打成页岩长井段(1000米--2000米)水平井的水基钻井液体系及应用技术.pptxVIP

1;一、主要技术难题;井眼轨迹优化设计

轨迹控制

钻柱强度分析,钻柱设计井壁稳定

摩阻扭矩分析与降低井眼净化

套管下入及保护;现在水平井钻井液技术(油基、水基…)已基本成熟，能滿足常规水平井钻井的需要。但“页岩”和“1000-2000米长水平井段”使其问题复杂化，现有水基钻井液技术不能滿足要求。

“页岩”、“页岩微裂缝发育”、“水平井”“长水平井段”使井壁稳定问题难点高度集中；

长井段页岩使造浆问题突出；

超长水平井段大大增大井眼净化难度；超长水平井段大大增大降低摩阻难度；超长水平井段大大增大下套菅难度；

超长水平井段大大增大降低环空循环压降的要求和难度…。;油基钻井液具有天然优势（相比于水基钻井液）;集成现有水基钻井技术可以打成页岩长井段水平井，且已有成功的范例和经验,但是：

没有较好的普适性；组份复杂成本高；环保处理难度不小；

钻井过程中的井下复杂、井径扩大、机械钻速、摩阻降低、套菅下入、井浆性能稳定…等各方面虽能基本满足钻井需要,但还未全面达到油基钻井液水平技术。;水基钻井液替代油基钻井液打成页岩长井段水平井主要技术难点：

井壁稳定方面(基础和关健)：

有效抑制表面水化，且不被泥浆处理剂显著削弱而失效(未很好解决)；对页岩纳米、亚微米孔、缝的封堵作用(未很好解决)。

井眼净化方面(关健)：

井壁稳定条件下，一般水平井已解决，长井段水平井增加了难度，但现有技术攻关可解决；

降低摩阻方面(关健):

井壁稳定条件下，一般水平井已解决，长井段水平井增加了难度，研发高效降阻润滑剂及其它配套技术攻关综合应用可解决；

在上述三大难题解决之后，机械钻速可大幅度提高。;二、页岩长井段水平井的水基钻井液体系与技术;2.抑制粘土表面水化;高浓度有机酸盐，具有很高的抑制粘土水化能力。;盐类;研究表明：

无机盐很难完全实现对粘土表面水化的抑制：

Nacl达到铇和也无法达到对粘土表面水化的有效抑制；Kcl,Cacl2达到铇和有可能实现对部份含水页岩表面水化

的抑制。

而它们无法配成性能达到要求的钻井液或虽能配成但所需处理剂种类与用量太多，而且会因此而大量削弱其原有抑制能力。;而甲酸盐（钾、钠、銫…）不同浓度及饱和溶液可以部份和完全抑制粘土的表面水化作用。且虽然所需用量极大，但其阴离子部份为有机酸根使其可以较容易配成性能满足要求的水基钻井液。且具有以下优点：

水溶液密度高：饱和溶液：甲酸钠1.30％甲酸钾1.60甲酸铯2.30;

具有抗氧化性(还原性)，有高温处理剂增效作用;具有抗氧化性,对钢铁腐蚀性弱;

水溶液降摩擦系数：金属对金属降低率46-66％,金属对页岩降低率55-70％,金属对沙岩降低率63-82％;②、以活度平衡理论为基础的页岩水平井水基防塌钻井液体系研究：

A.测定所钻地层页岩粘土中所含水的活度；

B.测定（从文献获得）所用有机酸盐溶液水活度与有机盐的浓度关系；

C.对照确定所用水基钻井液中有机酸盐的浓度。D.在此基础上按现有防塌钻井液体系研究的程序和

方法进行研究…。

E.按长段水平井钻井液要求逐一研究…。直到全面达到要求。;若能准确确定地层页岩中粘土所含水的活度就能准确确定甲酸盐的种类和用量。则此体系的抑制能力有可能接近和达到油基钻井液的效果，也可能具有较好的普适性。

但是：

甲酸盐用量太高而成本无法大幅下降；组份复杂，性能维持不易且成本高；环保处理难度和成本仍然不小；;⑵.抑制粘土表面水化的“挿层吸附”作用:

①.作用机理：低分子插层剂进入粘土晶格层间，牢固吸附于粘土表面形成单分子吸附层（“平躺”），占据粘土表面吸附位（水的吸附点），阻止粘土表面对水的吸附（抑制水化）或挤走原已吸附水分子（去水化）。并“拉紧”粘土晶格两个相邻层面。;挿层剂的要求：

分子量低（几百）对粘土表面强吸附，其吸附能大大强于氢健(大于与水的吸附能)。在粘土表面一般情况下只发生单分子层吸附（严格符合郎格缪尔吸附关系）。

目标化合物：低分子水溶性多胺，最好在水中胺基能质子化…。

研究、评价方法：粘土晶格d001测定与热重分析相结合。;

序号;干蒙脱土的d001为1.011nm，与水充分混分后的水湿钠蒙脱土的d001增加到了1.905nm，约为4个水分子层厚。与柴油充分混分后的油湿钠蒙脱土的d001增加到了1.285nm，约为一个柴油分子厚。;BPEI 水溶液质量浓度%;Nacl水溶液质量浓度%;BPEI 水溶液质量浓度%;;可以按此原理设计、研发、筛选表面水化抑制剂，例如一种新的低分子水溶性多胺在水中可使钠蒙脱土的控制在1.336nm。

但它们不能完全中和粘土粒子表面的负电荷，虽然可大幅度降低粘土水基悬浮体中粘土粒子的ζ电位，还不能使之降为0。故可复配5－7％的KCL使之抑制性全面提高。

因此以这种插层粘土抑制剂1-3％加5-7％K