钻井液完井液新技术及常见复杂情况处理.ppt

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1、钻井液完井液新技术及常见复杂情况处理,目录第一 概 论第二 钻井液完井液新技术第三 油基钻井完井液体系第四 合成基钻井完井液,一、钻井液的功用 钻井液（Dri11ing F1uids）是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称做钻井泥浆（Drilling Muds），或简称为泥浆（Muds）。钻井液最基本的功用有以下几点：1携带和悬浮岩屑 2稳定井壁和平衡地层压力 3冷却和润滑钻头、钻具 4传递水动力 5.保护油层和保护环境,第一 概 论,二、钻井液的类型 按其密度大小,可分为非加重钻井液和加重钻井液。按与粘土水化作用的强弱,可分为非抑制性钻井液和抑制性钻井

2、液。按其固相含量的不同，可分为高固相、低固相和无固相钻井液。按其流体介质的不同，可分为水基钻井液、油基钻井液和气体型钻井流体等三种类型。后来又出现了一类合成基钻井液。,钻井液的体系分类没有严格的规定，多以其主要处理剂的名称命名。如“钾盐聚合物钻井液”、“阳离子聚合物钻井液”、“两性离子钻井液”等名称，实际都可以归类于“聚合物泥浆”类。同时由于钻井液中含有悬浮体颗粒，胶体颗粒，离子颗粒，在钻井过程中这些不同状态的颗粒会随地层的特性而改变，更会受人为加入处理剂的特性而改变。所以说对体系的分类方法应辩证的分析。体系是服从于地下安全需要的，体系名称是代表着一种主要矛盾方面的倾向。必要时应及时调整“体系

3、”以适应井下情况。,三、钻井液的组成水：淡水 海水 咸水 饱和盐水土：主要使用钠基膨润土，特殊情况使用有机土和抗盐土化学处理剂：无机盐:如Na2CO3、KCl、NaCl等 化学产品：高分子聚合物类、纤维素 类、褐煤类、淀粉类油：可增泥浆润滑性，降滤失量，在油基泥浆中作为连续相气体：一般在气体钻井液中使用。,钻井液的核心问题 调控粒子间相互作用维持适度的分散聚结 抑制与分散的平衡“成也粘土败也粘土”,四、钻井液性能及其测试 按照API推荐的钻井液性能测试标准，钻井液常规性能包括：1、钻井液密度。2、钻井液漏斗粘度。3、钻井液塑性粘度。4、钻井液动切力。5、钻井液静切力。6、钻井液API滤失量。,

4、7、钻井液HTHP滤失量。8、钻井液pH值。9、钻井液碱度。10、钻井液含砂量。11、钻井液固相含量。12、钻井液膨润土含量。13、钻井液滤液中各种离子的浓度等。,五 钻井液与钻井速度,影响钻速的原因有：1、地层 2、钻头 3、机械 4、水力参数 5、钻井液性能钻井液性能为：1、密度 2、粘度 3、滤失 4、固相含量 5、润滑,1、钻井液密度 钻井液密度对钻井速度的影响比其它性能要大得多。更准确的讲，钻井液的静液柱压力与地层孔隙流体压力之间的压差对钻井速度产生极大的影响,即钻井速度随着静液柱压力与地层孔隙流体压力之间的压差的减少而增大，而且当孔隙流体压力比液柱压力大时，仍然继续增加。,2、钻井

5、液粘度:钻井液的粘度是与钻井液中的固相含量、固相颗粒大小的分布、颗粒之间的引力与斥力及基液的粘度有关。并且影响着下列方面：1）、剪切稀释性能2）、井眼的清洗3）、钻井液水力学 因此，考虑钻井液粘度对钻速的影响时，把钻井液粘度中的个组分尽可能维持在最低的范围内就能最大程度地提高钻速。,3、钻井液滤失钻井液滤失与钻速的关系与下列因素有关：1）、钻井液滤失速率2）、钻井液滤失量3）、钻井液滤液的性质4）、岩石的渗透率5）、钻井液的静液柱压力与地层孔隙流体压力之间的压差,4、钻井液的固相含量 大量钻井实践表明，钻井液中的固相含量增加是引起钻速下降的一个重要原因。此外，还与固相的类型、固相颗粒尺寸分布有

6、关1）、据统计，当固相含量为零时，钻速最高；随着固相含量增大钻速显著下降，特别是在低固相含量范围内钻速下降更快。在固相含量超过10%之后，影响相对较小。2）、一般认为，重晶石、砂粒等惰性固相对钻速的影响较小，,第二、钻井液完井液新技术,一、我国钻井液技术的发展 二、新型钻井液完井液技术三、油基钻井完井液体系四、合成基钻井液五、气体型钻井完井流体六、需要进一步发展的新技术,一、我国钻井液技术的发展,（一）常规钻井液技术 我国水基钻井液技术(占90%以上井)的发展可划分为四个阶段。即钙处理钻井液阶段、三磺钻井液阶段、聚合物钻井液阶段、钻井液新技术阶段。,1.钙处理钻井液阶段 是六十年代到七十年代初

7、使用的基本钻井液类型，我国从1952年开始用石灰处理泥浆并逐渐成熟。其主体配方主要利用无机钙盐Ca(OH)2或钠盐(NaCl)来提高井壁的稳定性，另外再加上铁络木质素磺酸盐(Fcls)或煤碱剂(Nac)，羧甲基纤维素(CMC)及一些表面活性剂等来维持钻井液的流变性能。,2.三磺钻井液阶段 是七十年代后大多数井特别是深井所使用的钻井液类型。所谓三磺是磺化酚醛树脂(SMP)、磺化褐煤(SMC)和磺化拷胶(SMK)。这三种处理剂有效地降低了钻井液的高温高压滤失量，进而提高了井壁的稳定性，四川石油管理局用这三种处理剂再配合Fcls、CMC、Ca(OH)2以及重铬酸钾(K2CrO7)，表面活性剂等钻成当

8、时我国最深的关基井(7175m)，女基井(6011米)。,三磺钻井液的研制成功，是我国在深井钻井液技术上的一大进步，其主要标志是:这三种处理剂能有效地降低高温高压滤失量，特别是加入磺化酚醛树脂后，随着井深及压差的增加，其滤失量增加很少，有时还降低(而这一特性是原钙处理钻井液体系达不到的)，这样就大大的改善了泥饼质量，减少了井下的坍塌卡钻等复杂情况，提高了深井钻探的成功率。,3.聚合物钻井液阶段“聚合物钻井液”开始时叫“不分散低固相聚合物钻井液”，是在70年代后期、80年代初期，为了推广喷射钻井技术和优选参数钻井技术利用丙烯酰胺有机聚合物作为钻井液的抑制剂而逐渐发展形成的一种钻井液体系。,聚合物

9、泥浆技术的形成、发展与展望 张春光 张克勤,使用的聚合物从最初的非水解、部分水解聚丙烯酰胺开始，发展到大、中、小分子量的复配，不同官能团(钙、钠、钾盐)的衍生物或接枝共聚物以及扩大到乙烯基磺酸盐和带阳离子官能团的聚合物等，这种聚合物体系是当时钻浅、中深井时的最普遍使用的一种体系，达到90%以上。虽然这类产品对控制含蒙脱石含量较高的地层有着较突出的抑制效果，但目前还不能适应于深井的使用。特别对付硬脆性的地层，还必须加入一些磺化物来改善泥饼质量降低高温高压失水量。,因之在深井阶段很自然的将这两种成份结合在一起而形成了聚磺钻井液。可以说在三磺水基钻井液的基础上引入阴离子型丙烯酰胺类做为抑制剂是我国在

10、深井钻井液技术上的第二个进步。进而，将阳离子型有机聚合物引入三磺钻井液作为强抑制剂是我国深井钻井液上的第三个进步。,“聚”“磺”钻井液的组成,抑制剂类（或简称“聚”类）包括有机聚合物和无机盐类主要作用：抑制泥页岩地层水化、膨胀、造浆，主要有利于钻井时地层的稳定。分散剂类（或简称“磺”类）主要作用：维持钻井液良好的流变性和低的滤失性，主要有利于钻井液性能的稳定。,聚磺钻井液的使用经验,以井深20003000m（白垩系或东营组前后）为界 上部地层：“多聚少磺”、“只聚不磺”（一般蒙脱石含量较多，造浆严重）下部地层：“少聚多磺”、“只磺不聚”（一般伊利石较多，坍塌严重，且井温偏高）简单概括为：“上不

11、分散、下分散”,4.阳离子钻井液体系的研究与应用 阳离子水基钻井液是二十世纪八十年代发展起来的一种新型水主钻井液体系。国内阳离子聚合物钻井液体系的研究和应用基本上与国外同步。阳离子水基钻井液是以高分子量阳离子聚合物作包被絮凝剂、小分子量阳离子有机化合物作为泥页岩抑制剂，并使用降滤失剂、增粘剂、封堵剂、润滑剂等处理剂的部分或全部而组成的。,5.两性离子聚合物钻井液90年代初期，西年石油学院、石油勘探开发科学研究院与油田一起研究成功两性离子聚合物钻井液，现己在上万口井中使用。为了进一步提高该体系的抑制性能，成功研究出了高阳离子度包被剂FA-368、降粘剂XY-28、两性离子降滤失剂JT-888、两

12、性离子磺化酚醛树脂和两性离子树脂沥青FT301等，由它们组配的钻井液，防塌抑制性能进一步提高，现己在现场广泛使用。,6、正电胶钻井完井液,正电胶钻井完井液体系又称为MMH钻井完井液，MMH为一种混合金属层状氢氧化物。该钻井液体系的特征是配方中含有混合金属层状氢氧化物MMH。这种体系主要由正电胶MMH、滤失控制剂和桥堵剂组成。,MMH正电胶钻井完井液的使用范围很广。可以在浅、中、深的直井、定向井、水平井、丛式井、大位移井和超深井使用:可以在淡水、盐水和海水体系中使用；可明用于不同渗透性、不同岩性和不同孔隙类型的油气层，特别适用于具有水敏性、易坍塌和易漏失的地层。该钻井液休系结合暂堵技术使用，保护

13、油气层的效果更好。,二、水基钻井完井液新技术1、聚合醇钻井液技术,钻井液中使用的聚合醇大多是聚乙二醇(聚丙烯乙二醇)聚丙二醇、乙二醇/丙二醇共聚物、聚丙三醇或聚乙烯乙二醇等。江汉石油学院于九十年代初研究开发出聚合醇产品和聚合醇钻井液体系，以聚合醇JLX为主剂组成的聚合醇钻井液在渤海、南海西部、东海、辽河、大港、塔里木和江苏等油田使用，取得了较好的效果。,近年来，该体系进一步推广，在胜利油田、辽河油田等，针对油田深井、大斜度井、浅海及滩海钻井的井壁稳定、润滑防卡及环境问题研制了聚合醇/有机硅钻井液体系和聚合醇/氯化钙钻井液体系；针对低压低渗透油藏的油层保护问题，研制了聚合醇/KCL聚合物钻井液和

14、射孔液。先后己用于各类井，对安全快速钻井，减少井下复杂情况，保护环境、保护油气层发挥了积极作用，取得了良好的效果。,2、硅酸盐钻井液技术,国外对硅酸盐化学、硅酸盐钻井液稳定井壁机理等方面进行了大量的研究工作，近年来石油大学又对其进行了更为深入的研究，综合他们研究结果可以得出该体系具有很好的抑制性 和好的封堵防塌能力。,3、甲酸盐钻井液技术,目前，钾酸盐体系作为钻井液和完井液、得到全世界的认可和重视。对甲酸纳、甲酸钾、甲酸钙、甲酸铯饱盐水钻井液进行了较深入地研究，尤其低固相和低密度的甲酸盐体系，己研制出了甲酸钠钻井液、甲酸钾生物聚合物体系，甲酸钾、甲酸钠混合盐水体系及甲酸钾、乙酸钾聚合物体系等。

15、现己在现场使用，并取得了另人满意的结果。,我国西南石油学院从九七年初开始研究甲酸盐体系，作了大量的工作，在室内初步证实了甲酸盐体系的优点以后，有针对甲酸盐生产厂少，成本过高这个主要问题,结合我国实际，开展深入研究，成功地利用尾气一步法合成甲酸盐，是成本降下一半，为国内外使用和推广甲酸盐扫除了障碍。,甲酸盐的优点:(1)由于其强抑制性，可有效地抑制泥页岩的水化膨胀和分散，也有利于减少钻井液对油气层的损害。(2)易生物降解，不会造成环境污染。(3)钻具、套管等金属材料在这种钻井液中的腐蚀性小，有利于延长它们的使用寿命。,(4)不需要加重材料就可以配制高密度钻井液，甲酸钠和甲酸钾盐类的水溶液密度分别

16、为l.34g/cm3和1.60 g/cm3，甲酸铯水溶液密度可高达2.3 g/cm3不仅有利于提高机械钻速，而且有利于保护油气层。(5)这种钻井液体系的低粘度、高动态瞬时滤失量有利于提高机械钻速。(6)这种钻井液体系具有良好的抗高温、抗污染的能力，并可以降低所使用的各类添加剂在高温条件下的水解和氧化降解的速度。,4、甲基葡萄糖甙钻井液,甲基葡萄糖甙水基钻井液是最近开发的、环境污染小的水基钻井液，它是以葡萄糖甙为主剂的钻井液，它们的结构类似多糖类，但由于其分子结构里有一个甲基所以比多糖类更稳定。,该钻井液具有优异的特性:(1)强的页岩抑制性能 MEG分子结构上有四个亲水的羟基，这些亲水的羟基可以

17、吸附在井壁岩屑上，如果在钻井液中MEG的加量足够的话，则可在井壁上形成一层类似油包水钻井液那样的半透膜。另一方面这些亲水的起基还可以和水分子形成氢键结合。MEG仿油性钻井液，其MEG的加量远比通常所用的处理剂为高，现场应用给出的加量为2030%。但用作页岩抑制剂时，其加量较低，仅为215%。,（2）良好的润滑性能 MEG具有良好的润滑性能，国外AMBAR泥浆公司把MEG用作润滑剂，其推荐加量为2%。MEG润滑剂已被录入19951996有机环境的钻井完井液目录首册中，MEG泥浆体系在没有加入其它润滑剂时润滑系数与油基钻井液相当，国外研究者按API RP-13B润滑性能评价程序测得润滑系数为0.0

18、60该体系能减少高扭矩、压差卡钻等井下事故。迄今为止，MEG体系己成功用于倾角为60的大斜度井、水平井中。,（3）良好的体系稳定性 MEG钻井液体系中由于MEG的存在，只需要加入少量的其它处理剂就能配制出性能稳定的钻井液，配方简单，后续钻井液性能易于维护，并且体系能有效抵抗石膏、盐水、粘土、水泥的侵污。,（4）良好的储层保护特征 优化出的MEG钻井液对高、低渗透性储层都具有良好的保护作用，这主要归于良好的页岩抑制性、优异的泥饼质量和滤液表面张力。(5)其它优点 如环境可接受性、提高钻速，能直接用海水配浆、滤失性能良好等。另外MEG钻井液的加重性能良好，可以配制出悬浮稳定性良好的密度为2.5g/

19、cm3加重钻井液。,MEG钻井液体系应用领域:*大斜度井钻井，水平井钻井。*复杂地质条件下(例如强水敏页岩层、石膏层、盐水、粘土层)钻井施工。*良好的油气层保护作用使之可用于高、低渗透率储层钻井。*由于对环境无污染，可用于海洋钻井。,5、黑色正电胶钻井完井液,黑色正电胶(BPS)是一种高正电性的有机溶胶，与传统的MMH正电胶相比，不仅带有更高的正电荷，pH为610时，其正电性为+70+65mv，是MMH的两倍以上，并可与水以任何比例在水中分散。BPS黑色正电胶与其它钻井液添加剂的配伍性好，具有良好的抑制泥页；3%BPS水溶液的抑制能力大大超过10%KCl。BPS钻井液具有良好的剪切稀释能力；抗

20、温和抗盐性好，抗温可达160，抗盐达到15%NaCL保护储层效果好，渗透率恢复值高于聚丙烯酰胺聚合物钻井液15%。,由胜利油田泥浆公司研制的新型钻井液处理剂黑色正电胶(BPS)，具有高正电性、油溶性，与其它钻井液处理剂配伍性好，具有强的泥页岩抑制性、稳定井壁和保护油层能力，目前已在胜利、中原、冀东等油田数百口井中应用。现场应用表明，采用黑色正电胶(BPS)的钻井液完井液体系可确保钻井的顺利施工，并且得到比较好的保护油气层效果。,6、双保型钻井液完井液研究与应用,随着石油勘探的深入发展，环境保护与油层保护相统一已成为石油界的共识，研究开发既对环境无污染又能保护油层的钻井液是今后钻井液发展的方向。

21、基于上述原因，我们研制了双保型钻井液体系。主要选用天然改性的高、中、低分子处理剂，结果表明：该体系一方面具有无毒、可生物降解等优点，有利于环境保护；,另一方面，该体系具有较强的抗盐、抗钙污染能力及强的抑制性，能有效抑制泥页岩水化、膨胀、分散和运移，渗透率恢复值较高，具有较强的保护油气层特性。通过在LG101-2等一些井现场应用表明，该体系可以满足环境和性能对钻井液的特殊要求，真正实现了“保护环境、保护油气层”的目的，创出了塔里木轮古地区同类井钻井周期最短新纪录。,A 生物毒性测试1,中国石油勘探开发研究院环境检测总站，参照美国国家环保局确认的糠虾生物毒性分级标准，对双保性钻井液进行毒性测试。检

22、测结果EC50(mg/L)=80000，远远高于建议排放标准EC50(mg/L)=30000.,B 生物毒性测试2 中国国家海洋局北海分局，对双保性钻井液进行生物毒性检测，卤虫的96h半致死浓度（96hLC50）30000mg/L。符合中华人民共和国“海洋石油勘探开发污染物使用管理暂行规定”对生物毒性的要求，获得海洋钻井泥浆使用许可证。,7、新型无固相钻井完井液,最典型的新型无固相钻井完井液为甲酸盐钻井完井液，该钻井液的主要优点是:密度可调范围大(1.02.3)，固相含量低、流变性好，腐蚀性低，环境污染小，可提高聚合物的抗温性，有利于提高机械钻速，保护储层效果好。国外应用于现场己见到很好效果，

23、提高钻速50100%，完井后产量超过预期水平。所以，新型无固相钻井液研究的重点是甲酸盐/聚合物钻井完井液的研究完善与推广使用，前几年在冀东油田水平井中普遍使用。,8、非渗透钻井液完井液技术,非渗透钻井液主要原理为：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，能封堵岩石表面较大范围的孔喉，在井壁岩石表面形成致密无渗透封堵膜，有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层，在井壁的外围形成保护层，钻井液及其滤液完全隔离，不会渗透到地层中,可以实现接近零滤失钻井。,非渗透钻井液能较好地解决以下技术难题：,（1）非渗透钻井液同一配方就能有效封堵不同渗透性地层，

24、即具有广谱防漏和保护储层效果；（2）非渗透钻井液封堵层形成速度快且薄，一旦有反向压力，封堵膜就会被清除，因此，封堵层易于清除不会产生永久堵塞损害储层，渗透率恢复值大于90%，有利于提高产能；,（3）非渗透钻井液封堵隔层（膜）承压能力强，能提高漏失压力和破裂压力梯度，相当于扩大了安全密度窗口，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、坍塌和油层损害技术难题；（4）使用方便，可以直接加入到循环钻井液或配制在胶液中加入到循环钻井液中，一般加量1.0%-1.5%。该体系已经在胜利推广，表现出了施工和完井作业顺利、井径规则，获得了比较好的产油效果。,9、水基成膜钻井液技术,在

25、钻遇压力衰竭地层、裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层、低渗储层以及深井长裸眼大段复杂泥页岩和多套压力层系等地层时压差卡钻、钻井液漏失和井壁垮塌等复杂问题以及地层损害问题非常突出。长期实践表明，目前的钻井液体系基本上具有单方面优势。如硅酸盐的防塌性能突出，而对油层的伤害不利。聚合醇的润滑性能优良，油层保护能力强，但对破碎性地层及水敏性地层以及对盐膏层等地层的防塌性能并不好。水基钻井液渗透压成膜技术正是为适应这样的新情况而研制的一种新型的钻井液技术。,作用机理,水基钻井液渗透压成膜技术的理论与控制技术是近年来国内外研究较多和发展较快的一类新型钻井液理论和技术。该理论与技术的提出可以解决两方面的问题；

26、一是非酸化屏蔽暂堵保护储层；二是成膜护壁保持井壁稳定。,（1）、非酸化成膜保护储层不是依靠固相滤饼封闭，而是利用独特的表面化学原理。就是利用特殊钻井液处理剂，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引力及其可变形性，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薄层（膜），有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层，在井壁的外围形成保护层，钻井液及其滤液完全隔离，不会渗透到地层中，可以实现零滤失钻井。,（2）、利用钻井液在井壁上形成一层分子膜（隔离膜）。通过这种人工控制的分子膜在井筒流体与井壁界面形成一种控制水相运移方向的半透膜，进而形成一种完全隔离、封闭水相运移的膜

27、。是防止井壁坍塌与保护储层完全协调一致的高新技术。这种技术开辟了化学与物理固壁互相结合的新途径。,（3）、成膜护壁保持井壁稳定的思路是依据井眼与地层系统传质、传能的基本理论，从稳定井壁的化学、物理固壁的新概念、新思路出发，通过人工控制水基钻井液成分的途径在井筒流体与井壁界面形成一种控制水相运移方向的半透膜或进而形成一种完全隔离、封闭水相运移的膜，以达到稳定井壁的目的。,水基钻井液渗透压成膜技术具有低渗透、强抑制、高成膜特性和较强的油气层保护能力。该体系在牛斜114、渤深6-13、民深1井等多口井进行现场应用获得了成功。,目前常用的钻井液处理剂大多数为负电性，少数由天然的或有机高分子改性的处理剂

28、为中性，仅有极少数处理剂为正电性处理剂，所以以上处理剂配制的、我国现有的各种钻井液体系，基本上都属于阴离子体系，钻井液体系的Zeta电位小于零。如果使钻井液体系的电位大于零，这不仅有利于抑制地层粘土的水化膨胀和分散，提高钻井液的抗盐、抗污染能力而且正电性钻井液体系的形成就能解决“钻井稳定性”与“地层稳定性”及保护油气层之间的矛盾，对油气层的保护，提高原油产量具有重要意义。,10、正电性钻井液技术,中石化石油勘探开发研究院与胜利油田、山东大学等单位合作承担的科研项目正电钻井液体系研究及在保护油气层中的应用已经按时完成，并顺利通过中国石化科技开发部组织的项目鉴定，鉴定委员会认为总体技术水平居国际领

29、先水平。通过本研究研制出的正电性钻井液具有下列特点：研究和优选出了正电性的处理剂，处理剂可组成完全呈正电性的钻井液体系。正电性钻井液具有良好的流变性，具有很好的抗温、抗盐、抗土污染的能力；具有较强的页岩抑制性，页岩回收率大于90%，能有效的防止井壁坍塌、掉块等井壁失稳现象的发生；其动切力YP值较稳定，表明其携岩携砂能力强，能有效的防止岩屑下沉、卡钻而影响井下作业；具有强的渗透率恢复值和页岩回收率，油气层保护效果好。,通常将纳米尺寸范围定义为1100nm,其中纳米微粒是该体系的典型代表。由于纳米微粒尺寸小、比表面积大，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出四大效应：小尺寸效应、

30、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规粒子的新奇特性，展示了广阔的应用前景。,11、纳米处理剂基础上的钻井液技术,12、稳定井壁的钻井液完井液研究,一是利用化学或物理方法在短时间内封堵井壁，完全阻止钻井液滤液进入坍塌层，实现钻井液对岩石强度、受力状态、孔隙压力等不发生影响，从而实现井壁的稳定。二是研究新的成膜防塌剂，阻止钻井液滤液进入地层，使其达到油包水钻井液的效果，实现稳定井壁的效果。,钻井中，井眼稳定(borehole stability)问题是世界范围内普遍存在的问题。每年由此造成的直接经济损失超过十亿美元之巨。我国井壁失稳事故十分严重，在新疆山前构

31、造带、川东北、北部湾、海外缅甸等发生大量的井壁失稳事故，也包括我们胜利的沙河街地层。,13、深井超深井钻井液完井液技术,21世纪，深层油气层的钻探必然会大量增加，抗高温高压的钻井液定会受到重视。对降失水剂、增粘剂、降粘剂、防塌剂、润滑剂等处理剂抗温性的研究是今后的发展方向。,按国际上钻井行业划分标准，井深在4570m（15000ft）以上的井称为深井，6100m（20000ft）以上的井称为超深井，对于深井和超深井，常常存在大量的石膏、岩盐、大段泥页岩易坍塌地层、高温异常压力地层（油、气、水）、严重漏失地层，也就是通常所说的：喷、漏、塌、卡、高含硫、高温、高压等复杂情况，钻探成功与否，钻井液的

32、好坏是关键性因素之一。,要求钻井液具有下列特点：(1）良好的抑制性。特别是在高温条件下对粘土的水化分散具有较强的抑制作用，有效的抑制页岩的水化、膨胀、分散是稳定井壁的关键。（2）良好的防塌性，即具有良好的造壁性和封堵能力。对于裂缝和微裂缝发育的坍塌层，钻井液能够封堵裂缝，在井壁周围形成渗透率接近零的封堵带，控制和减少钻井液侵入地层，达到稳定井壁的目的。,（3）抗高温性能和热稳定性，能够有效防止钻井液高温后稠化或高温降解后变稀（4）具有良好的高温流变性。在高温下能否保证钻井液具有良好的流变性和携带、悬浮岩屑的能力至关重要。对于深井高密度钻井液，尤其应加强固控，并控制好膨润土的有效含量。（5）好的

33、润滑性。由于密度高增加了造成压差卡钻的机会，因此钻井液应具有良好的润滑性。,（6）具有良好的抗污染能力。地层的高压力造成了钻井液的高密度，有时密度高于2.0g/cm3，为了保持钻井液性能，又必须加入高浓度的处理剂，再加上高温的作用，将加速各类添加剂之间的反应速度，如果又遇到来自地层的盐、石膏、高压油、气的作用，会更促使钻井液性能的变化，使其更难控制和掌握，因此要求深井钻井液具有更良好的抗污染能力。（7）合理的钻井液密度。满足平衡地层压力、地层坍塌应力、盐膏层和膏泥岩层的蠕变应力的要求，达到稳定井眼、发现和保护油气层的目的。,未能实现的原第五代泥浆。泥浆的流变性、造壁性、密度等性能完全不依赖粘土

34、。大大有利于机械钻速的提高和有效保护油层以及保护环境。,14、无粘土钻井液,体系特点：（1）、泥浆密度由溶解盐类（有机盐、无机盐）来解决；（2）、泥浆流变性：由可在溶液中提高粘度和产生结构以提高静切力、动切力的特种聚合物（XCD、XCF）来完成；（3）、造壁性由惰性降失水剂来形成；（4）、抑制性和絮凝能力分别由有机酸盐、聚合醇、有机硅、无机盐和聚合物絮凝剂来实现；（5）、有效固控配合系统。,15、铝胺高性能水基钻井液的研究与应用,近年来，国外开发出了一种新型的高性能水基钻井液（HPWBM）,该体系已广泛应用于各种复杂的钻井作业。特别是World Oil，Fluids Guide 2006刊登的

35、“钻井液体系”分类和“处理剂”分类中，该体系加入到了“水基钻井液体系”一栏中，与“不分散”、“钙处理”、“聚合物”等钻井液体系并列，说明了国外对该体系的重视程度。目前HPWBM体系已在墨西哥湾、美国大陆、巴林、澳大利亚、利比亚及近期在沙特阿拉伯都得到了应用，均取得非常理想的效果。应用表明，与油基泥浆的性能十分接近，但解决了油基泥浆带来的环境问题。是将来钻井液技术发展的重要方向。,胜利油田开展了铝胺高性能水基钻井液的研究与应用。重点从井壁稳定和钻井液流变性能调整两个方面进行了研究实验，并在多口井上实验应用了铝胺高性能水基钻井液。高性能水基钻井液的主要处理剂胺基聚醇（有机胺类处理剂）AP-1或AP

36、-2及铝聚合物DLP-1。,（1）、胺基聚醇,胺基聚醇：胺基聚醇，有机胺类处理剂，也叫醚乙二醇胺，由于其胺基为叔胺，带有强的正电性，因此具有抑制及吸附能力极强的特点。由于胺基聚醇独特的分子结构，可充填在粘土层间，并将它们束缚在一起，有效地减少粘土的吸水倾向；胺分子通过金属阳离子或在离子交换中取代金属阳离子形成了对粘土的束缚；其抑制页岩膨胀的机理不同于聚合醇，是由于胺基独特的束缚作用，而不是把水从层间排除；X射线衍射分析结果表明，随着其浓度增加，蒙脱土的层间距在下降，这与在聚合醇溶液中观察到的现象正相反。,（2）、铝聚合物,铝聚合物在适当的条件下，铝元素会生成一种两性氢氧化物。在PH值较高时，它

37、会生成水溶性的四羟基铝阴离子，而当PH值在5-6之间时，它又会生成氢氧化铝沉淀。我们刚好可以利用铝基聚合物的这种性质来稳定井壁。这是因为钻井液一般呈碱性，故当在钻井液中加入铝聚合物时，它是以溶解的络离子形式存在，而当铝离子随钻井液虑液进入地层时，遇到地层水(PH值一般在5-6之间），即会生成氢氧化铝沉淀。利用氢氧化铝在页岩孔喉内或微裂缝内的沉积作用，可显著增强井壁稳定性。,（）、处理剂井壁稳定性能的室内实验,当前评价钻井液处理剂及钻井液体系井壁稳定方面的性能指标很多，但每项指标都有局限性，只能反应在井壁稳定方面的某个特性指标，不能全面反应其综合的井壁稳定能力。我们在评价高性能钻井液时主要从页岩

38、多次回收率、岩芯浸泡两方面进行评价。,岩屑回收率试验,所用岩屑取自胜利油田营72-平2井（H：2900m），经水洗、风干、粉碎、过筛（6-10目）后备用，实验结果见右表 从实验结果看胺基聚醇AP-1溶液具有极高页岩回收率，特别是二次回收率和三次回收率均较高，表明其具有良好的抑制页岩膨胀作用的同时，由于阳离子的作用其再泥页岩上的吸附也非常牢固，有利于井壁的长期稳定。,AP-2与国外处理剂回收率对比试验：,由岩屑回收率实验结果可以看出，胺基聚醇AP-2和有机胺（国外）在加量很小(0.5%)时，就具有优良的页岩抑制性，AP-2的岩屑回收率比国外有机胺产品的回收率更高，一次、二次和三次岩屑回收率高达9

39、5%以上，0.5%胺基聚醇的一次岩屑回收率比7%KCl 和3%水玻璃高很多，而且AP-2的一次、二次和三次岩屑回收率变化不大，其二次和三次岩屑回收率远远高于7%NaCl、7%KCL、3%水玻璃和其他聚醚产品，这说明胺基聚醇AP-2确实具有阳离子强吸附、强抑制的特点。,岩芯浸泡实验,岩芯的制作：取盐162井2700m岩屑，经水洗、风干、粉碎、过（100目）后用压模机以8MPa压成岩芯备用。5#：7%氯化钠；6#：7%氯化钾；7#：7%水玻璃；8#：3%DLP-1开始时，5号岩心四周呈块状剥落，剥落迅速；6号岩心底部有微小翘起；7号岩心四周有环状剥落，剥落缓慢；8号岩心无变化。,2小时变化,2小时

40、后，1号岩心变细，散落继续增多，底部有稀浆；2号、3号、4号岩心均有少量散落。,2小时后，5号岩心开始呈块状迅速剥落，留有较细尖的柱状，四周坍塌；6号岩心上部出现少量环状剥落；7号岩心上部四周翘起；8号岩心基本无变化。,8小时变化,8小时后，1号岩心变细，且散落较多，2、3、4号岩心比1号岩心粗，也有少量散落,8小时后，5号岩心完全坍塌；6号岩心中间裂开一条大缝，岩心倾斜；7号岩心上部有一圈翘起，比2小时后翘起的更大一些，底部有少量散落；8号岩心仍基本无变化。,24小时变化,24小时后，1、2、3号岩心严重散落；4号岩心变化不大。,24小时后，6号、8号岩心变化不大。,72小时变化,72小时后

41、，1号、3号岩心完全坍塌；2号岩心基本坍塌；4号岩心中间裂开一条缝，散落较多。,72小时后，6号岩心出现裂缝后变化不大，岩心较硬；8号岩心稍变粗，无掉块。,102小时变化,102小时后，4号、6号岩心完全坍塌；8号岩心形状仍变化不大。,AP-2与国外处理剂岩芯浸泡对比试验：,注：1#：水；2#：3%聚醚；3#：3%有机胺（国外）；4#：3%胺基聚醇AP-2；开始后，1号岩心有少量岩粉散落；2号岩心在5分钟后也开始出现少量岩粉散落；3号、4号岩心顶部有边角翘起；,8小时变化,8小时后，1号、2号岩心散落增多，岩心继续变小变细；且2号岩心上部呈锥形；3号岩心呈现大量块状坍塌，但水溶液并不浑浊；4号

42、岩心出现多条裂纹，但并未出现块状坍塌，水溶液也不浑浊。,24小时变化,24小时后，1号岩心完全坍塌；2号岩心部分坍塌；3号岩心基本坍塌，但水溶液并不浑浊；4号岩心呈块状散落,处理剂对钻井液性能影响评价,AP-2对钻井液的粘度、API失水基本没有影响，高温后有降粘作用；而国外的产品对粘土浆严重絮凝，导致粘度、API失水大增，且严重发泡；但在井浆中对钻井液流变性和失水影响不大。,在营72-平2井的实验应用 施工井情况：营72-平2井位于济阳坳陷东营凹陷中央隆起带，是开发沙三段的一口水平井，设计井深3703m，244.5mm技术套管下深2300m。三开后因严重井塌无法施工被迫填井侧钻，填井水泥至技术

43、套管内，自套管鞋下部侧钻。再次三开发现掉块后，先后采取严格控制钻井液失水，提高沥青粉（软化点100-130）加量到5%，增加用聚合醇防塌剂，并适当提高钻井液密度等措施，效果均不明显。并且钻井液密度达到1.45g/cm3后出现粘卡严重的现象，影响施工安全。钻至2920m井塌现象已非常严重，影响到施工安全，为了解决井壁稳定问题，决定将钻井液转换为铝胺高性能水基钻井液。,钻井液转化,在钻井液转化前对钻井液加入铝基聚合物、胺基聚醇前后钻井液性能的变化进行了评价，实验结果见下表：,现场施工,现场加入2%的胺基聚醇和1%的铝基聚合物，转化完后第一个循环周掉块明显减少，第二循环周掉块消失，起下钻顺利。但在旋

44、转钻进时还有少量掉块，下钻到底会返出部分掉块，说明钻具碰撞对井壁稳定影响较大。应用该钻井液体系本井顺利钻至设计井深，完井作业顺利。各段钻井液性能见下表：,在辛176区块的应用,辛176区块面临的问题：辛176区块位于济阳坳陷东营凹陷中央隆起带，主要是开发沙三段的三开定向井，244.5mm技术套管一般封过沙三中。但这些井在三开后一直存在井壁坍塌掉块及压差卡钻现象。钻井过程中虽然严格控制高温高压失水小于10ml，并加入大量沥青类封堵防塌材料，但控制井塌的效果不明显，一直存在起下钻阻卡、划眼等问题。完钻后，基本每口井均出现电测阻卡，多口井被迫采用水平井硬测的方法完成。,通过对地层岩性的分析，结合我们

45、在铝胺高性能钻井液方面做的一些研究与试验成果，先后在辛176-斜16井和辛176-斜17井在三开前将钻井液转化为铝胺高性能钻井液，同时为解决压差卡钻问题加入了随钻润滑承压堵漏剂。在施工中井壁稳定、返砂良好、震动筛返出的砂样清晰，起下钻畅通，也没有出现压差卡钻的现象。辛176-斜17在完钻前钻遇高压气和盐水同层，钻井液密度1.93 g/cm3，但两口井完井作业顺利，所有电测均一次成功，取得了良好的施工效果。,在利深102井的应用,利深102井钻至4371m米时钻井液严重增稠，加入SF-1、BLL、FCLS等降粘剂效果不明显，黏度降低后几个小时即反弹，处理维护困难，最后无法正常循环。分析原因主要有

46、以下几方面：1、施工时间长、井温高（160），技术套管段长（3350m），钻屑反复研磨导致在钻井液中细分散，钻井液劣质固相含量较高密度1.95g/cm3，固相含量44%（V）、63%（G）。2、施工周期长钻井液处理剂加入量大，水加入不足，同时失水及蒸发导致钻井液中自由水减少，液相黏度不断增加。3、钻井液处理剂长时间高温下分解产生大量CO32-、HCO3-，同时钻灰质泥岩地层也导致大量CO32-、HCO3-进入钻井液，CO32-、HCO3-浓度分别为6958 mg/l、11786 mg/l，影响了钻井液的流变性。,钻井液室内试验,从实验结果看，使用胺基聚醇AP-2对改善钻井液流变性效果最明显，并

47、且对钻井液滤失量影响最小。,现场应用,现场开始时转化为KCL钻井液，转化后流变性良好，但在施工7天后，流变性能又难以控制。根据室内试验结果在钻井液中加入了1%的AP-2，处理后钻井液性能如表3。继续施工期间钻井液性能稳定，钻进中以有机胺处理剂AP-2、PAM、XY-27及烧碱配成胶液维护，AP-2含量保持在1%左右，顺利钻至4730m完钻，完井作业顺利。,铵、胺与氨铵n 铵根(铵离子)的简称，不独立存在，季铵盐或胺盐。化学式为NH4+，由氨衍生而来、带正电荷，相当于正一价金属阳离子，含NH4+的盐叫铵盐。胺n 氨分子中部分或者全部的氢原子被烃基取代而生成的有机化合物，能独立存在。氨n,山东大学

48、与泥浆公司合作的研究成果有机胺钻井液技术研究与应用科研攻关项目,氯化铵(NH4Cl)部分水解高分子量聚丙烯酰胺季铵盐型阳离子聚合物烷基季铵盐 季羟基铵（-羟乙基三甲基氯化铵）（聚）氨基酸型,胺（铵）类抑制剂的发展,已二胺 NH2(CH2)6NH2 聚胺乙二醇类(RO)2NCH2CH2N(OR)2聚胺类,97,代表性结构：,质子化反应：,HPWBM system,Conventional water-base systems,防泥包作用,胺插入粘土层间示意图,高温对层间距的影响,升高粘土浆pH值,102,0.1 wt%的蒙脱土粘土体系pH值随有机胺加量的变化曲线,抑制强造浆粘土的水化分散,103

49、,10wt%粘土在纯水和有机胺水溶液中的分散造浆性,对已水化分散泥浆流变和滤失性能无不良影响,104,有机胺对粘土(10 wt%)分散体系流变和滤失性能的影响,1%有机胺抑制剂对新疆钠土抑制性评价,评价方法：将12g新疆钠膨润土加入到400ml含1有机胺抑制剂的蒸馏水中,低搅5min,在65 下热滚16 h 后,低搅5min,测其性能,然后再加入12g新疆钠膨润土,继续在相同条件下老化测其性能。可以看出，若蒸馏水中加入有机胺抑制剂，大约可以容纳18%的新疆钠土。,0.5%有机胺水溶液对安丘钠膨润土的抑制性,评价方法：配制400ml 0.75%的Na2CO3溶液，加入0.5%有机胺抑制剂，加入2

50、0g安丘钠土，充分搅拌，静止24h，测其性能。然后再加入20g安丘钠土,继续在相同条件下测其性能。可以看出清水中加入0.5%有机胺，大约可以容纳25%的安丘钠土。,有机胺对井浆性能的影响,有机胺对井浆性能的影响,有机胺对井浆性能的影响,1.当处理剂分子结构中有较长碳链和季铵盐阳离子基团时，虽然对粘土分散造浆性有极强的抑制能力，但失水偏大，而且起泡多，不适合用作钻井液抑制剂。分子结构中不含长碳链和季铵盐阳离子基团的非离子型有机胺类，有一定降低表面张力和升高粘土浆pH值的作用，对粘土颗粒zeta电势影响不大，因此，在明显抑制粘土分散造浆作用的加量时，对已水化分散泥浆有一定的降粘和降滤失作用，达到一