一种硅酸盐钻井液的研究及在靖边气田的应用

针对长庆地区靖边气田水平井钻井中遇到的地层造浆、垮塌、钻头泥包等问题,分析钻井液的技术难点,选用一定模数的硅酸盐与有机抑制剂复配,研制出强抑制无土相防塌硅酸盐钻井液体系.确定了体系基本配方并对体系的性能进行了评价.在靖平33-01井和靖平34-11井等多口井进行了现场应用,取得了良好的效果.室内外实验结果表明,体系抑制性、防塌性、润滑性良好.     

煤层气钻探无固相聚合物钻井液的研制与性能评价

针对煤层气钻探过程中易出现的孔壁垮塌问题,采用理论分析与试验研究相结合的方法开展了无固相聚合物钻井液的研制与性能评价研究。首先筛选了高分子聚合物类、植物胶类、生物聚合物类三类无固相聚合物钻井液体系,确定了主要处理剂的加量,确定了三类无固相聚合物钻井液的优化配方,并采用幂律模式对钻井液流变性能进行了评价。在此基础上,制作标准岩样,通过线性膨胀试验对钻井液的防塌性能进行评价。最后,评价了处理剂的添加方法对钻井液性能的影响。结果表明,研制的无固相聚合物钻井液优化配方流变性能好,防塌性能强,配方简单,配制方便,适于煤层气钻探。     

抗220℃高温钻井液体系的室内研究

以抗高温钻井液体系高温流变稳定性和滤失量控制为重点,进一步确定体系配方并对抗高温钻井液体系配方进行优化.最终研制出一种能抗220℃高温,性能优良的有机硅钻井液抗高温体系;并对该体系性能进行了评价.该有机硅抗高温钻井液具有好的页岩抑制性、润滑性和井眼稳定性;滤失量小,滤饼薄且致密,可有效防止钻头泥包;携砂能力强,流变性容易控制;在高矿化度下,钻井液性能稳定,能抗6%NaCl和0.5%CaC12的污染,而且体系所用材料无毒、无荧光,适用于深井钻探.     

硅酸盐钻井液的室内研究

为了提高大位移井钻井液携砂能力并增强钻井液的抑制性 ,对新开发的硅酸盐钻井液的流变性和抑制性进行室内研究 .抑制性研究采用滚动回收率法和高温高压膨胀法 .实验结果表明 :硅酸盐钻井液的抑制性好 ,切力较高 ,但滤失性能较难控制 ;硅酸盐加量在 1 .5 %～ 3 %较为合适 ,有机处理剂和粘土含量影响钻井液的流变性能 ,KCl加量过多会破坏钻井液性能 .开发的硅酸盐钻井液携砂性能好 ,具有较强的抑制性 ,可应用于大位移井非油层段钻进     

硅酸盐钻井液防塌机理研究与应用

利用Zetasizer3000电位-粒度仪、Turbiscan红外分散稳定仪、Novasina活度仪以及SHM泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置等先进的实验仪器和研究手段,对硅酸盐钻井液防塌作用机理进行了深入研究,并开发了一套硅酸盐钻井液配方.研究结果表明,5%硅酸盐水溶液的粒度分布较窄,协同使用的无机盐最佳加量为3%,且受硅酸盐模数和pH值影响较大;硅酸盐胶体溶液zeta电位为-41.0～-31.0 mV时,对泥岩钻屑分散体系具有很强的稳定作用;硅酸盐与泥页岩作用可以形成致密的"隔膜",具有较理想的阻缓滤液侵入和压力传递作用.现场试验表明,该配方流变性合理、抑制性强,达到了稳定井壁的预期目的.     

硅酸盐钻井液的室内研究

为了提高大位移井钻井液携砂能力并增强钻井液的抑制性,对新开发的硅酸盐钻井液的流变性和抑制性进行室内研究,抑制性研究采用滚动回收率法和高温高压膨胀法,实验结果表明：硅酸盐钻井液的抑制性好,切力较高：但滤失性能较难控制;硅酸盐加量在1.5%-3%较为合适,有机处理剂和粘土含量影响钻井液的流变性能,KCl加量过多会破坏钻井液性能,开发的硅酸盐钻井液携砂性能好,具有较强的抑制性,可应用于大位移井非油层段钻进。     

硅酸盐钻井液防塌机理研究与应用

利用Zetasizer3000电位-粒度仪、Turbiscan红外分散稳定仪、Novasina活度仪以及SHM泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置等先进的实验仪器和研究手段，对硅酸盐钻井液防塌作用机理进行了深入研究，并开发了一套硅酸盐钻井液配方。研究结果表明，5%硅酸盐水溶液的粒度分布较窄，协同使用的无机盐最佳加量为3%，且受硅酸盐模数和pH值影响较大;硅酸盐胶体溶液zeta电位为-41.0～-31.0 mV时，对泥岩钻屑分散体系具有很强的稳定作用;硅酸盐与泥页岩作用可以形成致密的“隔膜”，具有较理想的阻缓滤液侵入和压力传递作用。现场试验表明，该配方流变性合理、抑制性强，达到了稳定井壁的预期目的。     

空心玻璃微珠在钻井液中的分散性能评价及微观机理研究

针对空心玻璃微珠(HGM)在低密度钻井液中分散性较差的问题,采用实验研究、理论分析和微观分析相结合的方法开展了低密度钻井液的研制与性能评价。首先筛选了六种不同类型的添加剂开展HGM的分散性能实验研究。从微观角度对HGM与添加剂之间的相互作用进行理论分析,并采用扫描电镜对性能优越的添加剂进行微观机理分析。最后,提取分散性能良好的添加剂,根据钻井液综合性能的需要引进其他添加剂,研制了适用于低压力系数油气层钻探的低密度钻井液配方,并对其流变性能及长期的分散性能进行了评价。结果表明,研制的低密度钻井液体系组成简单、润滑性能优越,低失水、分散性能及流变性能良好。     

甲酸盐无固相钻井液研究

针对金刚石绳索取芯钻进要求，研究获得了几组甲酸盐无固相钻井液体系配方。对其性能进行测试分析以及对其环保特性进行了评价。结果表明，甲酸盐钻井液密度可调范围大，流变性和润滑性好，抗高温抗污染能力强，符合国际环保规范，是一种满足金刚石绳索取芯钻进要求的新型环保型钻井液。     

环保型钻井液技术研究与发展方向

介绍了近年来几种环保型钻井液体系的研究及应用进展情况 ,其中包括聚合醇钻井液体系、多元醇钻井液体系、合成基钻井液体系、烷基葡萄糖苷钻井液体系、甲酸盐钻井液体系和硅酸盐钻井液体系 ,且对这 6个钻井液体系的作用机理和适用性进行了详细的分析 ,并总结了近两年来新研制开发的环保型钻井液处理剂 .最后指出了目前环保型钻井液技术存在的问题 ,对环保型钻井液技术的发展方向进行了展望     

内外钻井液作用下的旋转钻柱涡动分析

在理论上研究了内、外钻井液流体作用下的钻柱涡动问题．分析了钻柱内钻井液随钻柱旋转时的流体动压力和钻柱弯曲变形等所产生的扰动压力之和对钻柱运动的影响，推出了在这种情况下保持钻柱规则涡动的动力学条件；进一步分析了钻柱外环空钻井液流体对旋转钻柱所产生的反作用自激现象，通过对其数学模型的建立和求解，得到了钻柱涡动失稳的临界条件．较详细地探讨和论述了内、外钻井液作用下钻柱涡动过程的力学机理和运行规律     

钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响

为了研究钻柱系统的振动模态以及动力学特性,利用动力学理论研究了钻柱内、外钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响。引入附加质量系数,通过线性化假设,并进行Laplace变换,导出了钻井液排量、井眼直径与钻柱外径的比值与附加质量系数的关系。研究结果表明,钻井液的存在导致钻柱的固有频率与不考虑钻井液相比有较大的下降;钻柱内、外钻井液对钻柱横向振动固有频率的作用机理不同,其中环空内钻井液对钻柱横向振动固有频率的影响要远远大于人们的估计。     

尾管固井过程中钻柱的动态摩阻力与变形研究

针对尾管固井送入钻柱动态受力和变形开展了系统地研究,主要目的是评价送入钻柱的安全性问题。首先, 根据送入钻柱的组合结构尺寸和井身结构尺寸,建立了钻柱承受摩阻力的力学模型,推导出了尾管固井过程中,由注 入流体流动引起的钻柱摩阻力和变形计算的解析数学模型;其次,根据钻柱的组合结构尺寸、钻柱内多密度和变体积 流体性质,推导出了尾管固井过程中多密度流体位置在钻柱内随注入时间变化的解析数学模型。模型已在四川龙岗 Lg63 井得到了应用,并验证了其可靠性和适用性。研究结果表明,在送入管柱内多密度流体作用下,建立的数学模型 可以实时计算出避开送入钻柱发生交变载荷作用的排量参数,并能优化出送入尾管柱安全工作的最优工作参数,为尾 管固井过程中钻柱动态摩阻力与变形引起的安全性评价提供了可靠的手段和方法。     

钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响

针对气体钻井技术在低压油气田开发中出现气体钻井的钻柱振动和钻具破坏的问题,概述了气体钻井面临的钻柱振动问题、钻具破坏问题和解决问题的途径。介绍了位移激励法的钻柱纵向振动分析的数学模型和力学分析软件。对钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响规律进行了研究。数据表明,钻井流体的粘度对钻柱的纵向振动影响较大。在一般情况下, 钻井流体的粘度越小, 钻柱的振动幅度越大。钻井流体的粘度对钻柱振动的共振频率影响不大。气体钻井虽然提高了钻进速度,但同时也对钻具防破坏技术提出了更高的要求。     

钻柱振动条件下的钻井液冲蚀引起的钻柱失效*

钻柱失效问题已经成为高压喷射钻井技术发展和推广的瓶颈。建立了一种钻柱失效的新理论模型,利用振动的知识研究钻柱的失效情况,分析钻柱在振动条件下的位移和速度,在此基础上利用冲蚀理论对钻柱的失效进行研究,分析得出钻井液对钻柱的冲蚀磨损量和最大冲蚀角。根据算例计算与分析,对应算例参数进行室内实验和井场实验设计,完成实验的验证与结果分析。结果表明:在考虑钻柱振动条件下,钻井液对钻柱的冲蚀磨损量要远大于未考虑钻柱振动条件下钻井液对钻柱的冲蚀磨损量;同时得知最大冲蚀角与冲蚀理论中的规定是完全吻合的以及钻井液对钻柱冲蚀所发生的最大角度在钻柱有无振动的条件下是相同的。研究结论对于在石油钻井中如何减少钻柱的失效及如何提高钻柱的使用寿命具有一定的理论参考意义。     

硅酸盐钻井液的组成与流变性的关系

配制了一系列钻井液,并对其流变性进行了测试,研究了硅酸盐钻井液的组成对其流变性的影响。试验结果表明,未水化粘土和岩屑的积累使硅酸盐钻井液粘度和切力迅速升高,这是硅酸盐钻井液流变性变差的首要因素。较高模数的硅酸盐对各种浓度的膨润土基浆均有解絮凝和降粘作用,而对含有许多劣土和处理剂的钻井液有显著的增粘作用。硅酸盐阳离子中钾／钠值越高,对基浆的降粘作用就越小,对钻井液的增粘作用则越大。简单盐对硅酸盐钻井液具有一般的常规作用;对组成基本相同、而ｐＨ值不同的钻井液,加入硅酸盐能减小其粘度差别。     

耦合钻井液钻柱声波传播特性研究

钻井过程中非常规钻井液的应用,使得随钻数据无法通过传统的钻井液脉冲方式传输,迫切需要更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术。基于钻柱信道的井下信息声波传输技术是较为理想的随钻数据无线传输方式,为给声波传输系统的设计提供理论依据,针对钻柱信道中的声波传播特性进行了研究。研究结果表明:钻柱信道具有通带和阻带相间的梳状滤波器特征,频带分布具有一定的周期性和对称性特征。钻柱结构决定了其信道通阻带的分布情况,随着钻杆根数的增加通带内小谱峰的个数增加,信道传输能力下降,结构尺寸不一致会使通带变窄,声波传输性能下降。     

钻杆内加厚过渡区岩屑颗粒冲蚀的模拟与试验验证

针对目前钻井工程中钻杆内加厚过渡区岩屑颗粒冲蚀严重的现状,采用数值模拟方法对钻杆内加厚过渡区内钻井液流动和岩屑颗粒冲蚀问题开展研究,并采用全尺寸铝制试件进行冲蚀试验来验证模拟计算结果.结果表明:钻井液进入公接头内加厚区域后,流体静压经历了先增大后减小而后再增大3个阶段;钻井液从钻杆本体进入公接头内加厚区域后,流速迅速增...     

深水含浅层流地层无隔水管领眼钻井水力参数计算

综合应用动态压井系统的无隔水管领眼钻井技术是处理深水含浅层流地层地质灾害的有效手段之一。针对无隔水管钻井技术特点,进行了无隔水管领眼钻井技术在深水含浅层流地层的适应性分析。基于油气井流体力学和渗流理论,考虑了浅层流实时钻进过程中地层漏失或侵入井筒动态过程的影响,建立了无隔水管钻进的平衡方程、连续性方程、运动方程和辅助方程,为钻井水力参数的设计与求解提供了依据,并以南中国海W-X01井为例,对计算方法进行验算与对比分析。现场实例计算表明:钻井液排量、钻进速度、钻杆转速是无隔水管海水钻进过程中的主要控制性施工参数,通过施工参数可调整环空压耗大小,进而控制井底压力;环空压耗随钻井液排量的增大而增大,且领眼尺寸越小环空压耗增大的趋势越大;同时,环空压耗随钻杆转速的增大而增大。此方法可以用于指导深水含浅层流地层的无隔水管领眼钻进设计与施工。     

随钻测井周期性钻柱结构声传播特性的数值仿真

采用有限元法数值仿真了处于充液井孔中多根钻杆和接箍组成的钻柱系统中纵波的传播特性,并给出了纵波的声衰减曲线.研究结果表明:处于充液井孔中周期性钻柱系统具有的通带和阻带特性与理想钻柱系统相似,因钻柱周围流体介质的阻尼作用,会使钻柱中传播纵波的幅度减小,衰减增大.当沿钻柱传播的声载波频率位于通带内时,可降低声衰减量,提高信噪比,有利于提高随钻数据的传输速率.