含CaCl2的深水油基钻井液中甲烷水合物的生成规律研究

深水钻井常采用含有CaCl₂的油基钻井液,施工时气体侵入钻井液可能会导致水合物的生成,增加钻井风险。因此,明确钻井液中水合物的生成规律对水合物的防治工作具有指导意义。采用高压水合物搅拌釜,实验研究了含水率为10%、20%、40%的油基钻井液分别在273.15 K、275.15 K、278.15 K和CaCl₂质量浓度为3.5%、10%条件下的水合物生成规律,分析了水合物生成过程中钻井液的相对电流变化。实验结果表明,油基钻井液中水合物的生成可分为诱导、快速生成和缓慢生成三个阶段,在快速生成阶段,温度和盐度对水合物生成速率影响较小,随含水率增大,水合物生成速率增大;低含水率（10%、20%）时,水合物生成时钻井液的相对电流几乎不增大;高含水率（40%）且水合物体积分数小于15%时,钻井液的相对电流增大不明显,水合物体积分数为15% ~ 28%时,钻井液的相对电流随水合物体积分数的增大而增大,增幅为10% ~ 50%。     

Numerical modeling of a hydrothermal system around Waita volcano, Kyushu, Japan, based on resistivity and self-potential survey results

A self-potential survey has been conducted around Waita volcano, Kyushu, Japan. A large negative anomaly, generally interpreted as a surface recharge zone, has been observed at medium altitude. However, combined resistivity and self-potential modeling suggests that this anomaly is not necessarily related to surface recharge but to a high permeability column within the body of the volcano. This column encourages lateral flow, which results in a mixture of meteoric water and hot fluid flowing laterally towards the Takenoyu geothermal system. Such a combined modeling analysis has proved to be a useful technique for imaging subsurface fluid circulations.     

可循环微泡沫钻井液的性能评价与应用

可循环微泡沫钻井液是由水、固相颗粒(黏土)、表面活性剂(发泡剂)、增黏剂、降滤失剂等制成的一种气、液、固三相分散的胶体体系。室内评价实验结果表明,可循环微泡沫钻井液抗温高达135℃,在NaCl浓度高达10%时仍保持良好的流变性,具有较强的抑制性和良好的防漏失性能。由于其所含的表面活性剂产生泡沫,具有一定的疏水特性,在井内循环过程中,在井壁表面形成稳定的疏水屏障,阻碍自由水向地层的流动,使之不易润湿及渗入裸露的井壁,减少了滤液对泥页岩地层的水化膨胀作用;泡沫钻井液与抑制剂及井壁稳定剂适量添加混合,可有效提高钻井液的防塌效果。室内评价试验确定了可循环微泡沫钻井液使用配方:4%膨润土浆+0.3%Na2CO3+0.5%WP-1+0.3%WDJ-1+0.4%CPS-2000+0.3%FP-1。中原油田4口井和科索1井的现场应用表明,该钻井液可满足中原油田中生界低压、低渗地层和北京中元古界蓟县系雾迷山组海泡石易膨胀、溶解地层、气穴发育地层的欠平衡钻进要求。     

一种可替代甲酸盐钻井液的改型甲酸盐钻井液的应用研究

辽河油田潜山井段钻井过程中存在严重的井漏问题,个别井漏失近2000m3,造成高成本甲酸盐钻井液的极大浪费。为节省钻井投资,达到资源循环利用的目的,采用玉米生化法制乙二醇、丙二醇的副产物开展可替代甲酸盐钻井液的改型甲酸盐钻井液的研究与推广应用工作。通过基浆的配制以及流型调节剂、提黏剂、降滤失剂、润滑剂、暂堵剂的选择与加量等相关评价实验研究,最终确定改型甲酸盐钻井液基本配方为:自来水+50%改型甲酸盐+0.2%XC+0.3%PAC+0.7%SMP-Ⅱ+0.7%KH-931+2.5%石墨+3%超低渗透剂。通过室内评价,形成了电阻率0.86Ω·m、润滑系数0.048、腐蚀速率0.000387mm/a、抗土粉污染能力好、成本相对较低的改型甲酸盐钻井液体系。现场应用结果表明,本研究所获得的改型甲酸盐钻井液能够满足潜山油藏钻井施工需要,单井节约钻井成本38.4万元。     

A borehole temperature during drilling in a fractured rock formation

Drilling in brittle crystalline rocks is often accompanied by a fluid loss through the finite number of the major fractures intercepting the borehole. These fractures affect the flow regime and temperature distributions in the borehole and rock formation. In this study, the problem of borehole temperature variation during drilling of the fractured rock is analyzed analytically by applying the approximate generalized integral-balance method. The model accounts for different flow regimes in the borehole, for different drilling velocities, for different locations of the major fractures intersecting the borehole, and for the thermal history of the borehole exploitation, which may include a finite number of circulation and shut-in periods. Normally the temperature fields in the well and surrounding rocks are calculated numerically by the finite difference and finite element methods or analytically, utilizing the Laplace-transform method. The formulae obtained by the Laplace-transform method are usually complex and require tedious numerical evaluations. Moreover, in the previous research the heat interactions of circulating fluid with the rock formation were treated assuming constant bore-face temperatures. In the present study the temperature field in the formation disturbed by the heat flow from the borehole is modeled by the heat conduction equation. The thermal interaction of the circulating fluid with the formation is approximated by utilizing the Newton law of cooling at the bore-face. The discrete sinks of fluid on the bore-face model the fluid loss in the borehole through the fractures. The heat conduction problem in the rock is solved analytically by the heat balance integral method. It can be proved theoretically that the approximate solution found by this method is accurate enough to model thermal interactions between the borehole fluid and the surrounding rocks. Due to its simplicity and accuracy, the derived solution is convenient for the geophysical practitioners and can be readily used, for instance, for predicting the equilibrium formation temperatures.     

国内泡沫钻井流体应用与研究进展

综述泡沫钻井流体在国内的现场应用及室内研究,总结泡沫钻井流体的优点和不足.泡沫钻井流体具有密度低、滤失量小、携岩能力强和机械钻速高等特点,对于衰竭、水敏性地层有着广泛的应用前景,已成为油气田开发过程中钻井流体的一个重要发展方向.指出泡沫钻井流体在井壁稳定方面具有独特优势,为稳定井壁提供了新的技术手段；同时,也存在泡沫体系稳定性差、现场消泡困难以及井壁稳定评价方法欠缺等问题.以工程应用和室内研究为两条主线,介绍泡沫钻井流体在我国的应用进程和研究进展.最后指出,加强对泡沫钻井流体的认知和研究,进一步开发和优选发泡剂、稳泡剂,提高体系稳定性；增加消泡技术研究,促进泡沫钻井流体的可循环利用；研究抑制剂、井壁稳定剂,建立专用的室内井壁稳定评价方法和统一的标准,促进泡沫钻井流体在国内的进一步推广应用.     

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。     

Drilling and evaluation of Ascension #1, a geothermal exploration well on Ascension Island, South Atlantic Ocean

A deep (3126 m) geothermal exploration well (Ascension #1) was drilled on Ascension Island in the South Atlantic Ocean as the culmination of an exploration program that began in 1982. Ascension #1 encountered several geothermal fluid entries below a depth of 2400 m, and had a bottomhole temperature approaching 250°C. However, the fluid flow rate was limited. While attempting to improve production by drilling a second leg, a mechanical failure resulted in loss of the well. An analysis of the geologic controls on fluid production suggests that fracture permeability is oriented to the northeast and often associated with felsic dikes. The system may be sealed by a thick sequence of hyaloclastites that are mechanically unable to sustain open fractures. The reservoir intersected by Ascension #1 apparently lacks the permeability required for commercial fluid production.     

Squeezing flow of Casson hybrid nanofluid between parallel plates with a heat source or sink and thermophoretic particle deposition

The investigations on the flow of non-Newtonian fluids are becoming one of the major topics in the research field. These liquids have substantial applications in industrial and engineering fields such as drilling rigs, food processing, paint and adhesives, nuclear reactors and cooling systems. On the other hand, hybrid nanofluids play a major role in the heat transfer process. Keeping this in mind, the motion of Casson hybrid nanofluid squeezing flow between two parallel plates with the effect of heat source and thermophoretic particle deposition is examined here. The partial differential equations that govern fluid flow are converted into ordinary differential equations using appropriate similarity variables and those equations are numerically solved using the Runge–Kutta–Fehlberg fourth–fifth-order method by implementing the shooting scheme. The graphs depict the effects of a number of key parameters on fluid profiles in the absence and presence of the Casson parameter. These graphs show that fluid velocity enhances with the augmentation of the local porosity parameter. Thermal dispersal upsurges for enhancement of heat source/sink parameter and the concentration profile escalates for an upsurge of the thermophoretic parameter. Skin friction enhances with enhancement in the local porosity parameter.     

关于加快发展我国油基钻井液体系的几点看法

油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等优点.国外早在20世纪60年代,就十分重视油基钻井液技术的开发与应用,现已广泛作为钻深井、超深井、海上钻井、大斜度定向井、水平井和水敏性复杂地层及储层保护的重要手段.国外油基钻井液体系及配套技术比较成熟,国内在油基钻井液方面尽管开展了一些工作,但应用较少,还没有形成体系.目前,国内非常规油气资源的开发已经启动,对油基钻井液有了迫切需求.我国应在油基钻井液应用方面尽快行动起来,在借鉴国外经验和国内初步实践的基础上,首先开展油基钻井液的应用,在应用中积累经验、完善体系,并通过油基钻井液处理剂(降滤失剂、提黏切剂、封堵剂及润湿剂)的研制,逐渐形成具有国内特点,能够满足现场需要的油基钻井液体系,以及钻井液回收处理循环再利用的配套设备与方法.同时,开展油基钻井液高温下流变性、稳定性研究,以形成系统的流变性控制方法,为油基钻井液体系的应用提供理论支撑,促进国内页岩气等非常规油气资源的开发.     

提高井壁稳定性的途径及水基防塌钻井液研究与应用进展

针对泥页岩地层黏土含量高,容易水化,导致钻井过程中出现严重坍塌和膨胀缩径,以及严重造浆等问题,从4个方面(合适的钻井液密度,提高钻井液的抑制性,减少钻井液滤液进入地层,强化封堵)阐述提高井壁稳定性的途径,介绍国内在钻井用化学剂方面开展的研究工作,同时介绍近年来出现的通过添加不同新型化学抑制剂形成的强抑制水基钻井液,如聚合醇钻井液、强抑制胺基钻井液、有机硅聚合物钻井液、有机盐钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液等.提出围绕提高井壁稳定性的研究方向:提高对钻井液中低密度固相控制的认识,重点考虑固相化学控制剂的研究,通过低密度固相的控制,提高钻井液抑制性;考虑在现场钻井液检测性能中增加抑制性检测指标和方法;以低相对分子质量聚胺为代表的钻井液抑制剂是阳离子钻井液的新发展,应加强其机理研究;重视铝基化合物或络合物的研发,强化钻井液的抑制性及封堵作用.     

微泡沫钻井液的具体流变模型建立和流变特性研究

实验研究表明,由于微泡沫具有假塑性的流动特性,在静止状态时又存在随微泡质量的增加而增加的静切力的特殊流体,使用屈服值幂律模式及赫-巴流变模式能较真实地反映泡沫的流动特性。但是,由于幂律模式简单、使用方便,且拟合效果与赫-巴模式相当,故综合考虑认为,幂律模式是描述该钻井液的较佳模式。通过压力实验进一步证明微泡在压力释放后,体积可以恢复90%以上。温度和压力变化对微泡流变性的影响从本质上讲,主要是对泡沫流体黏度的影响。换句话说,是温度和压力变化改变了泡沫流体的黏度。当剪切速率在比较低的范围内,增加压力会增加泡沫流体的表观黏度;当剪切速率在比较高的范围内,这种影响明显减弱。泡沫流体的表观黏度不稳定地随温度的升高而降低,但趋势逐渐变缓。     

深水钻井密闭环空圈闭压力预测及释放技术

深水油气资源勘探开发中,由于水深的影响,海底及浅部地层温度低,而储层流体的温度相对较高,在钻井以及生产阶段,井筒内的钻井液或油流的温度明显高于浅部地层的温度,这样就导致套管柱各层套管之间环空的流体温度升高,如果各层套管之间的环空是一个密闭空间,必将导致压力的升高,压力升高到一定程度就存在挤毁套管的风险.因此,密闭环空的圈闭压力是深水开发钻井套管柱设计中需要考虑的必要因素.分析了环空圈闭压力升高的影响因素及计算方法,敏感性分析表明,油藏的初始静态温度、流体类型和生产流速、流体的特性、水泥浆封固位置对环空圈闭压力的影响较为明显.结合西非某油田实例,介绍了常用的释放环空圈闭压力的方法和现场应用效果,确定提高套管强度、套管设计中使用破裂盘、使用尾管代替套管和可压缩性泡沫材料,能有效释放密闭环空压力.     

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。     

防塌钻井液技术在普光地区的应用分析

普光地区钻井施工中易出现坍塌、掉块等井壁失稳现象,经过详细分析,其根本原因是地层的"高陡"和"破碎"。针对该区块的地层特点,提出了优选钻井液体系、确定合理的钻井液密度、强化封堵、在易塌层保证滤失量小于4mL、提高泥饼质量、保证钻井液黏度控制在45～55s以及钻井液具有合适的流变性等防塌技术措施,取得了较好的应用效果,普光2井钻井周期比设计缩短了30.33%,建井周期比设计缩短了19.76%,平均机械钻速2.31m/h,比普光1井提高了133.33%。     

FTSC中间包控流装置的物理模拟

中间包内流体的流动状态对夹杂物的去除有重要的影响。依据相似原理,建立了一定相似比的薄板坯连铸中间包物理模型。比较了不同湍流控制器与堰坝组合,对中间包流体流动特征的影响,并尝试在中间包内采用坝上吹气的控流方式。结果表明:圆台型湍流控制器有效地限制了高速注流对包内流体的冲击,有利于稳定流体的流动状态。综合比较各项评价指标,坝上吹气方案的实验结果最佳。     

正电性钻井液在塔河油田的应用

介绍了正电性钻井液体系的性能特点。对其性能的评价结果表明,正电性钻井液具有很强的抗钻屑固相污染、抗NaCl及CaCl2污染能力;体系性能稳定,加重后钻井液不分层;具有优良的页岩抑制性;渗透率高、保护油层效果好;对储层岩心的伤害率在15％～18％,明显小于聚合物钻井液。在油田的试验及现场应用表明．正电性钻井液完全满足钻井施工要求,能有效提高钻井速度。     

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。     

废弃钻井液不落地处理冬季低温生产保障方案设计

针对废弃钻井液不落地处理冬季施工过程中存在钻井液冻凝,设备停机后启动困难,压滤机液压系统油管线温度低、流动性差导致的控制动作缓慢或失灵,钻井液罐与地面冻结无法搬运,钻井设备卫生清洁困难等难题,从废弃钻井液处理方式、油田所在区域、钻井周期等实际情况出发,设计切实可行的冬防保温方案,确保冬季施工设备灵活好用、管线畅通、废弃钻井液无冻凝,保证废弃钻井液不落地处理有序进行。该方案在大庆油田、冀东油田等多口井应用,实践效果良好,解决了因废弃钻井液不落地处理冬季施工过程中钻井液冻凝、设备故障而造成的钻井延误问题。     

An optimal algorithm for drilling strategy

A mathematical model is constructed to determine the optimum drilling strategy once a geophysical anomaly has been detected and the decision to drill has been made. The model deals essentially with an orebody of massive structure in two dimensions. A numerical example is presented to illustrate the impact of parameters on optimal drilling depth.