NJ200型低温钻井液净化系统的研制

针对目前俄罗斯、加拿大等国对极地钻机的需求,在吸收国外低温钻机及配套设备经验的基础上,为4 000 m低温车装钻机配套而研制了NJ200型低温钻井液净化系统。该钻井液净化系统采用5级净化装置,能在-45℃低温环境下完成对钻井液的各项处理工作。试验和应用表明,该系统能够有效降低钻井液中的固相含量,保证钻井液的钻井性能,提高钻井速度,满足低温环境下钻井过程中各个环节的要求。     

低温钻机保温加热系统设计

高纬度地区蕴藏着丰富的油气资源,但该地区气温极低,普通钻机难以适应,需开发-45℃甚至更低环境温度下作业的钻机。依托国外某低温钻机项目,提出钻机在低温地区作业的综合解决方案,并研制出4 000m低温钻机。现场应用表明,该钻机很好地满足了当地低温环境下的使用要求。     

低温轨道钻机固控系统的研制

根据低温钻机对配套设备性能的要求,研制了适合俄罗斯7 000 m低温轨道钻机配套的低温固控系统。该固控系统采用多层模块结构,在空间上分为上、中、下3层,依次为顶棚、中间层、钻井液罐。下层钻井液罐底座带有与地面轨道配套的高强度合金钢滚轮,可以实现系统整体移动,工作时通过锁紧机构连接成一个整体,并实现空间内部温度不低于10℃。系统对钻井液采用5级净化处理,能在-45～50℃环境下对钻井液进行配置、贮存、循环和净化等,且保证在-60℃环境下能无损储存。试验及应用情况表明,该固控系统能够满足丛式井作业快速移动和7 000 m低温轨道钻机的配套需要。     

低温钻机固控系统保温研究

要使钻机能够在极地气温(-60～-20℃)下正常作业,除合理布局外,还要给固控系统提供 充足的热源,同时还必须有良好的保温系统.加热和保温系统既给操作者提供良好的工作环境,又能保证各种设备和材料在低温环境下正常工作.介绍了低温钻机固控系统的布局、供暖系统及保温系统的设计、保温和密封材料的选择.     

ZJ40/2250DBG低温轨道钻井装备的研制

为满足俄罗斯油气田丛式井低温钻井作业的需求,研制了ZJ40/2250DBG轨道钻井装备。该钻井装备主要由轮轨式移运装置、底座、井架、钻井液净化系统、机泵组、控制系统以及井口工具等组成。整套装备和附属设备安装于交互式可续接的专用轨道上,通过装备自身液压动力驱动,按照设定的方向整体沿轨道滚动平移,实现作业区内丛式井的钻井作业。该装备利用工业网电动力,经交流变频驱动绞车、转盘、钻井泵和顶驱系统,其井架及底座均配套液压+机械式专用调平机构,确保钻机工作时井口对中。钻机适用于-45℃低温作业,与常规拖拉式和步进式钻机相比,其移位速度更快、工作效率更高。     

7000 m极地轮轨钻机固控系统的研制

国内极地轮轨钻机所配套的固控系统目前并没有系统性研究和较为成熟的方案。鉴于此,结合国内外极地轮轨钻机固控系统配套要求,研制了7 000 m极地轮轨钻机固控系统,并优化和完善了固控系统配套方案、设备布局和工艺流程等。7 000 m极地轮轨钻机固控系统通过采用模块化设计,各模块功能独立,实现了模块间连接方式简单、快捷;罐体底部采用保温结构,罐体内部布置蒸汽加热管线,实现了固控系统在低温环境下的正常工作;岩屑输送系统采用两种工作模式,满足岩屑现场运输及排放要求。该系统在北极圈附近的钻井作业过程中,其保温棚内部实际温度达到5℃以上,各模块间密封可靠,底橇保温性能良好,能够确保钻井作业的正常进行。现场使用结果表明,该固控系统设计满足低温环境作业要求,适应俄罗斯及极地地区冻土层丛式井作业,其系统布局和钻井液处理工艺流程满足现场钻井需要。     

4000m低温车载钻机固控系统的研制

低温车载钻机固控系统在设计和制作方面的关键技术是保证所有部件能够在-45～50℃正常工作,车载固控系统的关键技术是车载罐体结构设计和固控系统流程设计。为此,对固控系统的容积和结构、钻井液罐体的结构、工艺流程、保暖和供暖系统进行设计,并确定了低温材料的选择方法。现场应用表明,环境温度为-45℃时,固控区保温棚内部温度不低于10℃;在风力达7级的恶劣天气和大雪天,保温棚的结构可靠,密封严密,可确保钻井正常进行;牵引车的运行速度为60 km/h,刹车灵敏、可靠,能将罐体顺利地拖往新井位,完全满足快速移运要求。     

ZJ45J钻机的技术改造

针对国际钻井惯例与国内钻井作业习惯的差异及对钻井设备的特殊要求,为增强参与国际钻井市场竞争能力,对国产ZJ45J钻机进行了若干技术改造,整改项目包括钻机底座、套管扶正台、脚踏油门、钻井参数仪、钻井液计量罐、钻井液地面配制系统和电路系统等。改造后的样机由国际权威Moduspec公司做功能测试,并原则上予以认可。经过一口井的钻井作业考验,国际石油公司认为,改造的ZJ45J钻机虽然在某些方面仍存在不足,但基本满足钻井工艺的需要。     

南极地区低温钻井液研究进展与发展方向

通过系统梳理南极地区钻井的特点、南极低温条件对钻井液的性能要求、低温钻井液的研究进展,找出了目前存在的问题,指出了南极低温钻井液的发展方向。南极地区钻井主要包括雪层、冰层和冰下岩层钻井,南极低温条件下钻井面临4个方面的问题：(1)钻井区低温、温度变化跨度大;(2)雪层易井漏卡钻、冰层易蠕变、暖冰层易冰屑聚集卡钻、冰下岩层易井壁坍塌;(3)基础设施缺乏,后勤保障难度大;(4)环境脆弱,承载能力低。南极低温钻井液经过多年发展取得了一定的进展,研发了低温石油基钻井液、醇类钻井液、酯类钻井液和硅油类钻井液,但普遍存在耐低温不足、环保性能低以及井壁稳定性差等问题。为满足南极低温条件下钻井液的性能要求,未来必须深入研究低温钻井液作用机理,研发环境友好型低温钻井液基液及相关添加剂,构建环境友好型低温钻井液体系,建立可保持井壁稳定、提高钻遇冰层和冰岩夹层时的携屑能力的多功能一体化调控方法,进而形成现场配套施工规范,为南极钻井提供技术支撑。     

深水作业中钻井液在低温高压条件下的流变性

在深水钻井作业中,安全密度窗口非常窄,井下压力控制是面临的主要难题之一。随着水深的不断增加,环境温度随之降低,钻井液的黏度和切力随之升高;同时,由上千米隔水管内的钻井液所附加的静液柱压力使井底压力远大于浅水作业时相同井深的井底压力。这些因素的共同作用使得当量循环密度随之增加,进一步加大井底压力控制的难度。选择用于深水钻井的一种水基和一种合成基钻井液为研究对象,分别改变温度和压力等实验条件,利用FANN公司的ix77流变仪测量了钻井液在低温、高压下的流变参数,以此找出深水条件下钻井液流变性随温度和压力的变化规律。     

基于低温CO2吸附的煤和页岩微孔结构分形分析

分形维数是分析煤和页岩微观孔隙结构的重要参数之一。目前主要是基于低温N₂吸附数据进而利用Frenkel?Halsey?Hill(FHH)模型,获得煤和页岩中孔（2~50 nm）与宏孔（>50 nm）的表面粗糙分形维数,对其微孔（<2 nm）分形维数的研究还较少。为深入研究煤和页岩的微孔特征,基于微孔填充与孔径分布理论,对比分析了煤和页岩微孔结构的分形特征。选取煤和页岩样品进行低温CO₂吸附实验,计算并分析两者的微孔分形维数。结果表明：煤的微孔分形维数分布在2.6~2.8之间,平均为2.75;页岩的微孔分形维数分布在2.8~2.9之间,平均为2.88。煤的微孔比表面积分布在100~300 m²/g之间;页岩的微孔比表面积集中在15~30 m²/g之间,页岩的孔隙分布零散且数量少,说明分形维数越大,微孔结构更加复杂。此外,分别对煤与页岩的微孔分形维数、表面粗糙分形维数进行了对比,发现虽然煤的微孔比表面积均远大于页岩,但其孔径分布、孔隙结构比页岩简单,微孔分形维数小于页岩。同时,由于中孔、宏孔数量少,比表面积小,孔隙表面较为光滑,煤的表面粗糙分形维数小于页岩。微孔分形维数和表面粗糙分形维数分别受微孔结构复杂程度与中孔、宏孔表面粗糙程度的影响,微孔结构越复杂,中孔、宏孔表面越粗糙,分形维数越大。     

The Effect of Un-saturates on Low-Temperature Oxidation of Crude Oil

Abstract

Low-temperature oxidation (LTO) of four Arabian crudes as well as blends of naphtha with a super-light crude was investigated employing differential thermal analysis. The mass fraction of un-saturates in the reactants varied between 0.2 and 0.9. All reactants showed LTO peaks between 230 and 264°C; heat flow at the peak, however, varied widely. The data revealed a clear increase in LTO-generated heat as the reactant's content of un-saturates increased. The lightest crude with 51.1 °API gravity and un-saturates fraction of 0.2 showed the least LTO reactivity. It is, therefore, concluded that the un-saturates content of a crude is an influential factor in its LTO tendency and, thus, its potential for spontaneous ignition and other enhanced-recovery techniques that rely on LTO.     

The Effect of Un-saturates on Low-Temperature Oxidation of Crude Oil

Low-temperature oxidation (LTO) of four Arabian crudes as well as blends of naphtha with a super-light crude was investigated employing differential thermal analysis. The mass fraction of un-saturates in the reactants varied between 0.2 and 0.9. All reactants showed LTO peaks between 230 and 264°C; heat flow at the peak, however, varied widely. The data revealed a clear increase in LTO-generated heat as the reactant's content of un-saturates increased. The lightest crude with 51.1 °API gravity and un-saturates fraction of 0.2 showed the least LTO reactivity. It is, therefore, concluded that the un-saturates content of a crude is an influential factor in its LTO tendency and, thus, its potential for spontaneous ignition and other enhanced-recovery techniques that rely on LTO.     

SA516-Gr70钢焊接接头低温断裂阻力研究

采用CTOD试验方法,对SA516-Gr70低温钢窄间隙自动焊焊接接头不同区域、不同取样位置的低温CTOD断裂阻力曲线及其特征值进行了比较研究,结果表明,焊接接头中存在着明显的力学性能不均匀性;焊缝金属和熔合区的低温断裂韧性均优于母材金属;沿板厚方向,后焊区域的低温断裂韧性优于高于先焊区域。     

沥青添加剂特性及其混合料性能研究

为了提高沥青路面的使用品质及延长沥青路面的使用寿命,人们研究出了许多用于改善沥青性能的添加剂。选取三种新型沥青添加剂(TPS,路孚8000,Sasobit)分别研究了其对沥青结合料及沥青混合料的性能影响,并与SBS改性沥青进行了对比分析。由结果可知这三种添加剂都能有效的改善沥青结合料和沥青混合料的相关性能。     

高原多年冻土地区SBR改性沥青路面应用研究

针对青藏公路多年冻土地区海拔高、气温低、昼夜温差大、施工周期短的特点，采用SBR改性沥青提高沥青和沥青混合料的低温抗裂性能及抗冻水稳性；通过提高沥青标号，加大沥青用量，解决青藏公路低温开裂这一主要病害。现场试验及大面积铺筑均取得良好使用效果。     

In situ catalytic upgrading of heavy crude oil through low-temperature oxidation

The low-temperature catalytic oxidation of heavy crude oil (Xinjiang Oilfield, China) was studied using three types of catalysts including oil-soluble, watersoluble, and dispersed catalysts. According to primary screening, oil-soluble catalysts, copper naphthenate and manganese naphthenate, are more attractive, and were selected to further investigate their catalytic performance in in situ upgrading of heavy oil. The heavy oil compositions and molecular structures were characterized by column chromatography, elemental analysis, and Fourier transform infrared spectrometry before and after reaction. An Arrhenius kinetics model was introduced to calculate the rheological activation energy of heavy oil from the viscosity– temperature characteristics. Results show that the two oil-soluble catalysts can crack part of heavy components into light components, decrease the heteroatom content, and achieve the transition of reaction mode from oxygen addition to bond scission. The calculated rheological activation energy of heavy oil from the fitted Arrhenius model is consistent with physical properties of heavy oil (oil viscosity and contents of heavy fractions). It is found that the temperature, oil composition, and internal molecular structures are the main factors affecting its flow ability. Oil-soluble catalyst-assisted air injection or air huff-n-puff injection is a promising in situ catalytic upgrading method for improving heavy oil recovery.     

SBR改性沥青的低温性能评价

主要对三种国产基质沥青和六种丁苯橡胶(SBR)改性沥青进行了测力延度试验(FDT)、常规技术指标试验以及SHRP的动态剪切仪(DSR)和弯曲梁流变仪(BBR)试验，并且将FDT中采用的粘弹比、拉伸柔度、应变能等指标与沥青的当量脆点(T1．2)、以及损失模量、弯曲劲度模量(S)、斜率(m)相比较，结果显示FDT所选的三个评价指标与SHRP的评价指标有良好的相关性，从而说明了采用FDT对沥青结合料在老化、疲劳综合作用下的低温性能进行评价的经济合理性以及选择三个评价指标的可靠性。     

硬质沥青用于沥青混凝土的性能研究

重载交通是我国一个普遍的交通现象,改善沥青路面的高温性能受到广泛关注。通过室内试验较为全面地评价了硬质沥青混合料的各种路用性能,认为该沥青混合料不仅具有良好的高温性能和力学强度,而且具有良好的水稳定性和低温性能,适合于我国重载交通路面建设的需要。     

低温沥青基防水卷材粘结剂的研制及其应用

沥青基防水卷材是我国防水材料的重要组成部分,其热熔施工工艺日趋成熟,但冷施工方面一直没有很好的施工材料。本工艺立足沥青基防水材料,通过对改性材料、溶剂、助剂、生产工艺的考察,可以生产出施工需要的低温沥青基防水卷材冷粘结剂。