[01413770]聚胺高性能水基钻井液技术及工业化应用

随着我国能源需求增加以及陆地深层、海洋深水和非常规油气资源钻探工程技术的快速发展,钻遇的地层越来越复杂,钻探深度不断增加,复杂泥岩地层井壁稳定问题、储层保护和环保问题等日益突出,严重影响安全、优质、快速、高效钻井,同时,也对钻井液技术提出了更高更全面的要求。众所周知,与水基钻井液比较,油基钻井液的井壁防塌性能、润滑性能和高温稳定等性能优异,但日益严格的环保要求和较高配制成本等缺点,也严重限制了油基钻井液的广泛应用。因此,迫切期盼研发出具有油基钻井液优良特性的新一代高性能水基钻井液体系,更好地满足复杂条件油气钻探工程技术需求。以往国内外学者经过多年努力,在井壁稳定基本理论、页岩水化抑制剂、水基防塌钻井液体系以及实验评价方法等重要研究方面,虽然取得了长足的进步,但在核心技术上没有实现重要突破。 本项目针对复杂地质条件钻探工程中高性能水基钻井液的关键技术问题,首先研究揭示了井壁泥页岩水化抑制微观机理及高性能水基钻井液的基本原理,创新性研发出高性能水基钻井液关键处理剂,建立了高性能水基钻井液特性评价实验方法,形成了高性能水基钻井液体系及应用技术。主要研究成果打破了国外产品技术垄断,促进了我国水基钻井液理论和技术的快速发展,为复杂地质条件下安全、优质、高效钻进提供钻井液技术支持,多个油田现场应用创造出显著的技术经济和社会效益;显著推动我国复杂油气资源的钻探开发进程。 本项研究经过十余年的科技攻关、广泛的现场试验及推广应用,取得了如下代表性成果： 1、利用交叉学科理论和新方法,基于微纳米尺度深入揭示了井壁泥页岩水化抑制的作用机理,发展完善了井壁协同防塌基本理论,为高性能水基钻井液关键处理剂与体系的研发奠定了坚实基础。 2、基于井壁泥页岩水化抑制微观机理及高性能水基钻井液的基本原理分析,利用分子结构优化设计方法,成功研制出新型聚胺页岩水化强抑制剂、包被抑制剂以及清洁润滑剂等高性能钻井液用的关键处理剂,油田现场应用效果显著。 3、基于多元协同防塌基本原理及总体抑制的新方法,借助新研制的聚胺页岩水化强抑制剂、强包被抑制剂和清洁润滑剂等,构建了高性能水基钻井液体系配方,其抑制性和润滑性突出,与油基钻井液基本相当。 4、针对高性能水基钻井液特性,建立了屈曲硬度、耐崩散和粘结性能评价等实验新方法,丰富发展了泥页岩抑制性及钻井液评价技术。 5、针对环渤海湾地区（胜利油田、大港油田）、鄂尔多斯盆地、吐哈油田柯克亚区块以及塔河等多个油田钻探过程中面临的泥页岩井壁失稳、储层保护等主要技术难题,成功进行了高性能水基钻井液技术现场试验及应用;较好地解决了不同油田和区块复杂地质条件下的井壁失稳问题,克服了泥页岩水化导致的钻头泥包、储层损害等技术难题,为实现安全钻进、保护储层、提高钻探速率和实现工程综合效益最大化提供了钻井液技术支撑及物质保障。 6、新研发的高性能水基钻井液关键技术,已推广应用到新疆塔里木、胜利、大港、冀东、吐哈、鄂尔多斯等多个油田,累计创造出经济效益近30亿元,经济和社会效益显著。 该项目完成后达到如下技术指标： （1）基于微纳米尺度揭示了井壁泥页岩水化抑制的作用机理,发展完善了井壁协同防塌基本理论,为高性能水基钻井液关键处理剂与体系的研发奠定了基础,推动了我国水基钻井液理论和技术发展。总体达到国际同类技术先进水平,其中基于微纳米尺度的井壁协同防塌机理与技术对策研究部分成果处于国际领先水平。 （2）利用分子优化设计方法新研制的聚胺水化抑制剂,对泥页岩表面水化及水化晶层间距的抑制作用显著,且低浓度下即能发挥长效抑制作用。浓度为0.5%时三次页岩回收提高率达到90%,浓度为3%时抑制钠膨润土水化造浆容量限大于20%;其抗温能力达到150℃,与常规钻井液处理剂配伍性良好,且环境友好,主要性能优于国内同类处理剂,并与国外同类处理剂相当。 （3）新研制的高性能水基钻井液的抑制性能和清洁润滑作用效果与油基钻井液基本相当,同时具有优良的流变性能和抗污染性能,且环境友好。在环境敏感地区可替代油基钻井液,满足复杂泥页岩地层钻探工程的更高更全面技术要求。 （4）建立的高性能水基钻井液特性实验评价新方法,丰富发展了我国泥页岩抑制性及钻井液评价技术。 （5）新研制的高性能水基钻井液渗透率恢复值达到90%以上,储层保护效果良好。