智能钻井液技术研究现状与发展方向

通过对当前国内外具有初级智能特点的钻井液技术研究现状的系统总结,阐述了可变密度、盐响应、可逆转乳化、恒流变、形状记忆防漏堵漏、智能保护油气层和原位流变可控共7种初级智能钻井液技术的发展背景和智能响应机理,分析了初级智能钻井液技术目前存在的问题与未来面临的挑战,指出智能材料学、纳米科学和人工智能理论等是未来研究具有“自识别、自调节和自适应”更高级智能水平钻井液技术的重要手段。在此基础上,结合钻井液技术需求和智能钻井液理论发展需要,提出了3个方面的发展方向：(1)研发响应多变地层压力、多变地层岩性、多变地层流体、多变储集层特征、高温地层与复杂地面环保需要的智能钻井液;(2)建立智能钻井液设计与管理专家系统;(3)构建实时智能检测与维护处理网络。     

煤岩气层损害机理与评价方法

目前国内外煤岩气层损害评价尚缺少统一的评价标准与指标。基于煤岩气层特点,分析了煤岩气层损害类型与机理,归纳了国内外分别从煤岩气层解吸性能、扩散性能和渗流性能进行评价的单一环节损害评价方法,分析各评价方法的优缺点及其适用条件。应力敏感、固相侵入与堵塞、聚合物吸附滞留、碱敏、煤粉运移堵塞是煤岩气层主要损害类型;煤岩气层损害既影响煤层排水,也影响煤层气产出,而煤层排水能力也影响煤层气产出;煤层气单一传质过程储层损害评价不全面,亟待建立单一传质过程结合多尺度传质过程的煤岩储层损害评价方法,但渗透能力评价仍然是关键,同时要考虑具有吸附气条件下水相渗流能力的损害评价。      

介观尺度下裂缝内堵漏颗粒封堵层形成与破坏机理CFD-DEM模拟北大核心

堵漏材料进入地层裂缝后,通常期望其能够在漏失通道内快速形成稳定的高强度封堵层,从而实现井筒与漏失层的有效隔离,这对控制漏失程度和强化井筒至关重要。当前,普遍从以封堵层为整体的宏观角度以及从单个堵漏颗粒性质的微观角度来分析研究封堵层的降低漏速能力和承压能力,而从介观尺度研究堵漏颗粒封堵层在裂缝内的演化过程较少。为进一步揭示裂缝内堵漏颗粒封堵层的形成与破坏机理,基于计算流体力学和离散元耦合模拟方法,研究了堵漏颗粒在楔形裂缝内滞留、架桥、封堵和失稳破坏过程,分析了介观尺度下堵漏材料性质及钻井液性能对裂缝封堵层形成影响机理。结果表明,堵漏颗粒进入裂缝后经过滞留、堆积、封堵过程形成封堵层,且封堵层前端是封堵层稳定的关键部位。堵漏颗粒尺寸越小,封堵层位置越接近裂缝出口。堵漏颗粒浓度增加会显著缩短封堵层形成时间,当浓度由2%增加至30%时,封堵层的初始形成时间由0.090 s降低至0.036 s,降低了60%,此外,堵漏颗粒几何和物理性质以及钻井液参数对封堵层形成及破坏均具有较为明显的影响。研究结果对进一步优化堵漏颗粒并快速形成高效封堵层具有一定的参考价值。     

超分子聚合物堵漏技术在长庆油田恶性漏失井的应用

长7页岩油储层致密但流体流动性好,砂岩储层存在微米级孔隙,加上存在断层构造,导致钻进过程中渗透性漏失、裂缝性漏失甚至失返性漏失频发,常规堵漏材料无法满足钻井施工要求,造成非生产时间和成本大幅度增加,严重制约了勘探开发进程。借助超分子化学理论,通过合成优化配方,研发出了新型超分子聚合物防漏堵漏材料,并对其微观结构、剪切稀释性和恶性漏失承压堵漏能力进行了表征与测试。研究结果表明,超分子聚合物堵漏材料不仅具有优异的剪切稀释性和黏附能力,而且对两层钢珠床（钢珠直径8～10 mm）模拟的大孔隙性漏失和直缝板（缝宽2～6 mm）模拟的裂缝性漏失均具有较强的承压堵漏效果,承压达6 MPa。在长7页岩油区块典型恶性漏失井应用表明,超分子聚合物堵漏技术可以有效提高裂缝性漏层的承压能力,减少漏失量并降低综合堵漏成本,助力长7页岩油勘探开发,值得进一步研究和推广。      

自生热体系对压裂液破胶性能的影响*

针对浅层低温油气井压裂后压裂液破胶不彻底、返排率低的问题,优选了亚硝酸盐与铵盐、三氧化铬和葡 萄糖、过氧化氢3种自生热体系的最佳反应参数,分析了3种自生热体系的生热量以及对压裂液破胶性能的影 响。结果表明,硝酸盐与铵盐自生热体系的最佳反应参数为激活剂HCl浓度2 mol/L,生热剂NaNO₂和NH₄Cl（物 质的量比1∶1）浓度为8 mol/L;三氧化铬和葡萄糖自生热体系的最佳反应参数为激活剂HCl浓度1 mol/L,生热剂 CrO₃和C₆H₁₂O₆（质量比1∶1）加量为14%;过氧化氢自生热体系的最佳反应参数为激活剂MnO₂加量0.3%,生热剂 H₂O₂加量为30%。过氧化氢自生热体系的生热量最高,温度可达到91 ℃。在压裂液破胶实验中,葡萄糖和三氧 化铬自生热体系和破胶剂过硫酸铵的加入顺序对压裂液的破胶效果无影响,过氧化氢自生热体系应和破胶剂同 时加入,亚硝酸盐与铵盐自生热体系的加入顺序为先加入自生热体系后加入破胶剂。亚硝酸盐与铵盐自生热体 系是压裂液破胶体系的最佳添加剂,可使压裂液黏度降至6 mPa·s以下,破胶性能最优。     

基于形状记忆环氧树脂聚合物的温敏可膨胀型堵漏剂研制及性能评价

为避免当前常规惰性堵漏颗粒和吸水凝胶颗粒在堵漏应用过程中存在的问题,以热固性形状记忆环氧树脂作为基础材料,通过添加空心玻璃微珠改善了可压缩性能,形成了形状记忆环氧树脂复合泡沫,最后成功制备出具有不同响应温度和膨胀倍数的温敏可膨胀型智能堵漏剂SMP-LCM。通过控制形状记忆环氧树脂中交联组分含量,得到了不同响应温度区间（50~100℃）的形状记忆环氧树脂。通过控制体系中孔隙含量,得到了一系列不同膨胀率（5%~110%）的形状记忆环氧树脂泡沫及其颗粒。室内评价表明,SMP-LCM温敏堵漏剂可在温度激发下实现快速体积膨胀,且膨胀率不受介质种类影响,对大孔隙砂盘和砂床具有良好的封堵承压效果。所研发的形状记忆泡沫堵漏剂属于温敏膨胀型堵漏材料,能够以较小尺寸进入漏层深处并在地层温度下发生膨胀,通过自身因形状记忆效应产生的恢复应力有效加固井眼而又不致压裂地层,进而提高井筒薄弱地层承压能力,展现出了良好的应用前景。      

低密度无固相海水钻井液在南海西部D气田的应用

南海西部D气田目前在生产的浅层气藏,属上第三系莺歌海组地层,是中孔中渗的泥岩储层,该地层较复杂,钻进时易发生掉块、井塌、卡钻等井下复杂。在研究储层岩石性质及现有钻井液性能存在问题基础上,提出应提高体系的封堵性能以及抑制性能,措施为:在φ311.1 mm井段原PRG钻井液配方中增加VIS,降低滤液侵入速度,降低钻井液对于井壁的冲刷作用;降低PLUS的含量和增加PF-FLOTROL,降低黏度并增强降滤失性能;在φ215.9 mm井段原PRF钻井液配方中增加Greenseal,形成致密隔离层带,封堵微裂缝和孔喉,降低滤液渗透,延长井壁稳定时间;增加EZCARB的含量并且使用KCl加重,增加抑制性能。评价结果表明,PRG和PRF钻井液具有滤失量低（API滤失量为2.1 mL,高温高压滤失量约为4.3 mL）、流变性好、抑制性强（滚动回收率约为90%）和抗污染能力强（抗盐达10%,抗钙达2%）等特点。在D气田P3H井和D4H井的现场应用表明,使用PRG和PRF钻井液,有效抑制了泥包卡钻、井漏等井下复杂的发生,使用效果良好。