硅酸盐钻井液体系的研究与应用

硅酸盐钻井液被普遍认为是最具发展前景的水基钻井液体系之一。为更好地解决井壁失稳的问题 ,近年来 ,国内外一些研究机构将研究开发重点转向具有良好防塌性能 ,不污染环境 ,材料费用低等优点的硅酸盐钻井液体系。着重阐述了硅酸盐模数、加量、有机处理剂的类型、pH值等因素对硅酸盐钻井液体系性能的影响。同时 ,对一种优质硅酸盐钻井液———SILDRIL体系的组成、性能及现场应用情况进行了讨论 ,为今后进一步应用好该体系提供了经验。

硅酸盐钻井液体系在鄂尔多斯盆地东胜气田的应用

鄂尔多斯盆地东胜气田二叠系石千峰组、石盒子组发育大段泥页岩,在钻井施工中井壁失稳现象频发。结合东胜气田地层特征,分析井壁失稳原因,研究硅酸盐的封堵性和抑制性,优选形成硅酸盐钻井液配方,并对其抑制性及封堵性进行实验研究。研究结果表明:(1)石千峰组、石盒子组泥页岩中黏土矿物平均含量为56%,以伊蒙混层为主,伊利石次之;泥页岩原生层理及微裂缝,黏土矿物中伊利石、蒙脱石的水化膨胀性能差异是井壁失稳的主要原因。(2)自主研发的硅酸盐钻井液体系具有较强的抑制泥页岩水化膨胀的能力,较强的微小裂缝封堵能力;当该体系中硅酸盐的模数为2.8~3.0、加量3%、p H值维持在11以上时,硅酸盐钻井液的抑制效果更好;同时该体系中的硅酸盐与地层矿物反应生成絮状沉淀,可封堵地层微小裂缝和孔隙,阻止滤液深度侵入,维持了井壁稳定。(3)通过在东胜气田两口井的现场试验,达到了环境保护和井壁稳定的目的,取得了较好的应用效果。该研究成果为其他类似地质条件钻井液的应用提供了借鉴经验。

硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合体系的力学性能研究

采用硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥互混,旨在利用硫铝酸盐水泥快速水化生成的钙矾石及高水化热提高硅酸盐水泥的早期强度。研究了硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥按照不同比例混掺的力学性能以及无水石膏和超细碳酸钙对水泥复合体系的力学性能影响。研究结果表明,低掺量的硫铝酸盐水泥会导致水泥复合体系的抗压强度降低;无水石膏能有效缓解硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥混掺后的抗压强度下降,且当硫铝酸盐水泥掺量为10%,无水石膏的最佳掺量占比为硫铝酸盐水泥的20%;超细碳酸钙也能改善复合体系的力学性能,最佳加量为20%,但增强效果低于无水石膏;碳酸锂对于硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合体系的力学性能同样能起到良好的促进作用。

苏丹六区KCl/硅酸盐钻井液体系的研究与应用

苏丹六区出于节约成本的考虑,将部分三开井身结构改为两开结构,不同压力系数和特性的地层处于同一裸眼段内,造成原有的钻井液技术已经不能满足钻井作业的需要,容易发生井塌和井漏的问题。为此,根据地层特性,对原有的钻井液技术进行改进,通过大量的室内实验和现场试验,研发出一种实用的KCl/硅酸盐钻井液体系。新体系可将上部地层的承压能力提高至1.25 g/cm3,实现了窄密度安全窗口下的安全钻进;通过有效控制钻井液固相含量,克服了硅酸盐钻井液流变性难以控制的缺点,实现了钻进过程中钻井液体系的稳定转化。新的KCl/硅酸盐钻井液体系解决了井身结构改变后长裸眼段内不同地层性质和不同压力体系下出现的井塌和井漏的问题,减少了体系转化所需时间,大大降低了废弃钻井液的排放量,缩短了钻井周期,节约了材料成本。

硅酸盐体系钻井液在页岩气探查井中的应用研究

页岩气地质勘探中主要工作对象为泥页岩,在地质探查井钻进过程中,局部软弱孔段经常出现缩径、垮塌、埋钻等现象。针对湖北地区页岩气勘探主要地层情况,分析硅酸盐体系钻井液的作用机理,通过大量的室内试验,优选出适合页岩气勘探井硅酸盐体系钻井液的泥浆配方;在泥页岩的钻井施工中验证硅酸盐泥浆具有护壁、防塌效果和优良的抑制性。

复合醇盐水钻井液体系的研究与应用

大庆油田松辽盆地北部2500 m以内的中浅层井使用的水基钻井液均存在不足,突出表现为体系的抑制性差,井径扩大率大,井眼不规则;为了稳定井壁不得不提高钻井液密度,因而影响了油气层的发现和保护。为此开发了复合醇盐水钻井液体系,该体系主要由3种不同浊点的聚合醇、抗盐降滤失剂、增粘剂、超细碳酸钙、甲酸钾及甲酸钠组成。室内研究与现场应用结果表明,复合醇盐水钻井液体系具有优良的页岩抑制性,井眼规则,稳定性好;抗温可达160℃;具有较好的润滑性能和较高的膨润土容量限;保护油气层效果好;该体系使用的聚合物易生物降解,不会造成对环境的污染,对钻具腐蚀性小。

石膏品种对硅酸盐—硫铝酸盐复合体系水泥性能的影响

在试验研究不同石膏品种对硅酸盐—硫铝酸盐复合体系水泥凝结时间、标准稠度需水量、强度等性能影响的基础上,探讨了石膏品种对硅酸盐—硫铝酸盐复合体系水泥性能的影响机理。结果表明:二水石膏对该种复合体系水泥的缓凝作用比硬石膏明显,硬石膏易引起复合体系水泥急凝和需水量增大。石膏品种对硅酸盐—硫铝酸盐复合体系水泥强度的影响较复杂,与水泥体系中含铝矿物及其水化溶液中SO42-离子浓度有关;在蒸馏水和饱和石灰水中,二水石膏的溶解速度比硬石膏快,溶解度比硬石膏低。推导证实,石膏的溶解速度和溶解度是决定硅酸盐—硫铝酸盐复合体系水泥性能的主要因素。

高贝利特水泥熟料与硅酸盐水泥熟料复合体系的性能研究

研究了HBC熟料与PC熟料复合体系适宜的石膏种类、掺量及最佳粉磨细度 ,复合后的HBC -PC熟料复合体系具有较低的水化热、良好的后期强度及强度增进率。

缓凝剂对磷建筑石膏-普通硅酸盐水泥复合体系性能的影响及其机理研究

磷建筑石膏(β-HPG)力学性能差,凝结硬化快,已有研究表明用普通硅酸盐水泥(OPC)替代部分β-HPG可改善其力学性能,但对此复合体系工作性能的调控作用及机理研究尚不明确。本文探讨了三种缓凝剂对β-HPG-OPC复合体系性能的影响,通过测试凝结时间和抗压强度来表征性能变化,通过分析水化热曲线、电导率曲线、XRD谱和SEM照片来讨论作用机理。研究结果表明,三聚磷酸钠(STPP)对复合体系基本无缓凝作用,蛋白质类SC缓凝剂(SC)和柠檬酸(CA)的缓凝作用均较好,其中SC对初凝时间的延缓作用较好,CA对终凝时间的延缓作用更佳。CA使二水石膏晶体的形貌发生改变,导致体系抗压强度显著降低;SC对二水石膏晶体的粗化作用使体系形成相对致密的微观结构体,对抗压强度影响较小。研究结果将为β-HPG-OPC复合体系工程应用提供重要参考,有助于推进β-HPG在工程中的高附加值利用。

磷硅酸盐对三元复合驱油体系传输和转向能力的影响

三元复合驱是最具应用前景的提高采收率技术之一,但采出液所引起的采油设备腐蚀和结垢问题制约着该技术的大规模推广应用。SJT-B助剂是一种磷硅酸盐化学添加剂,具有良好的缓蚀防垢和降低界面张力的效果。为考察聚合物—SJT-B助剂—活性剂DQ和聚合物—SJT-B助剂复合驱油体系的传输和转向或调剖能力,开展了相关物理模拟实验研究。结果表明,与聚合物溶液或普通三元复合驱油体系相比,添加SJT-B助剂后二元和三元复合驱油体系的传输能力减弱,转向能力增强,表明SJT-B助剂还具有较强的调剖能力。

油基钻井液高效除硫体系优化实验

目的解决川东北含硫气藏在钻井过程中存在的H2S污染油基钻井液、H2S溢出造成的安全风险问题。方法建立了H2S污染油基钻井液室内评价方法和评价参数,优选了油基钻井液用高效除硫剂和复合除硫体系配方。结果除硫效果优异的单剂为液体除硫剂YT-1、碱式碳酸锌JD-2、醇醚酰胺CLC,饱和度分别为56.48 mg/g、21.13 mg/g、5.8 mg/g,高温老化除硫率分别为90.10%、82.60%和75.23%,与油基钻井液配伍性良好。优化形成的复合除硫体系配方4%(w)YT-1+2%(w)JD-2,在质量浓度为75 mg/L的H2S污染油基钻井液后,出口质量浓度达到0.015 mg/L所用时间仅为1.21 min,加入复合除硫体系后,该时间则达到171.8 min。污染后的油基钻井液高温老化后H2S质量浓度为0.078 mg/L,加入复合除硫体系后,H2S质量浓度为0 mg/L,除硫率达100%。结论除硫单剂协同作用提高除硫效果,为川东北地区高含硫地层“安全、高效”钻井提供了技术保障。

粉磨方法对硅酸盐-硫铝酸盐复合体系水泥性能的影响

采用球磨、辊压磨、立磨3种不同的试验磨,研究了粉磨方法对硅酸盐-硫铝酸盐复合体系水泥颗粒特性及性能的影响。研究结果表明:在比表面积基本相同的情况下,不同粉磨方法制备的复合体系水泥样品具有不同的粒径分布,立磨水泥平均粒径最小,3￣30μm颗粒所占比例最大(为60.05%),有利于水泥性能的发挥;粉磨方法对复合体系水泥的标准稠度用水量、凝结时间及力学强度均有影响,立磨样品标准稠度用水量较大,凝结时间较短,力学强度较高。

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合胶凝体系水化性能和机理研究

对普通硅酸盐(P·O)-硫铝酸盐(R·SAC)复合胶凝体系的凝结时间、胶砂强度进行了分析,利用等温量热仪、综合热分析仪(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等从水化速率及水化产物微观形貌等方面分析了复合胶凝体系的水化机理。结果表明:当R·SAC掺量约为10%时,复合胶凝体系的凝结时间相比P·O明显缩短,早期强度提高幅度较大,同时也能获得较大幅度的后期强度增长,力学性能较纯组分水泥性能优越。复合胶凝体系的早期水化速率和放热量高于单组分水泥。随着R·SAC的掺入,复合胶凝体系的水化产物中钙矾石(AFt)增多,Ca(OH)2晶体减少,且AFt的生成量越多,越有利于早期强度的发展,当R·SAC掺量超过30%时,Ca(OH)2消失。

适用于川西地区的硅酸盐钻井液研究

井壁失稳问题是钻井工程中经常遇到的难题。在掌握川西地区井壁失稳特征基础之上,选取该地区具有代表性的岩心进行试验,有针对性地研制出了一套适用于该地区地层的硅酸盐钻井液体系。室内研究表明:所形成的钻井液体系具有流变性好,温度稳定性能强,抑制封堵性好,抗盐、钻屑污染能力强等优点,能够满足川西地区硬脆性泥页岩底层的钻井需要。

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合胶凝体系混凝土的力学性能研究

在硫铝酸盐水泥(SAC)混凝土中分别掺入10%、20%、30%、40%、50%的普通硅酸盐水泥(P·O),对复合胶凝体系混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度等基本力学性能进行试验分析。结果表明,随着P·O掺量的增加会降低复合胶凝体系混凝土的早期抗压强度,但有利于后期抗压强度的提高,其中P·O掺量为30%时28d抗压强度最佳。纯SAC混凝土的劈裂抗拉强度后期会产生倒缩现象,通过掺加P·O后,复合胶凝体系混凝土后期的劈裂抗拉强度随着P·O掺量的增加得到恢复并逐渐提高。利用扫描电子显微镜(SEM)对部分试样进行分析测试,展现出的微观形貌特征与强度特性相吻合,并从微观角度解释了硫铝酸盐水泥混凝土劈裂抗拉强度倒缩的原因。

普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系的制备及性能研究

根据设计配比,制备了普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系。通过改变普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的质量比、水胶比和减水剂用量等参数,采用净浆流动度、凝胶时间、结石率、抗压强度和竖向膨胀率等实验,探究了普通硅酸盐-硫铝酸盐水泥复合凝胶体系的性能影响因素。结果表明,当硫铝酸盐水泥的用量为70%(质量分数)、水胶比为0.5、减水剂用量为0.5‰(质量分数)时,复合胶凝体系的流动度最大,达320 mm,可注性好;其初凝和终凝时间分别为6和14 min,凝胶时间短;其结石率为100%,28 d竖向膨胀率约为0.14%,无需二次注浆;其28 d抗压强度为43 MPa,加固强度高。适量的硅灰和硅渣的掺杂可以提高复合胶凝体系后期的抗压强度、抗折强度和流动度,当硅灰掺量为10%(质量分数)时,复合胶凝体系3和28 d的抗压强度、抗折强度出现了峰值;当硅渣掺量为15%(质量分数)时,复合胶凝体系28 d的抗压强度和抗折强度达到最高;当硅渣掺量为10%(质量分数)时,复合胶凝体系流动度达到334 mm。

高性能硫铝酸盐-硅酸盐复合胶凝体系的制备及性能研究

根据实验配比,制备了硫铝酸盐-硅酸盐复合胶凝体系,通过XRD、SEM、TG-DTG和力学性能分析等对复合胶凝体系进行了表征,探究了不同硫铝酸盐掺量下复合胶凝体系的物相结构、显微形貌、热性能和力学性能。结果表明,硫铝酸盐-硅酸盐复合胶凝体系中主要检测到Ca(OH)_(2)、Mulite、钙矾石(AFT)、水硫铝钙石(Kuzelite)、单硫型硫铝酸钙(AFm)和Ca_(3)SiO_(5)等产物相,随着硫铝酸盐掺量的增加,体系水化产物中Ca(OH)2的峰均有降低趋势;不同硫铝酸盐掺量的复合胶凝体系的结构致密性相差不大,随着硫铝酸盐掺量的增加,大量针状的钙矾石(AFT)的含量明显增加,块状的Ca_(3)SiO_(5)含量减少;所有复合胶凝体系的失重曲线规律较为相似,且掺杂硫铝酸盐水泥的体系的失重率均明显高于不掺杂的试样;随着硫铝酸盐掺量的增加,复合胶凝体系在1,3和28 d的抗压强度均呈现逐渐增大的趋势,当硫铝酸盐的掺量为25%(质量分数)时,复合胶凝体系在28 d的抗压强度达到了最大值49.3 MPa,相比在1 d时36.5 MPa,增加了35.1%。

复合盐钻井液体系研究及应用

复合盐强抑制润滑钻井液是一种适应全程小循环钻进,有效控制井径,显著减少废弃钻井液排放量的钻井液体系,该体系在上部地层通过氯化钙钻井液实现小循环施工,目的层前加入氯化钠、氯化钾等无机盐进一步增强钻井液的抑制性。该钻井液抑制能力强、护壁性好、固相容量大、亚微米颗粒含量低、低滤失、润滑性好、适应性广、易转换,能有效控制井径,从而保证固井质量,有效保护储层。

高密度复合盐钻井液体系在义184区块的应用

利用高密度复合盐钻井液体系具有良好的流变性、抑制性、护壁性、抗温性、较强的抗金属离子污染能力以及抗油气污染能力、液相黏度低、固相颗粒级配合理等性能成功地解决了义184区块二开小循环钻进上部地层造浆严重、东营组上部造浆严重而底部易坍塌、长裸眼井下部地层定向脱压、沙三段油泥岩水化坍塌的难点,克服了沙四段密度窗口窄,易出现反复交替的油气侵和井漏的难点。现场应用证明,高密度复合盐钻井液体系性能稳定。