高温高密度盐水钻井液作用原理及处理剂影响分析研究.pdf

高温高密度盐水钻井液作用原理及处理

剂影响分析研究

目录

第一节高温高密度盐水钻井液流变性、造壁性控制原理2

一、高密度盐水钻井液流变性控制原理与方法2

二、高密度盐水钻井液造壁性控制原理与方法13

第二节高温高密度盐水钻井液处理剂作用原理19

一、粘土矿物与水分子的内在联系19

二、水基钻井液性能与处理剂之间的关系26

三、高密度盐水钻井液处理剂作用原理26

第三节高温对钻井液中粘土的作用及对钻井液性能的影响分析39

一、钻井液中粘土粒子的高温分解作用39

二、钻井液中粘土粒子的高温聚结作用43

三、钻井液中粘土粒子的高温表面钝化（去水化）46

第四节高温对处理剂及其作用效能的影响分析48

一、高温降解48

二、处理剂的高温交联作用50

三、处理剂分子在粘土表面的高温解吸作用50

四、高温对处理剂的去水化作用51

第五节抗高温处理剂的基本要求及分子结构特征52

1、热稳定性强52

2、处理剂对粘土表面有较强的吸附能力，且受高温影响小53

3、亲水性强，且受高温去水化作用影响小53

4pH53

、在较低的值下也能发挥作用。

5、处理剂分子量合适53

6、处理剂的抗盐能力及高温的影响53

7、抗高温处理剂作用原理54

第六节结论55

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第一节高温高密度盐水钻井液流变性、造壁性控制原理

通过大量理论分析和实践经验，得出关于高温高密度盐水钻井液流变性、造

壁性的控制原理及其方法如下。

一、高密度盐水钻井液流变性控制原理与方法

总体来讲，对于高密度水基钻井液体系而言，其流变性控制原理为：改善流

变性用“颗粒紧密堆积”理论中的“轴承效应”，对于不连续尺寸颗粒体系，当

最大颗粒的间隙恰能为次大的第二粒级所充满，第二粒级的间隙又恰能为第三粒

级所充满，并以此类推，便可取得最高的堆积效率。此时，相对大的颗粒间的小

颗粒发挥一种类似“轴承效应”来减轻摩阻，固相颗粒表现为滚动摩擦，使钻井

液粘度效应降低。即钻井液加重材料的粒径级配必须合理，应该维持有足够的细

颗粒，利用细颗粒之间的“轴承效应”来减轻摩阻。不同体系，其流变性控制原

理与方法有一定差异，具体分析如下。

通过大量实验和现场实践，国内外钻井液界关于钻井液流变性问题提出了相

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关理论：1）ChiligcrianGV等认为，重晶石的加重极限可以达到2.64g/cm，超

过此极限，钻井液的流变性与沉降稳定性之间的矛盾将不可调和，出现顾此失彼

的局面；2）Cafe和Rebb等人认为，在碱性环境中，重晶石表面带微弱负电。

另一方面，在碱性环境中重晶石粉表面离子处于不平衡状态，可吸附其它物质。

根据法扬斯法规则，处于碱性环境中带负电的重晶石表面能吸附高价的阳离子，

FeAlTi

如、、。这些被吸附的金属离子的原子具有空轨道，可接受配位体，具有

络合能力，可与－OH、－COOH等给电子基团产生络合吸附。这样，重晶石的

表面弱负电性会因吸附高价离子而有所加强，重晶石在钻井液中的静电斥力增大，

有利于钻井液沉降稳定性的改善，也利于弥补因重晶石颗粒变粗给钻井液沉降稳

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定性带来的负面影响；）高密度盐水钻井液中，重晶石参与了钻井液内部结构

的形成。高密度盐水钻井液可能就会表现出与其它类型的钻井液不同的流变性；

4）高温下，因碱的存在促进粘土分散而影响钻井液性能的稳定，因此要严格控

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制碱的加量；）高温下，因降粘剂或稀释剂的使用不慎，将会促进粘土分散而

影响钻井液性能的稳定，进而影响其流变性，因此，要正确使用降粘剂或稀释剂；

6）有机盐提高钻井液液相密度，从而减少了常规加重材料（如重晶石、铁矿粉

等）的加量即减小了低固相含量，达到了减少低固相对钻井液粘度影响的目的。

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前面详细分析了高温对钻井液中粘土的作用及对钻井液性能的影响和高温

对处理