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。      

表面活性剂与加重材料相互作用对钻井液性能的影响

利用近红外透射/ 反射光扫描仪、zeta 电位仪、激光粒度仪和扫描电镜,分析了表面活性剂与重晶石和铁矿粉颗粒作用后颗粒的沉降速率、zeta 电位、粒度分布以及对金属表面磨损的影响,探讨了表面活性剂改善高密度钻井液流变性、沉降稳定性、润滑性的作用机理。实验结果表明,在质量分数为10% 的重晶石或铁矿粉的悬浮液中,加入1% 的非/ 阴离子复合表面活性剂,可使得重晶石和铁矿粉颗粒的沉降速率降低到不加表面活性剂时的0.6%～0.8%,zeta 电位降低70 mV 左右,平均粒径减小到不加表面活性剂时的69.4% 和83.2%。非/ 阴离子复合表面活性剂可减轻重晶石高密度钻井液对金属表面的磨损,显著改善高密度钻井液的流变性和沉降稳定性。      

高密度钻井液加重剂的研究

随着勘探开发向纵深发展,深井、超深井钻探数量增加,高密度钻井液加重剂的研究必将越来越受到重视。钻井液中最常用的加重剂是重晶石,其他还包括密度较低的碳酸钙,密度高的铁矿粉、四氧化锰和方铅矿粉等。加重剂的加入使钻井液固相含量增加,从而导致钻井液的流变性、滤失造壁性和润滑性变差。基于“堆积理论”,通过优化加重剂粒径级配可改善高密度钻井液的流变性;通过对加重剂表面进行改性,可以改善加重剂的悬浮性和降低对流变性的影响。通过“实时”分离、回收,可以大大降低高密度钻井液的成本和减少钻井液废弃物。加重剂的加重性能优化以及经济高效回收再利用技术将是高密度钻井液加重剂研究的发展趋势。     

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。      

高密度钻井液技术研究与应用

针对高密度钻井液在应用过程中存在的问题,通过对膨润土限量进行研究,对加重剂和表面活性剂进行优选,开发出了一系列密度高达2.9 g/cm<'3>的高密度钻井液,其抗温达150℃,抗盐达饱和.室内实验表明,该高密度钻井液具有良好的流动性和悬浮稳定性.其在羊塔克101、迪那22、大北1、和田1、庄2、固1、河坝1和河坝2井进行了应用.现场应用表明,该高密度钻井液性能优良,基本满足了钻井施工的需要.     

储层友好型钻井液用超微四氧化三锰

在顺北油田深井、超深井钻井中,重晶石加重高密度钻井液体系存在流变参数调节难、沉降稳定性差、储层固相颗粒损害严重等问题。国外微锰(Micromax)在钻井液中的性能表现良好,但其技术垄断和高使用成本限制了其在国内推广应用。为研发高性价比国产微锰产品、构建储层友好型钻井液体系,采用锰矿法制备出钻井液用微锰(DFMT01),并进行结构表征和性能评价,测试了顺北区块高密度聚磺钻井液体系的性能及泥饼酸溶效果,讨论了含锰废液的循环利用。结果表明,DFMT01理化性质良好,密度大于4.7 g/cm³,酸溶率大于99%,D50为1.17μm,颗粒球形度为0.967,均与国外同类产品相当;该产品加重的聚磺钻井液体系在流变性、滤失性、沉降稳定性、冲蚀性和储层保护特性均达到或超过Micromax加重体系。确定了“碳酸钙中和沉淀-硫酸回收锰离子-混凝法处理废水”处理高浓度酸性含锰废液的组合工艺,处理后水中锰的质量浓度为0.45 mg/L、固体悬浮物为10 mg/L,达到一级标准要求,可实现DFMT01生产、使用和处理的闭环利用。该产品性能优良,成本低,具有非常广阔的推广应用价值。     

高密度钻井液加重剂回收技术

随着深井、超深井钻井技术的发展，高密度钻井液加重剂的回收再利用日益受到重视。为此，通过研究有害固相与加重剂的粒度分布，建立了数学模型，确定出回收加重剂的最佳分离点，得到相应回收设备的工作参数。结合油气田现有固控系统的配置，设计出回收加重剂的系统配置方案：采用细目振动筛+可调速离心机+高速离心机的组合方式，通过控制阀门、流量计及变频器合理结合，达到把加重剂分离出来，同时将其有害固相加以清除的目的。通过在塔里木油田神木一井的现场实验，验证了回收加重剂理论模型的有效性。该技术能回收大量的加重剂、节约加重剂的费用、减少矿产资源损耗，更有效地解决了环境污染问题，具有显著的社会经济效益。     

微锰加重剂减轻钻井液对油气层损害研究的新进展

重晶石在储层段钻井液中使用时,会对储层带来损害,且后续作业很难恢复,而微锰（Micromax）作为高密度钻井液的新型可酸溶加重材料,目前已开始应用于储层段钻井液中。综述了微锰加重剂对储层保护钻井液性能的影响,并分析了微锰提高钻井液储层保护特性的机理。其均一、高硬度、高球度的颗粒特征,可以保证微锰侵入储层后具有良好的返排特性,可降低对储层的伤害。微锰还具有可酸化的特性,调研了适用于微锰酸化的酸液,并对比了酸化前后对储层渗透率的变化,通过优选合适类型、浓度的酸液,在酸化后可消除钻井液对储层的损害。      

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。      

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。     

镶嵌屏蔽钻井液研究及应用

针对油层非均质性强及油层孔径难以准确预知等特点,提出了镶嵌屏蔽保护油气层技术,该技术利用镶嵌屏蔽剂具有弹性可变性和直径大于储层孔隙直径的特点,使镶嵌屏蔽剂颗粒部分镶在孔隙入口处(不进入孔隙),对较宽孔径分布的油层具有很好的暂堵作用,且有利于反排和渗透率恢复。室内评价结果表明,以镶嵌屏蔽剂为主剂研发的镶嵌屏蔽钻井液具有低侵入、单向封堵、防塌性能好、抗污染能力强及润滑性好等特点,满足了钻井过程中快速钻进及保护油气层的要求,现场应用4口井的平均井眼扩大率仅为6.2%,远低于同区块油井的平均井眼扩大率(12.3%)。     

木质素磺酸盐Mannich碱钻井液处理剂的合成与性能研究

采用木质素磺酸盐与甲醛、伯/仲胺通过Mannich反应制备了一系列木质素磺酸盐Mannich碱钻井液处理剂,利用红外光谱对其结构进行了表征,通过室内实验考察了木质素磺酸盐Mannich碱对水基钻井液黏度、切力和滤失量等因素的影响。结果显示,该类化合物在水基钻井液中具有增黏和降滤失作用,并且其性能与Mannich碱结构单元中胺甲基上的取代基链长密切相关,呈现出了一定的规律性变化,部分木质素磺酸盐Mannich碱具有一定的抗温性。     

钻井液添加剂荧光检测方法初探

在探井钻井过程中,对钻井液添加剂的荧光要求越来越高,但添加剂的荧光检测一直没有一套科学、系统的试验方法,并且在认识上存在很多误区.从仪器原理、试验方法、试验图谱的应用分析几个方面,对钻井液添加剂的荧光检测方法进行了摸索.指出,荧光检测值是一个相对值,选定油样非常重要,由不同的标准曲线得出的荧光值是不一样的,因此在做钻井液添加剂的荧光检测时,首先要明确添加剂使用的区块,然后选取邻井油样制作标准曲线,最后再进行试验,脱离指定区块邻井油样测出的荧光值是没有任何意义的.     

以季戊四醇为支化剂合成低黏度高切力钻井液提切剂

针对目前水基钻井液常用的提切剂普遍存在黏度增加幅度大于切力增加幅度的缺点,以季戊四醇为支化剂,硝酸铈铵为引发剂,引发丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与4-乙烯基-1-（3-磺丙基）吡啶内嗡盐（4-VPPS）共聚,合成出低黏度高切力钻井液用提切剂PAAVP,并考察了合成条件对该聚合物黏度和切力的影响。聚合体系中引入季戊四醇后其表观黏度降低,动塑比提高,优选季戊四醇加量为单体质量的2.5%～3.0%。4-VPPS有利于提高聚合物抗温抗盐性,优选在聚合单体中占比为6%～10%。引发剂加量为单体质量的0.0275%～0.03%。按照推荐配比合成出的聚合物PAAVP的1%水溶液表观黏度为27 mPa·s,动塑比为1.45 Pa/mPa·s。PAAVP溶液在150℃热滚后仍能保持74%的黏度和54%的动塑比值,比常规提切处理剂黄原胶具有更好的抗温性。PAAVP在5% NaCl溶液中能保持91%的黏度和85%的动塑比值,作为钻井液低黏提切剂有较大的应用潜力。     

纳米材料钻井液在大港油田的应用

针对纳米材料在钻井液中团聚的问题,通过分子设计,改进纳米材料的表面性能,以改性纳米二氧化硅为核,通过接枝柔性聚合物,合成了一种纳米封堵降滤失剂。通过引入强的吸附基团和疏水基团,聚合物分子的亲疏水、氢键等协同作用形成空间的网架结构,使合成的纳米封堵降滤失剂能够以纳米级尺度分散在钻井液中,其在钻井液中纳米级粒度的含量高达59.3%,其不仅具有优异的降滤失性能,同时具有柔性可变形性,还能够吸附在岩石表面,提高纳米材料对微裂缝和小孔隙的封堵能力。以合成的纳米降滤失剂为核心处理剂,并优选出配套的纳米润滑剂、纳米抑制剂,形成纳米钻井液体系。该体系的抗温达150℃,API滤失量在2.4 mL以下、高温高压滤失量在9.8 mL以下、润滑系数不大于0.04,渗透率恢复值不小于91%、目的层井段岩屑回收率≥ 90.5%。该体系在大港油田枣1510井的应用中表现出良好的润滑性和保护油气层效果。      

低伤害钻井液技术在义北油区的应用

针对胜利油田义北油区大43区块储层特征,在低渗透油气藏"协同增效"钻井液体系的基础上,开发了一种低伤害钻井液技术。研制的油层保护剂AMP-2封堵性强,稳定性好,放置30 d不分层;防水锁剂FCS抗低温能力强,在-20℃不分层;形成的低伤害钻井液体系FA砂床侵入深度仅为4.0 cm,高温高压砂床侵入深度为5.2 cm,封堵性能强,滤液表面张力为22.1 mN/m,可有效减少水锁损害,渗透率恢复值不小于90%,油气层保护效果好。通过在4口井进行现场试验表明,该低伤害钻井液体系的性能稳定,易于维护,平均钻井周期缩短11.73 d,油层保护效果明显,投产后均不需酸化压裂,投产自喷,平均日自喷量为7.88 t/d。该低伤害钻井液在义北油区大43区块的应用,为今后胜利油田老油区开发提供了较好的借鉴意义。      

钻井液完井液质量监控体系

经多年实践，中原油田建立了钻井过程中的钻井液完井液质量监控体系。讨论了钻井过程中钻井液完井液质量监控体系的控制指标及对有关指标的要求，对油气层保护工作措施和效果进行了分析。钻井过程中应进一步加强钻井液完井液质量监控措施，形成更加规范的监督、监测一体化队伍。