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钻井液技术的现状-挑战-需求与发展趋势

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钻井 技术 现状 挑战 需求 发展趋势
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文章编号:100101 1)06战、需求与发展趋势孙金声, 张希文(中国石油集团钻井工程技术研究院,北京)摘要 介绍了国外钻井液技术的新进展,包括井壁稳定、防漏堵漏、抗高温钻井液、提高机械钻速的钻井液、低密度钻井流体、大位移井钻井液、储层保护、绿色钻井液等技术,以及“十一五”期间中国钻井液技术的主要成果,分析了当前钻井液技术面临的主要挑战及“十二五”发展需求,并讨论了钻井液技术的发展趋势。关键词 钻井液;现状;发展趋势;综述中图分类号:  文献标识码: 来, 钻 井 液 在 保 障 钻 井 井 下 安 全、 稳 定 井壁、 提 高 钻 速、 保 护 储 层 等 方 面 的 作 用 日 益 突 出,但 随 着 当 前 复 杂 地 层 深 井、 超 深 井 及 特 殊 工 艺 井 越来 越 多, 人 们 对 钻 井 液 技 术 提 出 了 更 高 的 要 求。 为此, 国外开展了大量的应用基础理论和新技术研究,取得了一系列的研究成果和应用技术, 而“十一五”期 间 中 国 钻 井 液 技 术 也 取 得 了 较 大 进 展, 但 与 国 外相 比 仍 有 差 距。 因 此, 为 了 更 好 地 为 钻 井 作 业 提 供优 质 高 效 的 钻 井 液 技 术, 同 时 也 为 中 国“ 十 二 五 ”钻 井 液 技 术 发 展 方 向 提 供 科 学 依 据, 概 述 了 钻 井 液技术现状、挑战、需求与发展趋势。1 性能水基钻井液技术国 外 各 大 钻 井 液 公 司 均 研 发 了 一 种 在 性 能、 费用 及 环 境 保 护 方 面 能 替 代 油 基 与 合 成 基 钻 井 液 的 高性能水基钻井液(,其典型配方如下。( 2%~ 4%) 聚 胺 化 合 物 +( 1%~ 2%) 铝 酸 盐 络 合 物 +( 2%~ 4%) 钻 速 提 高 剂 +( 2%~ 3%) 聚 合 物 (可变 形 封 堵 剂 )+(0 改 性 淀 粉 +( ~ 性 技 术 有 司 的 系 、哈 利 伯 顿 白 劳 德 公 司 的 [1该 钻 井 液 体 系 中, 聚 胺 盐 的 胺 基 易 被 黏 土 优 先吸 附, 促 使 黏 土 晶 层 间 脱 水, 减 小 水 化 膨 胀 ; 铝 酸盐 络 合 物 进 入 泥 页 岩 内 部 后 能 形 成 沉 淀, 与 地 层 矿物 基 质 结 合, 增 强 井 壁 稳 定 性 ; 钻 速 提 高 剂 能 覆 盖在 钻 屑 和 金 属 表 面, 防 止 钻 头 泥 包 ; 可 变 形 聚 合 物封堵剂能与泥页岩微孔隙相匹配, 形成紧密填充[3]。贝 克 休 斯 钻 井 液 公 司 则 把 聚 胺 化 合 物 与 聚合 醇 的 浊 点 和 铝 的 化 合 作 用 相 结 合, 形 成 了 一 种 性 能 水 基 钻 井 液 体 系, 该 体 系 利用 封 堵 聚 合 物 、 铝 化 合 物 、 水化抑制剂 及聚合物包被 剂 的 共 同 作 用 来 封 堵 泥 岩 孔 隙 和微 裂 缝, 阻 止 钻 井 液 滤 液 的 侵 入, 减 小 孔 隙 压 力 的传递作用,极大地提高了水基钻井液的抑制性。在 墨 西 哥 湾、 美 国 大 陆、 巴 西、 澳 大 利 亚 及 中国 的 冀 东、 南 海 等 地 的 现 场 应 用 效 果 表 明, 高 性 能水 基 钻 井 液 具 备 抑 制 性 强、 能 提 高 机 械 钻 速、 高 温稳定、保护储层及保护环境的特点[4膜水基钻井液技术通 过 在 水 基 钻 井 液 中 加 入 成 膜 剂, 使 钻 井 液 在泥 页 岩 井 壁 表 面 形 成 较 高 质 量 的 膜, 以 阻 止 钻 井 液滤 液 进 入 地 层, 从 而 在 保 护 储 层 和 稳 定 井 壁 方 面 发挥类似油基钻井液的作用。第一作者简介:孙金声,教授级高级工程师,1965年生,现为中国石油集团钻井工程技术研究院钻井液研究所副所长。地址:北京市学院路20号钻井液所;邮政编码100083;8据 和 报 道,他 们 研 制 了 具 有 成 膜 效 能 的 3 种 新 型 化 合 物, 它 们的膜效率在 55%~ 85% 之间, 在此基础上形成了具有 高 膜 效 率 的 新 型 水 基 钻 井 液, 并 在 现 场 取 得 了 良好 的 应 用 效 果。 目 前 已 肯 定 几 种 钻 井 液 体 系 具 有 成膜 作 用, 分 别 为 : ① 聚 合 醇 钻 井 液 体 系 ; ② 甲 基 葡萄 糖 甙 钻 井 液 体 系 ; ③ 硅 酸 盐 钻 井 液 体 系, 其 中 膜效率最好的为硅酸盐钻井液体系[6壁“贴膜”技术或称井壁“镶衬”技术斯伦贝谢剑桥研究中心提出了一种井壁 “贴膜”( 或 称 井 壁“ 镶 衬 ” ) 技 术, 即 利 用 树 脂 的 光 固 化 反应 性 能 在 井 壁 上 生 成 井 筒 衬 即 井 壁“ 贴 膜 ” , 是 一种 集 稳 定 井 壁、 防 漏 堵 漏、 提 高 地 层 承 压 与 保 护 储层 一 体 化 的 新 技 术。 该 技 术 首 先 通 过 一 种 可 不 断 旋转、 含 有 导 光 管、 带 有 孔 眼 的 工 具 将 光 敏 感 性 树 脂材 料 输 送 到 井 下, 喷 射 出 来 的 树 脂 材 料 可 清 除 井 壁上 的 虚 泥 饼, 同 时 利 用 树 脂 的 光 固 化 反 应 迅 速 固 化形 成 一 层 类 似 壁 纸 的“ 贴 膜 ” , 称 之 为 可 遥 控 的 井筒 衬 技 术, 根 据 实 际 需 要 可 调 整 树 脂 在 井 壁 上 的 聚合 情 况, 且 通 过 实 时 的 图 像 传 输 可 以 看 到 井 壁 上 形成的“贴膜” , 该贴膜具有较好的弹性, 承压能力强,可达到稳定井壁、 提高承压能力和保护储层的目的。基钻井液技术1) 具有平坦流变性能的油基钻井液。司研 发 了 一 种 用 于 深 水 钻 井、 大 位 移 井 并 具 有 平 坦 流变 性 能 的 油 基 钻 井 液, 该 体 系 由 少 量 有 机 土、 适 量增 黏 剂、 乳 化 剂、 流 型 调 节 剂 等 组 成, 其 流 变 性 不受 温 度 压 力 影 响, 滤 失 量 小、 井 眼 净 化 能 力 强, 可有 效 保 护 储 层, 能 解 决 随 温 度 和 其 他 环 境 改 变 而 引起 的 井 底 清 洁 能 力 下 降、 环 空 当 量 循 环 密 度 过 大、重晶石沉降和井漏等问题, 并满足环境保护的要求。2) 低 固 相 矿 物 油 基 钻 井 液。 该 钻 井 液[8]用 溴化 钙 盐 水 作 分 散 相, 标 准 矿 物 油 作 连 续 相, 液 态 树脂有机物替代天然沥青作降滤失剂, 基本配方如下。423 kg/ 香 族 矿 物 油 +30 kg/ 剂 + 10 kg/ 降 滤 失 剂 +10 kg/ 有 机 土 + 161 kg/ +364 kg/ 钙 盐 水 ( 密 度 为 1.7 kg/+10 kg/田的现场应用效果表明,与 传 统 钻 井 液 相 比, 该 钻 井 液 具 有 更 好 的 封 堵 性 及热稳定性,井眼净化时间短、保护储层效果好。3) 高密度低固相油基钻井液。司用甲酸铯 盐 水 配 制 了 密 度 为 g/ 固 相 油 基 钻 井液[9],其基本配方如下。360 L/ +590 L/ 铯 盐 水 +35 L/2 kg/ 重晶石在 田 的 现 场 应 用 效 果 表 明, 该 钻 井液 与 常 规 油 基 钻 井 液 的 差 别 在 于 固 相 含 量 由 22%降 低 到 了 1%, 不 会 发 生 井 眼 失 稳、 对 地 层 损 害 小且能提高油井产能。4) 不 含 有 机 土 的 油 基 钻 井 液。 哈 利 伯 顿 白 劳德 公 司 报 道 了 一 种 不 含 有 机 土 的 油 基 钻 井 液 , 其 基本配方如下[10]。34.2 kg/kg/ +28.5 kg/ 物 降 滤 失 剂 +kg/ 脂 肪 酸 +43.6 kg/ 钙 +22.8 kg/1 kg/ 应 用 效 果 表 明, 该 钻 井 液 可 解 决 高 压、 高温 ( 204 ℃ ) 和 高 密 度(2.2 g/条 件 下 重 晶 石 的沉降问题,能降低大位移井中的当量循环密度。5) 无 固 相钻/完 井 液。 贝 克 休 斯 钻 井 液 公 司 研发 了 一 种 由 石 蜡、 乳 化 剂、 润 湿 剂、 油、 氯 化 钙 及溴化钙盐水组成的无固相钻/完井液, 该体系可用于活 性 页 岩 中 钻 井 和 水 平 井 中 的 砾 石 充 填 液, 其 密 度可通过改变油水比、 于严重漏失的堵漏塞 司 研 发 了 一 种 漏塞, 可 用 于 解 决 各 种 裂 缝、 孔 洞 地 层 漏 失 及 井 喷 事故, 其 配 制 的 高 滤 失 / 高 固 相 钻 井 液 经 过 漏 层 时,液 相 挤 压 钻 井 液 而 快 速 形 成 泥 饼 封 堵 漏 层, 抗 温 可达 232 ℃ 且 环 境 友 好, 封 堵 效 果 不 受 速 凝 剂、 缓 凝剂、温度及时间的影响。哈 利 伯 顿 白 劳 德 公 司 研 发 了 一 种 能 够 制 止 严重 或 完 全 钻 井 液 漏 失、 层 间 窜 流 及 井 喷 的 堵 漏 剂 其 封 堵 作 用 通 过 堵 漏 剂 与 钻 井 液 之 间 的化 学 反 应 而 实 现, 该 反 应 迅 速 且 节 省 钻 进 时 间, 不需 要 起 下 钻, 在 钻 头 下 与 钻 井 液 混 合 后 能 够 很 快 形成堵漏塞,产生封堵效果[11贝 克 休 斯 钻 井 液 公 司 研 发 了 一 种 由 交 联 聚 合 物和 桥 堵 剂 混 合 成 的 刚 性 凝 胶 桥 塞 其 在 泵入 漏 层 后 可 形 成 非 常 结 实 的 刚 性 胶 质 塞, 可 适 用 于胶 结 性 差 的 砂 砾 岩 及 裂 缝 发 育 的 灰 岩 等 地 层 发 生 的孙金声等:钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势69严 重 漏 失。 该 产 品 无 毒 环 保, 能 依 据 温 度 用 缓 凝 剂和 速 凝 剂 控 制 交 联 速 率 和 时 间, 不 需 起 钻 换 钻 具 组合, 且形成的胶质塞很容易被钻穿后由振动筛分离。性石墨类材料弹 性 石 墨 为 具 有 弹 性、 菱 角、 双 组 分 碳 结 构 的材 料, 在 孔 隙 和 微 裂 缝 的 压 缩 状 态 下, 能 够 先 收 缩继 而 又 膨 胀, 具 有 较 好 的 弹 性、 可 变 形 性、 韧 性 和化 学 稳 定 性, 在 扩 张 填 充 和 内 部 挤 紧 压 实 双 重 作 用下, 可 自 适 应 封 堵 不 同 形 状 和 尺 寸 的 孔 隙 或 裂 缝。代 表 产 品 有 哈 里 伯 顿 白 劳 德 公 司 的 贝 克 休 斯 钻 井 液 公 司 的 菲 利 普 斯 公 司的 [14]。眼加固技术国 外 提 出 了 通 过 增 大 井 壁 强 度 并 有 效 提 高 地 层抗 破 裂 能 力 的 方 法 , 用 来 加 固 渗 透 性 地 层 和 非 渗 透性 地 层 , 以 达 到 加 大 井 眼 稳 定 窗 口 , 并 以 较 高 钻 井液 密 度 钻 进 时 不 会 发 生 漏 失 的 目 的 , 该 方 法 为 解 决钻 井 过 程 中 的 漏 失 问 题 提 供 了 新 的 思 路 。为 了 达 到 井 眼 加 固 的 目 的, 需 要 通 过 像 楔 子 一样 来 挤 压 井 眼 周 围 岩 石 而 形 成 小 裂 缝, 钻 井 液 中 的合 适 固 相 封 堵 材 料 迅 速 进 入 裂 缝 并 在 裂 缝 开 口 附 近形 成 桥 塞, 桥 塞 渗 透 率 必 须 足 够 低, 以 便 阻 隔 液 柱压 力 的 传 递, 产 生 能 够 封 堵 裂 缝、 阻 止 裂 缝 进 一 步扩 大、 防 止 压 力 传 递 到 裂 缝 末 端、 提 高 井 眼 周 向 应力的“应力笼”效应,达到防漏堵漏的效果。代 表 性 的 井 眼 加 固 技 术 有, 司 的 一 体化 井 眼 加 固 技 术 哈 里 伯 顿 白 劳 德 公 司 的技术等[15]。高温处理剂司研制了一种聚乙烯基吡咯烷酮 6],该 聚 合 物 可 使 钻 井 液 具 有 良 好 的 剪 切 稀 释 性 和 携 带能 力, 抗 温 达 180 ℃ ; 司 还 研 制 了 一 种 分 子量 为 50 万 ~ 100 万 的 共 聚 物 其 能改 善 钻 井 液 的 流 变 性, 抗 温 达 230 ℃ ; 7]研 制 了 一 种 两 性 离 子 表 面 活 性 剂 既可作增黏剂, 又可作降滤失剂, 抗温达 190 ℃; 从 天 然 材 料 中 提 取 了 高 温保 护 剂, 其 可 阻 止 膨 润 土 钻 井 液 在 150 ℃ 以 上 的 高温 下 热 降 解 ; . 等[18]研 发 了 一 种 柠 檬 酸 锆 抗高 温 降 黏 剂 其 能 在 204 ℃ 以 上 控 制 膨 润 土的 高 温 胶 凝, 提 高 其 它 处 理 剂 的 热 稳 定 性 ; 美 国报 道 了 由 聚 合 成 的 处 理 剂抗温达 262℃; 德国报道了由钠、 锂、镁 和 氧 组 成 的 合 成 多 层 硅 9], 热 稳 定 性 达 370 ℃, 其 结 构 类 似 于 天 然 膨 胀 性 微 晶 高 岭 石, 用 其 配制的钻井液体系抗温达 233 ℃。高温钻井液体系1) 甲 酸 盐 无 固 相 钻 井 液。 常 用 处 理 剂 在 甲 酸盐 钻 井 液 中 配 伍 性 好, 且 甲 酸 盐 能 提 高 聚 合 物 的 高温 稳 定 性 和 热 稳 定 性。 司 首 次 成 功 应 用 了甲 酸 盐 钻 井 液 钻 高 温 高 压 井, 在 德 国 区和 印 度 尼 西 亚 田, 高 温 高 压 井 温 度 分 别达 到 和 157 ℃, 应 用 甲 酸 盐 无 固 相 钻 井 液作基浆钻井,取得了较好的应用效 果[20]。2) 无 膨 润 土 抗 高 温 钻 井 液。 司 开 发 了一 种 在 180~ 220 ℃ 下 能 保 持 稳 定 的 无 膨 润 土 抗 高温钻井液体系[21], 其由乙烯酰胺 - 磺化乙烯共聚物、改 性 黏 土、 不 同 粒 径 碳 酸 钙、 氧 化 镁 等 组 成, 该 钻井 液 在 田 的 5 口 高 温 高 压井中取得了较好的应用效果。3) 抗 高 温 硅 酸 盐 钻 井 液。 斯 伦 贝 谢 公 司 研 制了 一 种 抗 高 温 硅 酸 盐 钻 井 液 体 系[22], 其 选 用 了 在163 ℃ 和 高 下 仍 能 保 持 稳 定 的 共 聚 物 作 抗 高温聚合物,基本配方如下。规P 抗 高 温 聚 合 物 +C+硅 酸钠 + 改性沥青 +胺基高温稀释剂该 钻 井 液 性 能 重 复 性 好,160 ℃ 下 高 温 高 压 滤失量仅为 5 抑制性强。4) 抗高温聚合醇钻井液。司研制了一种抗 高 温 聚 合 醇 钻 井 液, 其 由 聚 合 醇、 反 絮 凝 剂、 降滤 失 剂、 聚 合 物 高 温 稳 定 剂 及 低 分 子 量 聚 合 物 降 黏剂 等 组 成, 该 钻 井 液 性 能 稳 定、 静 切 力 低、 抗 污 染能 力 强, 在 中 国 海 南 亚 成 21 取 得 了 较 好 的 应用效果,井底温度达 212 ℃。5) 抗 高 温 井 液。 井 液 中 添 加 了一 种 热 稳 定 性 高 达 370 ℃ 的 合 成 多 层 硅 其 配方如下。150 kg/kg/kg/ 抗 絮 凝 剂 +kg/kg/ kg/.5 kg/ 井 液 在 233 ℃ 的 温 度 下 仍 能 保 持 良 好 的 黏70度, 不 会 发 生 高 温 絮 凝 等 问 题。 在 德 国 的 中 使 用 了 这 种 钻 井 液, 结 果 表 明 井 液 具有较好的悬浮性、抗污染性及高温高压流变性[19]。高机械钻速的钻井液技术近 年 来 国 外 相 继 开 发 了 多 种 增 速 剂 产 品[23形 成 了 能 提 高 机 械 钻 速 的 钻 井 液 技 术, 并 取 得 了 良好 的 应 用 效 果, 其 主 要 原 理 是 清 洗 钻 头, 防 止 钻 屑吸附,减小扭矩而提高钻速。 司 开 发 出 的 快 速 钻 井 液 技 术在 德 克 萨 斯 州 的 区 应 用 了 19 口井, 机 械 钻 速 比 应 用 常 规 水 基 钻 井 液 提 高 了 46% ; 人 开 发 了 一 种 添 加 特 殊 处 理 剂 的 水 基 钻 井液, 成 功 应 用 于 南 德 克 萨 斯 层 的 一 些 井,平 均 机 械 钻 速 提 高 了 30% ; 人 研 制 了一 种 含 有 速 剂 的 新 型 水 基 钻 井 液, 应 用 于墨 西 哥 湾 的 深 水 及 大 陆 架 地 区 钻 井, 机 械 钻 速 比 采用传统水基钻井液高出 60%~ 70%。型微泡钻井液技术微 泡 钻 井 液(以 其 独 特 的 低 剪 切 流变 性 而 广 泛 应 用 于 钻 衰 竭 储 层 和 低 压 地 层[29], 最 新 研 制 了 一 种 改 进 的 微 泡 钻 井 液 体 系[30], 改进 后 的 配 方 中 添 加 了 一 种 由 生 物 聚 合 物 黄 原 胶 和 表面 活 性 剂 合 而 成 的 微 泡 稳 定 剂。研 究 发 现, 形 成 的 微 泡 抗 压 强 度 达 能快 速 形 成 气 泡 膜, 减 轻 钻 井 液 的 侵 入, 且 在 孔 隙 介质 表 面 吸 引 力 小, 因 而 形 成 的 密 封 无 黏 结 力, 采 油中易排出。循环泡沫威 德 福 公 司 研 制 的 可 循 环 泡 沫 具 有 以 下 性 能 特点 : 提 高 机 械 钻 速 ; 可 处 理 地 层 出 水 问 题 ; 可 生 物降 解 ; 携 岩 能 力 强 ; 不 受 无 水 石 膏 和 盐 水 的 影 响 ;与 具 兼 容 ; 对 井 下 马 达 轴 承 的 磨 损 最 小 ;对 储 层 伤 害 小、 漏 失 量 小。 该 技 术 已 成 功 应 用 于 美国 德 克 萨 斯 州 井 高 温 作 业, 应 用 井 段垂 深 为 6 706 m, 储 层 压 力 为 井 底 温 度为 193 ℃, 泡 沫 洗 井 液 成 功 清 除 了 管 壁 铁 锈, 并 将金 属 铁 屑 带 至 地 面, 避 免 了 洗 井 液 漏 失, 产 气 量 从800 d 增加至 5000 d。基泡沫由 共 聚 物、 表 面 活 性 剂 及 柴 油 组 成 的 油 基 泡 沫流 体 适 用 于 水 敏 性 地 层、 易 坍 塌 泥 页 岩 地 层、 低 压地 层、 衰 竭 储 层 和 漏 失 地 层 钻 井。 美 国 在 墨 西 哥 湾首 次 使 用 油 基 泡 沫 流 体 进 行 了 欠 平 衡 钻 井[31], 该 处井 深 为 5 568 m, 井 底 温 度 为 232 ℃, 现 场 应 用 效果 表 明, 油 基 泡 沫 流 体 抗 高 温、 抗 污 染 能 力 强, 能提 高 钻 头 寿 命 和 机 械 钻 速, 具 有 良 好 的 防 漏 堵 漏 及井眼净化能力,且可循环使用,降低了钻井成本。位移井钻井液技术大 位 移 井 主 要 应 用 于 海 上 油 田 的 开 发 和 海 油 陆采, 国 外 已 钻 成 了 数 百 口 大 位 移 井, 水 平 位 移 超 过10 000 m 的 井 有 3 口, 主 要 采 用 的 是 高 效 润 滑 水 基钻 井 液 和 油 基 钻 井 液。 哈 利 伯 顿 白 劳 德 公 司 研 制 了一 种 适 用 于 大 位 移 井 的 逆 乳 化 钻 井 液, 该 钻 井 液 含有 数 种 植 物 酯 和 内 烯 烃 化 合 物, 具 有 良 好 的 悬 浮 性和 井 眼 清 洁 能 力, 在 墨 西 哥 湾 深 水 和 大 陆 架 现 场 应用效果表明,该钻井液能持续防止重晶石沉降。想充填技术理 想 充 填 技 术 也 称 作 颗 粒 紧 密 堆 积 理 论, 即 实现 钻 井 液 中 暂 堵 颗 粒 的 理 想 充 填。 其 中, 孔 喉 直 径根 据 测 井、 压 汞 和 气 测 渗 透 率 可 以 计 算 出 来, 当 暂堵 剂 颗 粒 累 计 体 积 分 数 与 粒 径 平 方 根( 即 ) 之间 呈 直 线 关 系 时, 颗 粒 堆 积 效 率 最 高, 可 达 到 理 想充 填, 在 此 基 础 上 优 选 出 的 暂 堵 剂 能 形 成 致 密 的 泥饼, 从 而 有 效 阻 止 固 相 颗 粒 和 滤 液 侵 入, 达 到 保 护储层的效果。膜保护储层技术成 膜 保 护 储 层 技 术 以 井 壁 岩 石 作 为 支 撑 体, 通过聚合物吸附在表面、 浓集、 覆盖形成致密无孔膜,其 属 于 非 选 择 性 化 学 封 堵, 可 适 用 于 不 均 质 程 度 较高 的 高、 中、 低 孔 喉 储 层。 该 技 术 实 现 了 储 层 保 护技 术 从 单 纯 有 选 择 性 的 物 理 封 堵 方 法 向 非 选 择 性 的物 理 化 学 方 法 的 转 变, 为 实 现 储 层 无 损 害 奠 定 了 理论与技术基础。弃钻井液处理技术日 本 提 出 了 采 用 蒸 发 浓 缩 法 用 于 废 弃 钻 井 液 的固 液 分 离, 该 技 术 首 先 进 行 初 步 的 过 滤 分 离, 废 液经 蒸 馏 浓 缩 后 待 进 一 步 处 理, 再 应 用 卧 式 旋 流 压 缩机 进 行 固 液 分 离 再 处 理, 最 后 将 絮 凝 剂、 污 水 处 理剂 等 加 入 废 液 中, 处 理 后 的 液 体 可 回 收 再 利 用。 此孙金声等:钻井液技术的现状、挑战、需求与发展趋势71外, 国 外 在 钻 屑 回 注 技 术、 微 生 物 处 理 技 术( 主 要用于处理油基钻屑) 等方面也在开展相关研究工作。色钻井液技术目 前 , 国 外 正 在 研 制 保 护 环 境 、 可 排 放 的 绿 色钻 井 液 技 术 , 如 司 研 制 了 一 种 肥 田 逆 乳 化 钻井 液 , 该 钻 井 液 不 但 具 有 普 通 逆 乳 化 钻 井 液 的 性 能 ,且 可 以 排 放 到 田 野里 作 为 土 壤 的 增 肥 剂 , 用 该 钻 井液 打 井 所 产 生 的 岩 屑 无 须 处 理 就 可 直 接 撒 到 田 地 里 。米化重晶石加重剂 司 研 发 了 一 种 微 米 级 颗 粒 加 重 剂, 将 重晶 石 研 磨 到 尺 寸 介 于 10 μm, 大 多 数 为 1 μm,其 不 会 改 变 钻 井 液 流 变 性, 加 重 后 的 钻 井 液 当 量 循环 密 度 易 控 制, 井 眼 净 化 能 力 强, 可 适 用 于 钻 水 平井和大位移井,并能有效保护储层。氧化三锰加重剂与 重 晶 石 相 比, 度 高, 达 4.8 g/ 但 其 颗 粒 尺 寸 小 得 多, 且 能 被 弱 结 构 的 钻 井 液 所 支撑, 重 晶 石 加 重 的 钻 井 液 动 切 力 一 般 为 a, 而 的 钻 井 液 动 切 力 为 a 时 就能 防 止 沉 降。 呈 球 形, 粒 间 摩 擦 小, 具备 低 摩 阻 特 性, 可 使 钻 井 液 的 塑 性 黏 度 降 低 50% ~ 60%, 且 可 酸 溶 、 适 合 储 层 段 加 重。 现 场 应 用 效果 表 明, 善 钻 井 液 的 流 变 性、 储 层 保 护效果好,适合在高温高压井和小眼井中应用[32]。米技术在钻井液中的应用贝 克 休 斯 钻 井 液 公 司 研 制 了 一 种 可 变 形 纳 米 级封堵聚合物 该材料可起到降低压差 卡 钻 和 稳 定 井 壁 的 效 果[33]; [34 过扫 描 电 镜 观 察 发 现, 纳 米 颗 粒 能 够 堵 塞 页 岩 的 孔 隙及喉道, 减小页岩中的渗透性, 提高井眼的稳定性;[37]制 备 了 一 类 热 固 性 纳 米 复 合 物 颗 粒(密度为 g/, 含有该颗粒的钻井液能 减 小 储 层 漏 失 和 对 地 层 的 伤 害 ; [38]合 成 了 一 类 颗 粒 大 小 为 14~ 25 比 表 面 积 为44~ 56 m2/g 的 纳 米 级 氧 化 锌, 该 材 料 在 15 就可迅速除掉水基钻井液中的所有硫化氢。拟井下条件的钻井液性能及储层保护评价技术近 年 来, 国 外 在 模 拟 井 下 条 件 的 钻 井 液 及 储 层保 护 评 价 技 术 方 面 取 得 了 较 大 进 展, 如 高 温 高 压 流变 仪, 温 度 可 达 450 ℃ ; 高 温 高 压 动 态 损 害 评 价 系统, 温 度 可 达 220 ℃ ; 滑 评 价 仪, 温 度 可达 220 ℃ ; 美 国 能 源 部 实 验 室 研 发 的 超 深 钻 井 仿 真器, 可 完 全 模 拟 井 下 实 际 情 况, 压 力 为 207 度可达 250 ℃,并可使用现场钻井液,利用 X 射线 影 像 记 录 井 底 环 境 下 切 割 的 实 时 图 像, 用 于 优 选处 理 剂、 评 价 钻 井 液 及 优 选 钻 头 ; 斯 伦 贝 谢 剑 桥 研究 中 心 建 立 了 一 套 大 型 模 拟 井 下 条 件 的 化 学 流 体 三相 流 性 能 评 价 装 置, 可 评 价 模 拟 井 下 温 度、 压 力 条件 下 钻 井 液、 采 油 过 程 中 油 水 气 三 相 流 体 的 性 能,为处理剂材料研发、体系优选创造了基础条件。2 “十一五”基钻井液成膜理论与技术为 了 将 泥 页 岩 非 理 想 膜 改 善 成 接 近 理 想 的 半 透膜, 需 要 加 入 能 减 小 孔 隙 尺 寸、 增 加 泥 页 岩 薄 层 电荷 密 度 的 特 种 化 学 材 料, 从 而 有 效 减 小 水 推 动 力 大小 或 改 变 水 推 动 力 方 向, 达 到 稳 定 井 壁 的 效 果。 因此, 研 制 了 一 种 膜 效 率 高 达 75% 以 上 的 有 机 硅 酸盐 半 透 膜 剂 和 具 有 一 定 承 压 能 力 及 隔 离 膜 性 能 的 隔离 膜 剂, 并 形 成 了 具 有 半 透 膜、 隔 离 膜 性 能 的 水 基钻 井 液 成 膜 技 术。 该 技 术 在 吐 哈、 青 海、 中 原 等 油田 100 余 口 井 进 行 了 现 场 试 验, 结 果 表 明, 钻 井 液体 系 抑 制 性 强、 防 塌 效 果 好、 储 层 保 护 效 果 好, 是防止井壁坍塌与保护储层协调一致的新技术[39]。高温水基钻井液技术揭 示 了 超 高 温 对 钻 井 液 中 黏 土 粒 子 的 作 用 机 理 ,提 出 了 除 抗 热 氧 降 解 外 , 钻 井 液 处 理 剂 应 增 强 超 高温 条 件 下 黏 土 粒 子 去 水 化能 力 的 技 术 思 路[40], 关 键是 在 钻 井 液 中 加 入 在 超 高 温( 大于 180 ℃) 条 件 下有 利 于 防 止 黏 土 高 温 去 水 化 及 聚 结 的 抗 高 温 处 理剂。 因 此, 研 制 了 一 种 钻 井 液 抗 高 温 保 护 剂 筛 选 出 了 高 温 降 滤 失 剂、 高 温 防 塌 封 堵 剂 和 高 温流 型 调 节 剂, 形 成 了 超 高 温(240 ℃) 钻 井 液 体 系配 方。 该 技 术 在 吉 林、 大 港、 冀 东 等 油 田 14 余 口井 进 行 现 场 试 验, 最 高 温 度 达 210 ℃, 钻 井 液 体 系在高温下保持良好的流变性,易 于调整和维护[41]。速钻井液技术中 国 石 油 集 团 钻 井 工 程 技 术 研 究 院 研 制 了 一 种72能 降 低 钻 井 液 环 空 摩 阻 和 井 底 压 持 效 应、 提 高 机 械钻 速 的 快 速 钻 井 液 技 术, 该 技 术 对 上 部 井 段 可 改 变润 湿、 防 止 黏 土 吸 附、 提 高 机 械 钻 速 并 减 少 起 下 钻阻 卡 ; 对 可 钻 性 差 的 中 下 部 地 层 可 降 低 岩 石 的 瞬 间强 度, 提 高 破 岩 效 率 和 机 械 钻 速, 并 稳 定 井 壁, 同时。 该 技 术 在 吐 哈、 塔 里 木、 青 海、 新 疆、 吉 林、辽 河 及 冀 东 等 油 田 的 100 余 口 井 进 行 了 现 场 应 用。现场应用效果表明, 平均提高机械钻速达 18% 以上,能 有 效 降 低 钻 井 液 摩 阻, 并 解 决 了 井 壁 失 稳 及 起 下钻 过 程 中 阻 卡 的 情 况, 井 径 规 则[42], 同 时 提 高 了 固井质量。膜保护储层理论与技术隔 离 膜 剂 通 过 吸 附、 浓 集、 覆 盖 在 井 壁 表 面形 成 致 密 的 不 透 水 膜, 封 堵 层 理 裂 隙、 防 止 黏 土 颗粒 运 移、 减 少 压 力 传 递, 从 而 有 效 保 护 储 层。 该 技术 在 冀 东、 大 港 等 油 田 进 行 了 现 场 试 验, 结 果 表明, 表 皮 系 数 小 于 或 接 近 于 零, 渗 透 率 恢 复 值 大 于95%,保护储层效果显著[43]。基钻井液技术中 国 石 油 集 团 钻 井 工 程 技 术 研 究 院 等 研 制 了一 种 能 有 效 抑 制 大 段 水 敏 性 泥 岩 水 化 膨 胀 的 胺 基 抑制 剂, 配 制 的 高 性 能 胺 基 钻 井 液 在 新 疆、 华 北 等 油田 进 行 了 现 场 试 验。 结 果 表 明, 该 钻 井 液 具 有 优良 的 抑 制 性, 返 出 钻 屑 成 型, 起 下 钻 顺 利, 井 径 规则[44]。型正电性钻井液技术中 石 化 工 程 技 术 研 究 院 研 制 的 正 电 性 钻 井 液 体系 通 过 电 性 的 改 性, 解 决 了 钻 井 液 稳 定 性 和 地 层 稳定 性 之 间 的 矛 盾, 其 主 要 由 阳 离 子 乳 液 聚 合 物、 乳化 石 蜡 和 有 机 硅 醇 抑 制 剂 等 组 成, 电 性 大 于 0 透 率 恢 复 率 大 于 90%。 现 场 应 用 效 果 表 明, 该 类钻井液抑制性强,有利于井壁稳定、保护储层[45]。液转换中的润湿反转技术针 对 气 体 钻 井 气 液 转 化 过 程 中 存 在 的 井 壁 失 稳问 题, 通 过 先 打 入 前 置 液( 润 湿 反 转 剂 ) , 使 空 气钻 井 段 岩 石 表 面 由 亲 水 变 为 疏 水, 防 止 气 液 转 化 时泥 页 岩 吸 水 垮 塌。 在 四 川 龙 岗 地 区 气 液 转 换 过 程 中进 行 了 试 验, 下 钻 一 次 到 底, 循 环 无 掉 块 返 出, 避免了井壁失稳带来的复杂。高温泡沫钻井流体技术为 提 高 常 规 起 泡 剂 形 成 泡 沫 流 体 的 抗 温 性, 中国 石 油 集 团 钻 井 工 程 技 术 研 究 院 等 研 制 了 一 种 抗 高温 泡 沫 稳 定 剂, 使 泡 沫 流 体 的 抗 温 能 力 提 高 到 350 ℃ 以 上。 中 国 石 油 长 城 钻 探 工 程 公 司 使 用 该 技 术 在肯尼亚 温地热井(350 ℃)的 28 口井中 成 功 应
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本文标题:钻井液技术的现状-挑战-需求与发展趋势
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