抗温200℃密度1.50～2.30g/cm~3水基钻井液体系研究

论文摘要

抗高温高密度水基钻井液是深井成功钻探的重要技术保证。我国塔里木油田博孜、迪那等区块正准备钻多口7000 m以上的超深井,预测的井底温度为180～200℃,地层压力系数为1.50-2.25,而国内目前用于深井的水基钻井液抗温能力大多在180℃以内,并且密度最高不超过2.0g/cm3,不能满足超深井钻探的需求。因此,迫切需要研制抗温200℃密度1.50～2.30 g/cm3水基钻井液。本文从深井水基钻井液技术的主要难点入手,阐述了高温的作用方式及其对钻井液性能的影响；分析了重晶石的体积含量、表面性质和粒径对钻井液性能的影响。认为在抗高温高密度水基钻井液的体系设计中,需精简处理剂、在黏土容量限以内尽量减少黏土加量,同时采用粒径小并且级配合理的重晶石作加重剂。单因素法优选出钻井液配浆土为新疆膨润土、增黏剂为FV-2、降滤失剂为SMP-Ⅲ、稀释剂为SMC、加重剂为粒径0.040～0.065mm和0.040～0.061mm的四川正蓉重晶石按照质量比3：7复配；针对优选出的复配重晶石,进行重晶石对处理剂吸附量的测定和重晶石-处理剂分散系的电镜扫描,结果证实复配重晶石能够吸附处理剂并共同参与结构的形成,这为其自身悬浮稳定和建立流变性提供了保障。结合腐殖酸钙的高温降滤失作用,引入CaO,由SMC水溶液与CaO反应,生成腐殖酸钙。通过考察在膨润土基浆、腐殖酸钙基浆、腐殖酸钙与膨润土联合体系中,处理剂加量对体系性能的影响,得出处理剂之间配伍良好,SMC与SMP-Ⅲ高温适度交联,使SMP-Ⅲ的高温降滤失效果凸显；SMP-Ⅲ使FV-2增粘和形成结构的效果更显著；膨润土有助增黏与滤饼形成,且加量超过3%可导致高温增稠；利用DJ-1与CaCO3进一步改善滤饼质量、降低滤失量,最终组建了抗温200℃聚磺钻井液配方3%膨润土+0.5%FV-2 +0.3%CaO+7%SMC+5%SMP-Ⅲ+3%DJ一1+3%CaCO3（1250目：2250目=2：1）。调节SMP-Ⅲ和FV-2的加量,同时利用复配重晶石加重,研制出抗温200℃密度1.50～2.30g/cm3水基钻井液体系。综合性能评价结果表明,该体系具有流变性好、滤失造壁性好、抑制性强、抗污染能力强、润滑性好、封堵能力强和热稳定性好等优点,为塔里木油田超深井钻井液技术研究和选择抗高温高密度水基钻井液提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 抗高温水基钻井液技术国内外研究现状
• 1.2.1 抗高温水基钻井液处理剂国内外研究现状
• 1.2.2 抗高温水基钻井液体系研究现状
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 深井水基钻井液关键技术分析
• 2.1 深井水基钻井液技术的主要难点
• 2.2 高温对水基钻井液性能的影响
• 2.2.1 钻井液热稳定性的定义
• 2.2.2 高温的作用方式
• 2.2.3 高温对流变性的影响
• 2.2.4 高温对滤失造壁性的影响
• 2.3 重晶石对水基钻井液性能的影响
• 2.3.1 重晶石体积含量对钻井液性能的影响
• 2.3.2 重晶石表面形状对钻井液性能的影响
• 2.3.3 重晶石粒径级配对钻井液性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 处理剂优选与重晶石吸附处理剂分析
• 3.1 处理剂的优选
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 黏土的优选
• 3.1.3 增黏剂的优选
• 3.1.4 降滤失剂的优选
• 3.1.5 稀释剂的优选
• 3.1.6 重晶石的优选
• 3.2 重晶石吸附处理剂分析
• 3.2.1 实验原理
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 结果与讨论
• 3.2.5 重晶石吸附处理剂电镜扫描
• 3.3 本章小结
• 第4章 抗温200℃水基钻井液配方组建
• 4.1 实验方法
• 4.2 基浆的确定
• 4.2.1 腐殖酸钙基浆的确定
• 4.2.2 膨润土基浆的确定
• 4.2.3 腐殖酸钙基浆中膨润土加量的确定
• 4.3 处理剂加量对基浆流变性、滤失量的影响
• 4.3.1 处理剂加量对5%膨润土基浆流变性、滤失量的影响
• 4.3.2 处理剂加量对腐殖酸钙基浆性能的影响
• 4.3.3 处理剂加量对（腐殖酸钙基浆+3%膨润土）性能的影响
• 4.3.4 处理剂加量对（腐殖酸钙基浆+5%膨润土）性能的影响
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 腐殖酸钙、膨润土、处理剂相互作用分析
• 4.4.2 优选抗温200℃水基钻井液体系配方及性能
• 4.5 封堵剂加量对抗高温钻井液流变性、滤失量的影响
• 4.5.1 DJ-1加量对抗高温钻井液流变性、滤失量的影响
• 3加量对抗高温钻井液流变性、滤失量的影响'>4.5.2 CaCO₃加量对抗高温钻井液流变性、滤失量的影响
• 3混合对抗高温钻井液流变性、滤失量的影响'>4.5.3 DJ-1与CaCO₃混合对抗高温钻井液流变性、滤失量的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 抗温200℃高密度水基钻井液体系研究
• 5.1 抗高温高密度水基钻井液性能指标
• 5.2 抗温200℃高密度水基钻井液优选
• 5.2.1 加重剂加量的确定
• 5.2.2 加重钻井液的配制
• 5.2.3 加重钻井液体系的优选
• 5.3 抗温200℃高密度水基钻井液体系评价
• 5.3.1 热稳定性评价
• 5.3.2 抗污染能力评价
• 5.3.3 抑制性评价
• 5.3.4 沉降稳定性评价
• 5.3.5 润滑性评价
• 5.3.6 封堵能力评价
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文