刘徐三

纳米材料增强水基钻井液热容性能实验研究

刘徐三

（中煤科工集团西安研究院有限公司，西安 710077）

针对钻探工作中钻头冷却不及时，严重影响钻头的使用寿命甚至发生烧钻等井下复杂事故这一技术难题，本文采用向钻井液中加入纳米材料的方法，提高钻井液热容性能，达到增强钻井液冷却钻头效果的目的。因此，通过实验研究，分析了不同纳米材料对水基钻井液热容性能的影响，并计算加入纳米材料后钻井液的比热容。研究结果表明：钻井液比热容随着纳米材料加量的增加而增大，其中，TiO2提升钻井液比热容的能力最强，加量0.5%时，比热容提升率达35.33%。此外，钻井液的黏度和动切力也随纳米材料加量的增加而增大，但静切力几乎不受其影响。本研究为钻探特别是金刚石取心钻探中避免钻头寿命缩短甚至烧钻事故的发生具有积极的意义。

钻头冷却；纳米材料；钻井液；热容性能；比热容

钻头在破碎岩石的过程中，与岩石摩擦会产生大量的热量，导致钻头温度急剧升高（黄鹏，2007；况雨春等，2018；黄晟辉等，2019）。若没有得到及时的冷却，会缩短钻头的使用寿命。对于金刚石钻头，可能还会造成烧钻，产生严重的井下事故（罗永贵等，2016；孙孝刚等，2018；高飞等，2020）。目前，钻头的冷却主要依靠钻井液，通过钻井液的循环，带走钻头与地层摩擦产生的热量，使钻头的温度处于较低的水平，从而达到冷却钻头的目的。目前，在钻探施工过程中，为了保证钻头的充分冷却，一般都从保证钻井液循环路径的畅通入手，确保钻井液能充分到达井底钻头部位。……