加重剂对水基钻井液润滑性能影响的实验研究

通过粒度分布、扫描电镜、ZETA电位分析,考察了重晶石、活化重晶石、活化铁矿粉3种加重剂及其复配对钻井液加重到不同密度时对滤饼黏滞系数的影响。实验结果表明:高密度条件下,3种加重剂均有改善钻井液润滑性的作用,活化铁矿粉、活化重晶石、重晶石加重钻井液改善润滑性的临界密度分别为1.2、1.4和1.6 g/cm3;超过此密度的一定范围内,钻井液的润滑性均增强。复配加重比单独加重的润滑性效果更好。     

四氧化三锰水基钻井液润滑性能评价与研究

采用Zeta电位分析仪、激光粒度仪、扫描电镜测定了四氧化三锰、重晶石、铁矿粉的表面电荷、粒度分布和微观形状,对比考察了3种加重剂加重的水基钻井液的极压润滑系数和泥饼黏滞系数。实验结果表明,3种加重剂中,四氧化三锰颗粒的表面电荷最高,在钻井液中的表面亲水性最强,其颗粒呈球形,粒度分布窄、粒径小、比表面积大,颗粒的稳定性最强;因此四氧化三锰加重钻井液的极压润滑系数和泥饼黏滞系数最小;四氧化三锰、重晶石、铁矿粉加重钻井液泥饼润滑性改善的临界密度分别为1.3、1.5和1.5 g/cm3;重晶石、铁矿粉与四氧化三锰复配能改善他们加重钻井液的极压润滑性能及泥饼的润滑性能。分析其机理为四氧化三锰高的表面电荷使得颗粒分散均匀,降低了钻井液流动的内摩擦力,合理的粒度分布能增加起轴承效应的粒子数量,球形颗粒能显著降低钻井液固相颗粒之间的摩擦力。     

微粉重晶石高密度钻井液性能研究

国外现场应用表明,微粉重晶石加重技术能很好地解决超深井复杂井钻井现场遇到的很多难题,但目前中国关于微粉重晶石加重技术的研究应用报道较少。考察了微粉重晶石、普通重晶石、铁矿粉加重的高密度钻井液流变性、沉降稳定性、润滑性,研究了微粉重晶石高密度钻井液的储层保护技术,进一步利用3种加重材料的粒度分布、表面电性、微观形貌基本性质探讨了微粉重晶石改善高密度钻井液性能的作用机理。实验结果表明,微粉重晶石加重高密度钻井液黏度效应低,沉降稳定性与润滑性明显优于普通重晶石和铁矿粉高密度钻井液;通过优选架桥粒子与降滤失剂可以在一定程度上减轻储层伤害程度,满足各种复杂井对高密度钻井液的需要。     

泥饼质量的影响因素研究

采用DL-Ⅱ型泥饼针入度仪及泥饼黏附系数仪,对黏土含量、密度、加重剂种类、不同添加剂的加量对水基钻井液高温高压泥饼参数的影响进行了研究。得到的实验数据显示,黏土含量为5%时钻井液的泥饼质量最好;钻井液的密度越大,其泥饼的强度越高,渗透率也越大,泥饼的实际厚度及润滑系数在密度为1.50 g/cm3处表现为最佳;密度越大的材料加重的钻井液的泥饼质量越差;无机盐类使泥饼质量整体特性变差;包被剂对改善泥饼的渗透率及润滑性有一定的作用;降滤失剂和稀释剂能从整体上改善泥饼质量。由于不同体系、不同密度的水基钻井液的泥饼质量的影响因素各不相同,因此在现场施工中需仔细研究所用钻井液各主要组分的用量及其性质特点。     

快速钻进钻井液的研究及其在吐哈油田的应用

快速钻进钻井液技术是通过在水基钻井液中添加快钻剂，在保持钻井液原有的流变性、固相含量及分散性的基础上，通过改善其润滑性从而大幅度降低扭矩、实现快速钻井的新型钻井液技术。研制出一种快钻剂KSZJ，该井由带电荷的蛋白质类大分子、表面活性剂和其它辅剂组成。对该快钻剂的作用机理进行了分析，并评价了快钻剂对钻井液润滑性、页岩抑制能力、粒度分布、钻井速度的影响，优选出一套快速钻进钻井液配方。优选配方在极易发生钻头泥包问题的不同区块进行了应用，均取得了良好效果，平均机械钻速提高了19．62％-31．13％。快钻剂KSZJ对钻井液常规性能无影响，能显著提高钻井液润滑性及抑制性，减少钻井液中微米及亚微米颗粒的含量；配合使用PDC钻头时的提速效果最好，且对砂岩地层钻速的影响大于对灰岩地层的。     

莺歌海盆地抗高温高密度钻井液技术

南海莺歌海盆地储层具有高温高压特征,主要储层温度范围为186~218℃,地层压力系数范围为1.6~2.4,现用的水基钻井液抗温达到180℃,密度能够达到2.0 g/cm3,存在抗温性能不足,在200℃老化后钻井液增稠严重,密度难以达到地层要求的压力范围,对储层损害程度较严重等问题。结合该区域地质概况和储层损害机理分析,对钻井液进行了优化,加入超细碳酸钙和广谱油膜封堵剂,形成良好泥饼和致密的封堵薄膜;加入表面活性剂,改变孔隙岩石的表面性质,防止水锁现象的发生;加入白油和表面活性剂提高体系抗温性。优化的抗高温高密度水基钻井液在200℃条件下性能良好,密度可达到2.2 g/cm3,能够满足井下安全生产需要;钻井液具有良好的封堵性和防水锁能力,渗透率恢复值达90%左右;具有一定的抗CO2污染能力。     

微细钛铁粉加重剂在钻井液中的应用

随着深水井、大位移井、高温高压井以及窄密度窗口井钻井作业的进行，对钻井液性能的要求越来越高，尤其是对高密度及超高密度钻井液的流变性、造壁性、沉降稳定性以及储层保护性能的要求，常规API重晶石加重的钻井液已经不能满足特殊井段的钻进需求，因此需寻求新型加重剂。近年来微细重晶石、微锰、微细钛铁粉等新型加重剂在现场使用取得较好的效果。通过对国内外文献的调研，研讨了微细钛铁粉的特性、微细钛铁粉对水基以及油基钻井液流变性、滤失造壁性和沉降稳定性的影响及该剂在高密度/超高密度水基/油基钻井液中的使用情况。得出:微细钛铁粉无论是用作水基还是油基钻井液的加重剂，或与API重晶石混合使用，钻井液流变性好，其酸溶性好，形成的泥饼更容易去除，沉降稳定性好，对储层损害程度低。该剂磁性可通过去除赤铁矿杂质得以解决；尽管其硬度高于重晶石，但由于其D₉₀为15 μm，因而其磨蚀性低于API重晶石。此外，由于微细钛铁粉颗粒分布集中（D₅₀≈5 μm），高温高压滤失量稍高，可以通过加入一些粒径分布宽的酸溶性架桥颗粒来得到解决。整体上来说，微细钛铁粉用作钻井液加重剂是非常有前景的。该剂已在阿拉伯湾以及阿联酋等现场应用，取得了较好的结果。      

超高密度水基钻井液滤失造壁性控制原理

加重剂是影响超高密度水基钻井液滤失造壁性的重要因素。从理论上分析了加重剂沉降以及加重剂表面水化作用对钻井液滤失造壁性的影响,得出加重剂颗粒的沉降以及其表面水化能力是影响滤失造壁性的重要因素。由此提出了稳定超高密度水基钻井液静态滤失的技术思路,即通过改善加重剂的沉降稳定性和表面水化能力来控制钻井液的滤失造壁性。提出了采用一种能吸附在加重剂表面,增大其表面Zeta电位绝对值和水化能力的处理剂来改善超高密度水基钻井液滤失造壁性的技术方法。研究出一种润湿分散剂GR,室内实验评价了其对加重剂表面Zeta电位的影响,以及对超高密度水基钻井液沉降稳定性和滤失量的影响。研究结果表明,GR可显著提高加重剂的Zeta电位绝对值,并能明显改善钻井液的沉降稳定性和滤失造壁性,从而验证了该技术方法的可行性。     

高密度水基钻井液流变性控制技术

流变性的控制是高密度钻井液施工的关键技术难题。对高密度钻井液进行了分类，以密度—粒度—黏度曲线确定了最优化加重剂粒度分布，通过优化基浆配制工艺、优选强抑制钻井液体系、优化加重剂与钻井液的粒度分布研究，应用超微细、亚微态粒子稳定技术，强化固相控制，形成一套优化的高密度阳离子钻井液技术工艺。在酒东油田的现场应用表明:对密度1.95～2.20 g/cm3的钻井液，黏度可在55～180 s间调节，n小于0.7,K小于0.9,动塑比值在0.4~0.8之间,Kf小于0.1,较好地控制了流动性和润滑性,降低了黏卡发生率,首次在长301井实现了零事故钻井。     

新型MEG钻井液体系的研究

MEG钻井液是一种具有半透膜作用的水基钻井液．对页岩具有较好抑制作用。同时该体系又具有生物降解．保护环境的特点。阐述了MEG钻井液抑制页岩水化膨胀和分散的机理，研究并评价了MEG钻井液的性能及成膜效应。研究表明，MEG钻井液主要是通过成膜作用、渗透及去水化作用稳定页岩；具有较好的抑制性、润滑性和储层保护特性，钻井液性能稳定，在钻井液中浓度达到一定范围时，能在页岩表面形成半透膜．诱使页岩内的吸附水渗出。     

Impact of barite and ilmenite mixture on enhancing the drilling mud weight

It is common knowledge in the technology of drilling fluids, monitoring of the drilling mud weight is critical in developing a mud system that yields good well stability. Alternative weighting materials should be in demand to offer superior properties such as barite, available in sufficient reserves to meet field requirements and be competitively priced. A weighting material that can be sourced locally to substitute barite would be a good innovation in the drilling industry. The present work was performed for enhancement the weighting of the drilling fluids by using mixture of barite and ilmenite. Micro-sized ilmenite ore (FeTiO₃) particles were obtained by a direct solid phase milling process to replace a certain percentage of barite as weighting material of the drilling mud. X-ray diffraction (XRD) analysis was carried out to underline the phase identification of the crystalline ilmenite, used drilling mud weighting agent as barite and Na-bentonite particles. The lamellar shape and the arrangement in overlapping plates of ilmenite particles, Platy-like shaped Na-bentonite grains against sub-angular and square-shaped barite particles were confirmed by scanning electron microscope (SEM) technique. Three mud samples with different densities were prepared which be made up of fresh water, sodium bentonite and weighting material. The weighting materials were added up to the mud separately to form the required mud density ranges between 8.65 and 18?lb/gal. The first sample was water-based mud with barite; second sample was water-based mud with local ilmenite ore and third sample was water-based with barite and ilmenite in which were added in parts as 50:50 by ratios. These samples were investigated at different temperatures (normal, 120, 160, 180?°F) and the employed mud density range to determine solid content, density, rheological properties and filtration losses. The study showed that the rheological properties of barite/ilmenite mixture were found to give comparable results as barite and has the potential to be used as alternative weighting material especially in a heavier drilling mud. Two significant advantages could be observed through using the mixture; it produces lower solids content and fluid loss which in turns reduces the formation damage, respectively.     

四氧化锰加重水基聚磺钻井液研究

国外现场应用表明，对于密度在1．6g／cm^3以上的加重油基钻井液，用四氧化锰代替重晶石粉加重，能降低钻井液的当量循环密度。通过用黑锰矿粉、重晶石粉、超细碳酸钙和铁矿粉加重水基聚磺钻井液密度至1．6g／cm^3，测定了4种加重钻井液在1．2～1．6g／cm^3之间5个密度点的表观黏度和塑性黏度，分析了表观黏度和塑性黏度的变化趋势。模拟计算出了井深为4150m时的当量循环密度，表明黑锰矿粉在密度为1．46g／cm^3以上可以获得低于其它加重材料的当量循环密度。     

高强度空心玻璃微珠低密度水基钻井液室内研究及应用

高强度空心玻璃微珠钻井液作为连续介质具有不可压缩性，避免了气体钻井流体在使用过程中的诸多缺点，其密度可在0．6～1．0kg／L范围内进行调整，适用于低压油藏钻井和欠平衡钻井。室内试验表明，玻璃微珠钻井液具有良好的配伍性、流变性、滤失性和润滑性，并有利于保护储层，具有可回收利用及对测井无影响等气基钻井流体所不具备的优点，虽然微珠本身成本较高，但由于不需要特殊增压设备，相比空气钻井可以降低设备成本，操作更加安全，因而具有广阔的应用前景。从物理特性、配伍性、流变性调整、储层损害评价以及现场应用等方面对该钻井液进行了较全面的综述和分析。     

超高密度水基钻井液加重剂研究

超高密度水基钻井液常规加重剂易引起黏度效应,导致钻井液黏度过大失去流动性。采用表面活化和粒度级配的方式对重晶石进行了优化。通过电势影响和流变性实验确定出表面活化剂（RAB）的最佳加量,并在此基础上,以经典堆积理论为基础,采用Dinger-Funk分布方程计算出不同分布模数下的粒度范围,通过大量室内实验,确定出最佳粒度级配。通过优化生产工艺生产出工业级的特殊重晶石,在四川地区多口高压深井气井进行了应用,成功配制出超高密度水基钻井液（密度≥2.65 g/cm3）。现场应用结果表明,以特殊重晶石加重的超高密度水基钻井液,具有加重密度高、流变性可控、抗盐水侵等特点,满足实际施工需要,具有较高的推广价值。     

加重剂对抗高温超高密度柴油基钻井液性能的影响

在塔里木盆地库车山前钻遇库姆格列木群盐膏地层时，要求采用抗高温超高密度油基钻井液，该钻井液必须具有良好流变性、低的高温高压滤失量、良好的封堵性与动、静沉降稳定性。研讨了不同类型加重剂对抗160℃超高密度柴油基钻井液性能的影响；采用重晶石（ρ=4.2 g/cm3）、重晶石（ρ=4.3 g/cm3）、氧化铁粉、Microdense等单一加重剂配制超高密度柴油基钻井液，钻井液性能无法全面满足钻井工程的需要；采用具有超微细、高密度、球形等特点的MicroMax加重的超高密度柴油基钻井液拥有非常好的流变性能和良好的沉降稳定性，但无法控制钻井液的高温高压滤失量；当重晶石和MicroMax按60∶40比例复配时，可配制出性能良好的超高密度（2.4～3.0 g/cm3）抗高温柴油基钻井液，能满足库车山前钻进高压盐水层与易漏地层的需求。      

抗160℃超高密度柴油基钻井液体系

由于油气勘探开发逐步向深层、非常规等油气藏发展，要求采用抗高温超高密度油基钻井液钻进，该钻井液必须具有良好流变性、低的高温高压滤失量、良好的封堵性与动/静沉降稳定性。研讨了抗160℃超高密度柴油基钻井液配方。通过大量实验得出，采用重晶石加重，无法配制出具有良好流变性能与动沉降稳定性能的超高密度柴油基钻井液；形成了抗160℃密度为2.4～3.0 g/cm3超高密度柴油基钻井液配方为，0#柴油与25%氯化钙盐水的质量比为90∶10，加入有机土+0.8%主乳化剂+1%辅乳化剂+1%润湿剂+5%降滤失剂+3% CaO+加重剂（重晶石∶MicroMax为6∶4），其中有机土加量随钻井液密度增加而下降，密度为2.4、2.6、2.8和3.0 g/cm3的柴油基钻井液，最佳有机土加量分别为1%、0.5%、0.3%、0。      

无固相钻井完井液的研究与应用

国内外石油钻井施工中,多使用含有膨润土和较高固相的钻井液,易对储层造成伤害,使储层渗透率大大降低。为满足储层保护的需要,优选增黏剂、降滤失剂、抑制剂、暂堵剂,开发出无固相钻井液体系,即:清水+0.3%Na2CO3+3%FL-1+1%Redu1+0.3%XC+0.3%CMC+1.5%Na-PAN+3%FT-1+2%SPNH+0.2%K-PAM+2%QCX-1。文章分析了无固相钻井完井液作用机理、室内实验及现场应用效果,指出该体系不仅具有良好的悬浮携带性、流变性、润滑性,而且油层保护性能也很好,能够满足低压油层水平井钻进和保护油层的要求。     

加重剂对磁性对摩阻的影响及其机理探讨

在钻井施工中,用钛铁矿粉、氧化铁粉加重钻井液时,活动钻具的阻力比重晶石加重液高出许多,会出现连续阻卡现象,任何润滑措施都不理想。因此,用改进的试验方法研究了加重剂磁性对钻具摩阻的影响。结果表明,磁性是钛铁矿粉加重钻井液摩阻增加的主要原因,润滑剂不能从根本上解决这一问题。提出需要高密度钻井液的斜井和水平井应尽可能不使用具有磁性的加重剂。