超低渗透钻井液提高地层承压能力机理研究

超低渗透钻井液提高地层承压能力机理研究

井漏是钻头过程中常见的故障之一。特别是在开挖过程中，当压力衰竭、裂缝发育、破碎或微结合不良、低渗和储存层以及复杂粘土和多压力层系统的地层时，尤为突出。中国西部深井钻井过程中同一裸眼井段往往穿越多套压力层系,东部钻调整井时由于注水地层压力系统遭到破坏,井漏以及因井漏导致的井下复杂情况相当严重,井漏已成为制约提高钻井速度的技术瓶颈之一。提高地层承压能力是解决井漏问题的主要手段,因此,探讨提高地层承压能力的技术、方法及其机理对于提高钻井速度,减少因井漏带来的经济损失,特别是对储层的损害具有重要的意义。1实验部分1.1岩心充压能力在高温高压岩心降滤失仪器中把岩心装入高温高压岩心夹持器中,加热至需要温度,将配制好的钻井液加入钻井液杯中,开冷凝器,手压泵加压至0.7MPa,开平流泵加压至4.2MPa,30min后,读取接液杯中的滤失量。如果没有滤失量,待高温高压岩心夹持器冷却后,取下岩心,量取滤液进入岩心的深度。把测定岩心滤失量后的岩心取下,轻轻刮下岩心表面的滤饼,重新装入岩心夹持器中,把钻井液杯中的钻井液换成清水,加压,开启平流泵,逐渐加压直至滤液接收杯中有液滴流出时,此时平流泵压力即为岩心的承压能力。室内配制聚合物钻井液,加入零滤失井眼稳定剂JYW-1,在高温高压条件下进行侵入岩心深度实验以及在清水流速为1.0mL/min时测定刮下岩心表面的滤饼前后的岩心最高承受压力实验,结果见表1,基浆配方如下。1#4%膨润土+0.5%FA367+0.8%NPAN+0.3%XY27+1%FT-1+0.3%CSW-1实验结果表明,随JYW-1加量的增加,岩心滤失量降低,泥饼、岩心的承压能力大幅度提高。现场应用中零滤失井眼稳定剂JYW-1能提高漏失压力和破裂压力梯度,扩大安全密度窗口。1.2晶桃壳岩心政策在配制好的基浆中,分别加入JYW-2及其它处理剂,水化3～4h,装入DLM-01型堵漏装置中,按照其操作规程,测定钻井液在不同温度下封堵裂缝的程度及最高承压力,结果见表2,配方如下。2#1#+15%重晶石3#2#+1.5%JYW-24#2#+2.0%JYW-25#2#+2.5%JYW-26#3#+1.5%核桃壳(0.9～2.0mm)7#3#+1.5%核桃壳(2.0～3.2mm)8#3#+1.5%核桃壳(0.9～3.2mm)9#4#+2.0%核桃壳(0.9～4.0mm)10#4#+2.0%核桃壳(0.9～2.0mm)由表2看出,JYW-2能有效封堵微裂缝及裂缝,提高岩心承压能力。加入1.5%JYW-2后钻井液能封堵小于1mm的裂缝,抗温达150℃;对于2mm以上的裂缝,用适量的JYW-2配合粒径大小合适的核桃壳等架桥粒子,就能达到堵漏效果,抗温达150℃,而仅用核桃壳无法达到堵漏效果。1.3储层地层显微封装加入JYW-2前后钻井液滤液进入岩心深度与时间的关系见图1。由图1看出,钻井液滤液进入岩心深度是时间平方根的函数,而超低渗透钻井液进入岩心深度不是时间平方根的函数。该钻井液在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵膜,有效封堵不同渗透性地层,在井壁表层地方很快形成渗透率为零的封堵层。在很短的时间内钻井液滤液进入岩心深度达到一个定值且滤液进入岩心深度很浅。1.4巷道表面形态表征在高温高压条件下做钻井液中加入JYW-2前后岩心滤失量实验,然后,将岩心去泥饼、切去0.5cm岩心,用扫描电镜(SEM)对内部结构进行扫描放大分析研究。表面形态是采用二次电子图像进行观察研究的,配合能谱和波谱研究岩心切面的结构组成,结果见图2～图6。由图2～图6看出,超低渗透钻井液在井壁岩石表面浓集形成胶束,依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性,封堵岩石表面的孔喉,在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵膜,有效封堵不同渗透性地层。在进入地层浅层的孔喉通道中迅速形成凝胶状的封堵膜薄层(见图4),形成了渗透率为零的封堵层。2零滤失井眼剂超低渗透钻井液提高地层承压能力机理是利用特殊聚合物处理剂,在井壁岩石表面浓集形成胶束,依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性,封堵岩石表面较大范围的孔喉,在井壁岩石表面形成致密超低渗透封堵膜,有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层。同时在井壁表层很快(形成井壁的同时)形成渗透率为零的封堵层。在井壁的外围形成保护层,钻井液及其滤液不会渗透到地层深处,可以实现接近零滤失。零滤失井眼稳定剂通过在井壁表面形成超低渗透膜及在进入地层浅层的孔喉通道后迅速形成凝胶状的封堵膜薄层,形成渗透率为零的封堵层,大幅度提高了岩心承压能力。超低渗透钻井液胶束在弱地层原生的裂缝处形成一个屏障,膨胀变大限制渗透,在摩擦力大于井眼压力处的深度时,薄片吸入液体后膨胀,在漏失处锁住堵漏材料,压力从颗粒中挤出滤液。在钻井施工过程中,由于井壁对钻具会产生各种摩擦力,这些摩擦力通过钻杆而形成过平衡压力,过平衡压力又通过钻杆施加于井壁上。如果无法减弱和消除对地层的平衡压力,会造成井壁坍塌和钻井液严重滤失。该钻井液具有完美的封堵性能,它可将过平衡压力消除到零,压力不被传送到地层,通过有效地封堵地层,则钻具不会由于过平衡压力而冲击井壁。在这种情况下,由过平衡压力产生的摩擦力被削减到零,故而不会造成井壁坍塌和钻井液严重滤失。3超高压渗透钻井液应用效果1.零滤失井眼稳定剂通过在井壁表面形成超低渗透膜及在进入地层浅层的孔喉通道后迅速形成凝胶状的封堵膜薄层,形成渗透率为零的封堵层,大幅度提高了岩心承压能力。2.超低渗透钻井液通过增强内泥饼封堵强度,大幅度提高了岩心承压能力、漏失压力和破裂压力梯度,扩大了安全密度窗口,较好地解决了以往钻长裸眼多套压力层系或压力衰竭