油基钻井液面临的技术难题与挑战

自20世纪20年代以来,为解决钻井过程中遇到的各种复杂问题,在钻井液体系优化和新材料研发的基础上,对油基钻井液技术进行不断完善和改进,目前已形成包括抗高温、低固相、无土相、可逆乳化及恒流变等多种高性能油基钻井液体系和技术,并得到广泛应用。近年来,随着陆上易开采油气资源逐渐枯竭,世界范围内油气勘探开发逐步向页岩气、超深层、超深水等非常规油气、复杂油气资源迈进,对钻井液性能要求越发严苛。在水基钻井液无法满足要求的情况下,油基钻井液因固有的抗温性、页岩抑制性、水合物抑制性、润滑性和储层保护性等优势已逐渐成为钻探高温深井、大斜度定向井、页岩气水平井、海洋深水等各种复杂地层的主体钻井液技术,不仅给油基钻井液的发展带来了机会,也使油基钻井液面临前所未有的挑战。梳理并阐述油基钻井液的发展历程和目前技术现状、难点以及未来发展趋势;提出研发适合油基钻井液的“固壁剂”、油基钻井液配套的系列防漏堵漏材料、Gemini型油溶性聚合物等具特殊分子结构的絮凝剂、油基钻井液携屑剂、抗极高温度的乳化剂等,并开展生物质合成基液和绿色油基钻井液处理剂应用研究,以及采取光催化和微生物协同降解原理的废弃油基钻井液无害化处理研...     

油基钻井液侵入对核磁共振测井响应影响的实验研究

油基钻井液可有效降低施工成本,缩短钻井周期,在大斜度定向井、水平井及各种复杂地层钻探施工中应用广泛。然而,油基钻井液侵入会改变井周地层的岩石物理性质,给储层流体识别、测井精细评价带来极大挑战。为明确油基钻井液侵入对核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)测井响应的影响,选取新疆准噶尔盆地南缘超深井致密砂砾岩储层岩心,围绕岩石物性、钻井液成分、油水比、流体性质、钻井液侵入时间、温度6个方面分别开展油基钻井液成分、油基钻井液驱替和油基钻井液渗吸3组岩石物理实验,并分析实验过程中核磁共振T₂谱变化特征。结果表明：油基钻井液中的基液组分既能在正向压差作用下侵入井周地层,也可通过浮力和毛管力的作用渗吸进入地层。当地层含水/油时,油基钻井液基液侵入会引起微小孔隙T₂谱(<10 ms)横向弛豫时间和谱峰值减小,谱峰逐渐左移;而中孔隙T₂谱峰(>100 ms)右移且面积增大;上述T₂谱变化速率受到地层渗透率、侵入时间和温度影响明显,钻井液类型、油水比等因素影响有限。     

用高阶有限元素法模拟双侧向测井仪器在层状介质中的响应

利用有限元法模拟双侧向测井响应,基函数的特性对有限元计算效率和精度影响较大.当基函数为线性函数时,要达到理想的仿真精度需要采用十分稠密的网格剖分,这将导致计算量增加从而影响仿真效率.采用高阶基函数插值,模拟双侧向测井响应,结果表明,稀疏的网格剖分在采用高阶基函数时仍然可以保证较好的仿真精度,同比线性插值基函数,高阶基函数具有高效率和高精度特点.针对深侧向截断误差较大的问题,通过优化网格划分和边界处理方法可提高深侧向结果精度.     

油水比对油基钻井液流变性的影响*

钻井过程中由于地层水侵入导致油水比的变化对钻井液流变性的影响是非常值得研究的。主要采用M3600自动流变仪分别测出不同油水比(2∶8/3∶7/4∶6/5∶5/6∶4/7∶3/8∶2)的油基钻井液在不同温度(30℃、60℃、90℃)下的各流变参数。以此判断,当发生水侵时油基钻井液油水比变化引起流变性能的变化。实验证实:当油水比大于1时,油基钻井液属于塑性流体;当油水比小于1时,油基钻井液更倾向于假塑性流体。同一温度下,随着油水比的不断降低,油基钻井液的剪切应力、黏度以及静切力都升高。同一油水比的油基钻井液温度越高,剪切应力、黏度、静切应力都越小。随着油水比的不断降低,油基钻井液的破乳电压不断降低,即稳定性不断变差。     

一种用于油基钻井液的有机土激活剂

以小分子醇类化合物和酯类化合物为原料,制备了一种用于油基钻井液的有机土激活剂。在白油+有机土体系中加入1.0%有机土激活剂后,150℃热滚老化后的?3读值从0.5增加到14,动切力从2 Pa增加到7 Pa。在全油基钻井液体系中加入1.0%该激活剂后,150℃热滚老化后的?3读值从5增加到13,动切力从10.5 Pa增加到18.5 Pa。有机土激活剂的加入可实现有机土在基油中快速配浆成胶,胶体率可达100%。     

裂缝型铀矿环境中子测井数值模拟

在铀矿地球物理勘探领域,裂缝型铀矿一直是重要的勘探对象之一。通过野外勘探发现,裂缝型铀矿多为黄铁矿、方解石及有机质矿物裂缝中的沥青铀矿以及少量的硅铀、钛铀矿。同时,裂缝结构的存在对测井结果会产生影响,为了准确识别裂缝型铀矿分布状态、分析铀矿含量,对裂缝型铀矿的中子测井响应规律进行研究是十分必要的。基于变化角度裂缝理论,模拟了孔-裂缝介质环境下的铀矿赋存状态,并通过设定不同裂缝参数得到相应的测井响应数据。通过分析结果发现,垂直角度裂缝环境下的热中子密度分布最大值小于水平裂缝环境;垂直角度裂缝环境中的热中子计数明显多于水平角度裂缝环境;裂缝数密度递增前提下,垂直角度裂缝环境下的中子计数值下降幅度明显大于水平裂缝环境。水平角度裂缝环境对热中子的俘获作用更加明显;中子在垂直角度裂缝环境下对裂缝数密度的变化更加敏感。     

温度和压力对深水钻井油基钻井液液柱压力的影响

根据不同温度和压力下油基钻井液密度的测量结果，建立了温度、压力影响下的油基钻井液密度计算模型。在模型中引入了热膨胀系数和弹性压缩系数，利用该模型计算了不同温度和压力下的钻井液密度值。模型计算的密度与实测值之间的最大相对误差小于0．3％，平均相对误差为0．11％。利用该模型对深水钻井时不同条件下井眼内钻井液密度和液柱压力变化进行了计算和分析。结果表明，在深水钻井中，井眼内的钻井液密度通常大于井口钻井液密度；最大钻井液密度出现在海底泥线处；井眼内钻井液液柱压力的当量密度大于井口的钻井液密度。采用无隔水管钻井时的环空钻井液密度小于隔水管钻井时的钻井液密度。     

浅谈电成像测井技术对碳酸盐岩裂缝储层的识别

在世界油气层分布中,碳酸盐岩储集层占有非常重要的地位,其不仅具有丰富的石油和天然气资源,而且油气藏占石油总储量的一半以上,而且在这些位置发现的油气田都具有储藏量大的特点。而且进行勘探中,通常以对裂缝的识别来进行能源的开放,所以裂缝在储层中担负着极其重要的地位,对于能源开发具有重大的意义。特别是通过电成像测井技术,由其该技术具有高分辨率的特征,所以将其利用在碳酸盐岩裂缝储层的识别上具有极其重要的作用。该文通过地质概况,对电成像测井技术进行了分析,并进一步对成像测井资料在碳酸盐岩储层中的综合应用进行了具体的阐述。     

三维构造应力场数值模拟技术预测泥岩裂缝研究应用

构造运动及其作用强度也是影响岩石裂缝系统形成的关键因素,裂隙的产生同构造应力场分布密切相关。本文应用三维构造应力场数值模拟技术,在运用先进的有限元建立真实盆地三维地质和数学模型,并对模型进行计算,然后运用岩石断裂力学理论,进行构造裂缝发育密度与能量值之间的定量关系研究。利用该技术对苏北盆地盐城凹陷裂缝储层进行预测,较好地描述了泥岩、泥灰岩裂缝储层发育及分布规律。     

具有大裂缝的气井水锥问题的数值模拟

当具有大裂缝的底水气田的气井生产时,经常发生底水突然通过大裂缝串入井孔而影响天然气生产。显然,借助数值模拟方法以了解地下气、水流的动态变化对于提高采收率甚为重要。但是对有大裂缝的气田,普通数值方法结果无效,必须另辟途径。通过讨论大裂缝三维水锥问题的数值模拟,认定大裂缝的主渗透率方向在大裂缝曲线切向上,借助张量变换理论和有限体积法,导出了描述有大裂缝的三维气井水锥的离散方程。实算表明了这种方法比通常方法更能反映气井水窜真实过程。     

温度和压力对深水钻井油基钻井液液柱压力的影响

根据不同温度和压力下油基钻井液密度的测量结果 ,建立了温度、压力影响下的油基钻井液密度计算模型。在模型中引入了热膨胀系数和弹性压缩系数 ,利用该模型计算了不同温度和压力下的钻井液密度值。模型计算的密度与实测值之间的最大相对误差小于 0 .3% ,平均相对误差为 0 .11%。利用该模型对深水钻井时不同条件下井眼内钻井液密度和液柱压力变化进行了计算和分析。结果表明 ,在深水钻井中 ,井眼内的钻井液密度通常大于井口钻井液密度 ;最大钻井液密度出现在海底泥线处 ;井眼内钻井液液柱压力的当量密度大于井口的钻井液密度。采用无隔水管钻井时的环空钻井液密度小于隔水管钻井时的钻井液密度。     

基于FEPG的构造裂缝数值仿真与分析

利用有限元数值模拟技术对油气田深部储层构造裂缝进行仿真和预测分析是一种非常有效的办法。传统的仿真方法中,由于控制条件多来源于实验室实测结果,虽然结果较为准确,但是存在以点代面、成本过高等缺陷。选择大庆油田一个深部油气层作为研究目标,探索在地质构造裂缝的仿真预测中边界控制条件的选择问题。首先利用实验室实测力学参数建立初始模型,然后通过反演18条地震剖面的伸展情况获得该地层变形情况,并将反演结果作为仿真构造应力场的边界控制条件,进而在开源的有限元软件FEPG上进行仿真,从而避免了传统方法中因单纯以岩石实验结果作为控制条件而导致的以点代面和成本过高等不利因素,仿真结果与钻井数据统计结果基本一致。仿真结果表明,预测的构造裂缝发育主要集中在构造高位置以及断层附近,裂缝方向有较明显的规律性,优势方向与本区断层带走向基本一致,在相邻的断层之间,裂缝发育方向变化较大。仿真也为明确裂缝分布规律及油气勘探提供了理论指导和技术支持。     

江汉油田废弃油基钻井液柴油回收技术

江汉油田页岩气钻井作业中使用柴油基钻井液,为减少废弃钻井液对环境的污染,通过室内实验研制了柴油回收剂配方:1%破乳剂OPP+800 mg/L混凝剂PAC+10 mg/L絮凝剂PAM.并优化了柴油回收工艺参数:最佳的破乳温度为55～60℃,破乳时间为60 min,离心转速为3 000 r/min,离心时间为5 min,废弃油基钻井液柴油回收率可达90%以上.回收柴油的品质达到了GB252-2000规定的-10号轻柴油技术要求和GB/T19147-2003规定的-10号车用柴油技术要求.根据现场油基钻井液的配方,再以回收柴油为基液配制油基钻井液,其性能与现场使用的油基钻井液性能相当.     

随钻双感应测井仪器刻度响应研究

介绍一种随钻双感应测井仪器,利用三维有限元方法模拟实际仪器结构对仪器响应的影响,针对该仪器设计刻度环和刻度水箱,并探讨最优刻度环参数和水箱刻度校正系数。结果表明:钻铤和反射层是导致仪器响应非线性变化的主要因素,磁环主要导致仪器响应幅值增大。通过刻度环或水箱刻度,仪器响应和真实地层电导率具有较宽的线性响应范围。模拟结果可为随钻双感应测井仪器设计和刻度提供理论参考。     

基于计算流体动力学CFD技术的局部反循环打捞工具数值模拟及结构优化

针对现有局部反循环打捞工具存在打捞对象单一、反循环能量不足、碎屑采集率低等问题,提出了一种集收集和打捞于一体的新型局部反循环打捞工具,采用计算流体动力学(CFD)对该型工具作业时的流场进行模拟,揭示该型工具形成反循环的机理。在此基础上,开展该型工具结构优化数值模拟研究。结果表明:该型局部反循环打捞工具利用喷嘴形成的高压水射流的卷吸作用形成反循环系统,适当增加喷嘴数量能够提升该型工具的性能;局部反循环打捞工具性能随着喷嘴直径增加呈现先增大后减小的趋势,继续增大喷嘴直径将导致无法形成有效反循环系统;改变喷嘴的几何形状会影响局部反循环打捞工具性能,采用圆锥形喷嘴的局部反循环打捞工具性能最强,但是所需排量较大。研究结果可为局部反循环打捞工具的优化设计提供参考,为局部反循环打捞工具现场作业提供理论指导。     

三维数值流形的面向对象设计

在给出扩展的三维数值流形的理论基础上，将面向对象技术引入到三维数值流形方法的程序设计中，详细地研究了基于三维数值流形理论的面向对象的程序设计和管理方法，并进行了类的设计，还给出了其中一些关键类的原型。作为应用实例，给出了三维数值计算结果。数值算例表明该算法与理论结果吻合，从而证明了面向对象程序设计的正确性。     

用SAP5模拟分析井下钻具主轴强度

针对使用井下钻具时经常出现主轴在退刀槽附近突然断裂的问题 ,应用SAP5通用程序中的读入刚度单元模拟构造了接触单元 ,用有限元法对井下钻具主轴系统的结构强度进行了分析。计算结果表明 ,井下钻具被破坏的主要原因之一是不合理的上扣扭矩和钻压使主轴的退刀槽附近产生超过屈服极限的应力。在SAP5基础上用有限元模型对弹性接触问题进行了分析 ,这进一步开发了SAP5程序功能     

鹤煤九矿瓦斯抽采钻孔布置数值模拟及应用

钻孔预抽煤层瓦斯是目前治理矿井瓦斯的主要措施。以瓦斯渗流理论为基础,以钻孔抽采周围流场为径向流场,建立了钻孔周围瓦斯流动数学方程;并结合鹤煤九矿3104工作面具体抽采条件,利用COMSOL Multiphysics软件对钻孔预抽煤层瓦斯在不同抽采时间、不同抽采负压和不同钻孔直径下周围瓦斯压力分布进行数值模拟。并将上述模拟结果确定的抽采钻孔布置参数在3104采煤工作面进行煤层瓦斯预抽实践;抽采后经效果检验,残余瓦斯压力、残余瓦斯含量等均与《煤矿瓦斯抽采基本指标》中的相关规定相符合,3104工作面已经消除了煤与瓦斯突出的危险性。     

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.     

搅拌槽内非牛顿流体流动场的数值模拟

对搅拌槽内非牛顿流体湍流流动的数值研究还很缺乏.文中尝试利用k-ε模型计算了假塑性流体羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液在搅拌槽内的三维流动场,并与粒子成像测速(PIV)法测得的实验结果进行了比较.计算结果表明,非牛顿流体CMC水溶液的宏观流动场与牛顿流体(水)的流动场有较大差异,主要是主体流动减弱,并在叶端附近形成涡旋流动.主体流动区内的速度分布与PIV测量结果吻合较好.剪切速率在槽内的分布相差较大,桨叶附近与槽壁处的剪切速率较大,在主体流动区域较小.