超高密度水基钻井液滤失造壁性控制原理

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1、学兔兔www.xuetutu.com第27卷第5期钻井液与完井液V．01．27No．52010年9月DRILLINGFLUID&COMPLETIONFLUIDSept．2010文章编号：1001．5620(2010)05—0008—04超高密度水基钻井液滤失造壁性控制原理匡韶华，蒲晓林，柳燕丽(1．辽河油田钻采工艺研究院，辽宁盘锦；2．西南石油大学CNPC钻井液重点实验室，成都)摘要加重利是影响超高密度水基钻井液滤失造壁性的重要因素。从理论上分析了加重剂沉降以及加重剂表面水化作用对钻井液滤失造壁性的影响，得出加重剂颗粒的沉降

2、以及其表面水化能力是影响滤失造壁性的重要因素。由此提出了稳定超高密度水基钻井液静态滤失的技术思路，即通过改善加重剂的沉降稳定性和表面水化能力来控制钻井液的滤失造壁性。提出了采用一种能吸附在加重剂表面，增大其表面Zeta电位绝对值和水化能力的处理剂来改善超高密度水基钻井液滤失造壁性的技术方法。研究出一种润湿分散利GR，室内实验评价了其对加重剂表面Zeta电位的影响，以及对超高密度水基钻井液沉降稳定性和滤失量的影响。研究结果表明，GR可显著提高加重剂的Zeta电位绝对值，并能明显改善钻井液的沉降稳定性和滤失造壁性，从而验证了该技

3、术方法的可行性。关键词水基钻井液；超高密度；滤失造壁性；沉降稳定性；润湿分散剂中图分类号：TE254．2文献标识码：A超高密度水基钻井液(p=2．30g／cm)已成为解决情况见图1。阻碍深井超深井、异常高压井钻井发展难题的关键技术之一【1]。流变性和滤失造壁性是超高密度水基钻井液的2个主要技术难点_2]。目前，中国对超高密度水基钻井液的研究和应用较多[3-6]，但主要集中为流变性的调控方法，有关超高密度水基钻井液滤失造壁性能的研究很少。传统钻井液主要依靠降滤失剂吸附在黏土颗粒上来形成致密泥饼，从而达到降滤失的目的，而超高密度

4、水基钻井液的固相含量高、黏土含量极少甚至没有，单纯依靠增加降滤失剂加量很难降低超高密度钻井液的滤失量。加重图1静态滤失过程中颗粒受力及滤饼结构示意剂是影响超高密度钻井液性能的主要因素，研究了考虑浮力后钻井液中固相颗粒的重力为：加重剂对钻井液滤失造暨的影响，并探讨了超高密度水基钻井液滤失造壁性的调控思路和方法。Go：(p一)g(1)j1静态滤失过程中颗粒运动的计算模型式中，G为固相颗粒浮重，N；为颗粒半径，mm；P、P分别为固相颗粒和液体的密度，g／cm。为了便于分析，将钻井液中的固相颗粒作球形钻井液的滤失速率会产生流体动力学

5、作用力，处理，设定向下的力为正，向上的力为负。这种作用力拖动颗粒向滤饼方向沉积，将其称为1．1颗粒在静态滤失过程中的受力分析颗粒沉积力。焦棣和sharma利用流体动力学原理，钻井液中的固相颗粒在静态滤失过程中的受力分析出钻井液滤失过程中颗粒的沉积力为：第一作者简介：匡韶华，在读硕士研究生，1985年生，现在主要从事油气井工作液方面的研究工作。地址：辽宁省盘锦市兴隆台区惠宾街91号纪检督察科；邮政编码124010；E—mail：kuangshaohua@163．corn。学兔兔www.xuetutu.com第27卷第5期匡韶华

6、等：超高密度水基钻井液滤失造壁性控制原理9对于宾汉流体，将式(1)、(2)、(4)代人式(7)有：⋯2”2PfI(一)J1A]⋯式中，a为颗粒形状系数；q为滤失速率，em／s；)g+l23n~IPs叫J(8)为钻井液中同相的体积分数，％；A为滤失面积，=6r~laR(Vs—Vf)+4。roem。于是，宾汉流型钻井液静态滤失过程中，颗粒；K为稠度系数，mPa·S；n为流性指数。的沉降速度为：钻井液滤失过程中，固相颗粒在沉积力和重力的作用下向下运动，运动过程中必受到流体对它的⋯r++【s舶--pf)g--Z"0]J阻力。而在不同

7、流体巾，颗粒所受到的阻力不同。牛顿流体中，南Stokes定律可知阻力大小为：+=6兀(—Vf)(3)等’南r式中，为颗粒受到的阻力；为流体黏度，对于赫一巴流体，将式(1)、(2)、(5)代人(7)mPa·S；v为颗粒沉降速度，cm／s；Vf为流体流动速度，式有：cm／s。研究表明高密度钻井液流变性一般遵从宾汉模)2Q3niPs『(10式和赫一巴模式，故需对Stokes定律进行改进。=6r~KR(Vs一o+4xRvo蔡树棠按Stokes解的流速分布，得到了低雷诺于是，赫一巴流型钻井液静态滤失过程中，颗数下球体在宾汉流体中所受的

8、阻力为]：粒的沉降速度为：=6rt#R(vs—Vf)+4rtR(4)式中，右边第1项为牛顿流体的Stokes阻力公式，(Ps-&)第2项代表了屈服应力的作用，为钻井液动切力。(11)刘永建[9推导出球形颗粒在赫．巴流体中作直3gI2P。l2(1一)A【3，，rJ线运动时所受的阻力为：=6兀