纳米颗粒材料在水基钻井液中封堵性能研究与评价

为应对钻遇地层的复杂性,采用纳米颗粒材料提高钻井液封堵性能作为对策之一引发了广泛关注,选取纳米颗粒材料对钻井液的封堵性能进行优化,对比和分析了多种纳米颗粒材料的微观形貌、抗盐性、流变性和滤失造壁性。结果表明,纳米颗粒材料由于较大的表面自由能,在水溶液中产生团聚效应,团聚后D₅₀粒径在1～10μm之间,其分散粒径并不受盐浓度的影响,可以与钻井液中添加的盐离子共存。通过对比不同的纳米颗粒对基浆的黏切性和滤失造壁性的影响,得到纳米SiO₂颗粒相较其它颗粒材料具有更好的配伍性和封堵性能,当其在5%基浆中加入1.5%纳米SiO₂颗粒时,基浆的滤失量由34.5 mL降低为23 mL,滤饼厚度由7.2 mm降低为2 mm。在钾基聚磺钻井液中添加纳米SiO₂颗粒,可以使得钻井液的PPT滤失量从12 mL降低至8 mL,具有良好的低渗层封堵效果,可以应对致密地层的渗漏问题,具有广阔应用前景。     

以煤矸石为原料熔盐法低温合成纳米莫来石晶须

以煤矸石和十二水硫酸铝钾(KAl(SO_4)_2·12H_2O)为原料,采用熔盐法低温合成纳米莫来石晶须;利用XRD、FESEM、LPSA等方法研究莫来石的相组成、微观形貌。结果表明:控制煤矸石与KAl(SO_4)_2·12H_2O的质量比为1∶0.8~1∶1.3时,采用熔盐法,合成温度为750~1 000℃,可得晶须直径约为20~40 nm的针尖状莫来石粉体。测试表明,采用熔盐法,通过控制合成温度可获得不同微观形貌的纳米莫来石晶须。     

储罐油泥油溶性化学清洗剂优选及清洗机理研究

原油在大型储罐内长时间存储会产生罐底油泥,严重影响储罐的安全运行。为提升原油储罐油泥清洗效率,以莘县输油站储罐油泥为例,基于油泥性质检测结果,优选了清洗剂SDQ-1,分析了加剂浓度、温度、振荡速率、清洗时间对油泥清洗效果的影响。此外,通过分子动力学模拟实验探究了油泥的溶解机理。研究表明：油泥含油率在95%以上,主要成分为石蜡和沥青质;在加剂浓度0.06 g/ mL,温度45℃、振荡速率250 r/ min、清洗时间4 h的反应条件下,稀油对油泥的溶解速率较未加剂时提升了31.59%,此时溶解速率为2.36×10^-3 g/ min。分子模拟计算结果也证实了清洗剂SDQ-1中的甲基苯乙醚可促进油泥中的沥青质溶解,且甲基苯乙醚与煤油对油泥中石蜡的溶解起协同促进作用。研究结果对提升原油储罐油泥清洗效率有借鉴意义。     

压裂液用耐温型增稠剂研究进展

对国内外水基压裂液增稠剂和超临界CO₂压裂液增稠剂发展现状进行了综述,对无聚合物增稠剂、物理交联聚合物增稠剂、化学交联聚合物增稠剂体系的制备、性能及应用做了详细介绍,讨论了小分子聚合物、表面活性剂、含氟聚合物、含硅聚合物以及新型低聚酯类化合物等CO₂压裂液增稠剂的应用现状。比较分析了水基压裂液体系与超临界CO₂压裂液体系在压裂改造过程中表现出的优缺点,展望了未来压裂液增稠剂的发展趋势,为研发耐温性等综合性能更优异的增稠剂提供了理论基础和实践指导。     

石蜡微乳液的研制及其在水基钻井液中的应用

对塔西南超深井钻井过程中出现的微纳米裂缝与孔隙渗漏的问题进行分析,发现现有钾基聚磺钻井液中的封堵剂不能有效封堵微纳米裂缝与孔隙。为提高封堵粒径级配,在室内制备一种石蜡微乳液,通过粒径比较法得出了最佳制备方案。方案表明制备的最佳比例为“S+A”∶石蜡=9∶1,最佳搅拌速度为1400 r/min,最佳温度为120 ℃。制备得到的石蜡微乳液D₅₀粒径在2.9 μm左右,单分散颗粒尺寸在200～300 nm左右,表面张力在45.0～47.5 mN/m范围内,稳定时间长达30 d。采用石蜡微乳液对塔西南区块钾聚磺水基钻井液体系进行优化,从优化结果可以看出,石蜡微乳液的配伍性好;优化后钻井液体系表观黏度降低3.5 mPa·s;钻井液的滤失量减小3.5 mL;泥饼厚度减小1 mm,增强了钻井液的滤失造壁性能。采用压力传导法对石蜡微乳液的封堵性能进行评价,结果表明石蜡微乳液可以提高封堵承压能力,石蜡微乳液优化钻井液对克孜洛依组致密砂岩的封堵率为58.4%,具有较好的微纳米裂缝孔隙封堵能力。      

超深井钻井液污染套管机理

针对超深井钻井过程中钻井液对套管的污染问题,分析了超深井环境下钻井液在套管壁的残留率,明确温度是影响钻井液残留的主要因素。在超深井高温下,油基钻井液发生破乳效应,由疏水转变为弱亲水性;水基钻井液发生脱水效应,由亲水转为弱疏水性。采用XRD、元素分析、四组分、傅里叶红外光谱等测试方法,对钻井液残留物的成分进行分析,得到水基钻井液残留物的主要成分为纤维素、磺化酚醛树脂携带包裹黏土颗粒与重晶石混合物;油基钻井液残留物主要成分为沥青和油酸酰胺包裹重晶石混合物。结合测试分析结果,通过分子动力学模拟计算钻井液中大分子在套管壁上的吸附效应,得到沥青主要成分卟啉和油酸酰胺与套管壁的结合能分别为-54.18 kcal/mol和-19.72 kcal/mol,纤维素和磺化树脂与套管壁的结合能分别为-19.09 kcal/mol和-93.19 kcal/mol,证实了水基钻井液中有机组分在高温状态下较油基钻井液更具有黏附性。通过对钻井液污染机理的分析,为日后套管清洗提供理论性指导。     

内核纳米乳液用于塔西南地区钻井液的优化

塔西南地区油气资源丰富,具有良好的勘探开发潜力,但由于地质条件复杂,钻探过程中普遍发生井漏、卡钻、划眼、坍塌、遇阻、溢流等复杂情况,其中井漏发生高达30余次,卡钻发生10余次,钻井周期最长达719 d,严重制约了该区油气资源的勘探开发进程。为了改善塔西南地区复杂频发的情况,分析了该区井壁失稳的主要原因,在此基础上通过对比筛选,最终采用自主研制的钻井液用内核纳米乳液,其是以纳米SiO₂为内核的纳米乳液,粒径D₅₀分布在100 nm左右。其油相可以抑制黏土矿物的膨胀,并且在孔隙以及裂缝中形成“软+硬”封堵体系。室内实验表明,当添加5%的纳米内核乳液进行优化时,钻井液高温高压滤失量为3.8 mL;压力传导法显示优化后较优化前平衡时间缩短了125 min,压力减小0.337 MPa;回收率实验得到优化后钻井液回收率达到85%。证实内核纳米乳液是可以作为水基钻井液的添加剂,实现对钻井液的优化。