钻井液与完井液杂志

钻井液与完井液杂志2021年第4期

• 磁流体在钻井液与完井液中的应用前景

  光新军

  磁流体是一种智能材料，既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，在汽车、机械、建筑、航空等领域得到了广泛应用，在油气工程中也显示了较好的应用前景。介绍了磁流体及其在油气工程中的应用优势，在调研国内外磁流体在钻井液与完井液应用的基础上，分析了其在智能钻井液、固井水泥浆、压裂液裂缝监测、压裂暂堵转向剂、提高油气单井产量等方面的应用前景，指出了现场应用的关键技术，包括磁流体流变机理、磁流体体系制备与修饰工艺、磁流体性能参数优化和磁流变井下控制装置等。研究结果能为我国油气工程领域应用磁流体提高油气勘探开发效益，降低作业成本提供借鉴和思路。

• 油包水型乳状液高温稳定性

  刘刚,姜超,李超,刘雪婧,杜娜,侯万国

  研究了2种乳化剂RHJ-Ⅰ和RHJ-Ⅱ的油/水界面活性及温度的影响。以国产合成油为基础油，25% CaCl2水溶液为水相，并添加Ca(OH)2制备了油包水（W/O）型乳状液，考察了体系组成、老化处理温度和静置温度等对其稳定性的影响，探讨了稳定机理。结果表明，所研究的乳化剂可显著降低合成油/水界面张力，在油/水界面形成黏弹性界面膜。所制备的W/O型乳状液具良好的分散稳定性，RHJ-Ⅰ和RHJ-Ⅱ复配具协同增稳效应。乳状液经高温（180和232 ℃）老化处理后，其稳定性明显增强，缘于乳化剂与Ca(OH)2作用形成“有机Ca(OH)2”，从而增强乳状液的高温稳定性。水/油比在1∶9～5∶5范围内增大，稳定性明显增强。

• 干热岩抗高温环保水基钻井液体系

  刘畅,许洁,冉恒谦

  传统能源储量日益减少，干热岩类新型能源的开发变得尤为重要。然而干热岩井底温度较高、井深较深且存在造斜井段、其周边有自然保护区，对钻井液的高温稳定性、环保性有着严格的要求。如果能设计高效的抗高温钻井液体系，将会对干热岩的开发起到事半功倍的效果。因此对30余种处理剂进行常规性能测试与热滚老化实验，通过控制变量、正交实验等方法，根据干热岩特征对钻井液的组分、含量进行设计筛选，得到一套干热岩抗高温钻井液体系，并对该体系在不同温度、密度、老化时长的条件下进行抗温性能测试。实验结果表明，该钻井液体系在240 ℃高温下依然有较好的高温稳定性；该体系采用聚合物类处理剂，其内部形成的网架结构稳定，不易被高温破坏，同时针对地层特点而设计的泥饼薄且有韧性、对井壁侵蚀性较小；除此之外还采用了白色无污染原材料，不含磺化、油基成分，性能环保，对周边环境污染性小。

• 高密度油基钻井液降黏剂及其现场应用

  明显森,陶怀志,陈俊斌,罗陶涛

  高密度油基钻井液稠化的主要原因之一是钻井过程中劣质固相的侵入，特别是低密度固相含量的不断增加。劣质固相经过油基钻井液中的润湿剂、乳化剂作用后使其具有了一定的活性，增强体系的网架结构，导致钻井液的黏度和切力上涨。以月桂酰胺、硬脂酸酰胺和芥酸酰胺为原料，按照质量比1∶2∶1合成了分子链中具有可吸附胺基、酰胺基的多元活性基团的降黏剂CQ-OTA。降黏评价实验表明：CQ-OTA能够将固相含量为48.5%高密度稠化油基钻井液的塑性黏度降低25.0%，静切力降低60.0%，其在油基钻井液中的推荐加量为0.5%～1.5%；在威202HX平台现场应用，能够改善油基钻井液的流变性，提高劣质固相容量限，塑性黏度由53.0 mPa·s下降至40.0 mPa·s，10 min静切力由23 Pa下降至14.5 Pa，保证了高密度油基钻井液顺利钻至目的井深，提高了高密度油基钻井液重复使用效率，降低了钻井成本。

• 深水窄密度窗口地层封堵承压钻井液技术

  李中,陈浩东,刘和兴,吕开河,白英睿

  针对深水地层压实程度低、钻井液安全密度窗口窄、易导致井漏的技术难题，以烯类单体、大分子交联剂及层状结构硅酸盐矿物等为主要原料制备了柔性颗粒封堵剂，以此为基础构建了深水抗高温封堵承压水基钻井液。室内实验证明，柔性颗粒封堵剂韧性好，抗温达160 ℃，在10%盐水中性能稳定，对渗透性岩心、裂缝及砂床均具有良好的封堵效果，显著提高承压能力；构建的深水抗高温封堵承压钻井液160 ℃老化前后流变性能稳定，黏度和切力合适,4 ℃与25 ℃下的动切力比值小于1.35，具有显著的低温恒流变特性，封堵后岩心的渗透率接近于零，承压能力达11 MPa,抗膨润土粉及氯化钠污染的能力强,保护储层效果良好，岩心渗透率恢复率大于90%。该深水抗高温封堵承压水基钻井液在南海陵水区块进行了现场应用，提高了易漏地层的承压能力，承压能力提高6～11 MPa，确保了复杂井段的钻井安全。

• 一种两性离子聚合物凝胶微球的制备与封堵性能

  刘锋报,闫丽丽,倪晓骁,蒋官澄,崔鑫,王建华

  针对油基钻井液封堵性不足的难题，以N,N-二甲基丙烯酰胺（DAM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和二烯丙基二甲基氯化铵（DMDAAC）为单体，以N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，采用悬浮聚合法合成了一种两性离子聚合物凝胶微球。采用核磁共振氢谱对凝胶微球进行了分子结构表征，并考察了单体投料比、交联剂加量、乳化剂加量等对凝胶微球粒径与封堵性能的影响规律，最终将单体投料比优选为DAM∶AMPS∶DMDAAC=7∶1∶2，MBA加量优选为单体总质量的0.2%，乳化剂加量优选为单体总质量的3%，得到的凝胶微球平均粒径在22 μm左右。在油基钻井液中评价了微球的封堵性能，结果表明，凝胶微球在油基钻井液中的适应性良好，能够在高温下封堵尺寸为5～150 μm范围内的漏缝，效果优于氧化沥青与细目碳酸钙，是一种高性能的微米级封堵剂，具有较好的现场应用潜力。

• 一种页岩气疏水强封堵水基钻井液

  康圆,孙金声,吕开河,刘敬平,张文超,滕宇翔,修卓洋,黄宁

  四川龙马溪组页岩地层水敏性强、微裂缝及裂缝发育，钻井过程中井壁坍塌事故频发，严重制约了页岩气的高效开发。为解决上述难题，引入了一种既能抑制页岩水化膨胀与分散，又能封堵孔隙、微裂缝及裂缝，同时使页岩表面疏水的改性二氧化硅封堵剂。并以该封堵剂为核心，优选降滤失剂、润滑剂等，研制了一种疏水强封堵水基钻井液。该钻井液既具有良好的流变性、降滤失性，又具有优异的抑制、封堵、疏水和抗污染能力。该钻井液的页岩回收率达90.2%，对40～60目砂床渗入深度仅为1.5 cm，密度为2.2 g/cm3时高温高压滤失量为7.2 mL。

• 一种环保油基钻井液体系

  刘永峰,张伟国,狄明利,陈斌,左坤,汪顺文,可点

  针对目前油基钻井液存在因所含矿物油和处理剂的生物毒性大，而被限制或禁止排放的问题，制备出生物毒性低的油基钻井液基油，合成高效低毒的一体化乳化剂和新型高凝胶改性有机土，并对钻井液处理剂及加量进行优选，最终形成了一套环保型油基钻井液体系。该钻井液体系的生物毒性LC50达到15 000 mg/L以上，生物可降解性好；体系的流变性良好，破乳电压达到800 V以上，高温高压滤失量小于6 mL；钻井液体系能抗5%石膏、5%钻屑和15%盐水污染；该油基钻井液应用性良好，油水比可在60/40～90/10的范围内调节，密度可在1.25～2.0 g/cm3范围内调节，抗温可达220 ℃，高温稳定性良好。研究结果表明，环保型油基钻井液具有低毒环保、可降解等优势，抗污染、抗高温、稳定性强、可调节范围广，完全可满足较复杂地层和环境保护要求高区块对钻井液的要求。

• 微泡沫流体失稳形式及其机制分析

  杨倩云,王宝田,杨华,赵怀珍

  以实验为基础，观察了微泡沫流体3种失稳形式：析液、沉降或两者同时存在，研究了微泡沫体系的黏度和切力、稳泡剂分子量、搅拌速度、温度、Na+和Ca2+等对失稳形式的影响，并对比各失稳状态前微泡沫流体的界面膜黏度和强度，分析了其内在失稳机制，为构建抗温抗盐的微泡沫体系提供技术借鉴。总体来说，当基液黏度及动塑比低，或者稳泡介质为轻质凝胶时，微泡沫流体失稳表现为析液；当基液稳泡介质密度高，或凝胶分子量过高致使束缚自由水增多，造成液膜厚重时，微泡沫体系失稳表现为沉降；而经不同高温老化或者被不同浓度金属离子污染情况下，失稳表现形式可能是析液和沉降兼有。

• 鄂尔多斯盆地富县区块强抑制强封堵防塌钻井液技术

  陈晓华,邱正松,冯永超,暴丹

  针对鄂尔多斯盆地富县区块井壁失稳技术难题，从复杂地层的矿物组成、微观结构和理化性能角度，揭示了富县区块刘家沟组、石千峰组和石盒子组井壁失稳机理。泥岩中黏土含量较高，地层孔隙、裂缝发育，为泥页岩水化提供了空间。结合“多元协同”井壁稳定理论，提出“物化封堵/固结井壁阻缓压力传递—加强抑制黏土水化性能—合理密度支撑井壁”的防塌钻井液技术对策。通过单剂优选和配方优化，构建了适用于富县区块的强抑制强封堵防塌钻井液体系，该钻井液体系流变性良好，高温高压滤失量仅为8.4 mL，抑制防塌、封堵能力强，滚动回收率大于90%，400 μm裂缝承压能力达到6 MPa，储层保护性能良好。现场应用表明，新研制的强抑制强封堵钻井液体系能有效控制刘家沟组、石千峰组和石盒子组等地层的缩径、坍塌，显著降低了井径扩大率，提高了机械钻速，无井下复杂事故发生，为保证富县区块“安全、高效”的钻井施工提供了钻井液技术保障。

• 桥接堵漏材料及其配方粒度分布预测新方法

  朱金智,任玲玲,陆海英,吴晓花,王贵

  准确快速预测堵漏材料及其配方粒度分布是桥接堵漏配方数字化、智能化设计的关键。针对现有桥接堵漏材料及其配方粒度分布的实验测试法和粒度分布函数方法的不足，提出了基于分段三次Hermite插值方法的桥接堵漏材料及其配方粒度分布的表征及快速预测新方法。基于单一桥接堵漏材料粒度分布实测数据，对比分析了新方法与常用粒度分布函数方法对堵漏材料粒度分布表征的适用性；提出了新方法预测了不同堵漏配方的粒度分布，并利用实测数据验证了新方法的可靠性。结果表明，相较于常用粒度分布函数方法，基于分段三次Hermite插值法的新方法对桥接堵漏材料配方粒度分布的表征更加准确；堵漏配方的预测累积粒度分布曲线与实测数据高度吻合；新方法不需要预先设定粒度分布函数形式，且适用于具有多峰粒度分布的颗粒物料，新方法可用于预测不同配比颗粒混合物的粒度分布。

• 吉林油田长探1井三开钻井液技术

  刘腾蛟,于洋,曾祥禹,尚旺涛,王禹,徐永强,王清林

  长探1井是部署在松辽盆地南部长岭断陷神字井洼槽哈尔金构造上的一口风险探井，完井井深为5400 m。为解决该井三开井段中存在的井底温度高、设计密度低、火成岩地层坍塌掉块、二氧化碳侵等技术难点。经室内研究形成了一套抗温200 ℃、高温流变性好、封堵性强、有一定抗污染能力的抗温防塌水基钻井液体系，该钻井液利用磺酸盐共聚物降滤失剂的高温护胶作用提高了体系的抗温和抗污染能力，通过纳米二氧化硅提高了体系的流变调节和封堵能力。在现场应用中，该钻井液具有良好的高温稳定性，抑制了火成岩井段地层坍塌，高温流变性良好，解决了井底火成岩掉块携带问题；同时该体系具有较好的抗污染能力，在被二氧化碳污染后，仍具有较好的性能，且易于处理。该井顺利完井，期间无任何事故复杂发生，创松辽盆地南部长岭地区地层埋藏层位最深记录。

• 自修复油井水泥石力学性能与微观结构

  刘仍光

  关于自修复剂掺入水泥浆后对水泥石力学性能及微观结构的影响研究较少。自修复乳液掺量分别为0%、5%、10%、15%和20%，液固比均为0.44，各水泥浆试样在90 ℃水浴中养护3 d。结果表明，自修复乳液的掺入，降低了水泥石的弹性模量，随掺量的增加，水泥石的弹性模量降低较显著；自修复水泥石的强度高于普通水泥石，掺量较小时抗压强度更高，掺量较大时，抗折强度增幅更大。自修复乳液改变了水泥水化产物Ca(OH)2晶体的微观形貌，使其不再呈叠片状堆积，而是乱向、松散分布且晶体形貌不规则，自修复胶粒沉淀分布于水化产物凝胶网络结构之间。自修复乳液降低了水泥石的孔隙率，增加了水泥石的平均孔径和最可几孔径。

• 水性低伤害悬浮降阻剂体系的研究与应用

  王鹏祥,张祥枫,张丹丹

  为了解决聚合物降阻剂粉末在现场应用中存在的水化时间长、溶解效果差等问题，同时避免现有现场用油性悬浮体系环保性差的缺陷，研发了一种以有机醇为溶剂的新型水性低伤害悬浮降阻剂体系，并对滑溜水体系的综合性能进行了室内和现场应用评价。结果表明，聚乙二醇200为最佳悬浮溶剂，当触变剂PR与CQ2720用量分别为1.5%时，体系具有最好的悬浮稳定性，在悬浮体系稳定中两者存在协同增效作用。增加0.5%助分散剂MR312后悬浮降阻剂体系常温静置30 d无沉降，体系黏度稳定在177 mPa·s。悬浮降阻剂体系遇水均匀分散，所配制滑溜水澄清透明，表观黏度可控，降阻率大于70%。在阳101H1-1井的压裂施工中降阻剂分散均匀无结块、起黏迅速，返排液易处理，环境伤害小，环保效果显著。

• 顺北油田抗超高温柔性胶粒修井液

  康红兵,牛骋程,贾虎,高定祥,代昌楼

  针对顺北高温油气井常规增黏型修井液易降解的难题，基于高分子柔性胶粒分散-降解-提黏-稳黏理论，研发了抗180 ℃ 高温柔性胶粒修井液体系，该修井液动力黏度在20～140 mPa·s范围可调，密度在1.0～1.3 g/cm3可调，实现了固相与无固相加重。明确了修井液在不同温度下的黏度变化规律，高温180 ℃ 高温老化1 d后黏度明显高于传统黄原胶体系，表现出良好的稳黏性能，该修井液对铝合金材料的腐蚀速率不超过2.22 g/(m2·h)，并且携砂效果显著。该研究对顺北高温油气井安全高效修井作业具有一定指导意义。