页岩气有效开发的钻井液技术探讨教学教材.ppt

<p>单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,页岩气有效开发的钻井液技术探讨,罗平亚,西南石油大学,油气藏地质与开发工程国家重点实验室,2012,年,11,月腾冲,目 录,一、前言,:,页岩气有效开发对钻井液技术的要求,二、用水基泥浆在页岩地层中低成本钻成井眼规则的长井段水平井的泥浆技术设想,.,页岩地层井壁不稳定与坍塌应（压力,P,塌,),.,页岩,地层水化对井壁稳定的影响,.,泥浆对页岩中裂缝的作用引起的井壁不稳及对,P,塌,的影响,.用水基泥浆在页岩地层中低成本的钻成井眼规则的长井段水平井的泥浆技术攻关要求,:,一、前言,:,页岩气有效开发对钻井液技术的要求,页岩气勘探开发的重要性及对国民经济和我国能源发展的重大战略意义已成为共识，得到党和国家的高度重视,2009,年,11,月,15,日，中美签署,中美关于在页岩气领域开展合作的谅解备忘录,。,2012,年,3,月,5,日，温家宝总理在十一届人大五次会议政府工作报告中指出：我国要“加快页岩气勘探开发攻关”,一、立项依据,2012,年,3,月,13,日，国家发改委、财政部、国土资源部和国家能源局发布了,页岩气发展规划,(2011-2015,年,),。,到,2015,年，国内页岩气产量将达,65,亿方,探明页岩气地质储量,6000,亿方,可采储量,2000,亿方,2012,年,4,月,11,日，国务院召开常务会议，决定加大页岩气科技攻关。页岩气勘探开发列为国家重大专项的重要内容，并正拟列为新的一个,(,第十七或第十八,),国家重大专项。,页岩气的有效开发己成为,是国家的重大需求，,页岩含气是人们早已知道的事情,但由于页岩气藏含气量远远低于常规天然气藏,而且自身渗透性极低及页岩中天然气赋存状态,(,吸附态,+,游离态,),的特殊性，因此，使用油气开发现有的各种开采技术都不能获得具有工业开采价值的单井产量,(,每天一口井只产几百方或几十方或捡测不出来,),所以一直无法开采利用。,没有技术可以获得具有工业开采价值的单井产量,(,稳产一万方,/,日左右,),国外提出,“,以页岩中长段水平井为基础,采用多级分段压裂的体积改造技术,”,:,沿水平井段尽可能多地形成横切井眼轴线、且沿井眼径向延伸规模较大的裂缝网络，由裂缝网络将整个,被改造的岩体,“,分割成若干小块,”,。,在井周以井眼轴线为中心形成一个柱状松动层，从而最大限度地提高页岩气的泄流面积和大大缩短岩石中气体在任一方向上进入,(,人工,),裂缝的距离以及提高其渗流能力,从而使原来极低的单井产量百倍、千倍、万倍的增加,(,初产,几万方,/,日、稳产一万方,/,日左右,),从而具有工业开采价值。,(,找到了有效技术,),页岩中有利于裂缝网络形成的规则井眼长井段水平井钻井系列配套技术,;,形成裂缝网络的体积改造压裂系列配套技术,是页岩气能否有效开发的关健技术。,它们与现有的水平井钻井技术,压裂技术有很大不同,而且复杂得多,困难得多,.,同时由于页岩气单井产量普遍较低,因此这些更为复杂,困难的技术要求其应用成本比现有技术更低得多。,8,超低渗油气,致密气,页岩气,煤层气有效开发技术应保证对,其,経济,有效开发,:,提高单井产量和采收率达到具有工业价值,(,日产量初产,?,万方,/,天,稳产,几千,-1,万方,/,天,),；,降低开发综合成本到如此单井产量仍有経济效益。,8,9,国外成熟的,页岩气勘探开发技术,経过近二、三十年艰苦攻关，,美国率先形成页岩气的评价方法和,勘,探开发,系列配套技术,，而且日趋成熟，实现了页岩气的工业开发。,页岩气资源评价,(,“,甜点,”,评价,),技术,；,页岩中长段水平井钻完井技术；,水平井分段压裂及体积改造技术；,钻完井及压裂,“,工厂化作业,”,9,一、对钻井的要求及主要技术难点,:,在页岩地层中低成本钻成井眼规则的长井段,(1000M2000M),水平井,.,为实现体积改造提供必要的“平台”。,水平井钻井技术是成熟技术,但在页岩中钻长水平井时,其,关键技术,:,轨迹设计,轨迹控制,钻柱设计,技术套管下入及保护,井壁稳定,摩阻扭矩分析与降低,井眼净化,低环空循环压降,(1000,米上长水平段，重泥浆情况下,),井壁稳定,及其由它而引发的各种井下复杂问题成为实现这个目标的重大技术难题,(,瓶颈,),。,10,页岩直井井壁稳定问题己基本解决,但在页岩地层中钻成井眼规则的长井段,(1000M,2000M),水平井国内外都没完全解决。,钻井中,80,的井壁稳定问题发生在页岩地层井段,;,难点在于,:,页岩的水敏性引发的向题,;,破碎性地层细微裂缝发育时引发的问题,.,因浸泡时间增长,井斜角增大而激化,。,是钻井中重大难题,-,井壁稳定问题所有难点的高度集中,11,其主要问题,:,页岩地层的水化抑制问题没有很好,(,难以,),解决,;,“,甜点,”,区域内页岩发育的,微裂缝、细微裂缝,引发的井壁稳定问题没有很好,(,难以,),解决,;,水平井段越长,(1000M,2000M),浸泡时间越长使问题更为恶化,;,水平井眼轨迹和方位可能增大地层,P,塌,;,综合作用使泥浆密度,(,防塌,),升高,从而诱发一系列问题。,井壁稳定难,井眼规则更难！,国外在大多数的页岩气开发水平井中使用的是油基泥浆,;,雪弗龙公司开发了硅酸钾基钻井液体系,;,贝克休斯开发了专用于页岩的,performax,水基钻井液体系,;,当井壁稳定不突出的时候，可以使用低固相不分散钻井液体系。,13,使用油基泥浆可以在页岩地层中钻成井眼规则的长井段,(1000M,2000M),水平井,.,油基泥浆对页岩,不水化,全抑制,;,油基泥浆,本身,对亲水的页岩细微裂缝,有封堵作用,(,见下页,);,各种油基泥浆封堵剂的合理使用,;,地层,P,塌,不因泥浆水化作用而升高或升高不多,可以用低密度、低粘度油基泥浆保持井壁稳定和规则井眼。并有,利用降低摩阻,和井眼净化。,14,油基泥浆物理化学封堵,亲水的地层用油基泥浆：毛管压力阻止泥浆进入裂缝。,设：,地层完全亲水,ow,=50dyncm,-1,，,油基泥浆对裂缝的物理化学封堵作用,(,见右,),。,对微米级裂缝,井越浅封堵作用越强,;,裂缝宽度越小封堵作用越强。,H(,井深,m),D(,缝宽,),(,当量泥浆密度,),3000,1,3.33,3000,2,1.67,3000,3,1.11,4000,1,2.50,4000,2,1.25,4000,3,0.83,5000,1,2.00,5000,2,1.00,5000,3,0.68,15,存在问题,:,1.,我国油基泥浆还未形成完整的系列配套技术,:,没有系列配套的处理剂,;,没有系列配套的油基泥浆体系及应用技术,;,没有形成配套的安全、环保技术,;,没有配套的用过泥浆的回收处理及循环使用技术,;,没有含油钻屑的处理技术,;,油基泥浆测井技术,油基泥浆固井技术不配套,;,16,2.,成本难以降低,很难实现低成本,;,3,、环保问题压力大,;,小结,:,使用油基泥浆可以在页岩地层中钻成井眼规则的长井段水平井,.,但尚需全面组织攻关,在我国形成成熟的油基泥浆完整的系列配套技术之后才能过关,这是我们努力的方向之一,(,比较好完成,),。但很难实现更低成本,.,只有实现使用水基泥浆可以在页岩地层中钻成井眼规则的长井段水平井,才能真正达到我们的目的。,这是我们努力的另一方向,-,难度很大的主攻方向。,国外现也正在努力攻关,17,二、,用水基泥浆在页岩地层中低成本钻成井眼规则的长井段水平井的泥浆技术设想,:,首先是优质高速钻成：,井眼稳定、规则，,低密度、高钻速，低摩阻，强净化，低伤害,。同时实现,低成本,;,页岩气有效开发必须攻克的关健技术,!,国内外都没能很好解决的重大技术难题。,核心是页岩地层中长水平段井眼页岩地层的井壁稳定问题,.,(,以及为保持井壁稳定被迫采用高密度泥浆带来的问题,),。,18,解决,用水基泥浆钻页岩的井壁稳定问题,我们具有丰富经验并能较好解决生产问题的系列配套技术,(,提高密度、提高抑制性、有效封堵,),，但同时又是我们并未能完全掌握而时常碰到的技术难题,特别是在,强水敏页岩地层,裂缝发育的页岩地层,尤其是在它们中间,打长井段水平井,时的井壁稳定问题没有能完全解决。,水基泥浆钻页岩的井壁稳定问题,19,20,例如：井壁稳定技术（研究最多，成果最多）,人所共知页岩井壁稳定三要素：,合理泥浆密度,足够的抑制性,足够的封堵能力,人所共知：决定井壁稳定问题的坍塌压力是岩石力学与化学耦合的结果。,（多大才合理？）,（多大算足够？如何准确测量评价？,),(,多大算足够？如何准确测量评价？,),但致今没有建立起他们之间的关系。,只能是经验的合理应用！,20,21,而页岩地层钻长水平井难题的本质是,:,1,、水平段井眼的井壁地层坍塌压力大于同层直井井眼的井壁地层坍塌压力,(,一般正常情况下水平井大于,0,而直井可能,=0),。,2,、泥浆的抑制性不能,有效抑制页岩水化澎涨作用,造成井壁不稳定,而,长井段水平井钻井,造成的地层,长期浸泡,而大大激化了这种作用。,而不能准确评价这种作用的大小及影响程度。,3,、泥浆对页岩地层大量裂缝的侵入,必大大幅加地层的,P,塌,从而导至严重的井壁不稳定,而泥浆密度越大影响越大,而地层,长期浸泡,而大大加剧了这种作用。,而不能准确评价这种作用的大小及影响程度。,(,其中,1,是力学因素,;2,、,3,是,(,泥浆,),化学因素。然而,决定井壁稳定问题是岩石力学与化学耦合的结果,),.,页岩地层井壁不稳定与坍塌应（压）力,P,塌,(,从岩石力学角度理解井壁不稳定,),井眼形成后，地应力在井壁上的二次分布所产生的指向井内引起井壁岩石向井内移动的应力，称为井壁坍塌应力。,P,塌,0,。,它是引起井壁不稳定的根本原因,(P,泥,P,塌,),。但所钻地层形成井眼不一定必然会产生坍塌压力,(,即,P,塌,=0),。,22,P,塌,一旦产生（,P,塌,0,）井壁岩石必然逐渐掉（挤）入井中（缩径、掉块丶垮塌）。,钻井过程中,P,塌,可以（也只能）用井内泥浆柱压力有效平衡：,P,泥,P,塌,则井壁保持稳定,(,防塌,),对应泥浆密度称为防塌泥浆密度。井壁保持稳定实质是力学平衡的问题,.,井壁稳定关健是,:,准确掌握,P,塌,;,由此科学确定所用泥浆密度,并使其,P,泥,作用于井壁以有效平衡,P,塌,.,23,决定,P,塌,的因素,:,P,塌,与地应力方向和大小、岩石的力学性质、岩体强度、强度（破坏）准则有关；,与岩石物性（渗透率、裂缝发育程度与状态、界面润湿性,）、地层流体组成性质有关；,与地层流体压力,(,泥浆柱作用下,),、岩石组成、产状及水化状态有关；,与井眼状态（斜度、方位,）等因素有关；,与泥浆的抑制性与封堵性能密切相关。,24,25,一般而言井眼倾斜角越大,井眼井壁地层坍塌压力,越大。,水平段地层的坍塌压力一般情况下都大于,0(,其大小可以由岩石力学与实验相结合计算出来,具有一定的参考价值,),。,*,井段泥页岩的坍塌压力,埋深（,m,）,3000,垂向应力,MPa,）,75.0,水平最大主应力（,MPa,）,68.0,水平最小主应力（,MPa,）,54.0,地层压力,(MPa,）,30.0,孔弹性系数,1.0,弹性模量,(MPa,）,13000,泊松比,0.29,抗张强度,MPa,）,5.0,内聚力（,MPa,）,15.0,内摩擦角（,）,30.0,.,页岩,地层水化对井壁稳定的影响,1,、泥浆抑制性与井壁稳定,:,泥浆引起页岩地层,(,粘土,),水化而引起地层坍塌,页岩水化程度越高,地层坍塌越严重,;,反之则越轻。,页岩地层,(,粘土,),被水化程度高低是页岩地层井壁稳定程度的主要决定因素,泥浆抑制性,(,能力,),是指对页岩,(,粘土,),水化,澎涨,分散作用抑制的总称。,抑制页岩,(,粘土,),水化能力,(,针对井壁稳定,防塌剂,),抑制页岩,(,粘土,),水化澎涨能力,(,针对井壁稳定,防塌剂,;,针对储层保护,粘土防澎剂,),抑制页岩,(,粘土,),水化澎涨分散能力,(,针对造浆,包被剂、絮凝剂,;,针对储层保护,粘土稳定剂,),28,对井壁稳定而言泥浆抑制性是指控制页岩水化的能力,泥浆水化抑制能力指泥浆阻止地层中水敏性矿物,(,粘土,),在原有水化状态下进一步水化的能力。即阻止地层中水敏性矿物,(,粘土,),的原有水化程度进一步增加的能力。淡水泥浆引起地层中水敏性矿物,(,粘土,),的原有水化程度进一步增加到其最大值,则其抑制性最差。若泥浆能完全制止地层中水敏性矿物,(,粘土,),水化程度的增加,(,不再水化,),则抑制性最好,泥浆使地层粘土水化程度提高越多则抑制能力则越差,反之则越强。,关健是水化程度的评价和测定。,2,.,泥浆引起页岩中粘土水化造成井壁不稳定。,.,粘土表面水化：,由粘土粒子表面能产生,、,各种粘土都具有,其水化膜由四个水分子构成,厚度约,10,埃,.,其澎涨压极大,40,4000,大气压（,400MPa),而澎涨量很小,在井壁上这种作用不引起缩经、多引起掉块或垮塌。,粘土表面己吸附四层水分子则表面水化不会发生,;,若表面完全未水化则四层水分子水化依次发生,若表面己吸附一层水分子,则第二、第三、第四层水分子水化依次发生,29,一般情况下地层中粘土大都己存在不同程度的表面水化,埋深愈浅,表面水化程度愈全,(,四层,),深部或超深部表面水化愈少,(,一、二层或没有,),。即浅部一般不再发生表面水化,深部愈深愈可能发生。,一般情况下泥浆作用后粘土表面水化的防止,(,或抑利表面水化作用,),很难,它依靠泥浆中水相中水的化学位,(,或活度或渗透压,),比表面水化作用更强才能实现。,水基泥浆现有抑制剂及泥浆体系的抑制能力还不能完全满足！,30,.,粘土渗透水化,由粘土表面吸附的可交换补赏,性阳离子形成扩散双电层而产生。,此扩散双电层愈厚则渗造水化愈强,其水化膜越厚。,与粘土种类和地层矿化度直接相关。,水化澎涨压,(,渗透压,),为,10MPa,水化膜厚可达,100,埃以上。故其水化澎涨 压不大,澎涨量大,对岩石力学性质、强度影响大。在井下常引起缩径、垮塌及地层造浆。,一般而言,5000M,的情况下页岩大多为,渗透水化,这种情况。,31,32,水化过程,:,干粘土表面水化,(,第一层水分子,第二层水分子,第三层水分子,第四一层水分子,),渗透水化,地层中的页岩,(,粘土,),处于不同的水化状态,则从不同的状态开始水化,.,抑制水化是不使地层矿物原有水化程度不再增加或增加不多。,（,抑制渗透水化机理,泥浆液相与地层页岩接触后使地层,电位绝对值下降或不变从而压缩粘土双电层或阻止双电层扩散,;,或泥浆液相与地层页岩接触后泥浆液相渗透压高于地层粘土双电层的渗透压。,(,泥浆水相矿化度,地层水矿化度,),抑制表面水化机理,泥浆中水相化学位,(,活度,),地层中粘土表面吸附水的化学位,(,活度,)(,理论值,0.10,0.30),水化与抑制性的评价方法,:,目前常用的水化与抑制性评价方法有岩心浸泡、滚动回收、澎涨率、,CST,值、,SSI,值测定,。都只是相对的比较,不能很好反映其实质。,只有能测出其泥浆作用前后页岩水化程度的变化才能客观评价比较泥浆抑制性的强弱。,而且还要找出地层页岩水化程度与井壁稳定的定量关系才能真正指导防塌泥浆技术,.,否则防塌泥浆技术只能处于经验阶段,无法形成解决,“,页岩中低成本打成规则井眼长井段水平井,”,的成熟技术,.,抑制性技术现状。,.,常用抑制剂比较齐全：,无机盐：氯化钠、氯化钾、氯化钙、石灰,有机盐：甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯,阳离子、非离子、阴离子有机高分子聚合物,无机阳离子聚合物：正电胶,各种聚合醇,。,它们本身能完全抑制粘土渗透水化及部分表面水化（四、三个水分子），只有饱和甲酸铯溶液（,a=0.10,）可以抑制整个表面水化。,36,.,高效抑制泥浆体系并未完全建立,常用抑制剂,(KCl,、,CaCl,2,、,MMH,、阳离子、高分子聚合物,),抑制性不足,泥浆抑制性与泥浆性能之间的矛盾未能根本解决，其兼顾协调结果使各种抑制剂的抑制能力被大大削弱。从而使水基泥浆的抑制性常常比预计的低得多,.,因此现有水基泥浆泥浆体系至今不能完全解决水化能力强的页岩的井壁稳定问题。,.,水,基泥浆的抑制性的评价方法不能满足需要。,现有防塌泥浆评价体系不能好指导防塌体系的研究,.,没有测定粘土水化程度的标准方法，使泥浆抑制水化能力不能客观评价和对比评价,.,不知道对于一种页岩泥浆要多大的抑制能力才够,也不知道我们的各种泥浆有多大的抑制能力,.,不能指导抑制性技术的应用,无法有效解决复杂的水敏性页岩的井壁稳定问题。,.水基泥浆对页岩的水化作用程度与坍塌应力之间的关系还不能定量描述。,38,2.,泥浆引起页岩中粘土水化导致,P,塌,增加：,泥浆对岩石的水化作用引起,P,塌,增加,粘土水化产生膨胀压（,P,膨,）此膨胀直接转化为,P,塌,：,粘土表面水化：,P,膨,分别为第一层水化子水化,400(MPa),、第二层水分子水化,270(MPa),、第三层水分子水化,180 MPa),、第四层水分子水化,42,8(MPa),。,它们大多不能用泥浆柱压力,(,密度,),平衡,只能用化学方法抑制其发生,粘土渗透水化：,P,膨,10MPa,其水化澎涨压不大,但澎涨量大,对岩石力学性质、强度影响大,从而使,P,塌,增加量大。,、水化澎涨引起,岩石力学性质,(,塑性增加,刚性降低,),变化、强度降低,它们都增大,P,塌,。,水化作用必然导至其坍塌压力增加,P,塌,。,泥浆水化作用对地层,P,塌,的影响,对水敏性地层：（页岩,）,P,塌,增加,增加地层塑性,产生澎胀压：,P,膨,降低地层强度,泥浆的水化作用,使,P,塌,增加,P,破,下降,水化作用愈强被水化程度越高，,P,塌,和,P,塌,增加愈多,40,.,粘土水化对,P,塌,上升大小的影响,:,此,P,塌,的大小受页岩矿物组成、结构、产状及地层水状态的影响。其中主要是粘土矿物的种类、含量、存在状态以及,原始水化状态,（即粘土实际水化状态、地层水矿化度,）是决定,P,塌,产生及大小的内在因素。而泥浆的抑制性是其决定性控制因素,.,P,塌,与地层被泥浆水化程度的增量密切相关,目前尚未建立起这种关系。,41,粘土水化必使,P,塌上升,其影响大小与粘土被水化程度密切相关。,由于其水化程度大小由泥浆水化能力或抑制水化能力所决定。其,水化程度可在,0,（完全不水化）极大（完全水化分散）,之间变化都使,P,塌,上升。,理论和实验研究表明,:,由此而引起,P,塌,的增加,相当于密度增加,0,2.00,以上,（依地层组成、埋深等因素变化,但现在不能求出或测定,!),。,42,必须提高泥浆密度以平衡因水化作用后增大的,P,塌,否则井壁不稳定。从而使防塌泥浆密度因此而提高,(,很多,),！,泥浆抑制能力 页岩被水化程度 地层坍塌压力增量,P,塌,地层 总坍塌压力,(,原始地层坍塌压力,+,P,塌,),使用防塌泥浆密度,建立以上各因素之间的关系,3.,发展水敏性页岩地层防塌技术的主要内容,:,.,更新技术观念,:,泥浆增加,P,塌,。不同泥浆增加幅度不同。由现场井下实,际情况总结出的,P,塌,一般都,(,大大,),偏大,.,现有,KCl,、,CaCl,2,、聚合物体系的抑制性达不到预想要求,H.T.H.P,失水低未必就是好的防塌泥浆,.,.,建立粘土水化程度评价方法和泥浆水化抑制性评价方法,44,.研究页岩水化程度对地层坍塌压力的影响关系、建立水化引起页岩地层坍塌压力增加值的测定方法。,室内测试与理论计算,数值模拟,工程测井：测定井下页岩实际,P,塌,.,应用以上新建评价方法,研制新型高抑制性能的抑制剂：,.,应用以上新建评价方法,建立削弱,“,矛盾,”,、消除,“,矛盾,”,的水基泥浆体系：,如无固相阳离子泥浆体系，两性离子泥浆体系,。,.,泥浆对页岩中裂缝的作用引起的井壁不稳及对,P,塌,的影响,1.,泥浆或泥浆滤液进入地层裂缝必然引起井壁不稳定,:,.,进入推动力：,正压差：,P,泥,P,地,引起泥浆或滤液进入裂缝，特别是当,泥,，将裂缝压开后,更为严重。,毛管附加压力：,地层表面亲水，将自动吸水，阻止油的进入,地层表面亲油，将自动吸油，阻止水的进入,46,.,对井壁稳定的影响,:,遇到井塌必须提高泥浆密度来解决,.,理论和实践证明,:,必须将这类裂缝有效封堵,否则适得其反,:,此时提高泥浆密度不起作用反而密度愈高，井塌愈凶，甚至形成恶性循环。引起恶性坍塌。,从钻进这类地层经验中总结的地层,P,塌,一般偏高较多。,上述作用与影响与水化作用无关。若有水化作用，二者,叠加，问题更为复杂,(,裂缝发育的页岩是典型,),。,所以,有效封堵是这类地层井壁稳定的关健。,与泥浆类型无关；油基泥浆、水基泥浆效果一样。,、页岩吸水后严重增加,P,塌,:,非破碎地层,不水化岩石,但从泥浆中吸水,(,各种因素引起,),也将引起岩石力学性质的变化和强度的降低。其结果将引起,地层坍塌压力的明显上升,。,页岩中存在很多纳米级孔隙,因此如何防止钻井液中自由水,(,滤液,),进入地层是降低其坍塌压力防止井塌的重要内容。,这将要求能,有效即时对井壁岩石,(,纳米级,),细微孔隙、裂缝实施有效封堵。,这是至今认识不够的问题。,(,现在的防塌技术中没有这部份内容,),。,48,2.,封堵防塌技术现状,.,封堵技水平不能满足要求,(,特别是对细微裂缝,):,封堵剂不配套,:,在水中能自动分散且,分散度高,(,特别是纳,微米级分散,缺,),。,粒子形状,:,纤维状、粘状,(,各种,),、片状配套,;,各类粒子粒级配套,粒度与缝,孔尺寸匹配并成正态分布,;,刚性、塑性,(,可变形性或软化点,),配套,49,50,还没有公认的,泥浆封堵能力的评价装置、方法和标准,:,对地层,0.1mm,以上级裂缝的封堵,评价装置、方法和标准,对微米级,微裂缝,(,微米级,),封堵的评,评价装置、方法和标准,对纳米级,细微孔隙、裂缝,(,纳,微米级,),的封堵,评价装置、方法和标准,3,、发展封堵技术研究内容,:,.,有效封堵,在井壁表面或表层很浅,(,深度几公分,),的地方很快,(,形成井壁的同时,),形成渗透率为,0(,接近为,0),的封堵层。,重点是对纳米,微米级缝孔的有效封堵,。,51,.,发展封堵机理,:,、物理化学封堵,(,表面封堵,),亲水的地层用油基泥浆：毛管压力阻止泥浆进入裂缝,亲油的地层用水基泥浆：毛管压力阻止泥浆进入裂缝,.,屏蔽暂堵机理,:,固相粒子裂缝上架桥，变缝为孔，孔上,(,单粒或多粒,),架桥,逐级填充，最后变形粒子填死。,(,重点是纳米封堵材料,),、浊点原理对细微缝孔的封堵,.,、微泡沫封堵原理,:,井下高压使细小泡沫直径达到纳米,微米级。,。,.,重点针对纳米,微米级缝孔,根据不同的封堵机理建立相应的有效封堵的评价方法,:,.,根据上述封堵原理及相应的评价方法,研发新的封堵剂。,.,根据上述封堵原理及相应的评价方法,研究建立新的有效封堵泥浆体系,.,用水基泥浆在页岩地层中低成本的钻成井眼规则的长井段水平井的泥浆技术攻关要求,:,1.,技术要求,:,有效抑制所钻页岩地层水化作用,(,地层中页岩原始水化程度不增加或增加很小,),以保证用尽可能低的泥浆密度能确保页岩水平井眼的长期稳定,;,有效封堵所钻页岩地层的各类缝、孔,(,完全封住,且其封堵层能承受,P,泥,-P,地的作用,),以保证用尽可能低的泥浆密度能确保页岩水平井眼的长期稳定,;(,难点和重点,),且低成本。,54,2,思路与内容,、建立页岩,(,去,),水化程度评价方法,(,即泥浆抑制能力的,室内和矿场评价方法与评价标准,);,建立水化程度与岩石力学性质、强度关系评价方法,建立泥浆对页岩水化作用引起,P,塌,增加的测定和计算方法,(,水化抑制能力评价体系,);,建立泥浆对不同大小的各类孔、缝封堵能力的评价装置、方法和标准,;,并以此标准指导抑制剂,封堵剂的优选及研发,指导适应于所钻地层页岩井壁稳定的防塌泥浆体系的优选评价和研发,。,55,.,根据地应力及所钻岩石的力学与强度性质和利用井壁稳定力学模型计算井眼地层的,P,塌,并以此为工作的基础,(,泥浆密度低限,);,.,应用以上新建评价方法,建立削弱泥浆抑制性与性能维护能力相互,“,矛盾,”,或消除此,“,矛盾,”,的水基泥浆体系：,如无固相阳离子泥浆体系，两性离子泥浆体系,。,56,.,提高泥浆抑制性,降低页岩水化引起的,P,塌,的增加,保证用低密度泥浆钻井而井壁长期稳定。,.,准确评价所钻页岩在地下的实际水化状态,:,含水多少,水化程度测定,。,.,测定评价待选泥浆引起页岩水化程度的增加及因此而引起的,P,塌,的增加值,选用水化程度增加最小,(,最好为,0),对,P,塌,增加最小,(,最好为,0),的体系,.,、并求出所用泥浆密度的增量,从而确定使用该泥浆井壁稳定所需泥浆密度,;,、准确评价泥浆对各类裂缝的封堵能力,:,以上面所选抑制性最好的泥浆体系为基础,按方案加入各类封堵剂构成待选泥浆体系,;,评价它们对不同大小的各类孔、缝的封堵能力,及其对,P,塌的影响。优选效果最好的体系。若实现完全封堵,则,P,塌不会因此而上升。,.,以上述评选出来的泥浆体系为基础,调整水平井钻井所需泥浆的其它性能,:,如泥饼润滑性、极压润滑性、必须的流变性,(,井眼净化需要,),。,58,3.,几类有希望的泥浆体系,:,由于页岩气藏埋深大多,4000-5000M,则其页岩在地下实际含水状态大都存在表面水化,因此大都只需抑制其渗透水化即可,所以现有抑制剂基本能满足要求。,实验中只需,准确评价出具体的要求,和注意不要为保证体系性能而加入其它处理剂,从而使之降低即可。,由于页岩中有大最纳米级和,10,微米级的孔缝,目前尚无十分有效的封堵剂,这,将是目前急须解决的重大问题,它一旦解决则这类泥浆体系的建立将成为可能。,59,.,现有各类强抑制泥浆体系。,可以辅助使用,5-10%,的聚合醇,(,优选濁点封堵,),.,能很好协调,“,抑制性与性能调整,”,关系的体系,:,胺基泥浆,(,防塌,),泥浆体系,两性离子,(,防塌,),泥浆体系,有机酸盐泥浆,(,防塌,),体系,.,60,.,无固相阳离子钻井液体系,;,可行性,:,正常情况下,泥浆密度低,泥浆流变性可用抗盐抗温聚合物来实现,对井壁的全面封堵可以解决造壁性问题。,技术关健,:,用各种阳离子使其抑制性达到要求封堵剂有效即可,不存在为调整泥浆性能而带来的干扰,。,配合使用阳离子粘土润湿反转剂,会有全面的好效果。,61,.,抑制性微泡沫泥浆,:,以上述各种泥浆体系为基础作成微泡沫泥浆,流动性没问题,不影响泵上水,而,10,微米,100,微米的气泡在井底可能被压缩到纳米,微米级,在正压差作用下为数众多的纳米,-,微米级气泡对纳米,微米级孔,缝可起到很好的封堵作用,而且封堵能力有加和性。,(,提高对纳米,微米级孔,缝的封堵作用,),62,.,上述各体系,可以辅助使用,5-10%,的,“,浊点,”,水溶性聚合物或化学剂,”,(,起到对纳米,微米级孔,缝的封堵作用,需要优选不同濁点的聚合醇,),。,以上各体系可以交叉综合应用,只要使用新的水化抑制评价体系和有效封堵评价方法准确评价即可,.,63,个人意见,仅供参考,!,谢 谢,!,64,</p>