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钻井液加重材料比表面积测试及吸附特性实验研究

邱正松 王帝 张书豪 王琦 钟汉毅 赵欣 范立君

邱正松,王帝,张书豪,等. 钻井液加重材料比表面积测试及吸附特性实验研究[J]. 钻井液与完井液,2023,40(1):20-27 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.002
引用本文: 邱正松,王帝,张书豪,等. 钻井液加重材料比表面积测试及吸附特性实验研究[J]. 钻井液与完井液,2023,40(1):20-27 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.002
QIU Zhengsong, WANG Di, ZHANG Shuhao, et al.Specific surface area measurement and adsorption characteristics of drilling fluid weighting materials[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(1):20-27 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.002
Citation: QIU Zhengsong, WANG Di, ZHANG Shuhao, et al.Specific surface area measurement and adsorption characteristics of drilling fluid weighting materials[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(1):20-27 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.002

钻井液加重材料比表面积测试及吸附特性实验研究

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.002
基金项目: 国家自然科学基金项目 “裂缝地层致密承压封堵机理与温敏智能堵漏新方法研究”(51974354)、“基于亚临界水热反应的超高温水基钻井液滤失造壁性调控方法”(52174013)、国家重点研发计划 “井筒稳定性闭环响应机制与智能调控方法” (2019YFA0708303)资助
详细信息
    作者简介:

    邱正松,教授、博士生导师,主要从事井壁稳定理论与防塌防漏钻井液技术、复杂深层超高温超深井钻井液关键技术、海洋深水钻井液完井液技术等科研及教学工作。E-mail:qiuzs63@sina.com

  • 中图分类号: TE254.1

Specific Surface Area Measurement and Adsorption Characteristics of Drilling Fluid Weighting Materials

  • 摘要: 深井超深井钻井过程中,为了平衡地层压力,需要在钻井液中加入加重材料。加重材料对钻井液中水分子和处理剂的吸附作用,会影响甚至恶化钻井液的性能。为了探究加重材料在钻井液中的存在形式及吸附特性,基于低场核磁共振,建立了液相条件下加重材料比表面积的测量方法。通过低场核磁共振法和粒度推算法,分析了密度为1.1~2.4 g/cm3的水基钻井液中加重材料液相与干粉状态的比表面积及其变化规律。通过有机碳吸附和流变性测试实验,探讨了不同密度下加重材料的吸附能力。结果表明,不同密度下加重材料对不同处理剂的吸附能力不同。在密度为1.2、1.8和2.4 g/cm3的500 mL钻井液中对磺化褐煤的吸附量分别为10.83、13.06和 17.69 g,实验结果与低场核磁共振所得到的比表面积具有相关性。

     

  • 图  1  不同方法测得重晶石总表面积对比

    图  2  降滤失剂SMC溶液在重晶石表面的总有机碳含量

    图  3  降滤失剂SMC加量对基础浆滤失量的影响

    图  4  不同密度基础浆中不同SMC加量对滤失量的影响

    图  5  不同分散剂加量下重晶石悬浮液的剪切应变特性

    图  6  不同密度重晶石悬浮液在不同 分散剂加量下的剪切应变特性

    表  1  不同密度悬浮液中重晶石粉的比表面积(低场核磁共振法)

    ρ/(g·cm−3T2/msR2R2spωΨ比表面积/(cm2·g−1平均比表面积/(cm2·g−1
    1.1889.2200.001 1251.910.11640.03062410.522405.520
    891.6500.001 1221.900.11640.03062400.52
    1.2547.1580.001 8273.730.21350.06312283.682311.705
    536.7700.001 8633.830.21350.06312339.73
    1.4383.3300.002 6095.760.30310.10112197.442198.520
    383.0100.002 6115.760.30310.10112199.60
    1.6201.7580.004 95611.830.48760.22132065.572067.795
    201.3600.004 96611.860.48760.22132070.02
    1.8159.3400.006 27615.250.57850.31921845.271842.555
    159.7800.006 25915.210.57850.31921839.84
    2.0119.2120.008 38820.720.65350.43851824.771826.030
    119.0600.008 39920.750.65350.43851827.29
    2.285.6600.011 67429.240.72510.61341840.181845.095
    85.2200.011 73429.390.72510.61341850.01
    2.470.0840.014 26835.950.76090.74021875.511868.275
    70.6100.014 16135.680.76090.74021861.04
      注:R2f为0.000 386
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    表  2  重晶石粉比表面积测量结果(粒度推算法)

    测试
    次数
    比表面积/
    cm2·g−1
    测试
    次数
    比表面积/
    cm2·g−1
    1234752344
    2227062362
    3235572270
    42327平均值2325
      注:相对标准偏差0.017
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    表  3  降滤失剂SMC在重晶石表面有机碳吸附实验

    测试次数吸附量 /mg
    14.674.564.10
    24.194.224.20
    34.084.034.09
    44.224.184.06
    54.114.104.62
    64.064.124.20
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    表  4  高密度实验浆的性能平行性测试实验

    ρ实验浆/
    g·cm−3
    测试
    组别
    老化
    条件
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    FL/
    mL
    未加重 一组 老化前 10 7.0 1.0/1.0 8.0
    老化后
    11 5.0 1.0/1.0 7.9
    二组 老化前 10 7.0 1.0/1.0 8.3
    老化后
    11 5.0 1.0/1.0 7.8
    三组 老化前 10 7.0 1.0/1.0 8.5
    老化后
    11 5.0 1.0/1.0 7.5
    四组 老化前 10 7.0 1.0/1.0 8.2
    老化后
    11 5.0 1.0/1.0 7.4
    1.6 一组 老化前 43 5.5 1.5/2.0 7.1
    老化后
    33 4.5 1.0/1.5 7.3
    二组 老化前 42 7.0 1.5/2.0 7.1
    老化后
    34 4.0 1.0/1.5 7.6
    2.4 一组 老化前 62 7.5 2.0/3.0 11.4
    老化后
    49 3.5 1.5/2.0 9.8
    二组 老化前 62 7.5 2.0/3.0 11.5
    老化后
    49 3.5 1.5/2.0 10.6
      注:老化条件为180 ℃、16 h。
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    表  5  高密度实验浆的性能平行性测试实验

    ρ实验浆/
    g·cm−3
    SMC/
    %
    老化
    条件

    FL/
    mL
    FLHTHP/
    mL
    1.61.0老化前8.015.6
    老化后
    7.9
    1.2老化前7.815.3
    老化后7.5
    1.4老化前7.615.1
    老化后7.5
    1.6老化前7.515.1
    老化后7.6
    1.8老化前7.515.1
    老化后7.5
    2.0老化前7.615.1
    老化后7.5
    2.01.0老化前7.421.2
    老化后7.3
    1.2老化前7.120.6
    老化后7.2
    1.4老化前7.019.5
    老化后6.8
    1.6老化前6.819.3
    老化后6.9
    1.8老化前6.819.2
    老化后6.9
    2.0老化前6.919.2
    老化后6.9
    2.41.0老化前11.530.4
    老化后10.6
    1.2老化前10.829.2
    老化后10.6
    1.4老化前10.528.6
    老化后10.6
    1.6老化前10.327.3
    老化后10.4
    1.8老化前10.226.6
    老化后10.1
    2.0老化前10.126.6
    老化后10.2
      注:老化条件为180 ℃、16 h。
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-15
  • 修回日期:  2022-10-06
  • 刊出日期:  2023-01-31

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