可循环空气泡沫钻井技术在元坝10井的应用

针对川东北地区上部陆相地层砂岩、泥岩、页岩互层频繁,硬度大,研磨性强,常规钻井液钻井机械钻速低,而气体钻井由于地层出水无法顺利进行的技术难点,研发了适合该地区上部地层钻进的空气泡沫流体配方,研制了HX-350型环隙式机械消泡器,形成了可循环空气泡沫钻井技术。元坝10井Φ660.4 mm导眼段应用了可循环空气泡沫钻井技术,该井段的平均机械钻速为4.88 m/h,与邻井常规钻井液钻井井段相比,平均机械钻速提高了3倍;消泡器消泡效果显著,累计回收泡沫基液2230 m3,节约清水2230 m3,污水处理量减少2230 m3,并大大减少了发泡剂的消耗。应用结果表明,可循环空气泡沫钻井技术能有效解决大尺寸井眼的携岩问题,实现泡沫基液的循环利用,大幅度降低泡沫钻井成本,具有广阔的推广应用前景。      

泡沫钻井流体消泡技术研究进展

泡沫钻井技术具有携岩能力强、耗气量少、能够防止地层漏失、有效处理地层出水等优点.从钻井实践看,泡沫流体稳定性强,返至地表后难以消泡,泡沫基液只能一次性使用,泡沫材料消耗多、成本高,制约了泡沫钻井技术的发展.对国内外现有消泡技术进行了调研分析,对自然消泡法、物理消泡法和化学消泡法的消泡机理及特点进行了详细介绍和分析.     

泡沫流体循环利用研究进展

泡沫欠平衡钻井中的泡沫流体能否循环使用,直接影响着泡沫钻井的成本、环境保护及推广,是国内外共同关注的技术难题.文章综述了目前四种常用的消泡方法的特点、泡沫循环流体的分类及区别、以及国内外在泡沫流体循环钻井方面的实例.在泡沫流体循环利用技术方面一是研制价格便宜、抗温抗盐性能好、携岩携水能力强、井壁稳定性好的多功能泡沫体系;二是开展机械与化学及其它联合消泡机理与工艺配套技术的研究,实现泡沫流体的多次循环利用.     

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.     

气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置

针对现有冲蚀磨损试验方法和试验装置不能模拟实际气体钻井过程气体携岩冲蚀钻具的问题,开发了气体钻井钻具冲蚀磨损试验装置。该装置由风机、送风管、加料管、混合室、加速管、试验管、连接管、旋风分离器、尾管、水箱、气体流量计等组成。它能模拟气体钻井过程中,不同气体排量、机械钻速等钻井工艺参数及不同属性岩屑对钻具冲蚀磨损的情况,具有结构简单、管道封闭、不污染环境、运行噪声小等特点;也可以开展管道气固两相流的相关试验研究。     

深井抗高温泡沫钻井液技术研究与现场试验

常规泡沫钻井液在深部地层高温条件下存在稳定性差、抗压能力弱以及携岩能力差等问题,同时在钻遇油层时容易消泡,为解决该问题,研究了深井抗高温泡沫钻井液。通过研制关键处理剂FPTO-1（发泡剂）、WPTO-1（稳泡剂）和YZTO-1（页岩抑制剂）,并对其加量进行优选,形成了6组深井抗高温泡沫钻井液配方;通过室内性能试验,从抗高温、抗原油污染、抑制性和抗高压性能方面综合评价,优选了钻井液配方。室内试验表明,深井抗高温泡沫钻井液可抗温150℃、抗油30%、抗压28 MPa。该钻井液在哈深2井三开3 837.00~5 173.50 m井段进行了现场试验,结果显示,在温度达到137℃时该钻井液性能依然稳定,并具有良好的携岩能力。研究结果表明,深井抗高温泡沫钻井液突破了常规泡沫钻井液应用井深的极限,且综合性能优良,具有现场应用价值。      

连续管调制局部欠平衡钻井试验系统研究

连续管调制局部欠平衡钻井可以有效控制井底近钻头环空压力,在实现近钻头局部欠平衡钻井的同时保障了封隔器以上井眼稳定。为了研究该钻井技术的井底欠平衡情况及循环压耗变化规律,设计并研制了连续管调制局部欠平衡钻井试验系统,初步进行了压力分布及微环空岩屑运移测试。分析结果表明:主要由试验架、回流装置和旋转密封排岩装置等组成的连续管调制局部欠平衡钻井试验装置,能够模拟连续管调制局部欠平衡钻井过程;该试验系统可进行井底近钻头压差变化规律、近钻头钻井液携岩规律以及微环空钻井液携岩规律研究。所得结论可为连续管调制局部欠平衡钻井技术的现场应用提供参考。     

稠油油藏水平井泡沫酸解堵技术

为解除稠油油藏水平井钻井和生产过程中产生的近井污染、提高酸化解堵效果,开展了水平井泡沫酸解堵技术研究。以胜利油田郑411西区稠油油藏为研究对象,采用泡沫性能评价试验和近井污染物溶蚀试验筛选了泡沫酸体系配方,采用填砂管携砂试验和泡沫酸黏度试验研究了泡沫酸的携砂、悬砂性能。筛选出的泡沫酸体系发泡体积和半衰期分别为380 mL和450 s,具有很强的溶蚀能力和携砂能力;泡沫最大黏度2 629 mPa·s,砂粒在泡沫酸中的沉降速度可以忽略。该技术在郑411西区应用12井次,生产周期平均延长71 d,周期产油量增加1 080 t。研究结果表明,泡沫酸解堵技术可以有效解除稠油油藏水平井近井地带的污染,大幅提高原油产量。      

泡沫钻井用热辐射物理消泡装置研制

泡沫钻井液能降低压持效应、提高机械钻速,适用于低压、易漏失地层的钻井、完井、修井等工艺,但出井钻井液存在消泡问题。利用温度和负压联合作用消泡机理,研制了热辐射物理消泡装置,能够提高消泡效率,降低能耗,实现基液循环利用。重点介绍了该装置的结构、自动控制技术,以及热辐射管的选择和安装。     

泡沫钻井携岩极限井深模拟与实例研究

泡沫钻井环空流道中的两相流体随压力和温度的变化,其泡沫质量和流速随井深连续减小,当井深超过一定范围时,循环流体的液体体积系数增大,流型发生突变,由泡沫流转换为气泡分散流,气泡间无干扰,不存在高强度液膜,其悬浮能力、切力和流速值很低,无法实现高机械钻速下的有效携岩。该井深值被定义为泡沫钻井的"极限井深"。结合新疆油田泡沫钻井沉砂卡钻的实例,从泡沫的悬浮和携带岩屑的机理研究入手,对现场数据进行模拟和分析,充分论证了泡沫存在携岩的"极限井深"的科学性,认为泡沫钻井超过井深4000m后需进行其携岩能力评价,并采取相应的有效措施以提高泡沫携岩能力。     

空气泡沫钻井流体体系及性能评价

从保护井壁、提高井壁稳定性等技术要求出发,筛选了高效发泡剂、稳泡剂、泥页岩抑制剂,并确定各组分最佳含量,研制了空气泡沫钻井流体体系,该体系由0．3％TWS＋0．15％XC＋0．03％YIM＋0．5％GXG组成。考察了空气泡沫流体抑制页岩水化膨胀、水化分散能力、岩芯浸泡效果及抗温性能。结果表明,该空气泡沫流体体系页岩24h水化膨胀量2．64mm,页岩滚动回收率91．4％,岩芯在配方体系中浸泡24h完好无损,温度90℃时泡沫体系的半衰期仍保持30min以上,表明该泡沫配方体系具有较强的抑制性和良好的抗温性,能够较好地解决空气泡沫钻井中井壁失稳问题。     

空气泡沫驱数学模型与数值模拟方法

为了描述空气泡沫驱过程中空气与泡沫的运移规律和复杂的驱油机理,通过相与组分关系的相关假设,借鉴火烧油层数学模型方法,结合空气低温氧化动力学方程、泡沫驱经验数学模型与物化参数的处理,建立了空气泡沫驱数学模型,分析了该模型的封闭性,并提出了相应数值模型的求解方法。建立了概念模型,通过空气泡沫驱室内实验拟合修正了氧化动力学模型,并模拟评价了空气泡沫低温氧化驱油机理影响因素的敏感性。结果表明,室内实验各阶段驱替效果与见水时间的拟合都比较好;空气泡沫驱效果更好、成本更低,适合于非均质油藏（变异系数0.7~0.8）或注水开发后期正韵律油藏;采用高温高压、高注低采、水驱至含水率96%左右时转泡沫驱以及反七点井网等方式,都有利于增强空气泡沫的驱油效果;当气液比为1∶1 ~ 2∶1、空气注入速度0.1~0.2 PV/a,以及采用空气泡沫/空气交注注入方式时,驱油效果最佳。     

蓄能液气泡钻井液的制备

针对普通泡沫流体抗压能力弱的缺点,研究了蓄能液气泡的制备原理,并设计研制出了蓄能液气泡钻井液发生装置,其可提供在0.1~20 MPa不同压力下产生的蓄能液气泡钻井液。蓄能液气泡内部是黏膜包裹的独立内气核,外部是由表面活性包裹水分子构成的双层膜结构,平均粒径约为0.29 mm,累计体积分布最多的气泡直径在0.25~0.33mm之间。研究表明:与常规泡沫相比,蓄能液气泡表现出很强的抗压能力,例如成泡气核压力为0.5 MPa的蓄能液气泡,其直径随压力的增加而下降,当压力增加到5 MPa时气泡直径分布在0.29 mm左右,压力大于7 MPa后气泡体积不再发生较大变化,趋于稳定,而且仍然能够有效降低钻井液密度。蓄能液气泡钻井液是对泡沫流体认识的一次飞跃。     

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。     

废水基钻井液中固相颗粒电吸附选择性实验

废水基钻井液是油气勘探开发主要废物之一,提高再生回用率是钻井弃物处理技术的迫切需要。为了给废钻井液电吸附再生回用工艺技术开发和实验装置升级改造提供可靠依据,利用自制的废水基钻井液动态电吸附实验装置,开展了动态模拟电吸附对废钻井液中固相颗粒选择性去除实验研究,考察了对废钻井液中钻屑颗粒的电吸附效果,并评估了装置的运行稳定性和适用性。研究表明,电化学吸附对膨润土钻井液中的钻屑颗粒具有选择性吸附作用,尤其是对低于30 μm颗粒吸附效果显著,且对膨润土钻井液的流变性、膨润土当量等指标影响不大,有效剔除钻井液中的劣质固相的同时保持了膨润土钻井液的稳定性,提高了钻井液回用性能指标,表明电化学吸附工艺是提高水基钻井废物循环利用和资源化利用率的有效途径。     

气体钻井钻具失效研究的试验设计

针对现有气体钻井钻具冲蚀试验装置只能单一模拟气体钻井过程中岩屑对钻具冲蚀磨损的情况,研制了用于模拟气体钻井钻具失效研究的多功能试验装置,给出了气体钻井钻具失效研究的试验方法。多功能试验装置能够在模拟钻具冲蚀磨损的同时,模拟钻具受横向、纵向和扭矩振动等复杂的受力工况下的疲劳断裂试验。装置采用无线遥测动态应变测试分析系统进行试验测试,还可实现远程自动控制,整套装置结构简单紧凑,并且管道封闭,运行噪声小,功能多样,为气体钻井过程中所遇到的钻具失效的相关问题提供了更为全面的研究平台。     

泡沫钻井液在井筒中的流动与传热

针对泡沫钻井液特殊物理性质,建立了泡沫在井筒中流动与传热的数学模型,并给出了模型求解方法。为了分析传热对泡沫钻井水力参数的影响,采用建立的数学模型和给出的求解方法进行的数值计算结果表明：钻杆内泡沫温度始终低于环空内泡沫温度和地层温度,而环空下部泡沫温度低于地层温度,在环空上部泡沫温度高于地层温度。随着井深、注液流量和注气流量的增加,环空下部泡沫温度与地层偏差增大。传热使井口泡沫质量增大、井底泡沫质量减小、井底压力增大、最小携岩流速减小、最小注气流量增大,降低了泡沫的稳定性和携岩能力。另外,对泡沫的密度、Fanning摩擦系数也有一定的影响;井筒传热对泡沫钻井水力参数有一定的影响,但不是很明显,可通过增加注气流量和井口回压来抵消传热对泡沫钻井水力参数的影响。     

桩1291HF大位移井钻井液技术

针对桩129-1HF井摩阻扭矩大、携岩困难、井壁失稳突出等问题,在分析大位移井钻井中钻井液技术难点的基础上,通过评价悬浮剂CDXW的悬浮能力和携岩能力、高效润滑剂 BH-1 在常温和高温高压条件下的润滑效果,以及优化粒度级配、优选页岩抑制剂,形成了铝胺基聚磺钻井液,并对其性能进行了评价.结果表明,铝胺基聚磺钻井液的API滤失量小于3mL,高温高压滤失量小于10 mL,动塑比在0.5以上,黏附系数小于0.05,说明该钻井液抗温性能好,携岩能力强,润滑性能可以满足大位移井的润滑要求.桩129-1HF井使用铝胺基聚磺钻井液钻进的井段,起下钻正常,没有发生井下故障,三开油层段平均井径扩大率仅为3.85%,钻井周期比设计周期缩短了22.09 d.这表明铝胺基聚磺钻井液具有良好的携岩能力、润滑性和抑制性,能有效解决大位移井井眼清洁效果差、摩阻和扭矩大等问题.