基于重晶石粒度级配的高密度钻井液性能调控实验研究

作     者：范立君 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：邱正松

授予年度：2020年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：高密度水基钻井液 重晶石粉 流变性 滤失造壁性 粒度级配 

摘      要：随着我国油气资源开发逐渐向深层和超深层发展,钻遇的高温高压井也越来越多。高温高压地层钻井液中,通常需要加入大量的重晶石粉等固相加重材料,提高钻井液密度以平衡地层压力。本文重点探讨了重晶石粒度级配对高温高密度钻井液流变性和滤失造壁性的影响规律。基于优化的常温高密度实验基浆,实验探究了常温下不同种类重晶石粒度级配对高密度实验浆(2.20 g/cm、2.35 g/cm)性能的影响规律。实验表明,随着较小粒径重晶石粉加量的增大,实验浆的表观粘度、塑性粘度和滤失量均呈现先减小后增大。重晶石粒度级配可使颗粒粒径分布范围变宽,呈现双峰或多峰分布特征。当特级重晶石与细磨重晶石的配比为2:1,或特级重晶石与沉淀微米重晶石的配比为2:1时,实验浆的流变性和滤失造壁性较好。基于构建的抗高温高密度实验基浆,实验探究了不同种类重晶石粒度级配对高密度(2.0 g/cm、2.4 g/cm)实验浆经高温180℃老化后的流变性和滤失造壁性的影响规律。实验表明,加重固相颗粒粒径分布曲线中双峰间距较大,细颗粒与粗颗粒的粒径差值较大,重晶石粒度级配对高密度实验浆流变性和滤失造壁性的改善效果越明显。当特级重晶石与微细重晶石配比为5:5,或特级重晶石与超微细重晶石配比为7:3时,高温高密度实验浆的流变性和滤失造壁性较好。基于扫描电镜(SEM)分析、滤饼渗透率和滤失速率测试实验,探讨了重晶石粒度级配对高密度钻井液的滤失造壁性的调控机理。当重晶石颗粒粒径分布范围较宽且双峰间距较大时,较小粒径重晶石颗粒可填充于较大粒径重晶石颗粒堆积的孔隙中,滤饼的渗透率和滤失速率降低,有助于改善高密度钻井液的滤失造壁性。当较小粒径重晶石粉加量超过50%后,重晶石粒度级配对高密度钻井液滤失造壁性的影响较小。借助安东帕振荡流变仪及CFD-DEM颗粒流模拟软件,探讨了重晶石粒度级配对高密度钻井液流变性的影响。结果表明,利用粒径较大的重晶石粉加重时,颗粒间碰撞摩擦概率较大,使得钻井液的储能模量较高,其内部网架结构较强,流动阻力增大,表观粘度增大,流变性变差。重晶石粒度级配合理加重时,钻井液中加重固相颗粒的分散度增大,颗粒间的碰撞概率减小,相互作用力减弱,使得高密度钻井液的储能模量较低,网架结构相对较弱,表观粘度降低且流动阻力减小,有助于高密度钻井液的流变性。