生物降解型水平井钻井液研究

论文摘要

水平井技术已经成为油气开采中的关键技术之,而有“钻井工程血液”之称的钻井液特别是水平井钻井液技术更是钻井液技术领域研究的热点和难点。相对于直井和常规定向井,水平井对钻井液的技术要求更为严格和苛刻,尤其表现在井眼净化能力、降摩阻、稳定井壁、防漏失和储层保护等方面。同时,随着世界各国包括我国环境保护意识日益增强,钻井液所带来的环境问题日益受到重视,尤其是在环境敏感地区,如海洋、湖泊和内河等,相应的环境法规和制约也越来越严格。因此,研究和开发环境友好的、符合水平井钻井作业要求的钻井液技术势在必行。论文依托中国海洋石油总公司科技攻关项目“水平井钻井液技术研究”和湖北省自然科学基金项目“泥页岩水化膨胀特性和防膨机理研究”,针对水平井钻井液中的关键技术,根据钻井水力学理论和钻井液流变学理论,开发出水平井钻井液关键处理剂,在此基础上构建出水平井钻井液体系,并对水平井钻井液流变性、润滑性、失水造壁性和抑制性等进行了研究与分析;运用生化耗氧量法和发光细菌法研究了水平井钻井液体系和其添加剂的生物可降解性和生物毒性;对利用生物酶降解钻井液技术以及影响酶降解效果的因素展开分析和研究;对生物酶降解钻井液机理进行了研究。通过研究取得以下主要技术成果:1.根据水平井井眼净化理论和钻井液流变学理论,研制出水平井钻井液关键处理剂;根据储层保护理论构建出无固相弱凝胶水平井钻井液体系;系统分析和研究了钻井液性能。（1）根据水溶性聚合物抗盐理论,开发出增稠效果优异而且耐盐的多糖类增粘剂VIS;（2）根据胶体化学理论,选择具有“浊点”效应的聚合醇作为水平井钻井液的防塌润滑剂。（3）根据储层保护理论,构建出无固相弱凝胶钻井液体系:配浆水+0.1%NaOH+0.2%Na2CO3+0.7%增稠剂VIS+2.0%降滤失剂DFD+3%聚合醇润滑剂JLX,用可溶性盐调节密度。（4）无固相水平井钻井液呈现出快速弱凝胶特性;流变性能独特,具有较高的动塑比和很高的低剪切速率粘度,其动塑比（YP/PV）可达到1.5,低剪切速率（0.3转/分）粘度达到了55000mPa.s;（5）温度对无固相弱凝胶钻井液流变性影响程度较小;钻井液具有优异的抗盐能力,矿化度对流变性能基本无影响;并具有较宽的pH适应能力,pH在6-12范围内性能稳定。（6）钻井液具有很强的抑制能力,润滑能力接近油基钻井液。2.利用生化耗氧量法和发光细菌法研究了无固相弱凝胶钻井液体系及其添加剂的生物可降解性和生物毒性。（1）利用生化耗氧量法研究了无固相弱凝胶钻井液体系及其添加剂的生物可降解性,结果表明,无固相弱凝胶钻井液体系和单一添加剂在海水中能够生物降解;淀粉类降滤失剂DFD生物降解速率最大,其次是增粘剂VIS,再次是润滑剂JLX。（2）利用发光细菌法研究了无固相弱凝胶钻井液体系和添加剂的生物毒性,结果表明,水平井钻井液体系可以达到排放标准,淀粉类降滤失剂DFD、增粘剂VIS和润滑剂JLX均为无毒级别。（3）生物降解性和生物毒性评价结果表明,无固相弱凝胶钻井液为环境友好型钻井液。3.研究了无固相弱凝胶钻井液的储层保护效果,分析了储层损害机理;对生物酶降解多糖类聚合物钻井液进行了试验;对生物酶降解效果影响因素进行了探讨;对生物酶和其它氧化剂降解聚合物进行了对比与分析;分析了生物酶保护储层的作用机理。（1）无固相弱凝胶钻井液的储层保护实验结果表明,聚合物堵塞是造成储层损害的主要原因。（2）研究了利用生物酶降解多糖类钻井液的可行性和方法。试验结果表明,生物酶是多糖类钻井液的高效破胶剂,具有加量小、活性高等优点,0.1%生物酶SWM-2破胶率可以达到98.4%,矿化度对SWM-2破胶效果基本无影响;较适宜的破胶条件为:pH在6-7,温度不超过90℃,作用时间不低于2h。（3）储层保护作用机理研究结果表明,无固相弱凝胶钻井液、生物酶破胶液与储层岩石具有良好的配伍性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 水平井钻井液及发展现状
• 1.1.1 水平井钻井液的设计要求
• 1.1.2 国内外水平井钻井液发展状况
• 1.2 环保型钻井液发展现状
• 1.3 储层保护技术
• 1.3.1 储层损害机理
• 1.3.2 储层保护原则和技术特点
• 1.3.3 储层保护评价方法
• 1.3.4 保护储层的钻井液技术
• 1.3.5 不同特性的储层及其保护技术
• 1.4 研究目标和主要研究内容
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 重点解决的科学问题
• 1.4.3 研究方案
• 1.4.4 技术路线
• 1.4.5 创新点
• 第2章 无固相弱凝胶钻井液技术研究
• 2.1 水平井钻井液最新技术发展
• 2.2 水平井钻井液的研制
• 2.2.1 井眼净化对钻井液流变性要求
• 2.2.2 增粘剂的研制
• 2.2.3 VIS加量对流变性影响
• 2.2.4 润滑剂选择
• 2.2.5 降滤失剂优选
• 2.2.6 钻井液基本配方
• 2.3 钻井液性能研究
• 2.3.1 钻井液的抗污染性能
• 2.3.2 pH对钻开液体系性能的影响
• 2.3.3 钻井液的抗温性能
• 2.3.4 钻井液流变性
• 2.3.5 悬浮能力
• 2.3.6 失水造壁性
• 2.3.7 钻井液抑制性
• 2.3.8 润滑性
• 2.3.9 井眼净化能力
• 2.4 本章小结
• 第3章 无固相弱凝胶钻井液的环保性能研究
• 3.1 有机物生物降解性的评价方法
• 3.1.1 有机物衰减法
• 3.1.2 生化耗氧量法
• 2吸收法'>3.1.3 CO₂吸收法
• 3.2 无固相弱凝胶钻井液生物降解性研究
• 3.2.1 试验仪器
• 3.2.2 试验步骤
• 3.2.3 溶解氧测定
• 3.2.4 试验结果与分析
• 3.3 无固相弱凝胶钻井液生物毒性研究
• 3.3.1 国内外钻井液生物毒性评价方法
• 3.3.2 发光细菌法测试原理和试验方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 储层保护技术
• 4.1 无固相弱凝胶钻井液储层保护效果评价
• 4.2 生物酶破胶技术
• 4.2.1 生物酶结构和特性
• 4.2.2 生物酶破胶技术原理
• 4.2.3 评价方法
• 4.2.4 生物酶破胶影响因素分析
• 4.2.5 对滤饼清除效果
• 4.3 生物酶与氧化剂破胶性能对比
• 4.3.1 直接加入法
• 4.3.2 稀释破胶法
• 4.3.3 岩心滤饼浸泡法
• 4.3.4 岩心流动法
• 4.4 生物酶破胶作用机理研究
• 4.5 与储层岩石配伍性研究
• 4.5.1 钻井液滤液与储层岩石配伍性
• 4.5.2 生物酶完井液与储层岩石配伍性
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 附录 攻读博士期间的论文、成果及科研项目
• 致谢