高密度钻井液加重剂方铅矿的室内评价.pdf

q丫 、 、 第2 眷第2 期1 9 9 5 年6 月 石油钻 井工程 }| 。 ’ 、 ／ [／ ＼ ， ＼ 17 一 ／ f t 高 密 度 钻 井 液 加 重 剂 方 铅 矿 的 室 内评 价 兰一 宏堡 了 一 、 新 疆 石 油 学 院 北 京 石 油 勘 探 开 兰 研 究 院 f 第 一 作 者 简 L 0 8 2 年 毕 业 于 成 都 地 质 学 院 勘 探 工 程 系 ， 研 究 生 脱 任 { 由 学 院 怙 井 系 讲 师 ． 摘 要 本 文 洲定 了方铝矿 卦 的 理化 性 能 及 方 铅 矿 加 重钻 井 液 的性 能 实验 结 幕 表 明 ；用 方 铅 矿 配 制 的 高 密 度 钻 井 液 有 较 好 的 流 动 性 和 一 定 的 热 稳 定 性 ，并 能 使 钻 井 液 的 固 相 含 量 降 低 ，方 铝 矿 与 其 它 常 用 处 理 剂 有 很 好 的 相 客 性 。 主题词 方 铅 矿 塑 盟匮 堕 一 彳 ≈ j 6 一 l ， 、／1 1 前 言 f 0 重 晶 石 用 作 水 基 或 池 基 钻 井 液 的 加 重 剂 ， 可 使 其 密 度 达2．0 0 g／c 邢 以 上 ，圈 而 一 直 是 最 主 要 的 钻 井 液 加 重 剂 。 但 由 于 重 晶 石 自 身 密 度 所 跟 ，用 它 配 制 的 高 密 度 或 超 高 密度 钻 井 液 的 固 相 古 量 高 ，流 动 性 差 ， 绪 钻 井 藏 的 维 护 和 使 用 都 带 来 不 便 ． 方 铅 矿 由 于 密 度 高 ， 硬 度 低 ，易 粉 啐 ， 不 溶 于 承 和 碱 而 溶 于 酸 等 特 点 ，旱 已 被 列 入 钻 井 液 加 重 材 料 中 ， 用 于 需 要 控 制 异 常 高 压 时 配 制 超 高 密 度 钻 井 液 国 内 尚 未 用 于 钻 井 液 中 。 随 着 钻 井 探 度 的 加 罐 和 异 常 高 压 油 气 田 的 勘 探 开 发 ， 对 超 高 密 度 钻 井 液 的 使 甩 及 其 具 有 良 好 技 术 性 髓 等 提 出 了 相 应 的 要 求 。 我 国有 较 多 的 方 铅 矿 资 源 ， 充 分 开 发 其 在 钻 井 液 技 术 中 的 使 用 价 值 ， 对 于 发 展 应 用 高 密 度 钻 井 液 技 术 ， 保 护 池 气 储 层 及 保 护 钻 井 工 程 安 垒 都 有 一 定 的 实 用 意 义 。 2 室 内 实 验 及 评 价 2．1方 铅 矿 理 化 性 能 所 用 方 铅 矿 糈 为 北 京 矿 冶 研 究 总 院 提 供 的 精 矿 糈 ， 测 试 前 ， 先 做 简 单 处 理 ， 消 除 浮 选 荆 的 影 响 。 样 品 呈 铅 灰 色 ， 有 金 属 光 泽 ， 其 中 铅 古 量 太 于 6 0 ， 密 度 6．4 O g／ fl n ’ ，2 0 0 目 筛 泉 为 6．6 2 ，3 2 5 耳 筛 余 为 3 0．8 0 ，水 溶 性 碱 土 金 屑 的 古 量 以 妇 蚪 计 为 1 8 0mg ／L， 粘 度 效 应 加 硫 酸 钙 前 为 3 6mP a．s，加 硫 酸 钙 后 为3 8mP a ．s。 由 于 我 国 尚 无 钻 井 液 用 方 铅 矿 粉 的 质 量 标 准 ，因 此 等 效 采 用 钻 井 液 用 重 晶 石 粉 G B 5 0 0 5 8 5标 准 。 另 外 ， 测 碍 其 小 于6 m 颗 粒 质 量 古 量 为1{ ． 我 们 再 用 广 西 永 福 产 的 重 晶 石 精 做 对 比 。 其 密 度 为4．2 6 g／c m ， 2 0 0 目 筛 糸 为 0．6 1 t 3 2 5 目 筛 糸 为 】5 7 ， 水 溶 性 碱 土 金 属 古 量 以 C a 计 为1 9 6 m g／L，粘 度 效 应 加 硫 酸 钙 前 为5 8mP a．s，加 硫 酸 钙 后 为6 2mP a．s， 小 于6 p m 颗 粒 质 量 含 量 为 2 0 ． 6 。 所 选 用 的 方 铅 矿 和 重 晶 石 样 品 ，除 了 密 度 外 ， 粒 度 分 布 略 有 不 同 ， 方 铅 矿 的 租 颗 维普资讯 石 油钻 井工程 粒 含 量 稍 多 于 重 晶 石 ， 其 它 指 标 相 近 2 ．2加 重 钻 井 液 的 性 能 用 新 疆 钠 土 配 成 基 浆 。 基 浆 的 粘 土 含 量 为6 4 gtL，密 度 为1 ．0 4 g／ c m ， 表 观 粘 虚 为- 5mP a．s， 塑 性 粘 度 为5 mP a．s，动 切 力 为 9．5 P a，1 O s静 切 力 为7 P a，1 O rai n 静 词 力 为 7．5 P a， A P I滤 戋 量 为1 3 mL。 表 1 方 铅 矿 加 重 钻 井 液 性 能 辫相 台量 密度 襄观牯 度 塑性 粘度 动切 力 初 韧， 鳇切 A PI 滤失 量 L 杯 积 B ， 啪 ’ lP s 0 n W． 目 P a v a l V a t a b I 8 】 ． 9 l 30 ． 5 9 21 ．5 1 7／ l 9 6 0 2 2 2 ． 1 2 1 8 ． 5 9 9 ． 5 8 1 1 0 8 6 2 5 2 ．3 0 2{ 。 1 4 1 0 8 ． 5， 玑 5 9 B 2 9 2 ． 5 O 2 7 1 6 1 1 9 ． 5 ／ Z 3 l l 3 寰 2 重 昌石 加 重 钻 井 液 性 能 固相台量 密度 表理粘度 塑性牯度 动切力 韧切， 鳇切 A P I 越失量 体 积 暑 ， 啪 ’ m ． 0 t e a ． P P ， P mL 2 9 1 ． 9 2 4 3 l l 2 7 ． 5 1 3 ， 5 1 1 5 2 D 3 4 2 ． 1 0 5 8 2 7 3 1 船 ， 3 6 2 9 4 0 2 ． 30 98 3 8 60 3 1 ， |1 4 O 4 6 2 ． { 5 1 3 5 6 1 7 4 3 8 ， |4 5 7 在 上 连 基 浆 中 分 别 加 入 方 铅 矿 郓 重 晶 石 ， 配 成 不 同 密 度 的 钻 井 液 ． 其 性 髓 分 别 见 表 1、 表 2． 由衷 1、 表 2可 知 ① 随 着 加 重 剂 含 量 的 增 加 ， 加 重 钻 井 液 的粘 度 、 切 力 和 撼 失 量 都 增 加 ． 但 方 铅 矿 加 重 钻 井 漉 的 粘 度 、切 力 增 加 值 都 不 大 钻 井 液 密 虚 为 1 ．9 1 gta n ’时 除 外 f 重 晶 石 加 重 钻 井 菠 的 粘 度 切 力 明 显 增 加 ， 且 都 达 到 了 较 高 的 值 ． 方 铅 矿 加 重 钻 井 液 的 动 切 力 、 静 切 力 都 较 低 ， 说 明 钻 井 液 的 结 构 较 弱 } 而 且 它 们 的初 切 、 终 切 和 动 切 力 的值 都 较 接 近 ． 当 钻 井 渡 的 密 度 较 低 时 如 1 ．9 0 g t∞ ’左 右 方 铅 矿 加 重 钻 井 漉 的 流 变 性 螗 与 重 晶 石 加 重 钻 井 藏 的 较 相 近 ， 但 前 者 的 滤 失 量 远 大 于 后 者 ；当 钻 井 菠 密 度 大 于 2 ．3 0 g／ C iT I s后 ， 方 铅 矿 加 重 钻 井 漉 表 现 出 了 较 台 理 的 流 动 性 。 ④ 方 铅 矿 加 重 钻 井 漉 的 滤 失 量 都 较 大 。 在 相 同 钻 井 漉 密 度 时 ， 方 铅 矿 加 重 钻 井 漉 的 圃 相 含 量 大 大 低 于 重 晶 石 加 重 钻 井 竣 的 固相 含 量 ； 当 钻 井 漉 密虚 为 1 ．9 0 ～ 2．5 0 g／ ∞ ’时 ， 前 者 的 圃 相 古 量 体 积 比后 者 步1 1 ～ 1 8 ． 综 音 流 变 性 参 数 及 固 相 含 量 等 目 索 ， 当 钻 井 液 的 密 度 超 过 2．1 O g／ 或 者 更 高 时 ， 方 铅 矿 作 为 高 密 度 加 重 剂 才 显 出 优 势 ． ． 维普资讯 第 2卷第 2期 梅 宏 高密 度钻井 液 加重 剂 方铅 矿 的蜜 内评价 3 2 ． 3方 铅 矿 与 其 它 处 理 剂 的 配 合 使 用 用 F C L S、 C MC及 N a O H 等 处 理 剂 对 方 铅 矿 加 重 钻 井 液 芷 } 行 处 理 ． 结 果 见 表 3、 表 4晟 表 5 所 用 钻 井 液 的 密 度 均 为 2 ．5 0 g ／ c 玎 1 。 由 此 可 见 ① F c L s 对 方 钻 矿 加 重 钻 井 渡 有 较 好 的 降 切 力 及 降 撼 失 效 果 ，当 F C L ．S 的 加 置 达 到 5 g ／ L后 ． 该 效 果 才 明显 。 C MC 的 加 入 可 使 方 铅 矿 加 重 钻 井 蔽 明显 降 低 滤 失 量 及 增 加 粘 度 且 略 增 切 力 ， C MC 的 加 置 超 过5 g／ L 时 ， 降 滤 失 的 效 果 较 好 ． 加 入 适 量 的 Na O H 可 增 强 C MC、 F C L S 的 作 用 ；随 着 N a O H 加 置 的 增 加 ． 方 铅 矿 加 重 钻 井 蔽 的粘 度 增 加 ， 动 切 力 和 撼 失 置 降 低 。 表 3脚对 加 重 钻 井 液 的 影 响 F c 抽量 表观粘度 塑性桔度 动切力 田切， 终切 穗失量 B ， L r n I a ． 0 mP 0 P AL ， h mL 3 2 7 1 7 l O 9 ／ I O 帖 5 2 2 1 6 6 3， 5 5 7 B 2 - 1 6 4 1 ／ S 5 3 表 4 C MC 对 加 重 钻 井 液 的 影 响 C MC加量 表魂牯度 坦性拈度 切动力 韧切， 葺 荽 切 A P ] 摅失量 C g ／ L tuF a ． I mP 0 P AL f P a A P 1 mL 3 3 3 2 1 l 2 5 ／ 1 8 4 9 5 4 2 2 8 1 4 7 ／ 2 3 2 3 6 1 32 1 5 8 ， 2 6 l B 表 5 N a OH 对 加 重 钻 井 液 的 影 响 N a O H加量 表现拈度 望性粘度 动切力 A P I 穗失量 PH L Or ． P a ． I mPI ． 0 f Pa r I l L 3 3 4 1 9 l5 1 3 7～ B 5 ● O 2 9 l 1 B 8 注 表 中 的 钻 井 披 吉 F C 1 ．．S和 c M c各 为 5 8／ L． 2 ． d钻 井 液 的 热 稳 定 性 对 表 5中 N a OH 加 置 为 3 g／ L 的 钻 井 蔽 ， 测 得 其 高 温 高 压 撼 失 量 为 5 O～ 5 2m 1 ．该 钻 井 蔽 l 5 Oc 下 老 化 l 6 h后 ， 室 温 下 铡 得 其 塑 性 粘 度 为 3 d ． E， 动 切 力 为 1 l h ， 可 见方 铅 矿 加 重 钻 井 蔽 有 一 定 的 热 稳 定性 ， 但 应 配 台 以性 能 较 好 的 抗 高 温 降撼 失 剂 ． 2 ． 5粘 土 含 量 对钻 井 液 性 能 的 影 响 粘 土 古 置 是 控 翩 高 密 度 钻 井 藏 流 变 性 能 的 关 键 ，以 粘 土 含 量 不 同 的 基 紫 加 方 铅 矿 后 配 成 密 度 为 2 ． 5 g ／ 咖 。的 钻 井 蔽 ， 分 别 测 得 其 性 能 ， 见 表 6． 维普资讯 梅 宏 高密度钻井{ 戎加重拊方铅矿的室内评竹 第 2 卷第 2 期 其 中 ， 基 浆 粘 土 含 量 为 4 0 g／ L 时 ， 密 度 为 1 ．0 2 5 g／ 锄 ， 表 观 粘 度 为 1 2 r m o a．s， 塑 性 牯 度 为 4 mP a． s， 动 切 力 8P a， A ．P I滤 失 量 1 7mL； 基 浆 粘 土 含 量 为 9 0暮／ L 时 ， 表 想 粘 度 为 2l mP a． s， 塑 性 粘 度9 r o P a． s， 动 切 力 为1 2 P a， A P I滤 失 量 1 0 n I L。 表 6 粘 土 含 量 对 加 重 钻 井 液 的 影 响 基浆粘土古量 表观粘度 塑性粘度 动切力 AP I 滤失量 g ／ L mP a ． 0 mP g P a mL d 0 】 8 ． 5 9 9． 5 1 l 5 90 3 6 2 O l6 l0 7 由 表 6结 合 表 1知 ． 随 着 基 泉 粘 土 古 量 的 增 加 ， 加 重 钻 井 藏 的 滤 失 量 有 所 降 低 ． 但 相 对 降 低 值 不 是 太 大 } 而 粘 土 古 量 较 高 时 ， 钻 井 藏 的 粘 度 、 切 力 的 相 对 增 加 值 较 大 ． 可 见 粘 土 含 量 的 增 加 ， 不 利 改 善 钻 井 灌 的 性 能 ．当 粘 土 含 量 较 低 时 ， 钻 井 液 仍 保 持 一 定 的 粘 度 和 切 力 ． 足 以 使 方 铅 矿 在 其 中 悬 浮 ． 这 对 配 制 高 密 度 钻 井 疲 而 要 求 根 好 控 制 粘 土 含 量 而 言 ． 是 很 有 利 的 。 3 几 点 认 识 1 用 方 铅 矿 配 制 高 密 度 钻 井 液 可 太 大 降 低 钻 井 藏 的 固 相 古 量 ， 并 可 使 钻 井 菠 在 较 低 固 相 含 量 下 达 刭 较 高 的 密 度 ， 有 利于 高 密 度钻 井 藏 的 使 用 和 维 护 ． 2用方 铅 矿 配 制 高 密 度 钻 井 液 有 较 好 的 流 动 性 年 盯一 定 的 热 穗 定 性 ． 3 方 铅 矿 和 其 它 常 用 处 理 j f I 如 C ．MC、 F 1S等 有 很 好 的 相 窖 性 ． 4方 铅 矿 加 重 钻 井 液 应 配 以性 能 较 好 的 、 特 别 是 抗 高 温 的 降 滤 失 剂 ．i ； 卫使 其 有 好 的 滤 失 性 能 ． 5由于 方 铅 矿 存 在 价 格 较 高 、 配 制 的 钻 井 藏 滤 失 量 较 大 等 不 足 ， 不 宣 作 为 常 规 加 重 荆 使 用 ． 只 有 在 配 制 高 密 度 p ≥ 2． 3 0 g／ c r r l 钻 井 藏 时 ． 才 能 充 分 发 挥 其 高 密 度 特 点 的 使 用 价 值 ． 本 工 作耨 捌 北 京 矿 冶 研 究 总 院 撩 建 民 高 级 工 程 师 、北 京 油 科 院 钻 井 所 刘 南 晴 高 级 工 程 师 的 帮助 ． 特 此 表 示 感 谢 ． 参 考 文 献 1 ． 钻 井 手 册 ， 甲 方 上 册 ， 石 油 工 业 出 版 社 ， 1 9 9 O． 2． 张 克 勤 等 ． 钻 井 挂 术 手 册 二 ， 石 油 工 业 出 版 社 ． 1 9 8 8 f 本篇责任编辑魏治明＼ I 1 9 9 5 0 5 0 3 J 维普资讯