一种评价加重材料的实验浆的制作方法

本文涉及但不限于石油天然气开采领域，尤其涉及但不限于一种评价加重材料的实验浆。

背景技术：

随着对石油资源的不断勘探和开发，油气钻探逐渐转向深部地层，因此，钻井工程中钻遇高温高压储层的概率亦逐渐增大。在深井超深井钻井过程中，由于井底压力高，因此对钻井液的密度要求更高。

在深井、超深井的钻探中，钻井液技术更是工程成败、钻速快慢和成本高低的关键。深井工程中高温和高压问题的解决依赖于钻井液性能的改善，抗高温钻井液能在高温高压环境中保持其性能，高密度的钻井液在高压环境中能保持井筒的压力平衡。深井、超深井钻井液质量的关键，在于其能否在高温、高压、高密度条件下保持或基本保持其原有的性能。

高密度钻井液中加重固相含量较高，其固相颗粒参与钻井液凝胶结构的形成。在高密度钻井液中，尤其在超高密度钻井液中，加重颗粒接触碰撞的概率增大，颗粒间的摩擦阻力增大，形成较强的流动阻力，导致体系的粘度和切力显著增加。

加重材料粒度分布及合理级配对钻井液性能影响方面的研究，越来越受到业内重视。实践表明，高密度钻井液中固相颗粒的粒径分布及粒度级配，对钻井液流变性和滤失造壁性的影响非常显著。通过对加重材料颗粒合理的粒径级配，优化高密度钻井液中固相颗粒的粒径分布，能有效降低钻井液的流动阻力，提高钻井液体系的颗粒堆积密实度。这也是改善高密度钻井液的流变性和滤失造壁性切实有效的重要技术途径。

目前加重材料粒度级配对钻井液性能影响的研究，往往在复杂的钻井液体系中进行。其较高含量的聚合物处理剂以及其他固相颗粒的影响，不利于加重材料粒度级配作用规律的分析研究。同时，加重材料粒径分布及粒度级配对高密度钻井液性能的调控机理与规律认识不足，缺乏现场实用性。

技术实现要素：

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。

本申请旨在提供一种评价加重材料的实验浆。通过对不同粒径的加重材料的颗粒复配，从而改善高密度钻井液的综合性能，达到高密度钻井液流变性与滤失造壁性的协同调控。通过所述实验浆和分析方法，判断最优的加重材料的颗粒复配和表面处理方法，并能够应用在任意的钻井液体系中，达到相应的技术效果。

本申请提供了一种评价加重材料的实验浆，按重量份计包括：加重材料900份至1200份，膨润土4份至15份，水300份至400份，增粘剂4份至10份，降滤失剂4份至10份，碱化剂1份至2份。

可选地，所述实验浆由以下质量份的材料组成：加重材料900份至1200份，膨润土4份至15份，水300份至400份，增粘剂4份至10份，降滤失剂4份至10份，碱化剂1份至2份。

在本申请提供的一种实施方式中，所述加重材料选自重晶石粉、改性重晶石粉、铁矿粉、钛铁矿粉、锰矿粉和方铅矿粉中的任意一种或更多种；

可选地，所述加重材料的尺寸为4μm至200μm。

在本申请提供的一种实施方式中，所述膨润土选自钠基膨润土、钙基膨润土和有机膨润土中的任一种或更多种。

在本申请提供的一种实施方式中，所述增粘剂选自丙烯酰胺衍生物中的一种或更多种；

在本申请提供的一种实施方式中，可选地，所述增粘剂选自dristemp、driscald、calovis的任意一种或更多种。

在本申请提供的一种实施方式中，所述降滤失剂选自磺化褐煤、磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂的任意一种或更多种；

在本申请提供的一种实施方式中，碱化剂选自氢氧化钠、氢氧化镁和氢氧化钾中的任意一种或更多种。

在本申请提供的一种实施方式中，所述实验浆的使用过程包括以下步骤：

1)将膨润土加入水中，搅拌得到悬浮液1；

2)在1)所述悬浮液1中加入所述增粘剂，并搅拌得到悬浮液2；

3)在2)所述悬浮液2中加入所述降滤失剂，并搅拌得到悬浮液3；

4)在3)所述悬浮液3中加入所述碱化剂，并搅拌得到悬浮液4；

5)在4)所述悬浮液4中加入所述加重材料。

在本申请提供的一种实施方式中，步骤1和步骤2)中，所述搅拌的速率为6000rpm至8000rpm，所述搅拌的时间为10min至15min；

在本申请提供的一种实施方式中，步骤3)和步骤4)中所述搅拌的速率为6000rpm至8000rpm，所述搅拌的时间为5min至10min；

在本申请提供的一种实施方式中，步骤5)中所述搅拌的速率为8000rpm至12000rpm，所述搅拌的时间为15min至20min。

另一方面，本申请提供了一种钻井液中加重材料的分析方法，使用上述的实验浆，所述钻井液中加重材料的分析方法包括以下步骤：

a)对加重材料进行预处理，所述预处理选自烘干脱水、矿源优选粒度级配、颗粒优选、表面改性处理、种类复配中的任意一种或更多种，

并将预处理后的加重材料添加在所述实验浆中；

b)测量含有所述加重材料的所述实验浆的表观粘度、塑性粘度、动切力、api滤失量和高温高压滤失量中的任一种或更多种；

所述加重材料在所述实验浆中的性能与所述加重材料在钻井液中的性能呈正相关性，可根据加重材料在实验浆中的性能表现，判断加重材料在实验浆中的性能表现。

在本申请提供的一种实施方式中，所述水矿化度不限，可用海水。

在本申请提供的一种实施方式中，本申请提供的加重材料分析方法以及实验浆可以应用于任意的钻井液用加重材料。

本申请提供的一种高密度钻井液调控方法，其主要技术特征及效果为：

不同粒度加重材料颗粒复配加重的高密度钻井液的表观粘度及塑性粘度低于未采用不同粒度加重材料颗粒复配加重的高密度钻井液的表观粘度及塑性粘度。为了突出不同粒度加重材料颗粒复配的高密度钻井液或其他方式处理的加重材料的表观粘度及塑性粘度，本申请提供了一种钻井液中加重材料分析用实验浆。以及使用实验浆进行加重材料分析方法。该实验浆及分析方法方法能够放大加重材料对钻井液的性能的影响，例如表观粘度、塑性粘度等参数。通过所述实验浆和分析方法，判断最优的加重材料的颗粒复配和表面处理方法，并能够应用在任意的钻井液体系中，达到相应的技术效果。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请实施例提供了一种评价加重材料的实验浆，按重量份计包括：加重材料900份至1200份，膨润土4份至15份，水300份至400份，增粘剂4份至10份，降滤失剂4份至10份，碱化剂1份至2份。

可选地，所述实验浆由以下质量份的材料组成：加重材料900份至1200份，膨润土4份至15份，水300份至400份，增粘剂4份至10份，降滤失剂4份至10份，碱化剂1份至2份。

在本申请实施例中，所述加重材料选自重晶石粉、改性重晶石粉、铁矿粉、钛铁矿粉、锰矿粉和方铅矿粉中的任意一种或更多种；

可选地，所述加重材料的尺寸为4μm至200μm。

在本申请实施例中，所述膨润土选自钠基膨润土、钙基膨润土和有机膨润土中的任一种或更多种。

在本申请实施例中，所述增粘剂选自丙烯酰胺衍生物中的一种或更多种；

在本申请实施例中，可选地，所述增粘剂选自dristemp、driscald、calovis的任意一种或更多种。

在本申请实施例中，所述降滤失剂选自磺化褐煤、磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂的任意一种或更多种；

在本申请实施例中，碱化剂选自氢氧化钠、氢氧化镁和氢氧化钾中的任意一种或更多种。

另一方面，本申请实施例提供了一种钻井液中加重材料的分析方法，使用上述的实验浆，所述钻井液中加重材料的分析方法包括以下步骤：

a)对加重材料进行预处理，所述预处理选自烘干脱水、矿源优选粒度级配、颗粒优选、表面改性处理、种类复配中的任意一种或更多种，

并将预处理后的加重材料添加在所述实验浆中；

b)测量含有所述加重材料的所述实验浆的表观粘度、塑性粘度、动切力、api滤失量和高温高压滤失量中的任一种或更多种；

所述加重材料在所述实验浆中的性能与所述加重材料在钻井液中的性能呈正相关性，可根据加重材料在实验浆中的性能表现，判断加重材料在实验浆中的性能表现。

在本申请提供的一种实施方式中，所述水矿化度不限，可用海水。

在本申请提供的一种实施方式中，本申请提供的加重材料分析方法以及实验浆可以应用于任意的钻井液用加重材料。

钠基膨润土购自麦克巴公司、mi-gel牌号；钙基膨润土购自泗水县恒建膨润土公司；有机膨润土购自中海油服公司，mogel牌号；

增粘剂dristemp购自雪佛龙公司；增粘剂driscald购自雪佛龙公司；增粘剂calovis购自麦克巴公司；

磺化褐煤购自龙泉化工厂公司、smc牌号；磺化酚醛树脂购自石大创新公司、smp牌号；褐煤树脂购自金思达公司、spnh牌号；

实施例3中表面改性的重晶石粉购自源磊粉体有限公司，沉淀硫酸钡；

实施例1

(1)取5重量份钠基膨润土加入350重量份水中，高速搅拌机使用8000rpm转速搅拌15min配成悬浮液。

(2)再将(1)中所述的悬浮液中加入6重量份增粘聚合物dristemp，高速搅拌机使用8000rpm转速继续搅拌10min。

(3)再将(2)中所述的悬浮液中加入7重量份磺化褐煤，高速搅拌机使用8000rpm转速继续搅拌5min。

(4)再将(3)中所述的悬浮液中加入1重量份氢氧化镁，高速搅拌机使用8000rpm转速继续搅拌5min。即得钻井液中加重材料分析用实验浆。

(5)再将(4)中所述的悬浮液中以200目:3000目重晶石粉不同的重量比例加入1200重量份重晶石粉，12000转速搅拌20min。加入不同比例加重剂的实验浆流变性、滤失性测试结果详见表1。

实施例2

(1)取5重量份钙基膨润土加入300重量份水中，高速搅拌机使用8000rpm转速搅拌15min配成悬浮液。

(2)再将(1)中所述的悬浮液中加入5重量份增粘聚合物drical-d，高速搅拌机使用8000rpm转速继续搅拌10min。

(3)再将(2)中所述的悬浮液中加入8重量份磺化酚醛树脂，高速搅拌机使用8000rpm转速继续搅拌5min。

(4)再将(3)中所述的悬浮液中加入2重量份氢氧化钠，高速搅拌机使用8000rpm转速继续搅拌5min。即得钻井液中加重材料分析用实验浆。

(5)再将(4)中所述的悬浮液中以200目:1250目重晶石粉不同的重量比例加入900重量份重晶石粉，12000转速搅拌20min。加入不同比例的加重剂的实验浆流变性、滤失性测试结果详见表2。

实施例3

(1)取5重量份有机膨润土加入400重量份水中，高速搅拌机使用8000rpm转速搅拌15min配成悬浮液。

(2)再将(1)中所述的悬浮液中加入7重量份增粘聚合物driscal-d，高速搅拌机使用8000rpm转速继续搅拌10min。

(3)再将(2)中所述的悬浮液中加入10重量份磺化褐煤树脂，高速搅拌机使用8000rpm转速继续搅拌5min。

(4)再将(3)中所述的悬浮液中加入2重量份氢氧化钾，高速搅拌机使用8000rpm转速继续搅拌5min。即得钻井液中加重材料分析用实验浆。

(5)再将(4)中所述的悬浮液中以450目:3000目表面改性重晶石粉不同的重量比例加入1200重量份表面改性重晶石粉，12000转速搅拌20min。加入不同比例的加重剂的实验浆流变性、滤失性测试结果详见表3。

实验例1

将实施例1至3制得的试液装入老化罐中在180℃下热滚16h，在常温下测其流变性参数。

表1实施例1实验浆流变性、滤失性测试结果

由表1中实施例1可知，实施例1提供的加重实验浆在180℃/16h热滚前后采用200目与3000目重晶石粉复配加重与单一采用200目重晶石加重相比，实验浆老化前后表观粘度、与塑性粘度明显降低，动切力升高，但实验浆老化前后的中压滤失量、高温高压滤失量升高。

在级配区间内，随着复合配比中小颗粒重晶石(3000目)含量的增加，实验浆的表观粘度呈现先降低后升高的趋势，且在200目:3000目配比为7:3时，实验浆的表观粘度、塑性粘度最低。就滤失量而言，随着级配比例中小颗粒重晶石(3000目)含量的增加，实验浆的滤失量(中压、高温高压)逐渐增大，且在200目:3000目配比为7:3时，实验浆的滤失量较低。

表2实施例2实验浆流变性、滤失性测试结果

由表2中实施例2可知，实施例2提供的加重实验浆在180℃/16h热滚前后采用200目与1250目重晶石粉复配加重与单一采用200目重晶石加重相比，实验浆老化前后表观粘度、与塑性粘度明显降低，但实验浆老化前后的滤失量(中压、高温高压)升高。

在级配区间内，随着复合配比中小颗粒重晶石(1250目)含量的增加，实验浆老化前后的表观粘度、塑性粘度，动切力均大体上逐渐降低，且在200重晶石:3000目重晶石为3:7、2:8时，实验浆表观粘度、塑性粘度最低。就滤失量而言，随着复合配比中小颗粒重晶石(1250目)含量的增加，实验浆老化前后的中压滤失量及高温高压滤失量均逐渐上升。

综合考虑实验浆流变性与滤失性可知，当实验浆以200目与1250目重晶石复配未加重至高密度时，实验浆的综合性能未能达到协同调控，在实际应用过程中，可考虑针对钻井液的某项性能有针对性的进行级配加重以改善该项性能。若以滤失性调控为主，则不建议使用1250目重晶石对钻井液晶进行复配处理；若以流变性调控为主，则建议以200重晶石:1250目重晶石为3:7比例附近复配加重；若综合兼顾流变性与滤失性的调控，则建议以200重晶石:1250目重晶石为7:3比例附近复配加重。

表3实施例3实验浆流变性、滤失性测试结果

由表3中实施例3可知，实施例3提供的加重实验浆在180℃/16h热滚前后采用450目3000目重晶石粉复配加重与单一采用450目重晶石加重相比，实验浆老化前后表观粘度、与塑性粘度显著降低，实验浆老化前后的滤失量(中压、高温高压)无明显变化。

在级配区间内，当实验浆中加入分散剂时，随着配比中小颗粒重晶石(3000)含量的增加，实验浆的表观粘度与塑性粘度先降低后升高，且在450目:3000目配比为5:5时，实验浆的表观粘度、塑性粘度最低。就滤失量而言，在450目:3000目配比为7:3时最小，但差异性并不明显。

应用例1

在钻井液中分别加入实施例1中的加重材料，测试相同粒度级配的加重材料在钻井液中的效果；

所述钻井液为购自麦克巴公司，envirotherm牌号。

将加入加重材料的钻井液分别装入老化罐中在220℃下热滚16h，在常温下测其流变性参数。

表4钻井液流变性、滤失性测试结果

由表4中应用例1可知，在220℃/16h热滚前后200目3000目重晶石粉复配加重规律与实施例1中规律相同，但如果直接应用应用例1中所述钻井液，则不同粒度加重材料颗粒级配对比效果不明显，无法探究其级配行为。

应用例2

在钻井液中分别加入实施例2中的加重材料，测试相同粒度级配的加重材料在钻井液中的效果；

所述钻井液为购自中海油服公司，pdf-therm牌号。

将加入加重材料的钻井液分别装入老化罐中在220℃下热滚16h，在常温下测其流变性参数。

表5钻井液流变性、滤失性测试结果

由表5中应用例2可知，在220℃/16h热滚前后200目1250目重晶石粉复配加重规律与实施例2中规律相同，但如果直接应用应用例2中所述钻井液，则不同粒度加重材料颗粒级配对比效果不明显，无法探究其级配行为。

应用例3

在钻井液中分别加入实施例3中的加重材料，测试相同粒度级配的加重材料在钻井液中的效果；

所述钻井液为购自中国石油大学(华东)，hidrill牌号.

将加入加重材料的钻井液分别装入老化罐中在200℃下热滚16h，在常温下测其流变性参数。

表6钻井液流变性、滤失性测试结果

由表5中应用例3可知，在200℃/16h热滚前后450目3000目重晶石粉复配加重规律与实施例3中规律相同，但如果直接应用应用例3中所述钻井液，则不同粒度加重材料颗粒级配对比效果不明显，无法探究其级配行为。

对比例1

本对比例与实施例1的区别仅在于实验浆中不涉及抗高温聚合物增粘剂而替换为黄原胶，由钠基膨润土、黄原胶、磺化褐煤、氢氧化镁、重晶石和水组成。

实验浆中的加重材料按照下表的配比，按照实施例1中的添加方式得到实验浆。将得到的实验浆装入老化罐中在180℃下热滚16h，在常温下测其流变性参数。

表7实验浆流变性、滤失性测试结果

由表7中可以看出，由于本对比例替换了增粘剂，则可能无法得到200目和3000目的重晶石的级配规律，并且体系不抗高温，无法模拟高温条件下加重材料对高密对高密度钻井液的影响。

通过表7和表1对比可以看出，在加重材料条件相同的基础上，对比例1中的实验浆的表观粘度和塑性粘度与应用例1中的钻井液的表观粘度和塑性粘度存在明显不同，且滤失量无法测试。加重材料在对比例1提供的实验浆中的应用效果无法用于预计加重材料在常用钻井液中的应用效果。

对比例2

本对比例与实施例2的区别仅在于实验浆中不涉及降滤失剂，仅由钙基膨润土、增粘剂、氢氧化镁、重晶石和水组成。

实验浆中的加重材料按照下表的配比，按照实施例1中的添加方式得到实验浆。将得到的实验浆装入老化罐中在180℃下热滚16h，在常温下测其流变性参数。

表8实验浆流变性、滤失性测试结果

由表8中可以看出，由于本对比例未涉及降滤失剂，则无法得到200目和3000目的重晶石的级配规律，与实际应用效果不符。

通过表8和表1对比可以看出，在加重材料条件相同的基础上，对比例2中的实验浆滤失造壁性能与应用例1中的钻井液的滤失造壁性能存在明显不同。加重材料在对比例2提供的实验浆中的应用效果无法用于预计加重材料在常用钻井液中的应用效果。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

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