[发明专利]一种高温高密度水基钻井液性能调控方法

说明书

本发明提供了一种高温高密度水基钻井液性能调控方法，属于石油和天然气勘探和开发领域。本发明通过降低液相粘度、降低摩阻、降低比表面积和降低溶剂化膜厚度，使得高密度水基钻井液具有抗高温、抗污染、高携岩、强润滑能力及良好流变性。利用本发明方法实现了高温下高密度钻井液流变性易于控制、高温高压滤失量小、悬浮稳定性好，应用效果良好。

技术领域

本发明属于石油和天然气勘探和开发领域，具体涉及一种高温高密度水基钻井液性能调控方法。

背景技术

在深井、超深井或高温高压地层钻进过程中，井底温度在150℃以上或更高，井底压力系数常达2.0以上，井下高温环境严重影响钻井液的各项性能，尤其是在含盐地层，高密度钻井液在长期高温下出现化学剂失效，钻井液稠化或稀释严重导致钻井液粘度和高温高压滤失量难以控制，重晶石等加重材料及岩屑沉降、岩屑反复破碎等现象，易发生憋压、卡钻，导致测试困难，从而进一步影响施工质量和施工成本，严重时甚至会导致井报废。

要想从根本上解决高密度钻井液在高温下的流变性和悬浮稳定性(又称沉降稳定性)相冲突的难题，就必须探究明确钻井液流变性与悬浮稳定性的影响因素，明确高温高密度钻井液性能调控方法，才能正确选择并进行有效调控。围绕钻井液流变性的模型及方程研究开展了很多工作，如，蒲晓林等报道的根据Einstein和Hiemenz公式推导出悬浮体系粘度表达式，说明了钻井液的流变性与固相百分含量、粒子分散度、自由水含量和粒子相互作用强弱等因素的关系；鄢捷年等建立的预测油包水乳化泥浆在高温高压下的表观粘度的数学模型，可直观地反映温度和压力对表观粘度的影响程度；王兰等建立了预测井下高温条件下钻井液表观粘度的数学模型，反映了温度对表观粘度的影响。国外学者SLAWOMIRSKI等报道了钻井液的力学特性与流变状态方程的关系，同时报道了钻井液旋转流动理论及其与钻井管柱速度与力矩作用关系研究应用；Abdullah Shafikah等报道了颗粒尺寸和粘度对钻井液沉降性能和流变性能的影响等。

以上所有研究仅是从固相百分含量、固相粒子分散度、固相离子间相互作用强弱等角度来进行，但高温条件下高密度钻井液目前仍存在粘度不易控，高温高压滤失量大，流变性与悬浮稳定性不能兼顾等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种以重晶石为加重材料的高温高密度水基钻井液性能调控方法，适用于深井、超深井或高温高压超深水平井高密度水基钻井液体系。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高温高密度水基钻井液性能调控方法，通过降低液相粘度、降低摩阻、降低比表面积和降低溶剂化膜厚度，使得高密度水基钻井液具有抗高温、抗污染、高携岩、强润滑能力及良好的流变性能。

所述降低液相粘度是这样实现的：

在高密度水基钻井液中加入抗温能力强且对钻井液粘度影响小的降滤失剂和流型调节剂；

所述降滤失剂满足：降滤失剂5％加量的水溶液的表观粘度在15mPa·s以内；聚合物类降滤失剂的1％水溶液的表观粘度在5mPa·s以内。

所述降低摩阻是这样实现的：

在高密度水基钻井液中加入在高密度钻井液情况下润滑性好、不起泡的润滑剂来降低摩阻；

所述润滑剂包括以下组分：大分子硫化酯、硅烷偶联剂、乳化剂和基础油；各成分所占比例分别为：大分子硫化酯为5～80重量份，硅烷偶联剂为1～15重量份，乳化剂为1～15重量份，基础油为10～90重量份。

所述降低比表面积是通过优选重晶石的合适粒度及含量来实现的，具体如下：

根据Alfred粒度分布方程优选合适粒度的加重剂：