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国内外钻井完井液技术新进展 邱正松石油大学（华东）泥浆研究室国家211工程井壁稳定实验室,目录 一、概述 二、“钻井完井液系统工程技术”新概念 三、井壁稳定技术研究新进展,国内外钻井完井液技术新趋势,一、概述 随着当代油气勘探开发技术的不断发展，特别是复杂地层深井超深井以及特殊工艺井油气钻探技术，对钻井完井液提出了更高的要求。钻井完井液技术在钻探中的重要地位更加显著，已被国内外油公司决策者们公认为是油气钻探中的“血液”，是核心技术之一。“钻井完井液系统工程技术”概念的形成，标志着钻井完井液技术进入了一个全新更高层次的发展阶段。,近来国外Shell、Amoco、Agip等投入了大量的人力和资金，围绕着“安全、健康、高效”这一技术发展主题，主攻目标：满足复杂条件钻探技术油层保护油气录井与评价环保要求，提高油气勘探开发综合效益等 开展大量应用基础理论和新技术研究，取得了研究新成果和应用新技术，在很大程度上体现出21世纪钻井完井液技术蓬勃发展的总趋势。,钻井液井壁稳定技术方面：总趋势：部门协同、化学/力学等学科交叉，由单因素向多因素耦合模拟 宏观评价分析向微观机理、由定性向定量化 由静态向动态过程与控制、研究方法新突破,“压力传递”（PT）等模拟实验新技术的建立，突破了泥页岩极低渗透率和非理想膜效率定量测定等实验技术“瓶颈”问题，使钻井液/井壁岩石间的作用本质和井壁稳定机理研究引向深入，钻井液物理化学/力学耦合研究技术的运用，使合理泥浆密度与防塌钻井液体系的协同优选。笔者提出:以阻缓压力传递和滤液侵入为首要前提、标本兼治、“多元协同”防塌新原理；,值得注意：当孔隙压力传递作用显著时，只靠提高钻井液密度，不一定有利于井壁稳定，有时会实得其反。近年来，新研制成功了聚合醇润滑防塌剂、多元醇成膜防塌剂、乳液大分子包被剂、和稀硅酸盐强化防塌等水基防塌钻井液新体系，以及适应于极复杂地质条件下的、环保性能优良的第二代合成基钻井液新体系 国外新报道无渗透（漏）环保型钻井液完井液新体系等。随钻岩屑分析检测评价技术有了新进展。,油气层保护:多个环节的系统工程技术问题。传统的1/3架桥暂堵原则发展为1/22/3基本原则，对于非均质性强的储层，特别强调对渗透率贡献较大的孔径应实施有效的暂堵。提出并开展了广谱暂堵型钻井完井液技术研究工作；,研究表明裂缝油层和低渗气层存在应力敏感性损害，气层也存在水锁损害；对裂缝油气层和疏松高渗高孔油气层须加入纤维状暂堵剂才能实施有效暂堵；加入合适的表面活性剂能有效降低低渗油气层水锁损害；“白色”无机正电胶以及改进型的“黑色”有机正电胶钻井完井液受到重视研制成功了甲酸盐钻井完井液等新体系。,值得注意，在不断研究发展暂堵技术的同时，重视易清除内外泥饼暂堵层实用新技术的研究开发 一方面，正在积极探索研究易清除泥饼的钻井完井液新体系；一方面，开发物理法和化学法清除泥饼暂堵新技术。,物理法：高压水射流深射孔、射流空化噪声冲击法和超声波法等；化学法：化学溶解、酸化处理、氧化降解、酶降解等新方法。酶降解法与低浓度酸液后处理相结合的双级解堵法，能同时解除聚合物和固相对储层的损害。可以预见，化学法和物理法有机结合，不仅能完全解除油层损害，而且有望进一步提高储层原始渗透率，发展前景广阔。,在钻前油层损害预测分析技术方面，由储层岩心和流体分析资料进行不连续预测，向综合利用储层岩心流体资料与地震、测井、地质等信息资料相结合，进行连续纵横预测技术方向发展。,另外，欠平衡钻井保护油层技术的运用:针对具体情况，优选基液密度、加入减轻剂、发泡或充气等手段，研制出较低密度的液相、气液混相（如泡沫、充气）钻井液体系及其配套应用技术，但钻井完井液高温高压密度特性和流变性问题研究尤为重要,抗高温抗盐抗钙钻井液添加剂的研制开发 复杂超深井：钻井液技术研究的关键。AMPS系列聚合物;羧甲基磺化酚醛树脂（多功能微凝胶聚合物类）抗温（180-200度）抗盐钙联合污染钻井液高温高压降滤失剂(SD-101、SD-102)。多功能防塌降粘降滤失剂（SD-201、SD-202）,大位移井：钻井液的携岩能力、摩阻性能、防塌防漏以及保护油气层性能；分枝井：分叉部位的井壁稳定问题、携岩性能、油层保护性能等技术问题。,在防漏堵漏技术方面:随钻剪切敏感型堵漏体系 预置WSS固壁液堵漏防漏技术等。但是,防漏堵漏研究方法和模拟实验装置的不完善,钻井液固控技术(关键)关系到控制流变性和滤失造壁性、预防井下复杂情况、减轻固相油层损害、提高钻井速度和效益。新一代“干式”震动筛，震动筛向三层、四层方向发展，筛布目数可高达180目；采用预绷紧模块粘结筛布，局部破坏可以修补更换，寿命长；处理量高达3m3/min，分离效果更好，钻井液损失更少,新设想:钻井完井液化学作用提高钻井速度的新方法受到重视(-改善射流、软化),探井钻井液录井新技术受到重视 岩屑定量荧光录井新技术研究;钻井液逸出气体对气测录井影响的模拟实验基础研究取得了新进展.今后应同时加强对录井无干扰的钻井完井液添加剂的研制和开发。,环保意识的加强和环保法规的日趋严格:钻井完井液环保技术研究迫在眉睫，国外钻井液生物毒性评价实验方法和标准较为完善。研究集中在两个主要方面：一是：研制开发环保型钻井完井液添加剂与体系（治本）二是：废弃钻井液无害化处理实用技术,计算机在钻井完井液配方、性能优化设计、复杂情况的预测、监测和控制等方面的应用 随着技术的进步，未来将朝着“闭环自控泥浆系统”方向不断发展，最终实现现场泥浆配制、性能监控以及调整和维护的全自动化。,二、“钻井完井液系统工程技术”概念的形成，标志着进入了一个全新更高层次的发展阶段。,钻井液技术从满足单一钻井工程需要，发展成保护油气层、提高油气产量、及时发现和正确评价油气层、提高油气勘探开发综合经济效益、满足环保要求等多方面，要求：多功能一体化钻井完井液新技术，形成并提出了“钻井完井液系统工程技术”概念，,钻井完井液技术在油气勘探开发中越来越受到重视。复杂地质条下深井、特殊井钻探技术的进步，在很大程度上取决于钻井完井液技术水平的提高。,总之，应加强高层次技术人员的培养，加大技术和科研投入，制定长期技术发展规划。为更好地适应钻井完井液系统工程技术不断发展的需要，借助国外先进管理经验和作法，建立技术研究、技术服务、市场开发一体化的专业化钻井液技术公司（队伍）新体制。,三、井壁稳定技术研究新进展 国内，石油大学（华东）泥浆研究室研究成功了我国首台大型钻井液/泥页岩耦合作用模拟实验装置（SHM仪），各种先进实验研究手段有机结合，使研究技术切入点更加准确而深入，由耦合宏观研究逐渐发展为宏观与微观耦合研究，并朝钻井液化学、岩石力学、渗透力学和热力学等更多学科耦合研究方向发展。,第一、钻井液/井壁间的压力传递和滤液侵入作用 压力传递实验证明，虽然泥页岩具有极低的渗透率（10-6-10-12D），但压力传递和滤液侵入现象仍然存在。压力传递作用引起近井壁地带孔隙压力提高，降低泥浆液柱压力对井壁的有效力学支撑作用，不利于井壁稳定，特别对火成岩等裂缝性发育及其他破碎性地层，问题更加突出。滤液侵入还能引发水敏性泥岩地层井壁水化失稳。盐膏层溶解等,第二、滤液侵入，引发泥页岩地层水化效应：水化应力/膨胀引起：导致井壁应力状态变化本构关系乃至强度准则的改变岩石力学参数的改变等(盐膏层溶解等),第三，井下液柱压力对井壁的有效力学支撑作用 有效封固井壁，阻止孔隙压力传递，是有效提高井下力学支撑井壁作用的基本前提，确保井壁力学稳定 有的学者指出，就钻井液防塌机理而言：首要的是阻止孔隙压力传递，抑制水化效应是第二位的。,钻井液物化-力学耦合防塌新原理 通过“压力传递”模拟实验研究，结合井壁稳定性化学-力学耦合作用理论分析，笔者归纳提出了广义的：“物化封固-抑制水化-化学反渗透-有效应力支撑”这一标本兼治、“四元协同”钻井液防塌新原理。,“物理化学封固”作用：即物理封堵和/或化学胶结加固井壁两种作用。不仅强调物理封堵作用,而且开始重视固壁剂的化学胶结加固井壁作用，对缝隙发育和破碎性易塌地层尤为重要。硅酸盐类固壁剂重新引起关注，形成了稀硅酸盐防塌泥浆体系，具有物理封堵和化学加固井壁双重防塌作用，能降低井壁渗透率、阻止压力传递，而且抑制水化能力较强，改善泥页岩膜效率，可望发展成为一种能取代油基钻井液的高效水基防塌钻井液体系。,“抑制水化”：优选抑制剂，减少水化应力，抑制水化分散，阻缓水化。研究结果表明，抑制剂不能将泥页岩水化应力降为零，泥页岩水化在前，抑制剂作用在后，抑制作用是有限度的；一般抑制剂有最佳使用浓度，有时过高反而不利于井壁稳定；阴离子、阳离子的协同抑制作用受到重视。聚合醇与无机盐复配使用抑制效果更佳。,“化学反渗透”防塌作用：指通过调节钻井液水活度和改善泥页岩膜效率，化学渗透压部分抵消井下水力压差孔隙压力传递和滤液侵入作用，甚至使地层水流向井眼内部，促进井壁稳定即实施水活度差诱导的“化学反渗透”防塌措施,“有效应力支撑井壁”作用：井壁力学稳定的必要条件。确定坍塌压力和破裂压力时，应考虑孔隙压力传递、水化应力、岩石力学参数变化等影响。加强封固，阻缓孔隙压力传递，是提高井下液柱压力对井壁有效力学支撑作用的前提。对缝隙发育或破碎地层而言，封固造壁能力差，孔隙压力传递作用显著时，只靠提高钻井液密度，不一定有利于井壁稳定。由于密度提高，井眼压力增加，加剧水力压差驱动下的孔隙压力传递和滤液侵入，进而降低对井壁的有效力学支撑作用，也能引发更严重的水化作用。,总之，针对油田具体复杂地层失稳机理，运用标本兼治的化学/力学耦合“多元协同”防塌新原理，研制开发环保型仿油基钻井液的水基高效防塌剂和新体系，是防塌技术未来发展的主攻方向。,压力传递规律与渗透率的确定：建立PT实验新技术是研究关键。在PmP0水力压差驱动下孔隙压力传递使下游压力随时间提高。,SHM装置结构组成：五部份,由HPT测定泥页岩渗透率：已知P上，测得DP，则P下=P上-DP：,（k渗透率；-钻井液流体粘度；-流体静态压缩率，4.510-5atm-1；V-下游封闭体积（约为12.57cm3）；A-岩样横截面积，cm2；L-岩样长度，cm；Pm，Po-分别表示试液压力和孔隙压力（此处Pm为P上,Po为P下）；P(L,t)-岩样下端t时刻的压力）,由OPT实验测定页岩膜效率：根据泥页岩膜效率定义：,（P理论，P实际分别表示泥页岩的理论渗透压和实际渗透压）,PT实验目的和意义 开展S/M作用机理以及防塌剂和体系评价提供实验手段。PT又可分为HPT和OPT两种具体实验方法（模拟！）。压力传递实验基本原理见图3-2所示：,