高密度水基钻井液抗高温作用机理及流变性研究

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1、中国石油大学(华东)硕士学位论文钻井液中有更低的固相含量。调节钛铁矿的微粒比例，可以达到减少磨蚀的目的。通过试验得出，钛铁矿合适的颗粒分布为粒度大于45微米的颗粒质量百分比不能超过1．5％，小于1微米颗粒质量百分比不能超过10％。这样，钛铁矿的颗粒大小范围比重晶石的颗粒大小范围小得多。最小的钛铁矿密度设为4．49／cm3【51。贝克休斯公司【3】使用专利加重材料——MicromaX，并开发出了一种逆乳化钻井液。这种加重材料是四氧化锰，与重晶石颗粒相比，四氧化锰具有粒径小、颗粒呈球形的特点。由于球形颗粒的粒间摩擦很小，故钻井液

2、的塑性粘度大幅度降低。虽然四氧化锰的密度比重晶石大得多，但其颗粒的尺寸却比重晶石小得多，这就意味着这些颗粒可以被弱结构的钻井液所支撑，同时在较低的屈服值下不会增加沉降的风险。Micromax可以改善钻井液的流变性能，同时降低加重材料发生沉降的趋势，可在高温高压井和小井眼中使用。对于高温高压井，减轻沉降趋势和降低塑性粘度能大幅度缩短钻井时间，减少井下漏失。连续管钻井和过油管钻井的发展也为该钻井液的使用提供了潜在市场。从健康与安全的角度来说，由于细颗粒尺寸和粉尘所带来的问题可以通过事先将加重材料与钻井液混合来避免。二氧化锰加重材

3、料可以在粘度低的钻井液中使用，也不会造成沉降，但是成本还比较高。．在抗高温水基钻井液体系方面，国外主要研制并于现场应用的钻井液体系有甲酸盐钻井液体系和无膨润土抗高温钻井液体系。(1)甲酸盐钻井液甲酸盐钻井液密度可调节性大，因其无固相，抗高温、抑制性强，可解决困扰当前深井钻井中的流交性难控制问题，处理井下复杂事故容易，保护油气层，有利于环境保护，所加处理剂类别少，易维护，是一种较理想的抗高温钻井液【6,7,8】。甲酸盐钻井液维护要点：①加入pH值缓冲剂pH值对甲酸盐钻井液的流变性影响较大，为防止pH值的剧烈变化引起钻井液性能恶

4、化，钻井液中一般加入pH值缓冲剂。甲酸盐中的pH值缓冲剂由碳酸盐／碳酸氢盐缓冲剂组成，即使在体系中混入大量的C02仍能保持pH值为9～11。该缓冲剂保证了pS值降低的限度，在缓冲体系中，无论体系中混入了多少C02，pH值都不能低于6～6．5。加入碳酸盐／碳酸氢盐的同时加入KOH能够提高其缓冲能力。②加入超低相对分子质量的PAC在甲酸盐钻井液中，超低相对分子质量的PAC在甲酸盐的协同作用下能提供较好3第1章前言的滤失性和页岩抑制性【91。(2)无膨润土抗高温钻井液M．I公司设计了一种独特的水基钻井液，在Kalinovac和Mo

5、lve气田的5口高温高压井中成功应用，其中4口井斜较大。实验研究、现场应用、油藏调查和计算机数据表明，该钻井液的表皮损害小、油气井产能高。另外，不需要额外的增产措施而降低开发成本。该体系在180,-'--'220℃下保持稳定。钻井液体系组成为：a．乙烯酰胺和磺化乙烯的共聚物，用于降低滤失，可抗200。C的高温。b．达到API标准的改性粘土支持上述聚合物，提供基本粘度。C．不同颗粒大小分布的碳酸钙颗粒，用来桥接和提供密度。d．三氮杂苯基流体的H2S净化剂，抑制硫化物。e．水溶的缓蚀剂防止工具失效。￡亚硫酸钠提高聚合物热稳定性。

6、g．氧化镁作pH值缓冲剂。h．乙二醇用作润滑剂。现场应用表明，该钻井液可用于180厶200"C高温地层中，使用乙烯酰胺和磺化乙烯的共聚物，用于降低滤失，该钻井液可以把地层损害降到最低程度，同时可使气井的产量提高151％'--'279％。配合软件预测ECD、ESD，钻井过程顺利【1们。为了更好地调控钻井液流变性，从理论上指导钻井液处理剂及抗高温钻井液体系的研制，国内外研究者对钻井液作用机理做了研究。研究认为‘11—171，高温条件下钻井液中的物理、化学复杂反应是钻井液体系研制与应用的基础问题，钻井液体系是相当复杂的多元体系，液

7、相、固相、溶解的盐和碱(因而产生多种金属阳离子和阴离子)、多种溶解的或溶胀的改性天然聚合物及合成的聚合物电解质共存于一体，又受温度、压力、污染物、剪切等因素的影响，这种复杂体系中各组分之间的物理化学作用、特别是高温高压下的化学作用，是影响钻井液体系性能及其稳定性的关键因素。粘土矿物与碱、金属离子之间的反应，粘土矿物的溶解和转化，粘土矿物的高温分散、胶凝，聚合物的生物降解、高温降解和交联，盐、聚合物的溶解和沉淀，吸附与脱附、离子效应、固相颗粒的表面电荷、聚结、分散、絮凝和解絮凝等，若干反应同时发生、相互影响、相互制约，从而使钻

8、井液的性能和稳定性难以控制。国内的抗高温钻井液体系一般处理剂种类繁多，配方复杂，缺乏了解高温下影响钻井液性能的作用机理，对作用机理的研究也多停4中国石油大学(华东)硕士学位论文留在主观猜想上，缺乏实验验证，对钻井液的处理和维护一般依据经验，具有盲目性。在高密度钻井液流变性调控方面，目前高密