1、鉆井液完井液技術研究進展簡 介 提 綱 超高溫超深井水基鉆井液關鍵技術（863） 井壁穩(wěn)定理論與技術（CNPC扶持長期研究） 鉆井液防漏堵漏技術（CNPC、中海油服） 深水鉆完井液技術研究（863）超高溫超深井水基鉆井液關鍵技術研究 前言 膨潤土基漿高溫特性實驗分析 超高溫關鍵處理劑研制與機理探討 結論與初步認識 超高溫超深井鉆井液主要難題（結合勝科1井） 超高溫穩(wěn)定性問題突出（勝科1達240 、周期長）； 流變性及濾失性難以調控（密度高、污染重）； 復雜地層（大段鹽膏、大段泥巖等）; 往往鉆遇多套壓力層系地層，安全密度窗口窄， 塌、漏、卡等復雜情況共存，等等。深井（井深4500m）超深井（井

2、深6000m）特深井（井深9000m）1 引言2 超高溫基本特性實驗分析 溫度對膨潤土漿的影響（180 /220 /240 ） pH值對膨潤土漿的影響 （240 老化，PH影響切力大,約為 ） 膨潤土含量的影響 （ 240 老化，土含量約2.5-3.5%)3 超高溫關鍵處理劑研制與機理探索 超高溫抗鹽聚合物降濾失劑SDT-1研制 超高溫抗鹽聚合物降粘劑SDT-2研制 高溫流型調節(jié)劑SDW-1研制 現(xiàn)場應用效果 3.1 超高溫抗鹽聚合物降濾失劑SDT-1研制分子結構設計: 主鏈采用C-C單鍵 側鏈采用C-C、C-S和C-N等結構 采用數(shù)量足夠的-SO3-基和-COO-基 引入適量陽離子基團控制分

3、子量,等等. SDT-1抗溫： SDT-1熱重分析溫度對HTP-1溶液特性粘度的影響(對比國外同類優(yōu)質產品)吸附對比實驗結果 SDT-1在不同鉆井液中的降濾失效果對比評價 SDT-2分子結構設計 抗溫強吸附基團； 精確控制分子量。 實驗優(yōu)化SDT-2制備條件: 采用水溶液共聚合法 條件優(yōu)化:單體組合引發(fā)劑鏈轉移劑反應溫度時間等3.2 超高溫抗鹽聚合物降粘劑SDT-2研制 HTP-2抗溫熱重分析 HTP-2分子鏈的熱穩(wěn)定性很高，熱解溫度達330以上。 溫度對HTP-2特性粘度的影響 HTP-2 溶液抗鹽抗鈣能力評價 編號123456Cl-濃度/（g/L）090108126144162透射比/%x

4、y-28溶液98.798.496.395.795.194.6HTP-2溶液97.797.697.497.297.096.6CaCl2濃度/（mg/L）05001500250040005000透射比/%xy-28溶液98.798.598.19695.394.6HTP-2溶液97.797.697.597.397.096.7HTP-2 在鉆井液中的性能評價SDT-2加量對淡水基漿降粘效果的影響SDT-2在不同鉆井液中的降粘效果對比評價(對比國內外同類產品)3.3 高溫流型調節(jié)劑SDW-1研制與評價SDW-1對比評價實驗結果配方測試條件60063AVmPasPVmPasYPPaFL(mL)/pHHTH

5、P(mL)/pH3-1實驗井漿老化前103262451.52922.53.2/10老化后63181531.51714.54.2/9.510/9.53-1漿+1%FCLS老化前9618154832162.4/9.5老化后5310826.5179.52.4/9.013/9.03-1漿+0.3 %xy-28老化前94201674730173.0/11老化后6016143017133.4/9.512/9.03-1漿+0.15%SDW-1老化前9420164728192.4/11老化后401.51201462.0/9.510/9.0 (鹽膏層深層,淡水復合鹽水體系,高溫超高溫) 結論與認識 實驗分析了超

6、高溫(240).膨潤土含量.PH等基本因素對鉆井液性能的影響規(guī)律,為超高溫超深井鉆井液處理劑和體系配方研制打下了基礎.針對超高溫穩(wěn)定性與流變性調節(jié)等關鍵問題,研制開發(fā)出超高溫聚合物降濾失劑SDT-1.超高溫降粘劑SDT-2以及高溫流型調節(jié)劑SDW-1實驗表明,SDT-1和SDT-2兩種產品的熱穩(wěn)定性好、抗鹽抗鈣能力強?？箿啬芰_240以上。在不同鉆井液中評價結果表明，兩者的抗溫、抗鹽鈣性能優(yōu)于參評的國內外同類處理劑。勝科1井現(xiàn)場應用效果較理想.超高溫鉆井液關鍵技術有新突破.井壁穩(wěn)定理論與防塌基本原理研究 介 紹 發(fā)展趨勢 研究實驗方法（手段） 防塌基本原理（“四元”協(xié)同）1、發(fā)展趨勢 鉆井液化

7、學/巖石力學/滲流力學等 多學科交叉（耦合）及部門協(xié)作 靜態(tài)/動態(tài)過程模擬研究 （亞）微觀（物理化學/力學）2、實驗方法（手段） 研制出鉆井液化學與力學耦合模擬 實驗裝置（SHM） 實驗方法建立 壓力傳遞（POT）實驗 泥頁巖膜效率模擬測定 極低滲透率測定 水化應力測定方法（抑制微觀機理）壓力傳遞濾液傳遞3、“四元協(xié)同”防塌基本原理 歸納提煉 “四元協(xié)同”防塌基本原理（多元協(xié)同） “封/固抑制合理密度活度平衡”封/固：物理封堵與化學固結（無機或有機） （阻緩濾液與壓力兩種傳遞）（基礎性）抑制：抑制水化（膨脹壓）合理密度支撐：合理足夠，太高不一定有利活度平衡（膜效率存在下泥漿水活度與地層水） 防

8、漏堵漏技術研究防漏堵漏評價方法井漏層位判斷方法防漏堵漏劑研究堵漏劑種類較多, 沒有合適統(tǒng)一的檢驗標準。難以評價提高地層承壓能力，技術瓶頸之一不能模擬漏失狀況，實驗誤差大、重復性差等 防漏堵漏室內評價方法研究 1、HTHP動態(tài)堵漏模擬實驗裝置研制序號名稱技術參數(shù)1系統(tǒng)耐壓40MPa2工作壓力040MPa3圍壓040MPa4工作溫度室溫1805剪切速率01000s-16流量范圍010mL/min7實驗巖心直徑38mm，長度38-90mm8裂縫模擬塊直徑38mm，縫寬15mmHTHP堵漏模擬實驗裝置主要技術參數(shù)主要特點 a. 多種功能 動態(tài)、靜態(tài)堵漏效果，封堵后的承壓能力。 b.模擬條件更接近井下實

9、際條件 模擬典型遼河漏失介質、壓差、剪切速率。 c. 操作較簡單3、化學類堵漏劑（如凝膠及凍膠等）評價儀3、化學類堵漏劑（如凝膠及凍膠等）評價儀器封堵實驗結果封堵前巖心滲透率10-3m2封堵后巖心滲透率10-3m2封堵后巖心承壓能力MPa887.530.56.8823.929.36.5857.128.96.34. 抗（擠）壓強度測定儀自制封堵抗（擠）壓強度測定儀（模擬組合裂縫、溫度、壓差等） 漏失層位判斷方法研究 準確確定漏層十分關鍵, 尚靠經驗, 漏層識別首先應解決的技術難題。 因復雜，難度大，以往研究報道少四、漏失層位判斷方法研究 -立壓變化法判斷漏層方法井漏后，漏層以上因流量減小而使壓耗

10、減小，導致立壓發(fā)生變化， 立壓變化值與井漏位置和漏失大小有關（單一漏層）。四、漏失層位判斷方法研究 -立壓變化法判斷漏層方法井漏層位確定軟件系統(tǒng)主要功能為確定井漏層位，具有文件建立、文件查詢、文件修改、計算、幫助、退出六大功能。 綜合法判斷漏層方法基本原理1、井漏原因分析 井眼壓力大于臨界漏失壓力 。 地層壓力(+流體流動阻力)（具有天然漏失通道地層） 地層的破裂壓力（不具有天然漏失通道地層）臨界漏失壓力 2、關鍵壓力確定鉆井液靜液柱壓力沿程循環(huán)壓耗波動壓力泥漿的靜切力 泥漿的粘滯力管柱慣性力 堵口管 開口管 開口堵口管開泵 堵口管關泵 開口管關泵 井眼壓力（1）井眼壓力（2）地層壓力 2、關

11、鍵壓力確定（1）井眼壓力 （靜液柱壓力、沿程循環(huán)壓耗、波動壓力） 安德森（Anderson）提出的地層破裂壓力預測公式 2、關鍵壓力確定 （3）破裂壓力 3、地層基本特性分析（分層與漏失通道） （1）滲透性地層特性分析孔隙度確定滲透率確定 （2）裂縫性漏失地層裂縫特性分析 （裂縫產狀、裂縫孔隙度、裂縫張開度、滲透率） 4、實施步驟 確定采用漏失臨界壓力判定準則 利用測井資料預測地層壓力或破裂壓力 分析預測井眼壓力 結合地層物性或裂縫特性，用專用軟件系統(tǒng)，確定井漏層位和漏失發(fā)生的可能性。 （五）新型防漏堵漏劑開發(fā)超低滲透防漏堵漏劑（成膜防堵） 自適應防漏堵漏劑（適應性拓展）延遲膨脹堵漏劑（“四維

12、”堵漏）自膠結化學堵漏劑（具有滲透性） 1、超低滲透處理劑及自適應防漏堵漏劑 橋接堵漏劑是目前應用最廣泛、成本較低的堵漏材料。橋接堵漏劑以架橋充填理論為支撐，需要根據(jù)漏層裂縫或孔隙尺寸的大小，選擇合理的堵漏劑顆粒尺寸分布。 （1）常規(guī)橋接堵漏劑存在問題 由于受地層非均質性等因素的影響，漏層的裂縫或孔隙尺寸分布范圍寬，且很難準確掌握。 常規(guī)橋接堵漏劑封堵范圍窄，一定尺寸分布的堵漏劑只能封堵特定尺寸分布的漏層。 橋接堵漏劑難以理想匹配封堵！ 1、超低滲透處理劑及自適應防漏堵漏劑 基本思路 若能研制出一種新型的防漏堵漏劑，能在一定范圍內適應不同尺寸或形狀的孔隙或裂縫，即具有自適應封堵特征，將在一定程

13、度上克服傳統(tǒng)橋接堵漏劑對漏失通道尺寸的依賴，有利于提高防漏堵漏的成功率。超低滲透處理劑及自適應防漏堵漏劑 1、超低滲透處理劑及自適應防漏堵漏劑 （1）超低滲透處理劑研制超低滲透處理劑封堵機理分析 超低滲透處理劑膠束封堵層作用機理示意圖 （1）超低滲透處理劑研制 超低滲透處理劑研制 表3-4 性能對比實驗配方AVmPasPVmPasYPPaFLmL侵入深度cm基漿2%SDN-112.593. 5156.1基漿2%FLC200017.5143.51210.1 （2）自適應防漏堵漏劑研制 自適應防漏堵漏劑材料組成 膠束聚合物彈塑性材料填充加固材料 材料組成 （2）自適應防漏堵漏劑研制 彈/塑性顆粒封

14、堵機理分析 彈/塑性顆粒的膨脹擠壓充填承壓作用機理 （2）自適應防漏堵漏劑研制 彈/塑性顆粒膨脹擠壓充填承壓圖4-2 彈性顆粒的擠壓變形及擴張充填封堵機理 （2）自適應防漏堵漏劑研制 自適應防漏堵漏劑研制 在對彈性材料、膠束聚合物和填充加固材料進行制備或優(yōu)選的基礎上，通過正交實驗，優(yōu)選了具有自適應特性的自適應防漏堵漏劑SDZ-1和SDZ-2。 SDZ-1中的彈塑性材料顆粒尺寸較小，SDZ-2中的彈塑性材料顆粒尺寸較大，在鉆遇漏失不嚴重的地層時，建議使用SDZ-1；在鉆遇漏失較為嚴重的漏失地層時，建議使用SDZ-2。 （3）超低滲透處理劑和自適應防漏堵漏劑性能評價表3-6 對鉆井液性能影響配方鉆

15、井液AV/mPasPV/mPasYP/PaFL/mLpH1井漿38.527.511.04.092井漿+2%SDN39.028.510.53.593井漿+2%SDZ-140.029.011.03.294井漿+2%SDZ-241.029.511.53.59 （3）超低滲透處理劑和自適應防漏堵漏劑性能評價表3-8 對巖心封堵效果序號鉆井液濾失量/mL承壓能力/MPa濾液侵入深度/cm1基漿251.05/2基漿+0.5%SDN03.671.313基漿+1.0%SDN07.480.984基漿+1.5%SDN08.640.805基漿+2.0%SDN09.510.716基漿+0.5%SDZ-104.961.

16、117基漿+1.0%SDZ-108.530.788基漿+1.5%SDZ-109.920.709基漿+2.0%SDZ-1010.960.6510基漿+0.5%SDZ-204.381.1211基漿+1.0%SDZ-207.770.8512基漿+1.5%SDZ-209.420.7313基漿+2.0%SDZ-2010.450.65 （3）超低滲透處理劑和自適應防漏堵漏劑性能評價 表3-10 自適應防漏堵漏劑對裂縫的封堵效果序號鉆井液裂縫寬度/mm濾失量/mL承壓能力/MPa1基漿0.5全漏02基漿+2%SDZ-10.5508.523基漿+3%SDZ-10.5319.424基漿+2%SDZ-11907.

17、525基漿+3%SDZ-11697.936基漿+2%SDZ-122242.757基漿+3%SDZ-121983.348基漿+2%SDZ-20.5608.459基漿+3%SDZ-20.5459.2310基漿+2%SDZ-21727.7211基漿+3%SDZ-21368.5612基漿+2%SDZ-22957.1413基漿+3%SDZ-22697.682、抗擠延遲膨脹堵漏劑 (1)合成：功能高分子設計原理和方法 延遲膨脹堵漏劑是以丙烯酰胺為基礎原材料，選用具有疏水性的有機化合物為交聯(lián)劑，以化學共價鍵組成大分子交聯(lián)網(wǎng)絡，用雙交聯(lián)方法制備出互穿網(wǎng)絡聚合物型吸水膨脹材料，用現(xiàn)有聚合方法得到粒狀固體聚合物，

18、達到具有延遲膨脹性、較大膨脹量和較高強度的功能性堵漏材料。 （2）作用機理（“四維”堵漏） 延遲膨脹彈塑性顆粒進入后“膨脹充填擠緊承壓” （延時適當溶脹與抗擠強度高）2、延遲膨脹堵漏劑 （3）性能評價2、延遲膨脹堵漏劑 圖3-19 SDS-606在不同溫度下的體積膨脹規(guī)律 （3）性能評價 2、延遲膨脹堵漏劑表3-38 體膨型顆粒堵漏效果評價配方中壓砂層濾失/cm(mL)10-20目5-10目基漿+ 5%堵漏劑8cm120ml基漿+ 3%堵漏劑+ 2%SDS-606(0.5-2mm)4.5cm7.0cm基漿+ 5%堵漏劑6cm全漏基漿+ 3%堵漏劑+ 2%SDS-606(0.5-2mm)4.0cm7.4cm 3、自膠結化學堵漏劑研制 化學堵漏劑存在問題： （1）水泥漿不容易在漏失通道滯留，被地層水稀釋后性能發(fā)生變化， （2）樹脂使用溫度范圍窄。 （3）滲透性低不利于保護儲層。3、自膠結化學堵漏劑研制 （1）自膠結化學堵漏劑制備 選擇多種無機和有機材料為原料，在一定溫度下燒制，將產物磨細至所需粒度，并添加一定的添加劑，即得顆粒間接觸面自膠結加固化學堵漏劑。3、自膠結化學堵漏劑研制 （1）自膠結化學堵漏劑性能 3、自膠結化學堵漏劑研制 3、自膠結化學堵漏劑研制 圖5-11 化學堵漏劑固結體穩(wěn)定性能評價3、自膠結化學堵漏劑研制