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论-基于页岩气“水替油”的高性能水基钻井液技术_图文

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基于 页岩 水替油 性能 钻井 技术 图文
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2 钴井 液与 完井液 2015年9月 岩岩心样品的矿物成分分析结果得知,岩石中的石英 和长石平均含量为36%,方解石和白云石平均含量 为29%,平均黏土矿物含量为35%,黄铁矿含量为 l%~3%,表明脆性矿物含量较高,一方面易于压裂 产生网状缝,同时也易遇水发生自吸,使微裂缝变大, 不利于井壁稳定。 2 页岩气水平井钻井液技术难题 页岩气采用大位移水平井组开发,水平段长,钻 井易发生井漏、垮塌等井下复杂情况。目前页岩气水 平井钻井液突出技术难题如下。 1)井壁失稳。通过对黄金坝页岩气地层岩心 特性分析可知,页岩孔隙非常小,仅为0.001~0.01 透率很低。以孑 论计算这些孔隙在油.水.页岩中可产生大约30 压力。在页岩孑导致脆性泥页岩分散、剥落、垮塌。页岩气地层层理 和微裂缝发育,钻井液液柱压力传人微裂缝,增加孔 隙压力,随着滤液的侵入,近井壁带孔隙压力随时问 的增加而增加,当钻井液液柱压力不足以支撑孔隙压 力时,井壁围岩的应力超过岩石本身的强度而产生剪 切强度破坏,从而导致井壁失稳。因此,保证井壁稳 定性的关键是水基钻井液能够提供良好的抑制性和封 堵能力。而现有的水基钻井液抑制剂及体系的抑制、 封堵能力不能满足页岩气水平井井壁稳定的需要。 2)润滑防卡。在页岩气水平井钻井过程中,随 着井斜角和水平位移的增加会极大地增大摩阻和扭 矩,严重影响井眼轨迹控制等正常钻井作业;高密度 条件下,液柱压力与地层压力之差较大,使钻柱产生 向井壁的推靠力,易形成压差卡钻;大斜度长水平段 井眼洗井效果差,容易形成岩屑床;井壁坍塌掉块容 易产生砂桥卡钻;井眼周围由于应力不平衡产生井眼 变形,使起下钻阻力、钻井摩阻增大。这就要求页岩 气井钻井液具有较好的润滑、防卡和减阻功能。 3)携岩洗井问题。在长段水平井施工中,钻屑 在井眼中的运行轨迹与直井不一样。由于井眼倾斜, 岩屑在上返过程中将趋向于沉向井壁的下侧,易形成 “岩屑床”,特别是在井斜角为45。~6O。的井段,存 在卡特包衣效应,已形成的岩屑床会沿井壁下侧向下 滑动,形成严重的堆积,从而堵塞井眼。因此,大位 移水平井如何及时有效地将井底岩屑携带出来,保持 井眼清洁,防止岩屑床的形成,同时又要控制好环空 过大的循环压降,要求页岩气水平井钻井液应具有良 好易控的流变性和稳定性。 3钻井液技术对策 3.1 强抑制性 常用的抑制剂,包括无机盐(氯化钠、氯化钾、 氯化钙、石灰)、有机盐(甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯)、 聚合物(阳离子、非离子、阴离子有机高分子聚合 物)、各种聚合醇等,不能完全满足页岩气水平井现 场钻井要求。因此,针对页岩气地层特点研制了一种 特殊的强抑制剂,代号为,其是一种黑褐色 液体。采用现场露头页岩对进行了评价,实 验结果见表1。由表1可以看出,与清水、5%% 合醇相比,5%的16 胀率最小,岩屑回收率最大,这说明具有 较好的页岩抑制性,能够有效抑制页岩的水化分散。 表1 新研制强抑制剂的页岩抑制性评价 抑制剂 16 页岩滚动回收率/% 3.2强封堵性 页岩地层的层理和微裂缝比较发育,存在大量的 微纳米孔隙,常规封堵材料形成的封堵层具有一定的 渗透性,且无法封堵页岩地层的纳、微米孔缝。因此, 针对纳、微米孔隙研制了一种纳微米封堵剂,代号为 用0型扫描电镜分析其微观形 貌,50型激光粒度仪分析其粒径分布,结果如 图1、图2所示。 ——l 1封堵剂32卷第5期 闫丽丽等:基于页岩气“水替油”的高性能水基钻井液技术 3 : ‘ f}L . . _1.』 霎 翥 粒径2封堵剂图1、图2可知,封堵剂粒径均匀,分布较为 集中,呈单分散分布,分布区间在40~120 均粒径为107 根据需要,进~步研制了一种成膜降滤失剂 能够快速在井壁固结成膜,形成超低渗封 隔层,减少钻井液进入微裂缝的量。对行常规性能和封堵效率实验评价,结果见表2[”。 由表2可以看出,纳微米封堵剂和成膜降滤失剂复配 使用可以明显降低钻井液滤失量,且封堵效率由基浆 的71.8%提高到90.2%,具有较好的封堵性能。 表2在钻井液加重配方中加入封堵材料后的性能评价 注:钻井液加重配方:2%膨润土+1.5%流型调节剂+ O.2%提切降滤失剂+5%晶石( =1.2 g/;凡100℃测定;封堵效率实验采用渗透率为15x 10。岫 的 低渗人造岩心。 3.3强润滑性 室内研制出一种特种液体润滑剂,其可 在钻具表面及泥饼表面形成憎水膜,从而降低摩阻; 同时优选了一种固体润滑剂,2者协同增效, 可进一步提高水基钻井液的整体润滑性。采用润滑仪评价其润滑效果,结果见表3。 表3在高密度钻井液配方中加入润滑剂后的性能评价 注:高密度钻井液:2%膨润土+1.5%流型调节剂+0.2% 降滤失剂+0.0l%提切增黏剂+5%晶石(p=2.05 g/。 由表3可知,与常用的脂肪酸类润滑剂相比,在 密度为2.05 g/钻井液中加入研制的润滑剂后, 润滑系数明显降低,降低率为26%,润滑效果明显 优于常规钻井液润滑剂。 4 钻井液体系研究与性能评价 通过以上分析和研究,以研制的抑制剂、封堵剂、 成膜降滤失剂和润滑剂为核心处理剂,并优选与研制 配套处理剂,最终形成了一套自主研制的高性能水基 钻井液体系,其基本配方如下,不同密度的钻井液性 能如表4所示。由表4可知,钻井液在100℃老化 16有良好的流变性和稳定性,较低的中压和 高温高压滤失量,表明其可减少进入地层的滤液,有 利于页岩地层的井壁稳定。 基浆+(0.6%~1%)+3%+(2%~3%)(3%~4%)%~6%)3%~6%)复合无机 盐+(3%~5%)11%~3%) ~O.6o/6) 0.2%~0.5%)晶石 表4新研制高·00℃、16 h) 注:100℃测定,其他测试温度为室温。 4.1流变性 对研制的高性能水基钻井液配方进行常规性能测 试,结果见表5。 表5新研制高性能水基钻井液与其他钻井液基本性能的对比 注:钻井液密度为2.2g/老化条件为100℃、16h。 曝 6 钨井 液与 完井液 2015年9月 下钻、下套管和固井施工作业均比较顺利,电测一次 成功,井径规则,平均井径扩大率为5.71%,与油基 钻井液钻进很接近,水平段固井质量检测为优质。这 表明研制的高性能水基钻井液完全满足页岩气各项正 常钻井作业需要,具备“水替油”技术能力,为页岩 气开发钻井用水基钻井液替代油基钻井液提供了新的 思路 6 结论 1.通过分析昭通黄金坝页岩气地层特点和存在的 技术难题,有针对性地研制出了高效抑制剂、封堵剂 和润滑剂,并以此为核心处理剂形成了一套新型的高 性能水基钻井液体系。 2.经室内评价,研制的商的流变性、降滤失性、抑制性、润滑性和抗污染性 能,能够阻缓压力传递与滤液侵入页岩,岩心高温浸 泡10 利于实现钻井作业 中井壁稳定的要求。 3.高性能水基钻井液在黄金坝井的 现场应用结果表明,该体系可解决页岩气水平井井壁 失稳、钻具摩阻大、井眼清洁要求高等技术难题,满 足页岩气水平井现场施工的技术要求,可望在页岩气 勘探开发中应用,以实现对油基钻井液的替代。 参考文献 …何恕,李胜,壬显光,等.高性能油基钻井液的研制及 在彭页3].钻井液与完井液,2013,30(5): 1.4. i et on it’s il 013,30(5):1【2]王治法,刘贵传,刘金华,等.国外高性能水基钻井液 研究的最新进展『J].钻井液与完井液,2009,26(5): 69 72. et in ].009,26 (5):69—72. [3]黄浩清.安全环保的新型水基钻井液].钻 井液与完井液,2004,21(6):4—7. n ].2004,21(6):4—7. [4]4 A,,,et to in 】.08213,2007. [5] H,,,et 6798,2005. [6] P,,.】. 40868,2011. [7]闫丽丽,孙金声,季一辉,等.钻井液用纳米二氧化硅 封堵剂的研制及性能评价[C]//石林,罗平亚.2014年全 国钻井液完井液技术交流研讨会论文集.北京:中国石 化出版社,2014:254.260. i et on c]//014 on 014:254—260. [8】徐加放,邱正松,吕开河.泥页岩水化.力学耦合模拟实 验装置与压力传递实验新技术油学报,2005,26 (6):115v of ].2005,26(6):115—119. 邸伟娜,闫娜,叶海超.国外页岩气钻井液技术新进展钻井液与完井液,2014,3l(6):76—81. a,in ].014,31(6):76—81. [10】何振奎.页岩水平井斜井段强抑制强封堵水基钻井液技 术[J].钻井液与完井液,2013,30(2):43—46. of ]. 013,30(2): 43.46. [11]常德武,蔡记华,岳也,等.一种适合页岩气水平井的 水基钻井液『J].钻井液与完井液,2015,32(2):47—51. e,et 1.015,32(2):47—51. 【12】吕开河,王树永,刘天科,等.由一种多功能处理剂和盐 配成的新型水基钻井液[J].钻井液与完井液,2009,26 (2):26.27. et on a ].009,26(2):26—27. (收稿日~2015—07.23;505辑王小娜)
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