高效聚合物钻井液泥饼润滑剂的研制及其作用机理分析

为改善井壁泥饼在水平井和大位移井钻进至中后期的润滑性,研发了一种能有效降低水平段摩阻的固体粉末状高效聚合物水基钻井液泥饼润滑剂RHGXJ-3（羧酸共聚物、针状硅酸盐、聚丙烯微粉质量比为10∶11∶2）,通过测定泥饼黏滞系数、温度敏感性和钻井液配伍性,明确泥饼润滑剂RHGXJ-3 的作用效果和适用条件,并结合SEM和XRD微观表征技术分析该泥饼润滑剂的润滑机理。研究结果表明,将泥饼润滑剂以0.9%的加量加入井浆并制得泥饼,静置1 min 后测得的泥饼黏滞系数相较于加剂前从0.0966 降为0.0496,泥饼润滑性提高了48.65%。温度敏感性测试结果表明该泥饼润滑剂的适用温度为30～120 ℃。该泥饼润滑剂与钻井液的配伍性良好,0.9%的加量下可将井浆的漏斗黏度由55 s 降至39 s,井浆流动能力提升29.1%。该润滑剂够在泥饼表面和内部生成溶剂化水膜和凝胶类物质,通过填充空隙、提升压缩性等途径提高泥饼的润滑性,降低泥饼摩阻。与石墨和球状固体润滑剂相比,润滑剂RHGXJ-3 的泥饼润滑效果更佳,是其它固体润滑剂的1.6～2.2 倍,而使用成本则降低约50%。     

钻井液用降滤失润滑剂的研制与应用

以沥青磺化为基础,辅以表面活性剂和降滤失剂等材料,通过化学处理加工研制出了ZR-1钻井液用降滤失润滑剂.由于大多数润滑剂在使用过程中容易出现起泡现象,因此在研制ZR-1的过程中对乳化剂进行了优选,通过调整HLB值,达到了不起泡的效果.该产品不仅能显著改善钻井液的润滑性,而且降滤失的效果好,能使泥饼黏滞系数降低50%以上,高温高压滤失量降低20%以上;该产品无毒无害,不污染环境,储存、运输和使用均方便安全.对ZR-1的性能进行了室内试验评价,介绍了该处理剂在川渝地区的应用.     

钻井液用低生物毒性合成酯润滑剂的研究与应用

为了降低处理钻井液废弃物费用,缓解废弃钻井液给环境带来的不利影响,满足目前现场钻井工程的需求和环境要求,以长链脂肪酸与多羟基醇为原料制得合成酯润滑剂HCZ。研究了HCZ的润滑效果、抗温抗盐性、毒性、与钻井液的配伍性,并在四川高石梯-磨溪地区进行了现场应用。结果表明,HCZ的润滑效果好于聚醚、沥青、矿物油类润滑剂,含0.3%HCZ钻井液的泥饼黏附系数降低率达到51%;HCZ可提高钻井液的抗温抗盐性;HCZ生物毒性低,与聚合物、有机盐、聚磺钻井液体系的配伍性良好。HCZ的润滑效果稳定,含HCZ的高密度聚磺钻井液体系在现场循环使用8 d后的泥饼黏附系数降低率为49.1%,满足现场钻进施工需求。     

钻井液泥饼强度评价研究

在建立泥饼物理模型的基础上,利用泥饼强度测试仪测定单位厚度的泥饼被水流冲破的时间来定量评价泥饼强度.用此方法研究了泥饼强度与黏土类型和加量、泥饼渗透性间的关系,评价了几种钻井液的泥饼强度.结果表明,该仪器可靠性强、操作简单.能准确评价各种钻井液的泥饼强度.     

一种新型钻井液用液体润滑剂性能研究

通过改变生产工艺和采用与之相匹配的生物表面活性剂,改变了润滑剂中主要成分甘油三脂的活性基团在产品中的分散状态.对该润滑剂的热稳定性、润滑系数降低率、摩阻系数降低率、荧光级别、急性毒理试验及与不同体系和不同温度钻井液的配伍性等指标进行了评价,在LN3-12井和NP1-15井中使用了该新型润滑剂.试验表明,该润滑剂具有优异的润滑性能,应用范围广,使用该润滑剂可降低钻井液的滤失量、扩大润滑剂的适用温度范围,不污染环境,是水平井、大位移井及环境敏感地区勘探开发理想的处理剂.     

临兴区块钻井液仿生润滑剂研究和应用

随着临兴区块钻井数量和难度逐渐增加,钻井过程中出现了摩阻高、易卡钻、钻速慢、周期长等问题,对钻井液润滑性提出了更高的要求。为了提高钻井液润滑性,结合临兴区块地质特征,针对高摩阻、钻速慢、周期长的问题,运用试验的方法,通过长链脂肪酸和多元醇,在约150℃反应6 h,研制了仿生润滑剂,经过性能评价,润滑剂的极压润滑系数降低率达到90%,抗温可达120℃,可以显著提高滤饼的润滑性能。同时,润滑剂对钻井液体系的流变性能影响较小。现场应用结果表明可以提高机械钻速33%,降低井眼扩大率34%,水平井作业井深超过3 500 m,可以为后续井作业提供借鉴和参考。     

钻井液环保润滑剂SMLUB-E的研制及应用

针对现有钻井液润滑剂耐温与环保性能难以兼顾的不足,以天然脂肪酸、有机多元醇等为原料,合成了钻井液环保润滑剂SMLUB-E。室内试验发现:膨润土浆中加入1.0% SMLUB-E时,摩阻系数可降至0.05,且形成的润滑膜强度高;聚磺钻井液中加入2.0% SMLUB-E,可使摩阻系数从0.31降至0.08,其润滑性能优于加入8.0%原油;SMLUB-E耐温160 ℃,对钻井液的流变性、滤失量无不利影响,无毒,环保性能好。SMLUB-E在塔河油田TP238CH井等深井进行了现场应用,加入SMLUB-E的钻井液中表现出良好的润滑降摩性能,大幅降低了井下摩阻,避免了托压、卡钻等复杂情况发生。研究结果表明,SMLUB-E具有良好的耐温性与环保性,能有效解决深井超深井钻井井下摩阻大的技术难题。      

泥饼对钻井液用小分子抑制剂的阻挡作用

水基钻井液中常加入大量的表面水化抑制剂,却未能有效提高井壁稳定性,造成钻井成本高、回收处理难、环境污染大等问题。因而提出小分子表面水化抑制剂能否有效进入地层这一问题。以抑制效果佳且分子量最低的表面水化抑制剂己二胺为研究对象,采用柱前衍生液相色谱法及线性膨胀实验研究了不同类型泥饼对己二胺的阻挡作用以及滤液的抑制性变化。结果表明,泥饼对抑制剂的阻挡作用不可忽略,45%数90%己二胺不能有效进入地层,己二胺钻井液滤液对岩心水化膨胀的抑制性明显降低,泥饼对抑制剂存在吸附与束缚作用,诠释了现场加入过量抑制剂而不能有效提高井壁稳定性这一问题。图10参20     

泥饼流变模型的研究

对钻柱压入泥饼的力学特性和过程进行定量描述，并对泥饼质量提出定量要求。方法：应用流变力学理论，确定泥饼的流变力学特性，建立描述泥饼力学性质的流变模型。     

新型钻井液用多元醇醚润滑剂的研究

介绍了一种新型多元醇醚的性质及其作为润滑剂在各种泥浆特别是海水泥浆中的应用性能。该醇醚是经化学处理的天然物质的烷氧基化产物。室内性能评价表明 :加量 2 .0 %的该醇醚对淡水、盐水、海水泥浆流变性的影响很小 ,使 3种泥浆 2 5℃润滑系数分别降低 97% ,～ 71% ,～ 71% ;在一种实验海水泥浆中加量为 0 .5 %～ 3.0 %时 ,在 80～ 12 0℃热滚动前后润滑系数降低 5 3.6 %～ 96 .8% ,基本上不起泡 ,加量 2 .0 %时在 14 0℃热滚动后润滑系数降低率仍达 6 8.6 % ;加量 2 .0 %时的润滑系数降低率在 30～ 5 0℃时为 5 2 .9%～ 88.2 % ,在 10℃时 >30 % ;pH值为 7.0～ 11.0时在 12 0℃热滚动前后润滑系数降低率为 74 .3%～ 83.3% ,最大起泡率为 2 .3%。该醇醚无生物毒性。推荐使用温度≤ 12 0℃ ,pH值 <11。表 9参 7。     

高温高密度钻井液的润滑剂研究与应用

随着深层油气资源的勘探开发需求,井身结构的不断优化,深层大斜度大位移钻井对钻井液体系的润滑性能提出了更高的要求,高温高密度水基钻井液的润滑性研究是目前深层油气资源勘探开发的关键技术之一。高密度水基钻井液在高温环境、高固相及高矿化度条件下,润滑性能普遍较差,摩阻较大,严重影响钻井施工时效及质量。根据目前钻井施工过程中的工程需求,以植物油及植物油酸为原材料,通过酸酯化反应,生成含有不饱和双键的酯基基团的长链脂肪酸酯,通过接入含氯、硫、磷具有极压抗磨能力的化学元素,同时引入羟基、氨基等吸附基团,研制一种热稳定性好、吸附性强的高效钻井液润滑剂HLG。评价结果表明,润滑剂HLG抗温能力达到180℃,抗盐抗钙能力强,可以满足密度达到2.2 g/cm³的高密度水基钻井液需求,有效提高钻井液体系润滑性能,降低摩阻,适合深层复杂地层及大斜度大位移井型的勘探开发,应用前景良好。     

水基钻井液用抗盐润滑剂

我国钻井行业当前需要解决的重要课题之一是研制抗盐性能优良的钻井液用润滑剂,本文舅外部分抗盐润滑剂,包括妥尔油馏份复配物,石油馏份润滑油,脂肪酸类,脂肪醇类,磺酸钠和亚硫酸盐酒精度液等,并探讨我国研制这类润滑剂的可能性。     

钻井液用固体润滑剂OCL-RH的研制

针对钻井液用润滑剂在实际应用中存在的问题,研制开发了固体润滑剂OCL-RH.该润滑剂是以石墨为主,辅以少量无毒矿物油及多种表面活性剂,经物理化学作用精制加工而成,为黑色固体粉末.经室内试验初步证明,固体润滑剂OCL-RH具有良好的润滑性、抗温性及一定的抑制性,与钻井液配伍性较好,对钻井液流变性无影响,并且具有一定的降滤失作用;可在淡水、海水和盐水钻井液中使用,最佳加量为1%,使用方便,维护处理简单;无毒、无污染,无荧光,不影响地质录井,有利于发现油气层.     

泥饼质量评价方法探讨

分析了API滤失试验的缺点和确定泥饼质量的关键因素,介绍了用泥饼强度、泥饼渗透率和泥饼厚度评价泥饼质量的试验方法。讨论了泥饼质量评价参数对钻井工艺和油气层保护的指导意义。通过对吐哈丘陵油田两口井泥饼质量的评价,结果表明该试验方法能对井下泥饼质量作出正确评价,而且钻井液颗粒粒径分布对泥饼质量有很大影响,可通过调整钻井液颗粒粒径分布形成薄而致密的泥饼。     

动态滤失过程中泥饼形成的研究

提出了一个泥饼形成的新模式。该模式指出:泥饼形成的速率与泥浆中颗粒的分布、泥浆的流变性和剪切速率有直接的关系。大颗拉和小颗粒可以同时沉积到泥饼的底部,而只有小颗粒才能沉积到泥饼的上部,这样形成的泥饼具有非均质性。当泥浆中最小颗粒沉积到泥饼上后,泥饼的厚度即会达到动态平衡,从而使滤失速率也达到动态平衡。     

油气层保护与内外泥饼关系的实验研究

通过室内实验研究,考察了高、中、低渗透地层中内外泥饼与屏蔽式暂堵的关系,并研究了去掉外泯饼和不去掉外泥饼时,钻井液和水泥浆对岩心的综合损害。研究结果表明,对渗透率不同的地层,内外泥饼所起的作用是不一样的。外泥饼的渗透率比近井地带内泥饼的渗透率低１～３个数量级。尤其是高渗透率地层,外泥饼的作用至关重要,一旦外泥饼被破坏,屏蔽带渗透率升高,损害加重。内外泥饼越致密,就越能有效地阻止固相和液相的侵入。所     

泥饼结构物理模型与数学模型研究

通过对泥饼结构的物理模型与数学模型进行研究，可以准确地定量分析出14项泥饼质量参数。将钻井液静态滤失形成的真实泥饼的针入度曲线归结为5种类型，各反映不同泥饼内在质量的差别。通过分析泥饼在纵向压力作用下发生破坏的过程中力学特征的变化，建立了泥饼层状结构物理模型，解释了虚泥饼以及泥饼的可压缩层、密实层和致密层间的差别及其物理意义。将各类泥饼针入度曲线视为由4段连续光滑的直线和曲线组成的同一种典型曲线演变而成，建立了其数学模型。用数字化仪读入实测泥饼针入度曲线后，用泥饼质量评价软件CSEFCP可定量求解涉及泥饼厚度、强度和弹塑性等的14项泥饼质量参数，以快速、准确、方便地对泥饼质量进行定量评价。     

钻井液用润滑剂与螺杆橡胶的配伍性

对钻井液用润滑剂与螺杆橡胶在高温深井条件下的配伍性开展了实验研究。在不同温度和钻井液处理剂浓度条件下,对比评价油田在用8款橡胶与钻井液处理剂接触后的体积增加率、质量增加率和拉伸强度变化情况。实验结果表明,橡胶样品在添加了润滑剂R-1和R-3的钻井液中变化较大（添加R-1的体积变化率分布在56%～175%,添加R-3的体积变化率分布在49%～148%）,随着润滑剂浓度升高,2种类型的橡胶质量变化率和体积变化率随之升高,橡胶溶胀增大。说明润滑剂原料油为螺杆橡胶溶胀的关键影响因素。通过气质联用技术对其进行分析,发现原料油以中质芳香烃为主的润滑剂对橡胶溶胀影响相对较大;并结合润滑剂的应用性能优选出适用于高温深井的钻井液用润滑剂。在台盆区三开和目的层暂停使用中质不饱和烃含量高的润滑剂,螺杆脱胶现象得以明显改善。据统计,该区块每月平均脱胶次数由11井次/月降为0.5井次/月,显著减少了起下钻趟数,提高了生产效率。     

钻井液用防塌润滑剂研究与应用

为了解决定向井、水平井和大斜度井的井壁失稳及卡钻问题,制备出同时具有防塌剂润滑作用的钻井液用防塌润滑剂FYJH-2.实验结果及现场应用证明,防塌润滑剂FYJH -2具有很强的抑制性作用,能显著降低钻井液摩擦系数,对钻井液流变性和滤失性影响小,且无毒、易生物降解,满足环境要求,是一种适用于深井、定向井和水平井的高性能防塌...