之一;钻杆带有腐蚀坑时,其钻杆内的最大流速远大于无腐蚀坑钻杆内的最大流速;钻杆的穿刺及断裂主要是由于裂纹从钻杆内壁向外壁不断扩展的结果。     

钻井扭矩的随钻遥测

介绍一种石油钻井中钻具扭矩〔包括悬重和钻压〕的随钻遥测方法，该方法是在方钻杆的上、下两端各增加一个短接，分别放置扭矩、悬重传感器及信号处理电路，通过调频发射和接收，显示方钻杆的扭矩及钻具的悬重和钻压。本方法的特点是能实测施加于方钻杆上的真正扭矩。     

气体钻井预防钻具失效分析

气体钻井具有自身特点,气体钻井钻具受高速流体冲蚀作用,钻具磨损严重,空气锤反馈的冲击波使钻具接头螺纹容易断裂,气体钻井钻具频繁失效进而影响钻进速度,增加钻井成本。基于岩石力学和气固两项流理论,对气体钻井钻具受流体冲蚀进行分析 ,建立了环空混合物返速模型,实例计算回压对环空返速的影响。为避免钻具受高速流体冲蚀,应使环空混合物返速介于最小携岩速度和临界冲蚀速度之间。基于力学理论,提出增大井口回压的方法,推导出钻具接头螺纹在预紧力作用下的变形协调方程,应用有限元对钻具螺纹进行应力分析,找出钻具螺纹接头各螺纹牙载荷的分布规律,得出螺纹应力集中区,给出预防钻具失效提高螺纹强度的措施。     

甲酸钾钻井液技术现场应用

甲酸钾是国外90年代末用于钻井完井液的新型添加剂,成功地用于高密度钻井完井液体系中,具有强抑制,配伍性好,环境保护,油层保护等突出优点,着重介绍了甲酸钾在新疆克拉玛依莫北005区块MB5001井的现场使用状况,并对其钻井液技术进行了总结。现场应用结果表明,甲酸钾抑制粘土水分散膨胀能力强,控制坂含低,返出的钻屑呈小圆粒状,内部呈干性,钻井液水糊振动筛,不跑浆,具有抑制性强,失水造壁性好,润滑性好,机械钻速快,成本低,经济效益显等特点。     

钻铰刀的改进设计

针对钻铰刀在刃磨过程中出现的摆差偏大的问题,进行了分析,并提出解决方案.     

Drilling of extra-hard formations

The reason for bit slipping in extra-hard formations has been analysed, and a new type of anti-slipping bit for extra-hard formations have been recommended. Synopsis of the author Lu Fan, professor. born in 1932. Major research fields: exploration drilling engineering, diamond tools and lubricating drilling fluid, has published more than 30 papers and one book.     

适用于深井钻井的KCI／聚磺水基钻井液体系研究

针对深井钻井,从优选处理剂人手,解决钻井液高温稳定性,泥页岩水化,储层保护等方面的问题,研制适用于深井钻井的KCI／聚磺水基钻井液体系。并对该体系的高温稳定性、抗污染性、防塌抑制性和储层保护效果进行室内评价。最终优选出的钻井液配方高温高压流变性合理,抗污染性和防塌抑制性强并成功应用于东部某油田的深井钻井。     

科学深钻岩心钻探钻进参数随钻检测与监控系统的研究

在岩心钻探过程中,对钻探生产过程的多个工作参数进行实时检测和监控是非常重要的.结合深孔岩心钻探项目,研究了配套HXY-9钻探装备的钻进参数检测与监控系统,探讨了各过程参数的检测原理和方法;通过山东莱州4000m深钻现场的初步试验表明,该系统适应性好,功能满足钻探生产的要求.     

适用于深井钻井的KCl/聚磺水基钻井液体系研究

针对深井钻井,从优选处理剂入手,解决钻井液高温稳定性,泥页岩水化,储层保护等方面的问题,研制适用于深井钻井的KCl/聚磺水基钻井液体系。并对该体系的高温稳定性、抗污染性、防塌抑制性和储层保护效果进行室内评价。最终优选出的钻井液配方高温高压流变性合理,抗污染性和防塌抑制性强并成功应用于东部某油田的深井钻井。     

海洋水合物钻井用甲酸盐钻井液体系研究

通过实验测试,对甲酸盐钻井液体系的低温稳定性、水合物抑制剂对体系的影响以及钻井液体系的水合物抑制性进行了初步评价.结果表明,以海水+3.0%HCOONa+3.0%SK-2+0.2%KPAM+0.1%LV-PAC+2.0%SMP-2+0.3%改性淀粉为基本体系(基液)的甲酸盐钻井液低温(-5～20℃)稳定性比较好,热力学抑制剂NaCl和KCl对体系流变性能没有太大影响,而动力学抑制剂PVP(K30)虽然加量很少,但对体系黏度和切力影响比较大.甲酸盐钻井液如果不添加水合物抑制剂,在水深超过1400m后,混入大量天然气,会很容易形成水合物.低剂量的动力学抑制剂PVP(K30)能有效提高甲酸盐钻井液的水合物抑制性,其加量在0.5%左右较为合适.因此,添加较高含量无机盐和较低含量动力学抑制剂的甲酸盐钻井液体系可以较好地满足水合物钻井需求.