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化学发泡式泡沫水泥浆稠化实验方法对比与分析

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钻井液与完井液 2016年第2期33卷 96-100页

作者：杨现禹岳也蔡记华中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074

水泥浆的稠化实验使用稠化仪,但泡沫水泥浆中本身含有气体,在加压过程中会造成稠化性能测量误差。针对此问题,采用3种测试方法测试了不同加量发泡剂条件下,化学发泡式泡沫水泥浆的稠度性能,并优选出最优的测试方法。分析了测试方法误差... 详细信息

水泥浆的稠化实验使用稠化仪,但泡沫水泥浆中本身含有气体,在加压过程中会造成稠化性能测量误差。针对此问题,采用3种测试方法测试了不同加量发泡剂条件下,化学发泡式泡沫水泥浆的稠度性能,并优选出最优的测试方法。分析了测试方法误差的产生原因,并通过力学分析和计算对最优测试方法的稠度曲线进行修正。结果表明,发泡剂反应剩余物对泡沫水泥浆具有促凝作用,含发泡剂剩余物的水泥浆稠化时间比不含发泡剂剩余物的少41%,其影响不能忽略;使用不含气体和含有气体的水泥浆所测稠化曲线相差不大(不含有和含有气体的水泥浆稠化时间相差1 min和11 min),但其稠化曲线形态有所差别,含有气体的泡沫水泥浆测得的稠化曲线更接近直角稠化;当气体含量较少或者水泥浆后期稠度增长较快时,修正前后的稠化时间可能相差不大,化学发泡式泡沫水泥浆修正前后达到100 Bc的稠化时间相差3 min。但当泡沫水泥浆密度较小、气体含量较大,或者后期稠度增长较慢时,必须对测得的数据进行修正后才能使用。

关键词：泡沫水泥浆稠化实验力学计算误差修正

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钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验研究

煤炭学报 2016年第1期41卷 228-233页

作者：蔡记华岳也曹伟建杨现禹乌效鸣中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026

煤层气井单井产量往往较低,综合勘探开发煤系非常规天然气是提高煤层气开发效益的重要途径,但这要求钻井液能同时解决煤层、致密砂岩和页岩地层的井壁稳定问题。为此,提出基于"正电性-中性润湿-化学抑制-纳米材料封堵-合理密度支撑"的... 详细信息

煤层气井单井产量往往较低,综合勘探开发煤系非常规天然气是提高煤层气开发效益的重要途径,但这要求钻井液能同时解决煤层、致密砂岩和页岩地层的井壁稳定问题。为此,提出基于"正电性-中性润湿-化学抑制-纳米材料封堵-合理密度支撑"的协同防塌理论,并开展了钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的实验工作。首先优选出能有效降低钻井液表面张力、增加钻井液与页岩接触角的表面活性剂复配方案,并结合钻井液流变性、滤失性、润滑性、水活度和抑制性等参数测试和页岩压力传递实验,对钻井液润湿性影响页岩井壁稳定性的效果进行了评价。结果表明:复合表面活性剂能够有效改变水基钻井液的润湿性能,与优选的水基钻井液相比,钻井液表面张力降低42.6%,与页岩的接触角增大162.1%;复合表面活性剂与水基钻井液具有良好的配伍性,具有较好地抑制性和抗盐能力;与清水相比,复合表面活性剂能显著阻缓页岩孔隙压力传递速率,降低钻井液侵入页岩的程度,页岩渗透率降低幅度在99%以上;说明通过控制钻井液润湿性来增强页岩井壁稳定性是可行的。

关键词：钻井液润湿性页岩井壁稳定性表面张力接触角

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基础工程浆液资源化综合利用技术

煤田地质与勘探 2022年第12期50卷 177-184页

作者：谢辉叶井亮陈娟薛曼胡慧聪杨现禹蔡记华武汉誉城千里建工有限公司湖北武汉430051 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

地下连续墙、水平定向钻、盾构和顶管等领域的基础工程浆液具有用量大、污染物较为单一的特点。随着国家各项环保法规的实施,基础工程浆液的综合处理尤为重要。提出一种基础工程浆液资源化综合利用技术,即循环浆液采用“除砂+净化浆液... 详细信息

地下连续墙、水平定向钻、盾构和顶管等领域的基础工程浆液具有用量大、污染物较为单一的特点。随着国家各项环保法规的实施,基础工程浆液的综合处理尤为重要。提出一种基础工程浆液资源化综合利用技术,即循环浆液采用“除砂+净化浆液与钻渣综合利用”技术,废弃浆液采用“除钙+降低pH+絮凝分离+压滤处理+废液与泥饼的综合利用”技术。以武汉市某地下连续墙工程现场浆液为研究对象,研究循环浆液和废弃浆液的资源化综合利用效果。结果表明:(1)循环浆液经过除砂后得到净化浆液和钻渣,前者可重新用于工程施工中,后者可用于培育披碱草、黑麦草等草籽,发芽率为100%。(2)加入5%的碳酸氢钠可将废弃浆液Ca^(2+)质量浓度从703.5 mg/L降低至173.6 mg/L,加入质量分数为3.3%的氯化铵可将pH值从13降低至9,加入300 mg/L的絮凝剂A-2可得到明显的絮凝物。絮凝物经过压滤后得到废液和泥饼,在废液中加入质量分数为2%的碳酸氢钠后可用于重新配制工程浆液,泥饼与30%~60%的营养土混合后可进行草籽培育,发芽率为72%。(3)过量的盐离子和高pH会对植物生长产生毒害作用,应先对废弃浆液进行除钙和降低pH等处理,之后压滤得到的泥饼才能满足植物生长要求。该技术可实现基础工程浆液中所有钻渣(或泥饼)和净化后的浆液(或废液)的资源化综合利用,对类似工程浆液的资源化利用有较好的启示意义,具有显著的经济、环境和社会效益。

关键词：基础工程浆液资源化综合利用除钙草籽培育

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基于疏水型纳米二氧化硅的页岩气盐水钻井液

钻井液与完井液 2016年第4期33卷 41-46页

作者：应春业李新亮杨现禹蔡记华段隆臣中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 中国石油大学(北京)石油工程学院北京100083

由于页岩地层层理和裂缝发育，且具有水化性，因此在钻井作业中常面临井壁稳定、降摩减阻、岩屑清除等难题。为此，优选了疏水型纳米二氧化硅作为泥页岩封堵剂，以减少水分侵入，抑制泥页岩水化膨胀。通过钻井液常规性能测试、扫描电镜... 详细信息

由于页岩地层层理和裂缝发育，且具有水化性，因此在钻井作业中常面临井壁稳定、降摩减阻、岩屑清除等难题。为此，优选了疏水型纳米二氧化硅作为泥页岩封堵剂，以减少水分侵入，抑制泥页岩水化膨胀。通过钻井液常规性能测试、扫描电镜分析，评价了不同纳米二氧化硅对盐水钻井液的影响。结果表明：①疏水型纳米二氧化硅具强疏水性与强吸附性，能吸附在泥饼上，形成纳米颗粒隔水层，有效降低滤失量；②纳米二氧化硅加量为1％～3％时，疏水型固体纳米二氧化硅可使钻井液滤失量降低48．7％，疏水型纳米二氧化硅分散液可使钻井液滤失量降低41．67％，但固体颗粒易团聚，易失去纳米颗粒特性；③在180℃、NaCl含量25％、分散液加量3％条件下，钻井液滤失量为8．2mL；在室温～180℃下，钻井液水活度稳定在0．815～0．849，页岩膨胀率在4％左右，具有较强的抑制性；钻井液的润滑系数稳定在0．11～0．12，润滑性能较好。综合考虑滤失量、稳定性和性价比等因素，选定基于3％疏水型纳米二氧化硅分散液和25％NaCl的钻井液体系为最优配方。

关键词：页岩气盐水钻井液疏水型纳米二氧化硅封堵剂

低渗油藏CO_(2)地质封存矿物颗粒运移及注入堵塞机理

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煤炭学报 2023年第7期48卷 2827-2835页

作者：杨现禹解经宇叶晓平吕文军代钊恺蒋国盛蔡记华中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 浙江华东建设工程有限公司浙江杭州310030 核工业二九〇研究所广东韶关512000

在低渗砂岩油藏中开展CO_(2)地质封存,是实现CO_(2)捕获、利用和封存(CCUS)的有效手段之一。随着CO_(2)持续注入吸收层,弱胶结砂岩颗粒会随CO_(2)流入孔隙和裂隙中运移,进而可能形成颗粒堆积,影响CO_(2)注入的稳定性。为揭示多形态颗粒... 详细信息

在低渗砂岩油藏中开展CO_(2)地质封存,是实现CO_(2)捕获、利用和封存(CCUS)的有效手段之一。随着CO_(2)持续注入吸收层,弱胶结砂岩颗粒会随CO_(2)流入孔隙和裂隙中运移,进而可能形成颗粒堆积,影响CO_(2)注入的稳定性。为揭示多形态颗粒在孔隙和裂隙中的运移、动态堆积及微观机理,建立了基于多形态矿物颗粒的离散元流固耦合堵塞模型。模型考虑了多级粒径、非规则形态、旋转、差异化流入孔隙模式等矿物颗粒参数及流体密度、流体速度等流体物性因素,模型可实现注入流体和矿物颗粒的瞬态堆积过程动态预测与可视化,并在此基础上揭示了CO_(2)物性、弱胶结非规则颗粒参数与注入堵塞间的量化关系。结果表明:(1)影响孔隙内矿物颗粒堆积数量和CO_(2)注入效果最高的因素为矿物颗粒质量分数,相对于颗粒质量分数3%,颗粒质量分数5%的孔隙内矿物颗粒堆积数量提升52.06%,孔隙内矿物颗粒堆积数量的提升比率与矿物颗粒质量分数增长比率呈负相关关系;(2)在注入CO_(2)和矿物颗粒总量一致情况下,当矿物颗粒平均尺寸为孔隙直径尺寸的1/3时,孔隙内矿物颗粒堆积数量最高,CO_(2)的注入效果最差,矿物颗粒密度变化对于CO_(2)注入的影响较低;(3) CO_(2)注入降低了砂岩孔隙内多相流体密度,减少了孔隙内矿物颗粒堆积数量,降低了矿物颗粒在孔隙内的堵塞,有利于CO_(2)往深部注入;(4) CO_(2)注入速度提升60%,孔隙内矿物颗粒堆积数量提升1.2%,注入速度提升增加了孔隙内的矿物颗粒堵塞比率,不利于CO_(2)的注入。

关键词： CO_(2)注入弱胶结矿物颗粒孔隙动态运移模型注入堵塞机理

低渗灰岩水井常规酸酸化增产工作液的实验研究

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水资源与水工程学报 2020年第1期31卷 97-103页

作者：余浪石彦平陈书雅杨现禹蔡记华中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074

利用有机酸缓速、低腐蚀的优点,与盐酸配合形成主酸,结合缓蚀剂等添加剂形成了一套适合于低渗灰岩水井的常规酸酸化工作液体系。通过对秭归县宝塔组灰岩的物化性能分析、静态溶蚀率、岩心酸化流动和静态腐蚀等实验,对该工作液体系进行... 详细信息

利用有机酸缓速、低腐蚀的优点,与盐酸配合形成主酸,结合缓蚀剂等添加剂形成了一套适合于低渗灰岩水井的常规酸酸化工作液体系。通过对秭归县宝塔组灰岩的物化性能分析、静态溶蚀率、岩心酸化流动和静态腐蚀等实验,对该工作液体系进行了综合评价。结果表明:盐酸对岩粉0.5、1.0和1.5 h的平均溶蚀率为95.1%,乙酸对岩粉1.5、3.0和4.5 h的平均溶蚀率为83.5%,"8%盐酸+6%乙酸"在4.5 h后对岩粉的溶蚀率为97.0%;经"8%盐酸+6%乙酸"酸化后,宝塔组灰岩的岩心渗透率增加了270~1300倍;当酸液注入速度为1 m L/min时,酸液突破体积最小,为343.6 PV(孔隙体积倍数);咪唑啉类缓蚀剂可同时作为缓速剂和缓蚀剂使用,能减缓酸液与灰岩的反应速度,并减少对钻具的腐蚀。该工作液体系可有效增大灰岩含水层的渗透率,从而提高水井产量,有助于解决部分缺水地区的民生地质问题。

关键词：低渗灰岩水井酸化增产工作液渗透率蚓孔缓蚀

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抗钙复合膨润土的研制与评价

钻井液与完井液 2024年第4期41卷 458-466页

作者：叶井亮陈娟刘福林金纯正杨现禹蔡记华武汉誉城千里建工有限公司武汉430051 中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074

在地下连续墙、桩基工程等施工过程中,钻井液频繁与混凝土接触,钙离子不断侵入钻井液,钻井液的工作性能会逐渐恶化,在施工结束后会产生大体量的废弃浆液。为提高钻井液的抗钙能力,减少废浆产量,有必要对天然膨润土进行改性处理。优选高... 详细信息

在地下连续墙、桩基工程等施工过程中,钻井液频繁与混凝土接触,钙离子不断侵入钻井液,钻井液的工作性能会逐渐恶化,在施工结束后会产生大体量的废弃浆液。为提高钻井液的抗钙能力,减少废浆产量,有必要对天然膨润土进行改性处理。优选高速离心法对天然膨润土进行提纯,选用含碳碳双键的亲水性单体BX、含磺酸基团的亲水性单体AS和AP为聚合单体,在提纯后的膨润土层间发生自由基原位聚合反应,合成了抗钙复合膨润土ACB-16。傅立叶红外光谱、粒径分布、扫描电镜和透射电镜结果表明,单体成功在膨润土层间原位聚合。抗钙复合膨润土超过了OCMA级膨润土标准,所配制的钻井液表观黏度为26 mPa·s,API滤失量为7.6 mL,具有合适的流变性和良好的降滤失性,抗钙性能良好:在1%CaCl2污染下,钻井液流变性与滤失性性能稳定,极限抗Ca^(2+)能力可达6300 mg/L(以CaCl2计为1.75%),可完全满足基础工程领域的钻井液抗钙需求。结合粒径分析与扫描电镜方法,分析其作用机理。位于膨润土网架结构中的高分子聚合物阻止Ca^(2+)与膨润土发生离子交换作用,维持膨润土的水化膜厚度及层间距,支撑膨润土水化所形成的网架结构。直接将抗钙复合膨润土与水混合便可得到性能优异的抗钙钻井液,使用方便,在基础工程等领域具有良好的应用前景,也可以为盐膏层防塌钻井液等高钙环境钻井液的设计提供参考价值。

关键词：钻井液抗钙膨润土改性自由基原位聚合反应

钻井液漏斗黏度和密度自动检测仪的研制与应用

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煤田地质与勘探 2024年第3期52卷 176-183页

作者：谢辉郑立群刘福林梁梦佳刘璇蔡记华杨现禹侯继武武汉誉城千里建工有限公司湖北武汉430051 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074

近年来,国内外对钻井液性能自动检测技术的研究取得了长足进步。针对现有钻井液自动检测仪器成本高、结构复杂和工作环境受限等问题,研制了钻井液漏斗黏度和密度自动在线检测仪。使用可编程逻辑控制器、物联网模组、压力传感器、超声传... 详细信息

近年来,国内外对钻井液性能自动检测技术的研究取得了长足进步。针对现有钻井液自动检测仪器成本高、结构复杂和工作环境受限等问题,研制了钻井液漏斗黏度和密度自动在线检测仪。使用可编程逻辑控制器、物联网模组、压力传感器、超声传感器、蠕动泥浆泵、电动球阀和隔膜泵等,搭建取浆模块、检测模块、清洗模块和控制模块,实现了对钻井液漏斗黏度和密度的自动检测、移动端设备数据查看和操作等功能。采用传感器数据融合和滤波算法等方法提高仪器精度和稳定性,对不同钻井液体系性能测试验证,漏斗黏度误差控制在±1 s,密度误差控制在±0.01 g/cm^(3),且可连续地对钻井液性能进行自动测试。室内测试和现场试验结果表明,该仪器具有操作方便、测试结果准确、可重复性高、人为测量误差小和节约人工等优点,能满足实际钻井施工过程中对钻井液性能检测的要求,具有较强的普适性和广泛的应用前景。

关键词：钻井液自动检测漏斗黏度密度

正电胶钻井液增强煤层气钻井井壁稳定性试验研究

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煤炭科学技术 2016年第10期44卷 83-87页

作者：岳也彭扬东陈书雅杨现禹蔡记华中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074

为了解决煤层气钻井中普通存在的煤岩吸水膨胀、垮塌、掉块等技术难题,结合在水体系中煤的表面带负电荷特点,分别以有机正电胶MMH-1、无机正电胶MMH-2为主剂,配合增黏剂和降滤失剂进行试验,通过对钻井液流变性、滤失量、p H、膨胀量等... 详细信息

为了解决煤层气钻井中普通存在的煤岩吸水膨胀、垮塌、掉块等技术难题,结合在水体系中煤的表面带负电荷特点,分别以有机正电胶MMH-1、无机正电胶MMH-2为主剂,配合增黏剂和降滤失剂进行试验,通过对钻井液流变性、滤失量、p H、膨胀量等基本性能指标的测试和优化,提出了2组适用于煤层气井钻井的抑制性正电胶钻井液体系。试验结果表明:2组钻井液配方性能优良,具有合理的黏度和切力,携带岩屑能力强,滤失量低,润滑性能良好;与5%KCl溶液相比,膨胀量仅为前者的1/4左右,能有效抑制煤岩膨胀,从而达到增强煤层气钻井井壁稳定性的目的。

关键词：煤层气正电胶钻井液抑制性井壁稳定