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加重材料又稱加重劑,由不溶于水的惰性物質經研磨加工制備而成。為了對付高壓地層和穩定井壁,需將其添加到鉆井助劑中以提高鉆井助劑的密度。加重材料應具備的條件是自身的密度大,磨損性小,易粉碎;并且應屬于惰性物質,既不溶于鉆井助劑,也不與鉆井助劑中的其它組分發生相互作用。鉆井助劑的常用加重材料有以下幾種:
1、重晶石粉
重晶石粉是一種以BaSO4為主要成分的天然礦石,經過機械加工后而制成的灰白色粉末狀產品。按照API標準,其密度應達到4.2g/cm3,粉末細度要求通過200目篩網時的篩余量<3.0%。重晶石粉一般用于加重密度不超過2.30 g/cm3的水基和油基鉆井液,它是目前應用廣泛的一種鉆井液加重劑。
2、石灰石粉
石灰石粉的主要成分為CaCO3,密度為2.7~2.9 g/cm3。易與鹽酸等無機酸類發生反應,生成CO2、H2O和可溶性鹽,因而適于在非酸敏性而又需進行酸化作業的產層中使用,以減輕鉆井液對產層的損害。但由于其密度較低,一般只能用于配制密度不超過1. 68 g/cm3 (14ppg)的鉆井液和完井液。
3、鐵礦粉和鈦鐵礦粉
前者的主要成分為Fe2O3,密度4.9~5.3 g/cm3;后者的主要成分為TiO2?Fe2O3,密度4.5~5.1 g/cm3。均為棕色或黑褐色粉末。因它們的密度均大于重晶石,故可用于配制密度更高的鉆井液。如果將某種鉆井液加重至某一給定的密度,當選用鐵礦粉時,加重后鉆井液中的固相含量(常用體積分數表示)顯然要比選用重晶石時低一些。例如,用密度為4.2 g/cm3的重晶石將某種鉆井液加重到2.28 g/cm3,其固相含量為39.5%;而使用密度為5.2 g/cm3的鐵礦粉將該鉆井液加至同樣密度時,固相含量僅為30.0%。加重后固相含量低有利于流變性能的調控和提高鉆速。此外,由于鐵礦粉和鈦鐵礦粉均具有一定的酸溶性,因此可應用于需進行酸化的產層。
由于這兩種加重材料的硬度約為重晶石的兩倍,因此耐研磨,在使用中顆粒尺寸保持較好,損耗率較低。但另一方面,對鉆具、鉆頭和泥漿泵的磨損也較為嚴重。在我國,鐵礦粉是用量僅次于重晶石的鉆井液加重材料。
4、方鉛礦粉
方鉛礦粉是一種主要成分為PbS的天然礦石粉末,一般呈黑褐色。由于其密度高達7.4~7.7 g/cm3,因而可用于配制超高密度鉆井液,以控制地層出現異常高壓。由于該加重劑的成本高、貨源少,一般僅限于在地層孔隙壓力極高的特殊情況下使用。如我國滇黔桂石油勘探局在官-3井使用方鉛礦,配制出密度為3.0g/cm3的超高密度鉆井液。