新型抑制性钻井液的研究毕业论文.docx
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新型抑制性钻井液的研究毕业论文
新型抑制性钻井液的研究毕业论文
1题目来源
生产与社会实践
2研究目的和意义
目的及意义:
随着石油勘探开发技术的不断发展,特别是复杂地层深井、超深井一级特殊工艺井油气钻探的越来越多,对钻井液技术提出了更高的要求。
目前现场使用的钻井液普遍存在抑制性不足的问题,从而使钻井液综合性能难以提高,特别是随着我国稳定东部发展西部战略方针的开展,勘探领域向新区拓展,钻遇地层日趋复杂,钻井液抑制能力已不能满足勘探开发形势发展的需要。
钻井液体系抑制性的不足,可能导致一系列复杂情况的出现。
如,泥页岩失稳引起的井壁坍塌和缩径;上部地层大井眼、高钻速时,低密度固相污染引起的钻井液流变性能控制困难及井眼的清洁;钻遇盐、膏、盐水层是钻井液稳定性的恶化等问题。
因此,新型抑制性钻井液的开发迫在眉睫。
抑制剂是新型抑制性钻井液体系的核心。
因此开展高性能的抑制剂的研究,评价与优选,对于有效抑制泥页岩膨胀,保持井壁稳定,实现安全生产,提高深部钻探经济效益等都具有重要的意义。
3国内外发展现状
现今常用的抑制性钻井液较多,主要分为有机和无机两类。
无机类抑制性钻井液是使用较早的一类。
常用的处理剂有氯化钾和氯化钙。
氯化钾的主要抑制机理是中和作用和镶嵌作用;氯化钙的主要抑制机理是中和作用、同离子效应和渗透水化效应。
这两种处理剂要在加量较大的情况下才能有一定的抑制性,并且抑制性并不显著。
无机类抑制性钻井液在近几十年也有所发展,比如硅酸盐、季铵盐、甲酸盐和乙酸盐等。
其中硅酸盐的抑制机理是成膜效应和封堵效应;季铵盐抑制机理是中和作用、
吸附和镶嵌作用;甲酸盐和乙酸盐抑制机理是成膜效应和羧酸根与水的成键作用。
而较新的正电胶更具特色,其能通过中和和吸附作用很好的解决页岩井壁稳定和膨润土造浆二者之间的矛盾,同样也是一类有前途的处理剂。
而常用的有机类抑制性钻井液的抑制剂有聚阴离子处理剂、聚阳离子处理剂和两性离子聚合物处理剂。
聚阴离子处理剂主要包括聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯腈类和腐植酸类,其中PAC、PAM、PHPA、KPAM、KPAN和腐殖酸钾等是现场使用较多的试剂,抑制机理是桥联、絮凝和包被作用、成膜效应;聚阳离子处理剂主要包括大小阳离子,该类是抑制效果好但对环境影响较大且价格较高的处理剂,抑制机理是中和作用、絮凝和包被作用;两性离子聚合物主要有XY-27和FA系列,虽然该类处理剂引入阴阳离子同时达到抑制效果,但具体的抑制机理并不十分明确。
沥青类处理剂抑制机理是吸附作用和封堵作用,但其会造成环境污染。
较新的有机类抑制性钻井液的处理剂有聚胺、聚合醇、葡萄糖类衍生物、有机正电胶和有机铝等。
聚胺类抑制剂由于有和钾离子直径相当的NH+或者小胺等存在,主要抑制机理是中和作用和镶嵌作用;聚合醇是一类来源于海洋钻井的环境友好型抑制剂,抑制效果一般;葡萄糖类衍生物(例如MEG)是表面活性物质,具有成膜效应,是一类价格较高的环境友好型处理剂;新型有机正电胶处理剂拥有更多的正电荷,同时具有水湿性和油湿性,是一种强抑制剂但同样价格价高;有机铝由于其在溶解和结晶状态下均有相当的抑制性,也是一类新型抑制剂。
无论无机还是有机抑制剂都在不断发展,最终目的是要寻找到抑制效果好、适应性强、抗性强、对基浆常规性能影响不大、来源广、价格低的处理剂。
4主要研究内容,重点研究的关键问题
主要研究内容:
对于不同地区,不同地层情况研究和选择适合的抑制性钻井液。
对于在钻井过程中遇到的,泥页岩失稳引起的井壁坍塌和缩径;上部地层大井眼、高钻速时,低密度固相污染引起的钻井液流变性能控制困难及井眼的清洁;钻遇盐、膏、盐水层是钻井液稳定性的恶化等问题,设计配置出适合的抑制性钻井液,来解决这些问题。
需要研究的关键问题:
(1)抑制性钻井液处理剂及配方的优选
(2)抑制性钻井液的性能评价(3)抑制性钻井液现场实际应用效果及分析(4)对该新型抑制性钻井液进行总结,得出结论。
5完成毕业设计(论文)所必须具备的工作条件及解决的办法所需条件:
5.1.所需条件:
要求学生了解和补习泥页岩井壁失稳机理和水化膨胀机理,在不同特征地层下的运用,不同新型抑制性钻井液的设计参数等等。
资料条件:
收集了各种类型新型抑制性钻井液的设计参数,工作原理,各种油田地质资料以及应用资料
计算机条件:
计算机1台及图文打印设备与相应计算软件;
计划机时:
200机时。
5.2解决办法:
1、认真复习书本基础知识,巩固知识点。
2、认真查阅资料,在已有的知识上着重掌握新的知识,结合实际资料进行分析;
3、在掌握系统知识的基础上,根据实际情况,进行新型抑制性钻井液的研究,不懂要主动问老师,做到多学多问。
6主要参考文献及资料名
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7工作的主要阶段﹑进度与时间安排
第一阶段:
4月1日—4月15日外文资料翻译
第二阶段:
4月15日—4月30日开题报告及文献综述、资料查阅、整理
第三阶段:
4月30日—5月25日编制绘图、论文设计、提交报告
第四阶段:
5月25日—6月7日准备答辩
8指导教师审查意见
长江大学工程技术学院毕业设计(论文)指导教师审查意见
学生姓名
专业班级
毕业设计
(论文)题目
指导教师
职称
审查日期
审查参考内容:
毕业设计(论文)的研究内容、研究方法及研究结果,难度及工作量,质量和水平,存在的主要问题与不足。
学生的学习态度和组织纪律,学生掌握基础和专业知识的情况,解决实际问题的能力,毕业设计(论文)是否完成规定任务,达到了学士学位论文的水平,是否同意参加答辩。
审查意见:
指导教师签名:
评定成绩(百分制):
_______分
(注:
此页不够,请转反面)
长江大学工程技术学院毕业设计(论文)评阅教师评语
学生姓名
专业班级
毕业设计
(论文)题目
评阅教师
职称
评阅日期
评阅参考内容:
毕业设计(论文)的研究内容、研究方法及研究结果,难度及工作量,质量和水平,存在的主要问题与不足。
学生掌握基础和专业知识的情况,解决实际问题的能力,毕业设计(论文)是否完成规定任务,达到了学士学位论文的水平,是否同意参加答辩。
评语:
评阅教师签名:
评定成绩(百分制):
_______分
(注:
此页不够,请转反面)
长江大学工程技术学院毕业设计(论文)答辩记录及成绩评定
学生姓名
专业班级
毕业设计
(论文)题目
答辩时间
年月日~时
答辩地点
一、答辩小组组成
答辩小组组长:
成员:
二、答辩记录摘要
答辩小组提问(分条摘要列举)
学生回答情况评判
三、答辩小组对学生答辩成绩的评定(百分制):
_______分
毕业设计(论文)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业设计(论文)评分的相关规定)
等级(五级制):
_______
答辩小组组长(签名):
秘书(签名):
年月日
系答辩委员会主任(签名):
系(盖章)
新型抑制性钻井液的研究
学生:
刘琦,长江大学工程技术学院
指导老师:
鲁大丽,长江大学工程技术学院
[摘要]本文先简要介绍了国内外新型抑制性钻井液的发展现状,再分别从力学、化学和工程技术三方面阐述了泥页岩井壁失稳的机理,并介绍了泥页岩的水化膨胀机理:
表面水化、离子水化和渗透水化机理。
新型抑制性钻井液的使用能很好的解决泥页岩井壁失稳、水化膨胀等这些钻井过程中碰到的问题。
本文针对不同地区,不同地层情况对新型抑制性钻井液性能和结构的要求,选取了几种得到广泛使用的新型抑制性钻井液。
分别从室内研究(包括抑制性钻井液体系处理剂及配方的优选,抑制性钻井液体系的性能评价),抑制性钻井液体系的现场实际应用效果及分析,这两个方面对该种新型抑制性钻井液体系进行分析研究,最后对该钻井液体系进行总结。
[关键词]抑制性钻井液发展现状分析研究
New inhibitivedrillingfluids
Student:
LiuqiPetroleumEngineering,CollegeofTechnologyEngineering,YangtzeUniversity
Teacher:
LudaliCollegeofTechnologyEngineering,YangtzeUniversity
[Summary]Thispaperfirstintroducesthedomesticandforeignnewinhibitivedrillingfluiddevelopmentpresentsituation,respectivelyfromthemechanical,chemicalandengineeringtechnologythreerespectselaboratedshalewellborestabilitymechanism,andintroducedtheshalehydrationswellingmechanism:
surfacewater,ionsandpermeatinghydrationmechanism.Novelinhibitivedrillingfluidusecanbeagoodsolutionofshalewellboreinstability,hydrationexpansionofthedrillingprocessoftheproblemsencountered.Thispaperisaimedatdifferentarea,differentformationofnovelinhibitivedrillingfluidperformanceandstructuralrequirements,selectionofseveralwidelyusednewinhibiteddrillingfluid.Fromtheaspectsofindoorstudies(includinginhibitivedrillingfluidtreatingagentandformulaoptimization,inhibitivedrillingfluidperformanceevaluation),inhibitivedrillingfluidsysteminactualapplicationandanalysis,thesetwoaspectsofthisnewtypeofinhibitivedrillingfluidsystemisanalyzed,finallythedrillingfluidsystemsummary.
[Keywords]Inhibition,Drillingfluids,Developmentstatus,AnalysisandResearch
前言
随着石油勘探开发技术的不断发展,特别是复杂地层深井、超深井一级特殊工艺井油气钻探的越来越多,对钻井液技术提出了更高的要求。
目前现场使用的钻井液普遍存在抑制性不足的问题,从而使钻井液综合性能难以提高,特别是随着我国稳定东部发展西部战略方针的开展,勘探领域向新区拓展,钻遇地层日趋复杂,钻井液抑制能力已不能满足勘探开发形势发展的需要。
钻井液体系抑制性的不足,可能导致一系列复杂情况的出现。
如泥页岩失稳引起的井壁坍塌和缩径;上部地层大井眼、高钻速时,低密度固相污染引起的钻井液流变性能控制困难及井眼的清洁;钻遇盐、膏、盐水层是钻井液稳定性的恶化等问题。
因此,新型抑制性钻井液的开发迫在眉睫。
现今常用的抑制性钻井液可分为无机和有机两类。
无机类抑制性钻井液是使用较早的一类。
常用的处理剂有氯化钾和氯化钙。
氯化钾的主要抑制机理是中和作用和镶嵌作用;氯化钙的主要抑制机理是中和作用、同离子效应和渗透水化效应。
这两种处理剂要在加量较大的情况下才能有一定的抑制性,并且抑制性并不显著。
无机类抑制性钻井液在近几十年也有所发展,比如硅酸盐、季铵盐、甲酸盐和乙酸盐等。
其中硅酸盐的抑制机理是成膜效应和封堵效应;季铵盐抑制机理是中和作用、吸附和镶嵌作用;甲酸盐和乙酸盐抑制机理是成膜效应和羧酸根与水的成键作用。
而较新的正电胶更具特色,其能通过中和和吸附作用很好的解决页岩井壁稳定和膨润土造浆二者之间的矛盾,同样也是一类有前途的处理剂。
而常用的有机类抑制性钻井液的抑制剂有聚阴离子处理剂、聚阳离子处理剂和两性离子聚合物处理剂。
聚阴离子处理剂主要包括聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯腈类和腐植酸类,其中PAC、PAM、PHPA、KPAM、KPAN和腐殖酸钾等是现场使用较多的试剂,抑制机理是桥联、絮凝和包被作用、成膜效应;聚阳离子处理剂主要包括大小阳离子,该类是抑制效果好但对环境影响较大且价格较高的处理剂,抑制机理是中和作用、絮凝和包被作用;两性离子聚合物主要有XY-27和FA系列,虽然该类处理剂引入阴阳离子同时达到抑制效果,但具体的抑制机理并不十分明确。
沥青类处理剂抑制机理是吸附作用和封堵作用,但其会造成环境污染。
较新的有机类抑制性钻井液的处理剂有聚胺、聚合醇、葡萄糖类衍生物、有机
正电胶和有机铝等。
聚胺类抑制剂由于有和钾离子直径相当的NH+或者小胺等存在,主要抑制机理是中和作用和镶嵌作用;聚合醇是一类来源于海洋钻井的环境友好型抑制剂,抑制效果一般;葡萄糖类衍生物(例如MEG)是表面活性物质,具有成膜效应,是一类价格较高的环境友好型处理剂;新型有机正电胶处理剂拥有更多的正电荷,同时具有水湿性和油湿性,是一种强抑制剂但同样价格价高;有机铝由于其在溶解和结晶状态下均有相当的抑制性,也是一类新型抑制剂。
无论无机还是有机抑制剂都在不断发展,最终目的是要寻找到抑制效果好、适应性强、抗性强、对基浆常规性能影响不大、来源广、价格低的处理剂。
1泥页岩井壁失稳机理分析
1.1泥页岩井壁失稳机理分析
井壁不稳定的实质是力学不稳定。
当井壁岩石所受的应力超过其本身的强度就会发生井壁不稳定。
其原因十分复杂,就其主要原因可归纳为力学因素、物理化学因素和工程技术措施等三个方面,但后两方面最终均因影响井壁应力分布和井壁岩石的力学性能而造成井壁不稳定。
1.1.1力学方面
处于地层深处的岩石,受上覆地层压力、水平方向的地应力和地层孔隙流体压力的作用。
在钻开井眼前,地下岩石处于应力平衡状态。
钻开井眼后,井内钻井液液柱压力取代了所钻岩层提供的对井壁的支撑,失去了地层原有的应力平衡,引起井眼周围应力重新分布。
当地应力、岩石强度和孔隙压力等不可控因素与井内液柱压力、钻井液化学成分等之间不能达到适度平衡时,可能引起不同的井眼破坏。
当井内液柱压力偏低时,可能使井壁岩石产生剪切破坏,此时,塑性岩石将向井内产生塑性蠕动而导致缩颈,脆性岩石则会产生坍塌掉块,造成井径扩大。
当井内液柱压力偏高时,则相应使井壁发生张性破坏而造成井漏。
1.1.2化学方面
泥页岩是一种由水敏性粘土矿物组成的岩石,其与钻井液的相互作用是必然的。
由于泥页岩结构和组分上的特点,采用不同的钻井液体系,这种作用的差别也是很大的。
钻井过程中,井眼的形成打破了地层原有的力学和化学平衡,尽管有井壁泥饼的保护,但泥页岩地层与钻井液在井下温度和压力条件下接触将产生如下的相互作用:
1)离子交换作用;
2)泥页岩和钻井液中水的化学势差异产生的渗透作用;
3)在井底压差作用下钻井液中水沿泥页岩的微裂隙的侵入;
4)毛管力作用产生的渗析。
这四方面的作用使泥页岩地层吸水膨胀,产生膨胀应变,从而产生水化应力,
使井周围岩的应力分布和材料特性发生显著变化,最终导致井壁失稳,发生钻井复杂事故。
1.1.3工程技术方面
工程技术方面有钻井液的性能(失水、粘度、密度)、井眼裸露的时间、钻井液的环空反速对井壁的冲刷作用、井眼循环波动压力、起下钻的抽吸压力、井眼轨迹的形状及钻柱对井壁的摩擦和碰撞等。
总之,以上导致井壁失稳的三种因素可以归结为一种因素,即力学因素。
因为归根到底,井壁岩石的破坏和失稳都是力(岩石应力,化学应力,工程所引发的各种力)的作用结果,其实质是井壁岩石所受应力超过了其强度而诱发失稳破坏。
1.2泥页岩水化膨胀机理分析
泥页岩的主要成分是粘土矿物。
粘土矿物的成分、含量及其微结构决定了泥页岩的基本物理化学性质和水化机理。
对泥页岩的水化机理进行深入了解是研究泥页岩井壁稳定的基础。
当泥页岩与钻井液接触时,在水力梯度和化学势梯度的驱动下,引起水和离子的传递,包括钻井液液柱压力与孔隙压力之间的压力差驱动的达西流以及由钻井液与泥页岩之间的化学势差驱动的离子扩散。
在这些因素的作用下,泥页岩发生水化,一般存在表面水化、离子水化和渗透水化三种机理。
表面水化:
表面水化是由粘土矿物表面上的水分子吸附作用而引起的,其主要驱动力为表面水化能。
所有粘土矿物都会发生表面水化,在这一阶段,大约吸附4个水分子层厚的水,作用距离为lnm,从而导致结晶膨胀。
离子水化:
离子水化是指粘土矿物所含硅酸盐晶片上的补偿性阳离子周围形成水化壳。
离子水化一方面给粘土带来水化膜,同时水化离子与水分子争夺粘土晶面的连接位置。
渗透水化:
渗透水化是某些粘土在完成了表面
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