不同剪切作用下水合物钻井液微观结构试验研究.pdf

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1、第49卷第4期地质与勘探Vo1．49No．42013年7月GE0L0GYANDEXPL0RAT10NJuly，2013不同剪切作用下水合物钻井液微观结构试验研究韩博，张凌，，王童，张学东，衣雪峰，刘向飞(1．中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222；2a．中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074；2b．中国地质大学(武汉)岩土钻掘与防护教育部工程研究中心，湖北武汉430074；3．中国地质大学地质超深钻探技术国家专业实验室，北京100083)[摘要]在钻进水合物地层过程中，井壁附近水合物的分解和环空中水合物的分

2、解与再形成，很可能会引起井壁失稳坍塌以及环空堵塞等复杂情况，从而影响钻井的顺利进行。在此过程中，由各组分相互作用形成的钻井液微观结构起到了至关重要的作用。但由于多组分钻井液的微观结构非常复杂，文中仅针对组分简单的水基聚合物钻井液(NaCI、CMC、PVPK90相互组合)，考虑钻井液在井底钻头与环空处所受的不同剪切作用(分别为600r／min和6000r／min)，结合冷冻干燥方法，利用扫描电子显微镜观测了这两种剪切作用后不同组分的水基聚合物钻井液相应的微观结构。结果表明，聚合物分子以网络骨架结构形式悬浮于钻井液中，一小部分水分子、

3、无机盐离子等被吸附在聚合物骨架结构表面上，大部分水分子、无机盐离子等小分子物质游离于聚合物网络骨架孔隙中；对于环空中含水合物的岩屑，热量主要通过网络骨架结构的热传导与充填其中流体的对流导热而传递至岩屑表面，而后通过热传导进一步向岩屑内部传递；钻井液的微观结构随着剪切作用、浓度与组分的改变而发生变化，这就对上述的传热过程产生影响，进而对钻井液中水合物分解的传热特性产生影响。[关键词]剪切作用水合物钻井液微观结构热量传递[中图分类号]TEl[文献标识码]A[文章编号]0495—5331(2013)04—0760—10HanBo，Zha

4、ngLing，WangTong，ZhangXue-dong。YiXue·feng，LiuXiang-fei．Anexperimen-talstudyonmicrostructuresofdrillingfluidsinhydrateformationunderdiferentshearingactions[J]．GeologyandExploration，2013，49(4)：0760—0769．钻井液侵人水合物地层会导致井壁周围地层压钻井液在钻头、环空处受到不同速率的剪切作力和温度的变化，从而引起地层中天然气水合物的用，使得钻井

5、液各组分相互作用所形成的微观结构分解，其分解所产生的水和气体使孔隙压力增加发生变化，这些微观结构的变化直接影响到钻井液(宁伏龙等，2008)，同时也使地层岩石有效应力降的传热传质特性(张凌，2006)，进而对环空中水合低，而地层中含水量的增加使地层颗粒问的联系减物的分解与再形成也产生影响。因此，为分析钻井弱，这些都不利于井壁的稳定；与此同时，水合物分液中水合物分解传热特性，就需要针对钻井液微观解所产生的水和气体进入环空钻井液中，引起钻井结构加以研究。液性能的改变，随着环空中钻井液温度和压力条件研究溶液微观结构的方法主要有x射线衍射

6、的变化，在适当的条件下，这些水合物分解产生的水法、偏光显微镜法、核磁共振法、冷冻蚀刻透射电镜和气体又可能重新形成水合物而造成环空堵塞，进法、冷冻干燥一扫描电镜法、原子力显微镜法等。由而对钻井过程产生不利影响。于多组分钻井液微观结构十分复杂，因此，本文主要[收稿日期]2012—03—02_[修订日期]2013—01—08．[责任编辑]郝情情。[基金项目]国家自然科学基金项目(50904053)、中国地质大学(武汉)青年团队计划(CUGI20112)、中央高校基本科研业务费专项资金项目(CUGL090217)以及科学钻探国家专业实验室

7、开放课题资助项目(NLSD200901)联合资助。[第一作者]韩博(1984年一)，男，2011年毕业于中国地质大学(武汉)，获硕士学位，助理工程师，目前从事水利水电勘察工作。E—mail：hanbol984@126．COI]I。[通信作者]张凌(1978年一)，男，2006年毕业于中国地质大学(武汉)，获博士学位，副教授，目前主要从事天然气水合物勘探开发研究。E～mail：flyzlinv@163．corn。760第4期韩博等：不同剪切作用下水合物钻井液微观结构试验研究Polymer，39(13)：2733—2745Chines

8、ewithEnglishabstract)GongKe—qin，SunMiao-miao．2009．StudyonheatandmasstransferZhangDa—ming，XuTong—tai，NiuYa—bin．1995．Investiga