煤层气钻井低密度水基成膜钻井液研制与性能测试

为解决煤层气开采钻井过程中的井壁失稳和储层伤害问题,以硅酸钠和甲酸钾质量比2∶1比例复配,采用正交试验法,实验因素为成膜剂、增黏剂、降滤失剂、絮凝剂,研究出1种煤层气钻井低密度水基成膜钻井液配方即质量分数为5%成膜剂+质量分数为2%增黏剂+质量分数为2%降滤失剂+质量分数为0.3%絮凝剂等。测试了成膜钻井液和未添加成膜剂钻井液的基本流变参数,进行抑制分散性实验、渗透率伤害实验、动滤失实验。实验结果表明:与未添加成膜剂的钻井液相比较,成膜钻井液的剪切稀释性和抑制泥页岩水化性能较好;新型水基成膜钻井液在接触井壁的短时间内在井壁形成半透膜,薄而韧,且稳定时间长;钻井液滤失量相对较小,阻挡液体及聚合物的侵入,能够有效防止地层水化膨胀并封堵地层。     

薄层二维纳米颗粒增效泡沫制备及机理分析

泡沫不稳定会缩短油田泡沫驱作业的有效期,为探究泡沫的稳定性,采用Warning-Blender方法评价了4种表面活性剂的起泡性能及稳泡性能,并考察了8种纳米颗粒的稳泡性能。结果表明:表面活性剂AES起泡效果较优;4种球状纳米颗粒未能与AES形成稳定的协同作用;4种二维纳米颗粒对泡沫的稳定作用较强,相同质量分数下粒径越小的纳米颗粒稳泡性能越好。基于二维纳米颗粒S-GO制备了一种长效泡沫体系,起泡体积为488 mL,泡沫析液半衰期为48 min。冷冻刻蚀扫描电镜考察表明,薄层二维纳米颗粒以薄膜形式覆盖在气液界面膜上,增强了气液界面膜的机械强度。     

一种新型清洁压裂液体系的研究及应用

利用分子间的静电作用以及疏水基团的缔合作用,研制出一种新型清洁压裂液,从耐高温性、抗剪切性、黏弹性、流变参数、滤失性、破胶性、抗盐性以及对地层伤害性等方面对该压裂液体系进行评价,发现该新型压裂液分别在130℃和160℃、170s-1下剪切1h后,黏度仍保持在40mPa·s以上,残渣量为0,岩心伤害率为21.72%,沉砂速率为1.96×10-4 m/min,滤失系数C3=7.622×10-4 m/min^(1/2),且压裂液性质不受水中盐浓度的影响。此外,与传统胍胶压裂液进行对比发现,该新型压裂液在抗高温性与抗剪切性方面与胍胶压裂液相差甚微,而在伤害性、破胶性等方面则远远优于胍胶压裂液。该压裂液在高速剪切下黏度下降,剪切速率降低时,黏度随之恢复,这一特点可大大降低施工摩阻。该新型压裂液具有的上述特点,使之可望取代胍胶压裂液,成为可满足油田压裂施工的压裂液体系。在G34-0X井盒8段的压裂施工中应用效果显著,可满足现场施工需求。     

纳米SiO_2和钢纤维增强混凝土的断裂韧度

通过普通混凝土、纳米混凝土和钢纤维增强纳米混凝土三点弯曲小梁试件断裂试验,探讨了纳米SiO_2质量分数、钢纤维体积分数、预切口深度对混凝土断裂参数以及荷载-挠度曲线的影响.结果表明:在一定掺量范围内,纳米SiO_2和钢纤维的掺入可以提高混凝土的断裂韧度;当纳米SiO_2质量分数小于5%时,试件断裂韧度随着纳米SiO_2质量分数的增加而逐渐增大,而当纳米SiO_2质量分数超过5%后,试件断裂韧度随纳米SiO_2质量分数增大有下降趋势;随着钢纤维体积分数的增加,试件断裂韧度逐渐增大;随着切口深度的增大,试件断裂韧度逐渐减小.     

致密气层控水压裂用纳米乳液的制备及性能评价

以氨基聚硅氧烷与绿色表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸钠(MES)为主要原料,应用正交设计实验优化得到致密气井压裂控水用纳米乳液形成的最佳条件。分析纳米乳液中液滴尺寸分布与致密岩心孔喉的匹配性,考察纳米液滴吸附后对致密岩心表面微观结构与界面性质的影响,评价纳米乳液的耐冲刷与控水性能。结果表明:为形成良好的纳米乳液,应调节氨基聚硅氧烷与水质量比为1∶2,乳化剂MES、正丁醇、氯化钾加量分别为氨基聚硅氧烷质量的40.0%、20.0%、5.0%,乙酸调节p H至6.5;纳米乳液中液滴中值粒径平均为28.5 nm,与致密岩心孔喉尺度匹配良好;随着纳米乳液质量分数的增加,岩心孔隙表面从尖锐的沟槽形貌逐渐转变为均匀、平滑的峰谷结构,润湿性也呈现强疏水性质;纳米乳液耐冲刷性能良好,0.5%的纳米乳液能降低水相相对渗透率超过60%,而对气相渗透率影响较小,说明纳米液滴借助氨基、硅氧键与硅氢键等极性基团通过物理化学吸附作用牢固附着在岩石表面,而分子链中疏水基团硅甲基改变了岩石表面润湿性质,对气/水在致密孔隙裂缝中的渗流产生了较大影响。     

非均相复合驱非连续相渗流特征及提高驱油效率机制

非均相复合驱是聚合物驱后油藏大幅度提高采收率的重要方法。微流控实验及室内双管岩心流动实验均表明非均相复合驱具有非连续相渗流特征,表现为压力一定条件下微通道内流速仍大幅波动、不同渗透率双管岩心中分流量持续交替变化。综合考虑凝胶颗粒弹性变形特征、聚合物增黏与非牛顿特性、表面活性剂降低界面张力作用及润湿改变等化学剂作用机制,建立非均相复合驱微观渗流格子玻尔兹曼模拟方法。基于微观数值模拟结果,揭示非均相复合驱提高驱油效率机制,颗粒暂堵升压后变形运移、固液增阻导致液流转向、驱替液增黏抑制黏性指进、强化启动微观剩余油,进而提高微观波及系数及微观洗油效率。     

复合表面活性剂体系绒囊泡的形成与稳定性研究

考查了多种阴/阳离子表面活性剂的复配,选定十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与十四烷基三甲基氯化铵(TTAC)作为研究的绒囊形成体系。在表面活性剂总浓度为0.02mol/L,V(SDBS)∶V(TTAC)=7∶3的体系中加入聚合物,绒囊体系的黏度增加,表面张力减小,分子间摩擦力增大,表面分子的束缚力减小,使体系更加稳定。粒径分析表明,绒囊体系中加入质量分数为0.2%的PVA后,粒径变大,且分布均匀。对体系进行稳定性研究时,CaCl2和MgCl2均对绒囊有破坏作用,加入PVA的绒囊体系稳定性更好,不易受到盐的破坏。     

料浆黏度对铝粉气泡稳定性的影响

采用羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)溶液来模拟蒸压加气混凝土料浆,并测试了HPMC溶液黏度,研究了溶液黏度和NaOH质量分数对铝粉气泡稳定性的影响.结果表明:HPMC溶液黏度与HPMC质量分数呈幂函数关系;溶液黏度增加,有利于铝粉气泡的生成和稳定,直到达到溶液黏度临界值;增加NaOH质量分数将提高铝粉发气速度,但过高的NaOH质量分数会加速气泡的合并和破裂,因此NaOH质量分数存在一个最佳值.     

柿子皮制备环保型水基钻井液处理剂及其作用效能研究

将柿子皮粉末作为水基钻井液添加剂,其性能评价结果表明,柿子皮粉末具有较好的降滤失作用;随着老化温度的升高,柿子皮粉末处理水基钻井液黏度先增大再降低后又增大,柿子皮粉末在水基钻井液中降滤失作用逐渐减弱,大于150℃后失去降滤失作用;线性膨胀率实验和泥球实验表明,柿子皮粉末水提取液对膨润土的水化膨胀有一定的抑制作用,优于4%(w)KCl溶液;配伍性实验结果表明,随着老化处理温度的升高,柿子皮粉末与改性淀粉体系钻井液配伍表现出增黏和较好的降滤失作用,与聚丙烯酰胺体系钻井液配伍效果不佳,尤其在120℃处理后黏度骤降(从30.0mPa·s降到4.0mPa·s),且失去降滤失作用。     

PVA纤维和纳米SiO2对地聚合物砂浆断裂性能的影响

针对72个尺寸为100mm×100mm×400mm的预切口小梁试件进行三点弯曲断裂试验,以临界有效裂缝长度、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能等参数为评价指标,研究了纳米SiO_2质量分数或聚乙烯醇(PVA)纤维体积分数对地聚合物砂浆断裂性能的影响.结果表明:在一定掺量范围内,纳米SiO_2或PVA纤维的掺入可以提高地聚合物砂浆的断裂性能;PVA纤维或纳米SiO_2掺入地聚合物砂浆后,能较大幅度地提高小梁试件的峰值荷载、临界有效裂缝长度、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能,这些断裂参数在纳米SiO_2掺量或PVA纤维掺量逐渐增大时皆呈现先增大后减小的趋势,并且在PVA纤维体积分数为1.0%或纳米SiO_2质量分数为1.5%的条件下达到最大值,此时小梁试件的荷载-裂缝口张开位移曲线最饱满,与坐标轴之间的包络面积最大.