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2024年  第41卷  第4期

专论
偏高岭土活性影响因素及其碱激发反应研究进展
殷慧, 柳华杰, 季成元, 薛佳伦, 孙凯, 李令喜, 郑双进
2024, 41(4): 419-426. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.001
摘要(341) HTML (136) PDF (2240KB)(234)
摘要:
偏高岭土具有能耗少、钙含量较低、可耐二氧化碳腐蚀等优点,有取代普通硅酸盐水泥的潜力。通过总结偏高岭土活性影响因素、碱激发反应的研究进展,分析了将偏高岭土应用于固井行业的可行性。总结了目前研究的偏高岭土活性影响因素,包括煅烧温度、煅烧时间和偏高岭土中氧化铝、二氧化硅含量等。煅烧温度过高或过低、煅烧时间过长或过短,偏高岭土的活性都较低。同时,介绍了碱激发反应影响因素及碱激发反应产物的组成。并针对目前研究中存在的不足,讨论了未来研究方向为在固井领域推广应用偏高岭土体系,今后研究应注重揭示各实验因素对偏高岭土体系稠化时间的影响规律,及如何在不引入含钙量较高的物质的基础上,提高偏高岭土体系的抗压强度。
钻井液
海陆过渡相页岩储层液岩作用机理及钻井液体系构建
王维, 王金堂, 辛江, 曹振义, 林伟, 刘磊, 孙金声
2024, 41(4): 427-436. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.002
摘要(260) HTML (100) PDF (3422KB)(143)
摘要:
我国海陆过渡相页岩地质储量大、资源丰度高,开发前景广阔。但钻井过程中井壁极易发生掉块、坍塌,导致井壁失稳影响钻井安全。本文通过钻井岩心观察、电镜和CT扫描、X射线衍射分析等相关实验,得到储层岩样矿物组分及微观结构等特征,结果表明:页岩气储层全岩主要含石英和黏土矿物,地层黏土矿物含量高达45.7%,且黏土矿物中不含蒙脱石,高岭石含量为35%,伊/蒙混层含量为26%;岩样表面纳微米孔隙和微裂缝发育,裂缝宽度在微米级并连通多条窄裂缝;通过岩液作用后晶层间距、表面张力、线性膨胀率和裂缝扩展变化分析,海陆过渡相页岩仅发生表面水化,揭示了海陆过渡相页岩气储层岩液作用机理。优选了水基钻井液抑制剂、封堵剂与润滑剂,构建了一套海陆过渡相页岩气储层的高性能水基钻井液体系,并对其展开了室内评价。钻井液常规性能、抑制性、封堵性、润滑性评价实验结果表明,该钻井液体系抗温100 ℃,高温高压失水6 mL,泥页岩膨胀率为1.03%,钻井液润滑系数整体小于0.15,体系30 min的API滤失量较基浆降低40%,可对地层微裂缝实现有效封堵,且生物毒性EC50值为37 260 mg/L,属于无毒级别,能够满足海陆过渡相页岩气钻井作业施工对钻井液性能的要求并进行了现场应用,封堵防塌效果良好,可有效解决海陆过渡相泥页岩井壁失稳的技术难题。
塔河油田碳酸盐岩储层中聚合物凝胶堵漏技术
李亮, 方俊伟, 彭博一, 于培志, 耿云鹏
2024, 41(4): 437-443. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.003
摘要:
塔河油田地质条件复杂,缝洞性碳酸盐岩储层孔缝洞发育,在此储层钻进过程中常出现放空、发生井漏,并引发井喷、井塌、卡钻等复杂事故,常规桥堵技术难以有效封堵。针对塔河油田老井修完井过程中的漏失难题,研制了一种抗高温聚合物凝胶堵漏剂,对其进行性能评价可知,聚合物凝胶成胶前基液黏度在13~14.5 mPa·s范围内,150 ℃下成胶时间在30~150 min内可控,成胶后失去流动性,形成高强度凝胶塞,具有较高承压强度,使用3 mm裂缝钢铁岩心(长5 cm)模拟储层进行封堵能力评价,封堵压力可达2.1 MPa/42 cm;凝胶具有较好的抗污染性能,稳定性良好;凝胶破胶性能显著,加入碱液改变环境pH值后,可实现48 h破胶成为低黏流体,破胶后的凝胶可满足岩心渗透率恢复值≥85%。该耐温聚合物凝胶既能实现高效封堵,也能有效解堵,在修井作业、恶性漏失等方面具有较好的应用前景。
超深缝洞型碳酸盐岩储层超低密度钻井液技术
张绍俊, 杨成新, 张宇, 邵长春, 李城里, 喻化民
2024, 41(4): 444-450. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.004
摘要:
塔里木油田压力系数低于1.0的超深井碳酸盐岩低压储层常发生钻井液失返性井漏,其平均井深超过6000 m,井控风险极大,除了强钻再无更好手段,往往只能提前完井。为提升超深井水平段延伸能力,研究人员研发了高强度空心玻璃微珠,可配制密度为0.93~1.07 g/cm3的超低密度水基钻井液。详述了中古262-H4C井井漏失返后利用低密度水基钻井液重建井筒循环、恢复常规定向钻进的施工过程。现场钻井液密度最低降至0.98 g/cm3,井漏失返后多钻373 m,实现了一井钻穿两个缝洞体的地质目的,保障了该井井漏失返后钻至设计井深,开创了空心玻璃微珠超低密度钻井液在国内垂深超6000 m的超深井应用先例,为我国类似老区低压地层应用提供了技术参考。
两亲性碳点在硅酸盐钻井液中的润滑性能
何丹丹, 赖璐, 梅平, 卢福伟, 吴娟
2024, 41(4): 451-457. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.005
摘要:
硅酸盐钻井液具有抑制封堵能力强、环保等优点,但其润滑性能差,这制约了硅酸盐钻井液的广泛应用。利用极压润滑仪测定含有两亲性碳点和聚氧乙烯型表面活性剂的硅酸钠溶液的润滑系数,筛选出性能优异的润滑剂,并采用总有机碳分析仪、动态光散射和接触角仪等分析其润滑机理。实验结果发现,两亲性碳点具有优良的润滑性能和耐温性,在5%硅酸钠水溶液中添加0.3%两亲性碳点C12-CDs,经过110 ℃高温热滚16 h前后体系的极压润滑系数可从0.500左右分别降低至0.065和0.063,润滑系数降低率高达87.52%,而聚氧乙烯型表面活性剂并无润滑效果。进一步探究其润滑机理,C12-CDs在石英砂表面具有优异的吸附性能, 100 mg/L的C12-CDs溶液吸附前后的表面张力从44.81 mN/m上升为64.03 mN/m, 其吸附量可达到89.23 mg/L;且粒径分析数据表明,C12-CDs可将Na2SiO3溶液的平均粒径从514.0 nm分散为63.2 nm。碳核表面的多羟基结构和长疏水链可促进两亲性碳点在金属钻杆、井壁和硅酸聚集体表面的吸附,两亲性碳点作为润滑剂与硅酸钠钻井液体系配伍性能好,添加C12-CDs的现场硅酸盐钻井液润滑系数降低率可达到86.34%,可为硅酸盐水基钻井液润滑剂的现场应用提供理论指导。
抗钙复合膨润土的研制与评价
叶井亮, 陈娟, 刘福林, 金纯正, 杨现禹, 蔡记华
2024, 41(4): 458-466. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.006
摘要:
在地下连续墙、桩基工程等施工过程中,钻井液频繁与混凝土接触,钙离子不断侵入钻井液,钻井液的工作性能会逐渐恶化,在施工结束后会产生大体量的废弃浆液。为提高钻井液的抗钙能力,减少废浆产量,有必要对天然膨润土进行改性处理。优选高速离心法对天然膨润土进行提纯,选用含碳碳双键的亲水性单体BX、含磺酸基团的亲水性单体AS和AP为聚合单体,在提纯后的膨润土层间发生自由基原位聚合反应,合成了抗钙复合膨润土ACB-16。傅立叶红外光谱、粒径分布、扫描电镜和透射电镜结果表明,单体成功在膨润土层间原位聚合。抗钙复合膨润土超过了OCMA级膨润土标准,所配制的钻井液表观黏度为26 mPa·s,API滤失量为7.6 mL,具有合适的流变性和良好的降滤失性,抗钙性能良好:在1% CaCl2污染下,钻井液流变性与滤失性性能稳定,极限抗Ca2+能力可达6300 mg/L(以CaCl2计为1.75%),可完全满足基础工程领域的钻井液抗钙需求。结合粒径分析与扫描电镜方法,分析其作用机理。位于膨润土网架结构中的高分子聚合物阻止Ca2+与膨润土发生离子交换作用,维持膨润土的水化膜厚度及层间距,支撑膨润土水化所形成的网架结构。直接将抗钙复合膨润土与水混合便可得到性能优异的抗钙钻井液,使用方便,在基础工程等领域具有良好的应用前景,也可以为盐膏层防塌钻井液等高钙环境钻井液的设计提供参考价值。
鄂尔多斯盆地天环坳陷走滑断裂带深表层堵漏技术
孙欢, 朱明明, 邹双, 铁明亮, 刘振, 王浩
2024, 41(4): 467-472. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.007
摘要:
近年来随着青石峁区域的高产工业气流井的增加,该区域已成为长庆油田下一步天然气勘探开发的重要领域。青石峁区域属于鄂尔多斯盆地天环坳陷地质结构,但随着深探井部署增加,钻井井漏日益凸显,特别是深表层恶性漏失加剧,主要表现在第四系富含水层活跃,常规堵漏技术堵漏成功率低;罗汉洞组存在大段连续裂缝地层、漏失频发、堵漏时间长,为解决钻井过程中堵漏技术难点,针对浅层动水层,采用体膨阻水堵漏技术进行封固。研发随钻大颗粒漏速控制技术,实现一趟钻钻穿大段裂缝,进入稳定地层后采用多级配可固化堵漏工作液进行大段裂缝型漏层的封固,形成了一套鄂尔多斯盆地天环坳陷走滑断裂带深表层堵漏技术。该技术在青石卯区域成功应用,顺利完成多口深表层的施工。
铝土岩水平井快封堵防塌钻井液技术
贾俊, 陈磊, 郝超, 周文军, 冯永兵
2024, 41(4): 473-480. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.008
摘要:
陇东铝土岩属于长庆油田重要的资源接替储层,近期完试的陇**井、宁**井在太原组铝土岩勘探获得重大突破。针对该类储层溶孔和裂缝发育,井壁垮塌、漏失风险高及井眼清洁能力差的技术难题,通过铝土岩物性参数、理化性能、力学性能和敏感性测试分析等,明确了陇东铝土岩主要坍塌因素,研发出适用于铝土岩安全钻进的快封堵防塌钻井液技术。该体系在170 ℃高温高压滤失量小于10 mL,钻井液二次回收率大于91%,铝土岩样品在钻井液体系中浸泡15 d后和清水浸泡15 d后的抗压强度相比提升81.8%。快封堵防塌钻井液技术在长庆首口铝土岩水平井陇4**井进行了试验应用,助力该井700 m水平段的安全钻进,该井投产获日产无阻流量3.53×106 m3高产气流,创鄂尔多斯盆地上古生届勘探开发50多年新纪录,为该类储层的勘探开发提供了技术支撑。
高强度等四面体树脂固结堵漏剂的研制及应用
海波, 林星杰, 钟诚, 陆永志, 武元鹏, 何纶
2024, 41(4): 481-488. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.009
摘要:
川渝地区在钻井过程中井漏频发,部分区域钻遇复杂地层发生恶性漏失,常常需要多次堵漏或多种堵漏工艺才能封堵成功,严重增加了钻井成本。通过对现有堵漏工艺进行分析,针对裂缝架桥填充原理,通过将高强度等四面体树脂作为主架桥材料、片状树脂及热固性树脂作为充填材料、纤维材料进行缠绕交联后研制成一种一袋式温控胶凝树脂固结堵漏材料YDFD。针对小裂缝,溶洞类、失返性(大裂缝)、呼吸性地层漏失情况,分别选用小、中、大3个型号的一袋式胶凝树脂固结堵漏剂进行级配,通过温控剂调节堵漏浆的固化时间保障施工安全、实现对漏层的精准封堵,在川渝油气井区处理井漏复杂过程中获得93%的一次堵漏成功率,达到了很好的应用效果,该工艺技术在油气田处理井漏难题时可推广应用。
固井液
适用于LAS系统的全液体隔离液体系
王雪山, 邹亦玮, 张福铭, 田野
2024, 41(4): 489-495. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.010
摘要:
固井施工过程中,在注入水泥浆前,需要先泵入一定量的隔离液,在海洋固井现场施工作业过程中,隔离液配制一般需要繁重的人工劳作,劳动强度大,作业效率低,加量不准确。为解决上述问题,用液体添加剂代替固体添加剂,通过LAS材料添加系统将材料混配作业,从传统的重体力劳动转化为智能化操作,降低作业强度,提高固井作业效率与降低人员成本。通过反相乳液聚合制备了一种液体隔离剂C-S70L,以它为主剂,构建了一套适用于液体加料系统(LAS)的隔离液体系。该体系推荐使用温度为20~120 ℃,适用密度为1.30~1.70 g/cm3;具有良好的悬浮稳定性(热滚后无沉降)、流变可调、失水可控以及相容性好的特点。
负温固井用锂盐-硫铝酸盐水泥浆体系
刘涛, 董三宝, 王丹, 高飞, 程小伟, 费中明
2024, 41(4): 496-505. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.011
摘要:
针对负温环境下固井常用水泥石强度发展缓慢甚至停止水化的问题,对锂盐(TSL)-硫铝酸盐水泥(SAC)浆体系开展了浆体性能及在4 ℃&-10 ℃下的水泥石力学性能研究,测试了水泥的水化温升及累计放热量。通过X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG/DTG)和扫描电子显微镜(SEM)对水泥的水化过程进行了分析,论证了TSL-SAC水泥浆体系在负温固井工程中应用的可行性。结果表明:TSL-SAC水泥浆体系浆体性能较好,在TSL掺量为SAC的3%时,在4 ℃环境下,48 h抗压强度可达23.01 ± 0.47 MPa,在-10 ℃环境下,48 h抗压强度可达3.98 ± 0.07 MPa,满足固井施工要求。同时,通过引入温控材料有效降低了水泥的水化温升及累计放热量,最大水化温升降低了27.62%,最大水化温升延迟320.67%出现。TSL促进SAC水化反应进行的机制在于增加了水泥石中凝胶态水化产物铁胶及铝胶的生成量,促进了AFt的生长结晶,形成低结晶度的CaCO3保护层并减少CH被碳化。实验结果表明,TSL-SAC水泥浆体系具备在负温固井环境下应用的潜力。
超高温高密度防腐防窜水泥浆
张福铭, 肖伟, 朱思佳, 石礼岗, 赵军
2024, 41(4): 506-514. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.012
摘要:
南海西部油田高温高压储层是南海万亿大气田的主力产区,乐东某区块目的层温度达210 ℃、压力系数为2.20~2.29、压力窗口仅为0.04~0.05,且存在CO2等腐蚀气体,勘探开发难度极大,其中超高温高密度防腐防窜水泥浆体系的研发是制约气田开发的关键技术之一。针对上述复杂井况,以还原铁粉、锰矿粉、不同目数硅粉等进行颗粒级配作为固相材料,以低活性MgO为晶格膨胀剂防止水泥环回缩,以特种胶乳为防腐、防气窜材料,以有机、无机插层聚合物为高温悬浮稳定剂等构建了耐温达220 ℃、防环空气窜、防CO2腐蚀的超高密度2.40~2.60 g/cm3水泥浆体系。室内评价结果表明,在CO2分压为50%、养护压力为100 MPa、养护温度为180~220 ℃的腐蚀条件下,腐蚀180 d后,抗压强度增加明显,是腐蚀前的3倍左右,渗透率略增加(<0.01 mD),水化产物由腐蚀前的硬硅钙石C6S6H转变为CaCO3、SiO2。220 ℃养护24 h后的抗压强度大于25 MPa,SPN值不大于0.5,稠化时间易调节,下灰时间不大于40 s,水泥石上下密度差小于0.01,满足现场施工要求。
防漏堵漏低密度水泥浆技术
田野, 马春旭, 赵军, 陈为行, 王义昕, 宋维凯
2024, 41(4): 515-521. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.013
摘要:
跃进3-3XC井完钻井深达9432 m,水平钻进距离超过3400 m,刷新了亚洲最深和超深水平大位移井的纪录。该井地质结构复杂,施工难度大,对水泥浆性能要求高,除了高温、高压外,地层承压能力低,极易发生漏失。针对此类问题,通过研发新型功能性材料,构建了C-Lo PSD(1.30 g/cm3)、C-Lite STONE(1.60 g/cm3)与C-Hi PSD(1.40 g/cm3)三套低密度水泥浆体系,涵盖了中低温、高温等应用条件,并在跃进3-3XC井中成功应用,水泥浆性能满足固井需求。与之前用水泥浆体系相比,混浆效率、流变性、悬浮稳定性、水泥石抗压强度等明显提升。其中,C-Lite STONE(TBHC=75 ℃/TTOC=30 ℃)与C-Hi PSD(TBHC=145 ℃/TTOC=105 ℃)水泥浆体系在温差分别为45 ℃和40 ℃下,顶部48 h抗压强度达到8.1 MPa和14.3 MPa。跃进3-3XC井在施工期间多次遭遇漏失,通过使用自研的新型堵漏材料C-B62和C-B66,成功封堵裂缝,保证了固井施工的顺利进行。
一种添加自交联环氧树脂乳液的防腐韧性水泥浆
王纯全, 严海兵, 邓天安, 刘波, 杨代林, 田发斌
2024, 41(4): 522-530. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.014
摘要:
酸性气体中H2S和CO2要与硅酸盐水化物发生反应,导致水泥石的渗透率增大、抗压强度大幅降低,使油井水泥环受到严重腐蚀,影响井筒完整性。为此,合成一种自交联环氧树脂乳液,用于增强油井水泥耐H2S和CO2腐蚀的能力。在H2S分压为2.0 MPa、CO2分压为1.5 MPa下,对水泥石的防腐蚀性能和作用机理进行评价与分析。研究结果表明:①交联环氧树脂乳液加量增加,抗压强度增大,超过一定加量后抗压强度增加不明显甚至减小,而弹性模量降低显著,增幅逐渐减少;②自交联环氧树脂乳液能够提高油井水泥石耐H2S和CO2腐蚀的能力,随着自交联环氧树脂乳液加量的增大,水泥石受H2S和CO2的腐蚀深度、渗透率降低,抗压强度先增加后降低;③自交联环氧树脂乳液包裹水泥石的水化产物,阻隔了硅酸盐水泥石水化产物与H2S和CO2等酸性气体的接触,提高了水泥石对H2S和CO2等酸性气体的耐腐蚀能力;④自交联环氧树脂乳液防腐韧性水泥浆常规工程性能良好,固井水陈化时间、自交联环氧树脂加量、温度变化对稠化时间不敏感,现场应用可操作性强。在6口井开展了防腐韧性水泥浆试验,固井质量平均优质率达到90% 以上,合格率为99%以上。结论认为,自交联环氧树脂乳液充填和成膜包裹水泥水化产物,使水泥石具有防腐韧性性能,在川东北高含硫区块具有良好的推广应用前景。
固井清洗剂DQQX-2及其冲洗液体系的研制与应用
刘昊
2024, 41(4): 531-536. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.015
摘要:
为解决油基钻井液在套管壁及井壁形成不易冲洗的胶凝结构影响固井质量的问题,该研究重点进行了固井冲洗液用清洗剂的研制,通过对助剂体系各项物性指标的考察,筛选出具有高效清洗及助悬浮能力的清洗剂体系,同时根据固井前置液所要求的技术指标优选固井冲洗液用悬浮剂及其他助剂的种类及加入量,得到了一套具备高效清洗能力的固井冲洗液体系。室内实验发现,在清洗剂加入量达到3%~6%,悬浮剂加入量达到3%时,冲洗液可抗温180 ℃,加重密度可在1.2~2.0 g/cm3范围内调节,23 ℃静止24 h冲洗液上下密度差小于0.03 g/cm3,冲净油基钻井液的时间不大于7 min,与钻井液和水泥浆相容性优异。现场试验表明,应用该冲洗液体系,现场施工顺利,固井质量优质,水平段优质井段比例大于93%。说明该冲洗液体系可提升冲洗顶替效率,从而提升固井质量,具有较高推广价值。
压裂液与酸化液
解吸附可降解乳液型降阻剂研究
黄静, 姚奕明
2024, 41(4): 537-545. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.016
摘要:
针对浅层常压页岩气吸附气含量高,难以提高产量实现有效开采及常规聚合物降阻剂难以实现自然降解的问题,通过水相分散聚合合成无油相乳液型降阻剂。通过摩阻仪、磁悬浮天平等对降阻剂及其形成的降阻水体系进行性能评价,实验结果表明,利用该降阻剂配制的0.6%~1.0%降阻水体系实验室降阻率均达到70%以上,现场降阻率84%,解吸附实验结果表明产品解吸率达到85%,远超常规乳液降阻剂产品,具有较高的工程实用性,可以满足施工的要求;使用特性黏数法评价了降阻剂的自然降解能力,其在95 ℃下330 h能够实现自然降解,降解率达到86%,岩心伤害率远低于胍胶体系,IC50测试结果表明该降阻剂在使用浓度下无毒环保。为开发浅层常压页岩气提供了技术借鉴和新的产品思路。
定优胶压裂液特性及应用前景展望
白岩
2024, 41(4): 546-550. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.017
摘要:
储层改造“工厂化”体积压裂和连续混配施工,要求压裂液对配液水质有更好的广谱性和更快的分散起黏速度。本文报道了一种表面改性定优胶,可直接使用地层水、海水和回注水配制非交联型压裂液。按照SY/T 5107—2016《水基压裂液性能评价方法》对改性定优胶和压裂液进行评价,实验结果表明:改性定优胶在地层水、海水、回注水和pH值2~12水溶液中,分散性好,增黏速度快,5~20 min可达到最大黏度,满足连续混配施工要求;0.4%定优胶压裂液耐温,耐剪切性能好、网络结构弹性模量高、悬砂性能优异、能满足140 ℃压裂施工要求;0.4%定优胶压裂液破胶容易,残渣212 mg/L,比行业标准600 mg/L指标低很多,对储层的伤害小。通过定优胶压裂液前景分析,认为使用地层水,海水和回注水配制定优胶压裂液能实现压裂用水就地取材,降低用水成本和备水周期;定优胶压裂液更适合碱敏性储层和非常规致密储层的“工厂化”体积压裂和连续混配施工要求。
完井液
一种聚合物凝胶暂堵剂的研制及其应用
刘文堂, 刘昱彤, 李旭东, 刘云飞
2024, 41(4): 551-556. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.04.018
摘要:
老君4井为普光边缘的一口高含硫气井,经酸压后,地层压力系数低,液面亏空达1200 m,需进行高强度暂堵后才可进行投产作业,且该井安装两个间隔1 m且内径小(45 mm)循环阀,常规暂堵剂无法顺利通过循环阀内径。针对以上难题,以AMPS、AM为单体,复合一定粒径的无机材料,协同盐和除氧剂等材料,开发出了聚合物凝胶暂堵剂并在老君4井进行了成功应用,室内和现场实验表明:聚合物凝胶暂堵体系130 ℃下高黏度维持时间长达15 d以上,封堵承压达27 MPa,可阻滞高含硫气从井筒逸出,解堵率高,投产后产量约1.20×106 m3/d,应用效果良好。