水合物地层用2014-纳米sio2钻井液低温性能实验研究

1414科学技术与工程 震 震等:水合物地层用纳米O2341Fig.1ceaticiagramoftheexerietaltmforgashydrateforation 物综合模拟实验系统主要由可编程高低温试验箱、气液加注与压力控制系统反应釜和等系统组成。实验过首先将配制好的纳米SiO2至不同的低温点然后在恒温箱内通过计、ZNN-D6型旋转黏度计钻滤失仪页岩膨胀仪

合物沉积层钻井时通常将钻的循环温度控制围内测试所研制的纳米SiO2钻的常规性能以实验过首先将配制好的钻放置在带水浴槽的搅拌器中进行低温水浴搅拌通过电子温度计实时监测钻温度变化当钻温度降至所需温度点时进行相关性能测试。实验结果如表1图2和图3所示。表1纳米O2钻在不同温度下的常规性能参的水合物生成抑制性进试(1)采用海水配浆。由于海洋钻井作业远离陆地淡水成本较高因此需因地制宜采用海水配浆尽量降低生产成本;(2)钻在低温条件下应具有良好的流变性和泥页岩水化抑制性能够有效悬排钻屑清洁井底

ale1Thepropertyofnano-O2fluidatdifferentterrs密度密度塑性黏度静切力T/()(/(/61.6.1.5/1.6.31.7.1.5/1.6.01.9.1.66.31.10.2/2.6.61.11.2.56.

(3)钻在低温高压条件下应具有良好的水合物生成抑制性以防止地层中水合物分解气进入钻循环系统后重新生成水合物而堵塞循环管路，结合钻性能的设计要求经过大量实验最终获得一种适合海洋含水合物地层钻井用纳米SiO2钻:海水+2%纳米SiO2+3%膨润土+1Na-CMC3SMP-21PVP(K90)2l。纳米O钻低温性能评

由表1可见随着温度的降低 的密度塑性黏度切力和滤失量都有增大的趋势但是变化幅度不大说明在此温度范围内钻的低温流变性能比较稳定在钻井过不会因为井内温度的局部变化而产生较大的波动。多年钻井实践表明，钻的动塑比对于钻悬浮和排出岩屑具有重要意义是评价钻 性能好坏的一个重要技术指标。动塑比越高钻 的剪切稀释性就越强就越有利于携带和排出岩屑及清洁井底能够有效避免岩屑在井底沉降导致重复破碎有利于延长钻头使用和提高钻进效率。为了保证钻在较高剪切速率和较低剪切速率下均能有效携带和排出岩屑钻的动塑比应控制在0.6～0.48之间为宜［14］。2在－6～+6℃范围内米SiO2钻的动塑比介于(.44～.464)，说明该钻能够较好地。图2纳米O2钻在不同温度下的动塑ratioofnanoO2drillingfluidatratioofnanoO2drillingfluidat

此外由表1不难发现随着温度降低所研制纳米SO2钻的密度和滤失量出现增大的趋势，但是变化较平缓没有出现较大幅度的性能波动说明该钻在实验温度范围内性能稳定能够在井内持续提供较为稳定的液柱压力并降低钻对井壁附近地层的渗透有助于井壁稳定和保障钻井安全。由此可见所研制的纳米SO2钻在低温条件下具有适中的密度良好的流变性和较低的滤失量滤饼厚度适中且韧性好有利于合理控制井内的温度和压力使井壁附近地层中的水合物不致大量分解从而井壁稳定。纳米O2钻泥页岩水化抑制性评裂等严重钻井事故。由此可见在钻设计之初即需考虑泥页岩水化抑制性的要求并进行预先评关联而所研制的纳米SiO2钻在－6～+6℃范围内滤失量变化很小为了节省实验工作量和时间将实验温度选为4℃。实验过分别将钻井4℃然后恒温冷却半小时。待温度完全稳定之后，测试页岩的线膨胀率实验持续16h。实验结果如表2和图4所示。2le2Theshaleexpansiont钻线膨胀率2468 10121416清6.14.27.33. 36.39.39.40.图3纳米O2钻在不同温度下的触变g

纳米O

3. 7. 8. 9. 10. 11. 11. 11.drillingfluidatdifferent评价钻裹挟岩屑能力不仅要看动塑比还需注意触变性。所谓钻触变性是指搅拌后钻变稀静置后又变稠的性质反映钻空间网架结构的恢复能力通常用终止静切力与初始静切力之差来表示钻触变性的强弱1］。由图3可见在－6～+6℃范围内所研制的纳米SO2钻井液的触变性随着温度降低而逐渐增大。当温度低于0℃时该钻的触变性明显增大但是当温度介于－6～－3℃之间却基本上不变说明该钻在低温条件下具有良好的空间网架结构恢复能力有

由表2可见在相同的实验条件下清水和纳米SO2钻中的泥页岩的水化膨胀效果从实验之初就出现了明显的差异而图4则更直观地描述了页岩在清水和纳米SO2钻中线性膨胀的发展趋势。整个试验过经纳米SO2钻浸泡的泥页岩线膨胀率明显小于在清水中的线膨胀率而且这种差异随着时间的增加而愈发明显。在初始2h和终止时(16h)经纳米SO2钻浸泡的泥页岩线膨胀率分别为3.5%和11.8%比经清水浸泡的相应值减少了48.53和70.86。此外，4可直接发现随着时间的推移清水中的泥页岩线膨胀率趋向于大幅度增长而纳米SiO2钻中的泥页岩线膨胀率却逐渐趋于不变尤其是在10图 g．4Thetrendofshalelinearexpansioninateranddrillingfluidh之后变化很小而在14～16h之间则变化甚微可以认为泥页岩的水化膨胀近于停止。实验结果表明，所研制的纳米SiO2钻具有良好的泥页岩水化膨胀抑制性能够较好地井壁稳定。纳米O钻水合物抑制性试在含水合物地层钻井时由于地层原始的温度和压力平衡被打破近井壁地层中的水合物不可避免要发生部分分解。分解产生的气体进入钻循环系统并随之流动一旦温度和压力条件适中将会在钻循环系统中重新生成水合物堵塞循环管路甚至严重钻井事故。因此在钻井过，不仅要实时控制井内的温度和压力尽量使井壁附近地层中的水合物少分解还要向钻中添加适量的水合物生成抑制剂防止因水合物分解而溢出的气体在钻中重新生成水合物。结合现有的实验系统采用定容法进行水合物生成抑制实验1218a1200m1800m水深的压力初始温度设定为4℃并采用螺旋管水浴装置全程恒温冷却实验持续时间为20h。实验过首先开启恒温水浴箱并将温度设定为4℃使箱内的反应釜和钻冷却至4℃与此同时将100L纳米SO2钻在水浴槽中恒温冷却至4℃后注入反应釜中然后通入甲烷气体并加压至实验所需的压力，在4℃的高低温试验箱内恒温反应20h由系统实时显示反应釜内温度和压力的变化。在此过如果在某个时间段内出现温度急剧上升和压力急剧下降的现象即可认为在钻中有水合物生成反之则认为无水合物生成即钻对水合物生成具有良好的抑制性能实验结果如图5所示。由图5可以看出在整个实验

5g的温度和压力没有发生剧烈变化可见连续反应20h在钻中没有水合物生成表明所研制的纳米SO2钻具有良好的水合物生成抑制性能够有效井壁附近地层中水合物分解产生的游离气体在钻循环系统中重新生成水合物。经过20h，虽然压力稍微降低了一些即反应釜内的甲烷气体减少了一部分由于温度并没有发生明显变化说明减少的那部分甲烷气体并不是生成了水合物而是溶解到了钻之中。此外在整个试验过，通过可视化窗口实时观察反应釜内钻的变化，并没有发现钻中有水合物生成进一步验证了反应釜内并没有水合物生成。由此可见所研制的纳米SO2钻在低温高压条件下具有良好的水合物生成抑制性能够长时间地抑制甲烷气体在钻循环系统中重新生成水合物对于保障钻循环系统畅通和井内安全具有重要意义。(1)所研制的纳米SO2钻在－6～+6℃条件下具有良好的流变性滤失性和适中的密度利于在井内形成合理的钻流型和液柱压力保。(2)所研制的纳米SiO2 岩水化膨胀和水合物生成抑制性在钻井过能够长时间抑制井壁地层中泥页岩的水化膨胀地层中水合物分解气进入钻中重新生成水合物从而堵塞钻循环管路有利于保持井内安全能够满足在深海含水合物地层钻井的要求。(3)在今后的研究中应重点研究纳米材料在钻中的作用机理尤其是研究纳米材料对钻井液空间网架结构的影响以便更合理地设计纳米钻参考文献宁伏龙，蒋国盛，张凌，等影响含天然气水合物地层井壁稳定的关键因素分析．石油钻探技术，2008;36(3):5961ngFulong，JiangGuosheng，ZhangLing，et． factorsaffectingwellborestabilityingashydrateons．PetroleumDilngTechniques，2008;36(3):5961 华于守平．海域天然气水合物的形成及其对钻井工程的影响．石油钻探技术，2007;35(3):9193WuHua，ZhouDeyong，YuShou．Gashydratefoationanditsinfluenceonoffshoredrillingpns．umingTechniques，2007;35(3):9193刘天乐，蒋国盛，涂运中，等．新型水基聚合醇钻性能评价石油钻探技术，2009;37(06):2630LiuTianle，JiangGuosheng，TuYunzhong，etlLabtestsonanovelwaterbasedpolyglycoldrillingud．PetoleumngTechniques，2009;37(06):2630王辉，王．纳米技术在钻中的应用探讨．钻与完，2005;22(2):5053ngHuiWanga．Dicuionontheapplicationofnnrscienceandtechnologyindrillingud．ngFluid＆CpnFluid，2005;22(2):5053彭振，王中华，等．纳米材料在油田化学中的应用．精细石油化工进展，2011;12(7):812

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