中國粉體網(wǎng)訊 近年來，油基鉆井液在深井超深井領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，但達(dá)到4.2g/cm³密度的重晶石資源正在衰竭，能否從技術(shù)上減少、替代重晶石或增強(qiáng)重晶石材料的調(diào)節(jié)效果已成為各國都迫切要解決的難題。

重晶石粉 圖源：翔澤油田材料

1“急”資源戰(zhàn)略性與稀缺性共存，代替材料難尋

世界重晶石儲量總計約4億t，主要分布在中國、印度、土耳其、哈薩克斯坦及巴基斯坦等20余國家，靜態(tài)保障年限30多年，礦產(chǎn)資源儲量衰減率約為14%。重晶石作為世界上應(yīng)用最廣的鉆井泥漿加重劑原材料，尚無其它性價比更優(yōu)的替代礦產(chǎn)。因此，重晶石在這一領(lǐng)域具備較高不可替代性的稀缺性。但值得注意的是，2021年全球重晶石產(chǎn)量為730萬t，其中中國產(chǎn)量為280萬t，占全球總產(chǎn)量的38.3%，位居世界第一，且產(chǎn)量同比增長超過10%，資源正在急速消耗。

從鉆井液用重晶石代替材料方面來看，目前，市場上高密度鉆井液加重材料除了重晶石粉之外，還有石灰石粉、鐵礦石粉、鈦礦石粉、方鉛礦粉和四氧化錳復(fù)配粉等5種，但這5種材料都不能完全替代重晶石粉。石灰石粉因易與鹽酸等無機(jī)酸類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一般只能應(yīng)用于對密度要求不高的完井液；鐵礦石粉和鈦礦石粉均具有一定的酸溶性，一般只應(yīng)用于酸化產(chǎn)層，且對鉆具、鉆頭和泵的磨損也較為嚴(yán)重；方鉛礦粉成本高、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。

2“難”重晶石深加工技術(shù)難突破，科技成果少

目前，真正被石油工程行業(yè)接受并廣泛使用的加重材料仍然是重晶石，從目前重晶石研究進(jìn)展來看，多停留在實(shí)驗(yàn)階段，應(yīng)用成果較少，理論研究系統(tǒng)性有所不足。

（1）微粉化

Yan等人分別制備和評價了不同種類的高密度油基鉆井液，其中加入了微粉化重晶石、微粉化鈦鐵礦、四氧化三錳和API重晶石。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的加重材料API重晶石相比，超細(xì)粉末技術(shù)的應(yīng)用可以大大優(yōu)化高密度（ρ≥2.3g/cm³）油基鉆井液的流變性能。其表觀黏度、塑性黏度和凝膠強(qiáng)度等都下降30%~50%，流體的動態(tài)懸浮穩(wěn)定性大大提高，扭矩和摩阻均有降低。其次，乳化劑用量減少約50%，降低了高密度油基鉆井液的制備成本。

（2）表面改性

通過表面改性處理，能有效降低重晶石本身的表面效應(yīng)，削弱顆粒間碰撞引起的塑性黏度，從而改善鉆井液的流變性能。王帝等采用球磨機(jī)對重晶石粉進(jìn)行表面改性，通過機(jī)械力化學(xué)法研制了微粉化表面改性重晶石。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微粉化表面改性重晶石抗溫性良好，可達(dá)260℃，可顯著改善鉆井液流變性能，降黏效率為45%，并且在改善加重鉆井液流變性的同時，可以兼顧優(yōu)化濾失性與沉降穩(wěn)定性。另外，微粉化表而改性重品石與普通重晶石進(jìn)行復(fù)配使用，也可在一定程度改善高密度鉆井液的綜合性能。

（3）粒徑分布及顆粒級配

實(shí)踐表明，高密度鉆井液中固相顆粒的粒徑分布及顆粒級配，對鉆井液流變性和濾失造壁性的影響非常顯著。苗海龍等研究表明，重晶石粉粒度級配合理，有助于細(xì)顆粒填充于粗顆粒堆積的孔隙中，能提高固相顆粒堆積效率，降低濾餅的滲透率，從而改善高密度漿的濾失造壁性。實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明，當(dāng)特級重晶石粉與細(xì)磨重晶石粉的復(fù)合比為2∶1時，高密度實(shí)驗(yàn)漿的流變性及濾失造壁性均較好。

此外，邱正松等為解決油基鉆井液乳化穩(wěn)定性、流變、濾失損耗等難調(diào)控問題，采用超細(xì)硫酸鋇和高密度重晶石復(fù)合加重，構(gòu)建了抗溫220℃、密度2.50～2.80g/cm³的超高溫高密度油基鉆井液，具較高抗污染能力，為深層超深層油氣資源的安全高效鉆探提供了技術(shù)支撐。

3“窘”重晶石標(biāo)準(zhǔn)化短板造成資源浪費(fèi)

隨著石油資源的枯竭和鉆井技術(shù)的進(jìn)步，深井、超深井要求更高的鉆井液密度，因此，高密度的重晶石粉需求量越來越大。但目前一些淺井，密度較低，但仍然采用密度大于等于4.20g/cm³的重晶石粉，導(dǎo)致4.05~4.20g/cm³等低密度的重晶石粉利用率低，造成重晶石礦資源浪費(fèi)。

中國石化Q/SHCG 90—2016《鉆井液用加重材料技術(shù)要求》和中國石油Q/SY17008—2019《鉆井液用加重劑重晶石粉》中，對重晶石粉分了3個級別，分別是“特級：大于等于4.30g/cm³；一級：大于等于4.20g/cm³；二級：大于等于4.05g/cm³�；�于此，建議盡快推行中石油或中石化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的重晶石粉密度分級方式，行業(yè)主管部門督促使用單位按照實(shí)際需求采購不同級別的重晶石粉，合理利用重晶石礦資源。此外，建議修訂GB/T5005—2010重晶石粉標(biāo)準(zhǔn)，對重晶石粉按密度進(jìn)行分級，明確不同密度的重晶石粉適用鉆井液的密度范圍。

4“盼”將重晶石列為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)是行業(yè)的期待

一方面，重晶石被歐美列為關(guān)鍵礦產(chǎn)，主要是從需求角度，即對外依存度和進(jìn)口集中度高，存在供給安全隱患。根據(jù)遏制力原則，我國作為供應(yīng)鏈另一端的生產(chǎn)大國，重要貿(mào)易對象國重視的關(guān)鍵原材料，我國也應(yīng)重視。

另一方面，從材料自身性能和經(jīng)濟(jì)性上，重晶石在鉆井泥漿加重劑領(lǐng)域具有一定程度的不可替代性，是油井及油氣混合井鉆（完）井液加重劑、鋇化工及防核輻射等軍工原材料的最優(yōu)選擇，并且已在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用。雖然我國重晶石資源還并不稀缺，但因在特定領(lǐng)域特定行業(yè)尚無其它性價比更優(yōu)的替代材料，也符合資源應(yīng)用領(lǐng)域的稀缺性原則。

此外，重晶石是我國的優(yōu)勢礦種并且被歐美等發(fā)達(dá)國家高度依賴，根據(jù)影響力原則，它具備在國際貿(mào)易中發(fā)揮更大作用的未來可能性。

結(jié)語

我國重晶石儲量豐富、產(chǎn)量較大、價格穩(wěn)定、供應(yīng)充足，但應(yīng)用領(lǐng)域較窄，絕大部分只是作為鉆井泥漿加重劑和填料使用，對下游產(chǎn)業(yè)及相關(guān)行業(yè)影響較小，尚難以發(fā)揮材料價值。

參考資料:

姜雅，等：關(guān)于將重晶石列為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)的原則分析，自然資源部信息中心

苗海龍，等：重晶石粉顆粒級配對高密度鉆井液性能影響的實(shí)驗(yàn)探討，中海油田服務(wù)股份有限公司

潘誼黨，等：高密度鉆井液加重材料沉降問題研究進(jìn)展，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院

楊新，等：幾種常用鉆井液材料標(biāo)準(zhǔn)探討，中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光）

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