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2022年  第39卷  第5期

钻井液
深水浅层钻井液水合物抑制性能优化
任冠龙, 孟文波, 何玉发, 黄亮, 王金堂
2022, 39(5): 529-537. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.001
摘要:
深水浅层地质条件复杂,土质疏松、作业压力窗口窄、海底泥线温度低、井筒内易生成水合物,钻井液面临着井壁稳定、低温流变性调控难度大以及环境污染等问题,钻井安全作业风险高。为此,以南海某深水井浅层钻井为研究对象,总结分析了深水浅层钻井液应用现状,建立了深水浅层钻进ECD计算模型和井筒温度场计算模型,分析了深水浅层钻井期间的井筒温度场分布规律和水合物生成风险,结合数值模拟和室内实验,进行了浅层钻井液体系水合物抑制性能优化。研究结果表明,建立的深水浅层钻进ECD计算模型和井筒温度场计算模型,与实测数据对比模型计算平均误差小于8%;计算得出深水浅层钻进期间井筒水合物生成区域范围随着钻井深度的增加逐渐减小,但钻进准备期间及钻进初期,井筒内仍存在水合物生成风险;常规半防钻井液体系优化为HEM+14%NaCl+6%KCl,可满足正常钻进期间作业需求。结论认为:通过深水浅层钻井液体系优化,可以减少钻井液体系中水合物抑制剂的加入,简化钻井液配方,降低钻井成本,提高作业效率,为深水油气钻探钻井液设计提供指导。
耐高温高盐钻井液润滑剂的研制与性能评价
王宗轮, 孙金声, 刘敬平, 吕开河, 邵子桦, 张宪法
2022, 39(5): 538-544. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.002
摘要(717) HTML (258) PDF (2741KB)(121)
摘要:
针对深井超深井钻井过程中高扭矩和高摩阻等难题,利用硼酸、多元醇和长链脂肪酸等原料,合成出一种耐高温高盐钻井液润滑剂SOB,该润滑剂在高温高盐条件下具有良好的润滑性能。在5%基浆中加入1%润滑剂SOB后,润滑系数降低率为92.7%,泥饼的黏附系数降低至0.0405,极压润滑持效性强;210 ℃下润滑系数降低率保持在90.2%,210 ℃、35%NaCl条件下润滑系数降低率保持在81.3%。高温高盐条件下SOB在高密度钻井液中配伍性良好,200 ℃老化后对钻井液的流变性无影响,能够降低钻井液滤失量,润滑系数降低率为45.09%,相比常规润滑剂性能优越,这是由于润滑剂能够在钻具表面有效吸附,形成一层疏水性较强的膜,使钻具与井壁的直接接触变成了润滑膜之间的接触,从而降低摩擦。
温敏形状记忆堵漏材料实验研究
冯杰, 臧晓宇, 邱正松, 暴丹, 郑力会
2022, 39(5): 545-549. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.003
摘要:
为改善桥接堵漏材料自适应性及封堵效率,提高复杂裂缝性地层堵漏作业的成功率,基于温敏型形状记忆材料,研制了一种具有热激活特性的形状记忆堵漏剂,经过粉碎、造粒得到不同粒径的形状记忆堵漏剂颗粒。室内评价实验表明,新研制的温敏形状记忆堵漏剂具有良好的力学性能及形状记忆特性,堵漏剂颗粒高温激活后粒径增长率超过55%。裂缝封堵模拟实验表明,温度对温敏形状记忆堵漏剂的封堵效果具有显著影响,高温激活后封堵效果优于传统桥接堵漏材料。构建出一套具有较强自适应性的温敏形状记忆堵漏工作液配方,可成功封堵3~5 mm不同开度裂缝,具有高效自适应堵漏效果。
石蜡微乳液的研制及其在水基钻井液中的应用
宋瀚轩, 叶艳, 周志世, 张焊钰, 张謦文, 周福建, 郭继香
2022, 39(5): 550-557. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.004
摘要:
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。
乌石17-2油田强封堵合成基钻井液体系
马磊, 袁学强, 张万栋, 曹峰, 邓文彪, 张雪菲, 杨丽丽
2022, 39(5): 558-564. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.005
摘要:
乌石17-2油田是南海西部油气藏的重要组成部分,具有重大的勘探开发前景。然而,该区块存在严重的井壁失稳、漏失及储层损害等潜在问题,对钻井液性能提出严峻考验。同时该区块处于国家自然保护区附近,对钻井液环保性要求极高。基于此,该研究提出以气制油作为基液,制备高性能合成基钻井液的研究思路,并优选主、辅乳化剂及高效封堵剂OSD-2,最终形成了一套密度达到 1.5 g/cm3、抗温达150 ℃、高温高压滤失量不大于5 mL,破乳电压不小于400 V 的高性能合成基钻井液体系。此外,该体系具有优异的流变稳定性、润滑性、抑制能力和抗劣质红土侵污染性能,可以满足现场施工要求,并有效解决现场存在的工程问题。
一种致密油气层保护剂的研制与应用
李昕潼, 郑文武, 刘福, 孙中伟, 王松
2022, 39(5): 565-572. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.006
摘要:
在新疆本布图油田的勘探开发过程中,时常发生水层及油气层井段井径不规则,严重影响固井质量,损害了油气层。为了钻采过程中满足对本布图油田储层保护的要求,采用无肥皂乳液聚合法合成了聚合物弹性微球NWL,并对其进行了表征,另外优选了防水锁剂。将NWL、防水锁剂、微米级的刚性酸溶性颗粒(CaCO3)、石油树脂C9按照一定比例进行复配,得到了储层保护剂CBJ。并评价了CBJ与地层裂缝孔隙适配性、酸溶性与油溶性、与现有钻井液配伍性的评价和储层保护效果,并进行了现场实验。结果表明,CBJ满足地层裂缝孔隙封堵粒径大小的要求,具有良好的酸溶性与油溶性,API滤失量下降了20%左右,渗透率恢复值达80%以上,现场实验效果良好。研究结果表明,CBJ具有良好的储层保护性能,能够因地制宜地保护本布图油田储层,最大限度地提高油井产量。
微纳米井壁强化技术在长宁“大坝东”区域的应用
佘朝毅, 李博, 代锋, 肖新宇, 文乾彬
2022, 39(5): 573-578. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.007
摘要:
长宁公司“大坝东”区域受构造作用、岩性组分等因素影响,龙马溪组微裂缝发育,原生孔径主要分布在0.05~2 μm之间,地层稳定性差,钻进过程阻卡严重,单纯通过上提钻井液密度,未能有效控制井眼垮塌,且钻井现场的封堵类添加剂属于微米级,缺乏纳米级封堵添加剂,不能有效封堵纳米级孔缝,同时不利于形成渗透率更低的封堵层,阻缓井筒压力向地层传递。引入纳米级石墨烯封堵剂,补全钻井液微观固相级配,配合地质力学建模,确定合理的密度,匹配性能调控工艺,形成微纳米井壁强化技术。在宁209H69平台现场应用过程中,钻井液性能稳定,全井段无事故复杂,平均井眼扩大率不大于8%,井径规则,有效地预防了井眼垮塌。
水基钻井液强吸附多元醇酯键合润滑剂及作用机理
陶怀志, 明显森, 马光长, 杨旭坤, 蒋官澄
2022, 39(5): 579-586. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.008
摘要:
常用水基钻井液润滑剂在金属摩擦界面上的吸附力弱,难以形成致密、且耐剪切的润滑膜,导致钻井摩阻、扭矩高,引发阻卡、卡钻等井下事故。为提高润滑剂在金属钻具表面的吸附能力,以多元醇和长链脂肪酸为原料,通过脱水缩合制备了一种多元醇酯键合润滑剂,其极压摩擦、滤饼黏附及“点对点”摩擦的润滑性能均优于国内外同类产品,抗温达150 ℃;通过四球摩擦实验、扫描电镜观察、X射线光电子能谱等研究了键合润滑剂的作用机理,表明其多羟基结构可与Fe元素形成强于普通物理吸附的键合吸附,从而可在金属钻具表面形成厚度约45 nm的致密、抗剪切润滑膜;同时也可吸附在重晶石表面,利于降低钻井液内摩擦。
基于季戊四醇的超支化降滤失剂的合成及性能评价
宋永涛, 周丰, 余维初, 张颖, 舒文明
2022, 39(5): 587-595. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.009
摘要:
针对现有的降滤失剂在使用过程中存在对钻井液流变性影响大、抗温和抗盐能力不足的问题,以季戊四醇为核心结构的多烯基单体四烯丙基醚(PPTE),与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、丙烯酰胺(AM)为原料,通过自由基聚合反应合成一种基于季戊四醇的超支化降滤失剂PPAAN-1。在正交实验的基础上,进一步考虑四烯丙基醚加量对降滤失剂的表观黏度的影响,最终确认了降滤失剂PPAAN-1的最佳合成条件:PPTE加量为17%、AMPS∶AM∶NVP=2∶6∶1、反应温度为55 ℃、引发剂(AIBN)为0.2%。在室内评价其降滤失效果、流变性能、热稳定性能以及其对滤饼质量的影响。实验结果表明,与国外降滤失剂Driscal D和DrisTemp相比,降滤失剂PPAAN-1对钻井液流变性能影响小,同时拥有良好的热稳定性能以及降滤失效果,其热降解温度高达302.29 ℃,在30%氯化钠盐水浆(1%PPAAN-1)中的API滤失量(220 ℃老化后)为9.8 mL、高温高压滤失量(150 ℃)为18.5 mL;在高温高矿化度的条件下降滤失剂PPAAN-1可形成网状结构,并吸附在黏土表面,提高钻井液中黏土颗粒粒径的分布范围,从而形成致密的泥饼,以达到降滤失的目的。
油酸酰胺型润滑剂在铁表面减摩作用
张顺从, 戴尧, 徐浩, 王继乾, 卢福伟, 刘桂英
2022, 39(5): 596-600. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.010
摘要:
采用分子模拟方法研究了油酸酰胺、油酸二乙烯三胺、油酸三乙烯四胺、油酸四乙烯五胺4种表面活性剂在铁表面的吸附性能和润滑性能。吸附模拟结果表明,吸附能随氮原子含量提高而增大,其中油酸四乙烯五胺单分子在铁表面的吸附能为−1512.4679 KJ·mol−1,高于其他3种酰胺。剪切动力学模拟结果表明,4种表面活性剂的氮原子集中分布在铁表面,其中含氮较高的油酸四乙烯五胺在剪切面优先吸附,氮原子密度为固定面的1.6倍左右。四球摩擦实验结果表明,氮原子含量提高,酰胺摩擦系数降低,磨斑半径减小,其中油酸四乙烯五胺的摩擦系数为0.004 36,是油酸酰胺的1/2,磨斑半径为241.7 μm,小于其他3种酰胺。分子模拟和实验结果均表明,随着分子中氮原子含量的增加,油酸酰胺型表面活性剂在铁表面具有更好的润滑效果。
固井液
耐高温高密度防腐固井水泥浆
陈荣耀, 宋建建, 武中涛, 石礼岗, 赵军, 王学春, 刘仕康
2022, 39(5): 601-607. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.011
摘要:
深层含酸性气体油气井中,高温、高压含CO2气体环境易腐蚀水泥石,破坏水泥环密封完整性。为开发具有防腐能力的高温高密度固井水泥浆体系,对水泥浆关键材料进行研究,构建了抗高温高密度防腐水泥浆体系,分析了水泥浆性能和微观形貌。实验结果表明,锰矿粉加重剂能显著提高水泥浆密度,制备的水泥浆体系高温下抗腐蚀能力较好;研究的降失水剂JS18L、缓凝剂H16L在高温下能降低水泥浆失水量,调节稠化时间。将无机复合防腐剂NAM-H、聚合物防腐剂SZ-M2结合使用,作为防腐材料可增强水泥石防腐性能。使用研究的添加剂材料构建密度为1.90~2.20 g/cm3的抗高温高密度防腐水泥浆,水泥浆体系流变性好,稳定性高,失水量小于50 mL,稠化时间在3~5 h可调,满足固井作业要求。高密度水泥石高温下力学性能稳定,防腐能力强,水泥石腐蚀30 d的抗压强度衰退率在25%以内,腐蚀深度小于1.5 mm。该研究成果可为高温高压酸性气井以及二氧化碳地质封存井固井作业提供技术支持。
低摩阻耐压防漏低密度水泥浆固井技术
王鼎, 万向臣, 杨晨
2022, 39(5): 608-614. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.012
摘要:
长庆苏里格气田刘家沟组地层承压能力低,现有低密度水泥浆体系耐压性能差,受压后密度上升、流变性能差,施工压力高,易发生漏失,造成水泥浆返高不够、封固段固井质量差。为此设计研发了一种低摩阻耐压防漏低密度水泥浆体系,运用紧密堆积理论进行水泥浆四级颗粒级配,优选耐压性能优良的减轻材料,选用合适的外加剂形成低摩阻耐压防漏低密度水泥浆配方。水泥浆密度为1.25~1.35 g/cm3,范宁摩阻系数降低约50%;耐压性能良好,防漏效果明显,综合性能优良。开展混拌工艺研究,采用纯机械混拌工艺,混拌大样与小样性能吻合率达到99%,保证了混灰质量和效率。在苏里格气田试验应用4口井,固井施工正常,未发生漏失,固井质量合格;施工压力明显降低,固井质量显著提升,为低压易漏地层固井提供有力的技术支撑。
新型油井水泥缓凝剂的研制
刘建, 张泽宇, 魏浩光, 王牧, 周仕明
2022, 39(5): 615-621. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.013
摘要:
针对大温差长裸眼固井施工中,高温高压下缓凝剂加量敏感或者失效,水泥浆稠化时间缩短或不规律;施工结束后,长封固段顶部强度缓凝会导致气窜和密封完整性失效的现状。通过正交实验优化实验方案,合成耐高温有机缓凝剂,再采取有机-无机杂化的方式匹配适合的无机增强材料,利用无机和有机杂化的方法,设计层状结构,使有机材料能插层或者键合到无机材料表面。在油井水泥浆经历的低温-高温-低温过程中,随无机材料层间距的变化,低温时无机材料起增强主导作用,高温时有机材料起缓凝主导作用。优选了层状石墨烯类和双电子层水滑石类2种无机增强材料,根据无机材料本身的特点研制2种新型油井水泥缓凝剂,其中层状石墨烯类缓凝剂适应性强,耐温能力达150 ℃,110 ℃大温差条件下72 h强度大于7 MPa;双电子层水滑石类缓凝剂耐温能力也达150 ℃,加入该类缓凝剂的水泥浆流变性能易于调节,水化初期强度发展较快,但后期增强能力不如层状石墨烯类缓凝剂。上述缓凝剂室内制备工艺简单,原料易得,具有广阔的推广应用前景。
中低温环氧树脂修井液
凌勇, 马如然, 吕泽, 刘时, 刘文明, 于敬宇, 郭锦棠
2022, 39(5): 622-628. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.014
摘要:
石油天然气的消耗量急剧增加,同时伴随着常规油气井开发的减少,非常规油气井,如深井、海洋井、页岩气井等的开发迫在眉睫。这些复杂地质环境都有极大可能破坏水泥环的密封完整性,形成环空窜流,对生产造成阻碍和危险,产生极大的经济损失。环氧树脂体系可以作为一种修井液来代替水泥浆进行修井工作,解决水泥浆无法渗透入微小孔隙的缺陷。目前环氧树脂修井液体系配方繁多,普适性差,为同时满足不同温度地层的修井需求,便于现场施工的运输、存储和调配,提高修井经济性和推动工业化进程,设计了以液态芳香胺(LAA)为主要固化剂的体系。进行了组分优选和性能评价,对稠化性能、动力学和固化物的抗压强度和微观形貌进行了表征。结果表明,LAA体系初始稠度小于30 Bc,稠化时间在2~5 h之间可调,抗压强度在不同温度下都高于20 MPa,可以满足30~90 ℃普适性的修井需要。
压裂液与酸化液
超临界CO2压裂缝内支撑剂运移规律
郭兴, 孙晓, 穆景福, 乔红军, 罗攀, 李恒
2022, 39(5): 629-637. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.015
摘要:
为了优化超临界CO2压裂工艺技术和施工参数,考虑超临界CO2压裂液中支撑剂颗粒之间相互作用,采用欧拉-拉格朗日方法中的多相质点网格方法,建立超临界CO2压裂缝内支撑剂运移数学模型,通过室内水力压裂支撑剂运移物模实验验证模型准确性,进行超临界CO2压裂缝内支撑剂运移规律计算和分析。研究表明:未增黏CO2由于黏度低,携砂效果极差,优化其他参数对携砂效果影响不大;CO2黏度增加到2.5 mPa·s即可有效提高携砂效果,采用超轻支撑剂与细尺寸颗粒组合,携砂效果与增黏到10 mPa·s效果相差不大;优化支撑剂密度比尺寸对携砂效果提高更为明显;增大排量可以提高携砂效果,但排量继续增大,其携砂效果变化较小;流体滤失对CO2携砂效果影响变化不大。该研究为解决CO2携砂性能差的问题提供了技术支撑,对超临界CO2压裂设计优化及现场施工具有重要指导意义。
纳米变黏滑溜水黏弹携砂机理与渗吸性能
刘汉斌, 柏浩, 唐梅荣, 吕宝强, 韩创辉, 王文中, 周福建, 姚二冬
2022, 39(5): 638-645. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.016
摘要:
纳米变黏滑溜水作为一种具有良好携砂性能和渗吸置换作用的新型压裂液体系,已成功应用于长庆油田页岩油体积压裂施工,现场试验结果表明其具有良好的携砂性能以及增产效果,40 %砂比条件下加砂过程压力平稳,压裂施工完成后单井日产油量可达11.31 t,但其携砂机理与渗吸性能尚不明确。因此对现场使用浓度的纳米变黏滑溜水与常规EM30S可交联滑溜水体系进行室内实验研究,通过动态携砂运移、透射电镜(TEM)、流变性能评价以及储层温压条件下的带压渗吸等实验方法,揭示了纳米变黏滑溜水的携砂机理并评价了其渗吸性能。实验结果表明,滑溜水弹性模量与黏性模量的交点值反映了滑溜水溶液的携砂性能,交点值越小,其弹性携砂性能越强;相同黏度下的纳米变黏滑溜水CNI体系黏弹模量交点值仅为0.0741 Hz,远低于现场用滑溜水EM30S的0.181 Hz,致使其静态和动态弹性携砂性能远高于EM30S;电镜结果表明纳米乳液与变黏滑溜水存在强化缔合结构是滑溜水的弹性携砂性能增强的主要原因。此外,带压渗吸实验结果显示,纳米变黏滑溜水具有良好的渗吸置换性能,能够置换出页岩纳米孔隙中的原油,整体采收率可达36 %;其中,不同孔隙类型的采收率排序依次为:介孔>微孔>宏孔。
顺北碳酸盐岩储层长期酸蚀裂缝导流能力预测方法
李春月, 李沁, 李德明, 吴霞
2022, 39(5): 646-653. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.017
摘要:
顺北碳酸盐岩油气藏温度压力高,储层酸压改造难度大。为解决在闭合应力长期作用下,酸蚀裂缝导流能力损失,导致酸压效果大幅降低的问题。通过酸蚀裂缝导流能力评价实验,研究不同酸液质量分数、温度和闭合时间条件下的酸蚀裂缝导流能力变化规律。综合各条件下酸蚀裂缝导流能力关系式,建立并验证了顺北碳酸盐岩储层长期酸蚀裂缝导流能力预测方法,模拟计算了不同时间和排量下的酸蚀裂缝导流能力变化规律。结果表明:低闭合应力下,酸液反应速率是酸蚀裂缝导流能力主控因素。高闭合应力下,闭合应力、岩石特征和岩面非均匀性是酸蚀裂缝导流能力主控因素。闭合应力是影响岩石表面变形的主控因素,是长期酸蚀裂缝导流能力的决定因素。闭合应力长期作用时裂缝深部导流能力下降幅度比缝口大。人工裂缝中长期酸蚀裂缝导流能力分布规律受酸岩反应速率控制。
完井液
适合海上某气田高温高压低渗储层的修井液体系
梁玉凯, 罗刚, 周玉霞, 宋吉锋, 郑华安, 任坤峰, 林科雄
2022, 39(5): 654-660. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.05.018
摘要:
针对海上某高温高压低渗气田修井作业过程中修井液易对储层造成污染伤害以及对井下管柱易产生严重腐蚀等问题,室内以可溶性复合盐加重材料HGBZ为基础,并结合抗高温缓蚀剂HSJ-S、耐温抗盐防水剂HAD-2以及抗高温键合剂HJH-2等主要处理剂,研制了一套适合海上高温高压低渗气田的双保型高温高密度修井液体系,并对其综合性能进行了评价。结果表明:该修井液体系的基本性能良好,密度在1.03~1.80 g/cm3之间可调;修井液具有较好的防腐蚀效果,对井下设备钢材的腐蚀速率低于0.076 mm/a;修井液对目标气田储层段黏土矿物的防膨效果较好,防膨率可以达到95%以上;修井液与储层段地层水具有较好的配伍性,不会产生结晶沉淀等;修井液体系可以有效降低天然岩心的自吸水量,并且经过修井液污染后的天然岩心在长时间高温条件下的渗透率恢复值可以达到90%以上,具有良好的储层保护效果。X井使用双保型高温高密度修井液体系修井过程顺利,未发生井下复杂事故,修井后产能恢复率较高,说明研究的双保型高温高密度修井液体系能够满足海上高温高压低渗气田的修井作业要求。