钻井液研究的宝贝

3一、深井水基钻井液应具备的特点因此其作业条件比一般井要苛刻得多，于是对钻井液的性能也提出了更高的要求。在高温条件下，钻井液中的各种组分均会发生降解、发酵、增稠及失效等变化，从而使钻井液的性能发生剧变，并且不易调整和掌握，严峻时将导致钻井作业无法正常进展；而伴随着高的地层压力，钻井液必需具有很高的密度(常在状况的可能性会大大增加，欲保持钻井液良好的流变性和较低的滤失量亦会更加困难。此时使用常规钻井液已无法满足钻井工程的要求，而必需使用具有以下特点的深井钻井液。204℃)170℃)有更高的抗温力量。就比带有羧钠基的阴离子聚合物具有更强的抑制性。至关重要。对于深井加重钻井液，尤其应加强固控，并掌握膨润土含量以避开高温增稠。当钻井液密度在2.0／cm3参加抗高温的稀释剂掌握静切力。固体润滑剂，以及混油等措施来降低摩阻。二、高温对深井水基钻井液性能的影响 返回故压力对水基钻井液的密度及其它性能，如流变性、滤失造壁性等均无明显的影响。但是，温度的影响却格外显著，深井水基钻井液的主要问题是抗高温。钻井液中粘土的高温分散作用只不过高温进一步促进了水化分散而已。ζ电位提高，更有利于分散。影响高温分散的因素主要有：(1)粘土的种类。在常温下越简洁水化的粘土，高温分散作用也越强。(2)温(3)pHOH粘土的水化，因此高温分散作用随pH(4)一些高价无机阳离子，如Ca2Mg2A13Cr3Fe3等的存在不利于粘土水化，因而它们对粘土高温分散具有抑制作用。高温分散作用使钻井液中粘土颗粒浓度增加，因此对钻井液的流变性有很大的影响，而且这种影响是不行6-2l。钻井液滤液的粘度是随温度上升而降低的，假设假设粘土颗粒的分散度不受温度的影响，那么按正常规律，其悬浮体(可称为抱负悬浮体)的表观粘度应随温度上升而下降(如曲线1)。但实际状况是，高温分散作用使钻井液中粘土颗粒浓度增加，23)。假设由此引起的表观粘度增加值大于升温所引起的抱负悬浮体的表观粘度下降值，则可能消灭高温下钻井液的粘度高于常温6-2124两条曲线偏离越远。当粘土含量大到某一数值时，钻井液在高温下会丧失其流淌性而形成凝胶，这种现象被称为高温胶凝。但凡发生了高温胶凝的钻井液，必定丧失其热稳定性，性能受到破坏。在使用中常表现为钻井液在井口的性能不稳定，粘度和切力上升很快，处理频繁，且处理剂用量大。因此，防止钻井液高温胶凝是深井钻井液的一项关键技术。目前有两项措施可有效地预防高温胶凝的发生，一是使用抗高温处理剂抑制高温分散，二是将钻井液中的粘土(特别是膨润土)含量掌握在其容量限以下。试验说明，只有当粘土含量超过了容量限，才有发生高温胶凝的可能；而低于此容量限时，钻井液只发生高温增稠，但不会发生胶凝。对于某一给定的钻井液体系，其粘土的容量限可通过室内试验确定。因此，对于高温深井水基钻井液，在使用中必需将粘土的实际含量严格掌握在其容量限以内。高温对钻井液处理剂的影响井下高温除对钻井液中的粘土造成影响外，还对某些处理剂造成以下影响：高温降解效能减弱。任何高分子化合物在高温下均会发生降解，但由于其分子构造和外界条件不同，发生明显降解的温度也有所不同。影响高温降解的首要因素是处理剂的分子构造。争论说明，假设处理剂分子中含有在溶液中易被硫和碳-氮连接的化合物更简洁降解。此外，高温降解还与钻井液的pH值以及剪切作用等因素有关。高pH值往往会促进降解的发生，猛烈的剪切作用也会加剧分子链的断裂。由于高温降解是导致处理剂失效的一个主要缘由，因此一般以处理剂在水溶液中发生明显降解时的温度来6-50。需要留意的是，由于降解温度与pH献、资料中所列数据也不尽一样。6-50处理剂名称处理剂名称抗温力量单宁酸钠130℃栲胶碱液80～100℃铁铬盐130～180℃CMC140～180℃腐植酸衍生物180～200℃磺甲基单宁180～200℃磺甲基褐煤200～220℃磺甲基酚醛树脂200℃水解聚丙烯腈200～230℃淀粉及其衍生物115～130℃之间的相互作用。化(稀释剂降解)，也可能是减稠(高分子增稠剂降解)，还可能表现为滤失量增大(降滤失剂降解)等等。高温交联在高温作用下，处理剂分子中存在的各种不饱和键和活性基团会促使分子之间发生各种反响，彼因此可将其看做是与高温降解相反的一种作用。例如，像铁铬盐、腐植酸及其衍生物、栲胶类和合成树脂类等处理剂的分子中都含有大量的可供发生交联反响的官能团和活性基团，另外在这些改性和合成产品中还往往残存着一些交联剂(如甲醛等)，这样便为分子之间的交联供给了充分的条件。下，必定破坏钻井液的性能，严峻时整个体系变成凝胶，丧失流淌性。(1)高温解吸附作用试验说明，在高温条件下，处理剂在粘土外表的吸附作用会明显减弱，其缘由主要是分子热运动加剧所造成的。高温解吸附会直接影响处理剂的护胶力量，从而使粘土颗粒更加分散，严峻地影响钻井液的热稳定性和其它各种性能，常常表现出高温滤失量剧增，流变性失去掌握。处理剂在粘土外表的吸附与解吸附是一个可逆的动平衡过程。一旦温度降低，平衡又会朝着有利于吸附的方向进展，因而处理剂又将较多地被粘土颗粒吸附，钻井液性能也会相应地得以恢复。(2)高温去水化作用膜，高温去水化作用相对较弱。化等现象的发生。高温引起的钻井液性能变化综上所述，高温所引起的钻井液性能变化可归纳为不行逆变化和可逆变化两个方面。不行逆的性能变化化、高温减稠以及滤失量上升、泥饼增厚等均属于不行逆的性能变化。pH130℃。了高温减稠。在高温下某种钻井液的性能到底会消灭什么变化，主要取决于以下因素：粘土类型、粘土含量、pH土的水化分散力量强、含量高，很可能消灭高温增稠；反之，则很可能消灭高温减稠。当粘土含量增至某一临界值时，便会发生高温胶凝。通常将钻井液在某一温度下发生胶凝时所对应的最低土量，称为这种粘土在该温度下的粘土容量限。当粘土含量低于其容量限时，钻井液只发生增稠，而不发生胶凝；高于其容pHCa2+

止膨润土超量使用，对于维持深井水基钻井液的良好性能是何等重要。可逆的性能变化6-l1)而引起的钻井液滤失量增大、粘度降低等均属于可逆的性能变化。一般来讲，不行逆的性能变化关系到钻井液的热稳定性；可逆的性能变化则反映了钻井液从井口到井底，然后再返回到井口这个循环过程中的性能变化。对于抗高温水基钻井液，必需同时考虑这两个方然后冷却至室温，评价其经受高温之后的性能；为了争论可逆的性能变化，则需要使用特地仪器测定钻井液在高温高压条件下的流变性和滤失量，评价其高温下的性能.三、抗高温钻井液处理剂的作用原理 返回对抗高温钻井液处理剂的一般要求(1)高温稳定性好，在高温条件下不易降解；(2)对粘土颗粒有较强的吸附力量，受温度影响小；(3)有较强的水化基抗高温降滤失剂不得使钻井液严峻增稠；(6pH(7-10)也能充分发挥其效力，有利于掌握高温分散，防止高温胶凝和高温固化现象的发生。抗高温处理剂的分子构造特征为了能够满足上述要求，抗高温处理剂的分子构造应具备以下特征：“C-C“C-N“和“C-S“等键，应尽量避开分子中有易氧化的醚键和易水解的酯键。Cr3、Fe3等高子作为吸附基，它们在带负电荷的粘土外表上可发生结实而受温度影响较小的静电吸附。与此同时，高价金属阳离子的引入对抑制粘土颗粒的高温分散也会起相当大的作用。SOCHSOCOO3 2 3。并且，处理剂的取代度、磺化度应与温度和钻井液的矿化度相适应。pHpH值的影响。相比之下，带有磺酸基的处理剂可以较好地满足这一要求。常用的抗高温处理剂这局部内容已在第五章作过介绍，在此仅作扼要补充。抗高温降粘剂抗高温降粘剂与一般降粘剂的不同之处主要表现在：不仅能有效地拆散钻井液中粘土晶片以端-国内生产的抗高温降粘剂除铁铬木质素磺酸盐(FCLS)外，还主要有：①磺甲基单宁(SMT)。简称磺化单宁，是磺甲基单宁酸钠与铬离子的络合物。外观为棕褐色粉末，吸水性强，其水溶液呈碱性。适于在各种水基钻井液中作降粘剂，在盐水和饱和盐水钻井液中仍能保持肯定l000mg／l180～200lpH9～11。②磺甲基栲胶(SMK)。简称磺化栲胶，为棕褐色粉末或细颗粒，易溶于水，水溶液呈碱性。不含重180SMT抗高温降滤失剂pHloNaCrO·2HO2 27 25％～8％的范围内。它既是抗高温降粘剂，同时又是抗高温降滤失剂。具有肯定的抗盐、抗钙力量200～2203％～5％。1(SMP-12(SMP-2)。由于其分子结C-SCHSO-2 3且磺化度高，故亲水性很强，且受高温的影响较小。试验说明，在200～220℃甚至更高温度下，不会发生明显降解。并且抗盐析力量强，SMP-1C110～12m／1Ca、Mg2000mg／1SMP-2200℃。SMP-lSMC、FCLSSMCSMC，SMP-15-6泥饼渗透率和滤失量下降；另一方面，是由于在高温顺碱性条件下，SMP-1SMC1513％～5SMP-2SMP-1SMP-lSMP-1SMCSMP-2180～200℃的C1llmg／1国内常用的抗温降滤失剂还有磺化木质素磺甲基酚醛树脂(SLSP)、水解聚烯腈(HPAN)、酚醛树脂与腐植酸的缩合物(SPNH)以及丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物(PACl41，PACl42，PACl43)等。为了适应深井钻井技术的进展，国外也格外重视抗高温钻井液处理剂的研制工作，如美国早期研1000～5000230~CResinex是一种磺化褐煤树脂，可抗温220~C的降滤失剂；近年来，德国研制的COP-1和COP-2(L烯基磷酸盐共聚物)不仅抗温可达260C，而且抗盐、钙力量极强，受到广泛关注。这些处理剂在分子组成上有一个共同点，即在碳链上都含有磺酸根(SOa-)，看来这是研制抗高温聚合物处理剂所必需的一个官能团。四、常用抗高温钻井液体系及其应用 返回我国抗高温深井钻井液技术的进展大致可分为钙处理钻井液，硝化(三磺)钻井液和聚磺钻井液等20607020磺化钻井液SMC、SMP-1＼SMTSMK于以上磺化处理剂均为分散剂，因此磺化钻井液是典型的分散钻井液体系。20世纪70年月后期，四川女7175m。其主要特点是热稳定性好，在高温高压下可保持良好的流变性和较低的滤失量，抗盐侵力量强，泥饼致密且可压缩性好，并具有良好的防塌、防卡性能，因而很快在全国各油田深井中推广应用。常用的磺化钻井液有以下几种类型；SMCSMC加量之后，用膨润土直接配制或用井浆转化为抗高温深井钻井液。一般需参加适量的外表活性剂以进一步180~220”C其典型配方为：4％～7％膨润土+3％一?％SMC+o．31AS、ABS、Span-80pH9～105％～10％原油或柴油以增加其润滑性。在用膨润土配浆时，必需充分预水化，否则所配出钻井液的粘度、切力过低，不能得到满足的性能。但需留意膨润土切勿过量，假设一旦消灭膨润土过度分散或3，量过高时，可参加适量CaO降低其分散SMCSMC5～7％)100～130g／lSMC6011m。SMC-FCLS为了提高磺化钻井液抗盐、钙污染的力量，可将SMCFCLS180℃，最高矿化度可达15×104mg／．0／cm3左右。80～100g／1，SMSFCLS3％～42％～7％SMC1％～5％FCLS。与此同时，pH90．2％Span-800．3％ASpHFCLS115300m5585m。三磺钻井液mg／1．25g／cmNaCrO200-220℃。2 27配制三磺钻井液时，可先配成预水化膨润土浆，再参加各种处理剂，亦可直接用井浆转化。维护时，通常SMT(SMKFCLSSMCSMP-1。这类钻井液已在全国务油田广泛应用于深井中。聚磺钻井液聚磺钻井液是在钻井实践中将聚合物钻井液和磺化钻井液结合在一起而形成的一类抗高温钻井液体系。尽管聚合物钻井液在提高钻速、抑制地层造浆和提高井壁稳定性等方面确有格外突出的优点，但总的来看其热稳定性和所形成泥饼的质量还不适应于在井温较高的深井中使用。特别是对硬脆性页岩地层，体系结合在一起。聚磺钻井液既保存了聚合物钻井液的优点，又对其在高温高压下的泥饼质量和流变性进展了改进，从而有利于深井钻速的提高和井壁的稳定。该类钻井液的抗温力量可达200～250℃，抗盐可至208040808／1，随井温上升和含盐量、钻井液密度增加，其含量应有所降低。80A51、FA367、PACl41KPAM0．1％～1．0％。0．3％～1.0％。某些低分子量的聚合物，如XY-270．1％～0．5％。磺化酚醛树脂类产品，如SMP-1、SPNHSLSPSMCHTHP1％～30～2％。此外，1％～3％的磺化沥青常用于封0．1％～0．3％NaCrOKCrO

2 272 27聚磺钻井液大多由上部地层所使用的聚合物钻井液在井内转化而成。转化最好在技术套管中进展，可以先将聚合物和磺化类处理剂分别配制成溶液，然后按配方要求与肯定数量的井浆混合，或者先用清水将井浆进展稀释，使其中膨润土含量到达一个适宜范围，然后再参加适量的磺化类处理剂和聚合物。假设在裸眼适当调整混合液中各种处理剂的配比。适宜的膨润土含量是聚磺钻井液保持良好性能的关键，必需严加掌握。假设泥饼质量变差，HTHP滤失量增大，应准时增大SMP-1、SMC量聚合物所占的比例以及膨润土的含量；假设抑制性较差，可适当增大高分子聚合物包被剂的加量或加人适KCl