空心玻璃球低密度水基钻井液技术.pdf

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第25卷第1期
钻井液与完井液
Vol 25 No. 1
2008年1月
DRILLING FLUID & COMPLETION FLUID
Janu. 2008
文章编号:1001-5620(2008)01-0018-03
空心玻璃球低密度水基钻井液技术
李燕梅蒲晓林侯勤立戎克生2陈兴明3
(1.西南石油学院,四川成都;2.新疆石油管理局,新疆克拉玛依;3.四川大学,四川成都)
摘要为了满足对低密度水基钻井液的需要,研究出一种新型密度减轻剂一一空心玻璃球。该产品呈灰白
色,系列产品的密度为0.37~0.45g/cm3,样品粒度为5~123am,略大于美国样品,在90~100℃条件下该产品具
有10MPa的抗压能力。研究了空心玻璃球低密度水基钻井液的性能控制原理与方法以及空心玻璃球的回收技
术。结果表明,该产品可以将水基聚合物钻井液的密度降低至0.78~0.95g/cm2;空心玻璃球的加入会增加钻井
液黏度,降低濾失量;利用传统的旋流分离设备,结合清水稀释的方法,可以回收40%~75%的空心玻璃球。
关键词低密度钻井液减轻剂空心玻璃球钻井液添加剂欠平衡钻井
中图分类号;TE254,4
文献标识码;A
在钻探低压地层时,为了减少漏失和保护油气1.1.1粒度分布
层以及及时发现油气层,需用密度低于1,0g/cm
釆用激光粒度仪对空心玻璃球进行粒度分析,
的钻井完井液。众所周知,油会对地质录井资料产测得90%的中国样品粒度为5~123xm,90%的美
生影响,同时存在环保问题,而使用泡沫钻井液、充国样品粒度为8~85m,如表1所示。由表1可看
气钻井液、气基流体等可压缩多相流体,存在井底压出,中国样品的粒度略大于美国样品,分布更宽,但
力难以达到要求、地面设备租用和运行成本较高、2种样品粒度分布均能满足钴井液要求]。
MWD无法使用等问题。以空心玻璃球为密度减轻
表12种空心玻璃球粒度分布对比(um
剂的低密度水基钴井液能够解决以上间题2
美国样品
中国样品
1空心化璃球的性能评价
0
由西南石油学院、新疆石油管理局勘探开发研
5
40
17
53
123
究院、四川大学材料科学工程学院和上海正美亚纳
米材料科学公同联合开发研制出一种可用作水基钴1.1.2真实密度
井液密度减轻剂的空心钢化玻璃球(以下称中国样
因为空心玻璃球的密度低于水、煤油等液体,
品),并对其性能进行了评价和分析。该产品呈灰白不能用通常的李氏比重瓶法测定其真实密度,可采用
色,密度由低到高形成了系列,其物理性质和性能基
种简易方法。即利用一种高黏度的液体(2%膨润
本能够满足井下工况要求。
土+0.3%PHP+1.5%CMC)作介质,先测定液体介
1.1物理性质
质的密度,再加入10%(W/Vの空心玻璃球,搅拌均匀,
用称重法测定混合液密度。利用下面的公式计算空
空心钢化玻璃球粒径范围为0.1~123m心玻璃球(p)的密度:
(Dso),含球量大于95%,堆积密度为0.20~0.60
g/cm3,导热系数为0.07~0.12w/mK,比表面积为
1.9m2/g(3gm),熔点大于1450℃,含水量小于
1%,体积电阻为1.5×100Q·cm,机械破裂强度为式中,V为液体介质的体积,mLA和a分别为液体
1000~7000kg/cm2,介电常数为2.3~2.4,莫氏介质和混合液的密度,g/cm2;m为空心玻璃球的质
硬度为5~7,折射率为1.55%,烧蚀率小于1%,吸量,g。采用该方法对几种样品进行了测定,计算得到
油率为16~18g/100g,光漫射率为80%~88%。空心玻璃球的真实密度为0.37~0.45g/cm2。
第一作者简介:李燕梅,工程师,1958年生,现在西南石油大学石油工程学院工作,一直从事钻井液技术的研究和实验教学
工作。地址:四川省成都市新都区西南石油大学石油工程学院;邮政编码610500;电话(028)83032802。
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第25卷第1期
李燕梅等:空心玻璃球低密度水基钻井液技术
19
1.1.3机械破裂强度与抗压强度
1.3与其它低密度材料的比较
机械破裂强度是指单位体积的空心玻璃球在机
漂珠、微硅都是低密度固体材料。漂珠是最具代
械压力装置下直接受压发生破裂的最高压力。抗压表性的一类固体密度减轻剂。漂珠与空心玻璃球的
强度是指在不同恒定温度下,一定加量的空心玻璃球显微照片(放大50倍)如图1所示。由图1可见,漂
在水中承受外压不发生破裂沉淀的最高压カ,能反映张颗粒有半透明、不透明的。半透明的颗粒充有气
材料的稳定性,因此更为重要。空心玻璃球内含有泡,质轻,但易破裂;不透明的颗粒重,不易破裂。显
N2或OO2气体,气体受温度的影响将发生膨胀,使空然低密度钻井液需要的是半透明充有气泡的漂珠材
心玻璃球破裂沉降,因此研究了恒定温度变压下的抗料。研究对比表明,凛珠的抗压抗温性能不能满足钻
压强度和变温变压下的抗压强度。实验结果见表2。井液实际井下工况的要求。
表2空心玻璃球强度实验结果
T/C
p/Mpa
沉降量/g沉降率/%
室温
3.45
室温
5,17
0000
室温
3.45
00000
漂珠
空心玻璃球
图1漂珠和空心玻璃球的显微照片(放大50倍)
2空心玻璃球低密度水基钴并液性能
10.35
0
将空心玻璃球加入到普通水基钻井液中,并用
常规处理剂调节性能就形成了低密度钴井液
6
0,10
2.1空心玻璃球加量与钻井液密度的关系
0,20
10.0
对空心玻璃球加量与钻井液密度的关系进行了
实验,结果如表4所示
0.15
表4空心玻璃球加量与钻井液密度关系
0.3
玻璃球
实验
O中国样品
美国样品
注:美国产品在100C温度下、压力为3.45、5.17、6.89、
%
条件
g/cm'
g
10.35MPa下的沉降率分别为0、1.0%、6.0%和11.0%。
室温
1.00
1,00
由表2可见,空心玻璃球的抗压性能很好,但耐
热滚前
0,93
0,92
10
0.9
热性能不理想;实验温度与压力对空心玻璃球沉降率
100CX16h
热滚前
的影响是互不干扰的;当恒定温度为100C时,随着
100CX16h
压力增加,中国样品和美国样品均要发生破裂沉淀,
热滚前
30
当压力达10.35MPa时沉降率分别为15%和11%,
100C×16h
0,78
中国样品的破裂强度比美国样品低4%。
热滚前
40
100C×16h
0,73
0,71
1.2化学成分
如表3所示,空心玻璃球的成分主要是SiO2和
由表4可见,随着空心玻璃球加量的加大,钻