超低渗透钻井液提高地层承压能力机理研究

通过超低渗透钻井液高温高压条件下侵入岩石深度实验、侵入岩石深度实验后的岩心清除泥饼前后岩心承压能力实验、提高裂缝承压能力实验、钻井液中加入零滤失井眼稳定剂前后岩心滤失量随时间变化关系实验,以及超低渗透钻井液在滤液进入岩心浅层后封堵孔隙的电子显微照片分析可知,超低渗透钻井液提高地层承压能力机理是利用特殊聚合物处理剂,在井壁岩石表面浓集形成胶束,依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性,封堵岩石表面较大范围的孔喉,在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵膜,有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层.超低渗透钻井液在井壁表层能快速形成渗透率为零的封堵层,在井壁的外围形成保护层,钻井液及其滤液完全隔离不会渗透到地层深处,可实现接近零滤失.零滤失井眼稳定剂通过在井壁表面形成超低渗透膜及增强内泥饼封堵强度大幅度提高了岩心承压能力,这样在现场应用中就能提高漏失压力和破裂压力梯度,扩大安全密度窗口.     

超低渗透钻井液完井液技术研究

介绍了零滤失井眼稳定剂及超低渗透钻井液完井液的组成.在水基、油基钻井液中加入一定量的零滤失井眼稳定剂可以形成超低渗透钻井液.对加入一定量零滤失井眼稳定剂钻井液的API滤失量、高温高压滤失量、砂床滤失量、高温高压砂床滤失量、岩心滤失量、岩心承压能力、封堵裂缝效果和岩心渗透率恢复值的变化进行了评价.实验结果表明,超低渗透钻井液的砂床滤失量不是时间平方根的函数,与API滤失量没有对应关系;超低渗透钻井液对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有很好的封堵能力,可以实现零滤失;零滤失井眼稳定剂可以防漏堵漏;通过增强内泥饼封堵强度大幅度提高了岩心承压能力;能有效保护储层,岩心渗透率恢复值大于95%.     

几种超低渗透钻井液性能测试方法

在水基钻井液中加入一定量的零滤失井眼稳定剂可以形成超低渗透钻井液。介绍了几种超低渗透钻井液性能测试方法——可视式中压砂床降滤失评价测试方法、高温高压砂床降滤失测试方法、高温高压岩心降滤失测试方法及岩心承压能力测试方法。钻井液API降滤失与砂床降滤失试验表明，砂床滤失量不是时间平方根的函数。砂床滤失量与API滤失量没有对应关系。高温高压岩心滤失量或滤液进入岩心的深度可以用来说明钻井液降滤失性及对地层的封堵能力，钻井液的类型与性能对岩心承压能力具有重要的影响。超低渗透钻井液对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有很好的封堵能力，可以实现近零滤失；并能增强内泥饼封堵强度，从而达到提高岩心承压能力、漏失压力和破裂压力梯度，扩大安全密度窗口的目的。     

超低渗透钻井液研究与应用

在水基钻井液中加入一定量的零滤失井眼稳定剂即可以形成超低渗透钻井液。室内在水基钻井液中加入一定量的零滤失井眼稳定剂后,对钻井液的API滤失量、砂床滤失量、岩心滤失量、岩心承压能力、裂缝封堵和储层渗透率恢复值进行了评价。结果表明,砂床滤失量不是时间平方根的函数,与API滤失量没有对应关系;超低渗透钻井液对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有很好的封堵能力,甚至实现零滤失;通过增强内泥饼封堵强度可大幅度提高岩心承压能力;超低渗透钻井液能有效保护储层,2%加量时储层渗透率恢复值大于85%。     

超低渗透钻井液技术在小龙湾区块的应用

小龙湾区块位于辽河盆地东部凹陷中段黄沙坨构造小22、23区块.该区块馆陶组地层胶结疏松,成岩性差;沙河街组泥岩地层水化分散能力强,易坍塌;沙一、沙二段以及沙三段上部地层多为砂层,渗透性较好.根据以上地层特点及其对钻井液性能的要求,确定选择超低渗透钻井液完井液.室内实验研究了该体系的2个关键产品--超低渗透井眼稳定剂JYW-1和防漏堵漏超低渗透井眼稳定剂JYW-2对钻井液性能的影响.结果表明,JYW-1和JYW-2对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有很好的封堵能力,可有效防漏堵漏,有效保护储层;超低渗透钻井液通过增强内泥饼封堵强度,大幅度提高岩心承压能力,能提高漏失压力和破裂压力梯度.超低渗透钻井液在小龙湾地区5口井上进行了现场实验.应用结果表明:由于超低渗透钻井液滤失量小、封堵能力强,防漏承压能力突出,抑制性强,稳定性好,钻井液排放量减少50%,电测一次成功率在95%以上.证明该钻井液能较好解决以往钻长裸眼多套压力层系或压力衰竭地层时易发生的漏失、卡钻和坍塌技术难题,保护油气层,满足环保要求.     

CY-1无渗透钻井液处理剂的室内试验研究

为解决钻井过程中经常遇到的压差卡钻、钻井液漏失、井壁垮塌及地层严重损害等问题，保证安全、快速钻进的同时，节约钻井成本，提高油气产量，人们研究开发了一种提高地层承压能力的新型钻井液体系，其中零滤失井眼稳定剂和防漏堵漏零滤失井眼稳定剂是其两个关键处理剂。研制了一种提高地层承压能力的CY-1无渗透处理剂，并对其性能进行了室内试验研究及评价，结果表明，CY-1处理剂与国内外同类产品相比，能快速形成封堵膜，降低钻井液的滤失量，提高砂床和砂岩的承压能力，而且成本较低，效益显著。     

非渗透抗压钻井液处理剂KSY的研究与应用

非渗透抗压钻井液技术是解决钻进压力衰竭地层、裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层、低渗储层及深井长裸眼大段复杂泥页岩和多套压力层系等地层的压差卡钻、钻井液漏失和井壁垮塌等复杂问题以及油气层损害问题的关键技术，其核心是非渗透抗压处理剂。研制开发了非渗透抗压处理剂KSY，并进行了钻井液性能评价和泥饼结构分析，结果表明，KSY加入钻井液后，对钻井液流变性影响小，滤失量明显降低，形成的封堵膜薄，易于返排，封堵强度高，能够有效提高地层的承压能力和破裂压力，保护油气层效果好。现场应用表明，KSY能够显著提高地层承压能力，防止井壁坍塌，保持井径规则，有利于固井和完井作业。     

适用于硬脆性泥页岩的钻井液井壁稳定性评价方法

为了提高硬脆性泥页岩的井壁稳定效果,通常强调钻井液的封堵能力,而未考虑钻井液水化作用对泥岩力学强度的影响。在传统钻井液封堵性能评价方法的基础上,重点考察了钻井液对岩石力学强度的保持能力,开展了钻井液水化作用对岩石抗压强度、抗张强度以及地层坍塌压力增量影响等评价实验,形成了一套适用于硬脆性泥页岩的井壁稳定性评价方法。结果表明,优良的井壁稳定性能不仅要具备较低的渗透封堵滤失量、良好的延缓压力传递能力,对岩心裂缝较高的封堵率,而且要具有较强的岩石力学强度保持能力(钻井液作用后岩石力学强度降幅最小,且地层坍塌压力增量最低)。建议初步开展PPT渗透封堵实验、压力传递实验及岩心裂缝封堵实验等,初选性能较好的钻井液配方,再进行钻井液作用对岩石力学强度的影响实验,结合钻井液作用对坍塌压力、破裂压力的影响分析,进一步确定井壁稳定钻井液最佳配方。该套评价方法从岩石力学角度全面评估了钻井液的井壁稳定性能,为体系的优化提供了借鉴。     

涩北气田水平井钻井液技术

柴达木盆地涩北气田是全国四大气田之一，为第四系大型生物气田，生气源岩主要为深灰色泥岩和少量的灰黑色碳质泥岩，岩性细而杂、泥质含量高、欠压实、成岩性差、岩性疏松，钻进速度快，易发生井漏和井壁失稳等复杂情况。针对该地区地层特点，应用了最新的钻井液技术一甲酸盐超低渗透钻井液体系；该体系主要利用甲酸盐的强抑制性稳定井壁和零滤失井眼稳定剂JYW-1在井壁岩石表面形成致密超低渗透封闭膜降低滤失量，封堵防塌和保护储层。现场应用表明：甲酸盐超低渗透钻井液体系具有很强的抑制防塌能力、净化井眼能力和润滑防卡能力，满足了涩北气田水平井的钻井需要。该地区水平井的钻探成功，开创了全国范围内第四系地层水平井钻探的先例。标志着钻井液技术的发展步入了一个新的阶段。     

超低渗透钻井液的评价和机理探讨

超低渗透钻井液以其在井壁稳定、保护储层、防漏堵漏等方面的良好表现,近年来各油田根据各自的实际需要进行了研究与应用.通过对侵入时间、侵入深度、侵入量、承压能力、膜密封强度、渗透率恢复值等的测定和评价,进一步探讨了超低渗透的作用机理,并讨论了温度、压力、pH值等因素对超低渗透钻井液的影响.研究结果表明,常规钻井液经超低渗透处理剂处理后,可转变为超低渗透钻井液完井液.该钻井液在岩石表面形成致密的封闭膜,能有效降低滤失量,并对不同孔隙的砂床、岩心和裂缝具有良好的封堵能力,可以有效防漏堵漏.     

超低渗透钻井液稳定井壁的作用机理研究

利用可视砂床渗透、压力传递、吸附、扫描电镜和高精度显微技术以及承压实验,从微观和宏观方面研究了超低渗透钻井液体系作用机理。研究结果发现,超低渗透剂(YHS-1)能够迅速地吸附在井壁上,而且吸附能力强,达到平衡的时间短,吸附量很高。利用扫描电镜和超清晰显微技术研究发现,超低渗透钻井液能够在井壁和泥饼前端形成一层致密胶束膜,该膜进入岩石内部极浅,比较容易清除。页岩抑制和压力传递实验发现,该体系能够有效地降低孔隙压力在地层中的传递及抑制页岩膨胀,达到防塌的目的。从压力传递和承压实验发现,该体系能够形成柔性致密胶束膜及渗透率为零的封堵层,能够大幅度提高地层的承压能力,具有保护油层、稳定井壁和防漏的突出性能。     

三相可循环微泡沫钻井液的研究及其在彩南油田的应用

根据新疆准噶尔盆地彩南油田96口开发井资料统计,发生不同程度漏失的井为70口,漏失率达72.9%.主要漏失井段为400～700 m,次要漏失井段为1800～2000 m.漏失现象为随钻有进无出.随钻井漏严重影响了钻井速度,使钻井综合成本增加.针对上部井段低压裂缝地层严重漏失问题,研究出了三相可循环微泡沫钻井液体系.该体系主要采用起泡剂、稳泡剂、固泡剂配制而成,能反复循环使用,无需特殊脱气和充气设备,同时保留了普通泡沫钻井液的部分优点.室内对微泡沫钻井液体系组成、微观形态分析、稳定性评价、当量密度计算等方面进行了研究,形成了三相可循环微泡沫钻井液技术.现场应用效果表明,该钻井液体系具有稳定性高、现场配制简单、性能优良、抗污染能力强和防漏堵漏效果好等优点.     

钻井液充氮技术在水平井中的应用

草桥油田的古潜山裂缝比较发育，钻井过程中漏失严重，钻井施工时钻井液只进不出，大量的钻井液或清水进入油气层，严重破坏了油气层。引进了第一台大型制氮设备，采用现场制氮、充氮降低钻井液的当量密度，减轻漏失和油气藏伤害。现场应用结果表明，采用欠平衡充气钻井技术，利用开发高压低渗油气藏；使用充气设备有效地降低了钻井液的当量密度，提高了机械钻速；减少了钻井液的漏失，保护了油气层；提高了环空返速，有利于携带岩屑，即使在钻井液切力较低和泵排量较低的情况下，仍具有良好的携带能力；特别是地层压力系数下、易漏失的地层必须采用充气的方法才能实现真正的欠平衡钻井，达到减少或防止漏失从而保护油气层的目的。     

泡沫钻井液研究及其应用

通过对泡沫钻井液的保护油层机理和其性能与温度、压力、时间及各种试剂的关系分析得知，泡沫钻井液对渗漏地层有良好的防漏、堵漏效果，具有较强的净化能力，尤其在大斜度井段和水平井段的钻井过程中，解决了沉积井眼下侧的岩屑床等问题。现场应用表明，泡沫钻井液适用于地层裂缝发育、漏失严重、低压以及超低压地层钻井，能满足地质录井要求，利于及时发现、保护油气层。泡沫钻井液性能稳定，具有静液柱压力低、润滑性和携岩性能好、滤失量小、摩阻小、抗污染和助排能力强以及对油层伤害小等优点，适用于压力系数较低地层的钻井。该体系能有效地降低事故的发生率，防止了井壁坍塌；满足了低压、低渗地层以及大斜度井段和水平井段的钻井要求。     

巴什二井钻井液堵漏技术

巴什二井是位于塔里木油田山前构造的一口探井,完钻井深3587m。巴什二井下第三系上部地层的复合膏盐层易发生蠕变,缩经,坍塌和软泥岩膨胀,下部地层的砂砾岩和白恶系地层的细砂岩,易发生渗透性漏失,针对漏失性质,采用了不同的堵漏方法,即：对漏速小于5m^3/h的井漏采用随钻堵漏;钻遇砂砾岩、砂酸盐岩地层发生漏速较大的井漏时,采取静止堵漏法;当随钻堵漏和静止堵漏失败后,说明地层存在裂缝,溶洞或压差过大,采用桥接堵漏法,采取的防漏措施有,当确定同裸眼井段内存在若干套压力系数时,要提前下套管封住上部高压地层,再降低钻井液密度钻开下部低压地层,专层专打;钻进易漏地层时,简化钻具结构,用小排量钻过漏层,再恢复正常钻进;下钻时分段循环钻井液,减小环空流动阻力;严禁在漏层附近开泵或划眼。巴什二井采用这套堵漏方法和堵漏措施后,顺利钻穿复杂地层,完钻施工顺利。     

DUKHAN油田水平井钻井液技术

DUKHAN油田是江苏油田钻井处在卡塔尔承钻的区块，该区块井多为水平井，井深为3000～3200m，水平段长1000～1500m。针对该区块地层易漏、垮塌和造浆性强等特点，在不同的井段采用了不同的钻井液体系。即一开井段用清水／高粘度胶液；二开井段用高密度聚合物膨润土钻井液；三开用低固相聚合物钻井液；四开井段采用无损害无固相聚合物钻井液。现场应用结果表明，该套钻井液体系具有较强的抑制性，能保持较高的动塑比，提高钻井液的携砂和润滑能力，解决了上部地层井漏、垮塌和地层造浆，以及增斜段、水平段的携砂、润滑性问题，保证了DUKHAN油田钻井施工的顺利进行。     

理想充填堵漏工艺在温储6井的应用

温储6井是吐哈油田XX储气库的一口先导试验井,该井三开储层段西山窑组属于超低压枯竭地层,地层压力系数只有0.25~0.27,并且受邻井井下压裂影响,砂岩裂缝明显,在钻进过程中极易发生钻井液失返性恶性漏失。为了实现在三开储层漏失井段的顺利取心,同时保证固井质量,根据储层裂缝宽度,基于理想充填理论优化架桥颗粒粒级分布,结合延迟水化膨胀颗粒、弹性石墨和高效刚性架桥颗粒等特殊堵漏材料,应用该套堵漏工艺在该井三开取心和固井前承压堵漏过程中开展了多次成功堵漏作业,在易漏地层累计取心4桶,长度为32.2 m,收获率为100%;三开固井前,筛除堵漏材料后,最高承压为5.8 MPa,常规密度水泥浆固井期间无漏失发生。理想充填堵漏工艺的成功,为解决类似砂岩低压裂缝漏失难题提供了新的思路,为后续该储气库的有效开发提供了技术保障。