新型抗高温高密度纳米基钻井液研究与评价

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1、学兔兔www.xuetutu.com第30卷第2期钻井液与完井液、b1．30NO．22013年3月DRILLINGFLUID&COMPLETIONFLUIDMar．20l3【理论研究与应用技术】新型抗高温高密度纳米基钻井液研究与评价姚如钢，蒋官澄，李威，侯万武(1．中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京；2．中国石油长城钻探工程有限公司钻井液公司，辽宁盘锦)姚如钢等．新型抗高温高密度纳米基钻井液研究与评价[J]．钻井液与完井液，2013，30(2)：25．28．摘要针对高密度钻井液体系抗高温和

2、低黏的需求以及纳米材料优异的物理化学特性，在高密度钻井液中引入了一种纳米材料HTSi一01。纳米材料HTSi．01是一种白色蓬松粉体改性纳米二氧化硅，其平均粒径在20nm左右，比表面积大于600m／g，能在黏土颗粒和处理剂分子不饱和残键上形成牢固的物理化学吸附，从而显著改善钻井液润滑性，降低体系的黏度和切力，并能增强泥饼的致密性，降低体系的滤失量。通过一系列处理剂及其浓度优选和处理剂配伍性实验研究，得到了抗180℃高温、密度达2．36g／cm的新型纳米基钻井液体系。该钻井液体系具有优异的流变性及滤失造壁性

3、能，抑制性良好，抗盐在29％以上，抗氯化钙达0．5％，48h沉降稳定性良好，能悬浮和携带岩屑，并降低钻井液当量循环密度，满足高温高压深井钻进的需要。关键词抗高温高密度钻井液；纳米二氧化硅；钻井液；当量循环密度中图分类号：TE254_3文献标识码：A文章编号：1001．5620(2013)02．0025．04近年来，随着勘探开发向深层和高压地层的推料应用到钻井液技术中将具有重大意义。进，高温高压深井钻探已越来越多，对钻井液性能1纳米材料优选的要求也不断提高，提高钻井液密度和维持良好的流变性及滤失造壁性成为了

4、矛盾的共同体。现场应高温高密度条件下，影响钻井液性能的因素很用表明，传统钻井液处理剂在物理、化学以及热力多，特别是存在盐时，影响因素更复杂，这种影响学性质上存在劣势，已难以满足深井超深井对钻井可分为对处理剂本身的影响和对体系的影响[5]。对液现场流变性及滤失造壁性能的苛刻要求。因此，处理剂本身的影响包括处理剂分子的高温降解、高急需寻求一种物理上足够微小、化学性质及热力学温交联和高温基团变异，以及高温对处理剂分子在性质稳定、环境友好型的钻井液添加剂，以满足现黏土颗粒上的吸附和水化能力的影响；在体系性能阶段高

5、温高压深井钻探的需要]。纳米材料是由极上则表现为pH值下降，并引发处理剂性能变差，细晶粒组成的固体材料，粒径在0．1～100nm之间。处理剂在高温作用下发生主链降解和功能基团变异纳米材料与其原材料相比，具有量子尺寸效应、表或分解，体现在现场则为钻井过程中需不断补充处面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应、介电限理剂。此外，高温作用下，黏土还将出现高温分散、域效应等基本特性[2-4]o由于纳米颗粒具有与原母高温聚结以及高温钝化现象，如若控制不当，将严体材料迥异的物理化学、热力学、水力学性质及其重影响钻井液流变

6、性及其滤失造壁性能等，威胁钻潜在的相互作用，表现为高表面活性能、低摩阻以井安全[6-7]。及高比表面积等，这些性质使得纳米材料具有较高在对钻井液性能影响因素分析的基础上，针对的热稳定性以及优良的润滑性等，因此，将纳米材高密度钻井液体系抗高温和低黏的需求以及纳米材基金项目：“十一五”国家科技重大专项(2011ZX05021．004)；国家杰出青年科学基金项目(50925414)。第一作者简介：姚如钢，在读博士研究生，主要从事钻井液技术及井壁稳定方面的研究。地址：北京昌平府学路18号中国石油大学(北京)石油工

7、程学院博士2011级；邮政编码102249；电话(010)89732239；E-mail：05250815@163．corn。学兔兔www.xuetutu.com26钻井液与完井液2013年3月料优异的物理化学特性，决定将HTSi．01引入到新系(以下简称纳米基钻井液)，配方如下。体系中。HTSi．01是一种白色蓬松粉体改性纳米二10．5％膨润土+1％HTSi．01+0．3％PAC—Lv+氧化硅，其平均粒径在20nm左右，比表面积大于9％磺化树脂型改性降滤失剂GJL一1+0．5％FA．367+600m儋，

8、比表面积大、高吸附性、较多的表面羟3％SMP一2+3％SPNH+2％FT-1A+3％聚合醇+7％KC1基、具有较强的亲水性，使HTSi．01可以在黏土颗+22％NaCl+0．65％NaOH+加重剂(重晶石：铁矿粉粒和处理剂分子不饱和残键上形成牢固的物理化学=l：1)吸附，从而显著改善钻井液润滑性，降低钻井液的配方中的GJL．1是一种抗温性能好的降滤失黏度和切力。此外，包被／交联着黏土颗粒及处理剂，基本不增黏，与其他处理剂的配伍