防塌钻井液技术应用与实践

防塌钻井液技术应用与实践 汇报人：马文英钻井工程技术研究院二〇一四年二月

汇报提纲 一、概述二、研究与应用三、体会与认识四、下步工作方向

一、概述 井壁失稳是钻井过程中永恒的技术难题，严重制约着施工安全，延长钻井周期，增加钻井综合成本。中原油田研究应用了以饱和盐水、聚磺钾盐等为主的防塌钻井液体系，较好解决了中原、新疆、西南等地区泥页岩地层井壁失稳问题。

一、概述 随着勘探开发的深入、施工区域拓展，钻遇地层复杂。页岩、碳质泥岩、煤层等地层，以及长水平段钻井易出现井壁失稳问题，因此，对钻井液防塌性能提出更高要求。 • 中原地区：泥岩含量高，易水化分散 • 内蒙地区：火成岩地层，易破碎 • 陕北地区：碳质泥岩、煤层，胶结差泥页岩遇水分散硬脆性掉块火成岩掉块

一、概述 针对不同地层特征，进一步开展了防塌钻井液技术研究，并在中原、四川、陕北、内蒙等地区应用70余井次。提高抑制性泥页岩硬脆性泥岩抑制+封堵碳质泥岩和煤层抑制+封堵+固壁火成岩地层

二、研究与应用 从以下三方面提高钻井液防塌性能：（一）提高抑制性（二）封堵技术（三）固壁技术

（一）提高抑制性 针对现有无机盐类等处理剂抑制能力不足，研究应用了2种高性能抑制剂： • 聚胺抑制剂（FYZ-1） • 阳离子烷基糖苷（CAPG）

（一）提高抑制性—聚胺抑制剂 基于特殊分子结构及作用机理，研究应用了聚胺抑制剂FYZ-1。吸附基团作用机理 • 锚固作用 • 疏水作用 • 静电引力 • 氢键作用疏水基团 • 吸附基团（胺基、羟基） • 控制分子量大小、分布范围 • 引入疏水基团，阻止水分子进入聚胺与粘土层无机阳离子存在化学势差

（一）提高抑制性—聚胺抑制剂 性能评价页岩回收实验与不同类型钻井液配伍性 • 吸附稳定性好，抑制泥页岩水化分散能力强 • 加量低，0.2%-0.3%即达到良好抑制效果 • 与现场常用饱和盐水、聚磺钾盐等钻井液的配伍性良好

（一）提高抑制性—聚胺抑制剂 聚胺抑制剂研发后快速转化、全面推广，在中原、吉林、陕北、冀东、四川等地区的白-平3HF、冠古1等50余口井现场应用。 • 解决了复杂地层井壁失稳问题 • 有效减少井下复杂，实现安全快速钻进部分施工井情况统计

（一）提高抑制性—聚胺抑制剂 应用效果钻遇地层为水敏性泥页岩、软泥岩或硬脆性泥岩等地层，施工井段井壁稳定、井径规则，拓宽了安全密度窗口，为后期作业提供保障。部分施工井井径扩大率

白-平2HF井掉块 （一）提高抑制性—聚胺抑制剂应用井例—白-3HF井白-平2HF井三开面临无法钻进，使用聚胺解除了复杂，顺利中完。因此，白-平3HF井钻进至三开易失稳井段前使用聚胺抑制剂。 • 三开钻进过程中没有复杂出现，井壁稳定，定向顺利，起下钻通畅，每一次下钻均能顺利到底 • 使用钻井液密度不超过1.65 g/cm3，而邻井白-平2HF井钻井液最高密度达到1.78 g/cm3 • 同比缩短钻井周期22d（3304-4086m）

（一）提高抑制性—聚胺抑制剂 应用井例—冠古1井在井眼加深过程中，3400m遇阻，井壁发生泥页岩周期性坍塌，无法正常钻进。在提高钻井液抗温性、保证应力支撑、加入沥青材料的基础上，加入聚胺抑制剂600Kg，有效抑制了泥页岩的水化坍塌，解除了划眼复杂，确保了该井的安全施工。应用井例—南堡23-平2016井 4800-4930m出现掉块、井壁垮塌后使用FYZ-1，复杂解除，顺利钻进至中完，电测、下套管顺利；井底位移3792m，创造了冀东油田同类井同井段位移最大纪录；在井斜80°、井深5377-5379m处潜山风化壳地层取心成功，创大位移水平井取心新纪录。

（一）提高抑制性—阳离子烷基糖苷 烷基糖苷（APG）润滑性好，较好解决定向、托压问题，但针对强水敏地层抑制性不足，因此，研制开发出阳离子烷基糖苷（CAPG），大幅度提高了抑制性。作用机理吸附成膜、拉紧晶壁、嵌入去水化等多重作用 CAPG溶液 CAPG晶体

（一）提高抑制性—阳离子烷基糖苷 性能评价 CAPG润滑性初步形成CAPG钻井液的性能 CAPG与同浓度APG降低76.7% • CAPG润滑性好，抑制性强，岩屑一次回收率达99.15%，相对回收率达99.45%，达到一剂多用 • 钻井液性能稳定，抗盐达饱和、5%氯化钙、10%钻屑、20%水侵、 10%原油

（一）提高抑制性—阳离子烷基糖苷 在中原、四川、鄂尔多斯等地区长段水平井和小井眼侧钻井等10口井应用，较好地解决了致密砂岩、含泥砂岩、碳质泥岩等地层井壁失稳、润滑防卡等问题。（1）长段水平井应用部分施工井情况

（一）提高抑制性—阳离子烷基糖苷 应用效果 • 钻井液抑制性强，井壁稳定能力好 • 靖南72-13H1井水平段使用CAPG和KCl，钻完井期间（完钻静止44天）井壁稳定；邻井靖南70-6H1井水平段4925m遇阻卡 • 高桥26-126H井造斜段和水平段使用CAPG和KCl，钻遇泥岩、煤层，井壁稳定，起下钻、完井作业顺利，分段管柱下入到位 • 高桥46-118H1井造斜段和水平段使用CAPG，起下钻顺畅，井壁稳定，钻完井施工顺利

（一）提高抑制性—阳离子烷基糖苷 • 钻井液润滑性能优良，利于提高机械钻速 • 水平段摩阻平均6-8t，较好解决了水平位移大、井斜角大、泥质含量高导致的钻头泥包、托压、摩阻大等问题

（一）提高抑制性—阳离子烷基糖苷 （2）小井眼侧钻井初步应用东濮凹陷小井眼侧钻井钻遇泥岩、含泥砂岩等井段，存在失稳、卡钻、摩阻高等情况，影响安全施工，钻井液成本加大。部分施工井情况 • 钻井液抑制了膏泥地层水化造浆，性能保持稳定，摩阻低 • 完井电测一次成功，下套管施工顺利 • CAPG钻井液综合成本降低25%-35%。

（二）封堵技术 针对微孔隙、微裂缝渗透性地层，使用常规封堵材料不匹配的难题，研发了微米级可变形封堵剂—凝胶微球OFP-I。 • 粒径小（10-70um），可变形进入孔缝，形成密实封堵 • 耐温135℃；20-40目沙床封堵承压强度达8.5MPa 封堵端面 4.5cm深度通过凝胶微球、超细植物纤维、超细钙、沥青类产品等选择配伍，以及粒度级配，形成封堵技术。

（二）封堵技术 在陕北地区通过抑制技术、强化封堵技术的应用，较好解决了煤层和碳质泥岩地层坍塌问题。靖南70-6H井斜井段施工效果 • 钻井、完井顺利，岩屑均匀，顺利穿过四套煤层和大段碳质泥岩 • 起下钻、通井顺利，井径规则，井径扩大率较邻井大幅度降低掉块靖南70-6H井与邻井井径对比

（二）封堵技术 川东北地区陆相地层倾角大，破碎、胶结性差。在保证抑制性的同时，采用SCL、磺化沥青FT-1和超细碳酸钙协同强化封堵，改善泥饼质量，扩宽了钻井液密度的安全窗口。元坝10井施工效果 • 井壁稳定，平均机械钻速较邻井大幅度提高，钻井进尺为35-40m/d • 同层位钻井液密度较邻井降低0.12-0.37g/cm3 • 钻遇高压层后，钻井液密度最高提至2.17g/cm3，钻井液流变性好，抗污染能力强该井是勘探南方分公司七口提速井速度最快，最先完成的井！

（三）固壁技术 针对破碎性和应力掉块地层，完善形成了硅酸盐钻井液。作用机理：硅酸盐进入地层，与地层矿物和地层水反应，生成无机胶结物封堵孔道、固结井壁。 • 密度1.03-1.80g/cm3 • 抗温130℃ • 硅酸钠含量5%~10% 解决了常规硅酸盐钻井液的抗温、抗粘土污染能力差，流变难以控制等难题，并提高了封堵固壁能力。

（三）固壁技术 现场应用情况在内蒙地区查干凹陷意7井和意11井应用，在抑制、封堵技术的基础上，强化化学固壁能力，初步解决了火山岩坍塌掉块和泥岩失稳的问题。应用井情况

（三）固壁技术 应用效果 • 井壁稳定、井径规则 • 意7井井径扩大率6.2%，同比降低幅度41％ • 意11井井径扩大率5.6%，同比降低幅度54％ • 意11井目的层钻井液密度1.32g/cm3，较邻井降低0.10-0.15g/cm3 • 井下复杂少 • 起下钻较通畅，测井、下套管均一次成功 • 复杂时效由平均5.73%降低到1.4%，有助于缩短钻井周期

（三）固壁技术 • 钻井液抑制性强，固相含量低硅酸盐钻井液能够抑制大段泥岩水化分散，泥岩钻屑完整，坂含小于35.75g/L，流变性易于控制

三、体会与认识 1、聚胺抑制剂与现场常用钻井液配伍性良好，低加量下抑制效果突出；目前尚未形成有效含量测定方法。 2、CAPG在致密砂岩、含泥砂岩及碳质泥岩等地层取得良好应用效果，与APG相比，低加量条件下（3%-5%）兼顾了良好抑制性和润滑性，钻井液性能稳定。 3、硅酸盐钻井液在火山岩地层应用取得初步效果，为进一步提高井壁稳定能力，需进行快速封堵技术研究。进一步强化“抑制、封堵、固壁”等综合防塌技术研究及应用，树立预防为主理念。

四、下步工作方向 技术研究 1、深入聚胺、CAPG作用机理及适应性研究；开发配套的处理剂，形成以聚胺、CAPG为主的防塌钻井液 2、针对不同区域地质条件，开发相应的封堵技术，进一步提高井壁稳定性 3、研发硅铝酸盐钻井液，强化封固层的胶结强度，保障破碎地层或多套压力系统地层的安全钻进 4、针对强水敏性泥页岩，研究高浓度氯化钙钻井液，降低钻井液活度，进一步提高井壁稳定能力

四、下步工作方向 基础研究 1、从岩石力学方面，开展不同地层岩石应力变化规律、以及垮塌机理等研究 2、进一步完善井壁稳定评价方法，解决室内评价结果与现场防塌能力对应关系不强的问题

汇报完毕 敬请指正！

防塌钻井液技术应用与实践

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