高温水基钻井液研究及应用进展

向地球深部进军是我国必须要解决的战略性科技问题,深部钻探是精准探测地球深部的直接手段。随着探测地球深度的增加,深部钻探工程面临着更加复杂的高温高压钻进环境,对高温钻井液的性能提出了更高的要求。近年来,高温钻井液取得了快速发展,国外的高温钻井液抗温能力已超过260℃,而国内高温钻井液技术也在加速发展,目前仍以“三磺”、“聚磺”体系为主,抗高温能力在240℃左右。本文在对比国内外高温水基钻井液进展的基础上,分析总结了国内外主流高温处理剂及高温水基钻井液的种类、功能与工程应用情况,探讨了其在工程应用中存在的问题以及未来的技术发展方向等。提出了未来国内深部钻探高温钻井液面临的关键问题及优先发展方向,主要有研制与优化耐260℃以上高温的处理剂与钻井液体系、开发配套耐高温仪器与系统、控制经济成本以及保护生态环境等方面,将为我国未来实施的万米深地钻探工程奠定技术基础。     

深部地质钻探钻井液使用的认识与思考

深部地质钻探,钻遇地层复杂多变,对钻井液和工艺方法等要求更加严格。在分析深部地质钻探面临的技术难题的基础上,结合目前施工中存在的主要问题,从孔内安全与工艺方法的关系、处理复杂地层的方法、孔壁稳定周期、孔内复杂情况综合治理等方面,提出了相关意见和建议,可供深孔施工中借鉴和利用。     

深部地质钻探钻孔结构设计与施工分析

根据长期深部钻探施工经验,分析了深部地质钻探钻孔结构设计的主要依据和原则,通过典型深孔钻孔结构设计与实施的案例,总结了几种钻孔结构实施程序：（1）在地质预测与实际相差不大的熟悉工区,根据经验有针对性地选择钻孔结构进行施工的按设计施工法;（2）在不能预测下部地层复杂情况的条件下,采用探索、扩孔并根据实际调整钻孔结构的探索施工法;（3）利用大口径尽可能向下钻进的充分施工法等。通过实际案例分析,为深孔、超深孔钻探钻孔结构设计与施工提供一定的经验参考。     

中国深部岩心钻探钻井液技术应用现状及研究方向的探讨

出于深部找矿与科学钻探的需要,岩心钻探由浅孔向深孔迈进,钻遇易坍塌地层、硬岩地层、高温高压地层、盐膏层等复杂地层的几率增加,从而对深部取心钻进钻井液技术提出了更高的要求。在总结各类深部复杂地层取心钻进钻井液使用现状的基础上,分析并归纳了强抑制防塌钻井液、强润滑减阻钻井液、高温钻井液、饱和盐水钻井液、高密度钻井液的研配要点及难点,提出了针对性钻井液体系的性能调控思路以及研究重点,为深部岩心钻探钻井液体系选用提供借鉴依据及参考。     

深部地质钻探孔内钻杆动力响应特性研究

深部地质钻探时,钻杆受力条件复杂,振动形式多变且剧烈.为认识钻杆的动力学特征,减少钻杆失效风险,提高钻进效率,建立了仅考虑纵向振动和扭转振动耦合作用下的深部地质钻杆动力学分析模型,并推导了钻杆固有振动频率公式,在此基础上,借助ANSYS软件进行仿真分析.研究成果表明:在纵向(扭转)振动下,随着模态阶数的增加,钻杆的轴向...     

天津地热井钻探用钻井液

天津地区的地热田多为中低温型，地温梯度为2.5～5℃／100m。目前钻探和开采的深度为2000m以浅。依据天津地区地热地质条件和地热井钻探施工的特点对钻井液有如下要求。     

深部地质钻探钻柱失效行为分析

国家的“三深一土”规划确定全面开展深地探测,而在深地探测中钻柱是最重要的连接纽带,其长期在充满钻井液的井眼内工作,受力十分复杂,且受腐蚀、磨损、温度等影响,极易发生钻柱失效事故,造成重大经济损失。研究发现,振动是引起钻柱失效的主要原因,但是深部地质钻探中除了振动引起钻柱失效外,还包括钻柱质量因素、人为因素、钻井质量、套管下入因素、测斜因素以及钻井液因素引起的钻柱失效,本文针对这些影响因素提出了对应的预防措施。同时随着地质钻探井深的不断加深,地质钻探钻柱动力学研究会变得越来越重要,这就需要地质钻探人员在充分考虑地质钻探钻柱失效影响因素的前提下,加大对地质钻探钻柱动力学的研究,以更好地保证深部地质钻探的顺利进行。     

钻 井 液 优 化 设 计 系 统

根据钻井液设计要求，用基于范例推理(CBR)和规则推理(RBR)方法完成钻井液的设计。这两种方法并用，能克服各自缺点，很好地完成钻井液的优化设计。     

定北区块抗高温钻井液体系优化

定北区块储层深埋温高导致常规钻井液体系失效且复杂情况多发,研制一套抗高温钻井液体系已成为解决定北区块钻井复杂情况多发的重要途径。总结分析定北区块钻遇复杂情况及钾铵基钻井液体系性能测试结果,明确了钻井液优化方向——抗高温抑制性、稳定性、降滤失性和封堵能力。针对目前现场常用多种抗高温钻井液处理剂开展了流变性、滤失性、封堵性、润滑性等性能测试实验,优选SMC和SPNH作为抗高温降滤失剂、KCl和聚胺作为抗高温抑制剂、HQ-10作为抗高温封堵剂、白油及石墨作为抗高温润滑剂、SF-1作为抗高温稀释剂,并得出最佳土粉含量为4%,最终得到了抗高温钻井液体系配方。室内性能评价实验表明,该抗高温钻井液体系在180 ℃热滚72 h后粘度、切力及失水仍满足设计要求,且抗NaCl及CaCl2污染分别达到10%和4%,储层岩心伤害渗透率恢复值可达80%以上。定北抗高温钻井液配方的形成将为定北区块安全高效钻进提供保障。     

叶舞凹陷ZKX井深部盐层钻井液技术研究

叶舞凹陷ZKX井位于叶县盐田范围内,该钻探的目的是河南叶舞凹陷盐矿的普查,该井设计井深2630 m,在2000～2400 m连续取心,主要钻遇以泥页岩、砂岩、含盐膏层及盐岩为主的沉积岩地层,钻进过程中存在防塌、护心、井壁稳定等方面的问题和难点。针对ZKX井的钻井难点,在钻井液体系优化的基础上,根据不同地层分别采用了防塌钻井液体系、欠饱和盐水钻井液体系和饱和盐水钻井液体系,解决了水敏性泥页岩钻进的防塌及盐岩地层连续取心的钻井液技术难点,探索出了一套适用于盐膏层取心钻进的低成本钻井液技术思路。     

地质岩心钻探冲洗液固控系统及配套工艺研究

针对地质岩心钻探用液动潜孔锤、孔底动力钻具等钻探新技术、新方法、新工艺和新工具对冲洗液性能的更高要求,并结合现场需求,研制了地质岩心钻探冲洗液固控系统。整个系统配置泥浆清洁器、离心机二级净化设备,满足地质岩心钻探工艺需求;系统采用模块化集成设计,具有较强的适应性,搬迁方便、安全可靠。     

高性能水基钻井液体系研制与应用

针对水平井施工中井眼净化、井壁稳定、润滑防卡、保护油气层等技术难题,研制了高性能水基钻井液体系。通过对抑制剂、包被剂、降滤失剂等处理剂的优选,最终确定了高性能水基钻井液体系的配方,对该钻井液体系配方进行各项性能实验表明,该钻井液体系性能稳定,具有较强的抑制性、润滑性、抗污染性和油气层保护能力,在苏德尔特油田的苏平5井现场应用中井壁稳定,起下钻无阻卡现象,取得了非常好的施工效果。     

铝合金钻杆的优越性及在地探深孔中的应用前景

在归纳铝合金钻杆众多优点的基础上,介绍铝合金钻杆与钢接头的连接方式、过盈配合,举例分析铝合金钻杆可显著减少深孔钻进大钩载荷、转盘扭矩和泵压损失的效果,探讨了铝合金钻杆在地探深孔中的应用前景。     

聚合物钻井液在河北广宗勘探区深孔施工中的应用

在河北广宗勘探区深孔施工中,由于地表钻探用水水质影响及原钻井液体系不合适,造成钻井液性能指标达不到要求,性能难以控制,尤其失水量严重超标,接连发生孔内事故。针对存在的问题,经过分析和实验,采用化学方法处理钻探用水,选用聚合物钻井液,解决了深部钻孔施工存在的难点,收到了较好的效果,单孔深度达到1937.35m,并刷新了本单位及局属单位的钻探记录。     

庐枞盆地科学深钻ZK01孔流体包裹体研究

砖桥科学深钻ZK01孔位于庐枞盆地中部,孔内自上到下包括第四系砾石层(0~17m)、砖桥组火山-沉积岩系(17~1488m)、正长岩(1488~1848m)和二长岩(1848~2011.95m)四个岩性段。钻孔深部(1500~1900m)的正长岩和二长岩内发育强烈的热液蚀变及铀钍矿化(钛铀矿、铀钍矿),向上(300~1580m)蚀变逐渐减弱并伴有磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿化。详细研究表明,流体活动包括五个阶段,即Ⅰ绿色电气石+钾长石+硬石膏阶段,Ⅱ粉红色电气石+硬石膏+铀钍矿化阶段,Ⅲ黑色电气石+硬石膏+磁铁矿化+铀钍矿化阶段,Ⅳ硬石膏+黄铁矿+黄铜矿阶段,Ⅴ石膏+方解石+石英阶段。电气石、硬石膏和石英中流体包裹体可划分为富液相(L型)、富气相(V型)、含子晶(S型)三种类型,其中S型流体包裹体中子矿物主要为石盐和钾盐。第Ⅰ阶段均一温度峰值为540~560℃,盐度峰值由高盐度和低盐度两部分组成,分别为65%~70%NaCl eq和0~5%NaCl eq;第Ⅱ阶段均一温度峰值为320~340℃,盐度峰值为0%~5%NaCl eq;第Ⅲ阶段均一温度范围为380~400℃,盐度峰值为0%~5%NaCl eq;第Ⅳ阶段均一温度峰值为240~260℃,盐度峰值为0~5%NaCl eq;第Ⅴ阶段均一温度范围为160~180℃,盐度峰值为0%~5%NaCl eq。根据成矿阶段沸腾包裹体群估算的成矿深度约0.73km左右,显示庐枞盆地自铀钍矿化成矿以来剥蚀作用不强,指示庐枞盆地存在较好的矿床保存条件。深部钻孔内成矿流体性质、温度范围与庐枞盆地内其他矿区类似,为庐枞盆地成矿流体系统的一部分。庐枞盆地成矿流体系统成矿流体演化过程中发生过多次沸腾,沸腾所引起的物理化学状态的改变可能是导致区域矿床矿质迁移与沉淀的主要因素之一。     

钻探工程废弃钻井液处理技术及进展

介绍了国内外废钻井液处理方法的发展现状,研究了废弃钻井液对环境的危害和影响,阐述了坑内填埋、固液分离法、固化处理、循环使用以及几种特殊的钻井液处理技术。在此基础上,提出了一些建议,如开发新型环保钻井液和钻井液添加剂;加强固控,减少废钻井液的排放;综合开发利用如微生物法等新技术等,为其他类似区域钻井工程的环境保护提供参考。     

兰渝铁路深孔钻探沉渣处理

孔内沉渣厚时会造成下钻不到底或埋钻事故,严重影响钻探的正常进行。介绍了兰渝铁路工程地质勘察孔深850m的西秦岭3号孔沉渣处理过程,总结出一些在破碎地层沉渣事故处理的经验和措施,为类似事故提供借鉴。