钻井液静切力对水平段固井顶替界面影响规律研究

水平封固段的固井顶替效果是水平井固井质量的关键问题,钻井液静切力是影响水平段固井顶替效果的重要参数。文章首先利用Gambit软件建立了300 m长水平段偏心环空数值模型,再利用Fluent软件基于国家超级计算中心天河一号计算平台,数值模拟隔离液顶替钻井液的过程。研究结果表明,在扶正器扶正条件和钻井液静切力调整允许时,尽量提高水平段套管居中度并降低钻井液静切力,可以达到理想的隔离液顶替效率与固井质量。当井眼条件差、扶正器下入困难时,降低钻井液静切力,可以大幅降低偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率和固井质量。当钻井液静切力较高不方便调整时,提高扶正器的扶正效果可以降低或抵消钻井液静切力对顶替的不利影响,提高隔离液顶替效率和固井质量。

固井钻井液零滞留临界静切力计算方法

针对窄压力安全窗口油气井固井采用低速塞流顶替的情况,在对水泥浆顶替钻井液的受力关系进行分析的基础上,提出了具体量化固井前调整钻井液静切力的计算方法。分析了钻井液零滞留临界静切力与密度差、水泥浆动切力、井眼与套管尺寸组合的关系。建议在固井施工中,尽量减少钻井液在井内的静置时间,因钻井液随时间的增加静切力要增加。在固井时,应尽量采用水泥浆密度大于钻井液密度的正密度差顶替方法,可提高顶替效率。

钻井液静切力与静置时间关系的触变方程

根据钻井液静切力与静置时间关系的特点,选用了各参数具有明确物理意义的触变方程,并给出了方程中各参数的计算方法。方程计算值与实验测得值的对比结果表明,所选用的触变方程可以较好地描述钻井液静切力与静置时间的关系。

涂料静切力及表面张力的研究

研制了涂料静切力和表面张力的测试装置。并利用它们测试分析了各因素对涂料静切力及表面张力的影响,进而探讨了静切力、表面张力与涂料其它工艺性能之间的关系。

非爆破机械钻进联合静力膨胀裂切技术应用研究

采用钻爆法进行非煤矿山巷道掘进的过程中,往往会产生诸多安全隐患。随着机械装备的快速发展,非爆破机械采矿逐渐成为非煤矿山开采的主流研究方向。为解决某矿山下向进路充填采矿时,首采层采场回采难度大、回采周期长、支护难度高和作业安全性差等问题,提出非爆破机械钻进联合静力膨胀裂切的技术思路。首先,通过数值模拟的方式进行机械钻进静态裂切孔网参数优化,确定裂切孔网方案,然后进行现场试验检验技术效果。结果表明,非爆破机械钻进联合静力膨胀裂切技术应用良好,能够切实解决矿山面临的生产难题。

坚硬顶板膨胀静力切顶技术研究

为了解决坚硬顶板难垮难落的问题,利用数值模拟对静力切顶进行分析,先对其切顶过程进行分析,后对切顶高度及切顶角度对切顶效果的影响进行分析,最终确定最佳切顶高度为6 m,最佳切顶角度为10°。将切顶参数应用于实践发现,膨胀剂在8 h完成水化反应,可对顶板实施致裂,端头支承应力得到有效控制,端头最大支承应力从26 MPa降低至17.58 MPa,膨胀致裂试验成功。

玄武岩纤维混凝土板冲切试验与承载力分析

为探究玄武岩纤维对混凝土板抗冲切性能的增强效果,基于我国现行规范对此类构件冲切承载力计算方法提出修正建议。以纤维体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%)与纤维长度(12 mm、18 mm)为变量,对7个混凝土板试件进行冲切试验,研究各参数对试件极限承载力的影响,建立经试验验证的有限元模型并进行扩参数分析。结果表明:玄武岩纤维混凝土板的极限承载力随体积掺量的增加呈先增大后减小的趋势,掺入长度为12 mm、18 mm的玄武岩纤维的试件较对比试件冲切承载力提升显著,最大提高幅度分别为40.9%和37.3%;纤维长度为12 mm,体积掺量为0.4%时,对混凝土板的抗冲切性能改善效果最佳。我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的冲切承载力计算值较试验结果偏于保守,考虑玄武岩纤维阻裂作用对临界截面周长的影响,对规范中的冲切承载力计算公式进行修正。

钻井液增粘提切剂YF-01的研制

以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为单体,根据自由基聚合反应原理,合成出增粘提切剂YF-01。考察了单体质量比、反应温度、引发剂用量、单体含量、反应时间等对其表观粘度和静切力的影响。结果表明,在单体质量比(AM:AMPS:DMDAAC)7:4:1,单体含量40%,引发剂用量0.15%,反应温度45℃,反应时间75 min最佳条件下,合成的增粘提切剂YF-01产品使泥浆表观粘度由56 mPa·s提高到211 mPa·s,初切力由4.078 Pa提高到12.365 Pa,终切力由4.699 Pa提高到13.897 Pa。

膨胀剂静力切顶卸压参数模拟研究

为了进一步提升沿空留巷技术的可实施性,对切顶卸压方法进行研究,利用数值模拟软件对静力切顶进行分析发现,在单孔加压下,模型的钻孔壁附近出现较大变形,随着距离钻孔壁越远,其变形量就越小,最大变形量为0.106 mm,最大应力值为125.7 MPa。而在多孔加压下,应力集中主要分布在加压孔双孔连接线及单孔径向位置,并在双孔周边形成最大主应力区。同时对切顶间距和角度进行分析,确定了最佳炮孔间距为0.8 m,最佳角度为65°,为后续静力切顶技术的应用提供了参考。

聚丙烯酸钾插层复合膨润土减阻触变泥浆制备、表征及应用研究

以膨润土、羧甲基纤维素钠、黄原胶、磺酸盐共聚物和聚丙烯酸钾为原料,与定量水经物理搅拌溶解,利用聚丙烯酸钾对膨润土的插层作用,制备出复合膨润土减阻触变泥浆,分析了其粘度、比重、含砂率、pH、滤失量等指标,采用X射线衍射图跟踪分析插层效果。结果表明,制备的减阻触变泥浆的比重为1.02,30min滤失量为10mL,相比不掺聚丙烯酸钾,触变泥浆片层大部分剥的层间距离增大了0.178nm。并在江苏某工程项目进行现场应用,通过流变性能测试结果,得出触变泥浆的静切力与动切力的值,然后计算出管节的摩阻力大小,验证了聚丙烯酸钾插层复合膨润土减阻效果,摩阻力降低了30%,为类型工程的顶管施工提供了工程和理论依据。现场困难,为类似工程积累了施工经验。

固井前钻井液性能调整及前置液紊流低返速顶替固井技术

结合油田现场施工作业 ,为提高顶替效率 ,提出了固井前钻井液性能地面调整及前置液紊流低返速顶替固井技术。在保证钻井液形成薄而韧的致密泥饼的基础上 ,固井前对其流变性能进行调整 ,降低钻井液动切力、塑性粘度、静切力 ,可降低流动摩阻压力 ,防止顶替过程中泵压过高压漏薄弱地层 ,并能有效除去大块钻屑 ,预防电测遇阻。在顶替钻井液时 ,采用前置液紊流冲洗、水泥浆低返速顶替固井技术 ,可以保证流动剖面层层推进 ,即控制钻井液的动塑比<前置液的动塑比 <水泥浆的动塑比 ,前置液的环空压耗 <领浆的环空压耗 <尾浆的环空压耗 ,前置液的雷诺数 >领浆的雷诺数 >尾浆的雷诺数。两项措施结合可有效提高冲洗效率与顶替效率 ,改善第二界面胶结质量 。

钻井液触变性评价方法的合理性探索

目前评价钻井液触变性的方法有静切力法、浮筒切力计法、滞后环法、滞后总能量法以及储能模量法, 它们都或多或少地存在着一定的局限性。选用聚磺、聚合物以及三磺钻井液体系,通过实验验证了目前通用的评价钻井液触变性的方法——静切力法的合理性,考察了热历史和静置时间对钻井液静切力的影响。研究结果表明:钻井液体系经热处理后,其静切力都有不同程度的降低,并在钻井液结构恢复的过程中保持这一特性,但最终的触变性变化不大。单从触变性这一角度出发,钻井液受热历史的影响不大;在40 min以内随静置时间的延长,3 种钻井液体系的静切力一直增加,且还有进一步增大的趋势,在静切力曲线上有两个急剧增加的阶段,第二个急剧增加阶段一般出现在10 min之后,因此10 min时的静切力无法真实地反映钻井液最终切力的大小,现行静切力法不能真实地评价钻井液的触变性。

聚合物类钻井液触变性评价方法对比实验分析

钻井液触变性是钻井液的重要特征之一。通过实验对两性离子聚合物体系,复合离子聚合物体系,聚磺体系钻井液进行分析对比。重点讨论钻井液的常用评价方法——静切力法和触变环法的优缺点,并对这两种评价方法进行分析对比做出合理性探索。还对目前已有的其他触变性评价方法和机理作简要分析和探讨。

钻井液触变性影响因素分析

触变性是钻井液的重要特性之一，本文应用３种测定表示方法分析了粗分散钻井液和两性离子聚合物钻井液的触变性及其影响因素。表明结构类型、膨润土含量、处理剂类型、加量及静置时间对钻井液触变性的影响。

深井重泥浆弱凝胶工艺技术初探

重泥浆强凝胶体系对钴井会产生不利影响。笔者结合川东地区的实际情况,分析了重泥浆强凝胶形成的原因和重泥浆弱凝胶的形成机制,提出了形成重泥浆弱凝胶体系的核心和设计原则,总结出了一套以正确使用泥浆添加剂并配合强有力的固控措施为主的成套深井重泥浆弱凝胶工艺技术,介绍了这套技术在川东地区的应用情况。实践证明,少用甚至不用泥浆降粘剂就可获得并维持尽可能低的静切力,使τ_s,10s为0.5—6Pα、τ_s,10min为2—12.5Pα。

泥浆在桥梁桩基础施工中有关问题的分析

在钻孔灌注桩施工中,正确使用泥浆是一个重要环节.本文从泥浆的作用、静切力、引动流速等分析入手,阐述在钻孔灌注桩施工中,泥浆浮悬钻渣的原理,以及施工中应注意的几个问题.

改性聚脲作为钻井液触变性改良剂的实验研究

触变性是钻井液的重要特征之一,通过研选一种水性液体材料改性聚脲,作为钻井液触变性改良剂进行相关测试。先对不同加量改性聚脲的水溶液进行静切力和触变环测试,选择适宜钻井液切力较为合理的比例2%,添加到无固相、细分散、不分散等钻井液体系中,测试其对钻井液触变性及失水量、粘度、润滑性等主要性能指标的影响,结果显示其能实现良好的触变作用,较好体现了“快的弱凝胶”中静置“快凝”搅拌后“弱强度”的特点,对动塑比、失水量、润滑性均具有不同程度的改良,测试悬浮重晶石粉效果稳定,特别与含膨润土的钻井液协同作用良好,能明显降低滤失量。整体评估,改性聚脲可在常温下作为一款钻井液触变性改良剂使用,同时对其触变机理进行了分析。

有机酸盐水溶液流变特性研究

有机盐水溶液可用于钻完井作业的工作液,但因流变性特别是高温流变性研究存在一些争议影响其推广应用。利用RS-150高温流变仪,分别测定了Weigh2水溶液密度为1.25、1.26、1.29、1.30和1.32 g/cm^3,温度在25、65、80、95、110、125℃下的500多个数据。研究认为Weigh2水溶液为塑性流体,得到宾汉模式本构方程,相关系数较高,相对误差较小,适应性较好;实验证实了Weigh2水溶液静切力的存在,为现场良好的悬浮能力提供了证据;发现任何密度溶液超过90℃时,塑性黏度趋于7 mPa·s,存在"塑性黏度高温趋同"现象。