钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验研究

煤层气井单井产量往往较低,综合勘探开发煤系非常规天然气是提高煤层气开发效益的重要途径,但这要求钻井液能同时解决煤层、致密砂岩和页岩地层的井壁稳定问题。为此,提出基于"正电性-中性润湿-化学抑制-纳米材料封堵-合理密度支撑"的协同防塌理论,并开展了钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验工作。首先优选出能有效降低钻井液表面张力、增加钻井液与页岩接触角的表面活性剂复配方案,并结合钻井液流变性、滤失性、润滑性、水活度和抑制性等参数测试和页岩压力传递实验,对钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的效果进行了评价。结果表明:复合表面活性剂能够有效改变水基钻井液的润湿性能,与优选的水基钻井液相比,钻井液表面张力降低42.6%,与页岩的接触角增大162.1%;复合表面活性剂与水基钻井液具有良好的配伍性,具有较好地抑制性和抗盐能力;与清水相比,复合表面活性剂能显著阻缓页岩孔隙压力传递速率,降低钻井液侵入页岩的程度,页岩渗透率降低幅度在99%以上;说明通过控制钻井液润湿性来增强页岩井壁稳定性是可行的。     

含水率及粒径对煤的抗剪强度影响研究

为了研究不同粒径以及含水饱和度煤样的抗剪强度性质,通过直剪实验和理论分析发现:随着垂向应力σ的增大,抗剪强度τ随着增大;随着粒度的增大,内摩擦角ψ和抗剪强度τ呈现先减小后增大的趋势,内聚力C先增大后减小;随着含水率ω的增大,不同试样的抗剪强度τ和内聚力C出现先增大后减小的趋势,而内摩擦角ψ则是先增大后减小,到一定值以后又有所回升。     

SN-015煤层气U型水平井钻井液技术

SN-015井位于沁水盆地南部向西北倾的斜坡带上,目的层为山西组3号煤层气藏.该井一开、二开采用膨润土钻井液,三开采用无固相盐水钻井液体系,其配方为:清水+0.1％～0.5％纯碱+0.2％～0.5％降滤失剂+0.5％～1％包被剂+0.2％～0.5％页岩抑制剂+0.03％～0.06％增粘剂+30％工业盐.在现场应用过程中,控制钻井液密度1.15～1.20g/cm3,黏度40～50s,利用增加工业盐的含量控制密度保证井壁力学稳定性,加入降滤失剂控制失水保持煤层结构强度,增强钻井液抑制性,提高泥饼质量,防止井壁坍塌,利用增粘剂控制泥浆流变性实现高效携岩.应用该钻井液,SN-015井水平段纯钻时间148.3 h,平均机械钻速4.51 m/h,煤层总进尺668.1m,最终煤层钻遇率达100％.     

东部某区块页岩井壁失稳实验研究

东部区块是国家油气发展的重点勘探区块,该区块某地层段经常因井壁失稳造成井下事故,从而影响该地区油气勘探开发进度。基于实验室室内岩石力学评价方法对该区块页岩的矿物组成、微观结构及在流体浸泡作用下力学性质变化等分别进行了实验研究;并对该区块页岩进行了物性、力学状态等方面进行了深入分析研究。建立了井下岩芯的稳定性的评价分析体系,并对现如今该地区使用的2种钻井液进行优选。实验结果表明:井下某一组段岩芯微裂缝和溶洞发育,泥浆易浸入,导致页岩理化性质发生变化的同时,力学性质也发生变化。研究发现,随着浸泡时间增加,页岩硬度变弱;成膜钻井液体系比抗高温钻井液体系影响小。     

中牟页岩气区块泥页岩井壁稳定影响因素分析及技术对策

井壁失稳是钻井过程中常常遇见的难题之一,尤其在钻遇泥页岩井段。针对河南中牟页岩气区块在山西组-太原组泥页岩钻进过程中发生井壁坍塌掉块、卡钻、井径扩大率大等复杂情况,利用MY1井钻井岩心从泥页岩类型划分、孔渗特征、微观结构、岩石力学以及地应力等方面开展井壁稳定性影响因素实验分析。通过分析可知,中牟区块泥页岩属硬脆性泥页岩,造成井壁失稳的主要因素为地层非均质性强,岩石脆性程度较高,微裂缝发育,易导致井壁机械剥落、坍塌掉块。通过合理控制钻井液密度、优化井身结构及钻井参数、研发低自由水强封堵钻井液提高井壁稳定性,在区块钻井实践中取得了较好的应用效果,基本解决了井壁失稳难题。     

柯柯亚区块泥页岩水化膨胀的实验评价

吐哈盆地柯柯亚区块是吐哈油田"十二五"期间重点开发的区块之一,该区块泥页岩层极易发生井壁坍塌,井下事故频发。主要原因是钻井液侵入岩层表面引起水化膨胀,诱发泥页岩剥落,选用合理的抑制剂对抑制该区块泥页岩水化膨胀显得尤为重要。实验选用氯化钾、硅酸钾、硅酸钠3种无机盐抑制剂对泥页岩样进行高温高压水化膨胀实验,选出适合该区块的无机盐抑制剂以及最佳配方,为下一步优化该区块钻井液体系打好基础。实验表明,氯化钾对泥页岩抑制效果优于硅酸钾和硅酸钠,随着无机盐浓度的增加,泥页岩膨胀率降低,当浓度增加到7%时,泥页岩膨胀率减小幅度不再显著,综合实验和经济成本,浓度为7%的氯化钾对该区块泥页岩抑制效果最佳,同时配合使用5%硅酸钾起协同作用。     

干燥和饱水状态下炭质板岩力学特性试验

针对兰渝铁路二期木寨岭隧道炭质板岩富含裂隙水,遇水易软化的工程特性问题,开展了干燥和饱水状态下炭质板岩基本力学特性的试验研究,包括三轴压缩、巴西劈裂和楔形剪切试验。结果表明:炭质板岩饱水前后的应力峰值、应变峰值以及弹性模量均随围压的提高而增大,泊松比随围压的提高有所降低,并且干燥试样强度和弹性模量对围压的敏感度要高于饱水试样。相对于干燥岩石,饱水状态下岩石的强度峰值降低,而应变峰值提高,并根据楔形剪切试验结果,得到了饱水前后岩石的抗剪强度包络线,反映了水对炭质板岩强度和变形特性具有显著的影响。     

不同堆置状态粗粒土剪切强度试验研究

为研究不同堆置条件下排土场粗粒土的力学响应规律, 开展了终排土体固结排水三轴压缩试验和在排土体快剪试验。研究结果表明, 土体固结排水三轴压缩应力-应变曲线呈现先弹性后屈服再弱硬化的规律, 体积-应变曲线有拐点, 低围压时先剪缩后剪胀, 高围压时以剪缩为主。在排土体快剪试验具有峰值强度, 100~400 kPa时, 峰值强度出现在剪切位移20%~30%之间, 且剪应力-位移曲线呈弱化趋势; 600~1 200 kPa时, 峰值强度出现在剪切位移30%~40%, 随剪切位移增加, 土体抗剪强度基本保持恒定或略有增大。不同堆置状态排土体抗剪强度参数取值各不相同。     

黔西南地区煤系地层井壁稳定技术探讨

井壁稳定性问题对黔西南地区煤系气的勘探开发效果至关重要。对泥页岩和煤岩井壁失稳的机理进行了分析,从化学、力学和化学与力学耦合等方面,探讨了煤泥互层段井壁失稳的对策。结合黔西南地区煤系地层煤层气井的实例,分析了井壁失稳对井径大小及岩心采取率的影响,发现煤泥互层段的井径扩大率较大而相应的岩心采取率较小。尽可能准确地预测探井的地层压力、选用合理的钻井液体系和密度、采用合理的钻井工艺有助于维持黔西南地区煤系地层井壁稳定。     

矿物成分对土力学特性影响的试验研究

利用TSZ-2型三轴仪对不同含水率及不同百分比含量的膨润土、高岭土以及石英粉等所制成的人工土样进行了三轴剪切试验,获得了矿物成分及其含量、围压、含水率等因素对土力学性质的影响。结果表明:当膨润土的含量≤25%时,土的抗剪强度随膨润土含量的增加而提高,含量25%时,土的抗剪强度随膨润土含量的增加而降低;当试样中高岭土含量≤37.5%时,土的抗剪强度随高岭土含量的增加而降低,含量37.5%时,情况则相反;在其他条件相同的情况下,随着试样中石英粉含量的增加,土的抗剪强度明显降低。矿物成分的含量对土抗剪强度的影响规律与土的含水率及围压均无关。土中粘性矿物成分增加,土的抗剪强度提高;对于矿物成分含量相同的试样,土的抗剪强度随含水率的增加而降低。     

叶舞凹陷ZKX井深部盐层钻井液技术研究

叶舞凹陷ZKX井位于叶县盐田范围内,该钻探的目的是河南叶舞凹陷盐矿的普查,该井设计井深2630 m,在2000~2400 m连续取心,主要钻遇以泥页岩、砂岩、含盐膏层及盐岩为主的沉积岩地层,钻进过程中存在防塌、护心、井壁稳定等方面的问题和难点。针对ZKX井的钻井难点,在钻井液体系优化的基础上,根据不同地层分别采用了防塌钻井液体系、欠饱和盐水钻井液体系和饱和盐水钻井液体系,解决了水敏性泥页岩钻进的防塌及盐岩地层连续取心的钻井液技术难点,探索出了一套适用于盐膏层取心钻进的低成本钻井液技术思路。     

用SH固化风沙土的力学性质

风沙土在含水率较小时，常处于松散状态，粘聚力小，结构容易破坏，整体性差。以沙漠沙为研究对象，以研制开发的能就地固结这些沙土的新型水溶性高分子固沙剂SH为固化剂，对风沙土进行加固，在实验室取得了初步成果，室内强度等试验结果表明，SH固结性强，可以显著提高风沙土的抗压强度、抗剪强度，是一种比较理想的风沙土高分子加固材料。     

近坍塌压力的防塌钻井流体樊庄煤层气井实践

樊庄区块15号煤层坍塌压力较高,如何实现井筒近坍塌压力同时保证井壁稳定是保证安全高效钻井的关键。室内抑制性实验,发现绒囊钻井流体比表面积为0.02 m2/g、线性膨胀率仅为1.63%、泥页岩回收率达90.2%,抑制性能明显强于其他实验流体。承压能力实验表明绒囊钻井流体承压能力较强,在驱压70 MPa下煤芯柱塞仍未漏失。现场应用两口井验证在近坍塌压力情况下井壁稳定并施工安全。U型井樊试X2Y井三开使用清水钻进出现大量掉块,替入绒囊钻井流体后井壁稳定。钻进过程中钻井液密度0.86~1.10 g/cm3,塑性黏度7~15 MPa·s,动切力4.60~12.26 Pa,动塑比0.57~0.88 Pa/(MPa·s)。顺利与直井连通,完钻。多分支井沁平X-Y-3H井使用钻井液密度0.93~1.21 g/cm3,塑性黏度7~17 MPa·s,动切力4.00~10.22 Pa,动塑比0.39~0.70 Pa/(MPa·s),无大范围掉块、坍塌等现象发生,煤层钻遇率达到95%。     

三相泡沫钻井液流变特性研究

三相泡沫钻井液流变模式可通过灰色关联分析法进行优选。卡森模式是描述该钻井液流变特性的主要模式。该钻井液表观粘度高，切应力较大，剪切稀释特性强。流变参数主要受气液比和基浆性能影响。     

页岩气钻探冲洗液体系的研究与应用

中国页岩气资源开发潜力巨大,近年来页岩气勘探开发力度不断加大,对钻探工艺和技术的要求不断提高。页岩气地层岩性主要为泥岩、砂岩、页岩、碳质板岩、灰岩,该类地层胶结性差、破碎、井壁强度低,钻进中易出现孔壁失稳,发生坍塌、卡钻、埋钻等孔内事故,需要研制具有强抑制性、低成本、绿色环保的冲洗液体系来保证施工安全。本文通过对页岩气井壁稳定机理的探究,优选出一种适用于页岩地层双聚防塌和成膜防塌低固相冲洗液体系,该体系由抑制剂、防塌剂、降失水剂、润滑剂、封堵剂、流型调节剂等处理剂组成,具有良好的抑制性和胶结性。现场应用取得了良好的效果,保证了项目的顺利施工。     

不分散低固相钻井液体系在张掖平山湖矿区中的应用

平山湖矿区第四系、第三系地层属于遇水不稳定地层,钻探施工时,地层造浆严重、孔径扩大率高,造成钻探事故频发、施工效率低。采用以聚合物为主要添加剂的不分散低固相钻井液体系在该矿区进行了应用试验,有效地抑制了粘土造浆及泥页岩水化膨胀,取得了很好的效果。     

钾盐泥浆体系在吉林壳牌油页岩勘探中的应用

我公司首次由地质岩芯钻探进入石油钻探领域,在敦化1、2井的失败中吸取经验教训,研制出了钾盐-聚合物钻井液,并在吉林伊通、农安2个矿区约2375 m的钻探施工中,孔壁稳定,孔内无事故,钻进效率显著提高的情况下,岩芯采取率均达98％以上。我公司在吉林壳牌公司油页岩勘探中主要存在泥岩、砂岩、页岩、粘土岩这四种类型的地层,且层位厚薄不均,各岩层互换频繁（0~1000 m换层58次之多）,均为较软的、水敏性强的地层,要想顺利钻进,泥浆的性能是成败的关键。     

河南中牟页岩气区块地层特征及钻探问题研究

页岩气主要以吸附和游离状态贮藏在海相、陆相和海陆过渡相泥页岩中,这些岩石的沉积过程、时间和类型不同,表现出了地层或岩石的物理化学性质各向异性的特点。页岩气钻探所遇地层主要是不同时代的泥岩、砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩等,这些岩石对钻井液中水分子具有极强的敏感性。所以,在钻探过程中常遇到起下钻遇阻、孔内沉渣多、重复破碎、卡钻等问题,由此花费大量的时间处理,从而减少了纯钻时间。这些问题的根本原因则是由于岩石膨胀缩径、孔壁崩塌超径所造成的。本文首先对河南中牟页岩气区块地层特征进行了描述,并就牟页1井钻探问题从钻孔缩径和超径2个方面进行了理论研究和分析,最后从钻井液和钻探工艺选择方面提出了原则性的建议。     

多功能抗污染剂在老挝农波矿区南部钾盐钻探中的应用

多功能抗污染剂是一种膨润土有机改性冲洗液材料,可用于配制盐水和镁基冲洗液体系。该冲洗液材料在老挝农波矿区南部的成功应用,证明其具有较强的耐盐及抗污染能力,较强的抑制泥岩水化分解作用,较好的护壁及保心作用,尤其适合在有石盐(岩盐)、钾石盐、光卤石等易溶盐存在的地层中使用。