高温高压下泡沫钻井液流变性实验分析

本文针对高温高压下井筒内泡沫钻井液的实际作业情况,设计了一套新型的泡沫流体流变性测试装置,使用这套装置进行了大量的实验研究,在建立合理的数学模型的基础上,对实验数据进行了处理及分析。     

多孔介质中流动泡沫结构图像的实时采集与定量描述

在泡沫驱替实验系统基础上,研制了多孔介质中流动泡沫结构图像的实时采集实验装置,实现了在高压实验状态下岩心出口端以及中部测压点处流动泡沫微观结构的实时动态观察和图像采集。该实验装置包括气液注入、泡沫渗流模拟、图像采集和产出流体分离计量系统。同时建立了相应的泡沫结构图像处理和定量表征方法,定义了泡沫等效直径、体积比例频度分布、分布密度和非均匀度等特征参数,可对渗流过程中泡沫结构变化规律进行定量描述和统计。研究表明,泡沫体系在岩心中是逐渐趋于分布均匀和稳态的过程。泡沫驱替稳定后,距离入口端越远,泡沫体积越小,均匀度越高,泡沫越稳定,且封堵压差也越大。     

井下节流气井泡沫排水采气机理研究

通过在室内采用透明玻璃管建立模拟井下节流实验装置,进行多组常规低压实验,观察泡沫通过节流嘴时的现象,分析节流井泡沫排水机理.发现泡沫通过节流嘴时,会出现堆积、破泡、桥堵以及二次成泡几个过程,同时测定模拟节流井实验泡沫的含水率和携液率,对井下节流气井泡沫排水采气研究具有参考价值.     

泡沫油流变特性及其影响因素实验

在常规原油流变特性测试系统基础上,研制了泡沫油流变特性测试装置,实现了不同实验条件下泡沫油流变特性的测试和泡沫油图片的动态观察。实验装置包括泡沫油生成系统、流变特性测试系统和图像采集系统。从采集到的泡沫油图片可以看出,气泡在原油中高度分散,形成了稳定的泡沫油流动状态。泡沫油黏度影响因素分析表明,随着气泡等效平均直径的增大,其对泡沫油黏度的影响逐渐增强;泡沫油黏度与泡沫质量近似呈线性正相关关系;泡沫油黏度随剪切速率的增大而逐渐降低,表现出明显的剪切变稀特性,且随泡沫质量增大,泡沫油流动特性指数减小,即泡沫油的非牛顿特性强于活油。     

气井泡沫排水采气的动态实验分析

大量现场实验结论证明了泡沫动态实验对于泡沫排水采气非常重要，使地层水、凝析油均可有效地从气井中排出。在改进了RossMile泡沫测定方法的基础上，建立了泡沫动态实验装置，用泡排剂LH和泡排剂UT-11C进行泡沫流动实验。利用两相流理论，开展了气流量和气流速度对气体携液量的影响研究和气液比与携液量的关系研究，定量地分析了气流量和气流速度对气体持液率的影响，对泡沫排水采气动态进行了探索性的研究，从而指导气田经济、高效、合理地开发。     

泡沫驱替模拟实验装置的研制

随着石油开采量的增加,其开采难度越来越大,开采技术应不断提高,而近几年兴起的泡沫驱油技术已被各油田所广泛应用,但其泡沫驱油的实验室设备在我国还刚刚起步,我们在通过调研国内的部分泡驱替设备后,研制了一套较为完善的泡沫驱替实验装置。文章较为详细的介绍了设备的实验流程和设计特点。实现了在实验流程中智能控制气、液的输入比,引入了显微摄像系统,用来观察泡沫的均匀程度、测量泡沫尺寸,并配备了可视在线取样器可在等温等压状态下进行取样。因此,可在取样器内计量泡沫的半衰期,泡沫质量,泡沫密度。     

泡沫排水采气井强化排采装置优化设计

针对天然气井泡沫排水采气工艺效率低的问题,基于COMSOL软件,建立了井筒内气体-泡沫流耦合模型,对泡沫排水采气井液相滞留器和二次发泡装置进行了优化设计。研究表明：在波浪形滞留器结构中,液相稳定后,不会在气相携带的影响向下运移,体系内产生相对稳定的动态体系,流动阻力相对较低,具有很强的存水能力;气体经过强化发泡结构进入液相时会产生气泡,脉冲梯形发泡器的发泡效果最好。通过泡沫排水采气井强化起泡室内实验,对比分析加入强化排采装置前后井筒内液面高度随时间的变化,验证了强化排采装置的实用性。该强化排采装置可实现高效的泡沫排水采气,对天然气的高效开发具有重要意义。     

泡沫吞吐排砂解堵实验装置设计及排砂效果

近几年来,针对近井地层的堵塞问题,提出了一种泡沫吞吐排砂解堵物理技术。该技术应用于现场后,可以通过解除近井地层伤害来提高油井的产能,增产效果明显。但因对该技术的研究手段较少,因此设计了一套可用于研究泡沫吞吐排砂解堵技术的实验装置,该实验装置可模拟油藏的压缩性及井筒的储集作用,并可使泡沫混合均匀。     

氮气泡沫调驱技术研究与实践

针对大庆油田老区注入水无效循环问题,开展了氮气泡沫调驱技术研究.首先进行氮气泡沫层内封堵机理研究,针对不同渗透率储层,筛选了3套配方体系,讨论了影响氮气泡沫质量的因素;并利用HQY-3型多功能物理模拟装置测定了氮气泡沫调剖的各参数.非均质岩心实验表明,氮气泡沫驱能提高油田采收率,在改善大庆油田聚驱后油藏的开发效果方面效果明显.     

泡沫封堵及选择性分流实验研究

采用岩心分流驱替实验装置,研究了泡沫对单一含油岩心、含水岩心的封堵能力以及对不同渗透率级差含油、含水并联岩心的分流能力。结果表明,在单一泡沫驱替岩心实验条件下,泡沫具有封堵叠加的作用;而在并联岩心驱替实验条件下,泡沫不仅对含油、含水岩心具有选择性,而且对高、低渗透率岩心也具有选择性。泡沫具有较好的选择性暂堵分流效果,适用于非均质地层。     

高性能欠平衡泡沫钻井液体系的研究

针对欠平衡泡沫钻井时可能遇到的高温、高浓度地层盐水和油类物质污染问题,研究出了高性能泡沫钻井液体系,并评价了该体系的泡沫性能以及抗高温、耐盐和油类物质污染性能。该体系是以抗高温、耐盐和起泡能力强的烷基甘油基醚磺酸盐类表面活性剂AGS-8、AGS-10和茶皂素按质量比为4∶6∶5复配得到的AGSS起泡剂体系为基础,进一步加入2%的黏土和0.3?367-Ⅱ而得。实验结果表明,高性能泡沫钻井液体系具有起泡能力强、泡沫稳定的性能,并表现出良好的抗高温、耐盐和抗柴油污染能力强的特点,可有效阻止欠平衡泡沫钻井时因事故停泵而引起钻屑沉降卡钻等事故。     

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     

Using foam in horizontal well drilling: A cuttings transport modeling approach

Foam is a frequently used compressible fluid in drilling applications. Cuttings transport with foam has been a focus of interest for years. Few studies have been conducted on vertical well configuration and successfully applied. However, less is known about the performance of foam in highly inclined and horizontal wells. In this study, a layered model is developed for describing cuttings transport in horizontal wells. Due to the presence of a cuttings bed, generalized rheological model parameters for foam are modified analytically as a function of fluid properties and complex conduit geometry. Using these parameters, friction between the fluid and the wellbore, between the layers and slip between the cuttings and the fluid are determined. Model performance is examined using experimental data established at The University of Tulsa's low pressure-ambient temperature flow loop. Results showed that, developed model can predict developed cuttings bed thickness and pressure loss in the wellbore with an error of less than 20%. It has been observed that very high foam flow velocities are required in order to prevent a thick bed development in the wellbore. Also, low-viscosity fluids show better performance on preventing bed development inside the wellbore than high-viscosity fluids at the same flow rates.     

油基泡沫钻井流体技术研究

针对水基泡沫钻井流体在水敏性地层易造成泥页岩水化膨胀,气体钻井遇到地层出水时即转换成水基泡沫钻井流体,在此过程中易造成井壁坍塌等问题,开展了油基泡沫钻井流体技术研究。研制出以油基发泡剂DRI-YF-1和油基稳泡剂DRI-YW-1为主要组分的油基泡沫钻井流体,进行了发泡体积、半衰期、流变性、抗高温和抗污染等性能评价实验。实验结果表明,油基泡沫钻井流体密度范围为0.17～0.38 g/cm³,其发泡体积和半衰期比国外同类产品高,流变性好,抗高温、抗污染能力较强。并观察了油基泡沫和油包水泡沫微观结构,提出了水进入油基泡沫前后的油基泡沫微观结构的假设模型。     

抗高温发泡体系的研制及性能评价

目前随着油气钻探井深的增加,泡沫钻井液的抗温性成为泡沫钻井的限制条件之一。不同类型表面活性剂之间存在协同增效作用,因此可通过表面活性剂之间的复配实现泡沫性能的稳定提升。笔者选用了6种表面活性剂,确定最佳发泡浓度是0.6%,以泡沫综合值为泡沫性能指标,对泡沫性能较好的4种表面活性剂进行了耐盐性能、抗温性能评价。实验表明,十二烷基二甲基氧化铵（OA）随盐度的增加,泡沫综合值曲线变化平稳,耐盐性较好;α-烯烃磺酸钠（AOS）在100℃以上时泡沫综合值较高,耐温能力较好。再对AOS和OA以不同浓度比例复配,得到2者最佳配比是4：1,复配体系最佳发泡浓度为0.4%。通过BZY-1表面张力仪对复配体系评价,表明复配发泡剂表面张力值随温度升高而降低,复配发泡剂体系更加稳定;抗温性评价表明复配体系在150℃以下时协同作用明显,耐温性效果较好,在100℃时泡沫综合值可以达到21.96×104 mL ·s。     

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.     

可循环微泡钻井液研究及其在乍得潜山地层的应用

乍得潜山地层微裂缝发育丰富,地层压力系数在1以下,采用常规钻井液体系往往导致地层发生恶性漏失,针对该技术难题,提出采用可循环微泡钻井液钻潜山储层。合成出一种可用于可循环微泡钻井液的发泡能力强同时具有稳泡能力的发泡剂GWFOM-LS,在120、150℃时0.5% GWFOM-LS的发泡体积分别为720 mL和400 mL以上,其抗温能力达到130℃,抗盐能力达10%,抗钙能力达0.5%。基于该发泡剂优选出密度范围在0.70～0.96 g/cm3的可循环微泡钻井液体系。该体系在乍得Baobab C1-13井裂缝发育的潜山油层进行了应用。现场应用表明,该发泡剂配制的可循环微泡钻井液性能稳定,而且具有较好的携岩性能和储层保护性能,利于井下工具信号传导,解决了钻井过程中潜山地层恶性漏失问题,为今后潜山储层开发奠定了技术基础。      

超高温地热井钻井泡沫抗高温性能研究

OLKARI地区地热井地层温度高达350℃,主要采用泡沫钻井,然而其低压和超高温的特点可能造成泡沫流体相态变化,目前没有针对相变条件下泡沫流体抗高温性能的研究。基于超高温地热井泡沫钻井的特殊性,进行了泡沫重复发泡实验、高温失效时间测定实验,实验表明,发泡剂在单个钻井循环周期内具有良好重复发泡性能。若泡沫在循环过程中存在相态变化,也能保持良好重复发泡性能,为超高温地热井泡沫钻井流体的相态分析提供了实验依据。     

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.