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2023年  第40卷  第1期

专论
水平井和斜井井眼清洁技术研究进展及展望
常晓峰, 孙金声, 王清臣
2023, 40(1): 1-19. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.001
摘要(1634) HTML (431) PDF (3943KB)(291)
摘要:
水平井钻井技术的进步有利于开发常规和非常规油气储层,然而,与水平段岩屑清除相关的井筒的不稳定性和井眼清洁困难严重制约了钻井生产。井筒岩屑清除效率低下会导致摩阻和扭矩增加、管道卡住,严重时可导致井漏等钻井事故。首先,分别从井眼清洁机理和井眼清洁主要影响因素(钻井液流变性、钻具转速、井角、岩屑尺寸、钻井液密度和流速等)分析综述了水平井和斜井岩屑沉积的成因和适用于现场生产的技术参数。其次,针对水平井和斜井井眼清洁困难分别从国内外钻井液技术和井眼清洁工具两个方面阐述了岩屑清除方法与机理。最后,对水平井和斜井井眼清洁发展方向进行了展望,为未来井眼清洁技术提供了参考。
钻井液
钻井液加重材料比表面积测试及吸附特性实验研究
邱正松, 王帝, 张书豪, 王琦, 钟汉毅, 赵欣, 范立君
2023, 40(1): 20-27. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.002
摘要(678) HTML (278) PDF (2397KB)(115)
摘要:
深井超深井钻井过程中,为了平衡地层压力,需要在钻井液中加入加重材料。加重材料对钻井液中水分子和处理剂的吸附作用,会影响甚至恶化钻井液的性能。为了探究加重材料在钻井液中的存在形式及吸附特性,基于低场核磁共振,建立了液相条件下加重材料比表面积的测量方法。通过低场核磁共振法和粒度推算法,分析了密度为1.1~2.4 g/cm3的水基钻井液中加重材料液相与干粉状态的比表面积及其变化规律。通过有机碳吸附和流变性测试实验,探讨了不同密度下加重材料的吸附能力。结果表明,不同密度下加重材料对不同处理剂的吸附能力不同。在密度为1.2、1.8和2.4 g/cm3的500 mL钻井液中对磺化褐煤的吸附量分别为10.83、13.06和 17.69 g,实验结果与低场核磁共振所得到的比表面积具有相关性。
基于Pickering乳液的油基钻井液
李超, 狄雯雯, 耿铁, 任亮亮, 高雅欣, 郝田浩, 孙德军
2023, 40(1): 28-34. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.003
摘要(686) HTML (267) PDF (5511KB)(109)
摘要:
Pickering乳液通过颗粒在油水界面吸附,形成稳定界面膜防止水滴聚并,能够提高油基钻井液的稳定性。然而,关于Pickering乳液油基钻井液的研究,忽略了油相中水滴和无机亲水颗粒间相互作用,均未考虑配浆时加入的氢氧化钙、加重剂以及地层中进入的劣质固相等无机颗粒对乳液中水滴存在形式的影响。因此,向W/O型Pickering乳液中加入氢氧化钙、重晶石和不同水化程度高岭土颗粒,通过宏观沉降实验和显微镜图像证明水滴与颗粒结合,以结合水形式存在,导致颗粒聚集;通过激光共聚焦显微镜和低温差示扫描量热对结合水进行表征。通过添加分散剂可以促进结合水颗粒的分散,提高钻井液体系的稳定性。基于W/O型Pickering乳液的油基钻井液不是油包水乳液,而是结合水颗粒在油相中适度分散的体系。此外,配制低密度油基钻井液模型体系,并调控体系的流变性能,实现低温恒流变。
环保型复合降滤失剂的研制与应用
舒勇, 江路明, 杨俊, 蒋官澄, 王国帅, 贺垠博
2023, 40(1): 35-40. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.004
摘要(721) HTML (275) PDF (2441KB)(127)
摘要:
为从源头上控制钻井液对环境的污染,减少废弃钻井液处理难度和处理费用,实现绿色环保钻井。以生物质材料植物多酚、木质素磺酸钠和玉米淀粉为原料,通过交联改性,合成了一种复合降滤失剂PLS。其EC50为7.78×104 mg/L,BOD5/CODCr为5.05%,无毒且易生物降解。性能评价结果表明,含2%PLS的基浆在180 ℃下热滚16 h后中压滤失量仅为9.6 mL,且抗盐、抗钙性能优于羧甲基淀粉CMC-LV和两性离子淀粉接枝共聚物SAP。以PLS为唯一降滤失剂,配伍键合型润滑剂、双疏纳米封堵剂和仿生固壁剂等环保友好型处理剂,研制了一套环保型水基钻井液体系,并在大港油田某预探井的泥岩水平段进行了应用。应用井段内钻井液的流变与滤失性能稳定,摩阻低,泥饼薄而韧,无复杂情况发生,施工顺利。
环保型抗高温生物质合成树脂降滤失剂的研制及其在元坝地区的应用
周启成
2023, 40(1): 41-46. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.005
摘要(597) HTML (250) PDF (5467KB)(108)
摘要:
针对元坝地区海相碳酸盐岩地层井下常遭遇酸根及硫化氢污染,造成钻井液黏度和滤失量上升、抗温性下降,流型难以控制,给现场维护带来极大挑战。提出采用生物-化学的方法对木质素进行改性,研制出一种团状多支结构的环保型生物质合成树脂降滤失剂LDR。性能评价结果显示,该产品抗温达200 ℃,抗盐25%,抗钙3000 mg/L,表现出较强的耐温抗盐的性能,并以此为核心抗高温材料,通过引入钾、钙、钠等离子,构建出抗高温复合盐水钻井液体系。在元坝地区现场应用2口井,现场应用表明,在元坝X-701井钻井液最高密度为2.34 g/cm3,电测显示温度为157 ℃,酸根含量达21 157 mg/L,该体系依然具有良好的流变性,抗污染能力强,两趟电测均一次顺利到底,连续静止7 d返出钻井液黏度48 s,仅用28.88 d完成了侧钻任务。该体系的成功应用,标志着生物质资源在高温高密度钻井液中取得新的突破,满足了高温小井眼对钻井液的需求,对元坝地区深井、超深井具有较好的指导借鉴意义。
自修复凝胶堵漏技术研究
杨丽丽, 武昀朋, 蒋官澄, 谢春林, 张永威
2023, 40(1): 47-53. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.006
摘要(596) HTML (260) PDF (2749KB)(143)
摘要:
智能凝胶能够对外界环境作出响应,进行不同状态的转换,提高封堵效果,是一种新型的堵漏材料。为遏制井漏并防止复漏,通过自由基聚合方法制备了一种基于阳离子-π、静电力、氢键的自修复水凝胶用于地层堵漏。实验结果表明,该水凝胶在恶劣环境中的自修复效率达70%,具有较强的盐适应性和耐高温性;能有效封堵180 D砂盘孔隙,封堵率接近90%,对其他固结砂盘(渗透率2 D、5 D、20 D)和未固结砂床(20~40目、40~60目、60~80目)也表现出良好的堵漏能力。相比于常规材料,该水凝胶可通过降低作业压差实现自修复,达到高效封堵;可通过二次降低封堵层渗透率有效提高封堵层的致密性,提高了水凝胶的高温稳定性,高温老化后依然具备良好的封堵能力。水凝胶颗粒在盐水中分散良好,热滚后保持稳定的流变学性能,有利于钻井液循环。研究结果表明,自愈材料作为堵漏材料在石油钻井工业中具有应用潜力。
考虑高应力差的承压堵漏施工参数研究
邱小江, 张洪亮, 魏艺萌, 吴坷, 刘成, 杨芯惠, 于慧超
2023, 40(1): 54-59. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.007
摘要(511) HTML (243) PDF (3892KB)(110)
摘要:
承压堵漏作为低承压地层漏失防治的常用技术,理论体系和堵漏材料取得长足进步的同时,重要的施工参数却未获得足够的关注。为此,根据井下地应力环境,优选了高强度的堵漏材料,确立了不同施工参数和随钻堵漏的承压堵漏实验方案,使用自研的大型真三轴承压堵漏实验设备,在致密砂岩试样(尺寸为300 mm×297 mm×297 mm)上产生诱导裂缝,观测了裂缝扩展规律,基于诱导裂缝开展了承压堵漏实验。研究表明:针对承压能力弱的地层,施工参数会导致井内压力变化,从而影响封堵效果;反复在同一地层开展堵漏作业会造成裂缝扩展,导致封堵效果降低;堵漏浆进入裂缝的先后顺序以及封堵层的结构均与裂缝的几何参数密切相关。本文取得的规律性认识可为承压堵漏方案制定提供参考。
钻井液用润滑剂与螺杆橡胶的配伍性
杨川, 孟祥娟, 赛亚尔·库西马克, 李旭, 田鸣, 刘丰, 黄倩
2023, 40(1): 60-66. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.008
摘要:
对钻井液用润滑剂与螺杆橡胶在高温深井条件下的配伍性开展了实验研究。在不同温度和钻井液处理剂浓度条件下,对比评价油田在用8款橡胶与钻井液处理剂接触后的体积增加率、质量增加率和拉伸强度变化情况。实验结果表明,橡胶样品在添加了润滑剂R-1和R-3的钻井液中变化较大(添加R-1的体积变化率分布在56%~175%,添加R-3的体积变化率分布在49%~148%),随着润滑剂浓度升高,2种类型的橡胶质量变化率和体积变化率随之升高,橡胶溶胀增大。说明润滑剂原料油为螺杆橡胶溶胀的关键影响因素。通过气质联用技术对其进行分析,发现原料油以中质芳香烃为主的润滑剂对橡胶溶胀影响相对较大;并结合润滑剂的应用性能优选出适用于高温深井的钻井液用润滑剂。在台盆区三开和目的层暂停使用中质不饱和烃含量高的润滑剂,螺杆脱胶现象得以明显改善。据统计,该区块每月平均脱胶次数由11井次/月降为0.5井次/月,显著减少了起下钻趟数,提高了生产效率。
井壁强化技术的研究及其在乐东区块的应用
邢希金, 谢仁军, 邱正松, 李佳, 高健
2023, 40(1): 67-72. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.009
摘要(649) HTML (268) PDF (2554KB)(117)
摘要:
乐东区块构造位于莺歌海盆地的凹陷斜坡带,属于典型的海上超高温高压区块,地层安全密度窗口窄,深层井漏问题突出,严重制约了乐东气田的勘探与开发。针对该区块的井漏技术难题,通过井史资料统计,分析了该区块的漏失特征及漏失机理。基于黏滞单元法,模拟了井壁强化作用前后的井周应力变化,并预测了预充填裂缝开度。基于新型可变裂缝封堵模拟实验装置,开展了井壁强化材料粒径及浓度优化实验研究。实验结果表明,较优粒度匹配准则为D50准则,合理浓度为5%。基于乐东区块抗高温油基钻井液,优化构建了井壁强化钻井液体系配方。综合评价表明,该井壁强化配方对钻井液的流变性影响较小,砂床滤失侵入深度仅为1.5 cm,1 mm动态裂缝封堵承压能力达12 MPa以上。
致密气藏二开结构水平井钻井液体系及现场应用
孔维升, 李晓明, 韩成福, 屈艳平, 王清臣, 赵鹏
2023, 40(1): 73-81. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.010
摘要:
为解决苏里格气田致密气藏二开结构水平井钻井施工中地层塌漏矛盾突出、降摩减阻及井眼净化困难等技术难题,基于地质特性和泥岩坍塌机理分析,建立摩阻扭矩计算模型,对比变更井身结构摩阻及扭矩变化规律。通过室内研究筛选采用纳米乳液、软硬结合的封堵剂、多元复配的润滑剂和高效提切剂,研发出新型强封堵超润滑水基钻井液体系。室内研究显示,该钻井液体系具有强抑制性和封堵防塌性,能够有效延长硬脆性泥岩失稳周期,进而深度维持井壁稳定,同时也具备良好的流变性和润滑性,且含砂和固相含量低,降摩减阻效果显著。现场应用表明,应用该钻井液体系后下套管摩阻控制在350 kN以内,钻进下放摩阻降低24.21%,扭矩降低34.31%,平均钻井周期为29.04 d,平均机械钻速为17.64 m/h,较三开结构水平井提速36.5%,井塌划眼损失时间降低89.50%,为苏里格气田致密气藏二开结构水平井推广应用提供了有力保障。
固井液
巴彦河套盆地复杂储层固井技术
闫睿昶, 徐明, 虞海法, 罗玉财, 费中明, 邱爱民, 贾利军
2023, 40(1): 82-88. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.011
摘要:
巴彦河套盆地储层低成熟度、高渗透、低强度、高泥质含量特性显著,井壁岩性水敏性强,地层不稳定而易垮易漏,固井面临井深、封固段长、顶替效率低、界面胶结差和后期压裂对水泥环力学性能要求高等技术难题,采用界面增强材料DRJ-2S、膨胀增韧材料DRE-4S等固井关键材料,形成了综合性能良好的DRJ-2S批混批注固壁型冲洗隔离液和DRE高强度韧性微膨胀水泥浆体系。研究表明,DRJ-2S批混批注固壁型冲洗隔离液的冲洗效率达96%以上,较清水提高30%以上,且密度为1.60 g/cm3隔离液的7 d抗压强度为9.6 MPa,可明显提高混合流体抗压强度及水泥环界面胶结强度;90 ℃、21 MPa下,掺有(4%~6%)DRE-4S的高强度韧性微膨胀水泥浆的抗压强度不小于24 MPa,弹性模量不大于7 GPa,线性膨胀率不小于0.02%,具有较强的力学交变适应性。DRE高强度韧性微膨胀水泥浆体系、DRJ-2S批混批注固壁型冲洗隔离液及配套固井工艺技术在巴彦河套盆地规模应用40多井次,平均固井合格率为96.5%以上,推动了该地区整体固井质量大幅提升,为复杂油气井安全高效开发提供了强有力的技术保障,且具有很好的推广应用价值。
井筒高含水型微乳液冲洗液研究
张凡
2023, 40(1): 89-95. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.012
摘要:
随着油气资源开采的不断发展,油基钻井液因其优异的性能而广泛使用,这使得钻井后井筒井壁的润湿性转变为油润湿,影响固井水泥浆的胶结质量。通过冲洗液对井筒井壁上黏附的油基钻井液进行清洗,并转变其润湿性为水润湿是提高水泥胶结质量的有效措施之一。以EAB-40、SDBS、正丁醇、煤油、水为原料,制备了高水量(≥80%)型微乳液冲洗液,研究了微乳液的气泡率、清洗能力以及对岩心的润湿性转变能力,将微乳液制备成隔离液,通过隔离液清洗实验探究了隔离液的清洗性能以及与水泥浆、油基钻井液的相容性。结果表明,微乳液冲洗液的起泡率为17.07%,清洗率为可达99%以上,且对岩心具有优异的润湿性转变能力;同时所配制的隔离液对油基钻井液的清洗效率仍可达99%以上,且与油基钻井液和水泥浆混合后仍具有良好的相容性。此研究获得了一种清洗效率高、气泡率低、相容性好的清洗井筒用高含水量型微乳液冲洗液。
新型低温固井早强剂性能研究
孟双, 宋建建, 许明标, 蒋祥光, 白杨, 陈荣耀
2023, 40(1): 96-102. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.013
摘要:
针对浅层低温导致水泥浆强度发展缓慢的问题,通过分散-共沉淀法制备了一种新型低温固井早强剂ES-22,并对制备早强剂的粒径及微观结构进行分析。比较了在低温条件下,新型早强剂ES-22与其他无机早强剂对水泥浆强度发展的影响,并研究了新型早强剂不同加量对水泥浆性能的影响规律。研究表明,制备的早强剂ES-22粒径主要集中在15~25 μm之间。与其他早强剂相比,新型早强剂ES-22对水泥石早期抗压强度提升最大,且制备的早强剂在低温环境下对水泥石力学性能提升更大。早强剂掺入水泥浆中对水泥浆流变性影响不大,稠化时间无大幅度缩短,失水量降低。在20 ℃下养护24 h后,含4%早强剂水泥石的抗压强度和抗折强度比空白水泥石分别提高了204%和136%。新型早强剂在固井水泥浆中有很好的应用效果。
提升偏心环空注水泥顶替效率的浆柱结构优化分析
陈力力, 郭建华, 刘森, 李斌, 薛虎, 李亚天, 杨谋
2023, 40(1): 103-110. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.014
摘要:
套管偏心是决定注水泥环空流速与流态演化的关键因素,进而制约了顶替效率的提升;优化浆柱结构是改善顶替效率的重要途径,而关于相关的理论机理未见报道。借助于计算流体力学Fluent软件,建立了不同套管偏心下水平环空3D模型,探讨了不同套管偏心下的顶替效率变化特性,结合套管偏心0.4时顶替效率差的案例,通过探究不同浆柱结构下的环空流体滞留体积分数,以推荐最佳注水泥浆柱结构。研究表明:①套管偏心0.1时,偏心效应与浮力作用下顶替效率优于居中工况;偏心度大于0.1后,在套管偏心与质量扩散效应耦合作用下,顶替效率逐渐降低;②先注入隔离液后注入冲洗液有利于充分发挥隔离液在正密度差下的顶替效果,再利用低密度冲洗液的冲刷作用,进而提高了顶替效率;③套管偏心时,宽边流速高于窄边,引起水泥浆从宽边提前返出,而窄边滞留大量钻井液的问题。模拟成果为偏心环空下浆柱结构设计与优化提供了重要理论依据。
厄瓜多尔A级低渗早强油井水泥浆优化设计
田国强
2023, 40(1): 111-117. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.015
摘要:
为解决厄瓜多尔A级水泥适应温度、深度范围窄、初始稠度大、可泵性差的难点,开展基于A级水泥的水泥浆配方优化设计研究。通过对A级油井水泥成分分析,水泥密度、细度和比表面积等测试,并开展了其水泥浆稠化性能和抗污染实验,优选出了基于厄瓜多尔低渗、早强和适应范围更广的水泥浆体系。结果表明,A级水泥比表面积为4100~4500 cm3/g,Na2O含量为0.47%;A级水泥浆体系适用范围可达65 ℃,10 h的抗压强度均能达到3.5 MPa,渗透率为0.1936 mD,体积收缩率为0.03%。该水泥浆体系在MARIANN-78井技术套管固井施工中进行了应用,CBL/VDL测井结果显示固井质量为优质,显著改善了厄瓜多尔A级油井水泥的性能。
压裂液与酸化液
潜山油藏智能转向酸化技术研究与应用
马应娴, 田博涵, 毛源, 程永红, 苗鑫, 郭建春
2023, 40(1): 118-124. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.016
摘要:
胜利油田潜山油藏储层埋藏深、温度高、跨度大、缝洞系统较为发育,针对酸化过程中酸液易漏失、低渗储层区域酸化程度低、施工后层间渗透率差距大的问题,通过引入羟烷基磺酸提高长链脂肪酸酰胺甜菜碱溶解性和耐温性,制得一种速溶耐温的转向剂,将该转向剂和HCl复配得到转向酸。对酸液体系配方进行了优选,研究了转向酸的各项性能。研究发现,该速溶耐温转向酸体系起黏速率快,具有良好的耐温耐剪切性能,适用于160 ℃的储层。转向酸体系在pH值3~7范围内黏度保持较好,具有良好的转向性能。双岩心酸液流动驱替实验表明,对于渗透率级差在10以下的并联岩心,酸液转向体系具有较好的均匀酸化效果。在胜利油田潜山油藏成功施工37井次,平均单井日增油量为7.3 t/d,日增液量为11.5 m3/d,控水增油效果显著。
千方污水回注井储层损害诊断及酸化延效技术
孙林, 孟向丽, 吴慎渠, 王巧智, 曲庆东
2023, 40(1): 125-131. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.017
摘要:
针对渤海C油田群日注水量达上千方的污水回注井面临注入量大幅下降、酸化低效的问题,利用储层特征及岩石物性分析、水质普查及分析、结垢预测、软件模拟等综合手段,找出了此类井型的伤害主因是微粒运移,伤害半径为0.3~0.5 m,伤害次因是结垢、固相等堵塞,结垢类型为碳酸钙,两种注入水的结垢量分别为287.6 mg/L和357.1 mg/L,固相堵塞物主要是白云石类矿物,伤害半径为0.2 m。同时分析了以往酸化低效的原因是,由于采用在线酸化工艺,导致千方污水回注井的注水量远超注酸量,酸液浓度稀释比例过大,同时酸液无法有效解除复合伤害而产生的。采用盐酸、乙酸、氟硅酸、氟硼酸、HEDP主酸复配柠檬酸、季铵盐、SDBS等添加剂,研发了HLCHEM-Y酸化体系,解决了复合伤害问题。采用3.0~4.8 m3/min大排量拖轮注酸工艺,解决了海上平台空间受限条件下,千方污水回注井低排量注酸工艺效果差的难题。配套技术在C油田群开展了16井次应用,取得了酸化后单井平均增注从116 000 m3延长至399 000 m3,平均有效期从44 d延长至152 d的显著效果。
完井液
热释放解堵剂ThermAcid的室内研究
赵志强, 罗健生
2023, 40(1): 132-136. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.018
摘要:
针对海上弱凝胶完修井液泥饼破除存在的作用深度有限、不能有效清除固相污染等问题,开发了ThermAcid热释放解堵剂。ThermAcid具有水溶性,且可缓慢水解释放出酸,因而能够有效地清除储层深部的污染物。水解动力学研究表明,ThermAcid的水解速度随pH值增大、温度升高而加快,碳酸钙溶蚀实验证实了上述规律。腐蚀速率实验表明:120 ℃下,ThermAcid对钢片的腐蚀速率为2.31 g/(m2 · h),低于5%盐酸对钢片的腐蚀速率(8.31 g/(m2 · h)),有利于缓解井下钻具腐蚀。30 mD和400 mD砂盘破胶实验表明:与5%盐酸相比,ThermAcid破胶更均匀、更彻底,因而返排压力更低。
温度响应型油田解堵剂的研究与应用
王耀聪, 常笃, 张庆祝, 侯妍, 秋列维
2023, 40(1): 137-142. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.019
摘要:
采用高温灼烧法和X射线衍射仪对堵塞物成分进行了分析测试,针对堵塞物特征采用聚乙二醇、氨基磺酸和十二酰氯作为反应单体,制备了温度响应型油田解堵剂(MSA),并对MSA解堵剂的综合性能进行了评价。结果表明:堵塞物以方解石(CaCO3)为主;解堵剂在20 ℃下pH值为6.05,在60 ℃下pH值为0.99,表明解堵剂在60 ℃下可以分解出大量的氨基磺酸,从而溶蚀堵塞物达到解堵目的。在60 ℃下作用30 min后,解堵剂对4种堵塞物的解堵率均可以达到82%以上,且在90 ℃时解堵剂中各成分活性依然较高,拥有较好的解堵能力和与地层水的配伍性。现场应用结果表明,试验井投产满6个月后,累计增油66.9 t。