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。     

不同级配活化铁矿粉对高密度水基钻井液黏度效应的影响

通过在钻井液中加入密度为4．85g／cm^3的不同粒径的活化铁矿粉至密度为1.83g/cm^3，测定它们在150℃老化16h后的性能，研究了不同级配活化铁矿粉对高密度水基钻井液粘度效应的影响。得出，活化铁矿粉粒度级配越粗或越细以及级配范围越窄，对钻井液的黏度效应越大。沉降稳定性越差；当粒度级配合理并处于合适范围时，如用粒径为0.050-0.061mm的活化铁矿粉加重时钻井液的黏度效应达到最低，沉降稳定性最好。     

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。      

克拉4井超高密度钻井液现场应用技术

克拉4井在膏盐岩井段钻遇了邻井未遇的超高压盐水层，压力系数达到2．47，先后采用了密度为2．50g／cm^3和2．82g／cm^3的压井液压井。该井在压井过程中，钻井液被高钙地层盐水严重污染，钻井液中Cl^-含量由144000mg／L升至182000mg／L，Ca^2＋由470mg／L升至6000mg／L，流动性变差，黏度和切力难以控制；同时使用了密度为2．4g／cm^3的储备钻井液，由于储备浆是回收的钻水泥塞、被溢流物污染的钻井液，钻井液成分复杂，改造难度加大。为了顺利钻穿此地层，采用了密度为2．53～2．56g／cm^3的钻井液。通过分析钻井液组成、影响因素及性能，优选出了加重材料，确定最优钻井液调整方案，及时清除了有害固相及离子，在较短时间内保证了钻井液具有良好的流变性能。现场应用表明，高密度钻井液性能稳定，抗污染能力强，顺利地钻穿了超高压盐水层。     

无固相甲酸盐和高温交联钻完井液体系的研究应用

报道了两种无固相钻完井液的研发和应用。以甲酸盐作加重荆的无固相钻井液，最高密度达1．90g／cm^3，以岩屑回收率和防粘土膨胀率表示的抑制性高于油田使用的聚合物钻井液和有机硅钻井液，被30％钻屑粉污染后性能变化较小，用80g／L的钠钙镁盐水和淡水配制的钻井液性能元差别；用该钻井液在井深3620m、井温12012的边缘评价井（欢633井）不稳定储层钻进，钻速比邻井提高30％；用该钻井液在锦150块井深分别为1874m和1836m的两口井储层钻进顺利，实现了不压裂投产。产量比对比井提高30％以上。专为勘探井马古3井研发的高温交联元固相钻井液，密度1．01～1．02g／cm^3，抑制性和耐温性与上述甲酸盐钻井液相同而耐固相污染能力尚可，其中的提粘剂与交联剂在井底温度（120-150℃）反应后，携岩能力提高，耐热性高达15012；使用该钻井液并借助无渗透油层保护技术，在马古3井实现了欠平衡（负压）钻井，钻井液性能稳定，钻进顺利。该井试油时日产油41m^3。这两种无固相钻完井液体系与充气、泡沫、油包水和水包油、两性聚合物、甲基葡糖苷等技术结合而实现了系列化。表3参2。     

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。      

充气钻井液与MTC堵漏技术在ZG10-G1深井的应用

胜利油田桩西潜山奥陶系以下地层孔洞-裂缝发育．地层压力系数较低(0．56～0．88)，钻井过程中经常发生严重井满问题。ZG10-G1井二开使用聚合物磺化防塌钻井液钻井；三开使用密度为1．03g／cm^3的聚合醇正电胶钻井液钻进．并采用MTC堵漏技术，同时配合钻井液充氮气技术。较好地解决了超深井的井满问题。现场应用表明，MTC具有良好的触变性、稠化时间可调范围大、强度高，工艺简单，适合深井孔漏-缝隙低压满失地层的堵漏；利用充氮钻井技术有效地解决了井满问题．提高了钻井时效。充氮技术降低了当量循环密度，提高了环空返速和机械钻速；聚合醇正电胶防塌润滑钻井液具有良好的高温润滑性能。抗温可达180℃，满足了超深井的钻井液充氮气要求。     

延长油田陆相页岩气复杂地层水基钻井液优化及应用

为实现鄂尔多斯盆地延长油田陆相页岩气安全优快钻井,针对现有有土甲酸钾水基钻井液体系难以保障复杂地层安全钻井、加重成本高和高密度加重困难的难题,在前期广泛调研评价多种封堵剂和加重剂的基础上,优选乳化沥青FT-R、单封DF-A和随钻封堵剂SD-Ⅰ对体系封堵性能进行了优化,优选重晶石粉和钛铁矿粉对体系加重成本进行了优化。认识如下：1)陆相页岩气常规地层钻井液低成本加重方式为现有有土甲酸钾水基钻井液体系+重晶石粉(密度为1.18～1.30 g/cm³)/钛铁矿粉(密度为1.18～1.35 g/cm³);2)陆相页岩气复杂地层钻井液体系为现有有土甲酸钾水基钻井液体系+2.0%乳化沥青FT-R+2.0%单封DF-A+1.0%随钻封堵剂SD-Ⅰ+重晶石粉/钛铁矿粉(密度为1.18～1.40 g/cm³);3)该体系流变性、滤失造壁性、润滑性、抑制性和抗污染性良好,有效保障了YYP-9井三开陆相泥页岩复杂地层安全钻井。该研究成果对鄂尔多斯盆地陆相、海陆过渡相页岩气钻井具有一定的借鉴价值。     

微粉重晶石改善钻井液性能室内研究

为了改善钻井液的流变性和沉降稳定性,制备出了粒径（D90）小于5 μm 的微粉重晶石。分别在大位移水基钻井液和深井油基钻井液配方中进行了性能评价,室内实验结果表明,与API 重晶石加重钻井液相比,用微粉重晶石和API 重晶石混合加重的水基钻井液和油基钻井液塑性黏度更低,动切力更大,能明显降低钻井液当量循环压耗,在水基钻井液中极压润滑系数能降低8% 以上,用其加重的高密度油基钻井液具有更好的沉降稳定性。因此,微粉重晶石是大位移井和高温高压深井理想的加重材料。      

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。     

加重剂对水基钻井液润滑性能的影响研究

为了定量研究加重剂影响水基钻井液润滑性能的一般规律，采用激光粒度仪测定了重晶石、钛铁矿、保护储层加重剂的粒度分布，考察了3种加重剂将水基钻井液加重到相同密度以及加重到不同密度时滤饼的摩擦系数。研究表明：高密度条件下，3种加重剂均有改善钻井液润滑性能的作用，保护储层加重剂的润滑效果最好；水基钻井液润滑性改善时，重晶石、钛铁矿、保护储层加重剂加重钻井液的临界加重密度分别为1.4、1.6和1.6 g/cm³；钻井液未加润滑剂时，超过此临界密度的一定范围内，钻井液体系的润滑性能均增强。     

抗超高温高密度油基钻井液用新型降黏剂的性能

针对高温高密度油基钻井液黏度升高的问题,合成了3种降黏剂A、B和C,降黏剂A为缩聚脂肪酸,由十二羟基硬脂酸、聚羟基硬脂酸、硬脂酸、十二羟基硬脂酸与硬脂酸反应后的产物和硬脂酸的均聚物中一种或几种的组合共聚得到,降黏剂B是由脂肪酸或油与聚胺在100~200℃反应,再与马来酸、酸酐在80~150℃反应,用40%的油醇、脂肪酸或缩聚脂肪酸稀释得到,降黏剂C是由缩聚脂肪酸与醇铵、聚氨反应得到的衍生物,对他们的作用机理进行了探讨。以高密度油基钻井液（2.2 g/cm3）为基浆,加入劣质土污染或用重晶石将密度提高到2.4 g/cm3,考察3种降黏剂在此条件下的降黏效果。研究结果表明,降黏剂A和降黏剂C可以很好地降低由于劣质固相引起的流变性能超标,可以提高油基钻井液的重复使用次数,降低成本;降黏剂B能很好地调节由加重剂引起的高密度钻井液的增黏,降低对泵压的要求;降黏效率可达77%,抗温达225℃。      

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。      

2005年国外钻井液新技术

介绍了2005年钻井液技术在新型钻井液、保护油气层技术、防漏堵漏、井壁稳定等方面的新进展。新型钻井液方面介绍了高效水基钻井液、可防止重晶石沉降的INNOVERT钻井液体系、超临界二氧化碳钻井液、甲酸铯盐水高温高压井钻井液和完井液、乳化隔离液等。在保护油气层新技术方面介绍了新一代打开油层钻井液、油基钻井液滤液对气层影响的研究等。在防漏堵漏新技术方面介绍了含有膨胀聚合物颗粒和胶体颗粒的微复合有机／无机胶堵漏剂、可变形的密封剂（MAX_sHIELDTM）、一种新的漏失机理——注水冷却会诱发地层在钻井时发生漏失、交联水泥堵漏剂等。在井壁稳定技术方面介绍了利用分子模型对聚合物稳定页岩的机理进行了解，一种有效的高温高压降滤失剂——新型共聚物Hostadrill4706，预测油基和合成基钻井液密度的模型，降当量循环密度工具等。对振动筛筛网新的API标准等其它钻井液新技术也进行了介绍。     

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。     

水基解卡剂WJK—1的研制与评价

通过基液聚环氧乙烷环氧丙烷醚的合成和各组份筛选,研制了由聚醚基液、两种快速渗透剂、两种表面活性剂及一种脱水剂（泥饼压缩剂）组成的水基解卡剂WJK－1。在室内考察了WJK－1的各项有关性能：对水基 泥浆性能的影响,加入加重剂对解卡时间的影响,解卡剂的耐热性,泥浆含盐量的影响;与油基解卡剂相比,水基解卡剂在密度小于1.45g/cm^3泥浆中解卡较快,在密度大于1.45g/cm^3泥浆中解卡较慢。在一发生卡钻的井浆中（密度1.54g/cm^3）分别加入WJK－1和油基解卡剂,在室内用解卡仪测得解卡时间分别为196min和169min。WJK－1基本上无荧光。     

一种低黏高切油基钻井液体系

针对传统油包水钻井液黏度高、切力低、携岩能力差的问题,合成了一种Gemini主乳化剂,其与辅乳化剂有较好的协同效应,钙皂分散性好,兼具润湿功能,在2.0%~3.5%的低加量下具有好的乳化能力。研制出了密度在1.0~2.0 g/cm3之间、抗温达170℃的低黏、高切油基钻井液。室内研究结果表明,该钻井液密度为1.00~1.70 g/cm3时,塑性黏度小于40 m Pa s,动塑比为0.35~0.50 Pa/m Pa s,具有低黏高切的特点;破乳电压在800 V以上;抗水达15%,抗钻屑达10%,并且润滑性能好,密度在2.0 g/cm3以下时润滑系数小于0.085。在焦页54-1HF井水平段的应用表明,该钻井液性能稳定,具有突出的低黏高切流变特性,破乳电压高,保证了施工顺利、井壁稳定、井眼通畅。     

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。      

KL2-H1水平井高密度饱和盐水混油钻井液技术

KL2-H1井是西气东输2007年在克拉区块的一口水平井.该井三开段为高压盐膏层,四开段为白云岩高压气层;钻井液密度为2.00～2.25 g/cm<'3>,压井液密度为2.40 g/cm<'3>,使用混10%～15%原油基液,固相含量相对高,且容量限低,同时由于带POWVER或MWD定向工具钻进,只能使用重晶石加重,使得钻井液的流变性较差,现场施工困难.经过室内实验,研究出了一套适用于现场要求和用重晶石加重的流变性较好的高密度饱和盐水钻井液和压井液配方.现场应用表明,该钻井液的各项性能均能很好地满足钻进要求.     

活化重晶石可改善重泥浆的流动性和动力稳定性

研究了活化重晶石在阴离子聚合物钻井液中的粘度效应和动力稳定性。实验发现,活化重晶石明显改善了阴离子聚合物钻井液的流动性,并且有抑制增稠效应,但活化重晶石加重钻井液的滤失量较高。