2018/9/24,1,技术讲座,国外钻井液技术新进展,徐同台等,2018/9/24,技术讲座,2,国外钻井液技术新进展,1、防止油气层损害 20 2、井壁稳定 47 3、新型钻井液 82 4、钻井液管理97,2018/9/24,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 19,2018/9/24,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 HCl : HF12 : 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.,2018/9/24,技术讲座,5,防止油气层损害 1、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。,2018/9/24,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）PH值在34之间； 3）残余酸与粘土矿物和长石(AlSi)作用，生成铝氟化合物垢A1Fx(OH)3-x 预防：土酸中两种酸的比例要适宜，并保持低的PH值，才可以减小铝氟化合物沉淀。 处理：这类垢可用HCl除去。,2018/9/24,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CaSO4 沉淀 除垢：需用价格昂贵的螯合剂。,2018/9/24,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HagenPoiseuille定律描述。 在微腔室内，粘度曲线呈抛物线型。,2018/9/24,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110-9的微量分子含量。 干扰：流体的PH值为012，干扰参数较多；1）PH7的水溶液中所有的有机分子都具有染色性，2）沉淀： PH7，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。,2018/9/24,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：Ecopetral公司研制。 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。,2018/9/24,技术讲座,11,防止油气层损害 3、无损害钻井,NIFSM钻井液：超低固相含量(固含低于285kgm3)。 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：DWC2000TM (增粘剂)FLC2000 TM (动态降漏失剂，不是API降滤失剂)KFA2000 TM (润滑剂)。,2018/9/24,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，NIFSM钻井液可使岩石的渗透率恢复率达到90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：SPE 77189,2018/9/24,技术讲座,13,防止油气层损害 4.硬葡聚糖打开油层钻井液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。20,2018/9/24,技术讲座,14,防止油气层损害 4.硬葡聚糖打开油层钻井液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KClHMP(模拟钻屑的材料)、CaCO3NaOH， 配方差别：硬葡聚糖和黄原胶。 Clashach岩心：石英含量为95，伊利石的含量低于1，平均渗透率为493510-2 m2孔隙度为1 5，岩心用20 gL的盐水饱和，试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。,2018/9/24,技术讲座,15,防止油气层损害 4.硬葡聚糖打开油层钻井液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N2中，以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(-120)下制备试样，用电子扫描显微镜在- 100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。,2018/9/24,技术讲座,16,防止油气层损害 4.硬葡聚糖打开油层钻井液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。,2018/9/24,技术讲座,17,防止油气层损害 5、充氮泡沫钻井液5,PDVSAIntevep公司研制成功。 现场试验：在委内瑞拉西部的La Paz油田以近平衡钻井方法钻了一口斜井，目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。,2018/9/24,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311mm井段，平均机械钻速达366 mh。 密度：在初期的18288m的井段中为了达到43的造斜角，使用150K g配制液和56.63m3的氮，使其当量密度保持为0.36一0.48gcm3。 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l6673m后井斜角达39，此时钻速为1.526.10 m/h。 井塌：在井深188976m处发生井塌，为了防止井塌把当量循环密度提高到0.42一0.72gcm3，但发生了漏失。 填井侧钻：由于不能解决漏失问题，在侧钻至井深192020 m时又出现了井壁垮塌的迹象。 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5,2018/9/24,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、 NIFSM钻井液的突出特点是：超低固相含量； D、无损害钻井的限制因素是：井眼失稳。,2018/9/24,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。13 4、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311mm井段，平均机械钻速达36.6 mh。 C、当量密度低：能保持为0.36一0.48gcm3。 D、容易发生井塌、井漏。 2 3,2018/9/24,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,2018/9/24,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：岩石强度外界施加的诱导应力，井眼将是稳定的； 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： 岩石损坏程度； 受挤压岩石的体积； 钻井作业对井眼扩径及波及范围的敏感性； 井眼清洁能力。,2018/9/24,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6,2018/9/24,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： 确定欠平衡钻井的可行性；注入量和压力；确定作业参数；保证适宜的井眼清洁能力，鉴别是否达到欠平衡；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。,