(钻井液研究的宝贝.doc

一、深井水基钻井液应具备的特点 ?? 由于井深增加，井底处于高温和高压条件下，钻进井段长而且有大段裸眼，还要钻穿许多复杂地层，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，并且不易调整和控制，严重时将导致钻井作业无法正常进行；而伴随着高的地层压力，钻井液必须具有很高的密度(常在2．08g／cm3以上)，从而造成钻井液中固相含量很高。这种情况下，发生压差卡钻及井漏、井喷等井下复杂情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，而必须使用具有以下特点的深井钻井液。 ????(1)具有抗高温的能力。这就要求在进行配方设计时，必须优选出各种能够抗高温的处理剂。例如，褐煤类产品(抗温204℃)就比木质素类产品(抗温170℃)有更高的抗温能力。????(2)在高温条件下对粘土的水化分散具有较强的抑制能力。在有机聚合物处理剂中，阳离子聚合物就比带有羧钠基的阴离子聚合物具有更强的抑制性。????(3)具有良好的高温流变性。在高温下能否保证钻井液具有很好的流动性和携带、悬浮岩屑的能力至关重要。对于深井加重钻井液，尤其应加强固控，并控制膨润土含量以避免高温增稠。当钻井液密度在2.0g／cm3以上时，膨润土含量更应严格控制。必要时可通过加入生物聚合物等改进流型，提高携屑能力；加入抗高温的稀释剂控制静切力。????(4)具有良好的润滑性。当固相含量很高时，防止卡钻尤为重要。此时可通过加入抗高温的液体或固体润滑剂，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 ????7 000m以上的深井，井温可高达200℃以上，压力可达150-200MPa。由于水的可压缩性相对较小，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，温度的影响却十分显著，深井水基钻井液的主要问题是抗高温。????1．钻井液中粘土的高温分散作用????在高温作用下，钻井液中的粘土颗粒，特别是膨润土颗粒的分散度进一步增加，从而使颗粒浓度增多、比表面增大的现象常称为高温分散。实验发现，粘土颗粒的高温分散作用与其水化分散的能力相对应。如钠蒙脱土水化分散能力最强，其高温分散作用亦最为明显。因此高温分散的实质仍然是水化分散，只不过高温进一步促进了水化分散而已。????产生高温分散作用的原因，主要是由于高温使粘土矿物片状微粒的热运动加剧，这一方面增强了水分子渗入粘土晶层内部的能力，另一方面使粘土表面的阳离子扩散能力增强，导致扩散双电层增厚，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。在常温下越容易水化的粘土，高温分散作用也越强。(2)温度及作用时间。显然，温度越高，作用时间越长，高温分散也就越显著。(3)pH值。由于OH－的存在有利于粘土的水化，因此高温分散作用随pH值升高而增强。(4)一些高价无机阳离子，如Ca2+、Mg2+、A13+、Cr3+和Fe3+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，而且这种影响是不可逆的和不可恢复的。高温分散对钻井液表观粘度的影响情况见图6-2l。钻井液滤液的粘度是随温度升高而降低的，如果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(可称为理想悬浮体)的表观粘度应随温度升高而下降(如曲线1)。但实际情况是，高温分散作用使钻井液中粘土颗粒浓度增加，从而造成钻井液的粘度和切力均比相同温度下理想悬浮体的对应值要高(如曲线2和3)。若由此引起的表观粘度增加值大于升温所引起的理想悬浮体的表观粘度下降值，则可能出现高温下钻井液的粘度高于常温粘度的现象。如果升温后再逐渐降低温度，则可发现降温时的粘温曲线总比升温时要高，如图6-21中曲线2和4所示。这表明粘土颗粒的高温分散是一种不可逆的变化。若粘土含量越高，高温分散作用越强，则两条曲线偏离越远。????????????????????室内实验和现场经验均表明，由于高温分散引起的钻井液高温增稠与钻井液中粘土含量密切相关。当粘土含量大到某一数值时，钻井液在高温下会丧失其流动性而形成凝胶，这种现象被称为高温胶凝。凡是发生了高温胶凝的钻井液，必然丧失其热稳定性，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)含量控制在其容