响应面法优化纳米材料稳定的泡沫钻井液

为提高泡沫钻井液的稳定性,向体系中引入纳米材料,并研究了纳米材料润湿性对于泡沫质量的影响。根据Box-Behnken Design设计原理,采用三因素三水平响应曲面法,优化了起泡剂BS-12、亲水性纳米SiO₂和增黏剂XC的加量,探究了它们之间交互作用对于泡沫综合指数的影响,并以此为基础研制了泡沫钻井液体系。结果表明,纳米材料润湿性会显著影响不同类型起泡剂的泡沫质量,疏水性纳米材料能够提高阴离子起泡剂SDS的泡沫稳定性,但对两性离子起泡剂BS-12的泡沫起泡量和半衰期呈现负相关关系,亲水性纳米材料才能提高两性离子起泡剂BS-12的泡沫稳定性;通过响应曲面优化设计得到的最优浓度配比为:0.6% BS-12+4%纳米SiO₂+0.3% XC。响应曲面分析表明,对于泡沫综合指数的显著性影响程度,纳米材料浓度 > 起泡剂浓度 > XC浓度;纳米稳定的泡沫钻井液体系性能评价表明,该体系表观黏度为42mPa·s,密度为0.81 g/cm3,半衰期达60 h,能长时间保持性能稳定,抑制性强,线性膨胀率较清水下降65%,储层保护效果好,煤岩岩心气测渗透率恢复率在90%以上,携岩效果好,岩屑和煤屑的沉降速度较清水降低92%以上,能够满足现场煤层气钻井的需要。      

可循环强抑制性稳定泡沫钻井液研究

针对泡沫钻井过程中一次性泡沫使用量大、耗材多以及井壁易失稳的问题,从泡沫循环以及泥页岩抑制机理出发,通过评价不同处理剂的性能,研制了可循环强抑制性稳定泡沫钻井液。采用常规泡沫性能评价方法、泡沫循环性能测试以及泥页岩抑制性能测试对其综合性能进行了评价。结果表明:NaCl质量分数、岩屑含量以及煤油加量分别达15%时,该泡沫钻井液在130 ℃下滚动16 h后,发泡体积维持在400 mL以上,说明其具有较好的抗温、抗污染能力;调节pH值进行8次循环以后其发泡体积仍维持在500 mL以上;泥页岩在该泡沫钻井液中的一次、二次滚动回收率达96%以上,泥页岩经其处理后的硬度与经白油处理后的硬度相近。研究结果表明,应用可循环强抑制性稳定泡沫钻井液进行钻井,可以避免地面泡沫大量堆积,降低钻井成本,同时能有效抑制黏土水化膨胀,且抑制性能持久,有利于维持泥页岩地层的稳定。      

泡沫钻井液配合生物酶在煤层气钻井中的应用

针对煤层气井施工过程中易垮塌、裂缝渗漏及水平段携岩困难等问题,研究并应用了泡沫钻井液配合生物酶钻井液技术。利用泡沫钻井液能够降低正压差,降低储层的应力敏感性,减少滤液侵入储层和水锁伤害的特点,并且生物酶可对钻进过程中侵入地层和粘附在井壁上的钻井液物质进行生物降解,实现解堵。在优选生物酶的基础上,将泡沫钻井液应用于WL05-1H井进行了试验研究。研究结果表明,在水平段长达627 m的长井段煤层钻进过程中,未进行短起下,井眼稳定通畅,泡沫钻井液防塌抑制能力强,悬浮携带能力较强,能满足施工需要;泡沫钻井液配合生物酶技术具有很好的降解能力,能够很好地保护煤储层的原始状态。泡沫钻井液配合生物酶技术为韩城地区水平井钻探提供了技术保障。     

响应面优化深层废弃水基钻井液无害化处理工艺

针对大庆油田深层致密气废弃水基钻井液固液分离难、泥饼含水率高（>80%）、存在二次污染的问题,开展了废弃水基钻井液无害化处理技术研究,在分析废弃水基钻井液特性与处理难点基础上,应用Box-Behnken中心组合实验和响应面分析法,通过考察破胶剂、助凝剂与絮凝剂的最佳配比对废弃钻井液固液分离效果的影响,创新建立了固液分离泥饼含水率与处理配方参数间的数学模型,研发出了以脱稳絮凝为核心的废弃水基钻井液无害化处理技术,形成了脱稳-絮凝-固液分离处理工艺。现场实验结果表明,废弃水基钻井液经该项技术处理后,泥饼含水率为47%,泥饼浸出液悬浮物含量为63 mg/L,泥饼浸出液中石油类、COD等9项主要污染指标符合GB 8978—1998《污水综合排放标准》、DB23/T693—2000《黑龙江省废弃钻井液处理规范》相关要求,该技术成果解决了大庆油田深层水基钻井液破胶脱稳效果差等难题,具有较好的推广应用价值。     

可循环微泡沫钻井液的研制

在研究发泡剂及稳泡剂组分及性能的基础上,研制出2种可循环使用的淡水微泡沫钻井液,其密度范围为0.66～0.9 g·cm-3.此外,还研制出一种适用于海上油田的海水微泡沫钻井液.     

硬胶泡沫钻井液当量密度的确定

地硬胶泡沫钻井液当量密度的实验研究和理论计算结果表明,在基浆密度１．０８ｋｇ／ｌ,泡沫密度０．６５１０．９５ｋｇ／ｌ条件下,当考虑压力、温度、岩屑、循环压耗等因素影响时,流体实际当归密度大于基浆。若不改进配方或增另地面辅助设备、很难用硬胶泡沫来实现压力系数低于１．０的油气藏欠平衡压力或近平衡压力钻井。     

新型低伤害高性能微泡沫钻井液性能评价与现场应用*

针对在煤层储层段钻井过程中出现的易伤害、易塌等技术难题,研发了新型低伤害高性能微泡沫钻井液体 系。将双子型阴离子起泡剂（LHPF-1）、两性离子起泡剂十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）和生物聚合物增黏剂 （XC）复配,利用响应曲面优化实验分析了3种处理剂间的交互作用对于泡沫综合指数的影响,在此基础上优选 了降滤失剂和抑制剂,确定微泡沫钻井液的最佳配方;研究了微泡沫钻井液的综合性能,并在滇东地区老厂勘探 区进行了现场应用。结果表明,微泡沫钻井液最佳配方为：0.25% LHPF-1+0.25% BS-12+0.25% XC+1%褐煤树 脂+1%聚丙烯腈胺+0.2%聚丙烯酸钾。钻井液密度为0.49 g/cm³,起泡量可达420 mL,泡沫半衰期可达33 h以 上。泡沫液膜厚度能达到泡沫尺寸的50%,对煤层岩心的封堵率和渗透率恢复值均在90%以上,同时可抗7%的 岩屑和煤粉污染。钻井液在现场应用中,钻进时间4 d,无任何井下复杂事故,全井段平均井径扩大率为5.9%,滤 失量小于5 mL。微泡沫钻井液具有良好的流变性、携岩性、抑制性、封堵性和储层保护效果。     

可循环微泡沫钻井液的研制

在研究发泡剂及稳泡剂组分及性能的基础上研制出2种可循环使用的淡水微泡沫钻井液,其密度范围为0.66～0.9g·cm~(-3)。此外,还研制出一种适用于海上油田的海水微泡沫钻井液。     

空气泡沫钻井液回收再利用技术

空气泡沫钻井液是低压裂缝性地层较好的防漏钻井液，但它一次性使用，配制工作量大，需水量大，材料消耗多，成本高。若实现空气泡沫的回收再利用，可以大幅度降低单井钻井液成本。泡沫回收使用的关键技术是控制合理的半衰期，根据泡沫出口状态及时调整配方，使泡沫既要满足清洁井眼的需要，又要能及时回收。中油长城钻井公司在伊朗TBK气田的空气钻井过程中，制定了泡沫回收工艺和回收泡沫的性能调整方法。通过泡沫的回收使用和配方改进，泡沫钻井液材料成本降低了三分之二，节约合同钻井液费用346万美元，节约预算钻井液费用1208万美元，并大大缓解了供水紧张的矛盾，减少了钻机停等时问，效益显著。     

纳米材料在钻井液中的应用研究进展

针对页岩渗透率低,常规钻井液封堵性差、抑制性及油气层保护能力弱等问题,钻井液界学者提出利用纳米材料物理堵塞、表面吸附有效封堵页岩孔隙,以提高钻井液的井壁稳定性和储层保护能力。文章就国内外纳米材料用于钻井液中的实验研究和现场应用情况进行了总结,对目前研发的钻井液用纳米材料进行了分类分析,探讨了应用纳米材料的可能性与优势,重点介绍了MMH正电胶、纳米膨润土复合物、有机/无机纳米复合材料、纳米聚合物、纳米乳液等纳米材料在钻井液中的应用研究进展,提出了钻井液中应用纳米材料存在的问题及发展方向。     

用显微观测法评价泡沫钻井液的稳定性

针对当前泡沫钻井液稳定性评价方法的不足,建立了一种新的泡沫钻井液稳定性评价方法——显微观测法。对不同泡沫剂加量、不同时间对泡沫钻井液稳定性的影响进行了实验研究,并对泡沫在常温下的聚并行为进行了分析。结果表明,泡沫的数量随着泡沫剂加量的增大而减少,稳定泡沫直径集中在16μm附近;粒径相差较大的泡沫容易发生聚并;搅拌时间越长,泡沫钻井液的稳定性越好,在2h后基本达到稳定。     

空气泡沫钻井流体的室内研究

通过对空气泡沫钻井流体用处理剂的优选,室内确定了阴离子型空气泡沫钻井流体的基础配方,对该泡沫流体性能进行了评价。结果表明,所研制的空气钻井泡沫流体具有良好的耐温性,耐温达90℃;良好的抗污染能力,耐NaCl量为6％,耐Ca^2＋浓度为500mg／L;较强的抑制性,能使泡沫在井壁形成保护膜,阻止水进入地层,有效防止井壁坍塌。并且,通过合理使用化学消泡剂,可达到泡沫基液循环利用的目的。     

泡沫钻井液动密度随井深变化关系模拟研究

提出了测定泡沫钻井液动密度与压力、温度关系的方法，根据现场实测温度、压力与井深的关系，测定和分析了泡沫钻井液密度随压力、温度的变化关系。结果表明，相同压力下泡沫钻井液动密度随温度的升高而降低；同一温度下随压力的升高，泡沫钻井液密度快速升高，大于一定压力后密度增加缓慢。泡沫钻井液动密度随井深的变化趋势可以分为三段：低压快速上升段、中间弯曲段和高压高温下降段。由于气泡内及气泡表面的各种力的综合影响，井深大于一定值后．温度升高引起的体积膨胀稍大于压力升高引起的体积缩小，泡沫钻井液的动密度会稍有下降，并且动密度始终是小于1．0kg／L的，能够满足现场欠平衡钻井的要求。     

泡沫钻井液在钻井泵缸套内的运动分析

从理论上分析了泡沫钻井液在钻井泵缸套内的压缩、膨胀过程,绘制了理论循环指示图;推导出了钻井泵输送泡沫液时的理论循环指示功计算式,并讨论了钻井泵的充满系数。结果表明:充满系数不仅与泡沫特征值Γ1有关,还受泵余隙容积Vc以及泡沫压缩比p2/p1的影响。     

蓄能液气泡钻井液流变性能研究

设计并研制了蓄能液气泡钻井液流变性能测试装置,该装置能模拟井下100℃、20 MPa环境,建立了高温(100℃)、高压(20 MPa)条件下蓄能液气泡钻井液流变性能的评价方法。研究表明,研制的蓄能液气泡钻井液表现出良好的剪切稀释特性,携屑能力强;泡沫质量对蓄能液气泡钻井液的流变性能影响很大;由于蓄能液气泡钻井液抗压能力强,因此压力对其流变性影响不大;温度对体系的流变性能是通过影响液相黏度来实现的;气体类型对蓄能液气泡的流变性能影响不大;此外,现场应用时可通过改变发泡剂加量(影响泡沫质量)和搅拌速率(影响泡沫粒径)来调节体系的流变性能。     

川东北地区泡沫钻井井壁稳定技术

在分析川东北地区上部陆相地层井壁失稳原因的基础上,提出了提高空气可循环泡沫钻井液井壁稳定能力的3种技术,即选用自行研制的两性离子表面活性剂AC-2作为发泡剂,当其浓度为0.5%以上即可满足气体泡沫钻井携液要求;增加析液能力,经过析液的泡沫可将60%～70%的多余液相分离;选用自主研发的井壁稳定剂YJB-1,提高泡沫基液的抑制性.通过7口井的现场应用,在提高井壁稳定方面取得了比较理想的效果,为空气泡沫钻井技术在川东北地区应用提供了广阔前景.解决了川东北陆相地层钻遇水层后的钻进问题和井壁稳定问题,缩短了钻井周期,降低了综合成本.     

欠平衡泡沫钻井液技术在窿14井的应用

窿14井是青西油田窟窿山构造的一口重点工程探索井.该井为配合在1358～2670 m的欠平衡空气钻井实验,使用了泡沫欠平衡钻井液技术.通过室内研究,优选出了适合在该地区使用的各种处理剂,并通过调整处理剂加量优化设计泡沫钻井液配方.评价试验表明,该配方泡沫钻井液发泡率高、稳定时间长、抗温性好、抗污染能力强、抑制能力强、腐蚀性小.现场应用表明,所使用的泡沫钻井液性能优良,满足了空气钻井方式下携岩的要求,对钻具腐蚀性小,井壁稳定能力好,在地层持续出水的情况下仍保证了井壁的稳定性,应用井段无坍塌事故.     

大庆油田雾化／泡沫钻井液的研究与应用

徐深43井是松辽盆地北部勘探项目的一口预探井,井深为3 990 m,目的层为营城组砾岩层、火山岩储层.为提高该井登娄库组及其以下层段的钻井速度,在该井段试验应用了气体钻井技术.在空气钻井过程中遇到地层出水时,即使将空气注入量提高至160 m<'3>/min,井内仍会存在返屑不畅、钻头泥包等问题.因此,通过对发泡剂、稳泡剂、抑制剂进行筛选,研制出了适合大庆油田地层条件的雾化/泡沫钻井液配方,并对其抑制性、抗温性、抗污染能力以及钻井液密度特性进行了评价.该井使用空气钻进14 m后遇地层出水,转为雾化/泡沫,进尺为751 m,钻进目的层395 m,气测全烃最高达到2.9%,稳定基值达到0.5%～0.7%,表明该套雾化/泡沫钻井工艺适合大庆油田地层.