深层超深层钻井液技术研究进展与展望

系统论述目前国内外深层超深层钻井液技术研究进展,分析存在的关键问题并提出未来发展方向。针对深层超深层复杂油气层钻井过程中面临的高温高压高应力、裂缝发育、井壁失稳、钻井液漏失等问题,国内外学者研发了深层超深层抗高温高盐水基钻井液技术、抗高温油基/合成基钻井液技术、储层保护钻井液技术以及钻井液防漏堵漏技术,但仍存在抗高温高压和高应力能力不足、井壁易失稳以及钻井液漏失严重等关键问题。由此提出未来深层超深层钻井液技术的发展方向:(1)抗高温高盐水基钻井液技术需致力于提升高温稳定性,改进流变性能,强化滤失量控制,提高与地层的相容性。(2)抗高温油基/合成基钻井液技术需在高温稳定剂、流型调节剂等低毒易降解的环保型添加剂和相关配套技术方面进一步攻关。(3)储层保护钻井液技术应致力于新型高性能添加剂和材料的研究,通过引入先进的传感器网络和人工智能算法,完善实时监测技术。(4)钻井液防漏堵漏技术应更加注重智能化技术的集成与应用、高性能堵漏材料的研发与应用、多元化堵漏技术与方法的探索以及环境保护与安全生产意识的提高。

Research progress and development of deep and ultra-deep drilling fluid technology

The research progress of deep and ultra-deep drilling fluid technology systematically reviewed,the key problems existing are analyzed,and the future development direction is proposed.In view of the high temperature,high pressure and high stress,fracture development,wellbore instability,drilling fluid lost circulation and other problems faced in the process of deep and ultra-deep complex oil and gas drilling,scholars have developed deep and ultra-deep high-temperature and high-salt resistant water-based drilling fluid technology,high-temperature resistant oil-based/synthetic drilling fluid technology,drilling fluid technology for reservoir protection and drilling fluid lost circulation control technology.However,there are still some key problems such as insufficient resistance to high temperature,high pressure and high stress,wellbore instability and serious lost circulation.Therefore,the development direction of deep and ultra-deep drilling fluid technology in the future is proposed:(1)The technology of high-temperature and high-salt resistant water-based drilling fluid should focus on improving high temperature stability,improving rheological properties,strengthening filtration control and improving compatibility with formation.(2)The technology of oil-based/synthetic drilling fluid resistant to high temperature should further study in the aspects of easily degradable environmental protection additives with low toxicity such as high temperature stabilizer,rheological regulator and related supporting technologies.(3)The drilling fluid technology for reservoir protection should be devoted to the development of new high-performance additives and materials,and further improve the real-time monitoring technology by introducing advanced sensor networks and artificial intelligence algorithms.(4)The lost circulation control of drilling fluid should pay more attention to the integration and application of intelligent technology,the research and application of high-performance plugging materials,the exploration of diversified plugging techniques and methods,and the improvement of environmental protection and production safety awareness.

裂缝性地层桥接堵漏技术发展综述与展望

我国83%深层油气有待开发,向深层进军获取油气资源是保障国家能源安全的重大战略任务。而裂缝性地层井漏是制约超深层油气钻井的关键“卡脖子”难题。研发专用堵漏材料形成高效堵漏技术,提高深层裂缝性地层一次堵漏成功率,是钻井工程领域当前研究和实践的重点之一。桥接堵漏是裂缝性漏失地层最常用的堵漏技术之一。因此,本文对裂缝性地层桥接堵漏技术进行了详细的综述,概括了桥接堵漏材料的分类、作用机理以及桥接堵漏配方的设计方法和组成,阐述了提高裂缝性地层桥接封堵层稳定性的机制和承压堵漏机理,厘清了桥接封堵层的形成、破坏和结构演化机制。同时,展望了裂缝性地层桥接堵漏技术的发展前景,对于实现高效安全钻井、加快超深层油气开发进程、保障国家能源安全具有重要意义。

2-D智能纳米黑卡在低渗透油藏中的驱油性能评价

针对低渗透油藏渗透性差、孔喉狭小和岩层致密等特点,研制了片状2-D智能纳米黑卡驱油体系。研究了2-D智能纳米黑卡的微观结构、润湿性、界面性质、稳定性、乳化降黏性,通过一维岩心驱替实验考察了岩心渗透率、纳米黑卡浓度以及原油黏度对2-D智能纳米黑卡溶液驱油效果的影响。研究结果表明,纳米黑卡尺寸约为60 nm×80 nm×1.2 nm,其与油水界面形成"面-面"接触,界面作用极强。纳米黑卡比表面积大,能在水相中均匀分散,可发挥润湿反转、乳化降黏、降低界面张力、降压增注等多重功效。岩心驱替实验结果表明,岩心渗透率、纳米黑卡浓度和原油黏度对驱油效果均有影响。在岩心渗透率为25×10^(-3)μm^2、纳米黑卡加量为0.005%和原油黏度为25 mPa·s时,2-D智能纳米黑卡溶液的驱油效果较好,原油采收率增幅为18.10%。片状2-D智能纳米黑卡可充分发挥"智能找油"功能,适用于低渗透油藏提高驱油效率。图10表2参28。

2-D智能纳米黑卡稳定乳状液的机理

为揭示二维纳米片状材料(黑卡)对乳状液稳定性的影响,以扶余油田长春岭和三队区块原油为例,在水油体积比为7∶3的条件下,研究质量分数为0.005%的2-D智能纳米黑卡流体对原油乳状液稳定性的影响。通过稳定性分析仪和界面流变仪表征乳状液稳定性大小和界面膜强度,通过观察乳状液的微观形状和粒径分布分析黑卡增强乳状液稳定性的机理。研究结果表明,黑卡尺寸约为70×100(nm),厚度为0.65数1.2 nm。在原油和0.01%稳定剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)组成的乳状液中加入黑卡后形成Pickering乳状液,乳状液的析水速度变慢,乳状液的稳定析水率从75.71%数78.57%降至65.71%数72.86%;乳状液稳定性提高,稳定性指数(TSI)值由4.73数5.64降至2.71数3.84;乳状液膜的强度增强,体系流变学特征由黏性转变为明显的弹性。黑卡作用的Pickering乳状液的背散射光曲线可分为乳状液破乳区、过渡区和乳状液聚并区3个区域。黑卡能改变稳定剂亲水-亲油平衡,将W/O型乳状液转变为O/W型乳状液,形成液滴尺寸为0.1数5μm大小的乳状液,大幅降低原油黏度。黑卡同时具有亲水-亲油两亲性质,可通过自吸附定向排布于液膜上,增加液膜强度,提高乳状液稳定性。图21表3参22。

钻采工作液用聚丙烯酰胺溶液的表观黏度影响因素与分子链破坏机制

研究几种油田常见离子(Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Fe^(2+)、Fe^(3+)、S^(2-))以及溶解氧对聚丙烯酰胺溶液黏度的影响规律,考察聚丙烯酰胺分子链的破坏机制。结果表明:金属离子均会造成聚丙烯酰胺水溶液黏度下降,二价离子因使得聚合物发生分子内缩聚,导致分子链收缩,因而影响程度强于一价离子,其中以Fe^(2+)与S^(2-)对聚丙烯酰胺溶液黏度的影响最为显著;S^(2-)主要通过氧化降解反应机制,引发聚丙烯酰胺分子链断裂、聚合物溶液黏度下降;Ca^(2+)/Mg^(2+)、Fe^(2+)对聚合物凝胶黏度的影响规律类似,二价离子致使聚合物分子内缩聚,分子链收缩,聚合物黏度降低;Fe^(3+)主要是与聚丙烯酰胺分子链上的羧酸基团结合且难以再次电离,大分子链开始聚集,分子间产生交联-絮凝反应,导致聚合物溶液黏度下降。

缝洞型碳酸盐岩油藏岩溶储集体注氮气提高采收率实验

缝洞型碳酸盐岩油藏储集空间类型多样,形态复杂,在水驱过程中容易形成阁楼油和绕流油,采用气驱能够有效补充地层能量,提高剩余油的采出程度。为观察缝洞型油藏中注入气体的驱油动态,根据塔河油田实际地质资料和注采特征,依据相似性原则,设计制作二维缝洞型油藏可视化物理模型,开展缝洞型油藏岩溶储集体模型注气提高采收率实验研究。结果表明:以注气速度分别为20和5 mL/min进行驱替,宏观油水界面特征基本相似,在氮气驱替过程中会出现明显的气水同锥现象和气水协同效应;注气速度为20 mL/min下的最终采出程度约为70.5%,注气速度为5 mL/min下的最终采出程度约为78.9%,注气速度高易发生气窜,低注气速度可以延长注氮气时间,防止气体过早发生气窜,但是由于速度低,驱动能量低,氮气只能进入阻力相对较小的溶洞和裂缝中。因此,合理控制注气速度能够充分发挥气驱提高采收率的潜能。

氧化石墨烯对水泥基自流平砂浆性能的影响

通过氧化和超声波分散制备了浓度为7. 4 g/L的氧化石墨烯(GO)分散液,研究了不同GO掺量条件下硅酸盐体系自流平砂浆及其硬化体的流动度、凝结时间、力学性能和耐久性能,并借助XRD、SEM和MIP等手段分析其改性机理。实验得出GO的最佳掺量是0. 04%(质量分数)。在该掺量下,相比未掺GO的空白样,水泥基自流平砂浆的流动度与凝结时间稍有降低,28 d抗折、抗压强度和耐磨性能分别提高38. 9%、27. 7%和48. 8%。28 d试样的氯离子渗透性能较空白样降低了98. 5%。微观测试结果表明,氧化石墨烯能够促进硅酸盐水泥的水化进程,调控水泥水化产物的微观结构,从而提高水泥基自流平材料的力学性能和耐久性能等。

超分子凝胶形成机理及其在油气钻采工程领域应用现状和前景

超分子凝胶是通过非共价键相互作用自组装形成的具有可逆结构与高性能特征的凝胶网络体系。优异的机械性能、环境响应性以及自愈合能力使超分子凝胶在组织工程、生物材料以及工业生产方面起着举足轻重的作用。针对超分子凝胶在国内外的研究现状及应用情况,综述了不同非共价相互作用形成超分子凝胶的机理,并详细阐述了氢键、静电、主-客体以及配位键作用形成超分子凝胶的作用机制和性能特点。结合超分子凝胶的适用性及作用机理,系统介绍了超分子凝胶在钻井堵漏、提高采收率等油气钻采工程领域的应用现状。同时,对不同非共价相互作用形成超分子凝胶的形成机理和应用情况进行了分析总结,明确了目前超分子凝胶存在的关键问题,提出了未来超分子凝胶在油气钻采工程领域的应用前景。