高密度水基钻井液抗高温作用机理及流变性研究

摘要

目前抗高温高密度钻井液流变性调控是高密度钻井液工艺存在的首要问题，本文通过文献调研对抗高温高密度钻井液的主要特点进行分析，通过实验考察老化温度、pH值及膨润土含量对膨润土基浆主要性能的影响，研究了水基钻井液高温作用机理。 通过实验，优选出一种新型抗温抗盐降滤失剂JZA-1作为抗高温高密度钻井液体系的主要降滤失剂，JZA-1具有良好的抗温性、抗盐性及抗钙性。对该处理剂的降滤失机理进行了研究，吸附实验表明，JZA-1能很好地吸附在粘土颗粒表面上，其吸附效果优于SPC-220及SMP-1，从而可提高粘土颗粒的ξ电位，增大粘土表面水化膜厚度，使体系中的粘土颗粒具有更强的聚结稳定性。 以JZA-1及与之配伍性好的SPC-220为主要处理剂，通过实验确定了抗高温高密度钻井液体系的主要处理剂类型并优选出钻井液配方。室内所研制的钻井液体系能抗220℃高温，密度高达2.2g/cm3，该体系抗盐性、抗钙性能良好，能抗15％的劣质土。 通过研究钻井液体系流变性，发现体系中膨润土含量、KCl加量、降滤失剂加量及处理剂加入顺序对钻井液的流变性能影响较大。实验发现，在配制高密度钻井液体系过程中，应首先加入适量的KCl，使钻井液中粘土颗粒先聚结成粗分散状态，然后再加入其它处理剂。 通过高温高压流变性实验，研究了温度对钻井液流变参数的影响，随温度升高，钻井液的表观粘度及塑性粘度随温度升高先降低后升高，这是温度和压力共同作用的结果。以宾汉、幂律、H-B、卡森四种流变模式来描述高密度钻井液的流变参数，模拟结果表明：在50～220℃的考察范围内，H-B模式为最佳模式，宾汉模式和卡森模式在温度为220℃的情况下模拟效果欠佳，幂律模式误差较大，不适合模拟高密度钻井液的高温高压流变情况。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1抗高温高密度水基钻井液技术国内外研究现状

1.1.1国外抗高温高密度钻井液的研究现状

1.1.2国内抗高温高密度钻井液的研究现状

1.2存在问题及本文研究内容

第2章抗高温高密度水基钻井液高温作用机理

2.1高温对高密度水基钻井液的影响

2.1.1高温恶化钻井液性能

2.1.2高温降低高密度钻井液的热稳定性

2.2水基钻井液高温作用机理

2.2.1高温对钻井液中粘土的作用

2.2.2高温对处理剂的影响

2.3膨润土浆高温作用机理实验研究

2.3.1温度对膨润土浆的影响

2.3.2 pH值对膨润土浆的影响

2.3.3膨润土含量对膨润土浆的影响

2.4小结

第3章抗高温处理剂的评价及作用机理研究

3.1国内外抗高温处理剂的研究现状

3.1.1国外抗高温处理剂的研究现状

3.1.2国内抗高温水基钻井液处理剂研究发展现状

3.2抗高温降滤失剂的优选

3.2.1各种抗高温降滤失剂的效果比较

3.2.2 JZA-1与其它处理剂的配伍性研究

3.3抗温抗盐降滤失剂JZA-1性能研究

3.3.1JZA-1加量对钻井液性能的影响

3.3.2 JZA-1的抗温降滤失性

3.3.3 JZA-1的抗盐性

3.3.4JZA-1的抗钙性

3.4抗高温降滤失剂的作用机理研究

3.4.1降滤失剂JZA-1吸附机理研究

3.4.2 JZA-1抗高温降滤失作用机理研究

3.5小结

第4章抗高温高密度水基钻井液体系的研究

4.1抗高温高密度水基钻井液的性能指标及研究方法

4.2抗高温高密度水基钻井液的研制

4.2.1非加重钻井液体系的优化和配方确定

4.2.2高密度钻井液体系的优化和配方确定

4.3抗高温高密度水基钻井液的性能评价

4.3.1不同密度钻井液性能

4.3.2抗温性评价

4.3.3抗盐、抗钙性能评价

4.3.4抗劣质土污染性能评价

4.4抗高温高密度水基钻井液性能的动态评价

4.4.1钻井液多功能动态综合测试仪

4.4.2抗高温高密度钻井液动态滤失实验

4.5小结

第5章抗高温高密度水基液钻井流变性研究

5.1抗高温高密度水基钻井液流变性控制

5.1.1高密度钻井液流变性特点

5.1.2抗高温高密度钻井液各种组分对流变性的影响

5.2抗高温高密度钻井液高温高压流变特性

5.2.1描述钻井液流变性常用的流变模式

5.2.2抗高温高密度钻并液体系高温高压流交性测试

5.2.3测试结果及讨论

5.3小结

结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢