改性柚子皮降滤失剂的合成与评价研究

天然材料因其易降解、环境友好、来源丰富和价格低廉等优势,成为环保型钻井液处理剂研发的重要方向。在天然柚子皮的基础上,通过化学合成引入酰胺基和磺酸基,形成了一种可满足高温地层绿色、安全、高效钻进的改性柚子皮降滤失剂,并对其抗温性、抑制性和抗盐抗钙性能进行了评价。柚子皮富含植物酚和聚糖等活性成分,改性后的柚子皮抗温能力强,在150 ℃的滤失量降低率超过70%;滚动回收实验结果表明,在加量为0.3%的情况下,其抑制效果优于KCl;抗污染实验表明,改性柚子皮降滤失剂抗盐抗钙效果好,0.3%的加量下,在淡水基浆、盐水基浆、饱和盐水基浆中均能使滤失量保持在10 mL以下,在CaCl₂含量为3%时,滤失量降低率达到82.22%。改性后的柚子皮具有良好的降滤失性能,为环境友好型钻井液处理剂的开发提供了新的技术思路。     

低渗灰岩水井常规酸酸化增产工作液的实验研究

利用有机酸缓速、低腐蚀的优点,与盐酸配合形成主酸,结合缓蚀剂等添加剂形成了一套适合于低渗灰岩水井的常规酸酸化工作液体系。通过对秭归县宝塔组灰岩的物化性能分析、静态溶蚀率、岩心酸化流动和静态腐蚀等实验,对该工作液体系进行了综合评价。结果表明:盐酸对岩粉0. 5、1. 0和1. 5 h的平均溶蚀率为95. 1%,乙酸对岩粉1. 5、3. 0和4. 5 h的平均溶蚀率为83. 5%,"8%盐酸+6%乙酸"在4. 5 h后对岩粉的溶蚀率为97. 0%;经"8%盐酸+6%乙酸"酸化后,宝塔组灰岩的岩心渗透率增加了270～1300倍;当酸液注入速度为1 m L/min时,酸液突破体积最小,为343. 6 PV(孔隙体积倍数);咪唑啉类缓蚀剂可同时作为缓速剂和缓蚀剂使用,能减缓酸液与灰岩的反应速度,并减少对钻具的腐蚀。该工作液体系可有效增大灰岩含水层的渗透率,从而提高水井产量,有助于解决部分缺水地区的民生地质问题。     

化学发泡式泡沫水泥浆稠化实验方法对比与分析

水泥浆的稠化实验使用稠化仪,但泡沫水泥浆中本身含有气体,在加压过程中会造成稠化性能测量误差。针对此问题,采用3种测试方法测试了不同加量发泡剂条件下,化学发泡式泡沫水泥浆的稠度性能,并优选出最优的测试方法。分析了测试方法误差的产生原因,并通过力学分析和计算对最优测试方法的稠度曲线进行修正。结果表明,发泡剂反应剩余物对泡沫水泥浆具有促凝作用,含发泡剂剩余物的水泥浆稠化时间比不含发泡剂剩余物的少41%,其影响不能忽略;使用不含气体和含有气体的水泥浆所测稠化曲线相差不大(不含有和含有气体的水泥浆稠化时间相差1 min和11 min),但其稠化曲线形态有所差别,含有气体的泡沫水泥浆测得的稠化曲线更接近直角稠化;当气体含量较少或者水泥浆后期稠度增长较快时,修正前后的稠化时间可能相差不大,化学发泡式泡沫水泥浆修正前后达到100 Bc的稠化时间相差3 min。但当泡沫水泥浆密度较小、气体含量较大,或者后期稠度增长较慢时,必须对测得的数据进行修正后才能使用。      

松软煤层加固用泡沫水泥浆的实验研究

针对松软煤层顺层钻进长钻孔成功率低、煤层机械强度低的难题,提出将机械发泡式泡沫水泥浆通过高压旋喷的方式注入松软煤层进行随钻加固的技术思路。室内试验中,通过改变松软煤岩与泡沫水泥浆的比例,模拟注浆后形成不同固结效果的松软煤岩-泡沫水泥固结体。以抗压强度和气体渗透率作为主要评价指标,研究了松软含煤量对固结体性能的影响规律。结果表明：（1）与纯泡沫水泥浆的固结体相比,当松软煤岩含量（以下简称“含煤量”）为5%时,固结体的气体渗透率略有降低,气体渗透率随养护时间增加而降低;（2）含煤量≥10%,固结体气体渗透率随含煤量增大而升高;（3）固结体的早期抗压强度（养护1 d）随含煤量的升高先升高后降低。养护时间增加至7 d后,固结体强度随含煤量升高而降低;（4）含煤量在20%~25%之间的固结体养护7 d后,抗压强度在8.65~9.94 MPa,气体渗透率在9.08~36.52 mD之间。研究成果可以为松软煤层的随钻护壁与瓦斯抽采提供有益借鉴。     

花岗岩型干热岩储层信息获取方法及控震压裂技术介绍

干热岩型地热作为一种大储量的清洁能源,在日趋严峻的环保形势下,正在逐渐影响着世界能源格局,并成为学术界、政府和企业关注的焦点。开发花岗岩型干热岩需要建立增强型地热系统（EGS）,其核心是向储层钻井并压裂形成一定规模的裂缝网络,构建注入井和生产井的循环回路来提取热能发电。从瑞士Basel EGS工程、韩国Pohang EGS工程等花岗岩型干热岩EGS压裂工程案例可以发现,诱发地震已成为制约花岗岩型干热岩开发的关键因素,其原因在于未明确大尺寸高倾角结构面的具体位置,无法预测压裂液在压裂过程中的流动方向,导致压裂液进入此类结构面造成结构面滑移从而诱发地震。本文将针对此问题通过查明干热岩所在储层的信息对开发花岗岩型干热岩控震压裂人工热储建造方法进行介绍。     

一种适合页岩气水平井的水基钻井液

由于泥页岩地层特性以及页岩气钻井工艺技术特点,目前页岩气井多采用成本较高、易污染环境的油基钻井液。优选一种基于纳米材料的水基钻井液体系,该钻井液利用纳米二氧化硅封堵泥页岩微小孔隙,采用磺化沥青Soltex作页岩井壁稳定剂。对该体系的高温高压滤失性能、高温高压流变性、膨胀性、滚动回收率、润滑性、泥饼摩阻系数以及表面张力等参数进行了测试。结果表明,该钻井液对泥页岩有较强的抑制性,抑制效果好于具有强抑制性的聚合醇体系,可防止泥页岩水化膨胀分散,保证井壁稳定;具有很好的润滑性,润滑系数为0.21,泥饼摩阻系数为0.049 7;在120℃下滤失量较低,流变模式较符合赫-巴模式;纳米二氧化硅/纳米碳酸钙近似球型结构,以及与Soltex的协同作用,使钻井液具有低表面张力,可削弱水锁损害。该水基钻井液体系适用于泥页岩地层钻进。     

基于疏水型纳米二氧化硅的页岩气盐水钻井液

由于页岩地层层理和裂缝发育,且具有水化性,因此在钻井作业中常面临井壁稳定、降摩减阻、岩屑清除等难题。为此,优选了疏水型纳米二氧化硅作为泥页岩封堵剂,以减少水分侵入,抑制泥页岩水化膨胀。通过钻井液常规性能测试、扫描电镜分析,评价了不同纳米二氧化硅对盐水钻井液的影响。结果表明:①疏水型纳米二氧化硅具强疏水性与强吸附性,能吸附在泥饼上,形成纳米颗粒隔水层,有效降低滤失量;②纳米二氧化硅加量为1%~3%时,疏水型固体纳米二氧化硅可使钻井液滤失量降低48.7%,疏水型纳米二氧化硅分散液可使钻井液滤失量降低41.67%,但固体颗粒易团聚,易失去纳米颗粒特性;③在180℃、NaCl含量25%、分散液加量3%条件下,钻井液滤失量为8.2mL;在室温~180℃下,钻井液水活度稳定在0.815~0.849,页岩膨胀率在4%左右,具有较强的抑制性;钻井液的润滑系数稳定在0.11~0.12,润滑性能较好。综合考虑滤失量、稳定性和性价比等因素,选定基于3%疏水型纳米二氧化硅分散液和25%NaCl的钻井液体系为最优配方。      

钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验研究

煤层气井单井产量往往较低,综合勘探开发煤系非常规天然气是提高煤层气开发效益的重要途径,但这要求钻井液能同时解决煤层、致密砂岩和页岩地层的井壁稳定问题。为此,提出基于"正电性-中性润湿-化学抑制-纳米材料封堵-合理密度支撑"的协同防塌理论,并开展了钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验工作。首先优选出能有效降低钻井液表面张力、增加钻井液与页岩接触角的表面活性剂复配方案,并结合钻井液流变性、滤失性、润滑性、水活度和抑制性等参数测试和页岩压力传递实验,对钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的效果进行了评价。结果表明:复合表面活性剂能够有效改变水基钻井液的润湿性能,与优选的水基钻井液相比,钻井液表面张力降低42.6%,与页岩的接触角增大162.1%;复合表面活性剂与水基钻井液具有良好的配伍性,具有较好地抑制性和抗盐能力;与清水相比,复合表面活性剂能显著阻缓页岩孔隙压力传递速率,降低钻井液侵入页岩的程度,页岩渗透率降低幅度在99%以上;说明通过控制钻井液润湿性来增强页岩井壁稳定性是可行的。     

维持页岩井壁稳定的物理封堵模拟和化学抑制实验研究

页岩气作为一种储量巨大的非常规能源,是实现现代多元能源体系的重要一环。本文采用HKY-3压力传递实验仪研究不同盐溶液对页岩井壁稳定的影响规律。此外,基于离散元颗粒流模型,重构纳米颗粒拖拽力,模拟流体粘度及颗粒粒径、浓度、形状对页岩孔隙封堵效率。结果表明:(1)物理封堵方面,颗粒大小和浓度明显影响封堵效率,当颗粒最大值小于孔隙出口时,颗粒粒径由出口尺寸的1/5增加到出口尺寸的1/3和1/2时,孔隙封堵效率分别增加13%和23%。(2)流体物性对页岩纳米孔隙的封堵效果表明,粘度5 mPa·s时纳米颗粒封堵效率比1 mPa·s时高16.26%。(3)化学抑制方面,阻滞页岩孔隙压力传递的最佳的盐溶液及其浓度为20%HCOONa。研究成果可为适用于龙马溪组页岩钻进的水基钻井液体系遴选提供理论和技术基础。     

多分支水平井岩屑运移模型与实验研究

随着多分支水平井及复杂结构井钻井技术的不断发展,井眼清洁技术面临着新的困难和挑战。如何解决复杂地质条件与复杂井型条件下的岩屑床问题,对于判断与处理井下复杂情况是当前钻井工程面临的重要科学问题之一。通过岩屑颗粒受力分析建立了岩屑运移环空临界流速模型;基于室内可视化岩屑运移实验,探究了岩屑运移影响规律。结果表明：井斜角为36°时岩屑临界启动速度最大,携岩最为困难;模型预测结果与实验结果吻合度较好,且基于实例井的预测结果与现场作业情况一致,验证了所建模型的可靠性。该研究可为大位移大井斜井及水平井井眼清洁提供理论依据和技术支持。