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。     

石油工程科技名词的规范化使用——黏附系数

<正>根据中国知网的查询结果,目前使用"粘附系数"的期刊较多,只有少数几个期刊使用了"黏附系数"。泥饼黏附系数是衡量井内钻柱沿井壁泥饼表面转动或滑动时摩擦阻力大小的一个参数,主要反映钻井液的润滑性能和滤饼的黏滞性,其值越大,泥饼的黏滞性越大。这样,在一定的前提下,泥饼的黏附系数越大,钻柱在井下发生压差卡钻的概率就越大。因此泥饼的黏滞性是决定黏附系数大小的一个重要因素。这与《现代     

高密度钻井液粒度分布特征研究

利用激光粒度分析仪测定了塔里木油田迪那区块高密度钻井液及其在膨润土和加重剂的不同加量下的粒度分布特征.分析结果表明,随膨润土含量增加,钻井液体系中大颗粒含量增多,小颗粒含量减少;高分子聚合物对细粒黏土有比较明显的聚合作用;钻井液对加重剂有包被作用,活化重晶石亲水性强于铁矿粉;钻井液粒度分布主要与粘附有黏土的活性重晶石固相颗粒粒度分布有关.     

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。      

一种高效液体型解卡剂在巴基斯坦的研究与应用

针对目前巴基斯坦常用粉末解卡剂Black Magic存在配制时间长,加重易沉淀,与钻井液兼容性差,解卡成功率低等问题,以解卡剂对泥饼的破坏泥饼效果、穿透泥饼时间和极压润滑系数为评价指标,实验优选得到了一种高效液体解卡剂ZL SPOT。在此基础上,通过考察油水比、解卡剂和增黏剂对泥饼破坏和穿透的影响,得到了以0#柴油、解卡剂、清水和有机土组成的加重解卡液配方。实验结果发现:对于非加重解卡液,液体解卡剂在1.0%～2.5%浓度下,其极压润滑系数为0.069,100 mL解卡液穿透泥饼时间仅15 min,泥饼浸泡2 h后能见明显的网状裂纹,优于粉末解卡剂;对于加重解卡液,固相的加入会严重影响解卡效果,但提高解卡剂浓度至8%后,解卡液浸泡后的泥饼能出现网状裂纹;密度1.32～1.80 g/cm3的解卡液在120 ℃静置16 h后,无重晶石沉淀;解卡液与水基钻井液按1∶1比例混合,钻井液流变性和滤失基本不受影响。该液体解卡剂在巴基斯坦成功应用两口井,验证了解卡效果,且施工简单,具有推广应用前景。      

钻井液组分对泥饼抗剪强度的影响

钻井液组分直接影响井内泥饼的成分和性质,并最终影响隔层界面处泥饼的力学性能。为研究钻井液不同组分对泥饼抗剪强度的影响机理,综合运用土的重塑和直剪实验,分别测量膨润土重塑土、膨润土-铁矿粉重塑土、膨润土-石英砂粉重塑土的抗剪强度指标,研究钻井液泥饼中的黏土矿物、加重材料和钻屑3类固相物质对界面泥饼的抗剪强度影响。结果表明,在一定含水率和压实程度下,随着泥饼中铁矿粉含量的增大,泥饼的内摩擦角和黏聚力均线性减小;当泥饼中石英砂粉质量分数低于10%时,泥饼的内摩擦角和黏聚力均线性减小;而当泥饼中石英砂粉质量分数高于10%时,泥饼的内摩擦角、黏聚力变化不大;一定范围内,泥饼中膨润土含量增加有利于提高泥饼黏聚力。     

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。     

高效聚合物钻井液泥饼润滑剂的研制及其作用机理分析

为改善井壁泥饼在水平井和大位移井钻进至中后期的润滑性,研发了一种能有效降低水平段摩阻的固体粉末状高效聚合物水基钻井液泥饼润滑剂RHGXJ-3（羧酸共聚物、针状硅酸盐、聚丙烯微粉质量比为10∶11∶2）,通过测定泥饼黏滞系数、温度敏感性和钻井液配伍性,明确泥饼润滑剂RHGXJ-3 的作用效果和适用条件,并结合SEM和XRD微观表征技术分析该泥饼润滑剂的润滑机理。研究结果表明,将泥饼润滑剂以0.9%的加量加入井浆并制得泥饼,静置1 min 后测得的泥饼黏滞系数相较于加剂前从0.0966 降为0.0496,泥饼润滑性提高了48.65%。温度敏感性测试结果表明该泥饼润滑剂的适用温度为30～120 ℃。该泥饼润滑剂与钻井液的配伍性良好,0.9%的加量下可将井浆的漏斗黏度由55 s 降至39 s,井浆流动能力提升29.1%。该润滑剂够在泥饼表面和内部生成溶剂化水膜和凝胶类物质,通过填充空隙、提升压缩性等途径提高泥饼的润滑性,降低泥饼摩阻。与石墨和球状固体润滑剂相比,润滑剂RHGXJ-3 的泥饼润滑效果更佳,是其它固体润滑剂的1.6～2.2 倍,而使用成本则降低约50%。     

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。      

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。      

重晶石和铁矿粉对套管磨损的实验研究

在深井和超深井钻井过程中，为提高钻井液密度经常使用重晶石和铁矿粉加重，造成了套管和钻杆的磨损。利用美国Maurer公司引进的全尺寸套管磨损试验机，对比考察了钻井液中所含的重晶石和铁矿粉对套管和钻杆试件摩擦摩损性能的影响，并采用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌，探讨了其磨损机理。结果表明，随着钻井液中铁矿粉含量的增大，磨损机理由磨粒磨损转变为黏着磨损；随着铁矿粉含量减小、重晶石含量增加、套管的磨损变为磨粒磨损；重晶石和铁矿粉混合以一定比例加入钻井液作为加重剂时比单纯地使用铁矿粉或重晶石作为钻井液加重剂效果要好。     

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。      

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。     

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。     

泥饼质量的影响因素研究

采用DL-Ⅱ型泥饼针入度仪及泥饼黏附系数仪,对黏土含量、密度、加重剂种类、不同添加剂的加量对水基钻井液高温高压泥饼参数的影响进行了研究。得到的实验数据显示,黏土含量为5%时钻井液的泥饼质量最好;钻井液的密度越大,其泥饼的强度越高,渗透率也越大,泥饼的实际厚度及润滑系数在密度为1.50 g/cm3处表现为最佳;密度越大的材料加重的钻井液的泥饼质量越差;无机盐类使泥饼质量整体特性变差;包被剂对改善泥饼的渗透率及润滑性有一定的作用;降滤失剂和稀释剂能从整体上改善泥饼质量。由于不同体系、不同密度的水基钻井液的泥饼质量的影响因素各不相同,因此在现场施工中需仔细研究所用钻井液各主要组分的用量及其性质特点。     

渤海浅层大位移井用聚合物钻井液技术优化

渤海某油田A区块浅层明化镇组含大段泥岩,因现场钻井液抑制性不足,一方面容易造成井壁失稳垮塌;另一方面,破碎的钻屑极易分散造浆引起钻井液增稠,进一步导致ECD升高而诱发井漏。同时大位移井长裸眼段摩阻扭矩大,钻井液润滑性能亟需提高。室内对现场聚合物体系进行了优化,通过引入锚定抑制剂HIB-Y和高效润滑剂LUBE-HB,采用高速离心法、抑制黏土造浆法、激光粒度分析法评价了优化后钻井液的抑制性能,对比优化前提高超过100%;采用极压润滑仪、泥饼黏滞系数仪、抗磨测试仪评价了优化后钻井液的抗磨减阻性能,对比优化前提高近40%。有利于解决浅层大位移井泥岩井壁失稳、钻屑造浆和摩阻扭矩大的问题,保证井下作业安全,助力大位移井极限延伸。     

加重剂对磁性对摩阻的影响及其机理探讨

在钻井施工中,用钛铁矿粉、氧化铁粉加重钻井液时,活动钻具的阻力比重晶石加重液高出许多,会出现连续阻卡现象,任何润滑措施都不理想。因此,用改进的试验方法研究了加重剂磁性对钻具摩阻的影响。结果表明,磁性是钛铁矿粉加重钻井液摩阻增加的主要原因,润滑剂不能从根本上解决这一问题。提出需要高密度钻井液的斜井和水平井应尽可能不使用具有磁性的加重剂。     

耐高温高盐钻井液润滑剂的研制与性能评价

针对深井超深井钻井过程中高扭矩和高摩阻等难题,利用硼酸、多元醇和长链脂肪酸等原料,合成出一种耐高温高盐钻井液润滑剂SOB,该润滑剂在高温高盐条件下具有良好的润滑性能。在5%基浆中加入1%润滑剂SOB后,润滑系数降低率为92.7%,泥饼的黏附系数降低至0.0405,极压润滑持效性强;210 ℃下润滑系数降低率保持在90.2%,210 ℃、35%NaCl条件下润滑系数降低率保持在81.3%。高温高盐条件下SOB在高密度钻井液中配伍性良好,200 ℃老化后对钻井液的流变性无影响,能够降低钻井液滤失量,润滑系数降低率为45.09%,相比常规润滑剂性能优越,这是由于润滑剂能够在钻具表面有效吸附,形成一层疏水性较强的膜,使钻具与井壁的直接接触变成了润滑膜之间的接触,从而降低摩擦。      

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。     

活化铁矿粉技术及其效果评价

随勘探技术发展,高压超高压油气井日益增多,高密度、超高密度钻井液使用也越来越多.室内为配制密度大干2.4 g/cm3的超高密度钻井液,采用铁矿粉作为加重剂,并通过表面活化的原理对铁矿粉进行表面处理,以提高钻井液的固相容纳能力.该活化工艺借鉴了国内外相关产品的技术特点,以优选的表面活性剂为主要活化材料,并添加了无机盐和硅酸盐作为助吸附材料,提高了活化效果.室内实验表明,用活化铁矿粉加重的钻井液体系能保持良好的流变性和悬浮能力,能保证钻进时的正常循环,并且摩阻系数也低于常规铁矿粉加重钻井液.