鉆井液技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

鉆井液技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

鉆井液技術(shù)是鉆井工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)之一，在各種資金的支持下，在幾年的短時(shí)間內(nèi)取得了巨大的發(fā)展和成就。本文在調(diào)研近幾年國(guó)內(nèi)外鉆井液新技術(shù)的基礎(chǔ)上,從鉆井液體系、儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)、防漏堵漏技術(shù)、新型鉆井液處理劑以及鉆井液泥餅的清除技術(shù)等5個(gè)方面來(lái)闡述其發(fā)展概況。1新井液開(kāi)采系統(tǒng)1.1hpwbm鉆井液體系BHDF公司研制了適用于LakeMaracaibo地區(qū)的新型高性能水基鉆井液體系(HPWBM)。HPWBM通過(guò)減少鉆頭泥包來(lái)提高鉆進(jìn)速度,同時(shí)可以減小鉆具的扭矩和摩阻,轉(zhuǎn)移鉆頭重量。與傳統(tǒng)的鉆井液相比,更能增強(qiáng)井筒的穩(wěn)定性,減少漏失量。此外,體系由低鹽分物質(zhì)組成——減少了廢物處理的難度和費(fèi)用,滿足了環(huán)境的要求?，F(xiàn)場(chǎng)使用的鉆井液配方是:3.0lb/bbl膨潤(rùn)土(1lb=0.45359237kg,1bbl=115.6271L,下同)+0.75lb/bbl氫氧化鈉+6.8lb/bbl氯化鈉+0.5lb/bbl聚丙烯酰胺+0.5lb/bbl羧甲基纖維素+1.0lb/bbl改性淀粉+5.0lb/bbl鋁酸鹽絡(luò)合物+3.0%可變形聚合物封堵劑+7.0lb/bbl聚銨鹽+2.0%快鉆劑。HPWBM鉆井液體系與傳統(tǒng)的鉆井液相比,能更好地抑制黏土和鉆屑分散,減少鉆頭泥包,目前HPWBM體系已在墨西哥灣、美國(guó)大陸、巴西、澳大利亞及沙特阿拉伯等國(guó)家和地區(qū)得到了應(yīng)用。其中在墨西哥灣地區(qū)深水鉆井,順利鉆達(dá)目的層,井壁穩(wěn)定,無(wú)復(fù)雜事故發(fā)生且機(jī)械鉆速高,如圖1所示。1.2新油井油氣田系統(tǒng)1.2.1lsopm鉆井液體系針對(duì)挪威中部Aasgard油田鉆分支井和長(zhǎng)井段時(shí)遇到的鉆速低、鉆井液黏度大、侵入儲(chǔ)層深度大、卡鉆等嚴(yán)重問(wèn)題,研發(fā)出一種新型低固相礦物油基鉆井液(LSOBM)。LSOBM使用比重較大的溴化鈣鹽水作為分散相,用標(biāo)準(zhǔn)礦物油作為連續(xù)相,用液態(tài)樹(shù)脂有機(jī)物替代天然瀝青作為降濾失劑。LSOBM的實(shí)驗(yàn)配方:423kg/m3低芳香族礦物油+30kg/m3乳化劑+10kg/m3液態(tài)降濾失劑+10kg/m3優(yōu)質(zhì)有機(jī)土+161kg/m3清水+364kg/m3密度為1.7kg/m3的溴化鈣鹽水+10kg/m3石灰+120kg/m3白云石+20kg/m3石墨。通過(guò)室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),得出LSOBM鉆井液體系要達(dá)到最佳性能,還應(yīng)滿足以下要求:①油水比為60∶40;②添加140kg/m3橋堵劑;③堵漏顆粒的大小略大于最佳理論值;④使用石墨和白云母片作為堵漏材料。與傳統(tǒng)的鉆井液相比,LSOBM鉆井液體系具有更好的封堵性、熱穩(wěn)定性和更高的滲透率恢復(fù)值。1.2.2鉆井試驗(yàn)結(jié)果M-I鉆井液公司使用甲酸銫鹽水配制了密度為1.66g/cm3的低固相油基鉆井液體系,該體系與常規(guī)的加重鉆井液體系相比,由于不含任何固體加重劑且為單離子,故而最大限度地消除了由重晶石引起的井控問(wèn)題,減少對(duì)地層的損害和篩管堵塞。與溴化鋅鉆井液相比,對(duì)環(huán)境影響小,更安全,容易回流,故對(duì)儲(chǔ)層損害也小。該鉆井液體系已經(jīng)在Statfjord油田進(jìn)行了試驗(yàn),試驗(yàn)配方和性能如表1所示。過(guò)去5年的鉆井完井實(shí)踐證明,甲酸銫鹽水油基鉆井液的使用不僅可以簡(jiǎn)化操作過(guò)程、減少鉆井液的浪費(fèi),而且還可以消除流體不兼容的問(wèn)題。鉆井液性能很好,表現(xiàn)出很低的當(dāng)量循環(huán)密度,能達(dá)到中或高的機(jī)械鉆速,具有很好的水力特性,好的井眼凈化能力,鉆井扭矩和摩阻很低,采用電測(cè)井時(shí)表現(xiàn)出良好的井壁穩(wěn)定性。完井作業(yè)快速穩(wěn)定。鉆出的井顯示了較高的生產(chǎn)效率和較低的表皮系數(shù),創(chuàng)下了北海地區(qū)最快的高溫高壓完井記錄,是一種能將高溫高壓井控問(wèn)題最小化、井產(chǎn)量最大化的有效鉆井液體系。1.3aprt-一種多聚糖復(fù)合穩(wěn)定劑Aphrons鉆井液正在全球范圍內(nèi)被用于鉆進(jìn)衰竭儲(chǔ)層和低壓地區(qū)。Aphrons鉆井液具有獨(dú)特的低剪切流變性和抗壓力的空氣微泡,改進(jìn)后的新配方中添加了一種聚合物混合物——由生物聚合物黃原膠和表面活性劑BLUESTREAK混合而成,該混合物被稱(chēng)為“Aphrons穩(wěn)定劑”。研究發(fā)現(xiàn),Aphrons穩(wěn)定劑能承受至少4000bl/ft2(1ft2=929.0304cm2,下同)的壓力,能夠比周?chē)后w更快進(jìn)入漏失區(qū),并在液體進(jìn)入前形成氣泡層;同時(shí),流體的剪切速率不斷下降,黏度不斷升高。另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是:Aphrons之間以及Aphrons與巖石礦物表面的孔隙或者裂縫之間的親和力小,因此形成的封堵柔軟且缺乏黏附力,使得其在采油時(shí)易被排出。1.4抗高溫鉆孔系統(tǒng)1.4.1進(jìn)展之一:雙組分聚合酶法新型環(huán)保抗高溫水基鉆井液是M-I鉆井液公司研制成的一種耐高溫(232℃)高壓水基鉆井液。該鉆井液體系使用一種不含鉻、對(duì)環(huán)境無(wú)害的新型合成基聚合物且體系簡(jiǎn)單——只需要兩種聚合物、pH控制劑、加重材料和少量用于控制濾餅質(zhì)量的黏土。這種新型合成基聚合物是一種新型交聯(lián)聚合物,用丙烯酰胺(單體A)、一種磺酸鹽單體(單體S)和一種交聯(lián)單體(單體X)配制的新的交聯(lián)共聚物。與非交聯(lián)直鏈聚合物相比,它在含水溶液中保留了較為致密的球形結(jié)構(gòu)。分子重量相同時(shí),交聯(lián)聚合物在水溶液中的水動(dòng)力體積比相同分子質(zhì)量的直鏈分子小得多。交聯(lián)聚合物的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其在空間上受到限制,從而增大了其內(nèi)在水解穩(wěn)定性。同時(shí),交聯(lián)使其對(duì)固體不大敏感,抗剪切能力強(qiáng),從而改進(jìn)了水基鉆井液的流動(dòng)特性和降濾失特性。1.4.2siv鉆井液體系SIV鉆井液體系是一種獨(dú)特的鉆井液體系。這種鉆井液體系的主要成分SIV,它是一種由鈉、鋰、鎂和氧組成的合成多層硅。SIV是一種白色粉末,其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于天然的膨脹性微晶高嶺石黏土,熱穩(wěn)定性高達(dá)370℃。其特點(diǎn)是雜質(zhì)含量低、剪切后黏度恢復(fù)快、包被能力強(qiáng)、抗高溫能力強(qiáng)、水溶液透明度高、對(duì)鉆屑和巖心的損害小。常用的典型配方如表2所示。這種鉆井液體系在233℃的溫度下仍然保持良好的黏度,不發(fā)生高溫絮凝等問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)和地?zé)峋畬?shí)驗(yàn)表明,SIV鉆井液效果良好,特別是用于對(duì)結(jié)晶巖的鉆進(jìn),其應(yīng)用溫度范圍廣、對(duì)巖心和巖屑損害小。在德國(guó)KTB-HB工程中使用了這種鉆井液,應(yīng)用表明,SIV體系具有較好的懸浮性、抗污染性、高溫高壓流變性。1.5流變性固定的合成基礎(chǔ)鉆井液系統(tǒng)1.5.1cr-sbm流變性分析合成基鉆井液CR-SBM體系在深水作業(yè)時(shí)具有“恒定的流變性”,從而減小激動(dòng)壓力和當(dāng)量循環(huán)密度,降低頻繁發(fā)生的井漏事故,故克服了使用傳統(tǒng)鉆井液時(shí)產(chǎn)生的與壓力有關(guān)的問(wèn)題?？傮w上,CR-SBM與傳統(tǒng)合成基鉆井液的組分基本相同。CR-SBM獨(dú)特流變性的獲得關(guān)鍵在于使用有機(jī)黏土替代特殊乳化劑作為鉆井液增黏劑。這樣可以讓CR-SBM獲得比傳統(tǒng)合成基鉆井液更好的降濾失性。它在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用中都表現(xiàn)出穩(wěn)定的流變性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,CR-SBM主要特點(diǎn)是凝膠強(qiáng)度、屈服值在3～6r/min時(shí)都不會(huì)明顯受到溫度和壓力的影響。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明,CR-SBM具有穩(wěn)定的流變性,尤其是與聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭配合時(shí),能避免深水環(huán)境下溫度和壓力的影響,從而提高了機(jī)械鉆速、保證了井眼的穩(wěn)定性、減少了井下鉆井液漏失,明顯地提高了鉆井作業(yè)效率。1.5.2地質(zhì)配方EHT是EXXON公司等研制的流變性穩(wěn)定的無(wú)毒高溫水基鉆井液體系,成功地應(yīng)用于井底溫度最高達(dá)215.5℃的陸地和海上鉆井中,鉆井液密度達(dá)1.86g/cm3。其典型配方如表3所示。EHT體系的室內(nèi)研究是根據(jù)這樣的假設(shè)進(jìn)行的:高溫誘發(fā)的黏土顆粒的分散是造成鉆井液體系不穩(wěn)定的根本原因。為此,采取了以下3種解決辦法:①選擇適合于井底溫度的黏土濃度,即在起下鉆期間的井底溫度下,老化后仍能提供足夠的懸浮和攜屑能力;②加入一種輔助增黏劑,以便在地面提供懸浮和攜巖能力,并在整個(gè)溫度變化過(guò)程中保證恒定的鉆井液流變性,輔助增黏劑的黏度隨溫度的升高而降低;③有目的地加入電解質(zhì)以減緩高溫誘發(fā)的鉆屑分散。1.5.3氧化錳加重劑控制鉆井液流變性的傳統(tǒng)方法是使用生物聚合物和高分子電解質(zhì)(低剪切稀釋性和高塑性)。這里所說(shuō)的新方法,是指所選的聚合物和加重劑都是用來(lái)生成和控制高剪切稀釋性和熱穩(wěn)定流變性的。改良的丙烯酸類(lèi)聚合物、乙烯基磺酸鹽共聚物與非離子聚合物之間表現(xiàn)出良好的協(xié)同作用。而非離子型聚合物聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)能產(chǎn)生需要的流變性和穩(wěn)定性。對(duì)加重劑的要求是細(xì)粒徑和高表面電荷濃度。新配方中采用了可以替換的重晶石和四氧化錳加重劑,通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,四氧化錳的加重效果優(yōu)于重晶石。商品等級(jí)是4.8SG,粒徑0.47～1.0μm,比表面積為2～4m2/g。新配方的有效性在室內(nèi)通過(guò)以下水基鉆井液配方來(lái)檢驗(yàn):251.9lb/bbl水+350.0lb/bbl四氧化錳+0～5.6lb/bbl離子型聚合物+0～6.2lb/bbl非離子型聚合物+18.7lb/bbl頁(yè)巖抑制劑+2.0lb/bbl降濾失劑(聚陰離子纖維素聚合物)。該水基鉆井液配方已經(jīng)用在溫度高于180℃的油氣田開(kāi)采過(guò)程中。鉆井液體系通過(guò)加重劑和聚合物的協(xié)同作用保持了穩(wěn)定可控的流變性,同時(shí)還具有良好的抑制性和潤(rùn)滑性。1.6溫度對(duì)mmo鉆井液流變性的影響MMO是由氧化錳和氧化鋁類(lèi)氧化物混合而成的金屬氧化物處理劑,通過(guò)添加少量MMO晶體到膨潤(rùn)土中預(yù)水化制得的鉆井液。該鉆井液體系表現(xiàn)出突出的非牛頓流體的流變性特點(diǎn),其塑性黏度為5cP(1cP=1mPa·s,下同),屈服值為55lb/100ft2;MMO鉆井液體系獨(dú)特的流變性還表現(xiàn)在其隨溫度的變化上,大多數(shù)鉆井液是隨著溫度升高系統(tǒng)的黏度升高,但是MMO卻具有相反的性質(zhì)。在40℉(1℉=9/5℃+32,下同)時(shí),塑性黏度和屈服值分別為35cP和40lb/100ft2,而在180℉下,分別為6cP和103lb/100ft2。同MMH系統(tǒng)相比,MMO鉆井液體系的成本較高,但它能抗離子污染(如Ca2+、Mg2+等)而且穩(wěn)定性高。1.7好氧基鉆井液體系王平全、孫金聲等人將有機(jī)胺天然纖維聚合物CMJ-2和降失水劑XNJ-1復(fù)配形成復(fù)合膜。CMJ-2側(cè)鏈羥基、胺基對(duì)黏土礦物既有吸附作用,又能與黏土顆粒形成氫鍵,加之分子鏈的非離子特性,容易在濾餅上形成一層保護(hù)膜。而XNJ-1是一種惰性的變形軟粒子,具有很好的封堵能力,能堵塞、填補(bǔ)泥餅上CMJ-2膜結(jié)構(gòu)中的孔隙部位,與CMJ-2產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),組成了薄而致密、韌性好的復(fù)合膜結(jié)構(gòu),從而有效地阻止了濾液及鉆井液(包括固相)向地層滲透,達(dá)到穩(wěn)定井壁,保護(hù)儲(chǔ)層的目的。成膜水基鉆井液體系配方為:5%鈉膨潤(rùn)土+3%XNJ-1+0.2%JH-1+3%CMJ-2+0.5%JN-1。此鉆井液對(duì)塔中地區(qū)和輪古地區(qū)石炭系垮塌層泥頁(yè)巖均具有很強(qiáng)的抑制水化分散能力(100℃下熱滾16h后回收率均高于98%,最高接近100%)。同時(shí)發(fā)現(xiàn),滾動(dòng)后的巖樣顆粒大小、形狀與滾動(dòng)前幾乎無(wú)異樣,且?guī)r樣顆粒上有一層薄薄的“面膜”,正是因?yàn)檫@種“面膜”的存在,保護(hù)了巖樣,才阻止了水(濾液)滲入巖樣內(nèi)部,從而防止巖樣水化分散,穩(wěn)定井壁。成膜(隔離膜)水基鉆井液體系具有強(qiáng)的抗溫(180℃)、抗鹽(20%NaCl)、抗鉆屑污染能力,在低密度和高密度條件下均具有良好的封堵能力。2組分內(nèi)的保滲性能裂縫性?xún)?chǔ)層指油氣滲流通道主要為裂縫的儲(chǔ)層,這些儲(chǔ)層大多為碳酸鹽巖,是極為重要的儲(chǔ)集巖,對(duì)石油工業(yè)具有重大價(jià)值。國(guó)內(nèi)針對(duì)這種儲(chǔ)層主要采用優(yōu)化鉆井液體系復(fù)配暫堵組合的方法,如張軍等優(yōu)選的暫堵型兩性離子聚合物鉆井液、盧虎等通過(guò)聚多元醇配合一定固相暫堵劑、葉艷等研制的復(fù)合鹽弱凝膠無(wú)固相鉆井液加入優(yōu)選暫堵組合等,均對(duì)保護(hù)裂縫性?xún)?chǔ)層取得了一定的效果。王永恒等評(píng)價(jià)了孫金聲等新研制的超低滲透鉆井完井液對(duì)裂縫的暫堵能力、濾餅質(zhì)量和返排滲透率情況。研究結(jié)果表明:3.5MPa正壓差下,超低滲透鉆井完井液對(duì)400mm以?xún)?nèi)的不同寬度級(jí)別的裂縫均有很好的封堵效果。但是,這些具有保護(hù)裂縫性?xún)?chǔ)層作用的鉆井液大多針對(duì)裂縫性油藏,基本上沿用的是孔隙性?xún)?chǔ)層保護(hù)技術(shù),僅僅停留在室內(nèi)評(píng)價(jià)和研究階段,現(xiàn)場(chǎng)使用效果如何以及對(duì)裂縫性碳酸鹽巖油氣藏能否適用尚需進(jìn)一步研究。3預(yù)防丟失和丟失技術(shù)3.1混合物堵漏材料在開(kāi)采枯竭、裂縫性?xún)?chǔ)層和易受深層鉆井液固相侵害的油藏時(shí),鉆井液必須快速形成泥餅,且濾液對(duì)地層的損害要盡量小。為此研制了石墨粉、碳酸鈣和磺化瀝青的混合物堵漏材料。石墨、碳酸鈣和磺化瀝青的混合物堵漏材料能顯著減少濾液漏失,并明顯減少孔隙壓力傳輸。如果過(guò)平衡壓力減小,石墨將很容易從孔喉和裂縫中回流出來(lái)。該堵漏材料具有以下特點(diǎn):①石墨的濃度對(duì)鉆井液濾失量有很大的影響,濃度越大,濾失量越小;②磺化瀝青的存在是為了使油藏的滲透率恢復(fù)值達(dá)到最大;③滲透率測(cè)試的結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)可以很容易應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng),可重復(fù)性強(qiáng)。3.2通過(guò)小鉆頭噴嘴開(kāi)構(gòu)成裂解放系統(tǒng),易熔顆粒降濾失材料包括熔融粒子、加重劑、降濾失劑和抑制劑。它的熔融性取決于脫水率,而脫水率則隨著巖石的性質(zhì)和裂縫的幾何形狀發(fā)生變化。易熔顆粒降濾失材料在裂縫中分別向軸向和徑向兩個(gè)方向脫水,從而隔離了裂縫,增加近井筒的環(huán)向應(yīng)力。在裂縫產(chǎn)生或擴(kuò)大時(shí)能產(chǎn)生最好的降濾失效果。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)表明,易熔顆粒降濾失材料可以同時(shí)通過(guò)小鉆頭噴嘴進(jìn)入各種不同幾何構(gòu)型的裂縫,在模擬井下溫度的條件下仍然長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定不會(huì)產(chǎn)生凝膠。易熔顆粒降濾失材料也可與改性的纖維材料一起運(yùn)用,達(dá)到更好的降濾失效果。目前,已經(jīng)將易熔顆粒降濾失材料用在美國(guó)加利福尼亞貝克斯菲爾德的ElkHills油田,并產(chǎn)生明顯的堵漏效果。而且易熔顆粒降濾失材料加入井內(nèi)后立即促使泥漿返回80%～90%,而未加入該降濾失材料時(shí)泥漿返回率在0～70%。3.3將其作為一種材料復(fù)合體,利用其熱通過(guò)改變聚合物與固體顆粒的表面性質(zhì),使不同的組分在不同的鉆井液體系(油基和水基)中有不同的溶解度和潤(rùn)濕性,再按一定的比例混合這些組分即可得到超低滲透率添加劑。如果將超低滲透率添加劑加入水基鉆井液中,親油物質(zhì)被潤(rùn)濕或溶解;如果加到油基鉆井液中則更多的親油物質(zhì)被溶解,并形成聚合體附在滲透性巖石表面,形成超低滲透率的屏障,從而進(jìn)一步避免流體入侵和壓力傳遞。通常情況下,如果不形成這種聚合體,那么在巖石表面將發(fā)生持續(xù)的漏失。將含有超低滲透率添加劑的鉆井液用于以下幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試:在拉丁美洲的哥倫比亞地區(qū),使用含有這種添加劑的鉆井液后井壁穩(wěn)定性明顯提高,在砂巖中濾液侵入深度減小,同時(shí)油氣井產(chǎn)量提高20%～25%;在墨西哥灣地區(qū)將其運(yùn)用于水基鉆井液中,有效防止了地層被壓裂、減少井漏和井眼堵塞等常見(jiàn)問(wèn)題;在北美洲的一口煤層氣井內(nèi)采用了超低滲透率鉆井液,不僅對(duì)煤層沒(méi)有造成損害,而且還避免了在使用其他鉆井液時(shí)發(fā)生的嚴(yán)重井壁失穩(wěn)和井漏事故。超低滲透率添加劑使用范圍很廣泛,不僅可以用在水基、油基、合成基的鉆井液中,同時(shí)可以添加在完井液、修井液中。根據(jù)超低滲透率添加劑作用原理和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例證明,可以將超低滲透率鉆井液廣泛用于裂縫性和層狀易斷泥頁(yè)巖地層的開(kāi)采。3.4微凝膠聚合物顆粒作為添加劑的優(yōu)勢(shì)一種具有獨(dú)特微凝膠結(jié)構(gòu)的聚合物,通過(guò)優(yōu)化聚合物形態(tài)、溶解度以及交聯(lián)密度,達(dá)到最佳聚合物形態(tài)和溶解性,提高降濾失性能。地層損害主要發(fā)生在過(guò)濾期間的固體入侵,通過(guò)對(duì)多孔介質(zhì)滲透率產(chǎn)生不利影響,從而損害儲(chǔ)層。鉆井液的濾失性以及產(chǎn)生的濾餅屬性可直接影響井壁穩(wěn)定性,發(fā)生不同程度的卡鉆事故。獨(dú)特的微凝膠聚合物顆粒通過(guò)吸收基液,體積略微膨脹并堆疊起來(lái),膨脹的聚合物在剪切力下變形,從而更有效地與其他細(xì)小固體顆粒重疊在一起形成一個(gè)薄而高效的濾餅,減少了濾餅在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下的滲透性。此外,這種微凝膠顆粒的變形能力使它們比普通添加劑更容易從地層中回流出來(lái),從而減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害。甚至在極端的鉆井環(huán)境下仍具有低剪切黏度,有助于提高鉆井液體系的流變性。4新鉆井污泥處理劑4.1降低黏土的吸附率快速鉆井液處理劑應(yīng)該具有以下兩個(gè)特點(diǎn):①能夠吸附到巖石及鉆屑表面,使巖石和鉆屑的潤(rùn)濕性由親水轉(zhuǎn)向親油;②對(duì)金屬表面有較強(qiáng)的定向吸附作用,在金屬表面形成潤(rùn)滑油膜,降低黏土在其表面上的吸附率。根據(jù)快速鉆井液處理劑的特征要求,孫金聲等人通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造,如接枝磷酸基增強(qiáng)其定向吸附性、磺化改性增強(qiáng)其抗溫性、與多烯多胺縮聚增強(qiáng)其疏水性等,最終在實(shí)驗(yàn)室合成了快速鉆井液處理劑(KSAJ)?？焖巽@井液技術(shù)在吐哈、塔里木、青海、華北、新疆、吉林及遼河等油田的37口井進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明:在不改變鉆井參數(shù)和鉆井井身結(jié)構(gòu)的條件下,泥頁(yè)巖、砂泥巖井段能夠提高機(jī)械鉆速18%以上,并有效地提高了井壁穩(wěn)定,減少起下鉆過(guò)程中的阻卡情況。4.2氧化錳鉆井液配方四氧化錳密度大(4.8g/cm3)、粒徑小、顆粒呈球形。由于球形顆粒的粒間摩擦很小,塑性黏度大幅度降低。雖然四氧化錳的密度比重晶石大得多,但其顆粒的尺寸卻比重晶石小得多,這意味著這些顆?？梢员蝗踅Y(jié)構(gòu)的鉆井液所支撐,同時(shí)在較低的屈服值下不會(huì)發(fā)生沉降。采用四氧化錳作為加重劑配制了四氧化錳鉆井液。將新研發(fā)的鉆井液與傳統(tǒng)鉆井液(即氯化鉀、碳酸鈣、重晶石鉆井液,甲酸鉀、酸鈣鉆井液)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行性能比較測(cè)試。鉆井液的現(xiàn)場(chǎng)配方如下:1)碳酸鈣/重晶石鉆井液的配方:0.8桶水+0.01gal消泡劑(1bbl=42.02gal=115.6271L)+1.0黃原膠+6gal淀粉+0.75bl聚陰離子纖維素聚合物+41.0bl氯化鉀+0.5bl氫氧化鉀+0.25bl石灰+205bl重晶石+15.0bl碳酸鈣(細(xì))+5.0bl碳酸鈣(中)+0.75bl亞硫酸鈉。2)碳酸鈣/甲酸鉀鉆井液的配方:0.14桶水+0.86桶甲酸鉀+0.01gal消泡劑+0.5黃原膠+6gal淀粉+5.0bl聚陰離子纖維素聚合物+1.0bl純堿+0.5bl碳酸鈉+7.0bl碳酸鈣(細(xì))+3.0bl碳酸鈣(中)+0.75bl亞硫酸鈉。3)四氧化錳鉆井液的配方:0.822桶水+0.01gal消泡劑+1.5黃原膠+6gal淀粉+1.25bl聚陰離子纖維素聚合物+41.0bl氯化鉀+0.5bl氫氧化鉀+0.25bl石灰+205bl四氧化錳?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試顯示,當(dāng)四氧化錳鉆井液在300℉下老化16h后,其塑性黏度、屈服值以及降濾失性均沒(méi)有發(fā)生改變。尤其是加入陰離子纖維素聚合物后,四氧化錳鉆井液體系具有更加穩(wěn)定的流變性和降濾失性。四氧化錳鉆井液的降濾失性與碳酸鈣/重晶石鉆井液相當(dāng),均高于甲酸鉀鉆井液。但流變性更好,可使井筒內(nèi)部環(huán)境更加穩(wěn)定,加快了鉆速節(jié)省了深井鉆探的時(shí)間和開(kāi)支。四氧化錳鉆井液達(dá)到了Unayzah-B氣藏所需密度要求同時(shí)保護(hù)了儲(chǔ)層,是在傳統(tǒng)鉆井液基礎(chǔ)上改進(jìn)后更適合于Unayzah-B氣藏的鉆井液體系。4.3陽(yáng)離子型表面活性劑在過(guò)去的50年里,工業(yè)上主要依靠改性的有機(jī)黏土在非水基鉆井液中提供黏度和懸浮性,然而,隨著環(huán)境法規(guī)的限制,用作黏土添加劑的傳統(tǒng)的季銨鹽由于對(duì)環(huán)境污染較大,因此被禁止使用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,雖然許多化合物都可以用作黏土添加劑,但只有少數(shù)生物可降解的季銨鹽滿足環(huán)境要求。這類(lèi)季銨鹽與傳統(tǒng)的季銨鹽特性相似,但這種季銨鹽表面活性劑具有酰胺鍵,可以作用于黏土表面與鉆井液形成絡(luò)合物,從而提供黏度和懸浮性。其結(jié)構(gòu)式如圖2所示。這里M-是一種負(fù)離子,比如氯離子、硫酸甲酯基、溴離子、醋酸根離子、碘離子;R1是一種具有10個(gè)或更多碳的飽和烴基;R2、R3和R4是相同或不同的烴基,比如甲基、乙基或苯基,x大于或等于1。這種陽(yáng)離子表面活性劑在有氧條件下被微生物分解為更小的化合物,通常是二氧化碳和水。因此使用這種有機(jī)物不會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成危害。用可降解的季銨鹽替代傳統(tǒng)的脂肪族表面活性劑,同時(shí)也減少了對(duì)不分解黏土的使用,防止了它們對(duì)環(huán)境的污染。新型改進(jìn)有機(jī)質(zhì)黏土的成分為:季銨鹽(占該有機(jī)質(zhì)黏土質(zhì)量的30%～50%)、幾種不同類(lèi)型的黏土(膨潤(rùn)土、蝕變輝石和凹凸棒石)以及不飽和二甲基脂肪銨和甲基苯基脫氫脂氯化銨。4.4防塌水基鉆井液體系隨著鉆井液技術(shù)進(jìn)步,瀝青類(lèi)、腐殖酸類(lèi)和聚合物類(lèi)泥頁(yè)巖抑制劑用量逐年增加,但幾乎沒(méi)有新泥頁(yè)巖抑制劑的研發(fā)報(bào)道。直到21世紀(jì)初,才出現(xiàn)了泥頁(yè)巖抑制劑乙基葡萄糖苷和胺基抑制劑SIAT的相關(guān)報(bào)道。趙素麗等人將淀粉在酸性條件下水解成葡萄糖,加熱使葡萄糖溶解于乙醇并在催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng),得到粉末狀乙基葡萄糖苷。在室內(nèi)考察了其作為鉆井液處理劑的應(yīng)用性能。塔河油田水敏地層巖屑在4%黏土漿中于80℃滾動(dòng)16h后,加有2%乙基葡萄糖苷的黏土漿中巖屑的回收率由之前的22.2%提高到72.9%;巖粉壓片在5%乙基葡萄糖苷水溶液中的膨脹率小于10%KCl溶液中的膨脹率;同時(shí)乙基葡萄糖苷的加入也使巖粉壓片在聚合物溶液中的膨脹率大幅度降低。乙基葡萄糖苷與水基鉆井液處理劑配伍性好,對(duì)油氣層無(wú)損害,能抗150℃高溫,可用來(lái)配制中深井防塌水基鉆井液體系。屈沅治在實(shí)驗(yàn)室合成了胺類(lèi)抑制劑SIAT,合成路線如圖3所示?？疾霺IAT的抑制作用、鉆屑回收率及其配伍性能,發(fā)現(xiàn)有機(jī)抑制劑SIAT分子對(duì)膨潤(rùn)土有很好的抑制作用,這是因?yàn)镾IAT抑制劑分子中極性大的胺基易被優(yōu)先吸附,與水分子爭(zhēng)奪黏土顆粒上的聯(lián)結(jié)部位,從而減少泥頁(yè)巖的水化膨脹,而且SIAT相對(duì)分子質(zhì)量小,能嵌入黏土層間,阻止水分子的進(jìn)入;SIAT在鉆屑上有很強(qiáng)的吸附作用,熱滾后的鉆屑形狀完好,回收率高;與鉆井液配伍性好,不改變鉆井液流變性。4.5磺化鉆井液劑合成及抗溫性能分析楊澤星等人以苯乙烯磺酸鈉(SSS)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)為單體,采用過(guò)硫酸銨—亞硫酸鈉氧化還原體系作引發(fā)劑,硫代乙醇酸為分子量調(diào)節(jié)劑,運(yùn)用水溶液聚合法合成出鉆井液高溫保護(hù)劑(GBH)。按照配方4%基漿+2%SF+8%SPNH+1.0%GBH配制鉆井液,在220℃下熱滾16h后,發(fā)現(xiàn)熱滾前后鉆井液的流變性和API濾失量變化幅度不大,高溫高壓濾失量?jī)H為14mL。說(shuō)明GBH對(duì)磺化鉆井液處理劑有協(xié)同增效的作用,提高了鉆井液整體抗溫性能。高溫保護(hù)劑研究成功后,先后在吉林油田長(zhǎng)深5井、新疆油田莫深1井上得到成功應(yīng)用,抗溫能力超過(guò)200℃。5泥漿餅的鉆孔和去除技術(shù)5.1溶液黏彈性表面活性劑清除水平井和多分支井的鉆井液泥餅是一項(xiàng)艱巨的工作。可以使用機(jī)械(注水)和化學(xué)方法(酸、氧化劑和酶),但這些方法都存在局限