地热井保温水泥导热系数影响因素研究

选择合适的测试方法探究不同因素对保温水泥导热系数的作用规律和方式。研究表明:随着保温材料加量和水灰比的增大,水泥石导热系数先迅速减小,随后下降速率降低并逐渐趋于稳定;随着养护温度的升高和时间的增长,导热系数逐渐减小,并在7 d后基本稳定;随着含水率的增大和测试温度的升高,导热系数显著增大;其中,含水率、测试温度、保温材料加量和水灰比等因素对导热系数的影响逐级递减。低密度和具有类蜂窝状结构的保温材料在降低导热系数和维持抗压强度等方面具有较大优势,且保温材料的推荐加量为15%~20%。

不同温度下固井水泥导热系数的研究

为研究不同温度下固井水泥石传热能力的变化规律,使用平板热流计法测试了不同温度下纯水泥和空心玻璃微珠水泥的导热系数;同时,通过模型拟合,确定了测试温度与导热系数间的数值关系。结果表明:随着热采时间的延长,固井水泥石两侧温度同时增加,且变化幅度较大;水泥石导热系数与孔隙度呈线性关系,孔隙度越大,测试温度对导热系数影响越小。测试温度对不同水灰比的纯水泥和空心玻璃微珠水泥影响规律相同,热板和冷板温度的提高均能增大导热系数,但冷板温度变化对导热系数的影响显著强于热板温度;平均温度一定时,冷板温度越高导热系数越大;水泥石导热系数与测试温度的数值关系均可用Parabola2D模型来计算。研究成果可为地热井热损失的精确计算和井口水温的精准预测提供一定借鉴。

一种新型除油机理及含油钻屑除油技术

油基钻井液是页岩气开发中最为常用的一种钻井液体系,随着页岩气勘探开发的加快发展及油基钻井液的大量使用,其产生的含油钻屑带来的环境污染也逐渐成为油气田企业的环保难题。为此,进行了现场含油钻屑组成、重金属含量和浸出液生物毒性分析,确定了含油钻屑污染特性和处理重点:针对含油钻屑污染特性,基于化学清洗法,首次引入过渡态理论,通过理论和实验分析,提出了一种新型岩屑除油机理,油滴从岩屑表面移动至油相存在着一个势能壁垒,清除岩屑中的油污需越过此势能壁垒;进而设计了含油钻屑除油配方,并通过单剂筛选、配方优化和除油条件优选,最终开发了一套含油钻屑化学清洗法除油技术。使用效果表明:在所研制的聚氧乙烯类除油剂与硫酸盐类、磺酸盐类辅助除油剂的共同作用下,势能壁垒可降低92.81%,由其处理的含油钻屑除油率达到93.02%。结论认为,该技术工艺安全简单、成本低、除油率高,可有效地解决含油钻屑的环境污染问题。

适用于煤层气钻井的微泡沫钻井液研究

煤储层具有低压、低渗、微裂缝发育等特点,在煤层气开采过程中容易对储层造成损害,降低煤层气井产量。针对此问题,笔者进行了起泡剂分子结构设计并合成了一种新型高效双子型起泡剂,同时以该起泡剂为基础,构建了适用于煤层气钻井的微泡沫钻井液体系。通过实验分析了煤岩组成、煤岩微观结构与煤层顶底板岩样性质,并评价了微泡沫钻井液对煤系地层的适用性。结果表明:新型起泡剂性能良好,能够显著降低水的表面张力,当质量分数为0.1%时,降幅可达71.82%;半衰期是常规起泡剂的3倍以上,稳泡性能良好;采用接触角测定仪测试了新型起泡剂对煤岩润湿性的影响,表明新型起泡剂对煤岩润湿性改变程度小,煤岩接触角恢复率达86%,有利于提高煤层保护效果。微泡沫钻井液体系黏度适中,流变性能良好,动塑比高,携岩能力强,泡沫质量稳定,其微观形态测试结果表明微泡沫的水化膜较厚,具有较强稳定性,微泡沫粒径呈现正态分布,平均粒径为144μm,半衰期>82 h。煤层顶底板岩样在微泡沫钻井液中的线性膨胀率小于3%,滚动回收率大于92%,表明微泡沫钻井液具有良好的抑制能力,能够维持煤层顶底板地层的井壁稳定性。煤芯气测渗透率恢复率达到90%以上,具有良好的储层保护效果,能够满足低压低渗煤层的钻井要求。通过建立钻井液中处理剂解吸附评价实验装置与方法,评价了微泡沫钻井液中处理剂的解吸附能力,结果表明微泡沫钻井液中处理剂吸附量小,易于脱附,在煤岩中脱附率达82.4%。基于新型双子型起泡剂的微泡沫钻井液能够有效维持煤层顶底板岩样的井壁稳定性,并能在煤层表面易于脱附,提高了对煤储层的保护效果,适用于煤层气钻井作业。

处理含油污泥和钻屑的一种高效广谱除油剂

含油固体废弃物对井场环境会造成严重污染,而常规除油剂往往专用性较强,通用性能需加强。针对含油钻屑和含油污泥的污染特性,通过分子结构设计,研制了能同时处理含油钻屑和含油污泥的新型高效广谱除油剂——四聚丙烯基丙基醚硫酸钠。通过红外光谱、质谱等分析手段对除油剂进行了结构表征;表面张力和润湿性分析表明其具有很高的表面活性,并分别优化了含油钻屑和含油污泥最佳除油条件。结果表明,含油钻屑的最佳除油条件为1 000 mg/L除油剂、温度为50℃,离心速度为4 000 r/min,离心时间为10 min;含油污泥的最佳除油条件为2 000 mg/L除油剂、温度为50℃,离心速度为4 000 r/min,离心时间为10 min;除油率测试结果表明,该除油剂可同时高效处理含油钻屑和含油污泥,除油率均可达90%以上,实现了新型除油剂高效广谱除油效果。

煤层气井用高效双子型起泡剂ULT-1的研制

分析起泡剂的分子结构与起泡量、泡沫稳定性的关系,设计新型起泡剂ULT-1的分子结构,室内合成该起泡剂。红外光谱和质谱对起泡剂的结构表征与分子结构设计一致。对起泡剂ULT-1进行性能评价。研究结果表明:质量分数为0.2%的起泡剂ULT-1水溶液的表面张力达到20.40mN/m,较蒸馏水降低了71.82%,发泡体积达501 mL,半衰期长达1 440 s,与质量分数0.5%的常规起泡剂相比,泡沫半衰期提高3倍以上。起泡剂ULT-1的抗盐及抗温性能较好,煤样润湿性恢复值高达93.70%,起泡剂ULT-1容易在煤岩表面脱附,有利于储层保护。

保温水泥在中低温地热井中的应用及建议

中低温地热资源开采过程中井口水温较储层温度明显降低,资源浪费严重。本文提出在固井过程中引入保温水泥的方法,以期提升井口水温和地热资源利用效率。选用多层圆筒传热模型,模拟计算了保温水泥在不同使用条件下的保温效果。结果表明,保温水泥的使用能明显提高热水达到抽水泵的温度,且井径越大、井底温度越高、井深越大、使用开次越多,保温水泥的使用效果越好。对于深3500 m、井底热水温度100℃的生产井,当日产量1200 m^(3)时,二开和三开井段使用保温水泥后,热水到泵温度可达78.16℃,温度提高值为9.63℃。此外,固井保温水泥在上部井段和热采初期的使用效果优于下部井段和热采后期,并随日产量增加效果减弱,但整体较不使用保温水泥时仍呈现出良好的增温效果。

地热井固井水泥石传热性能研究现状及展望

固井水泥石传热性能是影响井筒热传递能力的重要因素。本文主要介绍了目前固井水泥石导热系数的主要研究手段,以及在此基础上取得的一些认识,例如外加高导热材料、水泥石微观结构和含水率与导热系数之间的关系。同时还指出了现有研究手段的统一和拓展、研究内容的系统化还有待进一步加强和改善。在分析建筑保温水泥和岩石等多孔材料研究经验的基础上,提出水泥石导热系数的研究不仅需要统一实验手段和推广使用数值模拟的方法,还要考虑水泥石养护条件、内部水分的动态变化和外加保温材料等因素对水泥石导热系数的影响。系统规范的研究手段和内容可有效提高研究的准确性、高效性和全面性,显著增加对水泥石热传导性能的认识,以期为后续的研究提供一定的借鉴。

深井复合钻柱技术在特深科学钻探中的应用探讨

深井复合钻柱技术是解决特深科学钻探超长钻杆柱可靠性问题的重要途径,其与设备能力、材料性能、钻进条件及管柱力学等息息相关。本文系统总结了复合钻柱技术在我国深部钻探中的发展和应用情况,在复合钻柱强度理论的基础上,探讨了不同复合钻柱的组合方案及其极限下深。研究结果表明,若以?216 mm直径终孔,仅依靠钢质钻柱已无法满足特深钻探13000 m的下深要求,而采用V150钢级?127 mm钻杆配合?127 mm钛合金钻杆及S135钢级?127 mm钻杆配合?129 mm铝合金钻杆可分别满足最大13484 m和18783 m的下深要求,钻柱总重分别仅有360.5 t和324.3 t,均具备可靠的安全性保障。本文对特深科学钻探用复合钻柱的设计和选择具有参考意义。

低渗透岩心启动压力测试研究

随着国内油气藏的开发,低渗透油藏所占比重逐渐增大,而低渗透油藏存在启动压力。启动压力的产生是由于边界层的存在和流体的塑性流动。文章采用稳态法和非稳态法测定了低渗透油藏岩心启动压力梯度。实验表明,在同一粘度情况下,启动压力梯度随岩心渗透率的增大而减小;稳态法较非稳态法易实现。