超高密度钻井液的室内研究

在控制膨润土用量、优选处理剂及对重晶石表面处理的基础上,采用密度4.20 kg/L的重晶石,配制了密度为2.90～3.00 kg/L的超高密度钻井液.室内研究表明,该钻井液具有良好的流变性和抑制性、较强的抗盐钙污染能力、以及较好的润滑性和沉降稳定性.     

抗高温高密度水基钻井液室内研究

通过室内实验,优选出了能够抗200℃高温、密度达2．30g／cm^3的水基聚磺钻井液配方：4％膨润土＋1．5％SMP-2＋2％SPNH＋3％HL-2＋1％SMC＋0．2％80A51＋0．3％KHPAN＋重晶石＋2％SF260＋1％高温稳定剂＋0．5％表面活性剂＋1．0％润滑剂。评价了该钻井液的热稳定性及抗盐抗钙能力。结果表明,该钻井液流变性好,抗盐、抗钙污染能力强,对处理超高温水基钻井液具有指导意义。     

新型重晶石活化剂的研制及其在海水钻井液中的效果评价

为了有效地解决海水钻井液中加重材料的悬浮稳定性问题,开发出了抗盐、抗钙、抗温性好的新型加重材料的活化剂。介绍重晶石的活化机理,给出了新型活化重晶石在高温(180～210℃)和高密度(1.8～2.4g·cm~(-3)海水钻井液中的试验结果。     

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。     

新型重晶石活化剂的研制及其在海水钻井液中的效果评价

为了有效地解决海水钻井液中加重材料的悬浮稳定性问题，开发出了抗盐、抗钙、抗温性好的新型加重材料的活化剂。介绍重晶石的活化机理，给出了新型活化重晶石在高温(180～210℃)和高密度(1.8～2.4g·cm     

超高密度钻井液技术

针对超高密度钻井液黏度不易控制、沉降稳定性差等难题,首先提出构建超高密度钻井液体系的方法和原则,并在此基础上以重晶石为加重材料,通过研发和优选关键处理剂,形成了密度大于2.75 kg/L的超高密度钻井液体系。该钻井液体系在高温高压下具有良好的流变性,高温高压滤失量小于10 mL,抗盐污染性能及沉降稳定性好,解决了超高密度钻井液流变性与沉降稳定性及高温高压滤失量控制的难题,确保了在高温高压下具有良好的流变性和悬浮稳定性。该钻井液在贵州官渡地区官深1井三开井段进行了现场应用,三开井段应用密度2.75～2.89 kg/L的超高密度钻井液安全钻进745.00 m,钻进过程中钻井液性能稳定,没有出现沉降现象。      

超高密度（ρ≥3.00g／cm^3）钻井液的研究与应用

官3井二叠系阳新统存在压力系数为2．85的超高压地层,需用密度为2．92－3.00g/cm^3的钻井液钻井,通过研究重晶石的表面性质及其他技术指标,在优选出高效稀释剂和润滑剂的基础上,胡定了可配制密度为3．02g/cm^3钻井液的重晶石技术指标,并确定了钻井液中膨润土的最佳加量为10.4-12.5g/L.稀释液为DQG－1碱液,润滑剂为1％－3％的FRH,护胶剂为PSC,经室内试验和在井深400m实钻应用证明,超高密度钻井液流变性,沉降稳定性及其他性能良好,配制及维护处理简易。     

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。     

抗高温高密度水基钻井液室内研究

针对深井和超深井钻井工艺技术对钻井液的要求,合成了抗高温不增黏降滤失剂CGW-1、抗盐高温高压降滤失剂CGW-2等处理剂.CGW-1抗温达220℃,黏度低,能避免钻井液高温增稠现象;CGW-2具有良好的抗盐性能.以它们为主处理剂形成了密度为2.5 g/cm3的淡水钻井液及密度为2.3 g/cm3的饱和盐水钻井液.实验结果表明,该抗高温高密度钻井液经过220℃、16 h高温老化后具有良好的流变性,高温高压滤失量小于20 mL;密度为2.5 g/cm3的淡水钻井液具有良好的抗岩屑、黏土、钙污染能力、较强的抑制性和良好的沉降稳定性.     

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。      

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。     

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.     

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。      

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以高炉矿渣为水化材料，使钻井液转化为水泥浆固井技术，与多功能钻井液固井工艺技术相结合，井壁形成可固化的坚硬的泥饼，有助于地层封隔，减少或阻止循环漏失和固井注水泥中水泥浆通过漏失层位的液柱回落。多功能钻井液可以提高井眼的完整性和固井注水泥质量。文中介绍对调整井设计密度为１．１６ｇ／ｃｍ３，用高炉矿渣代替重晶石加重的多功能钻井液。试验研究了矿渣钻井液固化液在多功能钻井液中的扩散过程和矿渣钻井液固化液的抗压强度、流变性、稳定性等性能。研究结果表明：矿渣钻井液固化液中的激活剂能扩散到泥饼和残留于环空中的钻井液中，使钻井液滤饼和残留于环空中的钻井液全部固化，实现第一界面、第二界面的良好胶结，防止油气水窜，提高固井质量。矿渣钻井液固化液抗压强度高，流变性和稳定性好，有利于提高固井质量。多功能钻井液固井技术对提高水平井固井质量有较大的技术优势，建议研究应用。     

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流变性和造壁性既是钻井液体系的两个重要工艺性能,也是其内部组成成分复杂作用的宏观表现。文章根据Einstein和Hiemenz公式推导出悬浮体系粘度表达式,以此说明钻井液的流变性与固相百分含量,粒子分散度,自由水含量和粒子相互作用强弱等因素的关系,提出了利用钾钙离子的协同抑制作用维护水基高密度钻井液体系流变性能的方法,同时,根据Darcy渗流理论,推导出内外滤儿童节相互关系模型。从而提出了通过形成良好的内滤饼来控制外滤饼质量的观点,文章最后介绍了针对新疆准噶尔油田安4井开展的室内实验研究,证明所提出的观点和方法具有较好的可行性。     

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章首先介绍了弹性石墨无毒，无味，性能稳定的特点。并介绍了将弹性石墨作为固体润滑剂应用于水基钻井液所进行的系列实验研究，包括弹性石墨对钻井液滤失性及流变性的影响，对钻井液润滑性能的改善等，以及通过对不同加量下的弹性石墨对钻井液性能的改善效果确定其合理加量。研究结果表明，弹性石墨与实验用水基钻井液相容性良好，地流变性影响很小，具有降低钻井液滤失量的作用，并且能明显地改善钻井液润滑性能，是抗温性能优良的钻井液润滑剂；在钻井液中加入0．3％弹性石墨后，在150℃高温条件下老化16h后，可以将钻井液的润滑系数降低30．4％，滤饼粘滞系数降低30．1％。     

固相含量和密度对高密度钻井液流变性影响的实验研究

高密度钻井液体系的研究和应用中,流变性是重要的衡量标准,而固相含量和密度又是影响高密度钻井液流变性最重要的因素。通过机理分析,并根据大量室内试验研究了在高温条件下,高密度钻井液固相含量和密度的变化对其流变性能的影响规律和程度。通过对钻井液表观黏度、塑性黏度、动切力和静切力等流变参数的变化进行测定和计算,对不同固相含量（2%～6%）的高密度钻井液流变参数曲线变化进行对比得出:含土量增大,钻井液的黏度增大;高密度钻井液的流变性受固～相含量大小和温度的影响明显、受压力和添加剂的影响较小。该试验研究结果将对钻井现场高密度钻井液的应用具有重要的借鉴作用。     

新型高温高密度盐水钻井液研究

针对中国高温高密度盐水钻井液普遍存在的"使用处理剂种类过多,加量过大,钻井液老化后HTHP造壁性和流变性难以控制,配制成本和维护成本居高不下"的难题,分析长期攻关而至今没能很好解决的原因,在此基础上提出了"以利用钻井液中处理剂高温交联作用为基础,结合使用优化重晶石级配以解决高密度钻井液黏度高、HTHP失水量大、且性能很难调控的难题,综合形成了高温高密度盐水钻井液研究"新的技术路线,并由此研发出性能好（HTHP失水量低,流变性良好……）而处理剂种类少（共4种）、总用量大幅度降低（仅为现用量的1/2~1/3）的高温高密度盐水钻井液体系,而且具有高温条件下使用性能越来越好,性能维护方便的潜力和趋势,为有效解决中国高温高密度盐水钻井液多年未能很好解决的技术难题,提供一条可行的途径。      

高密度钻井液高温静态沉降稳定性室内研究

高温高密度钻井液的沉降稳定性对钻井液性能稳定和井控安全都至关重要。采用低剪切应力及低振荡频率对钻井液胶液进行小幅度原位振荡的方法，考察了在不破坏胶体缔合结构的状态下高密度钻井液组分在胶液中的黏弹性响应，分析了静置条件下胶液中处理剂间的作用及重晶石在钻井液胶液中所处的应力环境。实验结果表明，钻井液中的共聚物、磺化材料、膨润土等通过疏水缔合、桥接作用形成具有柔性网架的弱胶凝结构，高密度钻井液胶液主要表现为黏性特征。表明高温下高密度钻井液胶液中黏土-磺化材料-共聚物中组分相互作用，减小了重晶石沉降速度，提高了重晶石的沉降稳定性能。