高密度水基钻井液高温高压流变性研究

高密度水基钻井液属于较稠的胶体-悬浮体分散体系,固相含量大,固相颗粒分散程度高,自由水量少,在深井高温高压条件下流变性容易失控。以室内研制的抗高温高密度淡水基和盐水基钻井液为基础,采用Fann50SL高温高压流变仪对钻井液在不同温度下的流变性进行了测试。结果表明,温度是影响高密度水基钻井液流变性的主要因素。随着温度升高,淡水基钻井液的表观黏度和塑性黏度都出现降低趋势;而盐水基钻井液的塑性黏度在150℃达到最低值,然后升高,表观黏度呈降低趋势。利用测试数据,运用宾汉、幂律、卡森和赫 巴4种流变模式进行线性拟合发现,无论是淡水基还是盐水基钻井液,赫-巴模式最佳,幂律模式最差。建立了预测淡水基钻井液表观黏度与温度、压力关系的数学模型,实测数据验证表明,该模型可以应用于生产实际。     

一种水基抗温钻井液的高温流变性研究

钻井液的高温流变性对于深井、超深井快速、安全地钻进具有重要影响,而高温老化冷却后测定的钻井液流变性能并不能代表高温条件下的流变性能。因此采用Fann50SL型高温高压流变仪对抗高温水基钻井液体系的高温流变性进行了研究,求得其流变参数,最高实验温度达到了220℃。综合考察了温度、密度、聚合醇、聚合物和盐等因素对钻井液体系流变性的影响。结果表明,塑性黏度与温度间遵从二次函数关系,温度升高,塑性黏度呈指数规律下降,且体系的密度越大,受温度的影响越大;在低温段(~150℃)加入聚合醇和聚合物会对体系流变性产生明显影响,高温段(150~220℃)影响较小;盐对高密度钻井液体系流变性的影响明显大于低密度钻井液体系。该研究可为现场施工中钻井液体系流变性的调控提供指导。     

高温高压下油基钻井液的流变特性

使用Rheo Chan7400型高温高压旋转粘度计,分别测定了具有典型配方的矿物油钻井液和柴油钻井液在高温高压下的流变性能.实验结果表明,这两类油包水乳化钻井液的表观粘度、塑性粘度和屈服值均随温度的升高而降低,随压力的增加而增大.常温时压力对表观粘度和塑性粘度影响很大,但随着温度升高,压力的作用逐渐减小.在深部井段,影响油包水乳化泥浆流变性的主要因素是温度而不是压力.在大量实验的基础上,运用回归分析方法建立了预测井下高温高压条件下表观粘度的数学模型.经实验验证,计算值与实测值吻合较好.模型中温度和压力的特征值可直观地反映温度和压力对表观粘度的影响程度.该模型应用方便,并适于在生产现场应用.     

油基钻井液高温高压流变参数预测模型

在高温高压深井中,钻井液流变性受温度和压力的影响较大。研究油基钻井液的高温高压流变特性,建立宾汉流体的流变参数预测模型,对于现场及时调整钻井液性能、精确计算环空压降、实现高温高压井当量循环密度的精确预测及合理控制井底压力具有重要意义。对具有典型配方的油基钻井液在高温高压下的流变特性进行了研究,通过对实验数据进行多元非线性回归分析,建立了预测高温高压条件下油基钻井液表观黏度、塑性黏度和动切力的数学模型。由模型得到的预测值与实测值具有较好的吻合性,相关系数均在0.98以上。该模型可用于深部井段流变参数的预测和现场水力参数的精确计算。     

深水高温钻井液体系研究

深水高温高压井作业面临气体水合物、高温、井漏等诸多问题,严重影响深水油气资源开发作业安全。为此室内构建和评价了一套深水高温高压钻井液体系,通过引入抗高温抗盐聚合物改善保障高温性能,通过引入纳微米封堵材料提高井壁封堵稳定性,通过使用水合物抑制剂来预防水合物的生成。该体系经评价抗高温达200℃、封堵承压性能好、模拟地层条件下无水合物生成,为海上深水高温高压井作业提供了钻井液技术支持。     

考虑滑移效应的高密度水基钻井液流变特性

壁面滑移效应会影响高密度水基钻井液流变测量的准确性。基于同轴圆筒旋转黏度计的测量原理,从合理假设壁面滑移现象出发,提出了钻井液流变测量中壁面滑移效应的检测与校正方法,得出了有滑移效应的高密度水基钻井液真实流变特性的确定方法。采用两个不同环形间隙尺寸的圆筒测量系统,开展了考虑滑移效应的高密度水基钻井液流变测量实验,并分析了高密度水基钻井液流变特性与滑移特性。理论与实验研究表明,高密度水基钻井液流动时易出现壁面滑移现象,应消除滑移效应对流变测量的影响;无黏土高密度水基钻井液流变特性符合宾汉模式,其真实流变参数与不考虑滑移效应的表观流变参数存在显著差异;滑移速度与壁面剪切应力呈直线关系,且发生滑移的临界剪切应力很小。     

一种改进的钻井液流变模式及评价

在简要评述目前比较常用的流变模式基础上,对林伯亨提出的流变模式进行了改进,得到了一种新的四参数流变模式。利用回归分析的数学方法,选用水基、油基、高密度、聚合物和甲酸盐5种不同类型的钻井液实验数据,拟合出不同流变模式的流变参数,并对拟合结果进行对比。结果表明：改进得到的新流变模式与宾汉、幂律、H-B以及林伯亨模式相比,拟合效果最好,可以很好地描述不同种类钻井液的流变性。     

Research on deepwater synthetic drilling fluid and its low temperature rheological properties

With the rapid development of deepwater drilling operations,more and more complex technical challenges have to be faced due to the rigorous conditions encountered.One of these challenges is that the drilling fluid used must had good rheological properties at low temperatures and high ability to inhibit hydrate formation.Synthetic drilling fluid has been widely applied to deepwater drilling operations due to its high penetration rate,excellent rheological properties,good ability to prevent hydrate formation,and high biodegradability.A synthetic drilling fluid formulation was developed in our laboratory.The rheological properties of this drilling fluid at low temperatures (0-20 °C) were tested with a 6-speed viscometer and its ability to inhibit hydrate formation was evaluated at 20 MPa CH 4 gas and 0 °C by differential scanning calorimetry (DSC).Several factors influencing the low temperature rheological properties of this synthetic drilling fluid were studied in this paper.These included the viscosity of the base fluid,the amount of CEMU and organic clay,and the water volume fraction.     

深井抗高温钻井液体系的研究与应用

深井钻井液的热稳定性一直是国内外研究的关键问题。室内试验在优选抗高温处理剂的基础上，通过引入新型的硅氟共聚物降粘剂GF-260，开发出了一种新型抗高温硅氟聚合物钻井液，即4％钠膨润土＋3％MMH＋5％MF-1（复合降滤失剂）＋2％Na2SO4（抗高温稳定剂）＋2％RH-1＋2％GF-260＋1％ZH-Ⅲ（缓蚀剂）＋其它辅剂。室内对该钻井液的抗温性、页岩膨胀性和悬浮稳定性进行了评价。结果表明，抗高温硅氟聚合物钻井液具有优良的抗高温悬浮稳定性、抑制防塌能力和很高的热稳定性（抗温可达220℃）。在和参1井和莱深1井应用中，抗高温硅氟聚合物钻井液性能稳定，钻井施工顺利，电测和下套管一次成功，未发生井壁垮塌现象，钻井周期比该地区同类井缩短了1／3，综合钻探效果显著。     

高温高压井中温度和压力对钻井液密度的影响

文中研究了地温梯度,地表温度,入口钻井液温度,循环钻井液温度梯度和钻井液类型等因素对当量静态钻井液密度的影响,建立了高温高压井中预测ＥＳＤ的积分模型。结果表明：温度梯度对ＥＳＤ影响很大。随温度梯度增加,ＥＳＤ减小,且井口与井底差值增大。随地表温度或钻井液入口温度增加,ＥＳＤ减小,但不同初始温度条件下井口与井底ＥＳＤ差值基本相同。     

水基钻井液成膜技术研究

介绍了一种新型的有机硅酸盐半透膜抑制剂BTM-1。通过钻屑回收率试验、泥页岩水化趋势作用试验、泥球浸泡试验和膜效率测定，评价了BTM-1抑制剂对泥页岩水化膨胀及分散性能的抑制作用及其半透膜效能。研制了与半透膜相配伍的具有良好抗盐抗温性能的降滤失剂CFJ-1；介绍了具有隔离膜性能的成膜降滤失剂钻井液性能，用扫描电镜试验，测定了隔离膜的结构特征，对隔离膜降滤失机理进行了初步探讨。给出了具有半透膜、隔离膜的成膜钻井液配方。评价了成膜钻井液的抑制性、抗盐性和抗温性能，通过动滤失量试验、渗透率恢复值试验评价了成膜钻井液保护储层效果。荧光及毒性试验表明，成膜钻井液体系无荧光、无毒性，满足国际环保要求。     

高性能水基钻井液在大庆油田致密油水平井的应用

大庆长垣外围青山口组高台子油层和泉头组扶余油层的致密油储层物性较差,单层厚度薄;施工中存在地层摩阻大、机械钻速低、钻井周期长、井壁失稳等一系列问题。对于钻井液的抑制性、携岩性等都提出了较高要求。综合考虑成本、环保等因素,油基钻井液已经无法适应当前致密油藏大规模效益开发的要求。针对松辽盆地中深层致密油藏水平井开发需要,研发了一套高性能水基钻井液体系,即在阳离子聚合物钻井液体系中引入胺基抑制剂AP-1及聚合醇。利用聚合醇的"浊点效应"对泥页岩地层微裂缝进行内封堵。结果表明,该体系具有抑制性强、润滑性好、滤失量低等特点,能够有效解决大庆长垣外围致密油水平井施工中存在的一系列问题。     

复杂深井高密度阳离子钻井液体系优化研究与应用

针对玉门酒东油田白垩系深部井段钻井液在高密度、高井温、高矿化度条件下流变性不易控制、现场维护难度大、钻井复杂事故多、完井电缆测井成功率低等问题,室内优选出了钻井液封堵剂JHS-01和抗高温降滤失剂JY-1B两种钻井液处理剂,优化形成了改进型高密度阳离子钻井液配方。室内评价表明,该钻井液在密度2.00 g/cm³时的漏斗黏度为77 s、动切值为7 Pa、终切值为8 Pa,120 ℃ HTHP滤失量为10 mL,黏切值低,封堵造壁性能良好,抑制性、抗温、抗污染等性能符合要求。现场应用表明:该钻井液与改进前邻井相比,漏斗黏度由88～110 s降至78～86 s、动切值由23～28 Pa降至12～20 Pa、终切值由14～26 Pa降至6～16 Pa,钻井液流变性明显改善,120 ℃ HTHP滤失量9～11 mL,泥饼薄(2.5 mm)且致密,封堵造壁性能良好,钻井无复杂事故,电缆测井一次成功,满足酒东高密度复杂深井钻井要求。      

深井高密度钻井液的应用及发展趋势探讨

对高密度钻井液的发展及应用情况进行了综合阐述.详细地分析了深井高密度钻井液的技术及性能要求.结合现场施工情况和文献调研结果,对引起井下复杂情况发生的原因以及保护油气层技术作了探讨.提出了现有高密度钻井液存在的问题及其以后的发展方向.     

随钻地层压力录井技术在高温高压井中的应用

为了确保海上高温、高压井钻探成功,有必要利用随钻压力录井技术实时监测地层压力的变化。综合录井通常利用随钻工程参数并结合其他井况信息综合评价地层压力,其中主要是利用dc指数结合伊顿公式进行监测,而近年来利用随钻测井数据进行实时地层压力监测的方法也日趋成熟和完善,这两种方法均已经被应用于海上高温、高压井和深井的随钻地层压力监测。通过实例分析了海上高温、高压井随钻地层压力监测的发展过程。介绍了法国地质服务公司最新地层压力评价系统PreVue,并对其海上监测实例进行了分析介绍。阐述了目前地层压力录井所面临的一些难点,提出了初步的解决方法。     

无黏土高温高密度油基钻井液

针对塔里木盆地山前构造带井深高温以及地层裂缝发育的特点,研发了油基钻井液关键处理剂,其包括主乳化剂HT-MUL、辅乳化剂HT-WET、提切剂ZNTQ-1。乳化剂通过抗高温的亲水亲油官能团,在油水界面形成具有很强黏弹性的界面膜来提高乳化能力;基于超分子原理,提切剂通过在油水界面的氢键作用提高乳状液的凝胶强度,达到替代有机土的效果。以乳化剂和提切剂为核心处理剂配制的无黏土高温高密度油基钻井液,抗温达220℃,密度达2.50 g/cm3,老化后乳化稳定性好,不出现分层现象,高温高压滤失量小于10.0 m L,具有极好的滤失性,可通过柴油配制得到。无黏土高温高密度油基钻井液克服了以往有机土油基钻井液高温易降解失效和高密度下流变性差的缺点;同时提切剂取代有机土,除了能进一步加快钻速外,还能降低储层损害程度,是目前油基钻井液技术的领先技术,具有极好的应用前景。     

高效环保型页岩气开发水基钻井液体系研究

目前在页岩气水平段钻井过程中常用油基钻井液,但存在一系列环保问题。因此,有必要研究出一种可替代油基钻井液的高效环保型水基钻井液体系。针对涪陵礁石坝区块龙马溪-五峰组页岩气地层的实际情况,通过老化前后流变性、高温膨胀率、滚动回收率、常温中压失水、高温高压失水以及极压润滑摩阻系数等实验,以KCl和甲酸钠为抑制剂、准纳米颗粒与新型Soltex复配、高效润滑剂与乳化剂复配,研制出一种强抑制性、强封堵和良好润滑性的高效环保型水基钻井液体系。性能评价结果表明,该体系膨胀率为5.12%、FL_(API)为1.6mL、FL_(HTHP)为4.8mL、K_f为0.14,能够满足水平段泥页岩地层钻进的要求。     

可实现废弃水基钻井液再生利用的电化学吸附法

现有的固、液分离技术及设备均难以去除钻井液中粒径小于等于10μm的有害固相及超细微颗粒,钻井现场多采用无害化处理后填埋的方式处置,不仅资源化利用率偏低,还存在着二次污染的风险。为此,提出了采用电化学吸附法对废弃水基钻井液进行再生处理的技术思路:首先通过室内实验,在电吸附电极上施加电压,研究电压、吸附时间、膨润土浓度、极板间距及无机盐浓度对电吸附效果的影响;然后分别考察了4种常用无机盐(NaCl、KCl、CaCl_2、Na_2CO_3)在不同浓度下的电吸附极板对模拟钻井液中固相颗粒的吸附能力;最后在确定最佳电吸附条件的基础上,以国内某油田废弃聚磺钻井液为样品,验证其处理效果。结果表明:(1)电化学吸附法通过吸附去除水基钻井液中的劣质固相,实现了废弃水基钻井液的再生,提高了钻井废弃物的资源化利用率,同时也降低了后期钻井废弃物的处理量及成本;(2)含5%膨润土、2 g/LNaCl的模拟废弃钻井液最佳电吸附条件为吸附电压36 V、吸附时间5 min、极板间距5 cm;(3)上述样品经电化学吸附法处理后,1~10μm粒径劣质固相的去除率超过90%,表明该方法对于去除废弃聚磺钻井液中的劣质固相具有明显的效果。     

流体高温高压PVT测试仪的研制

为了测试流体在高温高压条件下的密度、体积随温度和压力的变化规律,研制出高温高压PVT测试仪。测试仪主要由加热系统、温度控制和显示系统、加压和压力指示系统以及测试系统等组成。介绍了测试仪的主要技术指标和用途,并给出了使用时的操作规程。使用这种测试仪对完井液在不同温度和压力下的密度做了一系列测试,结果表明,高温高压PVT测试仪设计结构紧凑,测试方便可靠,用途广泛,维修方便。这种仪器还可用于评价各种处理剂的热稳定性和缓蚀剂的缓蚀性能等。