钻井液滤失性
第四章钻井液的滤失性
第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素
一、滤失量的测定
钻井液滤失量的测定包括静滤失和动滤失，静滤失量的测定通常采 用API测试，测试装置主要有低温低压滤失仪和高温高压滤失仪两种，高 温高压滤失仪又分为42型（3.5MPa/150℃）和71型（180℃）。动滤失量 的测定仪器较多，但没有统一的评价标准，钻井液滤失量的研究与测定 主要为静滤失量。
前面讲粘土胶体化学时，我们讲过，粘土颗粒在水中分散，表面吸附
了一层水化反离子，形成了吸附溶剂化层，所以沉积过程中携带着吸附水
（水化膜）一起沉积。
所以：
f sm hmc A V f f schmc A
可以推出：
hmc
A
f smV f f sc f sm
第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素
另外，我们认为在渗滤期间，在任何时间t 内，渗滤体积Vm 的钻井液中被过滤的固相体积等于沉积在泥饼上的固相体积（与 动滤失的区别）：
所以：
f smVm f schmc A
其中： f sm —钻井液中的固相分数；
f sc —泥饼中固相的体积分数
第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素
反之
K
QL
APt
＝10-8cm2=达西（μm2）
第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素
在这些假设的基础上，根据达西渗透定律，可以推导出泥饼
的滤失速率方程
其中：
dVf KAp
dt hmc
（1）
dV f dt
—滤失速率，cm3/s；Vf—滤失体积，即滤失量，cm3；t—滤
《钻井液的滤失性》课件
3
同时，加强与其他领域的合作与交流，促进钻井 液技术的不断创新和发展，为石油工业的可持续 发展做出更大的贡献。
THANKS
05 案例分析
案例一：某油田的钻井液滤失性问题
背景
某油田在钻井过程中遇到了钻 井液滤失性过高的问题，导致 钻井效率低下，增加了钻井成
本。
问题分析
通过分析，发现该油田地层复 杂，存在大量微裂缝和孔隙， 导致钻井液滤失性过高。
解决措施
采用低滤失钻井液，优化钻井 液配方，降低滤失性。同时， 加强钻井液维护，定期检测滤 失性。
04 如何降低钻井液的滤失性
选择合适的钻井液
总结词
选择低滤失量的钻井液是降低滤失性 的关键。
详细描述
根据地层特性和钻井工程要求，选择 具有低滤失量、良好抑制性和优良润 滑性的钻井液，可以有效降低滤失性 。
控制钻井液的粘度
总结词
适中的粘度可以降低滤失性。
详细描述
粘度过高会导致滤失量增大，粘度过低则不利于携带岩屑和稳定井壁。通过调整钻井液的粘度，可以降低滤失性 。
调整钻井液的pH值
总结词
适当的pH值可以降低滤失性。
详细描述
在一定范围内，提高钻井液的pH值可以降低滤失量，但过高的pH值可能导致钻井液性能不稳定。因 此，需要根据实际情况调整pH值。
控制钻井液的密度
总结词
合理的密度可以降低滤失性。
详细描述
密度过高可能导致滤失量增大，密度 过低则不利于控制压力和稳定井壁。 通过合理控制钻井液的密度，可以降 低滤失性。
效果评估
经过改进，该油田钻井液滤失 性明显降低，提高了钻：某钻井液滤失性的成功降低
背景
某油田在钻井过程中遇到了钻井液滤 失性过高的问题，导致钻井效率低下 。
第四章 钻井液的滤失和润滑性能
b、滤失压差
Vf
A
2Kp
f sc f sm
1
t
从公式可以推出，钻井液的滤失量与滤失压差的平 方根成正比，即如果泥饼不可压缩，压差增大，滤失 量增加。但是泥饼具有压缩性，渗透率降低，所以滤 失压差对钻井液滤失量的影响是一分为二的，具体哪 个因素对钻井液的滤失量影响更大一些，要看具体情 况，主要是钻井液性质、泥饼的可压缩性。
减小泥饼固相含量的方法，一是采用优质膨润土配浆，优质膨润土 分散性好、固相颗粒细、水化好、水化膜厚，所以形成的泥饼固相含量 分数低。二是加入有机高分子处理剂，可以吸附在粘土颗粒表面，有效 降低泥饼固相含量。
e. 泥饼压实性与渗透性对滤失量的影响
对于钻井液，往往泥饼是泥饼越厚钻井液的滤失量越 大，泥饼越薄滤失量越小。主要原因是泥饼的渗透性存在 差别。一般情况下（以API失水为例），泥饼越薄说明泥 饼的压实程度比较大，比较致密，渗透性差，所以滤失量 小。
泥饼的渗透性还受粘土颗粒直径、处理剂种类、性能 等因素有关。粘土颗粒细泥饼的孔隙小且少，泥饼比较致 密，降滤失剂的存在也会通过不同的方式影响滤失量，化 学吸附、物理封堵等等，使渗透率降低。
f、地层渗透率对钻井液滤失量的影响 在泥饼尚未形成之前，地层是泥浆滤失的第一渗透介 质，所以地层渗透性大小决定了钻井液瞬时滤失量的大 小。泥饼形成之后，才逐渐对滤失起主要作用，地层成 为第二滤失介质。室内试验也是一样，你得首先给它一 个渗滤介质（滤纸），它的渗透率比较小，允许液相和 部分小颗粒通过，而留下大的颗粒，才能逐渐形成泥饼。
g. 絮凝与聚结对泥饼渗透率的影响 钻井液的絮凝使得颗粒之间形成网架结构，钻井液 中自由水增加，渗透率会有所增加，如前所讲受钙污染 钻井液产生絮凝，粘度增加但失水增加。网架结构的存 在，使其对滤失压差具有一定的抵抗力，絮凝程度越高， 颗粒间的引力越大，其结构越强，对压差的抵抗能力越 强，越不容易形成致密泥饼，泥饼的渗透率就愈大。如 果钻井液不但絮凝而且伴随着聚结则泥饼的渗透率就会 进一步增大。
第四章 钻井液滤失造壁
（二）静滤失影响因素
1、滤失时间t (1) Vsp=0
Vf C
t
V 30 V 7.5
（2）Vsp ≠ 0
30 V 30 2V 7.5 7.5
Vf Vsp C t V 30 2V 7.5 Vsp
2、压差ΔP
Vf C
ΔP Vf
P
Vf
泥饼越致密K
3、泥饼渗透率K
热稳定性好、耐160℃ 抗盐能力强
加量小
第四节 钻井液润滑性及其调整
一、前言
钻井液的润滑性能通常包括泥饼的润滑性能和钻井液这种流体自身 的润滑性两方面。 主要技术指标：钻井液和泥饼的摩阻系数。
钻井液的润滑性对钻井工作影响很大。特别是钻超深井、大斜度井、
水平井和丛式井时，钻柱的旋转阻力和提拉阻力会大幅度提高。由于影 响钻井扭矩和阻力以及钻具磨损的主要可调节因素是钻井液的润滑性能， 因此钻井液的润滑性能对减少卡钻等井下复杂情况，保证安全、快速钻 进起着至关重要的作用。
71型高温高压失水仪，可以做180℃以上钻井液滤失量，压力也可以更高
一点。当温度高于204℃时，滤纸容易发生焦糊，一般采用金属过滤介质或与 之相当的多孔过滤介质盘。
二、 瞬时滤失Vsp
（一） 瞬时滤失的影响因素
（1）压差ΔP （2） 滤液粘度 Vsp Vsp
（3）泥饼形成速度
（4）岩层的渗透性
Vsp
（ 1）边界摩擦：两接触面间有一层极薄的润滑膜，摩擦和磨损不取 决润滑剂的粘度，而是与两表面和润滑剂的特性有关，如润滑膜的厚度和 强度、粗糙表面的相互作用以及液体中固相颗粒间的相互作用。有钻井液
的情况下，钻铤在井眼中的运动等属边界摩擦。
（ 2）干摩擦（无润滑摩擦）：又称为障碍摩擦，如空气钻井中钻具 与岩石的摩 擦，或井壁极不规则情况下，钻具直接与部分井壁岩石接触时
第四章 钻井液的滤失和润滑性
影响钻井液滤失量的因素
井内钻井液的滤失有三种：瞬时滤
失，动滤失和静滤失。下面依次讨论影 响因素，重点是静滤失，因为它与井内 的泥饼厚度（Cake Thickness）有密切关 系，而且研究得较多。
影响钻井液静滤失量的因素
钻井液的滤失是一个渗透过程，静滤失的
特点是钻井液处于静止状态。在压差作用下，
1.泥饼的可冲蚀性不同。例如，滤失量同是8mL， 泥饼厚为1mm的钻井液，一个泥饼薄而韧（经 得住钻井液液流的剪切冲刷），另一个泥饼薄 而不韧，那么它们在井璧上附着的泥饼厚度必 然是不一样的，前者较厚，后着较薄。动滤失 当然也就不同，前着较小，后着较大。因此可 以认为，衡量钻井液造璧性能的好坏，除了泥 饼厚度外，还应注意到泥饼的剪切强度和泥饼 的渗透性。
固相含量和类型对滤失量的影响
根据静滤失方程，钻井液的滤失量Vf 与（fsc/fsm-1）呈正比。也就是说钻井液 中的固相含量愈高，泥饼中的固相愈小， 则钻井液的滤失量愈小。然而钻井液中 的固相含量增大，机械钻速要显著降低， 泥饼要增厚，因而通过增大fsm值来降低 滤失量是不可取的。通常的办法是减小 fsc值。降低泥饼中固相含量的办法是采 用优质土造浆和用有机处理剂处理。
钻井液的滤失和造壁性的概念
在滤失过程中，随着钻井液中的自 由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便 附着在井壁上形成泥饼(Mud cake 或 Filter cake)（细小颗粒也可能渗入岩层至 一定深度），这便是钻井液的造壁性。 井壁上形成泥饼后，渗透性减小，阻止 或减慢钻井液继续侵入地层。
井内钻井液滤失的全过程
钻井液的滤失性 和润滑性
崔迎春 2005.5
绪论
钻井液的滤失性能（Filtration Properties）主要 是指滤失量的大小和所形成泥饼的质量。润滑性能 （Lubricity）包括钻井液自身的润滑性能和所形成 的泥饼的润滑性能。这两项性能如控制不好将对钻 井和地质工作产生多方面的不利影响。 由于钻井液的滤失性和润滑性都和泥饼的质量 有关，因此我们放在一起讨论。这里将主要讨论钻 井液滤失量的影响因素、滤失量的测量与控制调整 方法以及钻井液润滑性能的影响因素、评价方法和 控制方法。
第四章钻井液的滤失和润滑性能
素：絮凝钻井液与分散钻井液的泥饼渗透率相 差二个数量级。
四、滤失影响因素—泥饼
· 一般控制滤失量的方法是控制滤饼的渗透性。 固相颗粒的大小、形状和压差下的变形能力都是控
制渗透性的重要因素。 小颗粒形成滤饼的渗透性比大颗粒形成滤饼的渗透
性低。因此小于1微米的小颗粒作为滤失量的控制剂最 好。薄而扁平的颗粒比球形式不规则的颗粒更有效。因
三、滤失方程-瞬时滤失方程
·瞬时滤失时间很短，其滤失量占总滤失量的比例不大。
·因其时间短到测定时很难与静滤失分开，故其滤失没有相 应方程。 ·瞬时滤失因素除与静滤失相似外，重要一点就是钻井液在
地层孔隙入口处能否迅速形成“桥点”。 ·瞬时滤失量的确定遵循
Vf = Vf 0 + b t1/2
通过Vf - t1/2 关系图来确定Vf0，可以分别读取1.0和7.5 对应的滤失量，从而可以确定。
一、基本概念
·钻井液中水的三种存在形态： 化学结合水 吸附水 自由水
一、基本概念
·钻井液中水的三种存在形态： 化学结合水 吸附水 自由水
一、基本概念
·滤失作用： 在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的
裂隙或孔隙中渗透的现象。
·滤失性强弱表示方法：
滤失量或失水量
·滤失的两个前提条件： 压力差 裂隙或孔隙
泥饼厚度维持在较薄水平
滤失量初期较大，维持在一固定值。
一、基本概念
·静滤失：
在停止循环情况下，液流无冲刷，随着滤失的进行， 泥饼逐渐增厚，单位时间滤失逐渐减小至一固定值，
这段时间的滤失称为静滤失。
·静滤失特点： 压差小：（静液柱压力 - 地层压力）
泥饼较厚 滤失量相对动滤失小。
特点：
钻井液的滤失与造壁性和润滑性
中原钻井三公司 刘俊章
长期以来，人们以把控制钻井液的滤失量 视为良好作业的一部分。过高的扭矩和摩 阻，压差卡钻以及产层伤害。 控制钻井液的滤失性能不仅指的是控制单 位面积在单位时间的滤失量，还包括形成 滤饼的质量。人们对滤失速率注意较多， 而对滤饼质量却注意较少。定义ຫໍສະໝຸດ 6、控制滤失量的办法
通过离子交换、调节PH值、水分散、絮凝、 沉淀、络合、溶胶等都能控制钻井液的滤 失量。
美国过滤协会（American Filetion Soiety） 承认电驱动螺旋浆动滤失仪，这种装置 （见下图）主要装配了电驱动轴和螺旋浆 的滤失槽组成式，以提供对滤饼的动态冲 蚀。
二、影响滤饼质量的因素
颗粒尺寸的分布； 滤饼的可压缩性； 润滑性能； 絮凝状态； 滤饼厚度。
⑴颗粒尺寸的分布
在静态条件下，假定在滤失期间不发生固相沉淀，则钻 井液的颗粒尺寸分布反应了滤饼颗粒尺寸的分布。然而， 在动态条件下，当滤饼形成时，总是选择特定尺寸的颗 粒来充填某些尺寸的微裂缝、孔隙、空隙及孔道。如果 沉积的颗粒不合适，那么，很快被扫除掉，而等待另一 尺寸合适的颗粒。这种多少类似在方孔中镶入方桩和圆 孔中镶入圆桩。一旦颗粒紧紧的镶入到合适的微裂缝， 就很难将它们驱除掉。通过这一选择过程，动态滤饼有 导致最大颗粒充填结构的倾向。这就是使滤饼的渗透率 和孔隙度低于静态下所形成滤饼的值。
5、分散作用对滤饼的影响
适当地分散钻井液中的粘土颗粒对控制滤失量 也很重要。颗粒密集并有良好的滤失性能，絮凝 钻井液可以清楚的表明为什么滤失量增大，因为 液体很容易从聚结体之间流过，所以滤失量增大， 再适当的分散就会使滤失量降低。加入化学分散 剂，除分散固相外，还可以形成坚韧的滤饼，从 而有利于降低滤失量。在某些情况下，将水加入 到钻井液体系中滤失率可以降低，因为加水后产 生较好的分散性，从而降低滤失量。
钻井液滤失量和泥饼粘附系数测定解读
二.测定钻井液高温高压滤失量
HTHP滤失的Leabharlann 定（一）定义为模拟井下温度和压力条件下测定滤失， 更能反映钻井液在井下的真实情况而引出高温 高压滤失，其定义是：钻井液在高温(API标准 300oF≈150℃)、高压(API标准为 500lb/in2≈3.5 MPa)作用下，30min内，透过 直径为75mm(高温高压滤失测定仪过滤面积的直 径为53mm，故测定结果乘以2)的过滤面积所滤 失的水量叫高温高压滤失量，习惯称高温高压 滤失，用“HTHP”表示，单位是“mL”。
态平衡时的滤失作用。在一定剪切速率下测定的滤失量，称为 动滤失量(动失水量)。 • ③瞬时滤失:在钻井过程中，地层被钻开，泥饼在未形成之前， 钻井液中的大量水分在短时间内迅速渗入地层，这种情况下的 滤失作用称为瞬时滤失。
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（1）静滤失 特点：
A 泥饼——逐渐增厚，渗透率逐渐降低，前期厚度增加的 速率大于后期。
第21页/共38页
(8).磺甲基褐煤(SMC) (9).聚丙烯腈铵盐(NH4一HPAN) (10).腐殖酸钾(KHm) (11). HMPa (12). JT-888 (13). RSTF (14). CAT-FL
第22页/共38页
二 常用的润滑剂 1 惰性固体润滑剂 由滑动摩擦变成滚动摩擦，减小接触面积。 如玻璃小球、塑料小球、石墨、沥青（降摩阻 系数等）。 2 液体润滑剂 矿物油、植物油、表面活性剂
(3) Lub-3
它是一种矿物油和金属盐类的混合物。用量范围为1.0％～3.0％。
(4)Lub-JY
它是烷烃油类与表面活性剂配制的混合物。用做水基钻井液的极压润滑 剂。它是一种白至浅黄色的油类产品。其用量为2.0％～3.0％。
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摘要在水基钻井液中加入一定量的零滤失井眼稳定剂可以形成超低渗透钻井液。
介绍了超低渗透钻井液提高地层承压能力及防漏堵漏的机理。
超低渗透钻井液对不同孔隙的砂岩、岩心和裂缝性地层具有很好的封堵能力,可以实现近零滤失;零滤失井眼稳定剂通过在井壁表面形成超低渗透膜及增强内泥饼封堵强度大幅度提高岩心承压能力。
在大港油田和辽河油田多口井的现场应用中,超低渗透钻井液在长裸眼多压力层系或压力衰竭地层防止了漏失、卡钻和坍塌的发生,表明超低渗透钻井液能自适应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薄层,可有效封堵不同孔喉地层和微裂缝泥页岩地层。
超低渗透钻井液封堵隔层承压能力强,能提高漏失压力和破裂压力梯度,相当于扩大了安全密度窗口关键词超低渗透钻井液封堵地层承压能力岩心滤失量安全密度窗口随着世界石油工业的迅速发展,钻井的数量、速度和深度均显著增加,所钻穿的地层更加复杂多样,裸眼也越来越长, 因此对钻井液性能提出了更高的要求[ 1-3 ]。
钻井过程中遇到的地层越来越复杂,在钻遇压力衰竭地层、裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层、低渗储层以及深井长裸眼大段复杂泥页岩和多套压力层系等地层时,压差卡钻、钻井液漏失和井壁垮塌等复杂问题以及地层损害问题非常突出。
石油工业油井建设的最终目标是实现无损害钻井。
长期实践表明,利用传统的钻井液体系,往往顾此失彼,难以同时解决以上复杂问题。
为此,近年来国外学者提出并开发出了超低渗透钻井液体系。
1 超低渗透钻井液的性能特点1. 1 独特的表面化学原理超低渗透钻井液利用独特的表面化学原理,在渗入到井壁岩石表面微裂缝或孔喉处时,形成很薄的滤饼,增大地层破裂压力,如升至27. 58 MPa 。
1. 2 很低的动滤失超低渗透钻井液限制滤液渗入岩石的深度,不是依赖钻井液形成的固相滤饼,而是通过封堵地层的裂缝和孔隙来控制。
超低渗透钻井液不仅具有传统钻井液的优良性能,而且具有传统钻井液所不具备的优异性能: ①很低的动滤失性能,可防止钻井液进入页岩; ②可封闭页岩裂隙,防止钻井液向地层的渗透; ③钻井液的滤失量不是时间的平方根的函数。
1. 3 有封堵膜超低渗透钻井液中的小颗粒在渗透性或微裂缝地层形成封闭膜,并在压差的作用下附着于井壁上。
1. 4 渗透率恢复值高酸溶测试结果表明,超低渗透钻井液形成的滤饼有98 %～99 %可以被清除掉,在压力反转的情况下可自动脱落;岩心渗透率恢复值大于95 % ,有利于提高产能。
1. 5 利于环境保护超低渗透钻井液所有产品都通过了美国环保署的L C50测试,其毒性数据大于1000000 mg/ L ;在北海也通过了环保鉴定。
在环境保护要求高的地区,该钻井液可以代替油基钻井液使用。
2评价方法用渗透率为250 ×10 - 3 ～300 ×10 - 3μm2 的砂岩岩心和1 # 配方钻井液(配方如下) 进行评价。
1 # 5 %膨润土+ 0. 2 %NW21 + 0. 1 %大阳离子CHM + 0. 2 %阳离子降滤失剂HS21 + 1. 5 %超低渗透剂2. 1 侵入时间侵入时间是超低渗透剂形成有效屏蔽层所需的时间。
评价方法为:在可视式中压砂床滤失试验中,先用蒸馏水将石英砂饱和,然后倒入钻井液,加压至0. 7 MPa 并记录时间至不再有液滴流出,此时间为侵入时间。
侵入时间越短,表明形成有效封堵层的时间越短,井壁越稳定,储层保护效果越好。
根据储层保护的需要和常规钻井液情况,如侵入时间大于15min ,处理剂应不属于超低渗透剂范畴。
在现场施工中, 超低渗透剂的加量一般为1 %～2 %。
不同超低渗透剂的侵入时间试验结果见图1。
由图1 看出,随超低渗透剂加量的增加,侵入时间逐步下降,当加量大于5 %后,各种超低渗透剂的侵入时间趋于稳定。
图1 不同超低渗透剂的侵入时间2. 2 侵入深度侵入深度分为初始侵入深度和最终侵入深度,初始侵入深度指在可视中压砂床滤失的前7 min 钻井液的侵入深度;最终侵入深度指不再有液相浸出时的超低渗透钻井液侵入深度。
测定方法为:在可视式中压砂床滤失试验中,评价液(基准钻井液) 中加入惰性有色颜料(便于观察) ,观察、测量液相、固相侵入的深度,评价其对储层的伤害程度。
测定液相时,将液相染色; 测定固相时,将固相微粒染色。
侵入深度越小,表明对储层的伤害越小,井壁稳定性越好。
不同渗透剂在不同加量下的侵入深度试验结果见图2 。
由图2 可以看出,随超低渗透剂加量的增加,侵入深度降低,但当在超低渗透剂加量大于3 %后,侵入深度不再明显降低。
钻井液密度小于1. 20g/ cm3 时,侵入深度随密度的升高而减小;密度大于1. 20 g/ cm3 时,侵入深度无明显变化。
2. 3 侵入量侵入量是指钻井液形成有效封堵层时,钻井液中的液相、固相的侵入量。
钻井液的侵入量越低,其封堵效果越好,具有更好的井壁稳定和储层保护效果。
测量方法: ①称取石英人工岩心的重量( G1 ) ; ②在形成有效封堵层时读出液相和固相侵入深度,然后取出岩心称重( G2 ) ,将岩心在烘干炉中烘干,称岩心重量( G3 ) , G2 - G1 为总侵入量, G2 - G3 为侵入的液相量,G3 - G1 为侵入的固相量。
用1 # 配方评价不同渗透剂的侵入量,结果见表1 。
由表1 看出,超低渗透钻井液的渗透量不为零,但比没有加超低渗透剂钻井液的侵入量降低90 %以上。
2. 4 承压能力[ 6]将岩心装入高温高压岩心降滤失仪中的岩心夹持器中,加热至需要温度,将配好的钻井液加入杯中,用手压泵加压至0. 7 MPa ,平流泵加压至4. 2MPa ,计时,并接取滤液30 min 后读取接液杯中的滤失量。
如没有滤失量,待岩心夹持器冷却后,取下岩心,量取滤液进入岩心的深度。
将测定滤失量后的岩心取下,刮去岩心表面的滤饼,重新装入岩心夹持器中,将杯中换成清水,加压,用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。
承压能力越高,封堵能力越强,井壁稳定性越好。
不同超低渗透剂加量下滤饼的承压能力见表2 。
由表2 可以看出,当超低渗透剂加量大于2 %后,承压能力趋于稳定,一般为9～10MPa ,表明适宜的超低渗透剂加量为2 %。
2. 5 膜密封强度在可视式砂床中压滤失仪中装入标准人工石英砂岩岩心,慢慢加入250 mL 钻井液,按测定滤失量的方法加压至0. 75 MPa 后,测量滤失量或滤液侵入砂床的深度。
然后倒出钻井液,缓慢倒入清水,测定加入超低渗透井眼稳定剂后形成的泥饼对清水的封堵能力。
在相同时间内,承压越高,封堵性越强;在相同压力条件下,形成零渗透封堵层时间越短,封堵能力越强。
用1 # 配方测量出DLS206 、FCL2000 、BST21 、LXJ21 、FL G、GNP21 、CMF 和J YW21 的膜密封强度分别为0. 82 、0. 92 、1.07 、1. 08 、1. 32 、1. 33 、1. 49 和1. 62 MPa 。
目前使用的各种超低渗透剂的膜密封强度在1 MPa 左右,具有较强的成膜封堵能力。
3超低渗透剂作用机理探讨通过以上对超低渗透剂的评价试验及影响因素的分析,得出超低渗透剂的作用机理主要有以下几方面。
1) 渗透膜及膜成长机理。
在一定的温度、压力下,超低渗透钻井液能在孔隙介质表面形成一定厚度的致密超低渗透封堵薄层,有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层;在井壁的外围形成保护层,使钻井液及其滤液不会渗入地层中,实现了近零滤失钻井,防止地层内黏土颗粒的运移和钻井液滤液与地层中黏土矿物发生作用引起的井眼缩径、垮塌等井壁失稳问题。
为了更好地模拟井下情况,进行了岩心动态成膜实验。
试验表明: ①在一定压力下,超低渗透剂浓度越大,形成膜的速度越快,膜也越厚,其封堵能力越强,当超低渗透剂加量达5 %时,能见清晰的隔离膜; ②膜的形成是一个动态过程,随循环时间的延长,膜增厚,强度增大,当胶束粒径达5. 6μm 后,膜厚度不再增加;当循环排量增大时,膜厚度减小,渗透深度和渗透量明显增大。
2) 凝胶机理。
岩心动态成膜实验表明,当超低渗透剂浓度大于5 %时,其形成的膜逐渐增厚,直至在岩心表面形成一层滞流层,并呈现出较强的凝胶特性。
3) 吸附抑制机理。
超低渗透剂通过胶束吸附在黏土颗粒、井壁表面,阻止了自由水与黏土结合,从而达到抑制黏土吸水膨胀的目的。
当钻井引起页岩产生裂缝时,超低渗透钻井液便能填塞这些裂缝,并且在这些裂缝的空隙中或碎片的表面上产生表面张力。
空隙或碎片越小,张力越大,由此可以阻止钻井液滤失。
同时超低渗透剂浓度越大,抑制效果越强。
4) 胶束封堵机理。
超低渗透钻井液中含有聚合物聚集成的可变形的胶束。
胶束进入页岩层间并在页岩表面上迅速地铺展开来,在孔喉处形成低渗透性的封闭,阻止了钻井液的进一步渗透,有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层。
4现场应用4.1 辽河油田该油田目前常用的3 套钻井液体系使用情况为:0～2000 m 井段使用聚合物不分散钻井液,1800～3000 m 井段用聚合醇降粘剂钻井液,2400～4300m 井段用硅氟(SF) 钻井液。
3 种钻井液在砂床滤失仪上试验,0. 7 MPa 下30 s 左右全部漏失。
该剂先后在欧51 井、小22 平1 井、欢612 平1井上进行了试用。
①欧51 井是一口探井,技术套管下入火成岩裂缝油藏顶部(辽河称为粗面岩) ,该油藏压力低,时有井漏发生。
为了防止钻入井深2834 m 粗面岩发生井漏卡钻,加入了J YW21 、J YW22 各0. 5 t (加入前测定钻井液中压砂床滤失量时30 s 全部漏失,加入后侵入深度为7. 2 cm) ,钻穿粗面岩,中途完钻,电测一次成功,下套管固井施工顺利。
三开顺利钻至井深3398 m 完井。
②小22 平 1 井是目前辽河油田最深的一口水平井,目的是开发火成岩(粗面岩) 裂缝油藏,使用SF 钻井液,在井深2600 m 开始造斜,至井深3067m 时井斜为88°,中途完钻,顺利下入技术套管。
该段钻穿煤层、触变玄武岩等复杂地层。
为了防止井漏划眼,钻井液密度控制为1. 28 g/ cm3 左右,但进入粗面岩后裂缝发育且压力低,邻井井漏严重,密度为1. 08 g/ cm3 时液面在179 m ,更有一口井液面在900 m ,采用泡沫等钻井液仍未能建立循环,后来有进无出地钻了150 m 完井。
本井只有300 m 表层套管,为了防止发生井漏卡钻,加入J YW21 、J YW22各1 t ,当钻入粗面岩后,有轻微渗漏,漏速为0. 5～1. 0 m3 / s ,顺利中途完钻,下入技术套管。
现在该井水平段施工钻进到井深3376 m ,正在进行完井电测,该井试用见到了明显防漏效果。