聚胺水基钻井液中天然气水合物生成过程实验研究

实验采用定容压力搜索法测量了聚胺钻井液在3℃ ~ 13℃范围内甲烷水合物的三相平衡条件。定容条件下考察了在初始压力分别为8 MPa、10 MPa、12 MPa条件下聚胺钻井液中甲烷水合物的生成过程。结果表明,聚胺钻井液对甲烷水合物生成的热力学抑制作用并不明显。同时,提高反应的初始压力会显著缩短水合物的生成时间、增加水合物的生成总量、增大反应初期生长速率以及水合物生长的不均匀性。强化聚胺钻井液的传热传质速率并降低钻探时的井下压力有利于抑制钻井液中水合物的生成。     

多孔介质中甲烷水合物的生成特性研究进展

天然气水合物是一种清洁高效的能源,常常在自然界中的海底沉积物多孔介质孔隙中生成,同时水合物在工业上还能与多孔介质材料一起作为储存及分离气体的一种方式,因此开采利用水合物以及发挥水合物工业技术的前提都跟多孔介质有莫大的关系,对多孔介质中天然气水合物生成特性的研究进行总结与分析具有非常重要的意义。本文总结分析了国内外关于不同类型多孔介质中甲烷水合物的生成过程及特性的研究文献,将多孔介质根据其孔径大小进行划分。结果显示,在微孔介质中,甲烷水合物的生成侧重于气体的存储及运输方面;在介孔介质中,甲烷水合物的生成动力学受孔径影响较大;在大孔的沉积物中,甲烷水合物的生成及分布的机理性研究仍比较缺乏。因此,需要进一步的研究来丰富甲烷水合物在多孔介质中的生成动力学理论,本文将在文献调研的基础上为今后的研究方向提出一些展望和思路。     

含甲烷水合物多孔介质渗透性的实验研究

为研究多孔介质中甲烷水合物对其渗透性的影响,开发了一套适合在该条件下测量渗透性的实验装置。研究了多孔介质孔隙度与渗透率的关系;用BZ-01、BZ-02玻璃砂模拟多孔介质进行了渗透率测量实验,测试了不同甲烷水合物饱和度下多孔介质渗透率的变化情况。结果表明,多孔介质中甲烷水合物的存在会导致其渗透率急剧下降,饱和度-渗透率曲线呈指数分布。根据实验数据拟合出了渗透率随饱和度变化的经验公式,并将实验数据与渗透率模型进行了比较,发现在实验条件下生成的甲烷水合物符合平行毛细管模型,水合物占据毛细管中心,多孔介质中的流动形成环状流。     

油包水钻井液研究与应用

与水基钻井液相比,由于油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和保护油气层等优点,成为钻遇深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的首选体系。油包水钻井液具有油基钻井液的优点。针对非常规油气藏及强水敏、易坍塌地层钻井的需要,研制了油包水钻井液,优化了钻井液配方:基液(油水体积比为8∶2)+3%主乳化剂+3%辅乳化剂+3%有机土+4%降滤失剂+3%的CaO+重晶石。室内评价结果表明,该油包水钻井液具有良好的流变性、悬浮稳定性、润滑性、乳液稳定性和抗污染能力。同时,完善了现场施工工艺,并在中原、新疆、西南等现场应用了7口井。应用证明,油包水钻井液稳定性好,破乳电压大于600V,抗污染、抗温能力强,遭受20%的水和岩屑污染后,钻井液性能稳定,易于维护处理;且钻井过程中井壁稳定,定向施工顺利,减少井下复杂,平均井径扩大率小于5%。该钻井液配制工艺简单,可以回收利用,满足页岩气水平井、易塌地层钻进的需要。     

CO2乳液置换开采天然气水合物研究进展

CO₂置换开采及封存的碳汇是降低我国南海水合物产业化开采成本的重要路径,不仅能保障粤港澳大湾区经济建设所需的能源供给,而且能降低大湾区过量的碳排放,与气态、液态CO₂相比,注入CO₂乳液置换效率更高。综述CO₂乳液在置换开采甲烷水合物中的应用,以及乳液的稳定性问题,讨论CO₂乳液开采南海水合物的优势及难点,并对下一步CO₂乳液法置换开采南海水合物进行分析,为未来天然气水合物开采及同步碳封存提供参考和建议。     

羧甲基纤维素钠对CH4水合物形成过程的影响

羧甲基纤维素钠（CMC-Na）是水基钻井液中的重要组分,为研究CMC-Na对天然气水合物热力学和动力学的影响,实验测量了质量浓度介于0.5%～1.5%的CMC-Na溶液中甲烷水合物的相平衡条件,以及275.2 K、6 MPa的初始条件下CMC-Na溶液中甲烷水合物的形成过程。研究结果表明,CMC-Na对甲烷水合物的热力学稳定性具有微弱的抑制作用,相同压力下相平衡温度降低了0.1～0.2 K。CMC-Na溶液中形成的甲烷水合物为Ⅰ型,水合物数为5.84～5.90。在CMC-Na溶液中,甲烷水合物形成所需的诱导时间大大缩短,表明CMC-Na对甲烷水合物的形成过程具有促进作用。在CMC-Na溶液中水合物生成所需气体消耗量呈阶段式增长。水合物转化率低于35%的情况下,已经生成的水合物没有对搅拌器叶片形成持续附着进而卡住搅拌器。因此,CMC-Na对甲烷水合物的热力学稳定性具有一定的负面影响,对水合物的形成具有一定的促进作用。另外,CMC-Na能够降低水合物生成过程中搅拌扭矩的波动,对维持搅拌的正常运行具有重要作用。     

油基钻井液在中原油田非常规油气藏开发中的应用

中原油田围绕非常规油气藏的开发,部署了一批非常规水平井(水平段最长达1300m),钻遇目的层主要是泥岩、泥页岩和裂缝泥岩。由于长水平段定向井钻进中存在摩阻与扭矩、井眼稳定性及井眼清洁等技术难点,对钻井液技术提出更高要求。针对油基钻井液在井壁稳定、润滑防卡、抑制页岩水化膨胀和地层造浆,以及快速钻进等方面具有的明显优势,在非常规水平井钻井中应用了油基钻井液。现场应用表明,油基钻井液抑制能力强,井壁稳定和井径规则;润滑防卡效果好,定向施工钻具扭矩小;高密度、高温条件下悬浮稳定性好,井眼清洁;且施工工艺简单、现场维护容易,可循环利用。解决了长水平段泥页岩、裂缝泥岩、砂岩泥页岩互层等复杂地层难以定向施工、井壁失稳和井底不清洁等技术难点,为不同区块非常规钻井提供了技术支撑。目前油基钻井液用抗高温乳化剂、提黏切剂和封堵剂等处理剂缺乏,需尽快开发,以满足复杂条件下油基钻井液应用需要。     

含甲烷水合物的石英砂渗透率实验和分形模型对比研究

含水合物的多孔介质渗透率是影响水合物开采的关键参数,多孔介质渗透率与水合物的饱和度密切相关。定量研究多孔介质渗透率随水合物饱和度的变化,对自然界中天然气水合物藏内渗流场的研究具有重要的理论价值。本文以平均粒径为139.612 μm的石英砂为多孔介质,采用稳态注水法测量在不同甲烷水合物饱和度（0 ~ 28.56%）下的石英砂渗透率,将实验数据与两种不同水合物赋存形式（颗粒包裹、孔隙填充）下的石英砂渗透率二维分形模型进行了对比。结果表明,石英砂渗透率比K_r随甲烷水合物饱和度S_h的增大呈现指数减小的趋势。当水合物饱和度低于11.83%时,渗透率比下降缓慢。而当水合物饱和度高于11.83%时,渗透率比下降迅速;当饱和度指数n = 12时,渗透率分形模型与实验数据吻合良好。通过分形模型与实验数据对比,发现当水合物饱和度低于11.83%时,甲烷水合物的赋存形式为颗粒包裹型。在11.83% ~ 28.56%水合物饱和度范围内,甲烷水合物的赋存形式为孔隙填充型。本研究成果量化了石英砂渗透率与甲烷水合物饱和度的关系,确定了含甲烷水合物的石英砂的渗透率分形模型的参数取值。     

三轴应力下CO2置换开采天然气水合物实验研究

为模拟海域真实环境,在三轴应力、氯化钠体系以及水合物储层富水状态的条件下,开展针对氯化钠体系、储层初始饱和度以及置换压应力对液态CO₂置换开采海域天然气水合物的实验。研究表明：在三轴应力以及孔隙度约46.70%的条件下,氯化钠体系对CH₄置换效率影响较小,但对CO₂水合物合成表现出抑制作用;储层初始饱和度与CH₄置换效率之间是负相关关系且高的储层含水率更有利于CO₂封存;CH₄置换效率随着置换压应力的增长有一定幅度的提高,置换压应力的增大为CO₂水合物合成提供了高的驱动力,进而提高了CO₂封存效率。     

含水合物沉积物的渗透率实验研究

天然气水合物储层的渗透率是影响水合物开采时气、水运移的关键,也是水合物开采潜力评价、资源评价、开采工艺选择等需要了解的关键参数.目前,国内外学者对天然气水合物储层的渗透率进行了一定的研究并有了初步认识.但是,对于围压、轴向压力、水合物饱和度、赋存模式等对水合物沉积物渗透率的影响机制和机理还不清楚.本文在自主设计的水合物...     

国内钻井液及处理剂发展评述

国内开展钻井液研究与应用经历了起步、发展、完善和提高四个阶段。正是由于处理剂的发展,钻井液技术有了长足进步,钻井液由分散到不分散,到低固相、低或/和无黏土相钻井液发展过程中不断完善配套。不分散低固相聚合物钻井液、"三磺"钻井液、饱和盐水钻井液、聚磺钻井液、聚磺钾盐钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、氯化钙钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液、胺基抑制钻井液、超高温钻井液、超高密度钻井液等一系列钻井液体系,解决了不同时期、不同阶段、不同地区和不同复杂地质条件下的安全快速钻井难题。围绕井壁稳定、防漏堵漏机理和方法的研究成果的应用,有效减少了井下复杂的发生,保证了钻井质量。今后需要针对复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井,以及页岩气水平井钻井的需要,从抗温、井壁稳定、润滑、防卡等方面,研究关键处理剂,实现处理剂系列化;减少关键处理剂在生产、流通及其他环节的浪费,提高产品质量;减少钻井液处理剂品种;在保证钻井液性能满足需要的前提下,尽可能降低钻井液处理剂用量;科学的选择和使用钻井液,重视油基钻井液的应用及技术水平的提高;并围绕绿色环保、抗高温抗盐的目标,开发高性能钻井液处理剂,建立钻井液及其处理剂的毒性检测评价手段,促进钻井液技术进步。     

生物质改性钻井液处理剂研究进展

介绍了淀粉、纤维素、木质素、栲胶和植物胶等生物质改性钻井液处理剂的改性方法,对国内生物质改性钻井液处理剂研究与应用情况进行了概述,生物质改性产物因来原料源丰富、价格低廉、绿色环保等,成为重要的钻井液处理剂．随着研究的不断深入,其用量将越来越大。但从周内研究进展来看,其研究深度和广度还不够,部分研究成果尚未实现工业化,生物质改性钻井液处理剂在石油勘探开发中的潜力尚待挖掘。     

国内外钻井液技术进展及对钻井液的有关认识

随着石油勘探开发技术的不断发展,对钻井液提出了更高的要求。国外一些公司相继研制并推广了聚合醇钻井液、正电胶钻井液、甲酸盐钻井液、稀硅酸盐钻井液和微泡钻井液等具有国际先进水平的水基防塌钻井液新体系,以及环保性能优良的第二代合成基钻井液和逆乳化钻井液新体系。国内在生产中结合实际情况,借鉴国外新技术,逐步形成了两性离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚合醇钻井液等一系列新技术,并在逐步形成高难度的超高温和超高密度钻井液体系。国内在钻井液整体水平上与国外的差距仍然很明显,特别是国内外在钻井液技术与管理方面存在的认识上的区别,主要表现在目的、设计理念、处理剂、实施过程、对泥浆工程师的要求、创新目标、环境保护等方面,这是制约国内钻井液整体水平和技术进步的主要问题。通过分析得出了一些认识,即:钻井液技术的发展依赖于新型钻井液处理剂的研制;对钻井液的维护不仅要注重过程控制,还要重视早期维护处理;提高钻井液的抑制性,确保钻井液的清洁有利于保护油气层;要通过"预防+巩固"的井壁稳定思路,进一步提高井壁稳定效果;钻井液无害化处理要从钻井液处理剂研制、生产以及钻井液设计、维护处理等全过程考虑。建议今后钻井液技术工作要注重钻井液处理剂的超前研究,深入开展超高温和超高密度钻井液研究,加大油基钻井液的研究力度,通过认识上的提高来缩小国内在钻井液技术上与国外的差距。     

天然气水合物储层水力压裂研究进展

天然气水合物是一种广泛分布于海底地层中重要的未来战略能源,但在开采过程中,由于水合物储层介质颗粒粒径较小,孔隙多被固态水合物占据,储层渗透率低,制约着天然气水合物开采的产业化进程.当今水力压裂技术已广泛应用于低渗透油气藏的增产作业中,本文总结了近年来国内外对天然气水合物储层应用水力压裂技术的研究现状,从压裂实验、数值模...     

页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则

我国页岩气资源勘探开发已全面铺开。针对页岩气的成藏特征,页岩气开发以浅层大位移井、丛式水平井布井为主。由于页岩地层裂缝发育、水敏性强,长水平段钻井中不仅易发生井漏、垮塌、缩径等问题,且由于水平段较长,还会带来摩阻、携岩及地层污染问题,从而增大了产生井下复杂情况的几率。解决井壁稳定、降阻减摩和岩屑床清除等问题是目前页岩气水平井钻井液选择和设计的关键。选择页岩气水平井钻井液的原则是确保井壁稳定、润滑、防卡和井眼清洗。油基钻井液可提高水润湿性页岩的毛细管压力,防止钻井液对页岩的侵入,从而有效保持井壁稳定,同时还具有良好的润滑、防卡和降阻作用,是国内外目前采用最多的钻井液体系。当采用水基钻井液的时,利用低活性高矿化度聚合物钻井液或CaCl2钻井液以降低页岩和钻井液相互作用的总压力;采用浓甲酸钾、Al3+盐,可以通过脱水、孔隙压力降低和影响近井壁区域化学变化的协同作用产生良好的井眼稳定作用;对于有裂隙、裂缝或层理发育的高渗透性页岩应使用有效的封堵剂进行封堵;但对于强水敏性页岩地层,水基钻井液在抑制性方面仍然存在局限性。从环境保护的角度出发,甲基葡糖苷钻井液在井壁稳定机理方面与油基钻井液相似,未来可望作为有效的钻井液体系之一。随着以页岩气为代表的非常规油气资源的不断开发,为了满足安全钻井和环境保护的需要,未来页岩气水平井钻井液技术的研究应围绕高效、低成本水基钻井液和低毒油基钻井液来展开。     

聚乙烯吡咯烷酮对钻井液水合物抑制性能的影响研究

随着全球油气钻探由海洋浅水区向深水区发展,深水油气钻探中水合物的防治研究也得到了日益重视。聚乙烯吡咯烷酮作为一种非常成熟的水合物动力学抑制剂,被广泛应用于油气生产运输中。向应用于某浅水油气田的钻井液中添加0.5wt%、1.0wt%和2.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮,首先对其低温常规性能进行实验评价。结果表明,0.5wt%和1.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮的加入对钻井液的流变性能不会产生明显影响,2.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮加入会影响钻井液的流变性能而导致钻井液无法满足钻井需求;随后在4℃、6 MPa ~ 10 MPa条件下,利用1.2 L定容反应釜,通过观察温度和压力的变化,研究了0.5wt%和1.0wt%聚乙烯吡咯烷酮加入后对钻井液中水合物形成的影响,研究结果表明：当温度为4℃、进气压力在6 MPa ~ 10 MPa时,进气后500 min内聚乙烯吡咯烷酮对钻井液中的水合物形成具有一定的抑制作用,浓度越高抑制效果越明显,但聚乙烯吡咯烷酮的加入不能完全抑制水合物的生成。     

含磷共聚物钻井液降黏剂合成及性能评价

以丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和含磷化合物共聚合成了抗220℃高温的钻井液降黏剂,对含磷化合物用量、引发剂(过硫酸铵)用量和滴加温度等对钻井液降黏剂特性黏度和降黏率的影响进行了考察。结果显示,钻井液降黏剂的最佳合成条件为:含磷单体用量为反应单体总质量的6%,过硫酸铵用量为反应单体总质量的2%,滴加溶液温度为55℃。利用红外光谱(IR)对钻井液降黏剂进行了表征,并借助热分析考察了钻井液降黏剂的热稳定性,同时对其在泥浆中的降黏性能进行了室内评价。研究结果表明:研制的钻井液降黏剂可以显著降低泥浆的黏度和切力,加入0.5%降黏剂的淡水基浆,高温降黏率可以达到91.4%;具有较好的抗盐、抗钙性能,在饱和盐水泥浆和含钙泥浆中也具有很好的降黏作用和分散作用;具有较好的热稳定性。     

2009～2010年国内钻井液处理剂研究与应用进展

随着石油勘探开发向深部和海上发展,深井、超深井以及特殊工艺井钻探越来越多,特别是超高温、超高压地层的钻探,对钻井液提出了更高要求。针对钻井液技术发展的需要,促使油田化学工作者不断开发新型钻井液处理剂。近两年,国内在钻井液处理剂方面开展了一系列卓有成效的研究工作,其中一些研究已在现场应用中见到效果,部分产品已达到或超过世界先进水平,从而为钻井液技术的进步奠定了基础。从天然材料改性、合成材料、工业废料或副产物利用,以及不同材料复合或反应产物等方面,就2009～2010年国内钻井液处理剂研制及应用情况进行介绍,并指出处理剂的发展方向。从近期的研究看,仍然以合成聚合物为主,多围绕提高产品的抗温抗盐这一方向,并逐步向超高温发展,且研究最多的是钻井液降滤失剂,其次是降黏剂、堵漏剂和润滑剂等。而在钻井液降滤失剂、降黏剂中,又以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等含磺酸基单体与其他单体的共聚物更受重视,而润滑剂、堵漏剂等则多以多种材料复配为主。今后,在处理剂研究上,要强化基础研究和新原料的开发,发展低相对分子质量的聚合物处理剂,进一步加强淀粉、褐煤、栲胶、木质素等天然材料的深度改性,研制绿色、价廉的钻井液处理剂。     

关于规范钻井液处理剂及钻井液体系的认识

自上世纪70年代以来,我国钻井液技术逐步趋于成熟,与国外的差距日渐缩小。特别是近年来,围绕高温、高压地层以及强水敏地层、页岩气水平井的需要,在超高温钻井液、超高密度钻井液、页岩气水平井钻井液、油基钻井液等方面又有了新进展。但在钻井液处理剂和钻井液体系规范方面还存在问题,如在命名方面,钻井液处理剂任意编代号,随便起名字,钻井液体系缺乏主题和依据,有时仅仅加入了很小量的某种处理剂,就称"某钻井液体系";标准方面,因制定中缺乏实验和应用依据,多数行业标准系由企业标准转化而来,标准中缺少表征产品本质特征的项目及指标,通用性不强;加之高纯度、高质量产品推广受到价格限制,不同程度上制约了钻井液技术的发展。从钻井液处理剂和钻井液两方面提出规范思路。基于实验和分析认为,处理剂规范应从分类、命名、指标设置和实验方法等方面出发,以保证命名的科学性和标准的准确性与适用性。在钻井液体系方面,基于处理剂、标准、质量控制和钻井液性能间的关系,提出钻井液体系的命名原则,明确了钻井液技术规范、钻井液体系或工艺规范应包括的内容。