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孙金声院士防漏堵漏攻关团队潜心钻研钻井科学问题创新突
破恶性井漏重大难题
李梅
【期刊名称】《中国高新科技》
【年(卷),期】2022()19
【摘要】油气安全是我国能源安全的重要组成部分,是国家经济高质量发展的重要保障。
我国石油和天然气对外依存度居高不下,2021年石油和天然气对外依存度分别高达72.0%和44.4%,远超国际公认50%的安全警戒线,严重危及国家能源安全,
亟须提升油气勘探开发力度,把能源的“饭碗”端在自己手上。
钻井是建立地面与
油气藏连通通道的唯一途径,是油气勘探开发的核心工程。
但钻井过程中井漏导致
的井下复杂问题严重制约钻井速度,影响勘探开发进程,损害油气储层,降低油气产量。
【总页数】4页(P5-8)
【作者】李梅
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.钻井工程中井漏防漏堵漏技术研究
2.钻井工程中井漏防漏堵漏技术研究
3.教育部哲学社会科学重大攻关项目“中国民营经济制度创新与发展问题研究”通过中期检
查4.钻井恶性井漏的预防和堵漏技术之浅析5.生命科学学院郑术芝/孙大业团队在植物细胞内热信号转导机制研究中取得重大突破
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影响钻井钻速主要因素分析及提速提效方法研究钻井钻速是评估钻井效率的重要指标，它不仅直接影响着钻井成本，还与井下地层情况、钻井工程设计、钻井液参数等因素有密切关系。
因此，钻井钻速提高是一项很有意义的研究。
本文分析了影响钻井钻速的主要因素，并提出了相应提速提效方法。
1. 钻井液与泥浆的参数选择钻井液与泥浆是影响钻井钻速的关键因素之一，应根据地层情况选择最合适的液体参数。
通常情况下，若井壁稳定性差，钻井时可采用化学钻井液或高压过滤性钻井液，增加井壁支撑能力。
当地层较硬、钻头磨损较大时，应选用高浓度和低黏度的泥浆液，增强冲刷效果。
此外，合理设定井深参数、控制漏失量以及做好固井工作都能提高钻井钻速。
2. 钻头的选择与设计钻头的选择和设计也是影响钻井钻速的重要因素。
在选择钻头时应考虑地层硬度、可靠性和寿命等因素。
合理的钻头设计能够降低钻头磨损和损坏，提高钻井效率。
例如，钻头设计中加入垫片结构，可有效减少钻头与井壁间的摩擦力，提高钻井进度。
3. 钻具的使用与维修钻具的使用和维护也是提高钻井钻速的重要因素。
使用新的钻具可降低钻头卡钻、插头断裂等问题，提高钻头寿命。
同时，及时对钻具进行维护保养也能减少钻具磨损和故障率，提高钻井效率。
例如，对密封器进行定期更换、清理井口、防止冲击和减少钻具震动等方法都能有效提高钻井钻速。
4. 操作技能和管理操作技能和有效管理也对钻井钻速有着重要影响。
操作人员应熟练掌握钻井相关知识和技能，做好相关操作流程、及时应对钻井现场突发状况，有效避免和处理故障，提高钻井效率。
同时，现场管理也是提高钻井钻速的关键因素之一，应合理划分工作，提高现场作业效率，降低维护和升级成本。
在提高钻井钻速的过程中，需要综合考虑以上因素，并制定相应的提速提效方法。
对于各因素而言，合理选择钻具和钻头、掌握钻井液参数、保养钻具等操作技巧都是提速提效的重要手段。
同时，在钻井现场管理方面，加强作业人员技能培训、作业规范管理和现场维护等措施都能有效提高钻井钻速和效率。
钻井工程的提高钻速技术研究随着科技不断进步和工业化的发展，石油和天然气已经成为了我们现代生活不可或缺的能源来源。
而钻井工程作为开采石油和天然气的基础工程领域，其钻速的提高一直是行业的发展方向和难点之一。
本文将探讨当前钻井工程中钻速技术的发展趋势和研究进展。
一、前言钻井作为一项复杂而重要的能源领域工程，其钻速的提高对于开采成本和效率的提升具有非常重要的意义。
为此，我们需要采用一种高效的方式，来加快钻进速度，同时保证钻井安全和井口质量的稳定。
而实现这一目标，主要需要从以下几个方面进行技术革新和研究。
二、钻机设备的改进目前市场上的大多数钻机设备在钻探过程中，存在着一些不可避免的瓶颈限制，例如电站功率不足和旋转速度限制等。
因此，在当前的技术条件下，技术人员需要在设备改进上下一番功夫，以达到提高钻速的目的。
设备的升级与改造，主要表现在两方面。
第一，需要利用先进的控制系统和传感器来实现钻机设备的自适应控制，以提高钻探作业的安全性和钻速。
而第二方面则是稳定性的提升，如电站稳定性以及钻杆精度的改进等。
三、钻头材料的创新钻探钻头是钻井过程中的一个关键部件，其工作效率和性能直接影响着钻速和钻井效果。
因此，在钻探工程中，研发新型钻头材料是钻速提高的关键点之一。
当前的钻头材料主要分为两类：硬质合金钻头和钻石钻头。
其中，硬质合金钻头具有适应范围广、寿命长等特点，但其钻速受到限制。
而钻石钻头虽然钻速快，但其成本较高，且易受到环境和地质条件等影响。
因此，技术人员需要进一步改进和创新钻头材料，以达到更高的稳定性和效率。
四、钻井液的优化钻井液是钻井工程中不可或缺的部分，其作用不仅仅在于冷却和润滑钻头，还需要承担起与地层化学反应和防止钻井液污染等方面的功能。
因此，在提高钻速方面，优化钻井液的配方和性能也是非常关键的。
在目前的钻井液中，主要存在一些问题，比如粘度过大和流体速度不稳等。
因此，技术人员需要开发出低粘度和高流动性的新型钻井液，并通过化学和物理学的方式来优化其性能，使得其能够高效而稳定地满足钻井工程的需要。
基于油基钻井液提高钻速的原理与方法基于油基钻井液提高钻速的原理与方法随着石油勘探与开发的不断深入，油基钻井液的应用也越来越广泛，成为重要的石油工业化学品之一。
油基钻井液是一种由稳定钻井液基础油配合添加剂、填料和其他助剂等组成的液体系统，其表现出的性质和性能中高温、高压下都有优良表现。
在油基钻井液中选用不同的添加剂和填料可以提高钻井速度、降低钻井风险以及延长钻头使用寿命等效果。
本篇论文将从理论和实际操作的角度来探讨基于油基钻井液提高钻速的原理与方法。
一、原理油基钻井液在钻井作业中的作用有很多，其中促进钻头钻进岩石是最主要的功能之一。
在油基钻井液中，使用油基液代替水使得钻头和岩石之间的摩擦系数大大降低，从而大幅度提高了钻井的效率。
其次，在油基钻井液中加入特定的填料和添加剂，可以形成一定的物理和化学反应，从而增强钻井的过程。
例如，钙基填料有助于提高油基钻井液的流变性，减小上部液压力，使得泥浆更容易流动，进而提高钻井速度。
此外，添加卡脱泥则能减小岩屑的大小，降低沉积物的黏着力，非常适合用于碳酸盐岩的钻井。
二、方法1.选用合适的基础油选择合适的基础油是油基钻井液工艺设计的最开始步骤，钻井需要的润滑和冷却性能、封孔和悬浮性能及其它性能都是基础油的性质决定的。
轻质的矿物基或合成基础油通常会具有较高的闪点，并且氧化稳定性良好，采用时需要严格控制；而在高温下哇型基础油则不再适用。
针对不同的钻井条件，需要选择对应的基础油。
2.针对不同岩石选用不同的填料不同的填料在油基钻井液中起到的作用各有不同，因此，根据钻井地质条件选择适合的填料，有助于提高钻井液的性能，进而提高钻速。
常用的填料有可移动填料、湿性填料、陶土、铁矿等。
3.添加剂和助剂的选择添加剂主要是用于改变油基钻井液性能的一种组成，可将油基液的粘度、密度等物理性质加以改变，以适应不同的钻井条件。
例如，添加抗泡沫剂可提高钻井液的稳定性；添加抗滑爬剂可以减少钻井液对井壁的滑爬，从而提高钻速。
钻井液管理控制对提高机械钻速的作用影响机械钻速的因素包括地层复杂程度、钻井液、钻井设备的性能以及钻压等，本文主要探讨钻井液的管理控制对机械钻速的作用。
机械钻速是影响钻井速度的主要因素之一，而钻井液在提高机械钻速方面发挥着愈来愈大的作用。
钻井液对提高机械钻速的贡献，分析钻井液对机械钻速的影响，并介绍了大庆油田的钻井液使用概况以及国外先进的钻井液技术。
标签：钻井液；管理控制；机械钻速随着科学技术的不断发展，抗高温水包油钻井液、抗高温油基钻井液以及抗高温有机硅钻井液等均得到了广泛的运用，使得钻井液在高温的油井下性能也不会受到影响。
随着各种钻井液的不断研发，如何通过对钻井液的管理控制来提高机械钻速成为大家高度重视的问题。
1 钻井液管理控制对机械钻速的影响1.1 滤液渗透作用对机械钻速的影响钻井过程中由于钻压太高会产生的一种压持效应，就是在钻井过程中使用钻头将井底的岩石破碎的时候，会产生正压差作用，由于正压差作用的影响，钻屑不能跟随钻井液一起循环进出，岩石在被破碎的过程中产生的微裂缝会出现真空状态，导致钻头对岩石造成重复破碎。
而利用钻井液的滤液渗透作用，可以及时填充岩石破碎过程中产生的微裂缝，从而使破碎的石屑及时带走，避免了压持效应。
不仅如此，当钻井液通过滤液渗透作用到达岩石的表面时，岩石的表面强度受到破坏，很好的帮助钻头将岩石破碎。
1.2 亚微米颗粒含量对机械钻速的影响钻井液中亚微米颗粒的含量也会对机械钻速造成较大的影响，在钻井过程中，将钻井液中的亚微米颗粒含量减少，钻井时间可以有效减少，机械钻速得到了大大的提高。
一般情况下，将钻井液中亚微米颗粒含量从27%降到20%，其池的钻井参数保持不变，机械钻井的速度可以得到之前的井音，值得注意的是，在油田开采的过程中，应该根据油田的实际清况对每口油井都进行现场测试，从而找出不同地质参数的油井钻井液的最佳亚微米颗粒含量。
1.3 钻屑快速吸附作用对机械钻速的影响在钻井过程中，由于钻头对地层的切割作用会产生大量的钻屑，这些钻屑应该是跟随者钻井液在油井中的循环从油井中携带出来的，但是，如果钻头遇到的地层是具有膨胀性和豁胜的时，在钻井过程中产生的钻屑会产生陕速吸附钻头的作用，从而是钻头不能正常工作。
钻井过程中泥球形成的影响因素探讨刘海水;王超;魏子路;钟超【摘要】Fast drilling technology has been of great interest to drilling contractors of most oilfields,but the problem of gumbo ball formation has often happened during fast drilling,especially for drilling active soft shale. This paper discusses the influential factors of gumbo ball formation during drilling process. The results show that there are several factors influencing the formation of gumbo ball. The internal factors include mineral and grain composition, surface properties of cuttings. The external factors include particle distribution of cuttings, cuttings and bentonite content in drilling fluid,inhibitory of drilling fluid.%针对在钻遇大段活性软泥页岩过程中由于钻速快导致钻屑形成大量泥球问题,室内研究了钻井过程中泥球形成的影响因素.结果发现,除了钻屑的粘土矿物组成和钻屑的表面性质等固有因素外,钻屑的颗粒级配、钻井液中钻屑和膨润土的含量、钻井液的抑制性能等是影响泥球形成的外部因素.【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2011(028)008【总页数】4页(P70-73)【关键词】活性软泥页岩;钻屑;泥球;形成机理;影响因素【作者】刘海水;王超;魏子路;钟超【作者单位】中海油服油化事业部塘沽基地,天津300452;中国石油长城钻探工程有限公司钻井液公司,北京100101;中海油服油化事业部塘沽基地,天津300452;江汉石油管理局江汉采油厂采油四队,湖北潜江433122【正文语种】中文【中图分类】TE254.3随着钻井技术的不断提高，很多油田在开发过程中都成功地实施了快速钻井，取得了突破性的成功。
影响钻井钻速主要因素分析及提速提效方法研究【摘要】钻井钻速是评价钻井效率的重要指标，影响因素复杂多样。
本文通过对钻速影响因素的分析，包括地层特征、钻井液性能、钻具选择与使用以及钻井工艺与操作等方面进行研究。
通过总结提速提效方法，探讨技术创新对钻速提升的推动作用，进一步分析了经济效益。
研究意义在于为提高钻井效率提供参考，提供了实用的技术指导和经济效益分析。
本文对钻井工程的提速提效方法进行了深入研究和总结，可以为相关工程技术人员提供有益参考和借鉴。
【关键词】钻井钻速、影响因素、地层特征、钻井液性能、钻具选择、钻井工艺、操作方法、提速提效、技术创新、经济效益、钻具使用、钻井操作、钻井技术、地层特点、地质条件、钻井液、钻井设备、钻井过程、技术改进、效率提高、成本降低。
1. 引言1.1 背景介绍随着石油勘探与开发的不断深入，钻井工程在整个石油生产过程中扮演着至关重要的角色。
钻井钻速是评价钻井效率和成本的一个重要指标，直接影响着整个开采过程的进度和效益。
在复杂多变的地质条件下，如何提高钻井钻速成为了当前石油行业面临的重要挑战之一。
钻井钻速受多种因素的共同影响，包括地层特征、钻井液性能、钻具选择与使用、钻井工艺与操作等。
了解这些影响因素，并通过技术创新和提速提效方法的研究，有助于优化钻井过程，提高钻井效率，降低成本，实现经济效益最大化。
本文将对影响钻井钻速的主要因素进行深入分析，并探讨如何通过技术创新推动钻速提升，以及对提速提效方法进行总结和经济效益分析，为提高钻井效率和优化石油生产作出贡献。
1.2 研究意义钻井钻速的提高对于油田开发具有重要的意义。
钻井钻速的快慢直接影响着钻井周期和成本，因此提高钻速可以有效缩短钻井周期，降低钻井成本，增加油气产量，提高油田开发效率。
钻井钻速的提高也可以减少钻井过程中的事故风险，提高施工安全性。
随着油田勘探开发的深入，地质条件和井深都在不断变化，对钻井钻速的要求也越来越高。
研究钻井钻速的影响因素及提速提效方法，对于优化钻井工艺，提高作业效率，降低成本具有重要的意义。
我国钻井液技术难题、新进展及发展建议孙金声;王韧;龙一夫【期刊名称】《钻井液与完井液》【年(卷),期】2024(41)1【摘要】系统地梳理了超深/特深层、非常规、深水、干热岩、极地、天然气水合物等复杂地层钻探过程中面临的钻井液技术难题,探讨了关键科学问题与核心工程难题,结合近年来的钻井液技术进展,介绍了钻井液技术最新进展。
针对复杂地层钻井过程中遇到的高温高压高盐、泥页岩水化严重、井壁失稳、大温差、井漏、储层损害,以及钻井液维护自动化程度低等问题,国内外学者研发了抗高温高盐水基/油基钻井液、恒流变钻井液、抗超高温泡沫钻井液、环境友好型超低温钻井液、智能温压响应承压堵漏材料、可降解储层保护材料、钻井液在线监测与自动加料系统等关键材料、体系与装备。
但随着地质、工程环境愈加复杂,钻井液材料仍面临抗超高温高盐、超长时间稳定、防塌固壁、恶性漏失以及钻井液性能自动化调控等重大技术瓶颈。
为满足复杂地层钻探过程中钻井液性能需求,未来还需深入研究钻井液处理剂在极端条件下的起效/失效机理,钻井液处理剂在微观-介观-宏观等不同尺度下的构效关系变化及作用机制,建立安全高效的钻井液多功能一体化调控方法,构建智能钻井液理论与技术,为实现复杂地层安全高效经济环保钻井提供关键技术支撑。
【总页数】30页(P1-30)【作者】孙金声;王韧;龙一夫【作者单位】中国石油集团工程技术研究院有限公司;中国石油国家卓越工程师学院;油气钻完井技术国家工程研究中心【正文语种】中文【中图分类】TE254.3【相关文献】1.我国通用航空发展面临的难题及对策建议2.我国互联网银行发展的现状、难题和建议3.我国自强自立高质量发展"四个基础"面临的科学理论难题与对策建议4.国内钻井液技术现状与发展建议因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
快速钻进钻井液技术新进展
屈沅治;孙金声;苏义脑
【期刊名称】《钻井液与完井液》
【年(卷),期】2006(023)003
【摘要】综述了近年来国内外快速钻进钻井液技术的发展现状,分析了添加ROP 增速剂的快速钻进钻井液技术的作用机理.快速钻进钻井液应有好的流变性、润湿性、低固相含量及合适的分散性.在水基钻井液中,通过添加ROP增速剂来提高钻速的机理是在钻井液原有的流变性、固相含量及分散性的基础上,大大改善其润滑性,从而降低扭矩来实现的.提出了新型快速钻进钻井液设计中应注意的问题.
【总页数】3页(P68-70)
【作者】屈沅治;孙金声;苏义脑
【作者单位】中国石油勘探开发研究院,北京;中国石油勘探开发研究院,北京;中国石油勘探开发研究院,北京
【正文语种】中文
【中图分类】TE254.3
【相关文献】
1.YJ1-4井快速钻进钻井液技术研究 [J], 张国强
2.神木双山区块安全快速钻进钻井液技术 [J], 崔贵涛;罗勇;董宏伟;贾俊;李宝军;郑玉辉
3.快速钻进钻井液技术新进展 [J], 李小刚
4.白马区块快速钻进钻井液技术 [J], 李挺;郭双斗;李秀明
5.塔河油田新三级结构井快速钻进钻井液技术 [J], 杨禄明;王西江
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文章编号:1001-5620(2009)02-0001-06提高机械钻速的钻井液理论与技术研究孙金声1杨宇平1,2安树明1苏义脑1(1.中国石油集团钻井工程技术研究院,北京;2.中国石油勘探开发研究院博士后流动站,北京)摘要 通过对钻井液影响机械钻速的因素进行分析,提出了提高机械钻速钻井液的理论途径及处理剂的分子结构和钻井液性能要求,研制出了提高机械钻速的快速钻井剂K SZJ 。
通过进行表面张力、吸附效应、压持效应以及对微米及亚微米粒子、钻井液润滑性能、岩心强度的影响等实验评价了K SZJ 的性能。
在射流钻井模拟实验装置上用不同硬度的岩石进行的实验结果及在吐哈油田、塔里木油田、青海油田、华北油田、吉林油田及新疆油田等的30余口井进行的现场实试结果表明,提高机械钻速的钻井液技术能够将机械钻速提高18%以上,并能够有效解决井壁失稳及减少起下钻过程中的阻卡情况,提速提效效果显著。
关键词 钻井液;机械钻速;吸附;快速钻井剂;润湿性;压持效应中图分类号:T E254文献标识码:A提高机械钻速是目前深井超深井钻井过程的迫切要求。
影响机械钻速的因素主要有钻头、地层性质、机械、钻头水力因素及钻井液性能等几个方面[1]。
通过几十年的研究,发展了通过优选钻头(PDC 钻头)、优化水力参数、高压喷射、欠平衡钻井等一系列提高机械钻速的技术,钻井液性能(包括密度、流变性、滤失性、固相含量、固体粒径、分散性以及润滑性等)对机械钻速的影响的研究也取得了许多成果,并已应用于指导钻井液性能设计及现场施工,对提高机械钻速起到了重要作用[2-4]。
但关于钻屑颗粒对钻头的吸附效应、钻井液的压持效应及钻井液对岩石强度的作用等影响机械钻速的钻井液理论与技术的研究尚有待深入。
1 钻井液性能影响钻速的理论分析1.1 钻屑吸附钻头对机械钻速的影响钻屑颗粒吸附钻头表面严重影响机械钻速。
在钻遇泥页岩地层时,很容易发生钻屑吸附(泥包)钻头的现象,导致钻头端面承担部分钻压,限制钻头的切削深度,井底钻头与岩石的作用效率不高,造成钻屑重复破碎。
在高压下钻深井泥页岩时,钻屑颗粒吸附钻头对机械钻速的影响更大。
随井深增加,钻屑具有更强的弹性特性,硬、软页岩特别是黏、膨胀性页岩,在压力的作用下增强了其在钻头表面的吸附强度,从钻头表面移走钻屑的剪切力大大增加。
研究表明,从钻头侧面移走钻屑比从钻头前面剪切地层所需的剪切应力要大。
1.2 压持效应对机械钻速的影响压持效应严重影响机械钻速。
当钻头牙齿钻入地层切下岩屑时,其周围造成裂缝,此时若要使切削下来的岩屑尽快上举就必须有足够的液体填充裂缝,否则就会形成瞬时真空。
填充的液体一种来源是流入裂缝及岩屑孔隙的钻井液或滤液。
机械钻速随着此裂缝被液体所充填的速度而发生正比变化。
如果引入一种不改变造壁性和压持压力(钻井液密度)、但能加速钻井液或滤液进入裂缝及岩屑孔隙而降低压持效应的技术,则可以有效地提高机械钻速。
1.3 钻井液改变岩石强度对机械钻速的影响降低岩石强度可以提高机械钻速。
钻井过程中地层与钻井液接触的瞬间,岩石强度发生变化,如果钻井液能在瞬间有效降低地层岩石强度,即可大幅度提高机械钻速。
当然,地层岩石强度的降低不能牺牲井壁的稳定性。
此外,提高钻井液的润滑性、降低扭矩及减少钻井液中的微米、亚微米粒子也有利于提高机械钻速。
基金项目:中国石油天然气集团公司应用基础研究项目(06A20403,08A 20403)及钻井新技术推广项目(2008G-5207)资助。
第一作者简介:孙金声,博士,1965年生,中国石油集团钻井工程技术研究院钻井液研究所副所长,中国地质大学(北京)工程技术学院兼职教授。
地址:北京市学院路20号910信箱钻井液所;邮政编码100083;E -mail:sunjinsheng@ 。
第26卷第2期 钻 井 液 与 完 井 液 V ol.26No.22009年3月 DRILLING FLUID &COMPLET ION FLU ID M ar.20092提高机械钻速的钻井液的理论途径2.1提高机械钻速的钻井液性能要求在钻井过程中钻屑中的黏土矿物易于水化,所有的黏土都会吸水膨胀,且黏土矿物吸水膨胀的程度与黏土矿物的种类有关[5]。
黏土的水化膨胀受到3种作用力的影响,即表面水化力、渗透水化力和毛细管作用。
钻屑中黏土矿物在钻具、井壁及钻屑之间的吸附可以使高能界面转变,使体系总能量降低,因此,钻屑吸附钻具是必然的。
在高压差条件下,这种情况更为严重。
因此,要减少或消除钻屑中黏土矿物在钻具、井壁及钻屑之间的吸附,必须改变钻屑中黏土矿物、钻具、井壁的表面性质,降低其表面张力。
有效的方法是在钻井液中添加一种或几种能在黏土矿物、钻具、井壁上强烈吸附并改变其润湿性能、有效降低其表面张力的化学处理剂,使钻屑、钻具及井壁表面的润湿性能向减弱亲水方向变化。
润湿性能的变化可以减弱单个钻屑之间的相互吸附结合,限制带状物的尺寸,阻止裂缝的复原、带状物的附聚,而附聚物易沉积井底,造成重复破碎;提高剪切位面与单个岩屑的渗透性和润滑性,使它们更容易破碎。
处理剂应具有强渗透性,能够渗透到吸附在钻头上的泥团产生的裂缝表面进而改变其表面吸附性,改变岩石及其孔隙内部的润湿性,能够把已经吸附了黏土的钻头、钻具表面润湿,降低表面对黏土颗粒的吸附性,使黏土从钻头、钻具表面解吸。
通过处理剂在岩石表面吸附以及向岩石孔隙内部渗透,改变岩石表面及孔隙内部的润湿性,降低岩石的表面张力及岩石的毛细管力,使钻井液更容易渗入钻头冲击井底岩层时所形成的微裂缝中,减小压持效应;同时,钻井液能在与地层接触的瞬间有效降低地层岩石强度,提高岩石可钻性,提高机械钻速。
此外,通过处理剂在金属表面形成润滑油膜提高润滑性、减小扭矩,从而能够有效提高机械钻速。
2.2快速钻井处理剂的分子结构要求根据提高钻井机械钻速的钻井液性能要求,处理剂的分子结构必须具有以下特征:具备强吸附基团(羟基、羧基、胺基、酰胺基及磺酸基等),并具有选择性在金属表面定向吸附功能极强的吸附基团,如磷酸基;有较长的多官能团分子链以及较长的烃基侧链,既能提高分子的定向吸附能力,又能在分子吸附到钻具、钻屑、井壁上后,使它们的表面润湿性能从强亲水向弱亲水方向转变。
3快速钻井剂KSZJ性能评价根据以上提出的快速钻井处理剂的分子结构要求,研制出了快速钻井剂KSZJ,并对该处理剂的性能进行了评价。
实验用现场模拟钻井液配方如下。
4%膨润土+0.1%80A51+0.5%胺盐+1% SPNH+1%FT-1+0.5%XY-273.1KSZJ对岩石润湿性的影响选取易吸附钻头的泥页岩岩心作研究对象,将岩心平均分割成5等份,分别用KSZJ质量浓度不同的水溶液、4%钠膨润土浆、现场模拟钻井液抽真空注入,然后做干燥处理,用OCA20型视频接触角测定仪测水滴在岩石的润湿接触角,通过透镜成像并录像,然后由计算机程序拟合计算出接触角,结果见图1。
实验结果表明,水滴到岩石上后迅速展开,不能形成水滴,其接触角为零,由此可以说明该岩石为强水湿类型;随着水溶液、4%钠膨润土浆、现场模拟钻井液中KSZJ浓度的增大,岩心的接触角增大,其润湿性由强亲水向弱亲水方向转变。
钻井液润湿性向弱亲水方向的改变有利于减弱或消除钻屑颗粒在钻头、钻具表面的吸附。
图1K SZJ对钻井液接触角的影响曲线3.2KSZJ对钻井液表面张力的影响将不同浓度的KSZJ加入到清水、4%钠膨润土浆及钻井液中,用JK99B型全自动表面张力仪测定其表面张力,结果见图2。
结果表明,随着KSZJ浓度的增大,体系的表面张力均降低,即KSZJ可以降低岩石的毛细管力,使钻井液更容易渗入钻头冲击井底岩层时所形成的微裂缝中,减小压持效应。
图2KSZ J对钻井液表面张力的影响曲线2钻井液与完井液2009年3月3.3 吸附效应实验评价3.3.1 KSZJ 对黏土的吸附模型图3是KSZJ 在黏土上的吸附动力学曲线,图4是KSZJ 的平衡吸附量与平衡浓度的变化关系。
实验结果表明,吸附量随时间的变化曲线在吸附初期上升很快,说明此时的吸附速率很高,吸附主要发生在吸附初期。
如图5所示,Langmuir 模型的拟合相关系数为0.99378,如图6所示,Freundlich 模型的拟合相关系数为0.93121,因此Langmuir 等温式更适合描述KSZJ 处理剂在黏土上的吸附行为。
由此证明,KSZJ在黏土上的吸附属于单分子层吸附。
3.3.2 X 射线光电子能谱表征金属在不同浓度KSZJ 水溶液中的表面吸附状况的表征分析结果表明,加入KSZJ 的钻井液与基浆相比,XPS 扫描全谱明显具有了KSZJ 的特征峰。
由此可以证明KSZJ 在金属表面存在有效的吸附。
利用X 射线光电子能谱溅射的方法分析了吸附层的厚度,约为200nm 。
该吸附层为疏水膜,有利于减弱或消除钻屑颗粒在钻头、钻具表面的吸附。
3.3.3 黏附聚集实验观察钢棒在钻井液中热滚后的黏土吸附状态,结果见图7。
由图7可以看到,钢棒在基浆中热滚16h 后黏土吸附或泥包的程度非常严重;同样的实验条件下,逐渐提高KSZJ 加量,吸附(泥包)现象明显减弱,当KSZJ 的加量为0.5%时,黏土不再吸附。
原钢棒基浆0.1%KSZJ 0.2%KSZJ 0.5%KSZJ(未加KSZJ)图7 钢棒在不同钻井液中热滚后的黏土吸附状态3.4 压持效应实验3.4.1 毛细管自吸参比实验用KSZJ 与另外2种润滑表面活性剂RHJ1和RH J2在泥页岩岩心上进行毛细管自吸参比实验,结果如图8和图9所示。
图8 处理剂自吸速率比较由图8和图9得知,KSZJ 的自吸速率和自吸孔隙的吸水量都优于另外2种处理剂,即在改变钻井液3 第26卷第2期 孙金声等:提高机械钻速的钻井液理论与技术研究的初失水方面,KSZJ 的能力比RH J1和RH J2要强,这说明KSZJ 更好地改善了井底岩石表面的润湿性,增大了钻井液的初失水,从而可减小钻井液对井底岩石的压持效应,有利于达到提高钻井机械钻速的目的。
图9 处理剂自吸孔隙体积比较3.4.2 毛管力曲线参比实验用KSZJ 与RH J1和RH J2在泥页岩岩心上进行毛管力参比实验,结果见图10。
图10 不同处理剂毛管力曲线毛管力曲线中间平缓段是主要的进液段,大部分湿相(钻井液)在该压力区间进入岩心,故湿相饱和度增大很快而相应的毛管压力变化不大。
毛管力曲线中间平缓段越长,说明处理剂进入岩心的分布越均匀,并能够瞬间尽可能多地侵入岩心;平缓段位置越靠下,说明处理剂所遇的毛管阻力越小,能够迅速进入岩心空隙。
由图10可以看到,KSZJ 溶液相比另外2种处理剂溶液更易进入岩心,初失水能力更强。
由图11可以看到,KSZJ 加量为0.5%的钻井液比其加量为0.2%的钻井液的初失水能力强。
