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专论
深共晶溶剂抑制页岩水化的应用与展望
白佳佳, 顾添帅, 陶磊, 冯枭, 陈明君
2024, 41(2): 141-147.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.001
摘要(1) HTML(0) PDF (2618KB)(0)
摘要:
钻井过程中页岩水化常会诱发严重的井下安全事故,提高页岩井壁稳定性将极大地提高钻井成功率。深共晶溶剂(Deep eutectic solvent,DES)作为一种新型的绿色试剂,其性质与离子液体相类似,用途较为广泛。然而其作为水基钻井液添加剂在抑制页岩水化上的应用潜力尚未引起足够重视。相较于其他水基钻井液添加剂,DES具有不易燃、不易爆、无毒、易降解、电化学和热稳定性好等优点,并且DES价格便宜,来源广泛。在全面归纳总结DES的物理化学性质的基础上,讨论了DES作为水基钻井液添加剂抑制页岩水化的机理,并通过对DES的成本、对钻井液性能的影响进行分析,阐明了DES作为水化抑制剂在水基钻井液中的应用潜力。研究结果对DES在抑制页岩水化上的应用及其推广具有重要意义。
钻井液
抗超高温220 ℃聚合物水基钻井液技术
刘锋报, 孙金声, 刘敬平, 黄贤斌, 孟旭
2024, 41(2): 148-154.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.002
摘要(1) HTML(0) PDF (2893KB)(1)
摘要:
我国深层油气资源丰富,其高效开发对保障国家能源安全具有重大意义。钻井液是深部地层钻探的关键,但目前常规聚合物钻井液的抗温能力普遍低于220 ℃,且盐会大幅降低钻井液性能,钻探过程中往往由于钻井液失效引发安全事故,对深层油气开发造成重大损失。针对钻井液高温高盐条件下性能恶化的难题,合成了具有协同作用的抗高温两性离子聚合物和抗高温阴离子聚合物,通过高强度的网架结构调控钻井液流变性;合成抗超高温高效封堵剂来提高钻井液封堵性能和滤失性能,封堵泥饼和砂床,阻止压力传递。以抗高温两性离子聚合物、抗高温阴离子聚合物和抗超高温高效封堵剂为核心处理剂,构建了一套抗超高温220 ℃的聚合物水基钻井液体系,并评价了该钻井液的性能。实验结果表明,该钻井液具有良好的流变滤失性、沉降稳定性、封堵性和润滑性,其高温高压滤失量仅为9.6 mL,高温高压下仍保持黏度和切力稳定,直立老化72 h沉降因子仅为0.5113,砂床侵入深度仅为6 mm,老化后润滑系数和泥饼黏滞系数分别为0.1224和0.0875。该钻井液具有良好的抗温性能和稳定性,对深部油气的开发具有重要意义。
高温致密砂砾岩储层盐敏及盐析损害机理
何瑞兵, 谭伟雄, 白瑞婷, 康毅力, 李鸿儒, 李鑫磊, 游利军
2024, 41(2): 155-165.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.003
摘要(1) HTML(0) PDF (6598KB)(0)
摘要:
中国渤海湾盆地广泛分布特低渗致密砂砾岩油气藏,与常规砂岩储层相比,致密砂砾岩储层具有黏土矿物丰富,溶蚀孔隙及微裂缝发育且非均质性强等特点,注入流体侵入容易诱发储层损害,堵塞孔喉,降低储层渗流能力,阻碍油气井稳产。以BZ19-6井区砂砾岩储层井下岩心为例,分别依据行业标准法和高温高回压稳态法开展储层盐敏损害室内实验评价,基于扫描电镜分析了敏感性矿物和盐类矿物的类型及赋存特征。实验结果表明:储层盐敏程度为中等偏强~强;岩心渗透率越低,盐析对储层的孔隙度和渗透率的损害程度越大,建议对于渗透率小于0.1 mD、储层温度高于100 ℃的致密岩心,推荐应用高温高回压稳态法评价储层流体敏感性更具优势。研究区黏土矿物以丝片/丝缕状伊利石、蚀变高岭石及伊/蒙间层矿物为主,主要呈栉壳式、分散充填、搭桥等方式赋存于溶蚀孔隙,是储层盐敏的主要因素。高温环境地层水加速蒸发,易导致近井带盐析,盐类矿物主要为钾盐和石盐,赋存于矿物颗粒表面和孔隙壁面易堵塞微细孔喉;地层水静态蒸发可溶盐析出堵塞致密孔喉、动态驱替盐晶运移堵塞喉道及盐析弱化岩石力学强度,导致微粒运移是致密砂砾岩盐析损害的主要机理。推荐使用KCl-饱和盐水聚磺钻井液和两性离子聚合物钻井液技术,通过降低钻井液侵入和抑制盐类在钻井液中的结晶和成核,从而降低储层盐敏损害。
PGA可降解材料作为钻完井液暂堵剂实验研究
董晓强, 金冰垚, 刘雨涵, 钱晓琳, 余福春
2024, 41(2): 166-171.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.004
摘要(1) HTML(0) PDF (2995KB)(0)
摘要:
聚乙醇酸(PGA)具有良好的环保特性,通过高温浸泡前后PGA力学性能、颗粒粒径、分子热稳定性和晶体致密度等参数分析,研究了PGA在水相及油相环境中的热稳定性,评价了PGA作钻完井液暂堵剂的应用潜力。结果表明PGA理化性质受钻井液液相环境和温度的影响较大。对水基钻井液而言,100 ℃高温水相环境下PGA分子受pH值影响降解生成低聚物,分子热稳定性降低、力学强度下降,表现为强酸(pH<5)及强碱(pH>9)环境加速降解,且强碱条件下降解快于强酸环境。高温油相环境导致PGA颗粒先溶胀后出现剥落、破碎现象,本体由塑性向脆性转变,抗拉及抗压强度出现一定程度下降,PPA封堵实验显示油相环境中8 d内具有良好的封堵效果。与水基钻井液相比,暂堵剂PGA更适合在油基钻井液中使用。
超致密储层流体敏感性实验方法
张杜杰, 金军斌, 李大奇, 张栋, 金中良
2024, 41(2): 172-177.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.005
摘要(1) HTML(0) PDF (2290KB)(0)
摘要:
超致密储层具有基块致密、黏土矿物丰富等特点,潜在流体敏感性强,准确评价储层流体敏感程度对优选入井工作液性能至关重要。选取超致密气层砂岩岩心,改进了压力衰减法评价储层流体敏感性,并与常规的压力衰减法和改进的稳态流体敏感性实验方法对比分析。结果显示,常规的压力衰减法样品水敏程度为中等偏弱,改进的压力衰减法评价样品水敏程度中等偏强,实验结果与改进的高温高回压测试方法具有一致性,且实验时间缩短近40%。分析认为:改进的压力衰减法能够模拟地层高温环境,原理清楚,结果可靠,新方法弥补了常规压力衰减法工作流体无法高效注入岩心的不足,提高了测试精度,缩短了实验时间,对优化致密油气藏储层损害评价方法具有借鉴意义。
一种抗高温梳型两性离子聚合物降黏剂
邓正强, 张涛, 黄平, 罗宇峰, 王国帅, 贺垠博, 蒋官澄
2024, 41(2): 178-183.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.006
摘要(1) HTML(0) PDF (2569KB)(0)
摘要:
针对深井超深井钻井中高密度水基钻井液黏度高、易高温增稠等流变性调控难题,以对苯乙烯磺酸钠盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-烯丙基-2-甲基氯化铵、烯丙基聚氧乙烯醚为单体,合成了一种抗高温梳型两性离子聚合物降黏剂ZT-1。采用红外光谱表征了降黏剂的分子结构,验证梳型两性离子聚合物合成的成功,采用热重分析表征了降黏剂的热稳定性,其分解温度达250 ℃。ZT-1具有良好的抗高温耐盐钙降黏分散性能,抗温240 ℃,可抗饱和盐,抗2%氯化钙;ZT-1加量为0.3%时,老化温度为200 ℃,在评价浆中的降黏率可达77.7%,在高密度(2.4 g/cm3)水基钻井液体系中表观黏度的降低率达33%,塑性黏度的降低率达14%,动切力降低率达67%。ZT-1性能优于阴离子降黏剂磺化丹宁以及常规线性两性离子聚合物降黏剂XY-27和ADS共聚物,这种梳型两性离子聚合物降黏剂在超高温超高密度钻井液中具有良好的应用前景。
陵水区块超深水高性能恒流变油基钻井液技术
刘智勤, 徐加放, 彭巍, 徐超, 于晓东
2024, 41(2): 184-190.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.007
摘要(1) HTML(0) PDF (2144KB)(0)
摘要:
超深水钻井不仅面临低温、井壁不稳定、地层安全作业压力窗口窄以及井眼清洁困难等问题,还对钻井液的性能提出了更高的要求。通过对乳化剂的分子结构进行设计,研制出一种同时具备乳化和流型调控作用的新型乳化剂KMUL,并以此为主要处理剂,构建了一套适用于南海西部陵水区块超深水工况的高性能恒流变油基钻井液,并对钻井液性能进行了评价。结果表明:该钻井液具有良好的恒流变特性,在温度为2~150 ℃、压力为0~56 MPa范围内的流变性能较为稳定;钻井液的抗污染能力较强,当岩屑和海水的加量为15%时,钻井液的综合性能比较稳定;钻井液的储层保护效果较好,岩心渗透率恢复值能达到92%以上;钻井液的生物毒性较低,具备良好的环境保护性能。LS-C超深水井的现场应用结果表明, 不同井深的现场钻井液流变性能和破乳电压均比较稳定,钻井液当量循环密度始终维持在低位,施工过程顺利,井筒直径规整,未出现井下复杂情况。研究结果表明,该高性能恒流变油基钻井液满足陵水区块超深水钻井施工的需求。
红星区块多粒径致密封堵油基钻井液技术
王长勤, 李忠寿, 黄桃, 李广林, 张勇, 魏士军
2024, 41(2): 191-197.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.008
摘要(1) HTML(0) PDF (3437KB)(0)
摘要:
红星区块是江汉油田部署在建南构造上主力产气区,中石化页岩气勘探开发的重点区块。该区块飞仙关组、长兴组经多年开采,地层骨架应力低;吴家坪组微纳米裂缝发育。油基钻井液在钻进过程中,井漏、井塌矛盾突出,处理难度大,为此研究形成一套“强封堵、低活度、低黏度高切力”多粒径致密封堵油基钻井液体系,该体系采用4%微纳米复合刚性颗粒、0.5%石墨烯片状材料、1.5%球状凝胶MPA、1%超细矿物纤维等多粒径微纳米材料,协同封堵致密封堵地层微纳米级裂缝,且在井壁上形成致密泥饼,控制钻井液高温高压滤失量低于3 mL;采用高浓度CaCl2水溶液(≥36%)为水相,活度低于该区块页岩岩心活度,提高钻井液的抑制性;采用提切型乳化剂提高钻井液切力,实现高效携带岩屑、掉块,净化井眼的目的。现场应用表明,多粒径致密封堵油基钻井液体系能有效地减缓井漏、井塌复杂,复杂时间降低了90.34%,应用效果显著。
塔河稠油高黏特性及其侵入钻井液治理探索
刘湘华, 范胜, 张淑霞, 李双贵, 于洋, 沐宝泉, 刘贺
2024, 41(2): 198-204.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.009
摘要(1) HTML(0) PDF (2389KB)(0)
摘要:
为了解决塔河高黏稠油侵害钻井液的问题,研究对比了塔河稠油与典型劣质重油的关键性质及塔河稠油沥青质-甲苯溶液黏度随浓度的变化规律,发现塔河稠油的高黏特性主要原因是沥青质含量高与芳香度高,以此为基础,设计2种实验方案。一是针对钻井初期稠油侵入量少的情况,通过在钻井液中添加适宜的分散剂和芳香馏分的复配体系,将稠油进行分散,结果为5#钻井液体系效果最好,TH121155X井稠油在无固钻井液中的分散度超过99%。二是针对稠油侵入量大的情况,对稠油进行包裹,使稠油失去黏附性,降低稠油在钻具上黏附,确保地面振动筛能够顺利筛分。研究数据表明,BGJ-2-4复配的包裹剂对塔河TH12471H井稠油具有良好的包裹效果,罐黏附率仅为0.3%。
西湖凹陷上部杂色泥岩井壁失稳研究和钻井液优化
张海山
2024, 41(2): 205-214.   doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.02.010
摘要(1) HTML(0) PDF (2483KB)(0)
摘要:
东海西湖凹陷部分区块在Φ311.15 mm井段钻遇龙井组、花港组杂色泥岩地层时,频繁发生起下钻阻卡、倒划眼困难等复杂情况,严重影响井下安全和作业时效。室内采用X射线衍射、扫描电镜、压汞法、抗压强度测试等方法对地层岩性组构特征、力学特性以及其他物理化学性能进行试验,研究井壁岩石失稳机理,表明杂色泥岩本身极具失稳特性。模拟现场条件,试验研究现场油基钻井液封堵和井壁稳定能力、钻井液润湿性能对岩屑井壁黏附和润滑性的影响,发现影响杂色泥岩起下钻遇阻的主控因素是钻井液胶结封堵稳定井壁能力和钻井液润湿性能不够。针对地层特性和钻井液性能不足,制定油基钻井液稳定井壁优化对策,强化钻井液封堵固壁性,提高地层承压能力;优选钻井液乳化剂,提高体系高温稳定性和润湿性。优化后的油基钻井液体系能够有效封堵泥岩微纳米孔缝,提高井壁稳定性,提高泥饼润滑性,可降低起下钻阻卡风险。现场应用表明,钻井过程中井壁稳定,起下钻、下套管等均顺利,与邻井相比起下钻效率提升96%~353%,取得了良好的应用效果,有效解决了西湖凹陷上部杂色泥岩地层井壁失稳问题。
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国内外页岩气井水基钻井液技术现状及中国发展方向
孙金声, 刘敬平, 刘勇
[摘要](1801) [PDF 1051 KB](1101)
摘要:
综述了国内外页岩气井井壁失稳机理、稳定井壁主要方法及水基钻井液技术研究与应用现状,讨论了当前中国页岩气井钻井液技术面临的主要技术难题,分析了美国页岩气井与中国主要页岩气产区井壁失稳机理的差异,指出了中国页岩气井水基钻井液技术研究存在的误区与不足,提出了中国页岩气井水基钻井液技术发展方向。
抗高温油基钻井液主乳化剂的合成与评价
覃勇, 蒋官澄, 邓正强, 葛炼
[摘要](2161) [PDF 4926 KB](602)
摘要:
以妥尔油脂肪酸和马来酸酐为主要原料合成了一种油基钻井液抗高温主乳化剂HT-MUL,并确定了妥尔油脂肪酸单体的最佳酸值及马来酸酐单体的最优加量。对HT-MUL进行了单剂评价,结果表明HT-MUL的乳化能力良好,配制的油水比为60:40的油包水乳液的破乳电压最高可达490 V,90:10的乳液破乳电压最高可达1000 V。从抗温性、滤失性、乳化率方面对HT-MUL和国内外同类产品进行了对比,结果表明HT-MUL配制的乳液破乳电压更大、滤失量更小、乳化率更高,整体性能优于国内外同类产品。应用主乳化剂HT-MUL配制了高密度的油基钻井液,其性能评价表明体系的基本性能良好,在220℃高温热滚后、破乳电压高达800 V,滤失量低于5 mL。HT-MUL配制的油基钻井液具有良好的抗高温性和乳化稳定性。
纳米聚合物微球封堵剂的制备及特性
王伟吉, 邱正松, 黄维安, 钟汉毅, 暴丹
[摘要](1162) [PDF 2843 KB](252)
摘要:
页岩具有极低的渗透率和极小的孔喉尺寸,传统封堵剂难以在页岩表面形成有效的泥饼,只有纳米级颗粒才能封堵页岩的孔喉,阻止液相侵入地层,维持井壁稳定,保护储层。以苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,采用乳液聚合法制备了纳米聚合物微球封堵剂SD-seal。通过红外光谱、透射电镜、热重分析和激光粒度分析对产物进行了表征,通过龙马溪组岩样的压力传递实验研究了其封堵性能。结果表明,SD-seal纳米粒子分散性好,形状规则(基本为球形),粒度较均匀(20 nm左右),分解温度高达402.5℃,热稳定性好,阻缓压力传递效果显著,使龙马溪组页岩岩心渗透率降低95%。
循环应力作用下水泥环密封性实验研究
刘仍光, 张林海, 陶谦, 周仕明, 丁士东
[摘要](780) [PDF 2049 KB](176)
摘要:
利用自主研发的水泥环密封性实验装置研究了套管内加卸压循环作用下水泥环的密封性,根据实验结果得出了循环应力作用下水泥环密封性失效的机理。实验结果显示,在较低套管内压循环作用下,水泥环保持密封性所能承受的应力循环次数较多;在较高循环应力作用下,水泥环密封性失效时循环次数较少。表明在套管内较低压力作用下,水泥环所受的应力较低,应力水平处于弹性状态,在加卸载的循环作用下,水泥环可随之弹性变形和弹性恢复;在较高应力作用下,水泥环内部固有的微裂纹和缺陷逐渐扩展和连通,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;随着应力循环次数的增加,塑性变形也不断地累积。循环压力卸载时,套管弹性回缩而水泥环塑性变形不可完全恢复,2者在界面处的变形不协调而引起拉应力。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,导致水泥环密封性失效,水泥环发生循环应力作用的低周期密封性疲劳破坏。套管内压力越大,水泥环中产生的应力水平越高,产生的塑性变形越大,每次卸载时产生的残余应变和界面处拉应力也越大,因此引起密封性失效的应力循环次数越少。
暂堵型保护油气层钻井液技术研究进展与发展趋势
蒋官澄, 毛蕴才, 周宝义, 宋然然
[摘要](1249) [PDF 4562 KB](448)
摘要:
通常在勘探开发油气过程中会发生不同程度的油气层损害,导致产量下降、甚至"枪毙"油气层等,钻井液是第一个与油气层相接触的外来流体,引起的油气层损害程度往往较大。为减轻或避免钻井液导致的油气层损害、提高单井产量,国内外学者们进行了长达半个世纪以上的研究工作,先后建立了"屏蔽暂堵、精细暂堵、物理化学膜暂堵"三代暂堵型保护油气层钻井液技术,使保护油气层效果逐步提高,经济效益明显。但是,与石油工程师们追求的"超低"损害目标仍存在一定差距,特别是随着非常规、复杂、超深层、超深水等类型油气层勘探开发力度的加大,以前的保护技术难以满足要求。为此,将仿生学引入保护油气层钻井液理论中,发展了适合不同油气层渗透率大小的"超双疏、生物膜、协同增效"仿生技术,并在各大油田得到推广应用,达到了"超低"损害目标,标志着第四代暂堵型保护油气层钻井液技术的建立。对上述4代暂堵型保护油气层技术的理论基础、实施方案、室内评价、现场应用效果与优缺点等进行了论述,并通过梳理阐明了将来的研究方向与发展趋势,对现场技术人员和科技工作者具有较大指导意义。
钻井液用纳米封堵剂研究进展
马成云, 宋碧涛, 徐同台, 彭芳芳, 宋涛涛, 刘作明
[摘要](1956) [PDF 2528 KB](709)
摘要:
分析了硬脆性泥页岩井壁失稳的原因,介绍了纳米材料特点及其应用,并概述了国内外钻井液用纳米封堵剂的研究进展,包括有机纳米封堵剂、无机纳米封堵剂、有机/无机纳米封堵剂,以及纳米封堵剂现场应用案例。笔者认为:利用无机纳米材料刚性特征以及有机聚合物可任意变形、支化成膜等特性,形成的一种核壳结构的无机/聚合物类纳米封堵剂,能够很好地分散到钻井液中,且对钻井液黏度和切力影响较小,这种类型的纳米封堵剂能够在低浓度下封堵泥页岩孔喉,建立一种疏水型且具有一定强度的泥页岩人工井壁,这不仅能够阻止钻井液侵入,而且还能提高地层承压能力,无机纳米材料与有机聚合物的结合是未来钻井液防塌剂的发展方向。
应用于中国页岩气水平井的高性能水基钻井液
龙大清, 樊相生, 王昆, 范建国, 罗人文
[摘要](1388) [PDF 540 KB](307)
摘要:
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。
压裂液存留液对致密油储层渗吸替油效果的影响
郭钢, 薛小佳, 李楷, 范华波, 刘锦, 吴江
[摘要](972) [PDF 11047 KB](213)
摘要:
统计长庆油田罗*区块2015年存地液量与油井一年累积产量的关系发现,存地液量越大,一年累积产量越高,与常规的返排率越高产量越高概念恰恰相反,可能与存地液的自发渗吸替油有关。核磁实验结果表明,渗吸替油不同于驱替作用,渗吸过程中小孔隙对采出程度贡献大,而驱替过程中大孔隙对采出程度贡献大,但从现场致密储层岩心孔隙度来看,储层驱替效果明显弱于渗吸效果。通过实验研究了影响自发渗吸效率因素,探索影响压裂液油水置换的关键影响因素,得出了最佳渗吸采出率及最大渗吸速度现场参数。结果表明,各参数对渗吸速度的影响顺序为:界面张力 > 渗透率 > 原油黏度 > 矿化度,岩心渗透率越大,渗吸采收率越大,但是增幅逐渐减小;原油黏度越小,渗吸采收率越大;渗吸液矿化度越大,渗吸采收率越大;当渗吸液中助排剂浓度在0.005%~5%,即界面张力在0.316~10.815 mN/m范围内时,浓度为0.5%(界面张力为0.869 mN/m)的渗吸液可以使渗吸采收率达到最大。静态渗吸结果表明:并不是界面张力越低,采收率越高,而是存在某一最佳界面张力,使地层中被绕流油的数量减少,渗吸采收率达到最高,为油田提高致密储层采收率提供实验指导。
库车山前超深超高压盐水层安全钻井技术探索
周健, 贾红军, 刘永旺, 李卫东, 邓强, 杨艳明
[摘要](733) [PDF 922 KB](299)
摘要:
库车山前深部巨厚盐膏层地质特征复杂,层间超高压盐水普遍发育,纵横向规律性差,地层压力变化大,预测难度高。盐膏层钻井过程中超高压盐水侵入井筒后,钻井液性能恶化,导致喷、漏、卡等复杂事故频发,严重影响安全快速钻井。结合超高压盐水层钻井特征,通过分析超高压盐水赋存的圈闭特点及实钻情况,在钻井液的盐水污染容量限实验模拟和评价的基础上,开展了超高压盐水层控压排水技术的探索与实践,形成了控压排水配套新技术,通过控制节流阀调节井口回压和钻井液排量等手段,让地层盐水按一定比例均匀侵入到环空钻井液中,单次放水量不超过环空钻井液量的10%,多次放出盐水,降低高压盐水层的地层压力系数。解决了库车山前超深超高压盐水层安全钻井难题。现场试验表明,采取合理的控压排水方法能够降低盐水层的压力,在溢流与井漏的矛盾中找到压力平衡点,有利于井控安全的井筒状态。
页岩气藏地层井壁水化失稳机理与抑制方法
刘敬平, 孙金声
[摘要](798) [PDF 7874 KB](234)
摘要:
页岩气井水平井段井壁失稳是目前中国页岩气资源勘探开发的关键技术难题。通过云南昭通108区块龙马溪组页岩的X-射线衍射分析、扫描电镜(SEM)观察、力学特性分析、润湿性、膨胀率及回收率等实验,研究了其矿物组成、微观组构特征、表面性能、膨胀和分散特性,揭示了云南昭通108区块龙马溪组页岩地层井壁水化失稳机理。该地层黏土矿物以伊利石为主要组分,不含蒙脱石及伊蒙混层,表面水化是引起页岩地层井壁失稳的主要原因。基于热力学第二定律,利用降低页岩表面自由能以抑制页岩表面水化的原理,建立了通过多碳醇吸附作用改变页岩润湿性,有效降低其表面自由能、抑制表面水化,进而显著抑制页岩水化膨胀和分散的稳定井壁方法。
重晶石滤饼堵塞机理与螯合解堵决策技术论评
韦仲进, 周风山, 徐同台
[摘要](6202) [PDF 5710KB](4331)
摘要:
钻井液加重剂重晶石在储层中的迁移、转化、沉淀形成了难以酸溶的重晶石泥饼,对油气藏造成严重伤害,需要安全可靠地解除重晶石堵塞。而对重晶石堵塞重视程度不够、堵塞机理与解堵机制不明、解堵决策设计不当、投入产出得不偿失、商家技术保密等种种原因,制约了我国重晶石解堵技术的进步。以氨基多羧酸盐为主要组分的螯合型解堵剂是解除重晶石堵塞最有前途的工艺选择,而螯合剂结构(氨基种类、羧基数量、环链大小、化学稳定性等)、金属离子的性质(电荷、离子半径、电离电位或碱度、共伴生金属离子等)、介质环境(pH值、温度、压力等)等对重晶石的溶解效应都有较大影响。经济高效的螯合型解堵剂及其解堵工艺的设计必须要考虑不同螯合剂的解堵特点、使用浓度、催化剂、碱性转化剂、聚合物溶蚀剂、井底温度、环境友好性、腐蚀性、地层岩石基质、解堵过程造成的二次储层伤害等因素。借助滤饼溶蚀、溶蚀产物组分及形貌、岩心流动等现代实验技术测评,精心设计解堵剂注入量、注入压力、浸泡时间、返排液处理等螯合解堵工艺细节,以便全面了解重晶石堵塞机理、螯合型解堵剂设计及其在油气田重晶石解堵决策中的应用。综述了近几年先行研究者在解除重晶石滤饼堵塞方面所做的比较系统的工作,希望能为读者提供一个新视角,以提高我国钻井液与完井液技术创新水平。
国内外页岩气井水基钻井液技术现状及中国发展方向
孙金声, 刘敬平, 刘勇
[摘要](1801) [PDF 1051KB](1101)
摘要:
综述了国内外页岩气井井壁失稳机理、稳定井壁主要方法及水基钻井液技术研究与应用现状,讨论了当前中国页岩气井钻井液技术面临的主要技术难题,分析了美国页岩气井与中国主要页岩气产区井壁失稳机理的差异,指出了中国页岩气井水基钻井液技术研究存在的误区与不足,提出了中国页岩气井水基钻井液技术发展方向。
钻井液滤失造壁性能评价方法研究现状
姚如钢, 张振华, 彭春耀, 冯燕云, 丁光波
[摘要](1243) [PDF 2116KB](774)
摘要:
介绍了现有钻井液泥饼渗流特性、孔喉大小、厚度及压缩性等质量参数的评价、仪器及其评价方法,并分析了扫描电镜、能谱仪等仪器设备在泥饼微观结构及组分分布特征表征方面的研究与应用现状。现有研究思路侧重于对样品表面形貌的观测,在优化钻井液滤失造壁性能时仍然缺乏对泥饼内部微观结构的基础性认识,未来应继续深入开展对钻井液泥饼微观结构空间分布特征方面的研究分析,进一步弄清钻井液降滤失作用机理及降低钻井液滤失量的途径,发展并完善钻井液滤失造壁性调控机理基础理论,为新型高效处理剂的研制以及钻井液技术水平的提升提供指导和技术支撑。
钻井液用纳米封堵剂研究进展
马成云, 宋碧涛, 徐同台, 彭芳芳, 宋涛涛, 刘作明
[摘要](1956) [PDF 2528KB](709)
摘要:
分析了硬脆性泥页岩井壁失稳的原因,介绍了纳米材料特点及其应用,并概述了国内外钻井液用纳米封堵剂的研究进展,包括有机纳米封堵剂、无机纳米封堵剂、有机/无机纳米封堵剂,以及纳米封堵剂现场应用案例。笔者认为:利用无机纳米材料刚性特征以及有机聚合物可任意变形、支化成膜等特性,形成的一种核壳结构的无机/聚合物类纳米封堵剂,能够很好地分散到钻井液中,且对钻井液黏度和切力影响较小,这种类型的纳米封堵剂能够在低浓度下封堵泥页岩孔喉,建立一种疏水型且具有一定强度的泥页岩人工井壁,这不仅能够阻止钻井液侵入,而且还能提高地层承压能力,无机纳米材料与有机聚合物的结合是未来钻井液防塌剂的发展方向。
青海柴达木盆地三高井钻井液技术
王信, 张民立, 王强, 庄伟, 章卫军, 王志彬, 李毅峰
[摘要](1068) [PDF 729KB](677)
摘要:
柴达木盆地的牛东、冷湖、扎哈泉和英西区块地层岩性复杂,有盐层、盐膏层、芒硝层、硬脆性泥岩、高压盐水层,以往钻井事故和复杂频发,盆地阿尔金山前带牛东鼻隆构造,受造山运动影响,整体地层倾角为60°~70°,地应力较高且存在高压盐水层,压力系数多变,裸眼井段井壁失稳现象时有发生。2013年至今,在柴达木盆地应用BH-WEI抗三高钻井液服务各类井20口,为做好各区块钻井液技术服务,施工前查阅相关资料,结合室内实验与现场试验,总结得出低活度、弱水化与强封堵、强抑制有利于井壁稳定的结论,已完成青海油田1字号重点风险预探井4口、第1口分支水平井和扎哈泉第1口水平井,最高使用钻井液密度为2.35 g/cm3,平均井径扩大率为4.67%,电测成功率为100%。其中应用井扎平1井是油田公司在扎哈泉致密油区块部署的第1口水平井;东坪区块仅在2013年采用威德福MEG钻井液完成1口四开水平井,因漏失严重且井下复杂提前完钻,而2013~2014年在该区块应用BH-WEI钻井液顺利完成水平井6口,实现零事故复杂;2014年初投产的坪1H-2-2和坪1H-2-1井,完井测试均为区块高产井,平均日产天然气50×104 m3/d。现场应用情况表明,抗三高钻井液体系配方简单,维护方便,具有良好的剪切稀释性,具备动塑比高、塑性黏度低等特性,环空压耗小,井眼清洁,具有良好的润滑防卡和防塌能力,可防止侏罗系深灰色泥岩垮塌及水平井定向托压及黏附卡钻,形成一套适合青海油田复杂区块探井、水平井钻井液工艺技术。
耐温230℃的新型超高温压裂液体系
杨振周, 刘付臣, 宋璐璐, 林厉军
[摘要](1374) [PDF 604KB](644)
摘要:
目前使用的天然植物胶压裂液,耐温极限约为177℃。为了解决压裂液的耐超高温问题,通过大量的室内实验,筛选出新型的超高温稠化剂、耐高温的锆交联剂、高温稳定剂和有效的破胶剂,形成了一种耐温在200~230℃的超高温压裂液体系。实验结果表明,这些添加剂协同作用下,形成适用于地层温度高于常规冻胶耐温极限的超高温聚合物压裂液体系,该压裂液在230℃时具有很好的耐温耐剪切性能,并且显著降低了聚合物用量,可以实现完全破胶,对支撑剂导流层的伤害小。
新型水基钻井液用极压抗磨润滑剂的研制
屈沅治, 黄宏军, 汪波, 冯小华, 孙四维
[摘要](1205) [PDF 963KB](615)
摘要:
合成了一种有机硫型极压抗磨剂,对其进行结构表征和极压抗磨性评价,结果表明,合成的有机硫化物为饱和烷烃,含硫量高达35.49%,具有良好的极压抗磨性。以改性植物油为基础油,添加有机硫型极压抗磨剂、表面活性剂等环境友好型组分,研制出一种钻井液用极压抗磨润滑剂MPA。性能评价结果表明,研制的MPA配伍性好,在清水或钻井液体系中能完全分散,能优化水基钻井液性能,具有优良的润滑性能。
裂缝性气藏封缝堵气技术研究
韩子轩, 林永学, 柴龙, 李大奇
[摘要](1259) [PDF 2831KB](610)
摘要:
塔里木油田塔中地区碳酸盐岩奥陶系储层地质条件复杂,储层裂缝发育,裂缝开度为20~400 μm的小裂缝和微裂缝所占比例在50%左右,钻井过程中井漏溢流频发,气侵现象严重,增加了井控风险。由于地层微裂缝分布复杂,且温度高(180℃),导致架桥粒子、充填粒子级配难度大,钻井液封堵效果不理想,而采用常规钻井液封堵评价方法在模拟裂缝形态和效果评价方面与现场实际存在着较大的差距。为此,提出了有针对性地封缝堵气评价方法:利用天然/人造岩心制作出微裂缝岩心模型,微裂缝开度介于20~400 μm之间,缝面粗糙度与天然裂缝接近;自主设计了封缝堵气实验评价装置,建立了微米级裂缝的封缝堵气评价方法。室内初步优选出抗高温的颗粒、纤维、可变形材料等纳微米封堵材料,并形成封堵配方,封堵配方与聚磺钻井液体系、ENVIROTHERM NT体系配伍性好,且酸溶率高于70%,不易污染储层。
射孔完井工况下固井水泥环破坏研究进展
李进, 龚宁, 李早元, 韩耀图, 袁伟伟
[摘要](1175) [PDF 2703KB](606)
摘要:
射孔完井作为国内外应用最为广泛的完井方式,对油气井增产有着非常重要的意义。随着射孔完井的不断推广,射孔后水泥环层间封隔完整性越来越受到重视,尤其是薄差油气层,而现有研究主要集中于射孔后套管损害及强度影响,对射孔完井工况下水泥环破坏涉及较少。为了更好地促进射孔后水泥环完整性的研究与发展,结合油气井射孔威力大、时间短、温度高、破坏性强等特点,分析指出了射孔完井工况下固井水泥环破坏研究难点主要集中于室内射孔模拟实验难、射孔后水泥环完整性破坏程度难确定、实际工况下水泥环抗冲击破坏能力难确定以及射孔参数影响不清楚等方面,综述了国内外射孔模拟实验、射孔水泥环完整性、水泥环抗冲击韧性、射孔作业参数影响的研究现状,探讨了目前研究存在的不足。提出了以自修复水泥、水泥浆及水泥石性能设计、优化射孔参数、井下水泥环动态破坏预测技术为核心的技术对策与趋势。
温敏性膨胀微胶囊防气窜水泥浆体系
张兴国, 于学伟, 郭小阳, 杨吉祥, 鄢锐, 李早元
[摘要](1212) [PDF 4092KB](606)
摘要:
以丙烯腈(AN)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸甲酯(MA)共聚物为壁材,异丁烷为芯材,采用悬浮聚合法制备了一种温敏性膨胀微胶囊防气窜剂,并使用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜、油井水泥水窜/气窜模拟分析仪和水泥浆凝结收缩测试仪,探索了异丁烷用量对温敏性膨胀微胶囊防气窜剂膨胀性能的影响,评价了温敏性膨胀微胶囊防气窜水泥浆体系的防气窜效果。实验结果表明,在单位质量(100 g)的去离子水中加入质量比为3∶0.4∶2的AN∶MA∶MMA,30%的异丁烷,1%的引发剂过氧化月桂酰(LPO),0.1%的交联剂1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯(BDDMA),20%的分散剂纳米二氧化硅,反应温度为65℃,在氮气保护下制备得到温敏性膨胀微胶囊防气窜剂。该样品初始膨胀温度为70℃,最佳膨胀温度为83℃,最高耐温达120℃,膨胀倍率约为50。油井水泥水窜/气窜模拟分析测试和水泥浆凝结收缩测试结果显示,温敏性膨胀微胶囊防气窜剂添加量大于等于2%时能弥补水泥水化过程中的体积收缩,其水泥浆体系防气窜性能良好。
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