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2023年  第40卷  第4期

钻井液
深水井筒海水聚合物钻井液水合物生成抑制与堵塞物处理方法
吴艳辉, 代锐, 张磊, 朱志潜, 高禹, 刘楷, 徐鹏, 张雨
2023, 40(4): 415-422. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.001
摘要(473) HTML (163) PDF (2516KB)(141)
摘要:
在南海西部深水钻井过程中对于水合物的防治过于保守,使用的水合物抑制钻井液——HEM钻井液成本高,钻速低。为了降低钻井液成本,缩短钻井周期,针对深水钻井过程中低成本聚合物钻井液下水合物生成堵塞风险与处理方法问题, 结合南海莺琼盆地BD区块钻井情况,对聚合物钻井液下不同气体组分的水合物生成相平衡曲线,不同工况下水合物生成区域,井筒水合物堵塞处理等开展了研究,得到不同工况下井筒水合物生成风险区域,优选了动力学抑制剂聚M-乙烯基己内酰胺作为水合物生成抑制剂,热力学抑制剂乙二醇作为水合物堵塞解堵剂,并在室内设计形成10种新型动力学抑制剂,其中动力学抑制剂DS-A3对水合物的生成有良好的抑制效果。实验研究以及BD某井现场应用表明:①在正常钻井循环、压井、关井工况下没有水合物生成区域,不会有水合物生成堵塞风险;②综合考虑抑制效果与成本,0.8%聚M-乙烯基己内酰胺对井筒水合物的抑制效果最好,45%的乙二醇对于解除井筒水合物堵塞风险效果最好;③在没有特殊复杂井下工况情况下,只要停钻时间不超过15 h,可以直接使用聚合物钻井液进行深水钻井,平均单井钻井液成本下降50%~70%,创造良好的经济效益。
基于随机森林算法的油气层敏感性损害预测
盛科鸣, 蒋官澄
2023, 40(4): 423-430. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.002
摘要(369) HTML (150) PDF (3412KB)(104)
摘要:
储层损害贯穿在油气田勘探开发的各个时期,其种类繁多、损害机理十分复杂。传统岩心流动实验评价储层敏感性的结果可靠,但岩心获取成本高、投入时间和成本大。调研和实践表明,利用神经网络、随机森林等算法基于小规模样本建立的模型可以实现对样本的预测,节约时间和经济成本。基于X区块敏感性室内评价小规模样本资料,选择训练集及测试集,深入对比了BP神经网络算法、径向基函数神经网络算法、随机森林算法,优选出随机森林算法作为储层敏感性损害定量诊断的主要方法,采用网格搜索等算法进行了超参数优化、根据因素权重对数据进行降维,以此提高预测精度,搭建了完整的模型。4种损害模型的R2平均值为0.852,预测精度在90.00%~95.68%。
双保型油田水无固相钻井液体系
李胜
2023, 40(4): 431-437. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.003
摘要(417) HTML (151) PDF (2015KB)(109)
摘要:
针对塔河油田奥陶系碳酸盐岩储层开发过程中,常规聚磺钻井液体系含不酸溶固相漏失后污染储层,磺化类处理剂不符合绿色开发理念等技术难题,因地制宜地引入油田水配制无固相钻井液,避免了固相对储层的损害,并优选出了抗高温抗钙增黏剂、流型调节剂、抗高温抗钙聚合物降滤失剂等关键处理剂,开发出了双保型油田水无固相钻井液体系。室内评价数据显示,该钻井液抗温可达150 ℃,动塑比高达0.68~0.76 Pa/mPa·s,生物毒性指标EC50高达28 600 mg/L,生物降解指标BOD5/CODCr高达21.35%,为无毒易降解钻井液体系,动态渗透率恢复值高达91.8%,具有良好的储层保护性能。研发的双保型油田水无固相钻井液体系成功在10多口深侧钻井应用,应用效果显著。
中江区块沙溪庙组井壁失稳机理及烷基糖苷防塌钻井液
陈文可, 郑和, 龚厚平, 许春田, 蔡巍, 石水健, 周成裕, 暴丹
2023, 40(4): 438-445. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.004
摘要(418) HTML (145) PDF (3949KB)(106)
摘要:
针对川西中江区块沙溪庙组井壁失稳技术难题,分析了沙溪庙组泥岩的矿物组成、微观结构及理化性能,揭示了沙溪庙组井壁失稳机理。沙溪庙组属于典型的硬脆性泥岩,黏土矿物含量高,水化作用强,其中伊利石含量最高,微纳米尺度裂隙发育,钻井液滤液侵入后,伊利石、伊蒙混层等分布不均匀,比亲水量大,水化膜斥力大,裂缝不断扩展,易发生井壁坍塌。结合“多元协同”井壁稳定理论,优选了烷基糖苷类抑制剂、微纳米封堵剂等,构建了适用于沙溪庙组的烷基糖苷高性能防塌钻井液体系。通过室内实验可知,该体系流变性良好,API滤失量小于3 mL,高温高压滤失量不大于8 mL,岩样滚动回收率为98.87%,膨胀率小于3%,抑制性优良,对微裂缝和孔隙封堵能力强。现场应用表明,烷基糖苷高性能防塌钻井液能有效抑制沙溪庙组地层坍塌,机械钻速高,无井下复杂事故发生,为保证中江区块沙溪庙组“安全、高效、经济”钻井施工提供了技术支撑。
用于诱导微裂缝封堵的油基凝胶体系
李文哲, 付志, 张震, 刘应民, 吴双
2023, 40(4): 446-452, 461. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.005
摘要:
四川长宁区块油基井段龙马溪组地层诱导型微裂缝发育,漏失频繁,油基堵漏手段主要为颗粒型桥堵,成功率低,耗时较长,为此研发了一套基于动植物油脂和环氧树脂的复合油基凝胶,可侵入地层微裂缝进行封堵,提高堵漏成功率。考虑到现场应用的可行性,室内对该凝胶的抗压强度、稠化时间、抗油基钻井液侵污能力进行了评价,并进行了模拟堵漏评价。结果表明,该凝胶的抗压强度可达5.1 MPa;凝胶的成胶时间可控制在3 h以上,提供了足够的安全施工时间;油基钻井液侵污对凝胶强度影响小,且不缩短稠化时间。该油基凝胶的各项性能指标表明其适用于油基段微裂缝堵漏。
水基钻井液用抗超高温聚合物刷润滑剂的研制
高重阳, 黄贤斌, 白英睿, 孙金声, 吕开河, 张瑜, 宗嘉江, 刘锋报
2023, 40(4): 453-461. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.006
摘要(440) HTML (152) PDF (2624KB)(114)
摘要:
深部复杂地层油气钻探过程中,为了满足钻井液抗高温、抗盐的技术要求,以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸羟乙酯为主要原料,偶氮二异丁腈作为引发剂,制备了一种水基钻井液用聚合物刷润滑剂HLM。通过傅里叶红外光谱、核磁共振、热重分析和凝胶色谱分析对产物进行了表征。然后评价了HLM与钻井液的配伍性以及高温、高盐、高密度条件下的润滑性能,利用多功能材料表面性能测试仪和四球摩擦实验仪进一步分析了润滑性。实验结果表明,HLM的热稳定性较好,重均分子质量为3494;HLM在室温下与基浆配伍性良好,对流变性基本没影响,抗温可达260 ℃;加量2%时,常温下润滑系数降低率达91.16%, 260 ℃老化后润滑系数降低率达88.24%;在饱和盐水基浆中润滑系数降低率为75.69%,在高密度基浆中润滑系数降低率大于40%。表面摩擦实验进一步证明了HLM可以大幅度降低金属-金属间的摩擦力,四球摩擦实验证明了HLM可在金属表面形成稳定的润滑膜。由于HLM具有多个吸附位点且吸附能力强,在高温、高盐条件下吸附膜仍具有一定的强度,因此赋予HLM良好的润滑性能。可为深层超深层钻井液体系的构建提供技术借鉴。
水基钻井液用石墨烯封堵剂
张洪伟, 黄国强, 吴红玲, 杨崟, 卢长博, 程智
2023, 40(4): 462-466. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.007
摘要(420) HTML (155) PDF (3203KB)(107)
摘要:
在解决硬脆性泥页岩井壁失稳和深层泥砂岩互层的储层伤害问题过程中,强化对微裂缝微孔隙的快速封堵是攻关方向之一。石墨烯因其优异的纳米尺寸和片层状的膜结构,在封堵时具有低浓度、高效率的特点。以石墨为原材料,采用旋转剥离工艺技术,室内制备了一种稳定的石墨烯浆体材料。性能评价表明,该处理剂中值粒径D50在5 μm左右,具有较好的降滤失和抑制页岩膨胀的效果,能有效强化对砂盘微孔隙的封堵。通过2口井的现场应用表明,该处理剂与水基钻井液具有良好的配伍性,能够提高钻井液的封堵效果,有利于解决滤液侵入导致的井壁失稳问题。
储层友好型钻井液用超微四氧化三锰
王龙, 方静, 董秀民, 王金树, 方俊伟, 耿云鹏, 张建军, 徐同台
2023, 40(4): 467-474. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.008
摘要:
在顺北油田深井、超深井钻井中,重晶石加重高密度钻井液体系存在流变参数调节难、沉降稳定性差、储层固相颗粒损害严重等问题。国外微锰(Micromax)在钻井液中的性能表现良好,但其技术垄断和高使用成本限制了其在国内推广应用。为研发高性价比国产微锰产品、构建储层友好型钻井液体系,采用锰矿法制备出钻井液用微锰(DFMT01),并进行结构表征和性能评价,测试了顺北区块高密度聚磺钻井液体系的性能及泥饼酸溶效果,讨论了含锰废液的循环利用。结果表明,DFMT01理化性质良好,密度大于4.7 g/cm3,酸溶率大于99%,D50为1.17 μm,颗粒球形度为0.967,均与国外同类产品相当;该产品加重的聚磺钻井液体系在流变性、滤失性、沉降稳定性、冲蚀性和储层保护特性均达到或超过Micromax加重体系。确定了“碳酸钙中和沉淀-硫酸回收锰离子-混凝法处理废水”处理高浓度酸性含锰废液的组合工艺,处理后水中锰的质量浓度为0.45 mg/L、固体悬浮物为10 mg/L,达到一级标准要求,可实现DFMT01生产、使用和处理的闭环利用。该产品性能优良,成本低,具有非常广阔的推广应用价值。
一种环保型无泡防水锁剂
褚奇
2023, 40(4): 475-480. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.009
摘要:
为提高钻井液用防水锁剂的抑泡和环保性能,以海藻酸、羟乙基乙二胺(AEEA)、环氧氯丙烷(ECH)和季戊四醇(PETP)为原料,合成了一种天然改性产物作为防水锁剂SMFS-1。借助傅里叶红外光谱(FT-IR)仪进行了分子结构表征。防水锁性能测试结果显示,加入SMFS-1后水溶液的表面张力能够降低至25 mN/m以内,减小岩心自吸水体积,可促使岩石表面由亲水向中性转变,提高岩心渗透率恢复值至80%以上。SMFS-1抗温可达120 ℃,吸附性能优异,无起泡效应,对钻井液的流变性和滤失性能影响小。环保性能测试结果显示,SMFS-1的半致死浓度(EC50)为32 250 mg/L,生物降解性评价指标(Y)为17.36,达到排放标准,易被生物降解。
超声诱导提升钻井液降滤失剂褐煤树脂性能
彭波, 郭文宇, 牟炜荣, 李玉凤
2023, 40(4): 481-486. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.010
摘要:
按照SY/T 5679—2017标准配制褐煤树脂-膨润土水基钻井液。在高搅工序后将超声波输入到钻井液中,考察超声振动对钻井液各种胶体性能的影响,目的是探究一种配浆新方法,用于提升现存处理剂性能。实验结果显示,超声振动能导致钻井液滤失量和滤失速率显著降低,随着超声波功率或作用时间的增加,滤失量持续降低;除此之外,超声振动轻微降低了钻井液的表观黏度;在20 kHz、850 W和14 min的超声条件下,淡水钻井液API和HTHP滤失量的最大降幅分别为26.7%和27.6%;盐水钻井液中压和高温高压滤失量的最大降幅分别为29.5%和32.7%;滤饼厚度也在超声振动后降低30%~35%。通过粒径分析、吸附实验和扫描电镜观察发现,超声振动能降低膨润土颗粒平均尺寸,增加褐煤树脂在膨润土上的吸附量,从而导致钻井液在压差作用下形成更加致密的薄滤饼。研究表明,超声辅助配浆技术利于提高褐煤树脂及其钻井液的滤失性能。声空化机制负责解释上述所有现象。
煤层气暂堵用超支化聚合物的研制与评价
黄万龙, 刘瀚宇, 赵明芳, 伍海宪
2023, 40(4): 487-494. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.011
摘要:
针对煤层气开采过程中的储层损害问题,基于暂堵储层保护理论,以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酐及叔羧基甜菜碱为原料,研制了一种超支化聚合物暂堵剂MTA,并评价了其综合性能。红外图谱表明,3种单体已成功共聚,其热分解温度高达252 ℃;理化性能分析表明,MTA的分子量为6×104,胺值为17.52,溶液为碱性,平均粒径在0.69~3.32 μm;MTA减缓压力传递性能远优于常用封堵剂,抑制黏土膨胀性能与聚胺抑制剂相当,可使黏土层间距由1.92 nm降低至1.58 nm;MTA在压差作用下封堵岩石微孔隙,阻止水进入地层,并通过电荷作用吸附在岩石表面,形成层状结构阻止水分子向岩石渗透。结果表明,MTA与工作液其他处理剂具有良好的配伍性,可使工作液砂盘滤失量降低41.2%;在150 ℃下,MTA工作液具有优异的持效性和抗污染性能,可耐10%NaCl、5%CaCl2或10%劣质土,其岩心渗透率恢复值可达87.3%,综合性能优异。MTA工作液现场应用,井径扩大率小于5%,具有优异的井壁稳定效果。
固井液
CCUS井工况下不同引晶材料对水泥石裂缝自愈合过程的影响
饶志华, 邓成辉, 马倩芸, 武广瑷, 武治强, 程小伟
2023, 40(4): 495-501. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.012
摘要:
为了尽快实现碳中和的目标,二氧化碳捕获、利用和封存(Carbon Capture,Utilization and Storage——CCUS)技术不可或缺。由于CCUS高温高压的环境引起较大的应力和温度波动,水泥环易形成裂缝对CO2的安全封存造成威胁。以碳酸钙晶须和氧化石墨烯作为引晶材料诱导水泥石裂缝表面碳化结晶,并研究其对水泥石裂缝自愈合进程的影响。实验结果表明,经过碳化自愈合反应不同的龄期后,分别掺入碳酸钙晶须和氧化石墨烯水泥石的抗压强度均高于空白水泥石。μ-CT的结果分析表明,掺入碳酸钙晶须和氧化石墨烯的水泥石裂缝体积的自愈率分别为55.24%和74.60%,要高于空白水泥石的18.32%;水泥石裂缝表面物相分析表明,随着碳化时间的增加,掺入引晶材料水泥石裂缝表面的CaCO3晶体含量高于空白水泥石。由此说明碳酸钙晶须和氧化石墨烯作为引晶材料可提高水泥石裂缝在CCUS工况下的碳化自愈合能力。
椭圆井眼中偏心度和流量对滤饼冲洗效率的影响
涂强, 王海平, 付江龙, 樊立坤, 李治, 官红, 张兴国
2023, 40(4): 502-510. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.013
摘要:
目前固井工程中钻井液滤饼冲洗效率的研究多针对于圆形井眼套管居中条件下的冲洗情况,而针对井眼形状和套管偏心等因素对钻井液滤饼冲洗效率影响的研究较少。使用钻井液滤饼冲洗模拟实验装置测试了椭圆井眼中偏心度和冲洗流量对钻井液滤饼冲洗效率的影响,并基于计算流体力学(CFD)方法分析了冲洗液在环空中的流场,计算了冲洗液的水力剪切力,阐明了滤饼冲洗效率变化的机理。研究结果表明:椭圆井眼环空中的短轴方向偏心时,钻井液滤饼冲洗效率在环空长轴方向最大,宽短轴方向次之,窄短轴方向最小;增加环空短轴偏心度,钻井液滤饼冲洗效率在长轴方向略微减小,宽短轴方向增加,窄短轴方向大幅降低;增加环空冲洗流量,环空中钻井液滤饼总体冲洗效率明显增加,但环空中长轴方向滤饼冲洗效率的增幅最大,宽短轴次之,窄短轴最小。
纳米乳液型冲洗隔离液体系构建及性能评价
孟仁洲, 牟少敏, 李渊, 王成文, 于永金, 齐奉忠
2023, 40(4): 511-518. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.014
摘要:
油基钻井液已广泛应用在非常规井钻井施工中,如何有效清除钻井液及泥饼,为水泥浆提供适合的胶结环境,是使用油基钻井液钻井后固井面临的关键难题。纳米乳液界面张力低、液滴粒径小、增溶能力强,是一项油基钻井液冲洗新技术。以冲洗效率及乳液粒径为评价标准,优选了冲洗油基钻井液的纳米乳液,通过稳定性、电位、粒径测试,分析了纳米乳液同隔离液处理剂的配伍性,最终构建了一套纳米乳液型冲洗隔离液体系。研究表明,随着烷基糖苷和聚氧乙烯醚2种表面活性剂复配比从2∶8到9∶1,纳米乳液冲洗效率先增加后降低,粒径先减小后增大。纳米乳液高冲洗效率与小粒径的一致性,为优选兼具高冲洗效率及动力学稳定性的乳液提供了理论基础。少量聚合物类外加剂会增加乳液黏度和油水界面张力,但对纳米乳液的稳定性影响并不显著;带相反电荷的表面活性剂会降低纳米乳液液滴的Zeta电位,导致纳米乳液稳定性下降。常规处理剂可直接用于调控纳米乳液性能,制备纳米乳液型冲洗隔离液。构建的隔离液体系在100 ℃内流变性恒定、沉降稳定性高,与水泥浆相容性好,120 ℃下3 min冲洗效率达99%以上,能显著提高使用油基钻井液后固井的胶结强度。
基于超声Lamb波的固井质量评价新技术与应用
王明辉, 李进, 韩耀图, 李疾翎, 刘汇鑫
2023, 40(4): 519-526. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.015
摘要:
为了解决传统的CBL/VDL声波测井、扇区水泥胶结测井以及超声脉冲回波测井均不能准确评价轻质水泥固井质量的难题,提高低密度轻质水泥固井质量评价的准确性,基于超声“脉冲-回波”检测原理,研制超声Lamb波固井质量评价测井仪,建立弯曲型Lamb波衰减率、垂直回波共振效率与套管外介质声阻抗之间的关系模型,构建固液气三相介质评价图版,结合轻质水泥刻度井测试,建立了基于超声Lamb波的固井质量评价新方法。该方法可有效评价低密度轻质水泥固井质量和检测确定水泥返高位置,解决了轻质水泥固井质量评价难题。应用表明,该技术为低密度轻质水泥固井质量检测与评价提供了新思路,同时超声Lamb波固井质量评价测井仪还可以实现套管居中度和套损检测评价,可为固井质量评价和井筒完整性检测提供依据,应用前景广阔。
基于粉煤灰-矿渣胶凝增强材料的研究与应用
秦仲奎, 董志明, 浦健, 曾勇, 兰小林
2023, 40(4): 527-534. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.016
摘要:
为解决固井低密度水泥浆体系早期强度低、与水泥配伍有偏差以及成本高等问题,以粉煤灰、矿渣为研究对象,使用 XRF、XRD、SEM等检测手段对原材料的化学成分、比表面积及微观形貌进行表征,得出粉煤灰、矿渣颗粒级配分布密集的区域为0.36~89.34、1.56~39.91 μm,比表面积为0.822、1.790 m2/g,且呈现出光滑且密集堆积的现象。通过对增强材料作用机理分析研究,以粉煤灰水泥浆体系的抗压强度为首要技术指标,优选出无机、有机增强材料,并完成各组分配比分析研究,确定增添材料的最优化加量,形成35%KZ+8%FMH+8%WK+3%NY+2%NS+6%CS的增强材料,制备了碱激发粉煤灰矿渣复合胶凝材料,研究了碱激发粉煤灰-矿渣复合胶凝增强材料在QZ、FMH水泥浆体系不同加量的反应进程、微观结构以及抗压强度的变化规律,评价综合性能,当QZ、FMH水泥浆增强材料加量至10%、9%时,其性能达到应用要求。初步现场应用7井次,固井封固井段合格率为100%,固井质量结果达到预期目标,增强材料应用效果良好。
压裂液与酸化液
胍胶压裂液用高效杀菌剂研究及现场应用
常青, 邹春凤, 蔡景超, 王越, 张秋红, 李风光, 杨超
2023, 40(4): 535-539. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.017
摘要:
夏季压裂施工过程中存在胍胶压裂液受细菌等微生物滋生影响而腐化变质的问题,利用微生物多样性测序技术对大庆、内蒙和四川区域储液罐中胍胶压裂液的细菌菌种进行了分析,针对微生物类型研制了季铵盐复合聚赖氨酸类高效杀菌剂,通过平板计数法评价了其对胍胶压裂液的杀菌效果。室内实验结果表明:新研制的复合型杀菌剂可在2 h内使得细菌的致死率达到100%。现场胍胶压裂液添加该杀菌剂后储存3 d后体系的黏度保持率仍达90%。现场应用8口井共计352段,胍胶类压裂液体系使用该杀菌剂后未再出现腐败变质,证实了该新型杀菌剂具有高效杀菌效果。
压裂时天然裂缝对储层温度分布的影响
石明星, 李沁, 邱思杨, 雷雲, 敬伟
2023, 40(4): 540-550. doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.04.018
摘要:
水力压裂中前置液除了具有造缝作用,在高温储层中还有不容忽视的降温作用,从而影响水力压裂开采的效果。为研究天然裂缝对前置液降温过程的影响,基于有限体积法模拟了裂缝储层水力压裂温度场,分析了天然裂缝对注液过程中裂缝温度场的影响,在此基础上探讨了天然裂缝参数对储层温度分布及前置液降温效率的影响规律。模拟结果表明:①其他条件相同时,天然裂缝的密度越大、缝宽越宽、与人工裂缝的夹角越小,改造时储层温度降低幅度越大,前置液降温效率越高,储层降温到相同温度时所需前置液用量更少;②天然裂缝密度对裂缝性储层温度场的影响最大,当裂缝密度为0.66 条/m时前置液用量仅为0.16 条/m时的三分之一。③对于深层裂缝性储层水力压裂可以考虑从降温的角度来优化前置液用量及排量,从而降低经济成本。