油基钻井液的“神奇武器”：超细锰矿颗粒能否控制渗透率损害？

彩虹上的蜗牛

文|张博然的研究室
编辑|张博然的研究室
多年来，标准重晶石和少量超细重晶石一直是油基钻井液的主要增重剂。在密度较高的应用中，标准重晶石的悬浮稳定性不佳，容易受到温度和压力的影响，这将严重影响钻井速度，并增加事故发生的可能性。
许多对重晶石表面改性的研究已经进行，以改善其增重能力，如增加重晶石表面的ζ电位，增强其亲油性/亲水性并增强其悬浮稳定性。对于密度较高的钻井液，大量的重晶石会导致流变稳定性问题。

已经应用了许多增重剂，包括石灰石、铁矿石、钛铁矿、锰矿石和方铅矿的粉末，但它们都有一些缺陷：石灰石适用于低密度；铁矿石的磁性对地下测量有很大影响；锰矿石需要与重晶石一起使用；而方铅矿虽然适用于超高密度，但成本较高。
大量使用增重剂将恶化油基钻井液的流变性、滤失和墙体建设性能以及润滑性。油基钻井液的流变稳定性实际上是一个水包油乳化液稳定性的问题，这是一种极其复杂的分散体系，其稳定性受到液相性质、颗粒组成、膜结构等因素的影响。

影响水包油乳化液稳定性最重要的因素是油水界面的稳定性，油水界面膜主要由乳化剂、沥青质、明胶和固相颗粒组成，其中固相颗粒均匀分散在油中并分散到界面，在界面上有一种亲油性和亲水性之间的平衡。增重剂是固相颗粒的主要来源。
油基钻井液的热力学不稳定性与不同类型和数量的增重剂有关，这导致钻井液的流变不稳定性，如分层、絮凝、聚结和相分离。通常会添加润湿剂到油基钻井液中，以改变重晶石的表面润湿性，使其亲油，从而使乳化液更加稳定。

由于使用增重剂，油基钻井液中含有大量固相颗粒，这些颗粒的堵塞是形成损伤的核心因素，与水基钻井液相比，油基钻井液中固体堵塞造成的损伤主要是由于增重剂颗粒的亲水润湿性。
在不稳定的流变状态下，这些亲水性颗粒在持续的水相聚集作用下会聚集成更大的液滴，这将改变增重剂的分散性和液滴的大小，导致固体堵塞和乳化液堵塞同时存在。钻井结束后，渗透率不容易恢复。

在研究高密度钻井液的损伤控制时，关键是控制泥饼质量和渗透率的恢复率。控制泥饼质量是确保固相颗粒能够形成致密的泥饼，而保持高渗透率恢复率是确保油基钻井液中的颗粒能够有效地回流。
还分析了增重剂的颗粒大小和微观形态对其影响。通过考察滤失和墙体建设性能、泥饼的酸溶效率、润滑性和沉降稳定性等方面，揭示了增重剂在控制流变性和形成损伤方面的机制，旨在为油基钻井液中增重剂的使用提供有用的信息。

流变学反映了钻井液在外部力作用下的流动和变形特性。它是一种基本性能指标，也是确保钻井液能够悬浮和携带钻屑，并能安全快速钻井的关键属性，根据流变学评估，得到了不同增重剂的剪切率与视黏度之间的关系，以及剪切率与剪切力之间的关系。

油基钻井液在不同剪切率下的视黏度变化趋势：黏度随着剪切率的降低而增加，这与钻井液的基本变化一致。不同增重剂的视黏度排序为：标准重晶石