抗高温高密度水基钻井液体系研究
发布时间：2020-12-13 04:06
随着油气资源的勘探和开采向深部地层发展,将会钻遇更多的高温高压地层,对高温高密度水基钻井液的需求将会逐渐增多。高温、高密度将会给钻井液带来如流变性恶化、滤失量显著增大、泥饼增厚等诸多问题,直接影响井内安全及钻探成本。因此开展抗高温高密度水基钻井液体系研究对深部资源勘探与开发具有重要意义。论文调研并研究了高温和密度对水基钻井液性能的影响及作用机理,分析总结了高温高密度钻井液的技术难点和性能调控的技术对策。研究了微锰加重剂和重晶石的理化特性和对钻井液的影响,并对现有加重剂复配比例计算公式进行了改进。合成了抗高温的分散剂。以海泡石和膨润土为造浆材料,研制了一种抗高温高密度水基钻井液配方,耐温200℃、密度2.4g/cm3。研究结果表明。微锰加重剂有着比重晶石更大的密度、硬度和Zeta电位,并且有着吸附能力强和可酸溶的特点。微锰颗粒的平均粒径比重晶石小但粒径分布较窄。实验表明,微锰加重钻井液比重晶石加重钻井液有更好的流变性能和沉降稳定性。通过理论计算和室内实验,优选出重晶石和微锰加重剂质量比为75:25时使用综合效果较好。合成的DPS-1分散剂,可以提高微锰加重钻井液的静...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究路线图
19水的离子积（Kw）是水中氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）物质的量浓度的乘积，取Kw的负的对数值为水的离子积常数（pKw），一般情况下只与温度有关。饱和蒸气压下水的离子积常数随温度的变化如图2-1（何淑明，1988）。纯水中H+和OH-是由水分子电离产生的，H+和OH-浓度很小并保持相同的值。当温度改变或增加酸或碱性物质时（增加额外的H+或OH-），水的电离平衡被破坏，促进或抑制水分子的电离。但是在同一温度时，无论水的电离平衡朝何种方向进行，水的离子积并不改变。因此，在同一温度时我们可以用水溶液中H+浓度来衡量水溶液中H+和OH-的绝对和相对含量，为了方便使用，用负的H+浓度的对数值表示，即pH=-log（c（H+））。在常温常压时（25℃，101KPa），水的离子积常数约是10-14mol2/kg2，此时H+的浓度c（H+）=10-7mol/kg，pH=7。随着温度升高，水的离子积常数增大，水中H+和OH-浓度都将增大。当温度为250℃时水的离子积常数约为10-11mol2/kg2，pH值为5.5，H+和OH-的浓度约是常温时的32倍，因此亚临界水可以作为酸性和碱性催化剂。正是因为高温下水基钻井液中H+和OH-的浓度增大，当钻井液中Ca2+、Mg2+和Al3+等高价离子含量高时会和OH-生成络合物或难溶的沉淀，从而减少钻井液中OH-的含量，促进水的电离，增加H+的含量，减小钻井液的pH值。这种改变是不可逆的，即使温度降低，pH值仍然维持在降低的状态。高温下水的离子积常数的改变可能是高矿化度钻井液高温老化后pH值降低的重要原因，因此高温钻井液使用时要注意维持较高pH值。图2-1饱和蒸气压下水的离子积常数随温度变化
20（2）介电常数和极性性质介电常数(permittivity）代表了电介质的极化程度，介电常数越大，介质的极性就越强。一般认为，相对介电常数小于2.8F/m为非极性物质；大于3.6F/m的为极性物质；在2.8~3.6F/m范围内的物质为弱极性物质。在常温常压下水的介电常数为78.3F/m，为强极性物质；20℃常压时苯的介电常数为1.89F/m，属于非极性物质。常温常压下常用溶剂的相对介电常数如表2-1。常温常压下水和苯分子的极性性质相差很大，因此难以互溶。但是水的介电常数和温度压力有关，在一定压力下，随着温度升高，水的介电常数迅速下降。图2-2为5MPa时水的相对介电常数随温度变化情况（吴仁铭，2002）。由图2-2可知，在250℃时水的相对介电常数约为27F/m，比常温时降低了约66%。相对介电常数降低表明在高温下水的极性性质减弱，对非极性物质的溶解性增大。水的相对介电常数随温度的变化表明，原本在低温时不溶于水的弱极性和非极性物质在高温下可能溶解，而原本在低温下溶于水的强极性物质在高温下可能会发生相分离。水在高温下极性性质的改变对聚合物分子在高温下的溶解性和作用效果产生很大影响，在设计分子结构的时候应当考虑亚临界水极性性质的改变。图2-25MPa时水的相对介电常数随温度变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗高温高密度钻井液配方的研制与性能评价[J]. 李辉,郑义平,陈亮,许阳阳,牛建梅. 长江大学学报(自然科学版). 2019(11)
[2]耐240℃高温水基成膜钻井液的室内研究[J]. 李颖,谭现锋,韩炜超,李铠君,郭明义. 钻井液与完井液. 2019(05)
[3]密度对油基钻井液性能的影响[J]. 潘谊党,于培志. 钻井液与完井液. 2019(03)
[4]高密度钻井液加重材料沉降问题研究进展[J]. 潘谊党,于培志,马京缘. 钻井液与完井液. 2019(01)
[5]微锰加重剂在钻井液中的应用[J]. 张晖,蒋绍宾,袁学芳,徐同台,王茜,肖伟伟. 钻井液与完井液. 2018(01)
[6]粒度级配对高密度钻井液性能的影响研究[J]. 韩成,张超,刘贤玉,王成龙,徐靖. 长江大学学报(自科版). 2016(16)
[7]莺歌海盆地抗高温高密度钻井液技术[J]. 张群,刘建全,蒋官澄,王东超. 钻井液与完井液. 2015(05)
[8]低固相超高温水基钻井液研究及应用[J]. 黄维安,王在明,胡中志,邱正松,谢彬强,毛惠. 钻井液与完井液. 2015(02)
[9]抗240℃超高温水基钻井液室内研究[J]. 许洁,乌效鸣,朱永宜,契霍特金V.F.,许明标,吴川,郑文龙. 钻井液与完井液. 2015(01)
[10]超高温超高密度钻井液室内研究[J]. 胡小燕,王旭,周乐群,张滨,张丽君,王中华. 精细石油化工进展. 2013(01)
博士论文
[1]超高温超高密度水基钻井液技术研究[D]. 毛惠.中国石油大学(华东) 2017
[2]超深井、超高温钻井液技术研究[D]. 张斌.中国地质大学（北京） 2010
[3]抗高温高密度水基钻井液作用机理及性能研究[D]. 王富华.中国石油大学 2009
硕士论文
[1]新型高密度微粉加重剂的性能研究[D]. 刘玉林.东北石油大学 2019
[2]超高密度钻井液流变性的加重剂调控技术研究[D]. 李梦昭.中国石油大学（北京） 2017
[3]耐温聚合物水基钻井液降粘剂的合成与评价[D]. 许诗雪.西南石油大学 2014
[4]木质素的提取、改性及其综合利用[D]. 王磊.山东师范大学 2012
[5]抗温200℃密度1.50～2.30g/cm~3水基钻井液体系研究[D]. 潘丽娟.西南石油大学 2011
[6]高温高密度钻井液研究[D]. 李辉.中国石油大学 2011
本文编号：2913863
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究路线图
19水的离子积（Kw）是水中氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）物质的量浓度的乘积，取Kw的负的对数值为水的离子积常数（pKw），一般情况下只与温度有关。饱和蒸气压下水的离子积常数随温度的变化如图2-1（何淑明，1988）。纯水中H+和OH-是由水分子电离产生的，H+和OH-浓度很小并保持相同的值。当温度改变或增加酸或碱性物质时（增加额外的H+或OH-），水的电离平衡被破坏，促进或抑制水分子的电离。但是在同一温度时，无论水的电离平衡朝何种方向进行，水的离子积并不改变。因此，在同一温度时我们可以用水溶液中H+浓度来衡量水溶液中H+和OH-的绝对和相对含量，为了方便使用，用负的H+浓度的对数值表示，即pH=-log（c（H+））。在常温常压时（25℃，101KPa），水的离子积常数约是10-14mol2/kg2，此时H+的浓度c（H+）=10-7mol/kg，pH=7。随着温度升高，水的离子积常数增大，水中H+和OH-浓度都将增大。当温度为250℃时水的离子积常数约为10-11mol2/kg2，pH值为5.5，H+和OH-的浓度约是常温时的32倍，因此亚临界水可以作为酸性和碱性催化剂。正是因为高温下水基钻井液中H+和OH-的浓度增大，当钻井液中Ca2+、Mg2+和Al3+等高价离子含量高时会和OH-生成络合物或难溶的沉淀，从而减少钻井液中OH-的含量，促进水的电离，增加H+的含量，减小钻井液的pH值。这种改变是不可逆的，即使温度降低，pH值仍然维持在降低的状态。高温下水的离子积常数的改变可能是高矿化度钻井液高温老化后pH值降低的重要原因，因此高温钻井液使用时要注意维持较高pH值。图2-1饱和蒸气压下水的离子积常数随温度变化
20（2）介电常数和极性性质介电常数(permittivity）代表了电介质的极化程度，介电常数越大，介质的极性就越强。一般认为，相对介电常数小于2.8F/m为非极性物质；大于3.6F/m的为极性物质；在2.8~3.6F/m范围内的物质为弱极性物质。在常温常压下水的介电常数为78.3F/m，为强极性物质；20℃常压时苯的介电常数为1.89F/m，属于非极性物质。常温常压下常用溶剂的相对介电常数如表2-1。常温常压下水和苯分子的极性性质相差很大，因此难以互溶。但是水的介电常数和温度压力有关，在一定压力下，随着温度升高，水的介电常数迅速下降。图2-2为5MPa时水的相对介电常数随温度变化情况（吴仁铭，2002）。由图2-2可知，在250℃时水的相对介电常数约为27F/m，比常温时降低了约66%。相对介电常数降低表明在高温下水的极性性质减弱，对非极性物质的溶解性增大。水的相对介电常数随温度的变化表明，原本在低温时不溶于水的弱极性和非极性物质在高温下可能溶解，而原本在低温下溶于水的强极性物质在高温下可能会发生相分离。水在高温下极性性质的改变对聚合物分子在高温下的溶解性和作用效果产生很大影响，在设计分子结构的时候应当考虑亚临界水极性性质的改变。图2-25MPa时水的相对介电常数随温度变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗高温高密度钻井液配方的研制与性能评价[J]. 李辉,郑义平,陈亮,许阳阳,牛建梅. 长江大学学报(自然科学版). 2019(11)
[2]耐240℃高温水基成膜钻井液的室内研究[J]. 李颖,谭现锋,韩炜超,李铠君,郭明义. 钻井液与完井液. 2019(05)
[3]密度对油基钻井液性能的影响[J]. 潘谊党,于培志. 钻井液与完井液. 2019(03)
[4]高密度钻井液加重材料沉降问题研究进展[J]. 潘谊党,于培志,马京缘. 钻井液与完井液. 2019(01)
[5]微锰加重剂在钻井液中的应用[J]. 张晖,蒋绍宾,袁学芳,徐同台,王茜,肖伟伟. 钻井液与完井液. 2018(01)
[6]粒度级配对高密度钻井液性能的影响研究[J]. 韩成,张超,刘贤玉,王成龙,徐靖. 长江大学学报(自科版). 2016(16)
[7]莺歌海盆地抗高温高密度钻井液技术[J]. 张群,刘建全,蒋官澄,王东超. 钻井液与完井液. 2015(05)
[8]低固相超高温水基钻井液研究及应用[J]. 黄维安,王在明,胡中志,邱正松,谢彬强,毛惠. 钻井液与完井液. 2015(02)
[9]抗240℃超高温水基钻井液室内研究[J]. 许洁,乌效鸣,朱永宜,契霍特金V.F.,许明标,吴川,郑文龙. 钻井液与完井液. 2015(01)
[10]超高温超高密度钻井液室内研究[J]. 胡小燕,王旭,周乐群,张滨,张丽君,王中华. 精细石油化工进展. 2013(01)
博士论文
[1]超高温超高密度水基钻井液技术研究[D]. 毛惠.中国石油大学(华东) 2017
[2]超深井、超高温钻井液技术研究[D]. 张斌.中国地质大学（北京） 2010
[3]抗高温高密度水基钻井液作用机理及性能研究[D]. 王富华.中国石油大学 2009
硕士论文
[1]新型高密度微粉加重剂的性能研究[D]. 刘玉林.东北石油大学 2019
[2]超高密度钻井液流变性的加重剂调控技术研究[D]. 李梦昭.中国石油大学（北京） 2017
[3]耐温聚合物水基钻井液降粘剂的合成与评价[D]. 许诗雪.西南石油大学 2014
[4]木质素的提取、改性及其综合利用[D]. 王磊.山东师范大学 2012
[5]抗温200℃密度1.50～2.30g/cm~3水基钻井液体系研究[D]. 潘丽娟.西南石油大学 2011
[6]高温高密度钻井液研究[D]. 李辉.中国石油大学 2011
本文编号：2913863
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