深井水包油井液高温高压密特性模拟实验研究

深井，超深井中井下温度和压力高，井下钻井液密度变化较大，易引发一些复杂事故的发生，利用石油大学（华东）泥浆研究室研制的高温高压钻井液密度模拟试验装置，针对欠平衡深井钻井用的一种水包汪钻井液体系，开展了高温高压条件下的钻井液密度特性模拟实验研究，为进一步开展进下钻井液静液柱压力的预测研究奠定了基础，研究了结果表明，同一油水比水包油钻井液在同一温度下，密度随压力呈线上升趋势， 且两种温度下的上升斜率基本相近，在同一压力下密度随温度上升而下降；在不同油水比条件下，每种水包油钻井液在同一温度下，密度随压力上升的斜率基本相近，在同一压力不密度随油水比增大而下降。     

高温高压对超深井钻井液密度的影响

井眼内钻井液密度是进行各种钻井施工和设计的必要的基础数据,高温高压环境下的超深井钻井液密度不再是一个常数,而是随温度和压力的变化而变化,因此有必要对超深井钻井中高温高压对钻井液密度的影响进行研究。利用高温高压钻井液密度模拟实验装置,采用胜科1井现场配制的超深井钻井液,测量了温度、压力对超深井水基钻井液密度的影响特性,根据测量结果,建立了温度、压力影响下的水基钻井液密度预测模型。结果表明,水基钻井液密度受温度变化影响比受压力变化影响大,随着温度、压力的增大,钻井液密度降幅较大,同时,高温高压下钻井液更具有可压缩性。建立的预测模型为合理确定现场钻井液密度范围提供了一种新方法。     

泡沫钻井液高温高压密度特性模拟实验研究

借助新研制成功的钻井液高温高压密度模拟实验装置 ,建立了泡沫钻井液高温高压密度特性模拟实验方法 ;并针对 3种欠平衡泡沫钻井液配方 ,分别开展了高温高压密度特性模拟实验研究 ,得出稳定泡沫钻井液体系密度随温度和压力的变化规律 ,为进一步开展欠平衡钻井液井下静液柱压力的预测研究奠定了基础     

温度和压力对井内流体密度的影响

高温高压深井的安全压力窗口窄,井筒内不同深度之间的流体温差和压差大,且井内流体受到地层加热膨胀和液柱压力压缩造成密度变化,因而容易因入井流体初始密度选择不当造成压力失稳。利用自主研制的高温高压流体密度变化测量仪,进行了温度和压力对淡水、隔离液、水泥浆和矿物白油密度的影响试验,得到了相应的关系曲线;筛选出了适合固井水泥浆温度、压力变化的密度模型——Dodson-Standing模型;通过Drillbench软件,分别计算了入井初始密度1.2和2.0 kg/L水基钻井液和油基钻井液,在井下不同地温梯度下的当量静态密度,得到了4幅对应图版,该图版可为高温高压深井的钻井液和固井液密度设计提供参考。试验结果表明,对于井深为5 000 m、井底静态温度为270 ℃的井,入井初始密度1.2 kg/L水基钻井液的密度可降低5.58%,油基钻井液的密度可降低6.41％。      

高温高压水基微泡沫钻井液静密度研究

在说明微泡沫钻井液良好性能和特点的基础上,针对现场应用中的难点,指出了研究该钻井液体系密度与温度、压力关系的重要性.介绍了在高温高压条件下测定水基微泡沫钻井液静密度与压力和温度关系的室内试验方法'利用新研制的高温高压钻井液密度测量装置测量了两种微泡沫钻井液在不同温度、压力下的密度,分析了高温高压对微泡沫钻井液密度的影响规律.结果表明,当温度一定时,微泡沫钻井液密度随压力增加而增大;保持压力不变时,微泡沫钻井液的密度随温度的升高而减小.描述了微泡沫钻井液密度受温度和压力影响而变化的机理.     

水包油钻井液高温高压流变性研究

用7400型高温高压流变仪对“八五”期间研制的华北任平1井低密度水包油乳化钻井液高温高压流变性进行了实验研究。系统地测试了温度、压力对该钻井液流变性的影响;运用宾汉模式、幂律模式、卡森模式和赫-巴模式对该钻井液高温高压流变数据进行了系统拟合分析,得出赫-巴模式是描述该钻井液高温高压流变性的最佳模式,就工程应用而言,二参数的卡森模式也可以用于描述水包油乳化钻井液高温高压流变性。并研究了赫-巴流变方程中各参数随温度和压力的变化规律;还对该钻井液高温高压流变数据进行了回归分析,建立了预测低密度水包油乳化钻井液高温高压流变性能的模式。     

高温深井当量静态密度的计算

计算高温深井井底静压时必须考虑高温和高压对钻井液密度的影响。提出了一种新的钻井液密度-温度-压力数学模型，据此阐述了高温高压深井井底静压的具体计算方法，编制了计算机应用程序。结果表明，考虑高温高压影响时得到的深井井底静压值与常规计算方法的计算值相差较大，足以使钻井液安全密度窗口过窄的油气井出现井下复杂事故；高温深井水基钻井液当量静态密度随着井深增加而直线降低；且不同地面密度的水基钻井液密度降低的幅度相同。得出温度对高温高压钻井液静态当量密度的影响程度大于压力的影响程度，钻井液地面密度对当量静态密度变化量的影响很小。     

水基钻井液高温高压密度特性研究

水基钻井液的密度在高温高压条件下不再是一个常数。采用高温高压静态密度测定装置，研究了不同密度水基钻井液的静态密度随温度和压力的变化规律，回归其变化关系式，建立起了水基钻井液静态密度随温度和压力而变化的数学模型，并对影响高温高压下水基钻井液密度变化的因素进行了分析。得出了温度对水基钻井液的密度影响最大，压力对其影响较小的结论。提出了随着温度的升高，压力对水基钻井液静态密度的变化影响变大的观点。准确预测钻井液在高温高压下的真实密度，有利于准确预测和控制井底压力，从而保证油气井在窄安全钻井液密度窗口下安全钻进。     

深井井筒油基钻井液密度与液柱压力解析模型

高温高压深井在钻井和完井时,由于钻井液在井筒内受到温度和压力的双重作用,使得地面测量的钻井液密度与井筒内实际密度存在差异,导致井筒液柱压力难以准确计算。分析国内外有关油基钻井液密度的预测模型,前人的模型均为特定配方条件下少数实验数据回归的经验模型,不具有通用性,且计算精度难以满足深井（尤其是超深井）的需求。为此,采用数学解析法建立精确的钻井液密度和液柱压力预测模型。与多位学者的经验模型对比,认为多数经验模型为新建解析模型的简化,该解析模型能更全面准确地反映温度和压力对钻井液密度的影响。在实际应用时,将油基钻井液视为基础油、盐水及固体材料的混合物,通过室内实验数据确定基础油的密度函数,可实现多种配方及油水比的油基钻井液密度及井筒液柱压力的预测。     

超深井水基钻井液高温高压流变性试验研究

钻井液性能对于确保超深井的安全、快速钻进具有十分重要的作用.使用M7500型高温高压流变仪,测定了超低渗透聚磺水基钻井液在高温高压下的流变性能.试验结果表明:温度对水基钻井液流变性的影响比压力大得多,高温下压力的影响一般可以忽略;温度升高,塑性黏度呈指数规律下降.能承受的极限温度在210℃左右.温度升高,流性指数增大,稠度系数减小;压力增大,流性指数减小,稠度系数增大.运用回归分析方法建立了预测井下高温高压条件下塑性黏度及流性指数"和稠度系数K的数学模型,该模型应用方便,适合在生产现场应用.计算结果表明,胜科1井超低渗透聚磺水基钻井液在高温高压时更适合宾汉模式.     

巴什托油气田高密度钻井液技术研究

为解决巴什托油气田在钻井过程中存在的盐膏侵严重、井壁失稳、井底温度高、存在高压层、易漏失等一系列难题,通过优选膨润土加量、抗高温处理剂、加重剂等,开发出一套适合巴什托地区的高密度钻井液体系。该体系密度达到2.20 g/cm3,抗温可达160 ℃,具有良好的热稳定性、抑制性能和抗污染能力。在BK8H井进行了现场应用,施工过程中钻井液性能良好,未发生任何井下事故和井下复杂情况,顺利钻穿440 m的盐膏层,三开井径扩大率为2.33%,而且与该区同类型井相比缩短了钻井周期,表明该高密度钻井液体系完全适应巴什托区块复杂条件下的钻井要求。     

高性能测试完井液的评价与应用

测试完井液性能稳定是高温超深气井安全测试的关键因素。库1井直井段在完井测试期间, 2次测试井下封隔器均被埋死,造成非常严重的井下事故。根据库1井侧钻完井试油及井身特殊要求,通过室内研究,测试完井液采用无固相甲酸盐完井液+甲酸盐钻井液稠垫液+高密度聚磺钻井液体系的高性能复合型完井测试液,该体系抗温达167℃以上、悬浮能力强、对油层无污染。使用高密度的完井液现场测试25d静止后, RD安全阀开启和解封均很顺利,有效解决了复杂深井高温、高压及长时间测试环境下的井眼稳定性和长时间静止下的测试稳定性,为以后高温高压井的完井安全测试提供了一个范例。     

超高密度油基钻井液加重剂评价及现场应用

准噶尔盆地南缘区块古近系、白垩系、侏罗系等地层,压力系数高达2.40～2.65 g/cm3,为了保障异常高压地层的安全钻进,急需研发性能优异的超高密度油基钻井液。使用环境扫描电子显微镜和激光粒度分析仪,分析了普通重晶石、微粉锰矿和微粉重晶石的微观形态和粒度分布。分析了微粉加重剂降低钻井液黏度的原理,实验评价出配制超高密度油基钻井液加重剂最佳复配方案为普通重晶石∶微粉锰矿=7∶3。优化出超高密度油基钻井液的配方,评价其高温沉降稳定性能、抗水污染性能。实验结果显示,配制的超高密度油基钻井液具有好的高温沉降稳定性,静恒温24 h,上下密度差值为0.01～0.02g/cm3,静恒温120 h,上下密度差值为0.10～0.14 g/cm3,上下密度差值小;具有好的抗水污染性能,能抗15%以内的水污染。现场应用表明:密度为2.65 g/cm3的超高密度油基钻井液在钻进过程中,全程钻井液性能表现良好,井下安全正常。      

高温高压凝析气井全过程欠平衡设计

针对高温高压凝析气井钻井过程中的储层伤害问题,在对国内外最新设计方法综合研究分析的基础上,开展了室内试验和软件模拟,提出了一种新的全过程欠平衡设计方法。该方法综合分析了井控安全、井壁稳定性、储层凝析气反凝析发生的油锁伤害和毛细管力引起的水锁伤害等因素。同时,在计算水力参数时考虑了温度和压力对钻井液密度和黏度的影响。为了保证在钻进、起下钻和接单根整个钻井过程中井底一直处于欠平衡状态,配套安装了旋转防喷器、井下套管阀等工具和设备,优化了施工工艺。采用该方法对沙特B-0008井进行了详细的设计分析。该设计方法既能保证井下安全,又能避免储层伤害,提高了探井发现油气的成功率。      

水基磺化钻井液的流变性规律

实验分别选取了塔里木油田低、中、高密度具有代表性的几口深井的水基磺化钻井液,使用高温高压流变仪Fann 75,对高温高压下温度及压力对该钻井液性能的影响进行了研究.结果表明,在180℃以下,表观黏度随温度升高而降低,在180～230℃范围内表观黏度随温度升高而升高;塑性黏度在50～230℃范围内随温度升高而降低;动切力在100℃以内随温度升高而降低,在100～230 ℃范围内随温度升高而升高;压力和温度同时变化时,水基磺化钻井液各流变参数的变化规律与温度对各参数的影响规律相同,温度是影响钻井液流变性的主要因素.     

酸性气体在钻井液两相流动中的溶解度特性

考虑CO2/碳氢气体在油基钻井液中的相变、溶解度等因素,根据质量及动量守恒方程建立了控压钻井中CO2/碳氢气体在两相流动中的溶解度方程,利用CO2/碳氢气体状态方程及差分的方法对其求解。结果表明:当温度及井底溢流量一定时,随套压增大、油基比增大,CO2/碳氢气体在油/水基钻井液中的溶解度均逐渐增大,碳氢气体增大趋势较明显;CO2气体在水基钻井液中的溶解度曲线呈倒S型,到达一定环空深度后,CO2气体在油基钻井液中的溶解度与井深呈线性关系;碳氢气体与油基钻井液物理性质相近度较大,致使碳氢气体在钻井液中的溶解能力增加,从而溶解度增加;由于井口段气体体积急剧膨胀,大量气体析出,使得井口段环空压力剧减,因此溶解度的变化较明显。结论认为,在控压钻井的多相流计算中,应充分考虑酸性气体在钻井液中的溶解度影响。这样做不仅可提高多相流计算精度,而且还可为井底压力控制提供一定的指导。     

钻井流体液相组分密度的温度压力修正模型

钻井流体密度是决定井筒中压力分布的主要因素，因此对钻井流体密度的精确计算是进行井筒压力控制，避免井涌、井喷或者井漏等井下异常情况的关键。由于钻井流体中存在着液相组分，其密度会随着温度和压力的变化而改变，从而使得钻井流体在地层中的密度与其地面测量结果不一致，鉴于此，需要对钻井流体的液相组分密度进行温压修正。通过对不同类型钻井流体的实验研究，在API标准提供的温压修正模型的基础上，通过引入温度的二次方项，将温度对钻井流体液相密度的非线性影响纳入考虑，并以此形成了改进型温压修正模型。通过与实验数据的对比分析，改进型温压修正模型的密度预测结果普遍优于API模型的预测结果。特别地，对于那些对高温敏感的钻井流体，采用改进型温压修正模型能够显著提升其井下当地密度的预测精确度。     

钻井流体液相组分密度的温度压力修正模型

钻井流体密度是决定井筒中压力分布的主要因素,因此对钻井流体密度的精确计算是进行井筒压力控制,避免井涌、井喷或者井漏等井下异常情况的关键。由于钻井流体中存在着液相组分,其密度会随着温度和压力的变化而改变,从而使得钻井流体在地层中的密度与其地面测量结果不一致,鉴于此,需要对钻井流体的液相组分密度进行温压修正。通过对不同类型钻井流体的实验研究,在API标准提供的温压修正模型的基础上,通过引入温度的二次方项,将温度对钻井流体液相密度的非线性影响纳入考虑,并以此形成了改进型温压修正模型。通过与实验数据的对比分析,改进型温压修正模型的密度预测结果普遍优于API模型的预测结果。特别地,对于那些对高温敏感的钻井流体,采用改进型温压修正模型能够显著提升其井下当地密度的预测精确度。