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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“钻井液体系构建及其应用”虚拟专题

来源:煤田地质与勘探

钻完井液是满足钻井工程需要的循环流体, 被称为“钻井的血液”,具有携带岩屑、平衡地层 压力、稳定井壁、保护储层、传递水功率、润滑 和冷却钻头等功能。在钻进过程中,钻完井液面临诸多挑战,如处理剂抗温能力不足,钻完井液流变性难于调控,井眼清洁差,容易引起井壁失稳、井下漏失等钻井风险,以及储层损害难以控制。这些问题给钻井工作带 来了诸多困难,同时对钻完井液技术提出了更高的要求。鉴于此,编辑部现整理出近年刊发的相关文章,供大家参考学习。

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  • 作者(Author): 王健, 徐加放, 赵密福, 王博闻, 王亚华, 陈杰, 王潇辉, 杨刚, 马腾飞

    摘要:针对钻井过程中储层裂隙发育情况不明,防漏堵漏方法和材料选择困难的问题,结合实际井史资料,提出了一种基于神经网络的储层裂缝宽度预测方法。首先通过相关性分析,对储层裂缝宽度的主要相关因素进行分析并对其进行排序,选取了泵压、钻井液排量以及钻速等7种主要相关因素作为输入参数并利用附加动量算法和变学习率算法对模型收敛速度进行提升,同时对模型结构进行优选。其次利用遗传算法(GA)和Adaboost算法对BP神经网络(BPNN)进行优化,克服了其易陷入局部极小值的问题,提升了模型的预测精度。最后建立了Adaboost-GA-BP神经网络预测模型对储层裂缝宽度进行预测研究,同时对比分析了模型的预测精度。结果表明,相关参数与储层裂缝宽度的相关性由高到低依次为漏失速度与漏失量、泵压、钻井液排量、钻速、井深、塑性黏度和钻井液静切力。另外,附加动量算法和变学习率算法使得训练结束时训练数据的绝对误差和降低了27%,显著提升了模型性能,同时通过GA算法优化模型的权值和阈值以及利用Adaboost算法进行集成优化进一步提升了预测精度,建立的Adaboost-GA-BP神经网络储层裂缝宽度预测模型误差和相关系数分别为18%和0.98,与随机森林等其他模型相比,模型的预测精度高,可为勘探开发过程中的裂缝宽度计算以及堵漏方案的制定提供一定的指导。
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    煤田地质与勘探
    2023年第09期
    68
    68
  • 作者(Author): 周博涛, 苏义脑, 王家进

    摘要:高频钻井液压力波信息传输技术传输速率高,是实现自动化、智能化钻井的关键技术之一,由于高频钻井液压力波在传输过程中存在较大的衰减,阻碍了该技术的现场应用,探明其衰减规律对于高速传输技术开发具有重要意义。在假设同一钻柱截面钻井液压力相等且钻井液流速存在径向分布的基础上,基于二维轴对称瞬态流动理论,采用小信号分析方法,综合考虑了压力波信号参数、钻柱尺寸及钻井液参数的影响,建立了高频钻井液压力波衰减模型并给出了适用条件。最后采用地面实验验证了该模型的正确性。随后分析钻井液压力波频率、压力波传输距离、钻井液密度及黏度、钻柱内径对高频压力波衰减的影响。结果表明:高频钻井液压力波幅值衰减量随钻井液压力波频率、压力波传输距离及钻井液黏度的增加而增大,且变化规律为指数型;幅值衰减量受频率影响最大,并随钻井液密度及钻柱内径增加逐渐减小。本研究可为高频钻井液压力波信息传输技术研发提供理论指导。
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    煤田地质与勘探
    2023年第09期
    64
    77
  • 作者(Author): 李之军, 朱茂, 智晶子, 韩毅, 陈俊秀, 赵淦

    摘要:钻探过程中,常遇到破碎性地层,容易发生井壁失稳而诱发井下复杂事故。增强破碎块之间的胶结力,提升井壁围岩力学强度,是解决该类地层井壁失稳的有效途径之一,微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术为实现这一途径提供了很好的借鉴。为此,通过实验研究,分析了巴氏芽孢杆菌在无固相钻井液体系中的生长情况,得到适合巴氏芽孢杆菌生长的无固相钻井液,由此构建微生物无固相钻井液体系。利用岩心浸泡实验和扫描电镜(SEM)分析方法,探讨了微生物无固相钻井液体系的固壁效果及其作用机理。结果表明:巴氏芽孢杆菌在由植物胶、聚丙烯酰胺(PAM)、羧甲基纤维素钠(CMC)组成且含有培养基的无固相钻井液中的生长情况最好,经过24 h的生长,600 nm波长处的吸光值(OD600)达到1.54。故确定微生物无固相钻井液体系的配方为:0.1%植物胶+0.1%PAM+0.1%CMC+巴氏芽孢杆菌(OD600=0.8)+0.25%氯化钠+1%尿素+0.75%酪蛋白胨+0.25%大豆蛋白胨。在微生物无固相钻井液体系中添加钙源,可以获得更好的固壁效果,固结后试样的抗压强度达到0.183 MPa。该体系的固壁机理是微生物在松散颗粒间诱导生成碳酸钙晶体,填充于孔隙中,增强了松散颗粒间的胶结力,使原本松散的碎石土形成整体,从而发挥固壁作用。
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    煤田地质与勘探
    2023年第04期
    106
    109
  • 作者(Author): 张径硕, 倪小明, 李阳, 李宗源, 曹运兴

    摘要:煤层气钻井时,钻井液会对煤层孔–裂隙造成污染堵塞。为了查明钻井液对煤中不同尺度孔–裂隙的污染程度差异及不同尺度孔–裂隙对渗透率的贡献率,以晋城矿区长平矿井的煤为研究对象,应用扫描电镜(SEM)与Image Pro Plus(IPP)图像处理技术,定量表征煤中不同尺度裂隙污染前后的平均长度、平均宽度、总面积、总周长等参数;基于分形理论构建了污染前后不同尺度孔裂隙的渗透率数学模型,定量评价了污染前后渗透率变化,并与实验测试的渗透率结果进行对比,验证计算方法的可行性。结果表明:污染后不同尺度裂隙的平均长度和平均宽度均有所减小。减少程度从大到小依次为:毫米级>纳米级>微米级。不同尺度裂隙被污染程度不同,从大到小依次为:毫米级>微米级>纳米级;不同尺度裂隙对渗透率的贡献不同,一般情况下,毫米级裂隙是压裂液优先渗流通道,对渗透率的贡献最大,所占比例为46%~72%;微米级次之,所占比例为27%~53%;纳米级的贡献微乎其微,一般不超过2%。当煤中毫米级和微米级裂隙较多,且弯曲度、宽度非均质性较强时,可能存在大尺度向小尺度转化、小尺度裂隙增加现象。不同注入条件(如注入压力、注入时间)及钻井液类型对煤中不同尺度裂隙污染程度需要进一步深入研究。
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    煤田地质与勘探
    2020年第05期
    252
    165
  • 作者(Author): 胡郁乐, 胡晨, 张恒春, 郑文龙

    摘要:为解决松科二井白垩系沉积地层因泥质含量高、易水化分散,在水基钻井液环境中易导致钻头泥包从而影响钻头机械钻速、引起井下黏附卡钻等问题,结合松科二井取心钻进工艺,系统分析了钻头在泥岩和水基钻井液环境下产生泥包的原因,为钻头的防泥包设计和防泥包钻井液的配制提供了依据,并提出了具有较优异防泥包性能的钻井液配方。结果表明:松科二井钻遇的泥页岩地层具有泥质含量高、易水化产生黏性的特点,极易诱发钻头在岩屑的黏附作用和由岩屑的机械“镶嵌” 共同作用下引起的钻头泥包现象。钻头的机械黏附与钻头结构尺寸、井底水力条件、钻头材料与表面状态、钻进规程参数以及钻井液性能指标均有着密切关系,调整钻井液性能是钻井现场解决泥包问题的有效途径。根据松科二井四开高温高压井段的工艺特点,经复配获得了抗高温、抗黏附性能优异的钻井液配方。高温抑制性、热稳定性及润滑性测试结果表明,该钻井液具有高温态(230℃)的强抑制性、低滤失量和润滑性好的特点,可解决松科二井取心钻头的泥包问题,有效避免机械钻速的不稳定和黏附卡钻的发生,现场应用效果良好。
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    煤田地质与勘探
    2020年第05期
    275
    169
  • 作者(Author): 李恒, 何世明, 汤明, 李宁, 杨沛, 张震

    摘要:针对塔里木盆地深部煤层钻井过程中钻井液漏失和井壁垮塌等井下复杂问题,采用镜质组反射率分析、X射线衍射、扫描电镜等方法测试了煤的微观结构和理化性能。明确了煤层的失稳机理:煤中固定碳质量分数平均超过60%,镜质体反射率大于1.0%,煤化程度高、性脆、易破碎;黏土矿物总的体积分数低于25%,黏土中不含强水敏性矿物蒙脱石;煤层割理呈网状分布,其宽度主要集中在1~10μm,易漏失。综合判定煤层失稳类型为力学失稳。以煤层微观结构为目标,结合钻井液材料粒度分布,优选沥青类封堵剂,设计出适用于煤层的沥青质聚磺防塌钻井液体系,其性能测试结果表明:沥青质聚磺防塌钻井液滤失量低、泥饼薄,能有效封堵煤的绝大部分割理,减少钻井液侵入量,防止煤层垮塌。研究成果一定程度上为塔里木盆地深部煤层的安全高效钻井提供技术保障。
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    煤田地质与勘探
    2019年第04期
    616
    207
  • 作者(Author): 李之军, 刘徐三, 王波, 赵威

    摘要:废弃水基钻井液是石油钻井工程作业过程中的废弃物,若直接排放,不但会使钻井液成本居高不下,而且还会对环境造成极为不利的影响。对废弃水基钻井液进行低温干燥处理后再利用,是既经济又符合现代发展趋势的处理方法之一。通过对聚合物钻井液体系、磺化钻井液体系及四川2口页岩气井钻井液体系低温干燥技术实验研究及经济性评价,结果表明:聚合物钻井液体系在120℃条件下干燥处理后性能恶化严重,降低干燥温度能降低其恶化程度;磺化钻井液体系及四川2口页岩气井钻井液体系在120℃条件下干燥处理后性能基本保持不变。这说明低温干燥处理技术能够实现废弃水基钻井液回收再利用,且处理成本低,处理后固体物质便于储存与运输,能够大幅降低钻井液成本。同时,还能够减少废弃钻井液排放量,降低石油钻井工程污染环境的风险。
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    煤田地质与勘探
    2019年第04期
    685
    193
  • 作者(Author): 莫定强, 孙平贺, 赵斌魁, 王靖源, 张绍和, 曹 函

    摘要:钻井液在页岩钻探中对维护孔壁稳定十分重要,其滤失形成的泥饼对保护储层同样有着举足轻重的作用。为了研究页岩岩粉侵入低固相钻井液中对泥饼基本性能的影响,论文选取湘西北硅质页岩储层为研究对象,通过正交试验设计并对结果进行了极差分析和方差分析。研究结果表明:岩粉的含量是影响泥饼厚度的主要因素;影响泥饼韧度和强度的主要因素为滚动时间以及岩粉的粒径;质量分数为6%的200目(75mm)岩粉在滚动6 h后形成的泥饼最薄;150目(106mm)的岩粉在质量分数为6%时滚动12 h后形成泥饼的韧度和强度最大;级配为(200+100)目(75+150mm)时,质量分数为2%的岩粉滚动24 h后形成泥饼最薄;级配为(200+150)目(75+106mm)时,质量分数为4%的岩粉在滚动12 h后形成泥饼强度韧度最大。研究结论对钻井液现场的固相控制有积极意义。
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    煤田地质与勘探
    2019年第02期
    367
    163

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