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深井防塌钻井液体系及其无害化处理技术研究与应用

所获奖励:2020年度中国石油和化工自动化行业科技进步二等奖

主要完成人:白杨、刘宇程、王平全、周莹、谢刚、沈青云、罗发强、陈明燕

主要完成单位:西南石油大学、中国石油化工股份有限公司西北油田分公司石油工程技术研究院、四川西南石大金牛石油科技有限公司、克拉玛依金鑫油田环保工程有限公司

项目来源:国家自然科学基金(生物炭-降解菌联合应用对土壤中聚丙烯酰胺的降解影响及作用机制,项目编号:41601341,起止时间2017.01~2019.12)等


针对深井、超深井用高温高密度钻井液性能稳定和废弃物环境污染问题,基于重晶石不同粒径颗粒密堆积-滚动减阻耦合作用,建立了深井固相颗粒润滑和流变控制新技术,构建了新型高温、高矿化度、高密度深井防塌钻井液体系。建立了黏土矿物表面水化作用一体化定量评价新方法,研制成功了一系列水化抑制剂产品,利用发明的抑制剂材料抑制滤液对黏土矿物的水化、分散,从而保持井壁稳定。既有效解决了高温高密度钻井液流变性及HTHP造壁性难以很好维护和控制的难题,又很好的解决了水基钻井液钻进深部岩层的井壁失稳问题,还进一步简化了钻井液体系的配方、减少了添加剂的加量,降低了维护强度,为现场施工提供了方便、降低了成本。并且基于近零排放的智能集成技术秉承了“源头设计、价值回用、废液深度处理、固废资源化”环保理念,通过钻井液材料分子结构层面绿色设计、废弃液相全价值链回用、系统构建废液膜、催化深度处理、固废增溶清洗、热脱附、微生物集成处置设计方案,突破了深井防塌钻井液体系废弃物环保制约的技术瓶颈。

该成果授权美国发明专利7件、中国国家发明专利39件,发表论文120篇(其中SCI74篇、ESI高被引4篇)。在三大石油公司多个油田得到推广应用,井下复杂周期处理同比降低41.07%,产生经济价值达7.4亿元,降低了井塌风险,降低了钻井成本,缩短了钻完井周期。

图1 填缝降黏机理模拟图


图2 抑制黏土矿物水化的定量评价新方法

图3 深井防塌钻井废弃物全价值回用技术





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