不同加重剂对超高密度钻井液性能的影响

针对超高密度钻井液中加重剂用量大、货源稀少、价格昂贵,或硬度较大、磨损钻具、具有毒性等问题,选择目前应用最广泛的重晶石粉和国外开发的微锰粉MicroMAX为加重剂,研究了其对钻井液性能的影响。分别用扫描电镜和激光粒度仪分析了重晶石粉和微锰粉的微观形态和粒度分布,并将其按一定比例复配为加重剂,配制出2.85~2.90 kg/L的超高密度钻井液,高温老化后进行流变性、滤失性和沉降稳定性的评价试验。试验结果表明:纯度较高的重晶石粉能够配制出具有良好流变性、悬浮稳定性的超高密度钻井液,且高温高压滤失量小;用重晶石粉和密度更高、粒径较小的微锰粉复配加重,高温老化后钻井液的黏度和动切力下降,流变性有一定改善,但高温高压滤失量增大。综合考虑钻井液性能、经济性和实用性,建议用性价比相对较高的重晶石粉为加重剂。用重晶石粉加重的2.75~2.89 kg/L的超高密度钻井液在官深1井三开井段进行了现场试验,安全钻进约745 m。      

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。     

高密度钻井液滤失量影响因素定量评价

为了进一步降低高密度钻井液的滤失量,提高其在现场的应用效果,有必要对其中的处理剂加量进行严格控制。分析了膨润土、加重材料、降滤失剂、NaCl和烧碱等处理剂的加量对高密度钻井液滤失量及黏度等流变参数的影响。室内研究结果表明:膨润土含量和加重材料种类对钻井液的滤失量无明显影响,但是加重材料的配比对钻井液的高温高压滤失量影响较大;烧碱含量对滤失量的影响程度最大;高温热滚后pH值控制在8.5~9.5时滤失量最小;降滤失剂和NaCl对钻井液滤失量的影响较小。该研究成果为高密度钻井液在现场的成功应用提供了可靠依据。     

重晶石粒度级配对加重钻井液流变性的影响

利用粒度分级的重晶石粉,对重晶石粉粒度级配对加重钻井液性能的影响进行了研究。首先通过分析粉末颗粒堆积理论获得了理论重晶石粉粒度级配方案,进而通过实验考察了不同的重晶石粉粒度配比对加重钻井液流变性的影响。结果表明,钻井液密度越高,重晶石粉粒度级配对钻井液流变性的影响越明显;理论级配公式所计算配比与实验所得配比比较接近;通过优化重晶石粉粒度级配可以改善加重钻井液的流变性,通过实验和分析得到重晶石粉最优粒度配比为:(0.154～0.038mm)∶(小于0.038mm)为34∶66。     

采用海泡石纳米颗粒控制膨润土基钻井液性能

提出在膨润土基钻井液中添加海泡石纳米颗粒来控制其性能,并通过实验研究了不同温度压力条件下海泡石纳米颗粒对膨润土基钻井液流变性、滤失性等性能的影响。测量了添加海泡石纳米颗粒前后膨润土基钻井液在不同温度压力条件下的塑性黏度、动切力和滤失量,并在储集层温度压力条件下对添加海泡石纳米颗粒前后的膨润土基钻井液进行了岩心驱替实验,对比了钻井液的滤失量及对地层的伤害程度。结果表明:添加海泡石纳米颗粒可以提高清水和盐水膨润土基钻井液的塑性黏度和动切力;海泡石纳米颗粒可以在较大的温度和压力范围内特别是高温高压条件下保持钻井液流变性的稳定;储集层温度压力条件下,海泡石纳米颗粒降低了钻井液的滤失量,抑制了砂岩岩心渗透率降低。海泡石纳米颗粒是一种理想的膨润土基钻井液添加剂。     

加料顺序对钾胺基聚磺钻井液工艺性能的影响

研究了降失水剂、抑制剂及包被剂的加入顺序对钾胺基聚磺钻井液流变性、滤失造壁性及抑制性能的影响,得到钻井液处理剂加料的最佳顺序为:降失水剂、30%包被剂、抑制剂、70%包被剂。该配方的表观黏度(AV)为41 m Pa·s,API滤失量(FL(API))为3.7 m L,动塑比为0.31,页岩滚动回收率为93.48%,线性膨胀率为14.3%。利用激光散射粒度分析仪,分析了不同加料顺序影响钻井液性能的作用机理。结果表明:先加抑制剂钻井液体系的AV约为25 m Pa·s,FL(API)为6.4数7.0 m L,大颗粒含量较高,体系粒径过大,不利于形成致密滤饼,滤失造壁性能较差;先加包被剂钻井液体系的AV为36.0数39.5 m Pa·s,FL(API)为5.1数5.5 m L,较大与较小粒径颗粒均较少,滤失造壁性能较差;先加降失水剂钻井液体系的AV为32.5数42.5 m Pa·s,FL(API)为3.6数4.2 m L,粒径分布较宽,在几微米至一千余微米之间,且呈多峰分布,有利于黏土颗粒的有效堆积从而形成致密滤饼,滤失造壁性能与流变性能均较好。     

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。      

几种新型抗高温降滤失剂对钻井液粒度分布的影响

降滤失剂作用机理的研究对高温深井钻井液的应用有着指导性的意义,对照传统钻井液降滤失剂综合评价3种新型抗高温降滤失剂Redul-200、JNJS-220以及CPF的性能。3种新型降滤失剂较传统降滤失剂SMP-1、SMP-2、SMP-3、PSC-2及SPNH有着良好的降滤失性能和流变性。通过分析钻井液体系的粒度分布来研究这3种新型降滤失剂的作用机理。降滤失剂Redul-200是一种聚合物和惰性固相颗粒的混合物,降滤失剂JNJS-220中含有亚微米级固相颗粒,降滤失剂CPF拓宽了钻井液固相颗粒粒径分布范围(亚微米级~100微米级)。通过在2口风险探井施工中的应用,这3种新型降滤失剂有效地控制了滤失量,保证盲区地层施工顺利进行。     

低黏度效应聚合物降滤失剂的合成与性能评价

为降低降滤失剂对钻井液黏度的影响,采用丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基聚乙二醇为主要单体,合成了聚合物降滤失剂GZ-1,用红外光谱对GZ-1 的结构进行了表征,研究了GZ-1 对钻井液流变性能和滤失性能的影响,通过环境扫描电镜分析了GZ-1 对钻井液滤饼微观形貌的影响。结果表明,合成的GZ-1 含有设计的官能团,黏均分子量适中（22.9 万）,1.6% GZ-1 水溶液的黏度仅为7 mPa·s;随着GZ-1 浓度增加,聚合物钻井液的滤失量逐渐降低,钻井液的表观黏度（AV）和塑性黏度（PV）小幅增加,基浆在加入1.6%GZ-1 后的AV 和PV 增幅分别为1.7 和1.5 倍,180℃老化16 h 后的增幅分别为1.1 和2.7 倍;加入重晶石提高聚合物钻井液密度时未出现黏度激增现象;GZ-1 可使钻井液滤饼更为致密,有效抑制黏土颗粒的聚结作用。GZ-1 可抗180℃高温,增黏作用小于常用降滤失剂JT888和SY-3,对钻井液黏度的影响较小。图6 表4 参14     

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。     

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。     

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。      

微锰加重剂在钻井液中的应用

综述了国内外微锰加重钻井液的研究进展,分析了高密度钻井液用加重剂的优点及存在的问题,阐述了微锰加重材料的化学组分、理化性能、微观形状及粒度分布、Zeta电性、沉降动力稳定性、密度、酸溶性和莫氏硬度。与传统高密度钻井液用加重材料（重晶石和铁矿粉）相比,微锰具有颗粒小、呈球形、比表面积较高等特点,微锰加重钻井液表现出良好的流变性、沉降稳定性和润滑性,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。介绍了微锰对钻井液性能及储层保护的影响,给出了其在科威特北部深井、壳牌Cormorant North油田的过油管旋转钻井（TTRD）的现场应用结果。      

针对页岩气井钻井液的新型滤失造壁性能评价方法

鉴于目前页岩油气开采中使用致密低渗测试介质来测试滤失造壁性能的需要,从紧密堆积理论出发,以毫微重晶石和商用重晶石作为固体颗粒材料,采用实验室常见的高速搅拌器和高温高压滤失仪作为实验设备,制作模拟页岩地层低渗泥饼。通过改善毫微重晶石的分散稳定性和调整2者质量比等方法,逐步降低泥饼渗透率,最终确定配方为:1 000mL水+100 g毫微重晶石+10 g聚丙烯酰胺+50 g聚丙烯酸钠+200 g商用重晶石+7 g提切剂,按此配方得到的标准泥饼平均厚度为2.24 mm,平均渗透率为1.42×10-7 D,稳定性良好,重现性较高。以此法测试了常见页岩气井水基钻井液体系,进一步验证了该方法适用于模拟微孔、缝发育的页岩地层,可有效评价钻井液在该类地层中的滤失造壁性能。      

基于Alferd修正模型的高密度钻井液性能调控

针对深井高温高密度钻井液性能难以调控的问题,探讨了重晶石级配对高密度钻井液流变性和滤失性能的影响规律及作用机理。基于分形理论,对粉体堆积常用的Alfred方程进行修正,建立了适用于重晶石级配加重的粒度分布模型,计算了重晶石级配的理论最优配比,并通过实验验证了修正模型的可行性。实验表明,修正后的Alferd模型可以指导高密度钻井液的颗粒级配设计,确定加重材料最优级配比例。使用合理级配的重晶石加重,可以降低钻井液内部颗粒间的碰撞概率及储能模量,削弱体系的网架结构和流动阻力,并使重晶石的粒度分布更加合理,有利于形成致密泥饼,从而改善钻井液的流变性能和滤失性能。      

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。      

HL-FFQH环保型水基钻井液体系的构建及应用

针对目前环保型钻井液体系应用效果不理想、成本高等问题,采用前期合成的5种无毒、易降解、金属含量达标的处理剂,优化出一套HL-FFQH环保型钻井液体系,配方为:4%膨润土浆+0.3%包被剂HLBE-2+2%降滤失剂HLJ-1+3%固壁剂HLGB-3+1%封堵剂HLFD-1+2%润滑剂HLR-2+重晶石。室内评价结果表明,该环保型钻井液体系流变性良好;8 h泥页岩膨胀量仅为2.5 mm,具有很强的抑制性;用7%钻屑污染后流变性能稳定,滤失量变化小于0.4 mL,具有优良的抗钻屑污染能力;经150℃、16 h老化后的钻井液润滑系数及泥饼摩阻系数分别为0.10和0.08,润滑性良好;生物毒性、生物降解性及金属含量等均符合环保指标;废弃的钻井液颜色较浅,滤饼和滤液不影响动植物的生长和生存。HL-FFQH环保钻井液体系在华北油田的4口井中获得成功应用。现场应用表明,该钻井液体系性能稳定、抑制防塌性强;具有良好的储层保护和环境保护能力;机械钻速较邻井提高了85.5%,无井下复杂事故发生。HL-FFQH环保型钻井液体系从前期配方和后期废弃物均符合环境保护要求。      

新型加重材料在大庆油田的试验与应用

大庆油田使用的JGN-A重钻井液体系,存在稳定性差、粘度和切力上升快、动塑比不理想等问题、使用新型钻井液加重材料——活化重晶石代替普通重晶石加重后,解决了JGN-A重钻井液存在的问题,同时还节省了加重材料、水、处理剂的用量,减少了重钻井液的排放量。文中介绍了活化重晶石的基本原理、室内评价和现场试验情况,认为活化重晶石具有广阔的应用前景和推广价值。     

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。