钻井液添加剂抑制天然气水合物形成的试验

利用自行设计的试验设备,对钻井液处理剂SD-102,XY-28,PF-THIN,PAM,LV-CMC对天然气水合物形成的影响进行试验研究,分析得到了各钻井液体系的过冷度.综合分析结果表明,在深海钻井过程中要抑制天然气水合物的形成,需要选择性地添加一定量的有机聚合物类处理剂;在室内试验条件下,PF-THIN对天然气水合物的形成具有一定的促进作用,而LV-CMC,PAM,SD-102,XY-28对天然气水合物形成具有一定的抑制作用,且作用强度依次减弱.     

钻井液添加剂抑制天然气水合物形成的试验

利用自行设计的试验设备,对钻井液处理剂SD-102,XY-28,PF-THIN,PAM,LV-CMC对天然气水合物形成的影响进行试验研究,分析得到了各钻井液体系的过冷度.综合分析结果表明,在深海钻井过程中要抑制天然气水合物的形成,需要选择性地添加一定量的有机聚合物类处理剂;在室内试验条件下,PF-THIN对天然气水合物的形成具有一定的促进作用,而LV-CMC,PAM,SD-102,XY-28对天然气水合物形成具有一定的抑制作用,且作用强度依次减弱.     

钻井液中天然气水合物生成影响因素研究

深水钻井中,极易在钻井液中生成天然气水合物,给深水钻井带来极大的危害。利用研发的钻井液中天然气水合物形成抑制试验装置,系统的研究了钻井液中天然气水合物生成过程及其影响因素。研究表明天然气水合物最先于气液界面处生成;随着搅拌速率的增大,天然气水合物生成速度加快;在钻井液处理剂中,Na Cl可有效延缓天然气水合物生成时间,聚合醇、聚胺次之,膨润土、PAC-LV、XC、SPNH等无明显抑制效果;天然气组分也对天然气水合物生成产生重要的影响,对于烷烃来说,分子量越大,越易于生成天然气水合物。     

水合物地层用纳米SiO2钻井液低温性能实验研究

随着全世界越来越多国家对天然气水合物勘探与开发的青睐,相关钻井技术也得到了日益重视。针对水合物地层的钻井特点,结合现有的纳米材料,通过大量实验优选出一种适合海洋天然气水合物地层钻井用的纳米Si O2钻井液:海水+2%纳米Si O2+3%膨润土+1%Na-CMC(羧甲基纤维素钠)+3%SMP-2(磺甲基酚醛树脂)+1%PVP(K90)(聚乙烯吡咯烷酮)+2%KCl(氯化钾);并对其低温性能和水合物生成抑制性进行了实验评价。实验结果表明,该钻井液具有适中的密度、良好的低温流变性和泥页岩水化抑制性;并能够长时间有效抑制水合物地层分解气在钻井液循环系统中重新生成水合物,有利保障在含水合物不稳定地层中钻井的顺利实施。     

水合物地层低温钻井液对井底岩石表层强度影响

由于天然气水合物仅在高压低温条件下稳定存在,为了保持水合物稳定,在钻井过程中宜采用低温钻井液,而在低温条件下钻井液能否对井底岩石表层起到软化作用,对于提高机械钻速具有重要意义。在分析钻井液对井底岩石表层软化作用机制的基础上,较系统地建立低温钻井液软化井底岩石表层定量评价方法,以清水为对比浆液,通过试验将6种水合物地层模拟钻井液(分别含有质量分数为0.1%的表面活性剂和有机盐处理剂)在低温条件下对薄片砂岩试样的软化效果进行对比。结果表明:相比于两种有机盐处理剂,含表面活性剂的4种模拟钻井液在低温条件下对岩样软化效果更好,有利于提高岩石破碎效率和机械钻速;4种含表面活性剂钻井液中,含十二烷基硫酸钠(SDS)钻井液对岩样的软化效果最好。     

环保型深水水基钻井液体系的研究

在深水作业时,低温高压的地质条件和狭窄的安全密度窗口给钻井工程带来了不小的困难。对于钻井液技术而言,更是面临着崭新的挑战,如低温高压下钻井液流变性增稠有可能导致增加井底压力控制的难度,钻遇地层气时容易形成水合物堵塞环空通道;特殊的地层压实条件要求钻井液体系具有更高的水化抑制能力以及大尺寸井眼和隔水管处的携砂问题等等。同时,海洋深水钻井对钻井液体系环境保护能力的要求更加严格。因此,在主要添加剂研究的基础上构建了一套环保型深水水基钻井液体系,通过性能评价,达到一定水深钻井作业的能力要求。     

防止深水钻井地层水合物分解的实验研究

利用水合物抑制与分解评价模拟实验装置,研究了搅拌条件、膨润土、钻井液添加剂以及水合物抑制剂对气体水合物形成的影响规律,考察了水合物的分解规律。结果表明,搅拌和膨润土的存在可加速水合物的形成,多数钻井液处理剂对水合物形成有一定抑制作用;改变水合物的存在条件(温度、压力)可引起水合物的分解;单一的热力学抑制剂可使水合物立即分解;而使用动力学和热力学抑制剂复配的深水钻井液既可防止天然气形成水合物,又可适当延缓水合物的分解时间,减少水合物分解造成的井喷。     

准噶尔盆地南缘高温高密度有机盐钻井液技术

有机盐钻井液具有抑制性强、抗高温等优良性能,目前主要在二开井段使用.三开及更深井段的地层温度高,抗高温磺化钻井液和油基钻井液体系面临严苛的环保压力,而当前有机盐钻井液在高温高密度条件下面临流变性恶化和滤失量大的问题.准噶尔盆地南缘复杂地层钻井困难,在二开用有机盐体系的基础上引入封堵剂改性纳米SiO2和聚合物降失水剂HF-1,并优化重晶石粒度级配,研制了可满足高温高压地层的高密度有机盐钻井液体系.结果 表明,影响有机盐钻井液性能的主要因素是降滤失剂和加重剂,室内评价表明该体系性能较之前明显改善,在密度为2.4 g/cm3、180℃条件下流变良好,且高温高压失水量为13.5 mL,滚动回收率高达97％,8h膨胀率仅4.7％,可抗盐至12％,抗钙污染为2％,抗岩屑污染10％.研究可为准噶尔盆地南缘复杂深井地层钻井提供高温高密度有机盐钻井液体系.     

低固相盐水钻井液抗污染性能研究

钻井过程中,当钻遇大段岩盐层、盐膏层等地层时,若使用传统的分散钻井液,会有大量无机盐溶解在钻井液中,导致钻井液的粘度、切力升高,滤失量增大。同时会造成井径扩大,给继续钻进带来困难。为了解决上述问题,以往的科研人员采取了在钻井液中加入盐和分散剂的方法,使钻井液具有更强的抗盐能力和抑制能力。但低固相盐水钻井液经常被污染物侵入导致性能变差,该文针对目前大庆油田区域特点,对钻井液体系抗污染性能进行了评价。分别评价了低固相盐水钻井液的抗坂土、抗钻屑及抗钙侵性能。     

新型两性离子聚合物页岩抑制剂的制备及性能评价

针对泥页岩储层段黏土矿物含量较高,钻井过程中易发生井壁失稳现象等问题,以小分子有机胺(LCA-2)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(HPEG)为单体,制备了一种两性离子聚合物页岩抑制剂DDM-1。采用红外光谱对其结构进行了表征,结果表明其分子结构符合预期设计。考察了DDM-1的抑制性能、耐温抗盐性能和对钻井液性能的影响,结果表明,加入1.0%DDM-1可以使泥页岩钻屑滚动回收率达到90%以上,并具有良好的抑制膨润土造浆能力,抑制效果明显优于无机盐类抑制剂;同时具有良好的耐温抗盐性能;DDM-1对现场钻井液体系的流变性和滤失量的影响较小,具有较好的配伍性,且抑制性强于国内同类产品,与国外产品效果相当。说明DDM-1是一种性能优良的泥页岩抑制剂,能够满足高性能水基钻井液对强抑制性的要求。     

天然气水合物钻探现状与钻井技术

钻井是天然气水合物勘探发现最直接的手段,也是天然气水合物开发的必要环节。天然气水合物,尤其是海域深水天然气水合物的勘探与开发对钻井技术提出了更高的要求。在总结全球天然气水合物钻探现状和钻井技术的基础上,对天然气水合物钻井面临的挑战和未来发展方向进行了分析。总结认为,全球已在多个冻土区和海域开展了天然气水合物勘探与试采,显示了较好的天然气水合物勘探开发前景;天然气水合物钻探通常与随钻测井(LWD)相结合,并以常规钻探设备、水基钻井液为主;天然气水合物试采井的完井方式各不相同,尚未形成有效的完井技术系列;天然气水合物的温度-压力特征、储层特征、埋深特征和力学特征等决定了天然气水合物钻井面临井筒稳定性、钻井液安全密度窗口窄等方面的挑战。未来,应进一步探索研究控压钻井、欠平衡钻井、套管钻井、隔热竖管钻井、深水浅软地层水平井钻完井、潜式钻探设备组合和经济环保高效型低温钻完井液等技术在天然气水合物钻井中的应用。     

深水钻井液高效水合物抑制剂研究

通过分子结构优化,研制出海洋深水钻井新型水合物动力学抑制剂SDH。利用自行研制的天然气水合物抑制性能评价实验装置模拟超深水海底低温/高压环境,进行水合物抑制性评价实验。结合压力-温度曲线和温度、压力随时间的变化情况,分析SDH作用下水合物生成的动力学过程,探讨其作用机制。考察低剂量的SDH与热力学抑制剂NaCl的复配使用效果。研究表明:在SDH作用下,可将水合物生成过程划分为水合物成核、水合物缓慢生长和大量生成3个阶段; SDH可吸附在水合物表面,通过空间位阻作用有效抑制水合物的生长,其最优加量为1.0％;低剂量的SDH与热力学抑制剂NaCl的复配具有很好的协同作用,在模拟3km水深条件下(2℃,30MPa),1.0％SDH与10％NaCl复配使用可保证钻井液搅拌12h无水合物生成,满足超深水钻井需要,同时可降低成本。     

水基钻井液中天然气水合物形成实验研究

在钻探过程中,当温压条件合适,钻井液易形成天然气水合物,造成管线堵塞、钻井液性能变化。研究2种水基钻井液对绿峡谷气水合物形成过程中的影响。结果表明实验条件下该2种水基钻井液很易形成水合物,受钻井液组分的影响,两种钻井液中天然气水合物形成速率具有明显差异。在相同的温度下,实验压力越高,天然气水合物越易于形成,反应越剧烈。采用定容压力搜索法,测定了在13~18 MPa时此2种水基钻井液与绿峡谷气形成水合物的相平衡数据,显示一种钻井液能够促进水合物的形成,另外一种钻井液对水合物形成有抑制作用。     

南海神狐海域水合物地层多物理场耦合模型及井壁坍塌规律分析

为了研究水合物地层钻井过程中井壁及近井地层力学稳定性的演化规律,采用ABAQUS软件建立考虑水合物相变的"热?流?固"多物理场耦合井壁稳定分析模型,通过自适应网格方法模拟地层的坍塌过程,并对不同钻井时间、钻井液温度及钻井液密度下井壁坍塌演化规律进行分析.基于分析结果建立不同钻井液温度、钻井液密度及钻井时间时的井眼扩径图...     

亲水纳米SiO_2对CH_4水合物形成的影响

水合物钻井液体系中的纳米颗粒可有效维持井壁稳定并降低钻井液对储层的侵入,但对水合物形成和生长的影响具有不确定性。在相同试验条件(5.0℃,5.0 MPa)下,对蒸馏水及模拟钻井液中CH_4水合物形成的诱导时间、形成量及形成速率进行测试研究,并结合多种试验方法揭示影响机制,模拟钻井液配方为蒸馏水+亲水纳米SiO_2(粒径为30和50 nm,加量为1.0%~5.0%)。结果表明:粒径为50 nm的亲水纳米SiO_2颗粒在模拟钻井液中加量为4.0%时对CH_4水合物的形成具有较强的抑制能力,相比于蒸馏水,这一体系中水合物形成诱导时间延长了74%,形成量减少了21%,形成速率降低了56%。     

低固相阳离子聚合物钻井液体系的研究

介绍了一种由聚季铵盐型有机阳离子聚合物（ＣＯＰ）、硝基腐殖酸（ＮＨｍ）、聚乙烯醇．（ＰＶＡ）、膨润土等配制的低国相阳离子聚合物钻井液体系．评价了该钻井液体系的粘度、切力、滤失性能、抑制性能以及抗盐、抗温能力，考察了该钻井液体系的抑制剂—有机阳离子聚合物与常用钻井液处理剂的配伍性能．含１０％ＮａＣｌ的低国相阳离子聚合物钻井液在１２０℃滚动１２ｈ后的性能如下：（１）密度为１．０８～１．０９ｇ／ｃｍ３；（２）ＰＨ值为６．５～７；（３）切力为１～４Ｐａ；（４）表观粘度为９～２４ｍＰａ·ｓ；（５）在常温０．７ＭＰａ下的ＡＰＩ滤失量为７．０～１３．４ｍｌ，在１２０℃、３．５ＭＰａ下的ＡＰＩ滤失量为２８～４３ｍｌ．页岩在１０％ＮａＣｌ水溶液、０．１％ＣＯＰ水溶液及该钻井液体系中的回收率分别为６５％～６８％，９１％，８７％～９１％．车铵盐型有机阳离子聚合物与阳离子型及非离子型钻井添加剂相配伍，但与复合离子型及阴离子型钻井液添加剂不配伍．该钻井液体系完善后可用作防塌钻井液     

温度场扰动对天然气水合物相态的影响机制

钻井液是保障钻井安全与井壁稳定的关键,但在天然气水合物钻探过程中存在钻井液侵入水合物储层,发生传质传热导致水合物储层升温失稳,因此深入了解此过程中温度场扰动对天然气水合物相态的影响规律,对天然气水合物资源钻井安全意义重大。基于分子模拟探究温度场对水合物相态的影响规律,阐明含热力学抑制剂体系在变温过程中的水合物生成与分解机制。结果表明：在压力一定的条件下,水合物不但具有强温度敏感性,而且水合物的稳定性还具有时间相关性;在低温区持续时间越长,水合物二次生成风险越大,在高温区持续时间越长,水合物分解量越大;尽管热力学抑制剂可以显著减小水合物二次生成量,但也会显著加快储层水合物的分解;合理控制钻井液体系的热力学抑制剂量及钻井液注入温度,对维持储层水合物相态稳定及防止水合物二次生成至关重要,为天然气水合物高性能钻井液体系构建提供了理论支撑。     

基于流固耦合的含水合物地层井壁稳定非稳态解析模型

针对深海水合物地层钻井过程中的井壁稳定问题,考虑水合物分解、热传导、力场-渗流场全耦合作用,建立了过压和欠压钻井下渗流、温度、力场随时间和空间变化的非稳态解析模型。解析结果与相同条件下的数值结果吻合良好,且与力场-渗流半耦合解析结果进行了对比。基于解析模型对井壁稳定的关键参数如钻井液压力、水合物分解引起的地层弹性模量劣化程度等进行了分析,结果表明：①与半耦合分析结果相比,考虑体变对渗流的影响后,过（欠）压钻井时孔压减小（增大）、应力增大（减小）,增量径向位移减小;②最危险位置在井壁处,过高或过低的钻井液压力均会导致井壁失稳,水合物分解引起的地层劣化将降低最安全钻井液压力;③水合物分解引起的地层刚度降低极易诱发井壁失稳。在通常条件下,过压钻井时分解域弹性模量降低50%即可导致井壁失稳。     

海域天然气水合物钻完井关键技术研究进展

天然气水合物是由水和甲烷在高压、低温条件下形成的一种固态结晶化物质，被世界各国认为是最有潜力替代化石能源的清洁能源。概述了美国、日本、印度、韩国和中国海域天然气水合物试采现状，指出海域天然气水合物钻完井存在钻井液密度窗口窄、井底压力控制难、定向井造斜难、井壁和井口稳定性差、储层改造难、防砂困难等技术难题，梳理了固态流化钻井技术、水平井钻井技术、双梯度钻井技术、控压套管钻井技术、水力喷射微小井眼钻井技术、钻井液技术、完井防砂技术的研究发展现状，提出了必须要加强海域天然气水合物出砂机理、出砂预测、成井、建井、钻完井设备与仪器研发等科研攻关力度，为规模化开采海域天然气水合物提供技术保障。     

两性离子型页岩抑制剂LM-1的合成及应用

以甲基丙烯醇(MP)、小分子有机胺(HLA-3)、2-丙烯酰胺-2-2甲基丙磺酸(AMPS)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为单体合成了一种新型页岩抑制剂LM-1,红外光谱表征结果显示该抑制剂为一种新型两性离子聚合物,室内考察了其抑制性能、热失重性能、抗盐性能、对泥页岩压入硬度的影响以及与钻井液的配伍性。结果表明,当LM-1的质量分数为2.0%时,现场泥页岩钻屑的滚动回收率能够达到90%以上,在LM-1水溶液中加入膨润土后,动切力较小,说明LM-1具有良好的抑制性能;当温度达到350 ℃之前,LM-1未发生明显的热降解,具有良好的热稳定性;LM-1具有良好的抗盐性能,能够适应高盐储层的钻井作业;现场泥页岩在2.0% LM-1溶液中浸泡后的压入硬度保留率能够达到原岩的75%以上;现场钻井液中加入LM-1后,粘度、切力和滤失量变化不大,说明LM-1与现场钻井液具有良好的配伍性。现场应用效果表明,A-2井二开施工未出现井壁失稳、垮塌以及起下钻困难等问题,施工过程顺利,能够满足泥页岩地层钻井对抑制性能的要求。