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近年来,石油资源需求逐年增加,安全开采储量丰富的海上油气资源是开发石油资源的重要途径。然而,井中温度随固井深度的增加逐渐升高,致使圈闭环空压强累积,存在损坏套管、发生井漏井喷等事故的风险。目前,工程应用中多通过在套管周边增设可压缩泡沫或在隔离液中注入氮气的方法降低圈闭环空压强,但可压缩泡沫强度低,易在泵送隔离液的过程中破碎失效;而注入氮气时,氮气注入量超过20%时难以进一步降低圈闭环空压强。本文采用石蜡等材料包覆于陶粒等多孔材料表面,制备了具有温度敏感性和降压功能的包裹材料(WM)。研究了包覆工艺对包裹层平均厚度和抗破损能力的影响,评价了WM在隔离液中的降压性能。在此基础上,将制备的WM与弹性材料、中空颗粒等材料相搭配,配制了多组受热可压缩弹性隔离液,研究了各类受热可压缩弹性材料比例对压强降低性能的影响。随后,优选了悬浮剂、表面活性剂等隔离液添加剂,研究了悬浮剂、加重剂掺量对隔离液流变性、悬浮性、抗失水性能的影响,确定了受热可压缩弹性隔离液的组成。在不同井况环境下,对该隔离液的降压性能、与钻井液和水泥浆的相容性能进行了评价,验证了其在深水油气井中的可适用性。具体工作如下:(1)采用显微荧光法观察分析了火山岩、沸石、陶粒的孔隙结构,依据孔隙大小和分布优选出陶粒作为包裹材料中的支撑材料,陶粒的最优粒度区间为3~4 mm。分别采用聚己内酯、EVA乳液和石蜡三种高分子材料与陶粒制备WM,根据WM的均匀性、分散性及高分子材料的包裹厚度,优选石蜡作为WM的包裹层,并使用聚乙烯蜡(PYW)作为改性剂进一步提高了石蜡在陶粒表面的包裹厚度。结果表明,随着PYW掺量、搅拌时间、搅拌速率的增加,平均包裹层厚度(AT)在逐渐增加,WM的抗搅拌破损能力也同时增加,包裹试验最佳条件为:PYW掺量为7%~10%、搅拌时间为3~4 min、搅拌速率为500~600 r/min。(2)分别将WM、弹性材料和中空颗粒三类受热可压缩弹性材料加入到特定配比的隔离液中,研究上述材料在不同温度下对圈闭环空中压强的影响。结果表明,WM在60℃时可有效降低圈闭环空压强;当WM的掺量为14%时,圈闭环空压强在90℃时降低了24.6%。通过对比苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、丁腈橡胶粉(NBR)、丁苯橡胶粉(SBR)三种弹性材料对圈闭环空中压强的降低幅度,发现SBR效果最佳。当温度达到90℃后,漂珠(FBS)能够显著降低压强,降幅可达29.6%。将三种材料进行复配发现:当受热可压缩弹性材料的掺量为水质量的24%时,WM、SBR和FBS的最佳比例为3:2:3。在该比例下,隔离液在90℃时圈闭环空压强仅为5410 psi,较对照组降低了32.1%。(3)研究了各类悬浮剂、表面活性剂对隔离液流变性、悬浮稳定性、失水性及冲洗效率的影响。结果表明,采用黄原胶(XC)和PC-S32S作为悬浮剂时效果最佳,两者最佳比例为2:3;采用聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯(Tween80)和α-烯烃磺酸钠(AOS)作为表面活性剂时效果最好,两者最优比例为3:2。在优选受热可压缩弹性材料、表面活性剂掺量下,通过调控悬浮剂和重晶石的掺量,配制了密度介于1.1 g/cm~3~1.6g/cm~3的受热可压缩弹性隔离液。结果表明,各组隔离液在25℃和90℃下的流性指数n均在0.5~0.8,稠度系数k均在1 Pa·sn以内,具有良好的流变性;高度方向上隔离液各部分密度差均在0.06 g/cm~3以内,具有优异的悬浮性;抗失水性满足小于100 m L的要求。(4)模拟研究了不同井况下受热可压缩弹性隔离液降低圈闭环空压强的效果。在90℃的环境下,当起始压强由290 psi逐渐增加至2900 psi,该隔离液对圈闭环空压强的降低幅度由32.1%增加至47.3%;当圈闭环空中升温速率由0.5℃/min增加至2.5℃/min,该隔离液在90℃时的降压幅度介于31.4%至32.1%,表明其在不同起始压强、升温速率下均表现出优异的降压性能。通过隔离液循环升温降温试验发现,其处于设定温度时的降压幅度介于33.3%~53.9%,可见其在多次升降温过程中性能稳定。将该隔离液与钻井液、水泥浆分别以不同比例混合后,混合浆体的塑性黏度、动切力和稠度系数均减小,混合浆体无明显增稠、絮凝和早凝等现象,充分说明该隔离液与钻井液、水泥浆均具有良好的相容性。通过研究隔离液对水泥浆性能的影响发现,隔离液会延长水泥浆体的凝结时间、降低水泥石的抗压强度,但可以改善水泥浆的抗失水性能。当隔离液占混合液体积的30%时,水泥石抗压强度降幅最高为67.3%,满足行业规定降幅小于70%的要求。