《有利于提高钻井效率的低自由水钻井液和改进PEC钻井液体系研究与应用 [中海油年会].》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有利于提高钻井效率的低自由水钻井液和改进PEC钻井液体系研究与应用 [中海油年会].（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、湖北汉科新技术股份有限公司 2013年08月 有利于提高钻井效率的 低自由水钻井液和改进 型PEC体系研究与应用 2 汇 报 内 容 uu低自由水钻井液技术研究及应用低自由水钻井液技术研究及应用 pp 低自由水钻井液作用机理低自由水钻井液作用机理 pp 低自由水钻井液配套技术低自由水钻井液配套技术 pp 低自由水钻井液现场应用低自由水钻井液现场应用 uu改进型改进型PECPEC钻井液技术研究及应用钻井液技术研究及应用 pp PECPEC钻井液作用机理及有机正电胶作用的影响因素钻井液作用机理及有机正电胶作用的影响因素 pp PECPEC钻井液体系改进钻井液体系改进 pp 改进型改进型PECPEC
2、现场应用现场应用 3 一、低自由水钻井液技术研究与应用 汇 报 内 容 4 1、低自由水钻井液作用机理 l水通过各种方式（压差、渗透作用、毛管作用）进入地层，增加 孔隙压力； l水和固相进入地层后产生的堵塞、敏感性损害和水锁伤害。 水基钻井液 储层伤害 井壁稳定 本 质 常规手段降低水侵入量 （形成低渗透的泥饼以及封堵层） 各种封堵技术 （刚性、柔性、可变形 颗粒、无渗透等） 5 1、低自由水钻井液作用机理 u研究入井流体中水的存在状态，将自由水转化为束缚水实现钻井液的低自由水（ Low free water-LFW)； u使钻井液对水的束缚力增强，降低钻井液液相侵入； u改变钻井液中的水为低
3、张力、强抑制性； u降低井壁岩石对水的毛管作用，降低地层岩石的毛细管自吸水能力。 低自由水低侵入、低张力、强抑制性 减少钻井液中自由水含量 = 侵入地层水的总量降低 6 取取钻钻钻钻井液井液20ml20ml于于APIAPI失水杯中，在失水杯中，在0.7MPa0.7MPa下下滤滤滤滤失失6h6h左右，无左右，无滤滤滤滤液滴出，液滴出，记录滤记录滤记录滤记录滤 液的体液的体积积积积即即为钻为钻为钻为钻 井液中自由水的体井液中自由水的体积积积积，计计计计算自由水含量。算自由水含量。 低自由水钻井液自由水含量 1、低自由水钻井液作用机理 7 低自由水钻井液络合水能力 0 4 8 12 16 20 PE
4、MPEC PRD 低自由水 岩心吸水率（%） 岩心毛管自吸水 将干燥后的低孔低渗岩心放置16h，测定岩芯放置前后的重量，以考察岩心在不同钻井液中的自吸 水情况。 1、低自由水钻井液作用机理 8 低自由水体系特殊的束缚水作用机理表现出： n水侵入地层的驱动力减小； n钻井液滤液侵入地层的速率和总量降低； n钻井液对地层的压力传递作用降低； n优良的储层保护效果（特别是低孔低渗）。 1、低自由水钻井液作用机理 有利于井壁稳定 孔隙压力向随时间从井壁向地层扩散 9 u泥页岩井壁稳定的纳微米封堵技术 u钻井液高效深部抑制技术 u钻井液防水锁技术 2、低自由水钻井液配套技术 10 1、全岩和粘土矿物分析
5、 2、分散性和膨胀性 3、扫描电镜 4、岩屑浸泡实验 5、岩屑自吸水实验 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 1）深部硬脆性泥页岩特性分析 11 第11页 渤海地区东营组和沙河街地层安全密度范围小，易漏易垮含有 脆性泥页岩，富含微裂缝，容易破碎掉块地层倾角大，容易造成井 壁垮塌。 BZ28-1沙河街的掉块BZ28-2s-2东下段的掉块 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 12 u东海地区各层位均存在灰色、灰褐色、绿灰 色泥岩，钻井过程易出现剥落掉块、起下钻遇 阻等问题， （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 13 井号井深粘土矿矿 物 粘土矿矿物组组成 混层层比(S)(%) I/SSIKC HY
6、2-3-13651.00 54.7 77108530 HY2-3-13651.00 61.4 72912745 HY2-3-13651.00 66.4 8097440 HY2-3-13651.00 62.2 83105270 粘土矿物分析 12-1/4井段塌块矿物组分 1）泥页岩特性分析 井段 m 粘 土 矿 物 相 对 含 量 伊/蒙混 层 比 % SIKCI/SS % I % 3106.5601666721090 3092.2002179632080 3098.1202588592080 （ BZ34-6-1井） （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 14 理化性能 掉块分组膨胀率，% 30
7、min2h16h 一组合片状灰色泥岩15.7818.2219.52 一组合块状灰色泥岩17.2418.6520.67 一组合褐色泥岩21.8022.2322.17 二组合片状灰色泥岩16.1517.5520.45 二组合块状灰色泥岩19.2020.4620.70 二组合褐色泥岩16.6918.7119.39 HY2-3-1 12-1/4井段塌块 u易水化膨胀 u分散性较弱 1）泥页岩特性分析 掉块分组回收率/% 一组合片状灰色泥岩69.97 一组合块状灰色泥岩60.83 一组合褐色泥岩80.97 二组合片状灰色泥岩77.60 二组合块状灰色泥岩64.57 二组合褐色泥岩81.23 HY2-3-
8、1 12-1/4井段塌块 井号深度 m R40（%） KL10-1-1300089.4 BZ35-2-3井2638.688.8 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 15 扫描电镜 180倍下泥岩岩石致密，孔隙发育差。2556倍下伊利石粘土发育及微孔缝可见。 井深，m岩性综合描述照相内容放大倍数 2209.7泥岩岩石致密全貌，孔隙不发育180 岩石致密，少见微孔缝1600 伊利石粘土及微孔缝2556 NB13-4-2井 1）泥页岩特性分析 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 16 1）泥岩孔喉较小，孔喉半径分布范围4.0160nm。 90 %的孔隙小于100nm。 2）其中最大孔喉半径160.0
9、nm,中值孔喉半径42.5 nm，平均孔喉半径为33.8 nm。 泥岩的孔径分布 压汞法 1）泥页岩特性分析 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 17 自吸水能力强自吸水能力强 微孔缝开启加剧自吸水侵入和扩散微孔缝开启加剧自吸水侵入和扩散 泥岩 自吸水4h后的泥岩自吸水24h后的泥岩自吸水72h后的泥岩 泥岩样品（79.7761g）自吸水质量随时间变化曲线 泥岩的自吸水实验 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 18 1、泥岩粘土矿物含量高，粘土矿物以伊蒙混层为主，混层比在30%45%； 2、泥页岩易水化膨胀，分散性弱； 3、表面致密坚硬，孔隙不发育， 2556倍扫描电镜可见微孔缝； 4、泥岩孔
10、喉半径分布在4.0160nm , 90%分布在100nm以下 ； 5、泥岩自吸水可促使微孔缝开启并逐渐变大，微孔缝开启会加剧自吸水侵入 和扩散。 1）泥页岩特性分析 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 19 2）泥页岩失稳机理 泥岩微孔隙、孔缝 正压差驱动+毛管自吸+渗透压 微孔缝开启并逐渐变大 内部粘土矿物膨胀压 泥岩剥落掉块，井壁失稳 形成微裂缝、裂缝 +天然微裂缝 液相侵入加剧，孔隙压力增加 纳-微米级孔缝 4.0160nm 微米级-毫米 级孔缝 关键- 封堵纳微孔缝 纳米级微孔缝+ 微米级微裂缝 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 20 l评价方法 l封堵材料 1、纳米微孔滤膜测试技术
11、 2、泥页岩压力传递测试技术 优选纳米-亚微米级封堵材料 建立泥页岩封堵的评价方法优选了纳微米封堵材料 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 21 序号暂暂堵剂剂粒度范围围（m）粒度中值值（m）平均粒径（m） 1QCX-1（轻钙轻钙）0.1-159.64.4712.20 2WC-1（重钙钙）0.1-110.916.8522.67 4TEX（磺化沥沥青）0.1-142.07.53810.38 5DYFT（低荧荧光磺化沥沥青）0.1-229.712.0516.97 6LSF（沥沥青树树脂）0.1-209.78.16118.82 7LPF（成膜剂剂）0.1-301.836.2757.38 常规封堵材料
12、的粒径 均属于微米级 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 22 2）纳微固壁剂HGW 4）微纳米封堵技术研究 1）胶束封堵剂HSM 胶束，又称胶团，嵌段共聚聚醚高分子表面活性剂， 其形成的胶束在水溶液中可呈球状、层状、棒状，其尺 寸大小在1nm-100nm之间，胶束粒子在孔喉中相互聚集 还产生疏水胶团，能够快速封堵泥页岩纳米孔喉，阻止 钻井液中的自由水向泥页岩深部侵入。 小型 胶束 覆盖成膜憎水原理：当其覆盖在井壁岩石上面后，在压力作 用下可变形粒子紧密堆积形成一层憎水膜，阻止水对岩石的 接触，从而防止泥页岩的水化，并加固井壁，阻止钻井液冲 蚀井壁。 憎水性的微交联的丙烯酸酯微纳米乳液。乳液的
13、颗粒尺寸100nm-1000nm之间。（亚微米） （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 23 1）胶束封堵剂HSM 2）微纳固壁剂HGW 纳米激光粒度仪 （1-5000nm) 4）微纳米封堵 技术研究 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 24 纳米微孔滤膜测试评价方法 滤纸 快速：孔径为80120微米 中速：孔径为3050微米 慢速：孔径为13微米 孔径：10-150nm 纳米微孔滤膜 模拟泥页岩表面微孔隙 模拟砂岩孔隙 1、中压纳-微滤失实验 2、高温高压纳-微滤失实验 u突破传统滤纸实验； u封堵滤失介质统一； u提高实验重复性。 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 25 基础配方： 3%海
14、水土浆+0.15%Na2CO3+0.3%NaOH+0.4%PF-PLUS+0.3%PF-PAC-LV+1.0%HXY-3+2.0%PF- FLOCAT+1.5%PF-LSF+2%HCM+5%KCL+2%PF-LUBE+1%HPI 加重至1.3g/cm3 配方 热滚热滚 条件 AV mPas PV mPas YP Pa 6/3 基础础配方 滚滚前37.52413.56/5 滚滚后3221114/3 3%固壁剂HGW+ 2%胶束封堵剂剂HSM 滚滚前4026147/6 滚滚后36.52412.56/5 注：老化条件12016h （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 26 时间时间 （h ） FLHT
15、HP滤滤失量 空白 3%固壁剂HGW+ 2%胶束封堵剂剂HSM 滤纸滤膜滤纸滤滤膜 0.010.50.50.50.8 0.2533.22.62.5 0.564.44.53.6 19.85.88.25 2157.6136.2 320.29.417.67.8 425.411.220.88.8 530.213.421.89.2 635.214.622.29.5 注：滤纸HTHP: 120 3.5MPa 滤膜HTHP：80 3.5MPa 1、滤纸6h滤失降低36.9%； 2、滤膜6h滤失降低34.9%； 3、在滤纸和滤膜都具有很好的封闭性。 滤纸（砂岩孔 隙） 滤膜（泥 岩孔隙） 4）微纳米封堵技术研
16、究 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 27 u 泥页岩渗透率极低，微孔隙常被地层水充填，仅少量滤液侵入， 即可导致井壁围岩内孔隙压力显著提高； u 再叠加上“压力传递”作用，导致围岩孔压提高，降低有效应力 支撑作用，加剧井壁力学失稳问题； u 研究钻井液“液相侵入”和“压力传递”情况可反映钻井液对泥 页岩井壁封堵效果和稳定性。 5）泥页岩压力传递测试技术 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 28 技术参数： 工作压力：1000psi；温度范围：室温100C； 物模尺寸：25.4（1250）mm； 上游容器的容积：500ml*2；下游容器的容积：50ml*2； 泥页岩压力传递测试技术 （1）泥页岩井壁稳定纳微米封堵技术 29 基础配方： 3%海水土浆+0.15%Na2CO3+0.3%NaOH+0.4%PF-PLUS
