钻井液配方研究的理论基础

如题所述

钻井液抗温所能达到的高度首先与造浆材料及泥浆处理剂的抗温高度有关,其次与泥浆材料加量、泥浆处理剂之间的配伍性等因素有关。因此合理选择泥浆处理剂、充分利用处理剂之间的配伍效应、有效抑制泥浆处理剂的氧化分解,才能得到抗温效果最佳的钻井液配方。

7.2.1 抗高温处理剂作用机理

7.2.1.1 抗高温稀释剂作用机理

钻井液高温后的明显增稠和胶凝都与黏土粒子的高温水化作用密切相关的。因此,要求抗高温稀释剂在有效抑制黏土高温分散的前提下,能吸附于黏土端面,拆散或阻止网状结构的形成,起到稀释作用。解决这一问题行之有效的方法是将高价阳离子与稀释剂配合,形成配合物。

7.2.1.2 抗高温降滤失剂作用机理

控制滤失通常有两条途径,一是增加液相黏度,二是改善泥饼质量,降低泥饼渗透性。对于深井、超深井,由于高温使液相黏度降低,降滤失效果不大,而改善泥饼质量、增加泥饼可压缩性,具有更好的效果。保证泥饼质量的关键是在高温下保证钻井液中有合理的粒子级配关系。为此,要求降滤失剂在各种温度下,都能有效吸附于黏土表面,带来足够的水化膜和提高黏土粒子的ζ电位,保证钻井液中黏土粒子的胶体比例、泥饼的致密性及可压缩性,进而降低高温高压滤失量。

7.2.1.3 抗高温处理剂分子结构特征

基于上述高温对钻井液中黏土和处理剂及钻井液性能变化的作用机理分析,抗高温处理剂的分子结构应具备以下特征要求:

1)为了提高热稳定性,处理剂分子主链的连接键及主链与亲水基团的连接键应为“C—C”“C—N”和“C—S”等键,应尽量避免分子中有易氧化的醚键和易水解的酯键。

2)为使处理剂在高温下对黏土表面有较强的吸附能力,常在处理剂分子中引入Cr3+、Fe3+ 等高价金属阳离子,使之与有机处理剂形成配合物,如铬-腐殖酸钠和铁铬盐等。其目的是用这些高价金属阳离子作为吸附基,它们在带负电荷的黏土表面上可发生牢固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黏土颗粒的高温分散也会起相当大的作用。

(3)为尽量减轻高温去水化作用,处理剂分子中的主要水化基团应选用亲水性强的离子基,如磺酸基(—SO3-)、磺甲基(—CH2SO3-)和羧基(—COO-)等,以保证处理剂吸附在黏土颗粒表面后能形成较厚的水化膜,使钻井液具有较强的热稳定性。

(4)为使处理剂在较低pH值情况下也能充分发挥其作用效果,要求其亲水基团的亲水性尽量不受pH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。

7.2.2 合理利用泥浆处理剂之间的高温交联作用

高温对泥浆处理剂与泥浆处理剂之间的影响,就是处理剂之间的高温交联。处理剂之间适当的交联,可以保持或提高处理剂的作用效果。在处理剂组分未知的情况下,配方优化试验是考察处理剂配伍性的重要手段。

7.2.3 预防高温高压条件下泥浆处理剂的降解和分解

采用抗氧化剂预防泥浆处理剂的高温降解和分解,提高泥浆处理剂的分解温度。因此高温钻井液配方试验中,高温稳定剂(或保护剂)是必不可少的。

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