纳米封堵剂Fe_3O_4性能评价与机理探究

在现如今的页岩气水平井钻进过程中,井壁失稳问题是首要解决的问题,而钻井液良好的封堵性能是保证井壁稳定的关键因素,封堵剂则是钻井液良好封堵能力的基础。封堵剂依靠封堵井壁微裂缝来达到稳定页岩地层井壁失稳现象的发生。页岩地层微裂缝和孔隙发育,绝大多数属微纳米级,一般的封堵剂由于其粒径大且形状与裂缝不匹配难以进入裂缝达到封堵效果。由于纳米Fe_3O_4磁性颗粒具备粒径小、分散性高、强顺磁性、低生物毒性和强的化学稳定性等优点而成为封堵剂研究的重点。本文通过模拟泥页岩低渗环境和三轴应力实验来对纳米封堵剂Fe_3O_4进行封堵性能评价与机理探究,通过与纳米封堵剂LAT对比,质量分数为5%的纳米封堵剂Fe_3O_4在3.5MPa,30min条件下的可使清水渗透率下降率达80%以上,且经过纳米封堵剂Fe_3O_4浸泡后页岩岩芯的抗压强度达到了175.6 MPa,接近原始岩芯的抗压强度(182.1 MPa),说明该纳米封堵剂可对页岩地层微裂缝和孔隙进行有效封堵,表现出优良的封堵特性。     

水基钻井液用胺类页岩抑制剂特性及作用机理

针对油气井钻井过程中泥页岩地层井壁失稳的难题,基于钻进液技术要求,结合分子结构优化设计,以三乙醇胺、顺丁烯二酸酐和冰乙酸为原料,研制了环保聚胺强抑制剂HGI体系。采用传统评价方法(粒度分布实验、流变性实验)与新型评价方法(X射线衍射分析、热重分析)相结合的方式评价了HGI的抑制性能,并对抑制作用机理进行了探讨。研究结果表明:HGI体系的抑制性优于其同类聚胺抑制剂UHIB-Ⅰ、UHIB-Ⅱ的,能有效抑制泥页岩水化和分散,表现出更加突出的抑制性能。HGI以插层方式进入黏土晶层空间,通过与黏土表面的静电作用、氢键作用吸附在黏土晶层表面。HGI分子中的羟基以其独特的"遥爪"状结构与黏土晶层表面的金属离子形成螯合键,紧密地包裹在黏土晶层表面,也起到一定的吸附作用。利用X射线衍射分析测试黏土晶层间距的方法弥补了传统方式常温常压线性膨胀法对小分子胺类抑制剂性能评价的不足。     

聚苯胺修饰纳米ZnO薄膜及其光致阴极保护性能

从金属材料腐蚀特性及腐蚀保护要求出发,首先利用阳极氧化法制得ZnO薄膜,再通过恒电位法将ZnO薄膜用聚苯胺修饰得到ZnO/PANI复合薄膜。采用扫描电镜分析（SEM）、X射线衍射分析（XRD）、光电流、开路电位（OCP）及电化学阻抗等方法对制得的ZnO薄膜和ZnO/PANI复合薄膜进行物性分析和光电性能评价。研究表明：成功制得ZnO/PANI复合薄膜,且表现出优良的腐蚀保护性能。OCP实验表明,ZnO/PANI复合薄膜腐蚀保护性能与纳米ZnO薄膜相比提升了2～3倍。其中,光照后ZnO薄膜的光电流增加7μA,OCP下降5mV,复合薄膜的光电流增加22μA,OCP下降13mV。最后,失重实验对两种薄膜的光致阴极保护性能的分析数据显示,ZnO薄膜和ZnO/PANI复合薄膜都能对316L不锈钢和Q235碳钢起到光致阴极保护效果,但复合薄膜对316L不锈钢的保护效果尤为明显,其受腐蚀速率与在ZnO薄膜保护状态下相比降低了1倍以上。     

水基钻井液用聚胺抑制剂研究与性能评价

解决井壁失稳的关键在于减弱页岩水化分散,而减弱水化分散与抑制剂的抑制性能是分不开的。通过红外光谱仪和凝胶色谱仪分析手段来对水基钻井液用页岩抑制剂HGI进行结构表征和分子量测定,结果表明HGI为低分子量聚合物抑制剂。借助粒度分布实验和三轴应力实验方法评价HGI抑制特性,研究表明HGI抑制性效果要优于传统无机盐抑制剂KCl和胺类抑制剂UHIB-1、UHIB-2,能有效抑制泥页岩水化和分散,表现出更加突出的抑制性能。以X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)手段来对HGI抑制机理进行研究与分析,抑制剂HGI在溶液中解离出的铵正离子通过静电作用中和黏土负电荷,降低黏土层间水化斥力,同时在氢键和静电吸引双重作用下将黏土晶层间距压缩,排挤出层间吸附水,减弱黏土水化作用。同时HGI分子中所具有的疏水基团会紧密地覆盖在黏土晶层表面,形成一道疏水屏障,阻止水分子的进入与吸附,从而进一步抑制黏土水化作用。现场试验结果表明,聚胺抑制剂可明显提高现场钻井液抑制性能,解决了页岩水平段的井壁失稳和摩阻较大的难题,为页岩气高效钻探提供新思路和方法。     

农田渠系建设费用负担问题的探讨

节约农业用水是提高用水效率、节约用水的关键，价格杠杆作用对节约农业用水的有效性有限，完善田间渠系建设、减少农业用水的损失浪费是农业用水节约的关键。就田间渠系建设资金应该由谁承担的问题，分别从农户、供水企业、政府三个角度提出了笔者的一点看法。     

聚合醇对威远地区页岩地层坍塌压力影响研究

井壁稳定是页岩水平井高效钻进的重要基础,解决井壁稳定的核心在于降低钻井液密度,从而降低地层坍塌压力。通过运用三轴岩石强度测试仪RTR-1000来研究聚合醇封堵剂及改进钻井液体系对威远地区页岩力学和抗压强度特性的影响。将经不同质量分数聚合醇及钻井液体系浸泡24h的页岩岩心表现出的应力-应变规律及浸泡前后页岩岩石坍塌压力变化规律与常规钻井液体系评价体系相结合,对聚合醇质量分数及体系进行优选和优化。得到使得威远地区井壁稳定的钻井液体系。实验结果表明:经不同的质量分数聚合醇浸泡后岩心的抗压强度有着不同程度的降低,聚合醇的最佳加量为质量分数8%,经该质量分数浸泡后的岩心抗压强度与原始岩心抗压强度接近,将钻井液体系中添加该聚合醇产品,利用其浊点效应对岩心微裂缝与微节理进行封堵,同时也能起到抑制页岩水化的目的,改进后的钻井液能明显提高岩心的抗压强度,钻井液密度降低值为0.12~0.35g/cm3,为发展低密度钻井液技术提供新的方法与思路。同时在现用钻井液中加入质量分数8%聚合醇和质量分数7%KCl后,页岩岩心强度获得极大提升,表现出与原始岩心相近的变形和破坏规律特征。故可在维持井壁稳定性的基础上降低钻井液密度,为钻速的提高提供了可能。