新型高密度钻井液加重剂Mn304的研究及性能评价.pdf

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1、2014年3月西安石油大学学报(自然科学版)Mar．2014第29卷第2期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)V01．29No．2文章编号：1673-064X(2014)02-0089-05新型高密度钻井液加重剂Mn3o4的研究及性能评价韩成，邱正松，黄维安，侯大炜，刘云峰，毛惠(中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛266580)摘要：分别用激光粒度仪、‘电位仪、扫描电镜以及红外扫描动态稳定测试仪分析了四氧化三锰、重晶石、铁矿粉的粒度分布、表面电性、微观

2、形状以及动力稳定性，对这3种加重材料单独加重及复配加重形成的高密度钻井液的性能进行了评价。结果表明：四氧化三锰颗粒小、呈球形、表面活性高、沉降速率小，加重形成的高密度钻井液表现出良好的流变性、沉降稳定性和润滑性；但高温高压滤失量增大，可以通过优选架桥粒子及降滤失剂得到一定程度的控制；与传统加重剂复配，在一定程度上可以弥补传统高密度加重材料的缺陷。综合考虑高密度钻井液性能，四氧化三锰是高密度钻井液理想的加重材料。关键词：高密度钻井液；加重剂；四氧化三锰中图分类号：TE254文献标识码：A随着石油勘探开发向深部发展，深井、超深井钻

3、1几种加重剂的基本性质探数量日益增加，重晶石、铁矿粉等传统加重材料容易导致高密度钻井液流变性差、沉降严重、摩阻大等1．1一般性能问题的发生¨。近年来，国外室内研究与现场应依据钻井液材料规范测试四氧化三锰、重晶石、用发现四氧化三锰加重的高密度钻井液体系表现出铁矿粉的密度、酸溶解度、莫氏硬度，并利用better．塑性黏度低、悬浮稳定性良好、机械摩阻低等优点，size2000激光粒度分布仪测试了加重材料的粒度分从而大量替代重晶石加重钻井液，很好地满足了高布以及比表面积，结果见表1。由表1可知，四氧化温高压井、海洋深水井高密度钻井液的

4、需要。三锰的密度介于重晶石和铁矿粉之间，颗粒较小，比国内四氧化三锰的生产规模和产量均居世界首位，表面积较大。但是主要用于电子、通讯、电脑、家用电器等领1．2表面电性域J，对四氧化三锰用作钻井液加重材料的研究报在质量分数为1％的四氧化三锰、重晶石、铁矿道较少。为此，本文对比评价了四氧化三锰与传统粉悬浮溶液中，通过滴加H：s0或NaOH稀溶液调高密度加重材料的加重特性，系统论述了四氧化三节pH值，水浴振荡器中恒温振荡2h后取部分悬浮锰用作钻井液加重剂的可行性，为高密度钻井液加液，随即采用zetasize3000电位仪测量悬浮液中加

5、重剂的研究开发提供参考。重剂颗粒∈电位，实验结果如图1所示。由图1可知，收稿日期：2013-06-07基金项目：国家自然科学基金(编号：51374233)；全国大学生创新训练项目(编号：201310425011)作者简介：韩成(1987一)，男，硕士，主要从事钻井液研究。E·mail：hubeihaneheng@163．corn韩成等：新型高密度钻井液加重剂Mn，0的研究及性能评价一9l一氧化三锰加重体系。表面积大，容易吸附钻井液处理剂，且随着密度的增3种加重材料的API滤失量都小于5mL，但是加，吸附量也增大，降滤失效果变差

6、；另一方面可四氧化三锰加重体系的API滤失量稍大于传统加重能由于四氧化三锰粒度分布窄，颗粒级配较差，对泥材料加重体系，一方面可能是由于四氧化三锰的比饼孔隙填充较差，导致滤失量增大。表2流变滤失性对比Tab．2Comparisonofrheologyandfiltrationofthreeweightingmaterialsystem注：“一”表示超出仪器量程，无法测量；钻井液配方：4％膨润土+0．15％NaOH+O．35％KPAM+3％SD101+3％SD201+3％白沥青+1．5％RT101。2．2沉降稳定性2．3润滑性能将

7、2．1节中的钻井液实验浆充分搅拌后静置24室内采用EP极压润滑仪、泥饼黏滞系数测定仪h，其沉降稳定性如图4所示。由图4可知，四氧化三评价了2．1节中钻井液的润滑性能，实验结果如表3锰加重体系上下密度差可以维持在0．01g·cm～，满所示。足高密度钻井液的沉降稳定性要求。虽然四氧化锰由表3润滑系数可知，四氧化三锰加重体系的润的密度比重晶石大，但其颗粒的尺寸却比重晶石小，滑系数在0．11左右，明显小于重晶石、铁矿粉加重体这意味着这些颗粒可以被弱构造的钻井液所支持，在系。从扫面电镜可以看出，四氧化三锰呈球形颗粒，较低的切力下不会聚结

8、沉降，因此四氧化三锰加重体摩擦过程中表现为滚动摩擦，因而润滑性能最好；铁系的沉降稳定性优于重晶石和铁矿粉。矿粉颗粒边缘尖锐且硬度较大(莫氏硬度为6．2)，易0．04对接触表面产生微切削作用，润滑性能较差；而重晶石颗粒大多呈层状结构且硬度较小，在摩擦过程中，其层间滑动在一定程度