加重材料对抗高温高密度合成基钻井液性能的影响

任亮亮; 陈晨; 李超; 何卓芯; 胡悦悦; 徐博韬; 罗健生; 高二虎

doi:10.12358/j.issn.1001-5620.2023.05.001

加重材料对抗高温高密度合成基钻井液性能的影响

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.05.001

中海油田服务股份有限公司油田化学研究院, 河北燕郊 065201

基金项目: 国家重点研发项目“超深水极低温井筒工作液体系”（2022YFC2806503）。

详细信息

作者简介:
任亮亮，工程师，博士研究生，现在从事油田化学研究工作。电话（0316）3367036；E-mail：renll4@cosl.com.cn。

中图分类号: TE254.4
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出版历程
- 收稿日期: 2023-04-06
- 修回日期: 2023-05-26
- 刊出日期: 2023-12-25

Effect of Weighting Materials on the Properties of Synthetic-Based Drilling Fluids

Oilfield Chemicals R&D Institute, China Oilfield Services Co., Ltd., Yanjiao, Hebei 065201

摘要

摘要: 微锰具有更小的粒径、更高的密度以及可酸溶性，因此具有优异的沉降稳定性和储层保护性能，适用于抗高温高密度钻井完井液。以中海油田服务股份有限公司的密度为2.04 g/cm³的MODRILL合成基钻井液体系为基础，研究了重晶石（4.3 g/cm³）、重晶石（4.4 g/cm³）和微锰（4.8 g/cm³）加量配比分别为10∶0∶0、0∶10∶0、5∶0∶5、6∶0∶4、7∶0∶3、8∶0∶2、5∶5∶0条件下，加重材料对合成基钻井液性能的影响。结果发现，不同加重材料对合成基钻井液的流变性能、电稳定性和高温高压滤失量都有较大的影响；微锰加量的增加会降低合成基钻井液的表观黏度和塑性黏度，增加动切力和φ₆读数，会降低体系的破乳电压，但整体上可以满足作业要求，还会大幅度增加体系的高温高压滤失量；重晶石（4.3 g/cm³）∶微锰（4.8 g/cm³）的配比为5∶5时，体系综合性能最佳，缺点为成本相对较高，对于储层保护要求较低的现场，可以用超细重晶石（4.4g/cm³）来代替微锰（4.8 g/cm³），使重晶石（4.3 g/cm³）∶重晶石（4.4 g/cm³）的配比为5∶5。现场添加不同加重材料的合成基钻井液的性能测定结果验证了上述结论。
- 高密度油基钻井液 /
- 加重剂 /
- 微锰 /
- 流变性能 /
- 破乳电压 /
- 高温高压滤失量
Abstract: The influence of different weighting agent on the performance of synthetic drilling fluid system (SBM) were studied in this work. Based on the MODRILL drilling fluid system of China Oilfield Services Co., LTD., the variation of SBM performance with 2.04 g/cm³ were investigated with different weighting agent of 4.3 g/cm³Barite, 4.4 g/cm³Barite and 4.8 g/cm³Trimanganese tetra oxide with the ratio of 10∶0∶0、0∶10∶0、5∶0∶5、6∶0∶4、7∶0∶3、8∶0∶2、5∶5∶0. The results showed that the rheological property, emulsion-breaking voltage and high temperature and pressure filtration are affected by the different weighting agent. The apparent viscosity and the plastic viscosity would be decreased and the yield point and 6 rpm reading would be increased with the increasing trimanganese tetra oxide. The emulsion-breaking voltage would be decreased with the increasing trimanganese tetra oxide. The high temperature and high pressure filtration would be substantially increased when adding the increasing trimanganese tetra oxide. The above conclusions were verified in the filed test by studying the effect of weighting agent on the performance of synthetic drilling fluids.
- Drilling fluid /
- Weighting agent /
- Trimanganese tetra oxide /
- Rheological property /
- Emulsion-breaking voltage /
- High temperature and pressure filtration

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图 1 不同加重材料的粒径分布

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图 2 加重材料对钻井液黏度的影响

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图 3 加重材料对钻井液流变参数的影响

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图 4 加重材料对热滚后钻井液破乳电压的影响

注：热滚条件为232 ℃、16 h

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图 5 加重材料对热滚后钻井液高温高压滤失量的影响

注：热滚条件为232 ℃、16 h

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表 1 不同加重材料的合成基钻井液配方

不同配方中复合加重材料加量/（ g/350 mL）
4.3 g/cm³重晶石∶4.4 g/cm³重晶石∶4.8 g/cm³微锰的配比
10∶0∶0	0∶10∶0	5∶0∶5	6∶0∶4	7∶0∶3	8∶0∶2	5∶5∶0
1^#	2^#	3^#	4^#	5^#	6^#	7^#
487.46		241.95	291.10	340.06	388.17	244.00
	486.70					245.68
		240.00	192.00	144.00	97.00

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表 2 不同加重材料的粒径分布

样品	D₁₀/ μm	D₅₀/ μm	D₉₀/μm
4.3 g/cm³重晶石	2.4200	15.4000	48.200
4.4 g/cm³重晶石	0.0373	1.4100	3.480
4.8 g/cm³微锰	0.0172	0.0437	0.265

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表 3 不同加重材料钻井液的流变性能（232 ℃、16 h热滚后）

配方	φ₆₀₀	φ₃₀₀	φ₂₀₀	φ₁₀₀	φ₆	φ₃	Gel/ Pa/Pa	AV/ mPa·s	PV/ mPa·s	YP/ Pa
1^#	82	44	31	18	4	4	3.0/6.5	41.0	38	3.0
2^#	82	44	31	18	5	4	3.0/7.5	41.0	38	3.0
3^#	71	43	33	22	8	8	5.0/8.0	35.5	28	7.5
4^#	73	42	31	19	7	6	4.0/8.5	36.5	31	5.5
5^#	75	43	33	21	7	7	4.5/7.0	37.5	32	5.5
6^#	77	42	30	18	5	5	3.0/6.0	38.5	35	3.5
7^#	99	55	40	24	5	4	4.0/10.0	49.5	43	6.5

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表 4 不同加重材料对现场MODRILL合成基钻井液性能的影响

井深/ m	加重材料	ρ_钻井液/ g·cm^-3	AV/ mPa·s	PV/ mPa·s	YP/ Pa	φ₆/φ₃	Gel/ Pa/Pa	ES/ V	FL_HTHP/mL (30 min/150 ℃）
4053	重晶石	2.08	73	64	9	11/10	8.5/15	1332	2.8
4053	微锰	2.08	29	18	11	14/13	7.5/12	1205	5.8

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参考文献(9)

[1]	刘刚,姜超,李超,等. 油包水型乳状液高温稳定性[J]. 钻井液与完井液,2021,38(4):404-411. LIU Gang, JIANG Chao, LI Chao, et al. Study on high temperature stability of invert emulsion[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2021, 38(4):404-411.
[2]	杨倩云,王宝田,杨华,等. 微泡沫流体失稳形式及其机制分析[J]. 钻井液与完井液,2021,38(4):456-461. YANG Qianyun, WANG Baotian, YANG Hua, et al. Analysis of the mode and mechanisms of destabilization of micro foams[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2021, 38(4):456-461.
[3]	刘锋报,武星星,徐同台,等. 微锰加重剂减轻钻井液对油气层损害研究的新进展[J]. 钻井液与完井液,2020,37(6):677-684. LIU Fengbao, WU Xingxing, XU Tongtai, et al. New progresses made in the study of minimizing damage to oil and gas reservoirs with micronized manganese ore weighting agent[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2020, 37(6):677-684.
[4]	刘政,李俊材,徐新纽. 超高密度油基钻井液加重剂评价及现场应用[J]. 钻井液与完井液,2020,37(6):715-720. LIU Zheng, LI Juncai, XU Xinniu. Evaluation and field application of weighting agents for ultra-high density oil base drilling fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2020, 37(6):715-720.
[5]	邱正松,韩成,黄维安. 国外高密度微粉加重剂研究进展[J]. 钻井液与完井液,2014,31(3):78-82. doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2014.03.021 QIU Zhengsong, HAN Cheng, WANG Weian. Research progress of foreign high-density micro-powder weighting agent[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2014, 31(3):78-82. doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2014.03.021
[6]	韩成,邱正松,黄维安,等. 新型高密度钻井液加重剂 Mn₃O₄ 的研究及性能评价[J]. 西安石油大学学报(自然科学版),2014,29(2):89-93. HAN Cheng, QIU Zhengsong, HUANG Weian, et al. Performance evaluation of high-density drilling fluid weighting agent Mn₃O₄[J]. Journal of Xi'an Petroleum University(Natural Science Edition), 2014, 29(2):89-93.
[7]	张晖,蒋绍宾,袁学芳,等. 微锰加重剂在钻井液中的应用[J]. 钻井液与完井液,2018,35(1):1-7. doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2018.01.001 ZHANG Hui, JIANG Shaobin, YUAN Xuefang, et al. Application of micro powder manganese weighting agent in drill-in fluids[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2018, 35(1):1-7. doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2018.01.001
[8]	刘永峰,张伟国,狄明利,等. 一种环保油基钻井液体系[J]. 钻井液与完井液,2021,38(4):449-455. LIU Yongfeng, ZHANG Weiguo, DI Mingli, et al. An environmentally friendly oil base mud[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2021, 38(4):449-455.
[9]	杜德林, 王欣, 高圣平. GB/T 16783.2-2012. 石油天然气工业钻井液现场测试第2部分:油基钻井液[S].北京: 中国标准出版社, 2013. DU Delin, WANG Xin, GAO Shengping. GB/T 16783.2-2012. Petroleum and natural gas industries-field testing of drilling fluids-part 2: oil-based fluids[S]. Beijing: Standards Press of China, 2013.