重晶石對(duì)高密度水基鉆井液性能的影響因素研究

馬雙政，張耀元，周廣巍，王冠翔，南 源，陳 誠(chéng)

（中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)湛江分公司,廣東 湛江 524057）

重晶石對(duì)高密度水基鉆井液性能的影響因素研究

馬雙政，張耀元，周廣巍，王冠翔，南 源，陳 誠(chéng)

（中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)湛江分公司,廣東 湛江 524057）

本文分析了重晶石的粒徑級(jí)配、化學(xué)螯合劑的作用對(duì)高密度水基鉆井液性能的影響，不僅能夠增強(qiáng)重晶石顆粒表面電位、親水性、結(jié)構(gòu)活性及穩(wěn)定性，而且改性后的重晶石加入高密度水基鉆井液后，具有較好的懸浮、降粘效果，研究結(jié)果表明：不同級(jí)配活化重晶石能夠改善高密度水基鉆井液的粘度和沉降穩(wěn)定性。

粒徑級(jí)配；化學(xué)螯合劑；高密度水基鉆井液；沉降穩(wěn)定性

海上某油田高壓井在鉆井過(guò)程中，使用高密度水基鉆井液體系，泥漿密度達(dá)到1.70g·cm-3，在返排出來(lái)泥漿中出現(xiàn)許多泥球，從現(xiàn)場(chǎng)取回的泥球經(jīng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)鑒定其成分主要為重晶石（見表1）。重晶石發(fā)生沉淀根本原因是懸浮不了那么多重晶石，需要泥漿具有足夠強(qiáng)結(jié)構(gòu)力，即具有較高動(dòng)切力和靜切力，但當(dāng)其大大超過(guò)了泥漿流變參數(shù)值范圍時(shí)，嚴(yán)重影響鉆井周期?！般@井液粘度”與“沉降穩(wěn)定性”是相互矛盾的，如果控制不好，重晶石便會(huì)發(fā)生沉降，這與重晶石顆粒表面性質(zhì)密切相關(guān)[1]，所以開展了活化重晶石對(duì)高密度水基鉆井液性能影響研究。

表1 粘土礦物X射線衍射分析Tab.1 X-ray analysis of clay minerals

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備

六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（高溫滾子加熱爐均屬美國(guó)范氏儀器公司）；API失水儀（高溫高壓失水儀均屬青島海通達(dá)專用儀器有限公司）；分析篩（200目，325目），（浙江五四儀器紗篩廠）；沉降穩(wěn)定測(cè)試儀（武漢天儀海波儀器有限公司）。

1.2 主要試劑

重晶石，PLUS/KCl鉆井液體系等，均為化學(xué)純；十二烷基硫酸鈉，硫酸鈣，為分析純。

1.3 重晶石性能品質(zhì)分析

采用標(biāo)準(zhǔn)GBT5005-1994《鉆井液用重晶石粉》對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所用重晶石性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，重晶石粉性能評(píng)價(jià)是判斷重晶石品質(zhì)的重要方式。重晶石品質(zhì)符合二級(jí)指標(biāo)，影響其質(zhì)量好壞主要指標(biāo)是粘度效應(yīng)。

表2 重晶石性能測(cè)試Tab.2 Performance test of barite

2 結(jié)果與討論

2.1 重晶石的粘度效應(yīng)影響因素分析

重晶石粘度效應(yīng)主要是其粒徑級(jí)配、表面性質(zhì)等有密切關(guān)系，活化改性是將活化劑加入重晶石進(jìn)行表面改性，處理后重晶石表面形成親水復(fù)合表面層，表面ζ電位增大，重晶石顆粒之間斥力增大，顆粒間作用力減小，重晶石在鉆井液的增粘性大大降低[2]；而重晶石的不同級(jí)配對(duì)其固相粒子間的相互作用也有著非常重要的影響。因此，為了分析重晶石的粘度效應(yīng)的影響因素，開展了如下實(shí)驗(yàn)研究。

2.1.1 化學(xué)螯合劑成分比例影響 活化改性的核心將重晶石表面處理、活化劑的選取、配伍與處理等。按一定比例配制的螯合劑與重晶石混合，然后配制密度為2.50g·cm-3重晶石溶液測(cè)量表觀粘度[3]。螯合劑中的十二烷基硫酸鈉加量對(duì)重晶改性起著關(guān)鍵作用，根據(jù)圖1曲線可確定其加量為3%螯合劑溶液（質(zhì)量比）。

圖1 螯合劑十二烷基硫酸鈉加量對(duì)重晶石粘度效應(yīng)影響Fig.1 Viscosity effect of the chelating agent alkyl sulfate on the barite

2.1.2 化學(xué)螯合劑與重晶石配比影響 為確保重晶石表面被化學(xué)螯合劑充分的改性，需對(duì)化學(xué)螯合劑與重晶石配比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖2。

圖2 螯合劑加量對(duì)重晶石粘度影響變化曲線Fig.2 Influence of chelating agent on viscosity curve of the barite

從圖2曲線可得出，確定螯合劑加量為2%重晶石（質(zhì)量比）。

2.1.3 重晶石的粒徑級(jí)配影響 為了尋找粗細(xì)顆粒的較優(yōu)配比，按照比例安排加重劑粒度級(jí)配實(shí)驗(yàn)[4]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出：間接級(jí)配方案較優(yōu)，降低了重晶石所產(chǎn)生的粘度50%以上，粘度得到較大改善。

表3 不同級(jí)配方案重晶石的粘度效應(yīng)Ta.3 Viscosity effect on the different gradation scheme of barite

2.2 重晶石對(duì)高密度水基鉆井液性能的影響

通過(guò)泥漿性能實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，加入普通重晶鉆井液的流變性能較差，API失水和HTHP失水較高，說(shuō)明普通重晶石沉降比較嚴(yán)重；加入活化重晶鉆井液的流變性能得到很大的改善，API失水和HTHP失水較低，說(shuō)明重晶石沉降得到控制。活化后重晶石配制高密度水基鉆井液形成的濾餅較薄，濾餅較致密且表面光滑，濾失量較低。PLUS/KCl鉆井液配方：2%海水般土漿+0.25%Na2CO3+0.2%NaOH+0.3%PAC-LV+2%GBL+1.5%LSF+1.5%Lube+0.3%PLUS+0.1%XC+3%CaCO3+5%KCl+普通重晶石和活化重晶石加重至密度為1.8g·cm-3。

表4 重晶石類型對(duì)鉆井液性能的影響Tab.4 Influence of barite type on the performance of drilling fluid

2.3 重晶石對(duì)高密度鉆井液沉降穩(wěn)定性的影響

PLUS/KCl鉆井液體系的沉降穩(wěn)定性為：150℃老化16h，老化后，攪拌15min，進(jìn)行沉降穩(wěn)定性測(cè)試，4h后，測(cè)定密度，測(cè)定結(jié)果見下表，以活化重晶加重的鉆井液體系沉降穩(wěn)定性比普通重晶石加重體系有明顯提高，證明活化重晶石所吸附的活化劑具有一定的結(jié)構(gòu)，相互影響抵消了部分由于密度差引起動(dòng)力沉降，增大了鉆井液體系沉降穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

通過(guò)重晶石對(duì)高密度水基鉆井液性能的影響因素分析研究，得出以下結(jié)論：

表5 不同重晶石的鉆井液沉降穩(wěn)定性Tab.5 The Settlement stability of different barites in the drilling fluid

（1）化學(xué)螯合劑能有效降低重晶石的粘度效應(yīng)；

（2）不同級(jí)配的重晶石對(duì)水基鉆井液粘度具有較大影響，當(dāng)重晶石顆粒間隙被充分充填即為間接級(jí)配，能有效降低水溶液的粘度效應(yīng)；

（3）比較不同級(jí)配活化重晶石與普通重晶石加重鉆井液后的懸浮性能及粘度均明顯改善得到改善。

［1］ 李公讓，趙懷珍，薛玉志，等.超高密度高溫鉆井液流變性影響因素研究［J］.鉆井液與完井液，2009，26（1）：12-13.

［2］ 劉常旭，張茂奎，王平全，等.國(guó)內(nèi)外高密度水基鉆井液體系研究現(xiàn)狀［J］.西部探礦，2006，121（5）：139-140.

［3］ 肖琴，滿瑞林，楊萍，等.十二烷基硫酸鈉改性重晶石的研究［J］.非金屬礦，2013，36（2）：5.

［4］ 黃維安，邱正松，徐加放，等.重晶石粒度級(jí)配對(duì)加重鉆井液流變性的影響［J］.鉆井液與完井液，2010，27（4）：23-24.

Research on the influence factor of the barite to high density water-base drilling fluid performance

MAShuang-zheng，ZHANGYao-yuan，ZHOUGuang-wei，WANGGuan-xiang，NANYuan，CHENCheng
（Zhanjiang Co.，Banch，China National offshore Energy Development Co.，Ltd.，Zhanjiang 524057，China）

This paper analyzes the influence on the barite of particle size grading and Chemical chelating agent to the properties of high density water-base drilling fluid,which not only enhanced barite particles surface potential,hydrophilic,the structure activity and stability,but modified barite joined into high density water-base drilling fluid,it has good effect of suspension,viscosity,which testify different gradation activation at the barite which can improve high density water-base drilling fluid viscosity and stability of subsidence.

size grading；chemical chelating agent；high density drilling fluid；stability of subsidence

TE254

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20171070

2017-09-13

馬雙政（1983-），男，工程師，碩士學(xué)位，油氣井工程專業(yè)，主要從事鉆井液與儲(chǔ)層保護(hù)作業(yè)。