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。      

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。     

高密度钻井液加重材料沉降问题研究进展

钻井液的密度对于地层的压力控制至关重要,而流变性和沉降稳定性控制是高密度钻井液技术存在的主要技术难点之一。传统的加重材料,例如API重晶石在高密度钻井液中存在严重的沉降问题,对钻完井作业造成严重影响。不同粒径、形貌和比重的加重材料对改善高密度钻井液的流变性和沉降稳定性有不同的作用。综述了对API重晶石沉降问题的研究现状以及作为替代API重晶石的微粉加重材料的研究进展。国内外的室内研究与现场应用表明,高密度的微粉加重材料可有效解决高密度钻井液的沉降稳定性问题,并且具有降低摩阻、当量循环密度等优点。但是,微粉加重材料也存在固相控制、泥饼清除困难,微粉颗粒团聚的缺点,研究学者针对这些问题已展开大量研究,并提出相应解决办法。      

微粉加重剂与普通重晶石复配加重油基钻井液性能

针对超高密度油基钻井液固相含量高给钻井液性能调控与维护带来不便的问题。用激光粒度分析仪和扫描电镜分析了微粉重晶石、微锰矿粉、普通重晶石的粒度分布和微观形态,研究了微粉加重材料与普通重晶石按不同比例复配加重得到的超高密度油基钻井液的性能变化,同时通过改变处理剂加量对超高密度油基钻井液加重配方进行了调控。研究结果表明,微粉加重材料与普通重晶石按不同比例复配后加重的超高密度油基钻井液具有良好的流变性、电稳定性和失水造壁性,微粉重晶石与普通重晶石的最优复配比例5:5~6:4,微锰矿粉与普通重晶石复配时,微锰矿粉所占复配比例越大,其体系性能越好。考虑到加重材料的成本,室内采用微粉重晶石与普通重晶石3:7、微锰矿粉与普通重晶石2:8的复配比例加重超高密度油基钻井液,在此基础上通过调节有机土和乳化剂的加量、改变内相来优化加重配方,形成了性能良好的超高密度油基钻井液体系。     

超高密度油基钻井液加重剂评价及现场应用

准噶尔盆地南缘区块古近系、白垩系、侏罗系等地层,压力系数高达2.40～2.65 g/cm3,为了保障异常高压地层的安全钻进,急需研发性能优异的超高密度油基钻井液。使用环境扫描电子显微镜和激光粒度分析仪,分析了普通重晶石、微粉锰矿和微粉重晶石的微观形态和粒度分布。分析了微粉加重剂降低钻井液黏度的原理,实验评价出配制超高密度油基钻井液加重剂最佳复配方案为普通重晶石∶微粉锰矿=7∶3。优化出超高密度油基钻井液的配方,评价其高温沉降稳定性能、抗水污染性能。实验结果显示,配制的超高密度油基钻井液具有好的高温沉降稳定性,静恒温24 h,上下密度差值为0.01～0.02g/cm3,静恒温120 h,上下密度差值为0.10～0.14 g/cm3,上下密度差值小;具有好的抗水污染性能,能抗15%以内的水污染。现场应用表明:密度为2.65 g/cm3的超高密度油基钻井液在钻进过程中,全程钻井液性能表现良好,井下安全正常。      

超微粉体加重高密度油基钻井液的性能

为解决高密度油基钻井液中采用常规重晶石粉加重多发生固相沉降的难题,室内分别研究了超微重晶石粉、超微铁矿粉、超微锰矿(中值粒径D504μm)加重高密度油基钻井液的性能,并研究了超微粉体和常规重晶石复配加重高密油基钻井液的性能。研究结果表明,与普通重晶石加重钻井液相比,采用3种超微加重的油基钻井液的流变性和电稳定性明显增强,超微材料性能优良程度排序依次为超微锰矿粉超微铁矿粉超微重晶石粉。将超微粉体和普通重晶石复配(质量比1∶1)加重至钻井液密度为2.3 g/cm3时,超微锰矿粉、超微铁矿粉和普通重晶石复配加重时可获得良好的流变性,而超微重晶石和普通重晶石复配加重后黏切偏大,流变性差,将乳化剂用量降低50%以上可获得良好流变性,复配加重油基钻井液180℃高温稳定性良好,热滚后的表观黏度仅为68 m Pa·s,塑性黏度为59 m Pa·s,初终切力为6 Pa/8 Pa,破乳电压达1732 V,稳定性指数TSI仅为0.5。超微粉体明显改善了钻井液的流变性、高温稳定性并降低处理剂应用成本,能更好地适应超深井复杂地质条件钻井需要。     

国外高密度微粉加重剂研究进展

综述了国外高密度微粉加重材料的室内研究与现场应用现状,分析了用微米重晶石、四氧化三锰微粉加重的高密度钻井液的优点以及存在的问题,并进一步探讨了微粉加重材料的发展趋势。国外研究应用表明,高密度微粉加重剂钻井液体系较好地解决了高密度钻井液的流变性与沉降性之间的矛盾,且还具有低摩阻、低扭矩、低循环当量密度等优点,高密度微粉加重剂已成为国外水平井、大位移井、大斜度井等复杂钻井作业的首选加重材料。     

国外HTHP水基钻井液的研究进展

综述了国外高温高压（HTHP）水基钻井液的研究进展。简介了技术原理和各类HTHP水基钻井液,其中包括盐水基、重晶石加重和四氧化三锰加重HTHP水基钻井液。侧重介绍了甲酸盐基HTHP水基钻井液的原理、技术发展及应用。对重晶石加重和四氧化三锰加重HTHP水基钻井液,重点介绍了控制体系流变性、稳定性和滤失量。还给出了在德国北部、美国塔斯卡卢萨、印尼那图那海、北海、沙特阿拉伯、中国南海等油田的现场应用结果。     

使用微粉重晶石的高密度钻井液体系在LD10-1-1井的应用

重晶石是一种高比重的含钡矿物,具有密度高、化学性质和热学性质稳定等特点;其主要应用于领域石油工业和化工工业。在石油工业方面,其主要作为钻井液加重剂。采用粒径更小的微粉重晶石与API重晶石分别加重高密度钻井液,微粉重晶石加重钻井液的塑性黏度更低,流变性能更好,现场应用效果更好。     

贝克休斯LATIDRILLTM高性能页岩气用水基钻井液

贝克休斯公司研发的LATIDRILLTM水基钻井液体系,是一种专为非常规页岩气大位移水平井钻井设计的钻井液,可以提高井眼质量,提高钻井效率,其稳定性、钻进速度及性能可与油基钻井液体系媲美。经实验室试验和现场应用证实,LATID-RILLTM水基钻井液成本效益与油基钻井液相当,有时甚至高于油基钻井液。适用范围:非常规页岩油气井;水平井、斜井、大位移井。     

超深井钻井液污染套管机理

针对超深井钻井过程中钻井液对套管的污染问题,分析了超深井环境下钻井液在套管壁的残留率,明确温度是影响钻井液残留的主要因素。在超深井高温下,油基钻井液发生破乳效应,由疏水转变为弱亲水性;水基钻井液发生脱水效应,由亲水转为弱疏水性。采用XRD、元素分析、四组分、傅里叶红外光谱等测试方法,对钻井液残留物的成分进行分析,得到水基钻井液残留物的主要成分为纤维素、磺化酚醛树脂携带包裹黏土颗粒与重晶石混合物;油基钻井液残留物主要成分为沥青和油酸酰胺包裹重晶石混合物。结合测试分析结果,通过分子动力学模拟计算钻井液中大分子在套管壁上的吸附效应,得到沥青主要成分卟啉和油酸酰胺与套管壁的结合能分别为-54.18 kcal/mol和-19.72 kcal/mol,纤维素和磺化树脂与套管壁的结合能分别为-19.09 kcal/mol和-93.19 kcal/mol,证实了水基钻井液中有机组分在高温状态下较油基钻井液更具有黏附性。通过对钻井液污染机理的分析,为日后套管清洗提供理论性指导。     

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。      

加重剂对超高温高密度油基钻完井液性能影响研究

针对超高温高密度油基钻井液沉降稳定性差的问题,采用微锰加重剂、普通重晶石及微细重晶石复配研究.对加重剂进行粒度分析,通过中值粒径、径距、一致性对加重剂粒度分布进行评价,通过表观黏度、塑形黏度、动切力、静切力、低剪切速率屈服值、动态沉降趋势、携岩指数、ECD对体系流变性及动态沉降稳定性进行综合性评价,采用清油析出率、沉降...     

适用于大位移井新型水基钻井液室内研究

为了满足大位移井对水基钻井液的需要,针对水基钻井液润滑性、摩阻扭矩以及当量循环密度控制等问题,通过在水基钻井液中引入一种多功能基液MBF,得到一种新型水基钻井液,其可有效改善水基钻井液的润滑性能,使其接近油基钻井液。结果表明,在水基钻井液中,MBF含量为30%时,其润滑系数为0.064,优于常规氯化钾聚合物钻井液的0.123,接近油基钻井液的0.056;同时该新型水基钻井液可有效抑制黏土水化造浆,且具有更好的降滤失性能,高温高压滤失量低,接近于油基钻井液。构建的新型水基钻井液能够满足大位移井钻探的需要。      

油基钻井液润湿剂评价新方法

润湿剂是油基钻井液关键处理剂之一,目前尚未建立油基钻井液润湿剂评价标准。针对现有油基钻井液润湿剂评价方法的不足,基于油相塑性黏度、重晶石颗粒在油相中沉降速率、重晶石颗粒在油中的沉降体积等参数,建立了一种新的简单易行的油基钻井液润湿剂评价方法。选用了3种油基钻井液润湿剂A、润湿剂B及润湿剂C进行了润湿性能评价,基于以上评价参数,润湿剂的润湿性能优劣顺序依次为润湿剂C、润湿剂A和润湿剂B。为进一步验证所建立的油基钻井液润湿剂评价方法的可行性,通过实验评价了以上3种润湿剂的接触角以及加入以上3种润湿剂后油基钻井液的性能,研究结果表明,所建立的新的评价方法能有效评价油基钻井液润湿剂的润湿性能。      

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。     

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。     

水基钻井液在渤中浅层大位移井中的研究与应用

为了满足一级海域环保要求下渤中34-1油田大位移井的钻进要求,通过单项技术研究的方式研制出了一种适合该油田地质特性的水基钻井液体系,并对润滑能力、防膨能力、携岩能力、抗污染能力进行了室内评价,同时对体系整体稳定性进行了验证。经现场应用,结果表明该水基钻井液体系能很好地满足渤海浅层大位移井的钻进要求,体系维护简单、操作方便,打破了大位移井需用油基钻井液才能实现高效钻进的惯例。     

密度对油基钻井液性能的影响

随着高密度油基钻井液被使用的越来越多,高密度时油基钻井液表现出的性能不稳定也逐渐被现场工程师发现。研究了密度对油基钻井液性能的影响,以及不同密度下温度、剪切时间、油水比、有机土、CaCl₂浓度和劣质固相对油基钻井液性能的影响。研究结果表明,重晶石能增加油基钻井液的黏度和切力,提高钻井液的乳化稳定性;油基钻井液的破乳电压和重晶石的加入量呈线性关系;在高密度时,油基钻井液的表观黏度受温度、油水比、有机土和劣质固相的影响程度比低密度时大;破乳电压在高密度时受油水比、CaCl₂浓度和有机土的影响比低密度时大。综上可知,密度的增加不仅单独对油基钻井液性能造成影响,还提高了油基钻井液对其它因素的敏感性。因此在使用高密度油基钻井液时,要加强对现场钻井液性能的监控和调节。      

加重剂类型对油基钻井液性能的影响评价

油气井钻井成功在很大程度上取决于钻井液的性能,而加重剂对钻井液的性能有很大影响,不同加重剂配制的钻井液在现场钻进过程中效果不同。通过对毫微粉体、普通重晶石粉和微锰矿进行粒度分析,配制油基钻井液,测定钻井液的黏度、API滤失量、泥饼摩阻系数等性能,研究了不同加重剂对钻井液性能的影响。实验结果表明:毫微粉体的颗粒最小,配制的钻井液黏度最大,滤失造壁性差;普通重晶石粉配制的钻井液润滑性能不好,但受加量的影响小;微锰粉颗粒大,粒度分布广,与普通重晶石粉混合使用后钻井液的性能有明显提高。