椰油酰胺丙基甜菜碱防聚剂对管输体系中水合物团聚的影响

针对高含水率下防聚剂失效问题,研究了新型防聚剂椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB-35)对不同含水率及初始流量的油水乳液体系流动稳定性的影响。实验结果表明,含水率和初始流量的增加均会使水合物颗粒平均粒径弦长减小,推迟水合物堵管时间。CAB-35在纯水中的抗凝聚效果也较好,它的椰油酰胺基为长烷基链,能降低颗粒间内聚力,通过影响气体水合物颗粒之间的液桥从而使水合物颗粒凝聚力失稳。在倾斜管道中CAB-35仍具有较好的抗凝聚作用。添加CAB-35可在第一次停输再启动后保证水合物浆液的流动时间延长,但第二次停输后仍不能通过再启动泵使流量恢复正常。研究结果为防聚剂选择、高含水率体系下的水合物抗凝聚及非常规管段停启系统中水合物浆液流动提供理论支持。

基于神经网络的钻井液漏失裂缝宽度预测研究

针对钻井过程中储层裂隙发育情况不明,防漏堵漏方法和材料选择困难的问题,结合实际井史资料,提出了一种基于神经网络的储层裂缝宽度预测方法。首先通过相关性分析,对储层裂缝宽度的主要相关因素进行分析并对其进行排序,选取了泵压、钻井液排量以及钻速等7种主要相关因素作为输入参数并利用附加动量算法和变学习率算法对模型收敛速度进行提升,同时对模型结构进行优选。其次利用遗传算法(GA)和Adaboost算法对BP神经网络(BPNN)进行优化,克服了其易陷入局部极小值的问题,提升了模型的预测精度。最后建立了Adaboost-GA-BP神经网络预测模型对储层裂缝宽度进行预测研究,同时对比分析了模型的预测精度。结果表明,相关参数与储层裂缝宽度的相关性由高到低依次为漏失速度与漏失量、泵压、钻井液排量、钻速、井深、塑性黏度和钻井液静切力。另外,附加动量算法和变学习率算法使得训练结束时训练数据的绝对误差和降低了27%,显著提升了模型性能,同时通过GA算法优化模型的权值和阈值以及利用Adaboost算法进行集成优化进一步提升了预测精度,建立的Adaboost-GA-BP神经网络储层裂缝宽度预测模型误差和相关系数分别为18%和0.98,与随机森林等其他模型相比,模型的预测精度高,可为勘探开发过程中的裂缝宽度计算以及堵漏方案的制定提供一定的指导。

塔河油田井壁稳定机理与防塌钻井液技术研究

针对塔河油田井壁不稳定地层,选取代表性泥页岩岩心,通过X-射线衍射、扫描电镜、膨胀、分散、比表面积、比亲水量等试验方法,进行了矿物组成、层理结构和理化性能分析,弄清了塔河油田井壁不稳定的主要原因,提出了有效的井壁稳定技术对策,优选出2套防塌钻井液配方。现场试验表明,2套防塌钻井液配方均具有中途转型顺利、维护处理简单、防塌效果突出等优点,使用该钻井液体系可加快钻井速度,节约钻井综合成本。

高密度废弃水基钻井液电破胶条件的响应曲面法

随着深层、超深层油气资源开发力度的不断加大,地层压力逐渐升高,高密度废弃钻井液处理量也不断增长。传统的化学絮凝剂存在成本高、普适性差及潜在的二次污染等问题,利用外加电场是高密度废弃钻井液绿色处理的新手段。在单因素实验的基础上,运用响应曲面法(RSM)研究了电流强度、破胶时间、极板间距3个因素及其交互作用对钻井液体系的Zeta电位和粒径分布的影响。结果表明,在电流强度为8 A、极板间距为3 cm、破胶时间为10 min的条件下,废弃钻井液破胶效果达到最优。破胶后的钻井液体系的Zeta电位上升率为38.29%,达到了−26.2 mV,其体系的粒径分布D90达到了562.5μm。废弃钻井液体系的胶体稳定性得以破坏,为后续体系中有用组分的回收及废弃组分的处理工作提供有力支撑。

泥页岩水化应力经验公式的推导与计算

泥页岩水化应力是研究泥页岩井壁稳定性的重要参数之一 ,但由于其测试的复杂性和影响因素的多样性 ,目前仍处于定性的理论分析阶段 ,有关公式过于复杂 ,不便于应用。在前人理论研究的基础上 ,结合实验研究 ,根据孔隙—线弹性力学基本原理 ,探索性地推导出了泥页岩水化应力经验公式。实际算例表明 ,泥页岩水化应力很大 ,是井壁失稳的主要原因之一。

泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置与压力传递实验新技术

建立了压力传递实验技术以及泥页岩极低渗透率、半透膜效率计算模型,得到了压力传递技术测定泥页岩渗透率和半透膜效率的计算公式,研制了泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)。定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩-水基钻井液体系半透膜效率,证明了极低渗透率泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应,且半透膜效率与无机盐种类有关,泥页岩渗透率和半透膜效率可以通过物理-化学的方法得以改善。压力传递实验技术的建立为深入开展泥页岩井壁化学-力学耦合作用机理研究以及高效防塌水基钻井液体系的研制,提供了一种先进的实验研究手段。

泥页岩压力传递特性的实验研究

井壁失稳一直是困扰油气井工程的难题,泥页岩渗透特性的定量测定是评价泥页岩井壁稳定性的重要指标之一。由于泥页岩的低渗透性,无法利用常规方法测定,借助于泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪)和压力传递实验新技术,定量测定了泥页岩渗透率,评价了钻井液处理剂阻缓压力传递特性及效果,并分析了其作用机理,为高效水基防塌钻井液体系的研制和开发奠定了室内实验基础。

深水钻井液中水合物抑制剂的优化

深水钻井遇到的重大潜在危险因素之一是浅层气所引起的气体水合物问题。气体水合物稳定存在于低温、高压条件下,如果在深水钻井管线中生成,会造成气管、导管、隔水管和海底防喷器等的严重堵塞,且不易解除,从而危及工程人员和钻井平台的安全。利用新研制的天然气水合物抑制性评价模拟实验装置,初步探索了搅拌条件、膨润土含量及钻井液添加剂对气体水合物生成的影响规律。研究表明,搅拌和膨润土的存在可以促进水合物的生成,而多数钻井液添加剂则对水合物的生成有一定抑制作用。研究了常用水合物抑制剂作用效果,实验表明,动力学抑制剂不能完全抑制水合物的生成,其最佳加量为1.5%;热力学抑制剂虽能最终抑制水合物的生成,但加量较大,NaCl抑制效果好于乙二醇;动力学与热力学抑制剂复配具有很好的协同作用。在实验基础上优选了适合于3 000m水深的深水钻井液用水合物抑制剂配方。

蒙脱石水化机理的分子模拟

为深入分析泥页岩水化膨胀的微观机理,采用Materials Studio(简称MS)软件,以Na-蒙脱石为研究对象,建立了蒙脱石的单晶胞和4a×2b×1c的多晶胞模型,并进行了晶格取代,添加Na+后建立了Na-蒙脱石晶体的分子模型。模拟结果显示,当蒙脱石开始吸附水分子时,水分子主要停留在Na+周围,形成水合钠离子;当分别吸附24、64和112个水分子时,分别形成第1层、第2层和第3层饱和水分子层。对Na-蒙脱石水化膨胀的微观过程进行了分子力学和分子动力学模拟,发现Na-蒙脱石的层间距和体积随吸附水分子数目的增加而增加,其密度随吸附水分子数目的增加而降低。通过晶粉衍射模拟,利用布拉格公式,计算出了Na-蒙脱石形成第1层、第2层和第3层饱和水分子层时的层间距分别为1.424 9、1.676 4和2.052 1 nm。

深水钻井液初步研究

许多国家已经开展了深海油气勘探开发研究计划,而中国的深海油气勘探尚处于起步阶段。分析了深水钻井面临的困难和深水钻井液应具备的基本性能。研制出了深水低温钻井液基本性能测试模拟实验装置,满足了深水钻井液性能测定的要求,并通过实验优选出了分别适用于深水浅层和深水深层钻进的钻井液配方。实验表明,2套钻井液配方均黏度较低、流变性合理、携岩能力强,能够分别满足深水浅层和深水深层钻进的基本要求。

硅酸盐钻井液防塌机理与应用技术

利用Zetasizer 3000胶体电位-粒度仪、Turbiscan红外分散稳定仪以及SHM泥页岩化学-力学耦合模拟试验装置等先进的实验仪器和研究手段,初步探索了硅酸盐钻井液防止井壁坍塌的微观作用机理。研究表明,浓度为5%的硅酸盐水溶液的粒度分布较窄、颗粒较均匀,协同使用的无机盐最佳加量为3%,且粒度分布受溶液pH值和硅酸盐模数影响较大。硅酸盐胶体溶液Zeta电位为-41.0^-31.0mV,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",具有较理想的阻止滤液侵入和压力传递的作用。研究开发了硅酸盐钻井液配方,现场试验表明,硅酸盐钻井液流变性好,井壁稳定能力强。

KCC-TH强抑制性防塌钻井液的研制及应用

为解决吐哈油田西部盐膏层钻井过程中出现的严重井壁失稳难题,在大量井壁稳定机理研究基础上,研制出了KCC-TH强抑制性防塌钻井液,室内试验表明,该钻井液具有良好的流变性、滤失性和防塌性能。借助电位粒度仪及泥页岩水化-力学耦合模拟装置(SHM)等先进试验手段,通过电位和粒度测定、压力传递及抑制石膏溶解性等试验,发现钾/钙/醇的协同作用可进一步降低粘土颗粒的ξ电位、提高粒径尺寸、降低石膏溶解度、阻缓压力传递,从而明显增强防塌效果。在吐哈油田7口井的现场试验结果表明,KCC-TH钻井液性能稳定,防塌效果明显,井径扩大率小,测井一次成功率100％,且维护处理简单,经济效益显著。

虚实结合的海洋油气工程实践教学平台的构建

分析了海洋油气工程的特点和实验室建设的难点,提出了"依托现有、建设特色、虚实结合、功能完善、本硕共享、注重实效"的海洋油气工程实践教学平台的建设思路,规划了建设内容,建设了海洋油气工程工艺实践仿真实验室和深水特色实验室——水合物形成与分解实验室和深水油气流动保障实验室,构筑了有利于提高学生培养质量的虚实结合的海洋油气工程实践教学平台。

泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置的研制

为进一步深入井壁稳定机理研究,利用压力传递原理推导了泥页岩极低渗透率计算公式,并给出了半透膜效率的计算公式,研制了泥页岩水化力学耦合模拟实验装置(SHM仪),建立了压力传递实验新方法。利用该方法定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩与水基钻井液体系半透膜效率。结果表明,具有极低渗透率的泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应,半透膜效率与无机盐的种类有关,且泥页岩渗透率和半透膜效率可通过物理化学的方法得以改善。

井壁稳定新观点——能量守恒

提出了利用能量守恒原理分析井壁稳定的新观点,该观点能够解释通常室内实验破坏机理和现场遇到的大多数问题,并得到了许多现场实例的验证。探讨了定量确定与钻井过程有关的主要能量形式的理论模型及其定量确定的简单方法,分析了不同能量形式对井壁稳定的影响,给出了减少井壁失稳的建议和措施。

谈钻井液封堵特性在防止井壁坍塌中的作用

从比亲水量、能量守恒以及岩石断裂力学等方面分析了钻井液封堵特性和滤失量对防止井壁坍塌的重要作用。根据现场实例指出:岩石内部微裂纹在应力作用下的扩展促进了微裂纹的连接,随之侵入的钻井液滤液与岩石间的物理化学反应使岩石内能增加进一步加速了岩石裂纹的扩展,是造成井壁坍塌和失稳的主要原因。因此,加强钻井液封堵性能,降低钻井液滤失量,防止岩石与钻井液滤液间的物理化学作用是防止井壁坍塌的重要途径。

两种常用表面活性剂在砂岩表面吸附特性的分子模拟

探索和研究表面活性剂在砂岩表面的吸附特性,对于正确选择表面活性剂及其使用浓度,开发新型、高效、功能型表面活性剂具有重要意义.采用Materials Studio(MS)软件,以二氧化硅作为理想岩层,以十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸钠两种油田常用表面活性剂为研究对象,建立了一个含水的多晶胞模型.通过动态模拟表明:十二烷基苯磺酸钠比硬脂酸钠更易发生聚集,使临界胶束浓度降低;温度稳定快,最终温度高;能量稳定慢,最终能量低.为今后油田用表面活性剂的选择和新型高效表面活性剂的开发提供了一种可借鉴的方法.

深水水基钻井液的配方优选与性能评价

研制了深水低温钻井液基本性能测试模拟实验装置,并通过实验优选了分别适合于深水浅层和深部地层钻进的2套钻井液配方。室内实验结果表明,这2套钻井液配方均黏度较低、流变性合理、携岩能力强,在15 MPa、4℃条件下能抑制水合物生成,即可用于1 500 m深水区进行钻井作业;抑制页岩膨胀的效果均较好,对不同性质泥页岩水化分散均有较好的抑制效果,有利于井壁稳定;抗膨润土和劣质土污染的能力都比较强,在分别加入5%的膨润土或加入10%的劣质土后,钻井液流变性、滤失性均变化不大;均具有较好的环境可接受性。

泥页岩水化应力实验方法与实验装置

分析了泥页岩水化应力产生机理及其影响因素,建立了泥页岩水化应力测试方法,并通过对原有实验仪器的改进,建立了泥页岩水化应力定量测定模拟实验装置,实现了泥页岩水化应力的定量测定。实验结果表明,提出的实验方法得当,使用的实验仪器平行性好,完全可以满足泥页岩水化应力的定量测定,为泥页岩水化应力定量测定和深入研究泥页岩井壁稳定机理提供了一种室内实验研究手段和方法。实验结果证明了水化应力的存在,其最大值出现在泥页岩与水作用一定时间后,为井壁周期性坍塌提供了解释依据。

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。