鑽井液失水量的測量方法

㈠ 泥漿參數檢測與監測

8.2.1 泥漿性能檢測

超深井鑽探由於井深、溫度高、壓力大，對鑽井液要求嚴格。特別是在深井段，隨著深度的增加，泥漿溫度、壓力也逐漸升高，對高溫高壓條件下鑽井液性能的實時檢測尤為重要，現場泥漿工程師將根據檢測結果實時對鑽井液進行調整和完善。因此，除了API標准要求的常規檢測外，需要增加高溫檢測項目，因此需要在現場建立泥漿實驗室，並配備高溫高壓方面的檢測儀器。

需要配備的高溫鑽井液檢測儀器：高溫滾子爐、高溫高壓濾失儀（動態及靜態）、高溫流變儀等。

8.2.2 鑽井液泥漿監測系統

鑽井泥漿監測就是在鑽井過程中，對泥漿性能參數進行實時監測，存儲和間接計算，並利用這些基礎數據實時分析泥漿性能，指導鑽井施工。經過長時間的數據積累，可以為鑽井方案設計和施工提供參考依據。

在鑽井施工過程中，鑽井泥漿監測系統可對泥漿各項性能參數進行實時監測、處理和動態顯示，並結合其他鑽井參數，建立起各個參數間的數學模型。

（1）現場泥漿檢測的主要參數

鑽井液的黏度、密度、溫度、流量及泥漿罐液面高度等。

（2）鑽井泥漿監測系統組成

鑽井泥漿監測系統由現場測量儀表、通信線和計算機組成，如圖8.1 所示。現場測量儀表包括電磁流量計、液位監測計、泥漿密度監測計和泥漿黏度監測計等。下面主要就電磁流量計和密度計這兩項最主要的監測設備作介紹。

圖8.1 鑽井泥漿監測系統組成

1）電磁流量計。為了測得泥漿管道中的泥漿流量，採用電磁式流量感測器測量流量。流量計的測量管是一內襯絕緣材料的非導磁合金短管。2隻電極沿管徑方向固定在測量管上，電極頭與襯里內表面基本齊平。勵磁線圈以雙向方波勵磁時，將在與測量管軸線垂直的方向上產生一工作磁場。此時，如果具有一定電導率的流體流經測量管，將切割磁力線，感應出電動勢E。電動勢E正比於工作磁場的磁通量密度B、測量管內徑d與平均流速v的乘積，即E=kBdv（k為比例常數）。電動勢E（流量信號）由電極檢出，經過信號調理、AD（模擬數字轉換器）轉換，變成數字信號傳送給單片機，最後通過通信匯流排傳送給工業控制計算機。電磁流量計結構如圖8.2 所示。

2）密度計。密度計採用放射源產生的伽馬射線穿過管道中的被測介質，其中一部分射線被介質散射和吸收，剩餘部分被安裝在管道另一邊的探測器所接收。介質吸收了多少射線，與被測介質密度成指數關系；通過相應的計算，就可得到管道中泥漿的密度。密度計採用單片機控制，通過通信匯流排與工業控制計算機相連。用戶可在上位機中設定參數；測量到的實時數據，也可通過通信匯流排傳送給上位機進行顯示、存儲。密度計結構如圖8.3所示。

（3）泥漿監測數據處理

根據現場測得的泥漿數據，採用綜合加權評分法進行編程，對泥漿多項性能指標（流動指數、塑性黏度、懸浮能力及鑽頭水眼黏度等）進行分析，以判斷泥漿質量的好壞。根據經驗和鑽井技術要求，給各項指標確定權值。流動指數對流型和洗井質量影響很大，是指標中最重要的一個；塑性黏度不但決定了泥漿攜帶岩屑的能力，而且影響鑽進速度；泥漿凝膠強度和結構影響泥漿懸浮能力；失水量是鑽井液性能的重要參數，也是衡量泥漿護壁效果的指標之一；鑽頭水眼黏度既影響泥漿的抗剪能力和稀釋能力，又影響鑽進速度。根據相應的權值進行計算，並考慮泥漿配比中的各種成分，可得到最優泥漿配方。另外，在影響鑽進速度的許多變數中，泥漿的性能參數是比較獨立的，只受井筒地質條件影響；但泥漿類型及其性能變化卻對鑽壓、轉速和水力因素的配合有很大影響。所以對採集到的實時泥漿數據要進行相應的處理。最優泥漿密度由下式求得：

圖8.2 電磁流量計結構

圖8.3 密度計結構

科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）

式中：ρ_m為最優泥漿密度，kg/L；P_k為地層孔隙壓力，MPa；H為井深，m；Δρ為附加泥漿密度，常取0.03～0.05kg/L。

鑽頭鑽速和泥漿的運動黏度有一定的關系。可根據泥漿黏度、密度和泥漿流量反算出鑽頭的機械鑽速與實際鑽速（通過測量得到）的相對比。

8.2.3 儀器控制及分析軟體初步編制

基於計算機平台，利用VB計算機語言和相應的資料庫，編寫高溫高壓泥漿分析軟體，以高效科學地管理室內和現場泥漿數據、便捷直觀地顯示泥漿各項性能隨溫度壓力的變化圖表、科學精確地預測較高溫高壓時的泥漿性能。

Visual Basic是Microsoft公司推出的可視化的開發環境，是Windows下最優秀的程序開發工具之一。利用Visual Basic可以開發出具有良好交互功能、良好的兼容性和擴展性的應用程序。

VB的特點：①可視化編程；②事件驅動機制；③面向對象的程序設計語言；④支持多種資料庫訪問機制。我們可以想到的程序90%都可以用VB來開發和實現。從設計新興的用戶界面到利用其他應用程序的對象，從處理文字圖像到使用資料庫，從開發小工具到大型企業應用系統，甚至通過Internet的編輯全球分布式應用程序，都可以利用VB來實現。因此，我們選用VB來進行該軟體的設計。

軟體主要功能包括：室內數據導入、現場數據導入；泥漿各項性能隨溫度壓力變化曲線，包括綜合圖和分組圖；井下具體位置的泥漿性能查詢，具體包括溫度、pH值、潤滑性、失水量、黏度、膠體率、密度，地層膨脹量，乳化效果；較高溫高壓條件下的泥漿性能預測；泥漿性能數據修改、導出、列印。

軟體結構圖：見圖8.4。

圖8.4 軟體功能結構圖

軟體數據流見圖8.5。

軟體系統包括的數據流有技術員對數據的錄入；室內實驗員對數據的錄入；軟體將泥漿數據以圖表的形式可視化顯示；管理人員對泥漿數據的查詢；管理人員對泥漿數據的修改；軟體對較高溫高壓條件下的泥漿性能進行預測；泥漿性能數據列印輸出。數據流圖如下：

圖8.5 軟體數據流程圖

可視化效果見圖8.6至圖8.11。

圖8.6 泥漿分析軟體模擬界面圖

圖8.7 溫度隨井深變化曲線

圖8.8 pH值隨溫度變化曲線

圖8.9 黏度隨溫度變化曲線

圖8.10 失水量隨溫度變化曲線

圖8.11 泥漿摩阻系數隨溫度變化曲線

㈡ 什麼是石油鑽井液

鑽井液是指滿足鑽井與完井工程所需要的多功能循環流體。由於在旋轉鑽井中絕大多數是使用液體，少量使用氣體或泡沫，因此把鑽井流體稱作「鑽井液」。目前應用最廣泛、研究最深入的是水基鑽井液，因此鑽井液也常稱泥漿(舊稱)。我國鑽井液技術發展很快。1953年前後開始使用鈣基鑽井液，開創了粗分散體系的歷史。20世紀60年代研製成功了CMC、FCLS處理劑以及70年代鑽成了7000m的超深井，又使我國的鑽井液技術前進了一大步。1973年前後開始了不分散體系鑽井液的研製和使用，目前已基本完善。80年代開始了陽離子鑽井液的研製。

一、鑽井液的作用及成分鑽井液在鑽井工程中的主要功用是：(1)清洗井底，攜帶岩屑；(2)冷卻和潤滑鑽頭、鑽柱；(3)形成泥餅，保護井壁；(4)控制與平衡地層壓力；(5)懸浮岩屑和加重劑；(6)提供所鑽地層的有關資料；(7)將水功率傳給鑽頭；(8)防止鑽具腐蝕。

鑽井液的主要成分有：(1)水(淡水、鹽水、飽和鹽水等)；(2)膨潤土(鈉膨潤土、鈣膨潤土、有機土、抗鹽土等)；(3)化學處理劑(無機類、有機類、表面活性劑類、高聚合物類、生物聚合物類等)；(4)油(輕質油、原油等)；(5)氣體(空氣、氮氣、天然氣等)。這些成分在各類鑽井流體中所形成的分散體系不同，因此所起到的作用也不同。從物理化學觀點看,鑽井液是一種多相不穩定體系,包括懸浮體(如重晶石粉、鑽屑、粘土粉等)、膠體(如高聚合物、膨潤土的水溶液等)和真溶液(如氯化鈉、碳酸鈉的水溶液等),其中起主要作用的是膠體成分。

為了滿足鑽井工程的要求、改善鑽井流體的性能，需要在各種鑽井液中加入處理劑。根據所起的作用將處理劑分為鹼度調節劑、除鈣劑、除泡劑、起泡劑、減稠劑、增稠劑、絮凝劑、潤滑劑、殺菌劑、乳化劑、堵漏劑、加重劑、腐蝕抑制劑、表面活性劑、頁岩水化抑制劑、濾失量降低劑、解卡劑、高溫穩定劑等18類，約100～150種,其中經常使用的有20種左右。研究和開發處理劑，是提高鑽井液技術水平的重要內容。

二、鑽井液的性能為了正確使用鑽井液，首先需要對鑽井液的基本性能有正確的認識。一般用密度、粘度、切力、失水量、泥餅、pH值、穩定性、膠體率、含鹽量和含砂量等項指標來表示鑽井液性能的好壞。這些指標直接影響鑽井質量和鑽井速度。為了快速打出優質井，必須針對不同的鑽井情況和要求調整好鑽井液的性能指標。對於一般井，著重要求提高鑽速、安全鑽井；對於深井，還要能夠做到充分暴露油氣層；對於生產井，還要做到保護油氣層,提高產量。這些要求都需要通過制定合理的鑽井液性能指標來實現。

1.密度鑽井液密度是指鑽井液單位體積的質量，一般用符號ρ表示，習慣上單位用g/cm3。鑽井液柱對井壁和井底產生的壓力可以平衡地層壓力、防止井噴、穩定和保護井壁,同時可防止高壓油、氣、水侵入鑽井液破壞其性能，使井下情況復雜化。調節鑽井液密度可以控制液柱產生的壓力。鑽井液密度過大會增大動力消耗,降低鑽速,憋漏地層,傷害甚至壓死油氣層，因而鑽井液密度不能過高。在可比條件下，密度下降0.1～0.2g/cm3，鑽速可提高10%以上。因此，國外目前盡量採用低密度鑽井液鑽井。

2.粘度、觸變性和切力1)粘度鑽井液粘度是流動時鑽井液中固體顆粒間、固體顆粒與液體之間以及液體分子之間的內摩擦的反映。由於測量方法不同，有不同的粘度值。目前最常用的是塑性粘度。

塑性粘度是指在層流流動狀況下，鑽井液中固相顆粒間、固體與液體分子間的內摩擦以及液體本身受剪切所產生的流動阻力的總和。用旋轉粘度計測定，單位用mPa·s表示。

影響塑性粘度的主要因素是鑽井液中所含固體顆粒的數量、大小以及粘土礦物的類型。固體顆粒多、粒度細，比表面增加，內摩擦增大，塑性粘度必然增加。降低塑牲粘度最有效的辦法是用水稀釋或通過機械降砂的辦法降低固相含量。

鑽井液的粘度要適當。粘度太低，不利於攜帶岩屑；粘度太高則會帶來許多問題，如：(1)使流動阻力增大、泵壓上升、排量下降，井底清洗效果變差，以致於嚴重影響鑽速。(2)造成清砂和降氣工作困難。(3)易引起泥包鑽頭，造成「拔活塞」或卡鑽。(4)下鑽後開泵困難，循環壓力高，易憋漏地層。因此，必須根據鑽井速度、動力設備和所鑽地層的實際情況選擇合適的粘度。

2)觸變性和切力鑽井液的觸變性是指鑽井液攪拌後變稀、靜置後變稠的這種特性。鑽井液在停止攪拌後，由於粘土顆粒形狀不規則、性質不均勻，粘土顆粒間能形成網狀結構，慢慢失去流動性，並且結構強度隨靜止時間的延長而增加。用力攪拌可以破壞網狀結構，使鑽井液重新恢復其流動性。這就是觸變性的一般機理。這種情況在鑽井中經常出現，如鑽進時鑽井液不斷循環，粘度較低；而起、下鑽時鑽井液停止循環，粘度就增大。

鑽井液的觸變性可用靜切力來表示。靜切力是指破壞每平方厘米鑽井液的網狀結構所需的最小力，單位為mg/cm2。鑽井液靜切力的大小可用切力計進行測定。

由於鑽井液具有觸變性，則靜止時間不同，靜切力也不同。一般測兩種靜止時間的切力：靜止1min後所測切力值為初切；靜止10min後所測切力值為終切。1min與10min切力值的差異是由觸變性所決定的，故其差值能描述鑽井液觸變性的大小。

鑽井液流動時，部分網狀結構被破壞，同時另一部分的網狀結構又在恢復，最終形成一種動態平衡。網狀結構的存在使鑽井液具有一定的膠凝強度。度量動態平衡狀態下網狀結構強度大小的量稱作動切力。動切力是鑽井液在層流狀態時一項非常重要的性能參數，它對流動阻力及運輸岩屑的能力影響最大。動切力受粘土粒子表面性質、固相濃度和固相表面帶電性質等因素的影響。常用旋轉粘度計測定，單位為g/cm2。

3.失水量與泥餅在鑽井過程中鑽井液的失水可分為靜失水和動失水。一般動失水是指鑽井液流動循環過程中的失水。循環中泥餅有一個形成過程，從建立、增厚直到平衡，在這個階段的失水都屬於動失水。靜失水是指靜止狀態的失水量，地面測量的失水就是靜失水。起鑽時鑽井液停止循環，泥餅隨著失水量的增加有所增厚，隨著泥餅增厚失水量又有所減少，這個階段屬於靜失水。鑽井過程實際上是靜失水與動失水交替變化的過程。

1)泥餅的形成和失水鑽井所遇到的礫石層、砂岩層及裂縫性地層等都是有孔隙和裂縫的，也就是說這些岩層具有滲透性。當鑽井液柱產生的壓力大於地層壓力時，鑽井液會沿岩層的縫隙滲入地層。開始時，鑽井液中較大的固體顆粒先將大孔堵小一些；然後，由次大的顆粒再將孔堵小一些。持續堆積固體顆粒使孔越來越小，最後形成泥餅。泥餅的形成過程如圖5-7所示。

圖5-7鑽井液失水示意圖

與此同時，鑽井液中的自由水滲入地層。滲入地層的水稱為鑽井液的失水。泥餅形成過程中，鑽井液中自由水滲入地層的阻力逐漸增加，失水逐漸減少。泥餅形成後，失水主要取決於泥餅本身的滲透性，而地層滲透性對於失水的影響就變得很小。因此，鑽井液失水和泥餅的形成是同時進行的，也是相互影響的。開始由於失水形成泥餅，而形成的泥餅反過來又阻止進一步失水。鑽井液的失水量和泥餅可用失水儀測定。

2)泥餅和失水與鑽井的關系泥餅在失水過程中才能形成，所形成的泥餅又能鞏固井壁並阻止進一步濾失。失水過大會引起油層中粘土膨脹等井下復雜情況，損害油氣層的滲透率，故失水應盡可能低一些。

泥餅的作用主要有以下幾個方面：

(1)泥餅可以控制失水。

(2)泥餅有潤滑作用，可以減少鑽具轉動的動力消耗，另一方面也可以防止粘附卡鑽。

(3)泥餅膠結性好，鞏固井壁作用強，可防止鬆散地層的剝蝕掉塊和坍塌。

(4)泥餅有可壓縮性，在深井段可以進一步降低失水，鞏固井壁。

從以上分析可以看出,一般要求失水量越小越好，但也要根據實際情況作具體分析。在快速鑽井過程中或在不易坍塌的地層鑽井時可用清水。這時雖然失水量較大，但可大大提高鑽速，並可節約處理劑用量。另外，鑽井液類型不同要求的失水量范圍也不同。聚合物鑽井液、鹽水鑽井液雖然比淡水鑽井液失水量大，但由於聚合物及鹽水鑽井液能抑制泥頁岩，仍可保持井壁穩定。

4.pH值鑽井液的pH值，即酸鹼度,是鑽井液中氫離子濃度的負對數值。pH值小於7時，鑽井液為酸性,pH值越小，酸性越強。pH等於7時，鑽井液為中性。pH值大於7時，鑽井液為鹼性，pH值越大，鹼性越強。高鹼性鑽井液(如石灰鑽井液)pH值為12～14；不分散低固相鑽井液的pH值為8～9；弱酸性鑽井液(如飽和鹽水鑽井液)，pH值為6～7。現代鑽井常用低鹼性鑽井液。

5.含砂量鑽井液的含砂量是指鑽井液中不能通過200號篩子(篩孔邊長74μm)的砂子占鑽井液總體積的百分數。

鑽井液的含砂量過大，則易磨損鑽具和泵的零件。隨含砂量的增加，泥餅變粗變厚、摩擦系數增大、密度增加，嚴重時會引起卡鑽。因此，一般要求鑽井液的含砂量小於1%。

一般採用含砂量瓶及特別儀器進行含砂量的測定。

6.含鹽量鑽井液的含鹽量是指鑽井液濾液中含可溶性鹽類(鈉鹽和鈣鹽等)的數量，用每升溶液中含鹽類的毫克數表示。

可用滴定法或確定鑽井液電導率的方法來測定含鹽量。

7.穩定性鑽井液的穩定性可以從兩方面分析：

(1)鑽井液中的固相是否容易下沉以及沉降的快慢(稱沉降穩定性)。

(2)鑽井液中的粘土顆粒是否容易粘結變大(稱絮凝穩定性)。

現場一般只測沉降穩定性。沉降穩定性的好壞，在一定程度上也能反映出絮凝穩定性的好壞。此外，絮凝穩定性還可以根據失水、切力、沉降體積等間接測得。

㈢ 煤層氣低密度鑽井液技術研究

左景欒¹ 孫晗森¹ 呂開河²

基金項目:國家科技重大專項《大型油氣田及煤層氣開發》項目60「山西沁水盆地南部煤層氣直井開發示範工程」(項目編號:2009ZX05060)資助。

作者簡介:左景欒,女,工程師,現在中聯煤層氣有限責任公司。通訊地址:北京市東城區安定門外大街甲88號;郵編:10001。Email:[email protected]。

(1.中聯煤層氣有限責任公司 北京 100011;2.中國石油大學石油工程學院,山東東營 257061)

摘要:針對煤儲層井壁易坍塌、鑽井液易污染煤儲層等難題,研發出了中空玻璃微球低密度鑽井液體系。該鑽井液具有良好的流變性和濾失性,泥餅薄而緻密。同時具有很好的抗溫性、抗污染性能、防塌性能、沉降穩定性和保護儲層作用。在沁南示範區成功進行了1口井的現場試驗,有效防止了液體對煤儲層的污染。

關鍵詞:煤儲層 污染 低密度鑽井液 流變性 濾失性 現場試驗

Study of Light Weight Drilling Fluid for Coalbed Methane

ZUO Jingluan¹, SUN Hansen¹, LV Kaihe²

(1.China United Coalbed Methane Co., Ltd, Beijing 10001 1; 2.College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Dongying 257061, Shandong, China)

Abstract: In view of the collapsibility of borehole face and coal formation pollution resulted from drilling flu- id, this paper researched the light weight drilling fluid, whose density was reced by adding hollow glass micro- spheres.The study shows that the light weight drilling fluid has good rheological property and filtration property, and its mud cake is thin and tight . Moreover, this drilling fluid has a lot of good properties, such as temperature tolerance, antipollution, anti-sloughing, sedimentation stability and formation protection.This light weight drill- ing fluid has been applied in one well for field trial successfully at QinNan demonstration plot.Good performance on protecting coal formation from pollution has been observed.

Keywords: coal formation; pollution; light weight drilling fluid; rheological property; filtration property; field trial

我國煤儲層一般具有孔隙壓力低、滲透性差、裂隙發育等特點,鑽井液侵入易導致煤層污染,影響煤層氣的產量。在鑽探施工中應根據不同的要求和地層, 以節約成本、保證井內安全、保護目的煤層原生結構不受傷害為原則,選用合適的鑽井循環介質。

本文針對沁南示範區煤儲層井壁易坍塌、鑽井液易污染煤儲層等難題,研發出了有利於保護井壁穩定、減少儲層污染的低密度鑽井液體系,並成功進行了現場應用試驗。

1 煤儲層損害原因與機理研究

對從沁南示範區採回的煤樣分別進行了物性參數測試、X-射線衍射分析、掃描電鏡分析等測試分析,結果表明,煤儲層具有低孔、低滲、裂縫發育的特徵。同時,煤儲層還具有低壓力和低含水飽和度的特點。這些特點決定了在鑽井完井過程中如果不採取有效措施,儲層將受到很大傷害,造成滲透率下降,產量降低。鑽井過程中儲層損害原因主要有以下方面。

1.1 應力敏感性損害

應力對煤岩滲透率的影響見表1所示。從表1可知,當有效應力升高時,煤岩滲透率急劇下降,表明具有很強的應力敏感性。

表1 煤岩應力敏感性實驗結果

1.2 速敏性損害

使用1%標准鹽水進行了流動實驗,實驗結果見表2。由表2可以看出,標准鹽水在煤樣中的流速增加,滲透率不但不下降,反而有所上升,說明不存在速敏。在流速較大時,實驗中觀察到有細小煤屑顆粒流出,由於顆粒極小,不足以堵塞滲流通道,反而使煤岩滲透性增加。

表2 速敏性實驗結果

1.3 水鎖損害

煤層中微孔隙可以看做是無數曲折彎曲的毛細管,而煤層一般是弱親水的,當外來液體接觸煤層時,會產生強烈的吸水作用。液體的侵入對儲層滲透率的傷害十分明顯。試驗表明,當液體飽和度達到10%時,氣體滲透率傷害達50%,而當液體飽和度為30%時,氣測滲透率幾乎降為0。

1.4 固相侵入

煤岩中存在微裂縫,作業過程中固相和液相容易侵入。如果不對此採取有效措施,則固相和液相將大量侵入儲層,並且隨著後續作業的進行,其侵入量和侵入深度不斷增加,造成儲層滲透率大幅度降低,嚴重污染儲層。

由於煤儲層壓力低,裂縫及層理發育,鑽井液侵入儲層是主要的損害機理,因此應盡量採用低密度鑽井液體系,防止鑽井液大量侵入儲層。

2 保護煤儲層的低密度鑽井液研究

2.1 密度降低劑的選擇

由煤儲層損害原因與機理分析可知,壓差是影響煤儲層損害的重要因素,壓差越大煤儲層損害越嚴重。

中空玻璃微球是一種單胞鹼石灰硅酸硼類材料,外觀為白色粉末,呈化學惰性,抗高溫高壓,形成的鑽井液真實密度低,可降至0.6~1.0g/cm³,工藝簡單,風險小,儲層保護效果好,完全能滿足低壓煤層氣井及部分欠平衡井的鑽、完井施工。該技術的研究應用,將豐富低壓煤儲層鑽井液種類,改變目前煤儲層損害較為嚴重的局面。

2.2 中空玻璃微球性能評價

(1)中空玻璃微球密度

室內對中空玻璃微球樣品進行多次測定,得到其真實密度為0.37~0.45g/cm³。

(2)中空玻璃微球粒徑大小和分布范圍

採用激光粒度儀對中空玻璃微球進行粒度分析,測得90%的中空玻璃微球粒度小於123μm。

(3)中空玻璃微球機械破裂強度與抗壓強度

機械破裂強度是指單位體積的中空玻璃微球在機械壓力裝置下直接受壓發生破裂的最高壓力,而抗壓強度是指在不同恆定溫度下,一定濃度的中空玻璃微球在水中承受外壓力不發生破裂沉澱的最高壓力。對於鑽井液來講,後者的性能反映材料的穩定性,更為重要。中空玻璃微球強度實驗結果見表3。

表3 中空玻璃微球強度

由表3可見,中空玻璃微球抗壓性能好,在30MPa壓力下不破裂。

(4)中空玻璃微球含量與密度關系

分別在自來水中加入不同數量的中空玻璃微球,並測定加入後的液體密度。隨著中空玻璃微球含量增大,液體密度降低,40%含量時,密度可降低到0.75g/cm³。

2.3 中空玻璃微球對鑽井液性能的影響評價

(1)膨潤土漿配製

400ml水+12g膨潤土+0.06g純鹼,攪拌20min,老化24h備用。

(2)中空玻璃微球對鑽井液性能的影響

圖1表明,鑽井液濾失量隨中空玻璃微球的加入而降低,10%含量之前,濾失量降低最快,10%~30%時,降低速度減慢。

圖1 鑽井液API失水量與中空玻璃微球含量關系

由圖2可以看出,隨著中空玻璃微球含量的增大,鑽井液的塑性粘度增加,但加量低於30%時,塑性粘度增加幅度不大,加量大於30%時,塑性粘度增加明顯。

由圖3可以看出,隨著中空玻璃微球含量的增大,鑽井液動切力增加,加量為40%時,動切力由3Pa增加到近5.1Pa。

經中空玻璃微球水基鑽井液污染後的岩心,其最終滲透率恢復率可達95%,而經未加有中空玻璃微球的鑽井液污染後的岩心,其最終滲透率恢復率不足60%。因此,中空玻璃微球鑽井液有利於保護儲層,同時形成的泥餅易於清除。

2.4 中空玻璃微球低密度鑽井液研究

(1)單劑篩選

在基漿中加入一定數量的增粘劑,高攪20min後測其室溫性能。然後分別在120℃和150℃下老化16h,冷卻至室溫後再測其性能。所評價的各種增粘劑中DSP-2抗溫性能較好,在增粘切的同時還具有較好的降濾失作用,故選DSP-2為鑽井液體系中的增粘劑;LY-1無論在常溫還是高溫老化後都具有很好的降濾失效果,說明其具有較好的抗溫性能,可作為鑽井液體系的降濾失劑使用;胺基聚醇AP-1、硅酸鈉、硅酸鉀及高濃度的甲酸鈉均具有很好的抑制性,胺基聚醇AP-1與某些鹽配合使用抑制效果更好;封堵防塌劑FF-2具有良好的封堵防塌作用;幾種表面活性劑能較好的降低界面張力,其中SP-80效果最好,且SP-80表面活性劑的表面張力隨溫度變化而變化的幅度不大,說明其具有較好的抗溫能力。

(2)鑽井液配方研究

(1)優選鑽井液配方及性能

在增粘劑、降濾失劑、抑制劑和表面活性劑確定以後,利用各種處理劑的特性對各種處理劑的用量進行優選優配,以得到既滿足鑽井工程要求,又利於保護儲層的鑽井液配方。經過大量實驗,優選的鑽井液配方及性能見表4。

圖2 鑽井液塑性粘度與中空玻璃微球含量關系

圖3 鑽井液動切力與中空玻璃微球含量關系

表4 優選鑽井液配方及性能

由表4可以看出,優選鑽井液具有良好的流變性能和濾失性能,泥餅薄而緻密,API濾失量小於5ml,高溫高壓濾失量小於15ml。120℃老化16h後鑽井液性能穩定,說明具有很好的抗溫性。

在優選配方中分別加入不同數量的劣質土粉,優選鑽井液污染前後性能穩定,說明其具有良好的抗污染性能。

優選配方回收率遠大於清水回收率,線膨脹量遠小於清水線膨脹量,說明優選配方能有效抑制泥頁岩水化膨脹分散,具有很好的防塌性能。

(2)封堵性能評價

由表5可以看出,優選配方對不同滲透性砂層均具有較好的封堵效果。

表5 砂層封堵實驗數據

(3)沉降穩定性評價

實驗結果表明,優選配方高溫的沉降穩定性很好,靜置48h後,鑽井液的上下密度差僅為0.02g/cm³。

(4)鑽井液保護儲層性能評價

從表6可以看出,岩心的滲透率恢復率較高,說明優選鑽井液具有很好的保護儲層作用。

表6 滲透率恢復實驗

3 鑽井液現場試驗研究

在室內理論和實驗研究的基礎上,在沁南示範區進行了1口井的現場試驗研究。

3.1 試驗井基本情況

試驗井完鑽井深690.00m,完鑽層位:石炭系太原組,目的煤層為二疊系下統山西組3^#煤層(639.00~645.00m)。

3.2 現場試驗

現場試驗配製鑽井液密度為0.95g/cm³,粘度為55Pa·s,pH值8。從井深為590m開始,一直使用該鑽井液到該井完鑽為止,施工順利。

現場試驗結果表明,中空玻璃微球在鑽井液中起到了降低密度的作用,鑽井液密度0.95g/cm³,該鑽井液的失水較小;粒度較小的玻璃微球還具有很好的封堵作用,對煤層的吼道進行暫堵形成一層保護膜,有效防止了液體對煤層的污染。

參考文獻

馮少華,侯洪河.2008.煤層氣鑽井過程中的儲層傷害與保護[J].中國煤層氣,5(3):16~19,92

韓寶山.2002.欠平衡鑽井技術與煤層氣開發[J].煤田地質與勘探,30(4):61~62

賴曉晴,樓一珊,屈沅治等.2009.我國煤層氣開發鑽井液技術應用現狀與發展思路[J].石油天然氣學報,31(5):326~328

劉保雙,楊鳳海,汪興華等.2007.煤層氣鑽井液工藝現狀[J].國外油田工程,(8):27~33

楊陸武,孫茂遠.2002.中國煤層氣藏的特殊性及其開發技術要求[J].天然氣工業,22(6):17~19

周一帆,王德利,劉力.2010.煤層氣鑽井對儲層的傷害機理分析[J].煤,19(7):87~88,92

㈣ 鑽井過程中失水是如何計算的

分為中壓失水和高壓失水，專門的失水測量儀器，加壓0，69兆帕，穩壓30分鍾，測量試管中從鑽井液析出的水分

㈤ 什麼叫鑽井液失水

鑽井過程中，鑽井液中的水滲透到地層中就是鑽井液失水，也叫濾失。