超低渗透钻井液作用机理及其应用研究

摘要

随着深层油气钻探技术发展，钻遇地层更复杂多样，往往裸眼井段也越来越长，对钻井液提出了更高的要求。本文结合中国石油化工集团公司重点课题，在深入探讨超低渗透水基钻井液作用机理的基础上，研究开发出超低渗透剂YHS-1以及超低渗透钻井液体系。超低渗透钻井液主要利用界面化学原理，能在井壁表面形成超低渗透性薄膜，阻缓或防止钻井液进入地层，该密封膜的独特性在于它的可逆性，即在负压条件下，密封膜容易脱离井壁岩石表面，对储层伤害较轻。可主要用于解决复杂多压力层系易发生的井漏、卡钻、坍塌和油层损害等共存的技术难题。 本文采用化学合成法研制出主要的超低渗透处理剂YHS-1，并实现了工业化生产。通过显微实验测得，该剂的水溶液具有球状胶束结构，其粒径分布较均匀，粒径范围在610-660nm；该超低渗透处理剂具有较强的封堵孔隙和承压能力。 自主研制了GA型超低渗透钻井液砂床滤失仪，并建立了测定超低渗透钻井液体系的滤失方法，该方法能够监控滤液在地层的渗滤情况，所承最高压力达到3MPa；自主研制了多功能岩芯流动实验仪，并建立了渗透率恢复值、岩芯滤失以及承压强度的测定方法，用以研究其承压机理和油层保护机理；自主研制了WSM-01型高温高压井壁稳定模拟装置，用以研究超低渗透钻井液体系的防塌性能和防塌机理。 借助可视砂床渗透实验、压力传递实验、吸附实验、泥饼显微照相技术以及承压实验，探讨了超低渗透钻井液作用机理。（1）保护油气层作用机理：超低渗透钻井液通过在井壁表面形成致密的超低渗透封闭薄层（膜），能有效封闭渗透性地层和微裂缝泥页岩地层，实现接近零滤失钻井，且封闭层位于岩石表面，易于清除，可显著减小钻井液对储层的损害，有利于保护油气层；（2）防塌作用机理：当超低渗透钻井液开始向页岩地层渗透时，聚合物胶束参与在孔喉处形成超低渗透封闭膜，阻缓或阻止滤液侵入引起的水化膨胀和分散；另一方面，该体系本身具有良好的页岩抑制性，即使少量进入也不会引起页岩的严重分散膨胀，有助于井壁稳定；（3）防漏作用机理：超低渗透钻井液能够有效提高地层承压能力，阻缓压力传递和滤液侵入，也能有效防止井漏的发生。 在单剂优选的基础上，利用正交实验得出了超低渗透钻井液优化配方，结合油田不同地层条件，已完成了203口井的现场试验与应用，取得了较好的勘探开发效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

创新点摘要

第一章引言

1.1课题研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1封堵和油层保护技术发展现状

1.2.2当前油层保护和堵漏技术的局限性

1.2.3超低渗透钻井液的提出及其优点

1.3本文研究主要内容

第二章超低渗透钻井液评价方法研究

2.1注射器测试法

2.2 API滤失仪(砂床)测试法

2.3可视中压砂床滤失仪测试法

2.3.1预防砂层被流体破坏措施

2.3.2砂粒的粒度选择

2.3.3仪器安装操作方法

2.3.4实验步骤

2.3.5平行实验与误差分析

2.4高温高压砂床滤失仪评价方法

2.4.1实验步骤

2.4.2平行实验与误差分析

2.5 GA型超低渗透砂床滤失仪的研制

2.6多功能岩心流动实验测试方法

2.6.1注入系统

2.6.2储液系统

2.6.3污染釜(不锈钢)和夹持器(抗高温橡胶)

2.6.4控温系统

2.6.5控制流程

2.6.6磁力驱动搅拌系统

2.6.7加压及压力监控系统

2.6.8计量系统

2.6.9数据采集处理系统

2.6.10系统软件

2.7压力传递实验方法

2.7.1压力传递实验的意义及原理

2.7.2压力传递实验装置

2.8本章总结

第三章超低渗透处理剂研究

3.1超低渗透剂研制思路

3.2超低渗透主剂的研制

3.2.1具有成膜效果的双亲聚合物的研制原则

3.2.2超低渗透主剂的研制

3.3超低渗透辅剂的优选

3.3.1提高地层稳定能力的惰性材料研究

3.3.2提高地层抗压能力的活性矿物研究

3.3.3超低渗透剂YHS-1产品制备

3.4超低渗透剂的性能评价

3.4.1 YHS-1的微观结构分析

3.4.2 YHS-1与FLC2000产品粒度分布对比

3.4.3常规性能分析

3.4.4砂床滤失性能对比

3.4.5抗压性能对比

3.5本章总结

第四章超低渗透处理剂的作用机理研究

4.1吸附机理研究

4.2成膜机理研究分析

4.2.1扫描电镜分析

4.2.2高清晰电子成像分析(岩芯端面)

4.3油气层保护机理探讨

4.3.1超低渗透钻井液砂床实验

4.3.2封闭膜清除实验

4.3.3渗透率恢复实验

4.4防塌作用机理实验研究

4.4.1防塌剂作用机理

4.4.2页岩分散抑制实验

4.4.3页岩膨胀抑制实验

4.4.4超低渗透膜封堵实验

4.4.5阻缓压力传递性能研究

4.5防漏作用机理探讨

4.6本章总结

第五章超低渗透钻井液体系配方优化研究

5.1配伍处理剂研选

5.1.1润滑剂优选

5.1.2增粘聚合物优选

5.2体系配方及其性能评价

5.2.1配方优选

5.2.2体系性能评价

5.3本章总结

第六章超低渗透钻井液体系现场试验与应用

6.1工业生产中试及室内评价

6.1.1超低渗透处理剂YHS-1工业生产中试基本工艺流程

6.1.2 YHS-1中试产品室内评价

6.2现场试验与应用

6.2.1超低渗透钻井液在胜科1井中的先导性试验

6.2.2超低渗透钻井液在新疆车排子地区的应用研究

6.2.3超低渗透钻井液在渤930井的应用研究

6.2.4超低渗透钻井液在永920区块的应用

6.2.5超低渗透钻井液在草4区块应用

6.2.6超低渗透钻井液在史南油田的应用

6.3本章总结

结论与建议

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

作者简历