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。     

聚胺仿油基钻井液在高位垂比水平井的应用

川西地区白恶系、侏罗系泥岩、砂岩互层频繁,极易水化膨胀、分散,前期施工的水平井表现出较多复杂情况:井壁易失稳,摩擦阻力大,易发生托压、卡钻等问题.室内针对以上技术难点,结合新型抑制剂聚胺和仿油基处理剂的优点,研制出了一套具有强抑制、强封堵和优良润滑性能的聚胺仿油基钻井液.该钻井液泥页岩水化膨胀率小于10％,滚动回收率达98％以上,润滑系数小于0.1,大幅减少了液体润滑剂的使用,降低了地层水污染的机率.该技术成功应用于川西地区30余口高位垂比水平井,各试验井井壁稳定,平均摩擦阻力小于12t,平均机械钻速较前期施工井提高34.31％,解决了中浅层井壁失稳、井下托压等技术难题.现场试验表明,聚胺仿油基钻井液技术具有广阔的应用前景.     

涪陵页岩气水平井油基钻井液技术

涪陵焦石坝区块采用水平井开发方式,水平段长1 500 m以上,水平井段为龙马溪组下泥岩段,页岩黏土矿物含量高,脆性强、微裂缝发育,易发生垮塌掉块造成井下事故;井底垂深大于3 500 m,深层页岩气开发,面临着井温升高、携岩带砂要求越来越高、部分井发生垮塌掉块、起下钻遇阻卡的问题,部分井发生失返性漏失,消耗了大量的人力、物力。对柴油基钻井液体系进行了研究,结果表明该体系具有良好的抗温性、在低油水比（70:30）下仍然具有稳定的性能,随钻堵漏材料（粒径级配的高纯超细碳酸钙+有机胶凝漏失控制材料）能够封堵2 mm的裂缝,承压强度达7 MPa,纳米封堵剂（纳米石墨粉和超细海泡石纤维组成的混合物）能够封堵0.1 mm裂缝,承压达到20 MPa。现场应用结果表明,该体系具有良好的井壁稳定能力,井径扩大率低,平均小于3%,润滑性好,起下钻摩阻低,钻井液性能稳定,易于维护处理,能够解决井漏、井垮等复杂情况。柴油基钻井液完全适用于涪陵区块的页岩气水平井钻井施工。      

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。      

四川盆地威远地区页岩气水平井优快钻井技术

从国内第一口页岩气水平井开钻至今,国家级页岩气示范区之一的威远区块已经完钻多口页岩气水平井,在钻探过程中,面临着表层井漏、机械钻速低、井眼轨迹控制难度大、井壁垮塌、油基钻井液条件下固井质量差等问题。针对上述问题,从井身结构优化、PDC钻头优选、井眼轨迹控制、油基钻井液优选、油基钻井液条件下的固井技术等方面进行了研究和实践,取得5项成果:1形成的水平井非标尺寸井身结构,对273.1mm套管的下入深度适当加深,起到了解决井漏、封隔易垮塌层的作用,而且各个井眼的尺寸均缩小,更有利于提高机械钻速;2优选出适合威远页岩气水平井的钻头序列,形成了"PDC+螺杆"的提速方式;3形成了水平井钻探的轨迹控制技术,提高了储层钻遇率;4优选出适合页岩水平段钻进的油基钻井液,保证了井壁稳定和井眼清洁;5形成了油基钻井液条件下的固井技术,解决了水平段固井质量差的问题,提高了后期储层分段改造的效果。所获成果为今后该区块开展页岩气丛式水平井钻井奠定了基础。     

川南页岩气地层油基钻井液技术难题及案例分析

随着川南页岩气产区开发力度不断加大,钻井过程中长水平段起钻倒划眼、卡钻以及井漏等复杂事故已成为严重制约页岩气开发效率提升的拦路虎。对龙马溪页岩地层的地质特征、孔缝分布情况进行了总结分析,系统阐述了页岩地层微孔缝封堵、钻井液流变性控制、水平段润滑防卡、钻井液密度优化、钻井液低密度固相控制以及油基钻井液防漏堵漏等油基钻井液技术难题。最后,通过对典型案例分析,对系列页岩气地层油基钻井液技术难题进行了详细展示,并指出合理的钻井液施工密度、良好的流变性与携岩能力以及适当的工程措施等对预防井漏、保障井下安全具有重要支撑作用。     

川南页岩气地层油基钻井液技术难题及案例分析

随着川南页岩气产区开发力度不断加大,钻井过程中长水平段起钻倒划眼、卡钻以及井漏等复杂事故已成为严重制约页岩气开发效率提升的拦路虎。对龙马溪页岩地层的地质特征、孔缝分布情况进行了总结分析,系统阐述了页岩地层微孔缝封堵、钻井液流变性控制、水平段润滑防卡、钻井液密度优化、钻井液低密度固相控制以及油基钻井液防漏堵漏等油基钻井液技术难题。最后,通过对典型案例分析,对系列页岩气地层油基钻井液技术难题进行了详细展示,并指出合理的钻井液施工密度、良好的流变性与携岩能力以及适当的工程措施等对预防井漏、保障井下安全具有重要支撑作用。     

页岩水平井用高性能油基钻井液研究与应用

国内页岩油气水平井用油基钻井液(OBM)存在切力低、流变性能差等问题,难以完全满足页岩油气长水平井钻井施工井壁稳定与井眼清洁的技术要求。针对上述问题,在借鉴国外先进技术的基础上,开展了页岩油气水平井用OBM体系构建,在研发核心处理剂的基础上,形成了一套高性能油基钻井液体系,对其综合性能进行了系统研究,该钻井液体系整体性能指标达到国外同类钻井液体系水平。该油基钻井液在彭页2HF井水平段钻进中进行了成功应用,并创造了国内陆上页岩气水平井水平段和水平位移最长的新纪录。高性能油基钻井液技术的成功研究与应用,提高了我国高性能油基钻井液技术的自主化水平。      

油基钻井液封堵技术在页岩水平井中的应用

根据页岩水平井水平段页岩裂缝发育、井壁坍塌问题,对油基钻井液的封堵性进行了优化,使用了多种刚性、柔性以及成膜的油基封堵材料进行了评价实验形成了强封堵的油基钻井液体系。泌页ＨＦ１页岩油气水平井现场应用表明,该油基钻井液体系封堵防塌能力强、滤失量低、破乳电压高,具有较强的携带能力,避免了水平井段井壁垮塌问题,中石化河南油田泌页ＨＦ１井三开水平段长１０４４ｍ,钻进、电测、下套管顺利。     

页岩气油基钻井液体系性能评估及对策

油基钻井液已成为开发页岩气水平井的关键技术之一,具有稳定井壁和保持井眼清洁的功能。通过评价中石油川渝地区油基钻井液体系的流变性、封堵性、固相含量和稳定性等性能,并结合这些井的井下复杂情况原因分析,得出封堵性是保持井壁稳定的关键,提高钻井液φ₆值和排量可以改善井眼清洁,有害低密度固相含量的增加是导致钻井液性能恶化的主要原因。针对井壁失稳、井眼清洁和性能维护等问题,建立了纳-微米封堵评价方法,确定了有害低密度固相含量计算方法,并形成了页岩气油基钻井液技术规范,有望为页岩气水平井的开发提供技术支持。      

国内页岩气长水平井JY2-5HF井钻井液技术

JY2-5HF井是中石化在重庆涪陵页岩气田部署的一口开发评价井,完钻井深5965 m,水平段长3065 m。该井二开中下部钻遇地层主要为泥页岩井段,存在井壁垮塌、卡钻、漏失等潜在风险,使用多元协同防塌水基钻井液（BT-200钻井液）钻井,主要处理剂有抑制剂BT-200、K-HPAN、KCl、井壁稳定剂、乳化沥青、非渗透处理剂、聚合醇、多功能固体润滑剂和QS-2。水平段要求钻井液除了具有较强的化学及物理防塌能力,还须具有良好的润滑及悬浮性能,采用了油水比为90:10的油基钻井液,水相为26% CaCl₂水溶液,破乳电压控制在900 V以上。现场实践表明,该套钻井液较好地满足了井下和钻井工程的需要;页岩气井长水平段钻进较适宜采用旋转导向和油基钻井液;压裂后测出的地层压力系数普遍比钻进时高0.1~0.2,建议设计钻井液密度时减去。      

涪页HF-1页岩气水平井钻井关键技术

涪页HF-1井是一口页岩气预探水平井,在钻井过程中面临地质不确定因素多、地层可钻性差、页岩层易坍塌、井身质量难以控制、机械钻速低及固井难度大等难题。实际施工中综合应用空气锤钻井、油基钻井液和漂浮下套管技术,并在水平段优选钻头和钻具组合,最终成功钻达目的层。介绍了该井的井身结构和井眼轨迹设计,详细描述了空气锤钻井和漂浮下套管技术的应用过程,并对钻头的优选和油基钻井液的使用做了分析说明,为涪陵区块页岩气大规模勘探开发提供了指导和借鉴。     

烷基糖苷衍生物钻井液研究及其在页岩气井的应用

昭通黄金坝YS108页岩气区块目的层为下志留统龙马溪组,岩性以灰色、黑色页岩为主,存在页岩地层易掉块垮塌,长水平段摩阻大、易卡钻,井眼清洁困难等技术难题。针对黄金坝页岩气水平井的地质和工程情况,研发并应用了以NAPG、CAPG和APG为核心主剂的烷基糖苷衍生物水基钻井液技术。NAPG聚醚胺基烷基糖苷是在APG分子上引入聚醚和胺基基团而制得,提升了抑制性、抗温性和润滑性等,CAPG阳离子烷基糖苷通过在APG分子上引入季铵盐阳离子基团而制得,提升了抑制性和抗温性等,他们通过吸附成膜、嵌入及拉紧晶层等可有效降低龙马溪岩屑的Zeta电位绝对值,降低岩屑活性。体系以APG为主润滑剂,以不同粒度级配（0.03~100 μm）纳米-微米封堵材料和烷基糖苷类小分子增稠剂满足昭通区块龙马溪页岩微孔微裂缝的封堵需求。该钻井液7.5 min中压滤失量为0 mL,高温高压滤失量不大于5mL,在密度2.30 g/cm3之内,极压润滑系数小于0.10,为强抑制、强封堵和高效润滑的钻井液体系,该体系解决了以上难题,实钻过程中井壁稳定,钻井液携砂及润滑性能良好,起下钻通畅,机械钻速较使用高性能水基钻井液的6口邻井和相邻区块井位提高14.6%~18.8%。该体系较好地满足了页岩气水平井钻井、完井施工技术要求。      

有机盐聚合醇钻井液在页岩气井中的应用

针对页岩气开发中面临的页岩极易吸水膨胀、缩径、破碎垮塌等特点,优选出了有机盐聚合醇钻井液的配方.性能评价结果表明,与现场常用的聚合物和聚磺钻井液相比,该有机盐聚合醇钻井液具有较强的抑制性、封堵性能和较低的渗透性及活度,能阻止滤液进入页岩地层,防止页岩吸水膨胀垮塌,充分体现了体系的低活度防塌性能.并通过在第一口页岩气专层井宁206井的现场应用表明,有机盐聚合醇钻井液能解决易塌页岩地层的井眼稳定和页岩气井高伽玛碳质页岩的失稳问题.     

川滇页岩气水平井水基钻井液技术

为解决水基钻井液钻页岩气水平井过程中出现坍塌等井壁失稳问题,以多碳醇、磺化沥青钾盐为核心处理剂,研究了一套针对川滇页岩气地层的新型水基钻井液。通过膨胀率、回收率、力学特性分析、封堵、抗污染等实验,研究了新型水基钻井液基本性能。结果表明,新型水基钻井液显著抑制云南龙马溪组、四川龙马溪组及五峰组页岩水化膨胀与分散,页岩膨胀率分别为1.23%、0.95%和0.98%,回收率分别为98.94%、99.13%和99.05%,其抑制页岩水化膨胀分散性能与油基钻井液相近;与常规水基钻井液相比,页岩抗压强度降低程度大幅减小,能有效减缓页岩抗压强度降低,对页岩裂缝具有较强的封堵性;抗盐（5% NaCl）、膨润土（5%）、岩屑（20%钻屑）污染能力强,具有良好的稳定井壁效果。      

天然气藏欠平衡水平井钻井技术在HW801井的应用

HW801井是新疆油田第1口采用欠平衡方式实施的天然气藏大位移水平井,也是新疆油田首次部署水平段长达1000 m左右的水平井。长水平段延伸钻进中存在钻具摩阻、扭矩大,井眼净化困难,容易形成岩屑床,轨迹控制效率和精度低,采用液相欠平衡控压钻井作业,如何有效实现井控目标等技术难题。通过优化钻具组合和钻井参数,保证了钻压的有效传递,井眼轨迹平滑;FJQ-245型井下封井器和双节流管汇的合理应用,实现了三开全套欠平衡钻井作业;利用固控设备来控制好钻井液性能,以"净化"保"优化",满足有效携岩的要求。通过解决以上难题,HW801井安全钻进至井深3358 m,其中水平段长1051.92 m,为以后欠平衡大位移水平井钻井提供了成功经验。     

涪陵焦页18-10HF井水平段高性能水基钻井液技术

焦页18-10HF井是中石化在涪陵页岩气田部署的一口开发井,完钻井深4560 m,水平段长度1378 m。该工区三开井段页岩脆性矿物含量高,微纳米级孔隙裂缝和层理发育,一直使用油基钻井液应对井下复杂情况。针对龙马溪五峰组页岩裂缝发育等特性,通过核心处理剂端胺基聚醚抑制页岩表面水化,植物油酰胺极压减摩剂有效润滑减阻,纳米封堵封固,构建了JHGWY-1高性能水基钻井液,页岩滚动回收率大于98%,极压润滑系数0.16,钻井液封堵泥饼承压超过10MPa,满足龙马溪五峰组页岩微裂缝发育、脆弱胶结面对封堵封固及水平段润滑减阻要求。该体系首次在涪陵工区的焦页18-10HF井三开井段代替油基钻井液,在设计垂厚10 m、实钻8~10 m的五峰组中顺利穿行,起下钻畅通,钻完井顺利。该体系表现出良好的流变性、低滤失量和稳定页岩井壁能力,完井作业顺利,满足了该井三开钻完井工程需要。      

应用于中国页岩气水平井的高性能水基钻井液

目前中国页岩气水平井定向段及水平段钻井均使用油基钻井液,但油基岩屑处理费用昂贵,急需开发和应用一种具有环境保护特性的高性能水基钻井液体系。介绍了2种高性能水基钻井液体系的室内实验和现场试验效果。在长宁H9-4井水平段、长宁H9-3和长宁H9-5井定向至完井段试验了GOF高性能水基钻井液体系,该体系采用的是聚合物封堵抑制方案,完全采用水基润滑方式;在昭通区块YS108H4-2井水平段试验了高润强抑制性水基钻井液体系,该体系采用的是有机、无机盐复合防膨方案以及润滑剂与柴油复合润滑方式。现场应用表明,定向段机械钻速提高50%~75%,水平段机械钻速提高75%~100%。通过实验数据及现场使用情况,对比分析了2种体系的优劣,找出了他们各自存在的问题,并提出了改进的思路,为高性能水基钻井液的进一步完善提供一些经验。      

疏水抑制水基钻井液体系研究及其在页岩气井的应用

针对龙马溪组页岩气水平井钻井井壁失稳问题,研制出一种疏水抑制剂CQ-SIA和一种液体润滑剂CQ-LSA,并形成一套疏水抑制水基钻井液体系。CQ-SIA具有双亲特性,能使亲水的岩石表面发生润湿反转,在岩石表面形成一层疏水膜,具有强化抑制与包被的作用,实验测得岩屑在1% CQ-SIA中的滚动回收率为83.72%,明显高于KPAM、AP-1以及KCl。CQ-LSA具有特定的基团与结构,能在亲水的钻具、泥饼和地层岩石表面形成亲油膜,降低摩阻,实验测得加有1% CQ-LSA的5%膨润土浆黏附系数为0.050 7,低于加有RH-220和BARALUBE的膨润土浆。该疏水抑制水基钻井液的抑制性和润滑性能与油基钻井液相当,具有良好的流变性能和抗污染性能,加有1%~3%防塌封堵剂、1%~2%聚合醇和0.8%~1.6%纳米封堵剂,封堵能力强。该体系在长宁H25-8井进行了首次现场试验,在1 500 m水平井段的钻井过程中,该体系各项性能稳定,配制维护工艺简单,井下未出现任何复杂,起下钻、电测、下套管、固井作业顺利,表明该体系能满足长宁页岩气水平井的钻井需要。