复杂条件下新型加重材料对水基钻井液的影响

在能源安全备受重视的当下,石油与天然气资源在国计民生中的重要性不言而喻。在各个油田有利地质圈闭钻探殆尽的大背景下,复杂条件下的油气井钻探变得越发常见,钻井工作也迎来一些新的挑战。以高温高压为代表的复杂地质条件需要克服高地层压力带来的井喷风险,因此选用合适的加重材料对复杂条件下钻井所用的水基钻井液进行处理势在必行,例如渤海湾盆地的渤中19-6油田,因其目的层多为致密高压的中生界火山岩,在地层压力过大的情况下,势必要寻求新型钻井液加重材料确保钻井作业的安全与高效。选用氧化铁作为一种新型的加重材料加入水基钻井液中,系统研究了氧化铁作为钻井液加重材料,其质量浓度对水基钻井液的影响。将3种不同质量浓度的氧化铁加重材料分别加入100 L水中,制备高密度钻井液,并对钻井液密度、黏度与滤饼性能等进行了评价。将加入氧化铁加重材料的水基钻井液在120℃和3500 kPa的热环境下反应20 h之后,在50℃的温度下对其性质进行评估。实验结果表明,加入氧化铁加重材料的质量浓度与水基钻井液的表观黏度、塑性黏度、屈服点成正比关系。随着钻井液中氧化铁质量浓度的增加,单位面积受力(YP)/塑性黏度(PV)比值降低。滤饼厚度也随着氧化铁加重材料质量浓度的增加而增大,而滤饼孔隙率几乎保持恒定。

钻井液加重材料比表面积测试及吸附特性实验研究

深井超深井钻井过程中,为了平衡地层压力,需要在钻井液中加入加重材料。加重材料对钻井液中水分子和处理剂的吸附作用,会影响甚至恶化钻井液的性能。为了探究加重材料在钻井液中的存在形式及吸附特性,基于低场核磁共振,建立了液相条件下加重材料比表面积的测量方法。通过低场核磁共振法和粒度推算法,分析了密度为1.1~2.4 g/cm^(3)的水基钻井液中加重材料液相与干粉状态的比表面积及其变化规律。通过有机碳吸附和流变性测试实验,探讨了不同密度下加重材料的吸附能力。结果表明,不同密度下加重材料对不同处理剂的吸附能力不同。在密度为1.2、1.8和2.4 g/cm^(3)的500 mL钻井液中对磺化褐煤的吸附量分别为10.83、13.06和17.69 g,实验结果与低场核磁共振所得到的比表面积具有相关性。

分离加重材料时离心机的自适应控制研究

通过对加重材料的研究,建立数学模型,确定出分离加重材料时离心机的分离粒度;设计变频全自动闭环控制系统,根据钻井液的粘度、密度及工作时离心机的负载扭矩、振动的变化,通过实时数据采集,将其数据反馈给单片机;针对采集到的数据,用单片机中编制的C++程序进行判断,控制系统发出相应的处理指令,输出变频器频率和供浆泵流量,达到随着钻井液性能及离心机参数的变化,加重材料得到最有效分离的目的。

钻井液加重材料实时回收控制研究

针对油田加重材料不能及时回收,造成资源浪费的问题,设计了一套全自动闭环控制系统,设计了上位机的可视化界面,建立了上位机与下位机的串口通信,实现了上位机与下位机的数据交换、检测信号显示、工作参数的图形显示等,达到了实时控制。同时,设计了一套回收高密度钻井液加重材料的新型装置。现场试验表明,在控制系统与新型装置的配套使用下,对回收加重材料的含量进行采样,分析结果说明已达到高效回收的目标。

新型加重材料在大庆油田的试验与应用

大庆油田使用的ＪＧＮ－Ａ重钻井液体系，存在稳定性差、粘度和切力上升快、动塑比不理想等问题、使用新型钻井液加重材料──活化重晶石代替普通重晶石加重后，解决了ＪＧＮ—Ａ重钻井液存在的问题，同时还节省了加重材料、水、处理剂的用量，减少了重钻井液的排放量。文中介绍了活化重晶石的基本原理、室内评价和现场试验情况，认为活化重晶石具有广阔的应用前景和推广价值。

固井加重材料球形化技术研究

随着深井、超高压力地层钻井技术的成熟,高密度水泥浆在固井技术中的应用也越来越多。加重材料由于可以高效率的加重水泥浆体系,得到了较为广泛的关注,但常规加重材料在现场应用中存在着一些问题,制约着固井行业的发展。国外球形化加重材料微锰Micromax由于其特有的高性能,与常规材料对比显现出了其独特的优势。本文分析了目前常用加重材料所存在的缺陷和不足及,基于国内外相关研究,对球形化加重材料的优势进行了分析,阐述了固井加重材料研究的一种新思路。

高密度钻井液加重材料沉降问题研究进展

钻井液的密度对于地层的压力控制至关重要,而流变性和沉降稳定性控制是高密度钻井液技术存在的主要技术难点之一。传统的加重材料,例如API重晶石在高密度钻井液中存在严重的沉降问题,对钻完井作业造成严重影响。不同粒径、形貌和比重的加重材料对改善高密度钻井液的流变性和沉降稳定性有不同的作用。综述了对API重晶石沉降问题的研究现状以及作为替代API重晶石的微粉加重材料的研究进展。国内外的室内研究与现场应用表明,高密度的微粉加重材料可有效解决高密度钻井液的沉降稳定性问题,并且具有降低摩阻、当量循环密度等优点。但是,微粉加重材料也存在固相控制、泥饼清除困难,微粉颗粒团聚的缺点,研究学者针对这些问题已展开大量研究,并提出相应解决办法。

加重材料复配对高密度钻井液滤失造壁性的影响

研究了四氧化三锰与传统的加重材料(重晶石、铁矿粉)按不同质量比加重的高密度钻井液的滤失造壁性。实验结果表明,对采用相对单一的加重材料加重的高密度钻井液,当四氧化三锰与重晶石和铁矿粉按较优的质量比复配时,球形的四氧化三锰小颗粒对重晶石和铁矿粉大颗粒的充填效果较明显,得到的泥饼较致密。当四氧化三锰与重晶石、铁矿粉分别按1∶4和2∶3的质量比复配加重时,高密度钻井液滤失量小,而且泥饼渗透率较低。

不同加重材料对N80钢表面磨损的实验研究

对比考察了超微重晶石、普通重晶石、四氧化三锰与铁矿粉加重的高密度钻井液对N80金属表面磨损的影响;并利用扫描电子显微镜观察了磨损试件表面形貌;且利用表面粗糙度仪测试了表面粗糙度,探讨了不同加重材料的磨损机理。实验结果表明:超微重晶石对N80钢磨损量是普通重晶石的57.8%,四氧化三锰对N80钢磨损量是铁矿粉的43.8%。在高固相条件下,普通重晶石、超微重晶石、铁矿粉和四氧化三锰对金属表面的磨损主要表现为磨粒磨损、犁削作用、刨削作用和表面疲劳磨损。四氧化三锰和超微重晶石可以充填吸附在金属表面的凹凸处,可显著降低对N80钢表面的磨损程度,四氧化三锰可使得N80钢表面粗糙度降低到铁矿粉的50%。

一种钻井液加重材料回收系统研究

国内海洋钻井平台固控系统回收加重材料效果达不到预期,通过改进系统流程,细分清洁池功能,增配混配设备,设定流量监控设备等措施,为固控系统增加了一套加重材料回收系统,该系统回收效果好,能大幅降低钻井液成本,改善钻井液性能,为海洋钻井平台固控系统的优化设计提供参考。

新型钻井液加重化学剂在石油钻井中的应用

在石油钻井中,通过在钻井液中适当增添加重材料可以更好地控制井筒压力。传统的加重材料例如碳酸钙、重晶石等虽然可以有效地提升钻井液的密度,但是也同样会存在地层损坏、颗粒沉降、井筒腐蚀等一系列问题,亟需一种新型的钻井液加重材料保证石油钻井作业的正常进行。因为目标作业区使用油基钻井液,所以使用硫酸钙作为加重化学剂是一个较为良好的选择。硫酸钙作为一种成本低廉、较易制备的化学材料,在研究中通过密度、流变性、滤失量等多项实验将其作为油基钻井液的加重材料进行可行性研究,并与传统的加重材料(碳酸钙、重晶石等)进行比较,硫酸钙在实验中以3种不同质量浓度(0.06、0.120、0.165 mg·L^(-1))混合在基础钻井液中。结果表明:硫酸钙与在0.12 mg·L^(-1)的相同质量浓度下测试的其他加重材料相比,更好地控制了钻井液损失,证明硫酸钙是一种良好的钻井液加重材料。

四氧化锰加重水基聚磺钻井液研究

国外现场应用表明，对于密度在1．6g／cm^3以上的加重油基钻井液，用四氧化锰代替重晶石粉加重，能降低钻井液的当量循环密度。通过用黑锰矿粉、重晶石粉、超细碳酸钙和铁矿粉加重水基聚磺钻井液密度至1．6g／cm^3，测定了4种加重钻井液在1．2～1．6g／cm^3之间5个密度点的表观黏度和塑性黏度，分析了表观黏度和塑性黏度的变化趋势。模拟计算出了井深为4150m时的当量循环密度，表明黑锰矿粉在密度为1．46g／cm^3以上可以获得低于其它加重材料的当量循环密度。

微锰加重剂减轻钻井液对油气层损害研究的新进展

重晶石在储层段钻井液中使用时,会对储层带来损害,且后续作业很难恢复,而微锰(Micromax)作为高密度钻井液的新型可酸溶加重材料,目前已开始应用于储层段钻井液中。综述了微锰加重剂对储层保护钻井液性能的影响,并分析了微锰提高钻井液储层保护特性的机理。其均一、高硬度、高球度的颗粒特征,可以保证微锰侵入储层后具有良好的返排特性,可降低对储层的伤害。微锰还具有可酸化的特性,调研了适用于微锰酸化的酸液,并对比了酸化前后对储层渗透率的变化,通过优选合适类型、浓度的酸液,在酸化后可消除钻井液对储层的损害。

混凝土加重稳管在管道穿越水域中的应用

简要介绍了油气管道穿越水域工程，混凝土加重稳管的几种主要形式。预制混凝土马鞍加重块，现浇混凝土加重，预制混凝土连续覆盖层加重，装配式混凝土加重块的主要优缺点，适用条件。

加重悬浮剂Mn3O4已实现国产化

在钻进高压油气层时，为保持井眼稳定及井下安全，必须在钻井液中加入加重材料，以提高钻井液的密度。但是大部分加重材料如赤铁矿、钛铁矿、重晶石等，由于结晶结构及粉碎后颗粒状态的影响，难以在钻井液中稳定悬浮，从而导致加重钻井液难以保持体系稳定。为此，国外经过多年的研究与实践认为，Mn3O4是很好的钻井液、固井液加重材料，并生产出了代号为micromax的水分散型加重悬浮剂。

高密度钻井液在缅甸合作区块中的应用

针对中海油-缅甸合作区M区块地层孔隙压力和坍塌应力高等复杂情况,开展了高密度钻井液技术研究。分析了高密度钻井液技术难点:膨润土含量、抑制性、加重材料和沉降稳定性,优选出高密度钻井液配方,对其在不同密度下的常规性能、不同膨润土含量对钻井液流变性的影响、抑制性进行了室内实验。结果表明,所优选的高密度钻井液具有较好的流变性、沉降稳定性和抑制性。该高密度钻井液在RM19-3-1井的成功应用表明,该技术可在缅甸合作区M区块进一步推广应用。

超高温高密度油基钻井液研究与性能评价

深层超深层油气钻探中面临着超高温高压、高压盐水、巨厚盐膏层和泥页岩层等复杂地质条件,导致油基钻井液的乳化稳定性、流变、滤失损耗等性能极难调控。合成了不饱和酸酐接枝妥尔油脂肪烃基的咪唑啉酰胺类主乳化剂和辅乳化剂,选用抗高温增黏剂、流型调节剂、润湿剂和降滤失剂,采用API重晶石和超细硫酸钡复合加重,构建了超高温高密度油基钻井液配方。性能评价结果表明,该超高温高密度油基钻井液抗温达220℃,复合加重后流变性显著改善,密度最高可达2.8 g/cm3,可抗40%淡水、40%复合盐水、5%~10%泥页岩岩屑和5%~10%石膏污染;在65℃/常压~220℃/172.5 MPa下具有良好的流变稳定性和悬浮稳定性。该超高温高密度油基钻井液为深层超深层油气资源的安全高效钻探提供了技术支撑。

高温高密度水泥浆配方设计难点及对策

分析高温高密度水泥浆配方设计难点和水泥浆性能变化的影响因素,通过理论分析和实验设计,解决了高温高密度水泥浆配方设计难题,该技术对高温高压井固井水泥浆配方设计具有重要的指导意义。

有机盐钻井液的研究与应用

介绍了一种新型钻井液——有机盐钻井液的室内试验和在 5 70 3 1井的现场应用情况 ,结果表明 ,该钻井液流变性好、抑制性强、造壁性好、可提高机械钻速、保护油气层、对钻具无腐蚀、对环境无污染 ,具有广阔的应用前景。

矿物油基钻井液低剪切流变行为调节技术研究

为了提高有机土在低芳香烃含量矿物油中的凝胶性质,研制了不同结构的流型调节剂,并对矿物油基钻井液的常规性能、低剪切速率黏度、线性黏弹性和高温高压流变性进行了实验研究。结果表明,含有聚酯酰胺型(BZ-ORM-Ⅰ)、聚酰胺基胺型(BZ-ORM-Ⅱ)和烷氧基胺型(BZ-ORM-Ⅲ)等流型调节剂的矿物油基钻井液,在密度1.30g/cm3时,低剪切速率黏度较高,剪切速率为1.7s-1和0.17s-1时的黏度符合"动态沉降窗口"理论要求,矿物油基钻井液弹性模量G′大于黏性模量G″,聚酰胺基胺型与烷氧基胺型流型调节剂具有明显的协同作用,高温高压条件下动切力和低剪切速率动切力较高。同时含有酰胺基、胺基和烷氧基的流型调节剂主要调节矿物油基钻井液的凝胶结构,使之具有良好的悬浮性能,并保持合适的弱凝胶性质。