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国外钻井液技术新进展

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国外 钻井 技术 进展
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2016/8/2 1技术讲座国外钻井液技术新进展徐同台等2016/8/2 技术讲座 2国外钻井液技术新进展1、防止油气层损害 202、井壁稳定 473、新型钻井液 824、钻井液管理 972016/8/2 技术讲座 3防止油气层损害1、地层损害新机理2、使用微观流体力学装置研究地层损害3、无损害钻井4、硬葡聚糖打开油层钻井液5、充氮泡沫钻井液192016/8/2 技术讲座 4防止油气层损害1.地层损害的新机理• 旧机理 :微粒运移,粘土矿物水化、膨胀分散、无机垢、沥青质和其它有机沉淀物等。• 化学解堵 :1)挤压处理吸附型垢: 用磷酸类的除垢剂;2)互溶剂处理水锁:在致密的碳酸盐地层;3)土酸清除滤饼:在砂岩地层 12 : 3• 这些处理原本是用来解除地层损害的,实施措施不当,又会对地层造成新的损害 、地层损害的新机理(1)除垢时造成的地层损害• 用磷酸作除垢剂时,和地层离子作用;• 在砂岩地层,离子主要来源于泥岩、赤铁矿、菱铁矿、铁白云石和硫化铁。• 处理 :新的地层损害,可用与盐酸互溶的溶剂或是水润湿性表面活性剂处理。• 测试配伍性 :尤其是在砂岩地层应用,除垢剂与储层流体、岩石的配伍性。2016/8/2 技术讲座 6防止油气层损害1、地层损害的新机理(2)砂岩地层中用土酸处理滤饼造成的地层损害• 原因 :含铝化合物沉淀。• 机理 :1)处理液中含有较高浓度的铝;2) — 4之间;3)残余酸与粘土矿物和长石 (用,生成铝氟化合物垢 H)3 预防 :土酸中两种酸的比例要适宜,并保持低的可以减小铝氟化合物沉淀。• 处理 :这类垢可用 016/8/2 技术讲座 7防止油气层损害1、地层损害的新机理(3)解除水锁时产生的地层损害• 水锁 :由于贾敏效应,出现附加油流阻力,液相被封闭在孔喉处;• 液相在近井地带聚集,会降低油井产率;• 处理水锁 :用表面活性剂和互溶剂来减小表面张力 (气井中 )和界面张力 (油井中 )。• 新型互溶剂损害 :引起水溶性的盐和 淀• 除垢 :需用价格昂贵的螯合剂。2016/8/2 技术讲座 8防止油气层损害2.使用微观流体装置研究地层损害• 微观流体学 :流体流动和化学作用微观化;• 特色 :化学分析的微观化和换算决不是仅仅缩小常规试验仪器的刻度问题;• 雷诺数低 :在微观流体装置的小刻度腔室里,始终低于紊流的门限值,结果是在微尺寸腔体内的混合试样只有经过空间分散和扩散才能发生流态的转变。• 两种流体传送方法 —— 压力驱动流和电渗作用;• 流动可以用 在微腔室内,粘度曲线呈抛物线型。2016/8/2 技术讲座 9防止油气层损害2.使用微观流体装置研究地层损害• 荧光分光方法 :确定精度达 1× 10 干扰:流体的 - 12,干扰参数较多;1) 7的水溶液中所有的有机分子都具有染色性,2) 沉淀 : ,锌和钙等离子具有发生沉淀的趋势 ;• 装置 :微观流体学装置现场应用样机,能测量氯、锌和钙离子含量;1)氯的浓度,对钻井液和完井液是至关重要的;2)锌是重要污染物,对环境保护来说,随时确定锌的含量很重要;3)钙有发生沉淀的可能,因沉淀而损害油层。• 壳牌微观流体学装置:精确地测量氯、锌和钙的含量。• 作用 :在现场迅速分析,防止发生不必要的地层损害。2016/8/2 技术讲座 10防止油气层损害3、无损害钻井 [3]• 目标 :打出损害接近于零的油井,将岩石渗透率损害降到最低程度。• 矛盾 :欠平衡钻井,只能使用近平衡和过平衡压力的钻井液。(经济和技术原因)• 无侵入钻井液 : 油层选择 :筛选方法时没有考虑所有的因素,欠平衡钻井的效果不好。 9个例失败皆因所选的油层不合适。• 现场研究 :使用传统的钻井液,很难达到无损害钻井。• 无固相钻井液也有侵入 :即使钻井液中有少量固相存在,也能发生侵入,必然对地层产生损害。• 桥堵剂 :碳酸钙等,因产生损害而失败。• 关键 :在钻井过程中产生最小损害的新型钻井液。2016/8/2 技术讲座 11防止油气层损害3、无损害钻井• 超低固相含量 (固含低于 28. 5• 利用表面化学原理 :在地层表面产生可以密封地层的非渗透性薄膜。1)机理 :与传统桥堵不同,通过钻井液内颗粒的引力密封地层。2)特点 :可以用同一种组分的钻井液封闭不同孔隙尺寸分布的地层。3)组成 : 增粘剂 )+ M (动态降漏失剂,不是 + M (润滑剂 )。2016/8/2 技术讲座 12防止油气层损害3、无损害钻井4)应用范围 :无损害地钻开油层;钻进油层与页岩的互层、在同一裸眼井段中不同压力的油层、由于力学原因而严重失稳的地层。5)室内试验 :使用注射器和透明腔室对不同尺寸的砂岩岩心进行试验,使用合成岩心进行渗透率恢复试验。结果,0%以上。6)试验 :在哥伦比亚地区。7)限制因素 :井眼失稳。先使用过平衡钻井方式。详情参阅: 71892016/8/2 技术讲座 4]• 组成 :增粘剂+降漏失剂+盐+碳酸钙颗粒。• 硬葡聚糖 :一种可被生物降解的高分子量聚合物。• 抗温 :在高于 120℃ 时,硬葡聚糖聚合物的流变性不受影响。• 滤失 :该聚合物静态和动态滤失、滤饼等都具有良好的性能。• 用途 :在打开油层钻井液中,硬葡聚糖是黄原胶生物聚合物的良好替代品。 202016/8/2 技术讲座 4]• 对照试验 :法国石油研究院对 3种打开油层钻井液体系进行了静态和动态滤失试验,• 组成 :增粘剂+淀粉+ 拟钻屑的材料 )、 配方差别 :硬葡聚糖和黄原胶。• 石英含量为 95%,伊利石的含量低于 1%,平均渗透率为 493. 5× 10 5%,岩心用 20 g/ 验后计算出各种打开油层钻井液的损害百分比。• 结果 :硬葡聚糖体系没有地层损害。2016/8/2 技术讲座 4]• 滤饼 :用低温电子扫描显微镜观察滤饼。为电子扫描显微镜制备试样时使用冷冻裂缝技术。• 操作 :1)速冻 :第一步把试样迅速放入 防止产生大的冰晶层使试样损坏。2)制样 :把试样送到低温室,并在真空和低温条件 ()下制备试样,用电子扫描显微镜在 温度下对试样进行扫描,3)滤失 :做滤失试验。在试验中对滤失液进行了取样和分析。2016/8/2 技术讲座 4]• 结果 :硬葡聚糖打开油层钻井液比其他典型水基钻井液的性能好。1)抗温 :随着颗粒碳酸钙和淀粉的加入,硬葡聚糖打开油层钻井液在 120 ℃ 下仍能保持良好的性能。2)热滚 :这种打开油层钻井液在热滚前和热滚后都具有良好的温度稳定性和滤失性。3)渗透率 :用低温电子扫描显微镜观察的动滤失情况表明,滤饼的渗透率很低。2016/8/2 技术讲座 17防止油气层损害5、 充氮泡沫钻井液 [5]• 现场试验 :在委内瑞拉西部的 的层低压裂缝性石灰岩。• 使用 :开钻前,必须在井口安装柱状浮标;• 压力和排量 :钻进时用质量流量计调节氮的排量,用带记录卡的监测仪监测氮的压力。需要时,要安装压力释放系统。• 配比 :用雾泵调节泡沫配制液的配比。具有一定配比的泡沫配制液和氮进入泡沫发生器后生成泡沫,然后将泡沫送入立管并作为钻井液注入井下。• 消泡 :在泡沫返出井口后应进行消泡,然后将气/液/固/气 (井下产出气 )分离,泡沫通过节流管汇在放喷管卸压。为了消泡要往返向管线中注入消泡剂,消泡后的流体穿过四相分流器分流到不同的管汇中。• 稳定性 :会遇到原油和水泥等污染物,但该泡沫钻井液仍能保持稳定。2016/8/2 技术讲座 18• 特点 :粘度较高,低排量下仍具有较好的携屑能力。• 钻速 :在 φ311均机械钻速达 36. 6 m/ h。• 密度 :在初期的 182. 883° 的造斜角,使用 150K 其当量密度保持为 随钻测量 :为了测量井下压力和环空压力使用了随钻压力测量仪。• 造斜 :在造斜井段,钻完 739° ,此时钻速为 m/h。• 井塌 :在井深 1889. 76了防止井塌把当量循环密度提高到 发生了漏失。• 填井侧钻 :由于不能解决漏失问题,在侧钻至井深 1920. 20 充氮油基 :由于实在不能解决当量循环密度问题,被迫换用充氮油基钻井液。 3防止油气层损害5、 充氮泡沫钻井液 [5]2016/8/2 技术讲座 19课堂讨论1、 地层损害的新机理是指:A、 除垢时造成地层损害 ;B、 用土酸处理滤饼造成地层损害;C、 解除水锁时产生地层损害;D、 现有解除地层损害的措施,都会对地层造成新的损害;2、以下说法是否正确:A、 无损害钻井的目标是 打出损害接近于零的油井;B、 无损害钻井液主要是 利用表面化学原理, 在地层表面产生可以密封地层的非渗透性薄膜。C、 突出特点是:超低固相含量;D、 无损害钻井的 限制因素是 :井眼失稳。2016/8/2 技术讲座 20课堂讨论3、 以下说法是否正确:A、 硬葡聚糖钻井液 组成 :增粘剂+降漏失剂+盐+碳酸钙颗粒。B、 硬葡聚糖钻井液主要用于打开油层 。C、 硬葡聚糖 :一种可被生物降解的高分子量聚合物。D、 硬葡聚糖不能 替代黄原胶生物聚合物。 134、充氮泡沫钻井液 :A、粘度较高,低排量下仍具有较好的携屑能力。B、 钻速快: 在 φ311均机械钻速达 36.6 m/ h。C、当量密度低:能保持为 、 容易发生井塌、井漏 。 2 32016/8/2 技术讲座 21井壁稳定1、井眼失稳和多相流耦合模式2、 采用成膜效率高的新型水基钻井液缓解页岩地层不稳定问题3、防塌钻井液2016/8/2 技术讲座 22井壁稳定1 井眼失稳和多相流耦合模式 [6]• 欠平衡失稳 :欠平衡钻井被用来避免和减轻地层损害、降低漏失和提高钻速。然而,由于钻进时井底压力低于地层的孔隙压力,岩石受剪切和张力破坏使井壁失稳。• 函数关系 :地层失稳与所钻岩石的应力集中呈函数关系:①岩石强度 >外界施加的诱导应力,井眼将是稳定的;• ②岩石强度 <外界施加的诱导应力,岩石将产生形变而可能引发井壁坍塌。• 影响因素 :与井眼严重失稳呈函数关系的因素有:• ①岩石损坏程度;• ②受挤压岩石的体积;• ③钻井作业对井眼扩径及波及范围的敏感性;• ④井眼清洁能力。2016/8/2 技术讲座 23• 原则 :井底压力=支撑力控制井眼失稳的方法是增加井底压力,较高的井底压力对井壁产生较大的支撑力,能把岩石的剪切破坏降到最低程度。• 常规办法 :在钻井中用增加钻井液密度实现井壁稳定;• 欠平衡钻井 :在欠平衡钻井中通过改变钻井液的密度、排量和压力实现井壁稳定。井壁稳定1 井眼失稳和多相流耦合模式 [6]2016/8/2 技术讲座 24• 多相流模式 :多数欠平衡钻井作业要使用气 — 液混合物代替常规钻井液,所以多相流模式是欠平衡钻井的主要工具。• 应用 :应用多相流需要确定:• ①确定欠平衡钻井的可行性;②注入量和压力;③确定作业参数;④保证适宜的井眼清洁能力,⑤鉴别是否达到欠平衡;⑥确定作业参数的变化。• 设计 :欠平衡钻井已开始在恶劣条件下应用,更多的工作集中在油井设计上,但是,单独使用多相流模式已不能评价井眼失稳的情况。井壁稳定1 、 井眼失稳和多相流耦合模式 [6]2016/8/2 技术讲座 25• 评价模式 :有多种评价井眼失稳的模式。• 线弹性模式使用简单、需要输入的数据少,因此普遍被用来评价井眼失稳。• 其它模式 :大量的数学地质力学模式可作为评价井眼稳定的模式,这些模式使用起来不但耗时,而且要求使用者拥有丰富的经验和大量的数据,因而没有大量地应用。井壁稳定1 井眼失稳和多相流耦合模式 [6]2016/8/2 技术讲座 26• 井眼失稳模式和多相流模式进行了耦合,编制出一种新的模式 — 校核环空压力 :使用时把所需要的数据输入 算环空压力,认为计算出的环空压力合格后,再将岩石力学特性和岩石应力的数据输入 度计算出环空压力,• 尺寸与排量 :在计算过程中还可得到更可靠的井眼尺寸、环空压力和钻井液排量的数据。井壁稳定1 井眼失稳和多相流耦合模式 [6]2016/8/2 技术讲座 27• 应用 :加拿大石油公司和天然气公司在 井时,使用 结果 :由于流速较高,将会发生携屑问题,在两个弱地层将产生扩径,还可能发生卡钻。因此,建议在 2110一 2200 . 1时保持井口的环空压力稳定。• 特色 :而使用其它模式所作的计算都没有这种结果。由于按 井过程中的井眼扩径程度大幅度减轻。46井壁稳定1 井眼失稳和多相流耦合模式 [6]2016/8/2 技术讲座 282、采用成膜效率高的新型水基钻井液缓解页岩地层不稳定问题 [7、 8]• 滤液影响 :当采用过平衡钻井钻进页岩、泥岩和粘土岩等类地层时,如在井壁上未形成有效的封隔层,钻井液就会渗入地层,即便渗入极少量的滤液也会导致近井地带孔隙压力增大,从而导致井壁不稳定。• 压力传输: 孔隙压力传输技术已成为测量页岩渗透状态的工具。• 改进 :为了提高页岩在与钻井液作用后渗透率和孔隙压力变化的测量精度,对孔隙压力传输技 术进行了改进。• 研究 : M— 016/8/2 技术讲座 292、采用成膜效率高的新型水基钻井液缓解页岩地层不稳定问题 [7、 8]• 高膜效率 : 解了页岩地层不稳定问题。• 成膜 :这种新型水基钻井液在页岩等类地层井壁表面形成膜,阻止钻井液滤液进入地层,从而在稳定井壁方面发挥着类似油基钻井液的作用 。(1)测定膜效率的实验• 根据化学势原理模拟了井下钻井液的压力渗透。2016/8/2 技术讲座 30① 测定膜效率实验装置• 见右图• 出气口• 槽• 上台板• 膜• 样品• 下台板• “ O”形圈• 垫圈• 封闭层• 基座• 下降流压力管线• 封闭液口• 上升流压力管线• 出气口2016/8/2 技术讲座 31② 测定步骤1)饱和回压 :在不排水下,施加 20 升流动压力为 10 查流经的上台板,如果下降压力小于 10 开下降流压阀。2)压实岩心 :排出过量的液体和压力。测岩心已被压实。3)传送孔隙液体压力 :对已被压实的岩心增加上升流压到 15上下压力平衡 (相差不到 5% )时,再把上升流压降到 10 )再次压实岩心 :把岩心内的孔隙压力从 15下降流压小于 测岩心再次被压实。2016/8/2 技术讲座 325)用待测的溶液驱替上升流 :再次压实岩心后,用待测液体驱替管线和沟槽内的流体,在 10 时降低孔隙流压,直到泵入充足的驱替液,驱替液的体积至少要是管线和沟槽内的孔隙流体的 2倍。6)待测液压的传送 :泵入足够的待测液以后,增加上升流压到 15)用低水活度的液体驱替待测液 :当上下压力平衡 (相差不到 5% )时,用低水活度的液体 (可以向待测液体内加盐或者盐水 )驱替待测液。驱替液的体积至少要是管线和沟槽内的待测液体的 2倍。8)待测液体成膜 :进出口压差在 下降流压的最大值降低时结束测试。② 测定步骤2016/8/2 技术讲座 33③ 计算膜效率• 膜效率 :是在膜效率评价阶段通过岩心的压差 (上升压低于下降压 )与理论渗透压之比。• 理论渗透压可由下式计算 :• Φ = [ ]• 式中 : Φ为渗透压; 为绝对温度, K; 016/8/2 技术讲座 34④ 测试结果• 对 岩样进行了 300多次膜效率测试,评价了 3类新型成膜剂在岩样上的成膜性能。• 在 12% 膜剂 A(1. 15, • 膜剂 B(2. 30, • 10%成膜剂 C(2. 20, ,• 膜效率 :分别为 • 结果 :这 3类化合物在特定的岩样上成膜效率为:55% ~85%。将这 3类化合物用于水基钻井液,钻井液具有油基钻井液的性能。2016/8/2 技术讲座 35(2)页岩膜效率的研究• 取得了初步成果:① 半渗透膜 :化学渗透的效率决定了半渗透膜的效率,当溶剂不受限制时,半渗透膜限制了溶质的通过;② 膜效率与反射系数 :成定量关系,对于完美的膜其反射系数为 1,不理想的膜反射系数为 0~1,并认为这种膜是渗漏的;③ 溶质流动 :在渗透压力被水力压力平衡前,溶剂将不断产生渗流,如果半渗透膜是渗漏的,那么溶质的运动只受到一定程度的限制,在膜两侧的溶质浓度达到平衡前,将继续发生溶质流动,化学渗透伴随着两种流动方式。2016/8/2 技术讲座 36• 化学流动 :一般来说,只有在单一驱动力的作用下才能同时发生不同类型的流动,含有溶质的孔隙水在水力梯度的作用下将发生化学流动,• 对流 :而当进行化学处理和加热时将发生对流。• 天然膜 :粘土表面具有一种天然的膜,而在与钻井液作用后会形成一种新的膜。• 膜类型 :M— 种类型的膜。(2)页岩膜效率的研究2016/8/2 技术讲座 37(2)页岩膜效率的研究①水基钻井液成膜 (Ⅰ 型膜 )• 特点 :这类膜形成于页岩表面。• 影响因素 :钻井液滤液、页岩/粘土、孔隙流体的化学性、孔隙尺寸、滤液粘度、渗透率、粘土组分和页岩的胶结作用都会影响膜的形成和膜效率 σ。• 成膜物质 :在水基钻井液中能够成膜的物质有糖类化合物及其衍生物 (如甲基葡糖甙 丙烯酸类聚合物、硅氧烷、木质素磺酸盐、乙二醇及其衍生物和各种表面活性剂 (如山梨糖醇酐的脂肪酸盐 )。 462016/8/2 技术讲座 38(2)页岩膜效率的研究②封堵材料成膜 (Ⅱ 型膜 )• 无机盐 :如硅酸盐、铝酸盐、铝盐、氢氧化钙和酚醛树脂等封堵材料,• 硅酸盐加糖类 :实验中发现在硅酸盐钻井液中加入糖类聚合物可保持实际渗透压接近理论渗透压,• 硅酸盐钻井液的成膜效率可达 70%以上 。 462016/8/2 技术讲座 39(2)页岩膜效率的研究③ 合成基和逆乳化钻井液成膜• Ⅲ 型膜:• 特点 :钻井液中的流体和页岩作用导致了毛细管力和较高的膜效率。• 组成 :此膜由连续相的可移动薄膜、表面活性剂薄膜和钻井液的水相薄膜组成,• 屏障 : Ⅲ 型膜形成了一道防止水和溶质扩散的屏障。 46 472016/8/2 技术讲座 40• 各种类型膜的渗透机理完全不同。• 降渗+增粘 :在含 20% 提高膜的效率并提高渗透压力,它是从降低页岩渗透率和增加液体粘度这两方面起作用的。• 高价盐 :向盐水钻井液中加入 、 和 或是用以上 3种盐代替 类聚合物的成膜作用会进一步加强。• 10% 0% 2)页岩膜效率的研究渗透机理2016/8/2 技术讲座 41• 硅基最佳 :硅基钻井液具有最佳的膜效率和渗透效率。• 逆乳化亦然 :能提供最佳渗透效率和膜效率,• 影响因素 :膜效率不仅与内相的浓度和水活度有关,内相溶液性质和乳化剂也会影响逆乳化钻井液和页岩间的相互作用,包括钻井液在页岩内的运移。• 相互作用 :液体和页岩的作用比以往认为的要强得多,这种作用导致了毛细管力和较高的膜效率,这在以往的研究工作中很少提到。(2)页岩膜效率的研究渗透机理2016/8/2 技术讲座 423. 防塌钻井液(1)硅酸钾钻井液 [9]• 浓度 :在西科罗拉多州白河熔岩丘盆地气田钻井过程中,为了防止井塌,酸钾在井中不断消耗,• 防缩径 :采用硅酸钾钻井液钻进,平均井径从257降为 239少了 • 性能 :钻进过程中硅酸钾钻井液密度为 性粘度为 40 s,固相含量为 2016/8/2 技术讲座 433. 防塌钻井液(2) 聚乙二醇水基钻井液 [10]• 双相 :在澳大利亚海域西北部, 组成 :包含有适合于钻头设计的钻井液增强剂,在性能、技术和经济上与合成基钻井液相当。• 1987年用于现场。• 1988年由环氧丙烷制成的聚乙二醇已用来防止压差卡钻;• 1991年化学界逐渐认识到聚乙二醇钻井液无毒,具有润滑性、抑制页岩膨胀、防止钻头泥包和压差卡钻等性能,是水溶性的替代体系。2016/8/2 技术讲座 44• 特点 :在地面条件下,双相或单相的聚乙二醇、聚丙三醇和甲基葡糖甙( 是水溶性的,富含碳和氧,水活度低,在适宜条件下为有机物,可吸附在粘土表面,利于保持页岩稳定。• 用量 :双相聚乙二醇和 止孔隙压力的传输,尽管这两种体系都能保持井眼稳定,但聚乙二醇用量为 3%一 5%(体积比 ),而 1%一 36% (体积比 ); 47• 局限 :双相聚乙二醇体系具备良好的润滑性和热稳定性,但钻井过程中使用 用油基钻井液和合成基钻井液时却不易出现此问题 。3. 防塌钻井液(2) 聚乙二醇水基钻井液 [10]2016/8/2 技术讲座 45• 聚丙二醇 :高分子量聚丙二醇无毒、无气味,用于钻井液,提高了使用 • 润滑 :使用乙烯基磺酸盐共聚物时,聚丙二醇有很好的润滑性能。• 泥包 :在双相聚乙二醇水溶性钻井液中加入不溶于水的高性能异构石蜡钻井液增强剂,提高了井眼净化能力,减少了钻头泥包。• 代替 :使水基钻井液替代了合成基钻井液。3. 防塌钻井液(2) 聚乙二醇水基钻井液 [10]2016/8/2 技术讲座 46课堂讨论1、 、使用时先计算环空压力,再将岩石力学特性和岩石应力的数据输入,再度计算出环空压力,进行校核。B、计算 不出 更可靠的井眼尺寸、环空压力和钻井液排量的数据。C、在现场预测,将会发生的携屑、扩径和卡钻等问题 并不 成功。D、是把井眼失稳模式和多相流模式进行耦合编制出来的。 272、采用成膜效率高的新型水基钻井液缓解页岩地层不稳定问题,A、关键是在页岩等类地层井壁表面形成膜,阻止滤液进入地层。B、 (Ⅰ 型膜 )是 油基 钻井液成膜,形成于页岩表面; 37C、 (Ⅱ 型膜 )是封堵材料成膜,无机盐沉淀封堵页岩空隙; 38D、( Ⅲ 型膜)由连续相 (水) 的可移动薄膜、表面活性剂薄膜和钻井液的水相薄膜组成,形成了一道防止水和溶质扩散的屏障。 392016/8/2 技术讲座 47课堂讨论3、 各种类型膜的渗透机理完全不同:A、在含 20% 提高膜的效率并提高渗透压力,其机理是: 降渗+增粘;B、硅基钻井液具有最佳的膜效率和渗透效率,因为它能很好地封堵页岩空隙;C、逆乳化钻井液 不能 提供最佳渗透效率和膜效率,因为 Ⅲ 型膜形成了一道防止水和溶质扩散的屏障。 39D、液体和页岩的相互作用 不会产生 毛细管力和较高的膜效率。4、新研制的水基防塌钻井液 各有特点:A、硅酸钾钻井液,能预防缩径:B、双相聚乙二醇和 、其机理是都能阻止滤液向地层渗透,阻止孔隙压力传输;D、聚乙二醇用量比 得多; 44 22016/8/2 技术讲座 48新型钻井液1、具有肥田作用的逆乳化钻井液2、具有稳定低温流变性的新型合成基钻井液3、 抑制性水基钻井液4、 深井和高温井钻井液5、近期问世的新型钻井液体系6、微泡沫钻井液2016/8/2 技术讲座 49新型钻井液1.具有肥田作用的逆乳化钻井液• 增肥 : M— 钻井液不但具有普通逆乳化钻井液的性能,而且可以排放到田野里作为土壤的增肥剂。• 岩屑 :用该钻井液打井所产生的岩屑无须处理可直接撒到田地里。• 配制 :肥田逆乳化钻井液,需要使用对环境无害的基液、乳化剂、内相、润湿剂、降滤失剂和加重材料。• 性能 :钻井液的密度确定为 水比为 70: 30,水的活度为 当于 18%一20% )。2016/8/2 技术讲座 50• 筛选 :对 6种基液、 6种乳化剂、 12种无氯内相、 2种有机粘土、 3种降滤失剂和 3种加重材料进行了试验和筛选。• 毒性 :为把试验用的设备尺寸降到最低,首先对碳链长度相似的 (14)有机物进行了毒性和生物降解试验,根据试验筛选出了一种逆乳化钻井液基液。• 加重 :把赤铁矿和钛铁矿作为加重材料;• 高温高压试验又把粘土和降滤失剂各锁定在一种上。• 钻屑 :肥田逆乳化钻井液 (生的钻屑,一是可以不用预处理直接作为土壤增强剂,这就需要严格控制排放物中盐、油和润滑脂的含量;• 预处理 :二是在生物反应器或其它的快速生物处理设备中对钻屑进行预处理,达到排放要求再行排放。新型钻井液1.具有肥田作用的逆乳化钻井液2016/8/2 技术讲座 51(1)肥田逆乳化钻井液的组分• 基液 :在生物降解和毒性试验的基础上,选择14的线性石蜡液作基液。• 加重材料 :虽然赤铁矿和钛铁矿中的铁离子都有肥田作用,但赤铁矿的货源更充足,所以决定用赤铁矿作为加重材料。• 内相 :选择亚硝酸盐、醋酸盐或亚硝酸盐与醋酸盐的混合物作为钻井液的内相和乳化剂。醋酸盐本身就可以生物降解,硝酸盐又加速了这种降解的过程。新型钻井液1.具有肥田作用的逆乳化钻井液2016/8/2 技术讲座 52新型钻井液1.具有肥田作用的逆乳化钻井液• 乳化剂 :选择醇 (包括乙二醇和丙三醇 )和胺类的混合物作为钻井液的乳化剂,这种混合物不但能够保证钻井液的性能。• 抗温能力 :钻井液的抗温能力达 148. 9℃ 。(2)现场试验• 井深 :最近新西兰对肥 田合成基钻井液进行了现场试验,在 号井使用肥田合成基钻井液钻至井深 重晶石将钻井液密度加重到 进 φ508有发生复杂情况,完成了设计井段的30%。2016/8/2 技术讲座 53• 污染量 :对返出的钻屑干燥后进行室内化验,钻屑上含 6%的肥田逆乳化钻井液。• 播种试验 :分别用 1壤、土壤钻屑比为 95: 5、土壤钻屑比为 75: 25和土壤钻屑比为 50: 50的土壤和钻屑的混合物进行了 3次为期 6 结果 :在 1壤中种子的发芽和成活率分别为 98%、94%和 86%。而在 3种不同土壤钻屑比的混合物中种子的发芽和成活率分别为 94%、 100%和 88%。• 影响 :说明沾有肥田逆乳化钻井液的钻屑对植物、庄稼的成活和生长基本没有影响。• 迅速降解:试验还说明,肥田逆乳化钻井液在农田里会迅速降解,已达到了环保标准。新型钻井液1.具有肥田作用的逆乳化钻井液2016/8/2 技术讲座 54新型钻井液2.具有稳定低温流变性的新型合成基钻井液 [12]• 钻屑含油量 :在墨西哥湾作业的石油公司正在采取必要的步骤以保证使用合成基钻井液所产生的钻屑符合美国环保局的规定。该公司在钻机上安装了钻屑干燥器以减少钻屑表面的含油百分比,使含油平均值降低为 • 测试 :在通常情况下,使用新型合成基钻井液时要进行测试,以确定钻井液是否满足这项要求以及钻井液能否保持可以接受的性能。• 第一家 : 无粘土体系 : 新型、无粘土 种钻井液在深水作业中具有相当大的经济效益。2016/8/2 技术讲座 55• 低温增粘 :在深水钻井中,在较长的隔水管中合成基钻井液会冷却和增粘,由于钻井液充满了隔水管,摩擦应力和静水压力将上升。• 增粘增泵压 :当水深增加时,孔隙压力和破裂压力梯度的界限将缩小,粘度上升需要更高的泵压来循环钻井液,这种间歇循环会增加钻井风险。较稠的钻井液在井中具有较高的当量钻井液循环密度。通常,钻井液密度的微小变化会造成各种复杂情况。• 无土 :而新型合成基钻井液不含粘土和亲有机质褐煤,惟一的粉末状添加剂是氯化钙、石灰和降滤失剂。• 剪切活化 :常规的合成基钻井液含有亲有机质粘土,而粘土需要剪切达到活化。• 助乳化 :新型无粘土体系的添加剂被设计成对钻井液的乳化相起作用,所以钻井液的性能迅速改变。新型钻井液2.具有稳定低温流变性的新型合成基钻井液 [12]2016/8/2 技术讲座 562.具有稳定低温流变性的新型合成基钻井液 [12](1)现场试验• 冷却流变性 :在水深为 12l 深为 7620 井液密度为 汇温度为 。很快发现新型合成基钻井液的冷却流变性 (在 49℃ 下保持稳定 )比以前使用的合成基钻井液流变性更容易控制。• 转化 :开始试验时,在钻进 φ508g/ 进的同时加入新开发的基油 (这种基油含烯烃和酯 ),在 6然在开钻时不用内烯烃而是在开钻后转化,但在整个钻井和转化期间没有发生固相容量限问题,• 特点 :新型合成基钻井液的最大特点是改善了流变性控制能力。当井深增加而井眼直径下降时,新型合成基钻井液流变性能良好,降低了当量钻井液循环密度而且井眼稳定。• 当量循环密度 :新型合成基钻井液的当量循环密度要比内烯烃体系低 016/8/2 技术讲座 572.具有稳定低温流变性的新型合成基钻井液 [12](2)滤失和滤饼特性• 滤失控制: 在钻进、下套管和固井时可能发生漏失,在深水钻井作业过程中这种漏失不普遍,但是据推测,由于钻井液中无粘土,可能降低钻井液的滤失控制能力。然而,随钻压力测量测得的较低当量钻井液循环密度说明,新型合成基钻井液可降低滤失的风险;• 高压高温滤失 :试验表明,新型合成基钻井液的初始滤失量非常低,在多数井中为 2成了最佳的泥饼,泥饼与其他合成基钻井液形成的泥饼是一样的。• 可压缩性 :由于新型合成基钻井液有可压缩性,试验时泵入所需要的循环体积再加上一个加压百分比,当初始压力略微下降时,地层压力上升。现场试验表明,使用新型合成基钻井液不一定需要增加泵压。2016/8/2 技术讲座 582.具有稳定低温流变性的新型合成基钻井液 [12](3)固相控制• 固控系统 :由 2台粗网护筛振动筛、 2台主振动筛和 1台钻井液清洁器组成。• 固相含量 :测得的低密度固相含量为 6%或低于 6%• 动塑比 :在新型合成基钻井液密度为 动塑比为 21/ 11 016/8/2 技术讲座 592.具有稳定低温流变性的新型合成基钻井液 [12](4)成本• 成本高 :新型合成基钻井液的成本比普遍使用的内烯烃合成基钻井液的成本高。2016/8/2 技术讲座 60新型钻井液3、 抑制性水基钻井液 [13]•哈里伯顿能源服务公司的白劳德产品服务公司研制出了抑制性水基钻井液体系 对象 :该钻井液是为抑制墨西哥湾等地的活性地层而设计的,2002年初进行了现场试验。已应用成功。•特色 :提供了良好的井眼稳定性、较高的机械钻速,在广泛的温度范围内具有可以接受的流变性,在深水和大陆架钻井过程中抑制能力较强,具有稳定的动切力和静切力。•处理剂 :两种聚合物添加剂 (在低浓度下有效的絮凝剂和可以防止富含粘土地层水化和降解的处理剂 )提供了钻井液剪切稀释性,并保证钻屑的携带和运移,使井眼稳定,井径规则,这两种聚合物添加剂几乎把页岩的水化降到最低程度。•包被 :抑制性水基钻井液包被活性钻屑,减少了钻头和井底钻具组合泥包的可能性。2016/8/2 技术讲座 61• 现场经验 :最近, 75. 36m。结果表明,钻屑完整,而且使用常规的固控设备分离钻屑容易,振动筛上的钻屑干燥而有光泽,表明抑制性水基钻井液具有良好的抑制性。• 适用范围 :该钻井液适用于墨西哥湾东部地区,甲板空间小的海上钻井装置。• 特性 :抑制性水基钻井液是一种 内试验证明,该钻井液的特性与逆乳化钻井液非常相似。新型钻井液3、 抑制性水基钻井液 [13]2016/8/2 技术讲座 62• 效益 :近期钻井实践表明,使用抑制性水基钻井液每口井可以节省钻井成本 50多万美元。•
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