抗高温水基钻井液技术研究与应用现状及发展趋势（Ⅱ）.pdf

第 2 6卷 第 6 期 2 0 0 9年 1 1月 钻 井 液 与 完 井 液 DRI LI I NG FI UI D COMP LETI ON FI UI D Vo 1 ． 26 NO ．6 No v e ． 2 0 0 9 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 6 0 0 5 6 0 9 抗高温水基钻井液技术研究与应用现状及发展趋势 Ⅱ 朱宽亮 王 富华 徐 同台。 王海 良。 卢淑芹 1 ． 中国石油冀东油 田钻采工艺研究院 ， 河北唐 山 2 ． 中国石油大学 华东 石油工程学院 ， 山东东 营； 3 ． 北京石大胡杨石 油科技发展有 限公 司 ， 北京 摘要 综述 了高温对水基钻 井液 的要求及抗高温水基钻井液 的特点 ， 超深 井钻 井技术对抗 高温水基钻 井液的 新要求， 国内外抗高温水基钻 井液处理 剂及其作用机理发展概况 ， 抗高温水基钻井液体 系发展概况 ， 国内外抗 高温 水基 钻井液评价 方法及评价 实验装置发展概况 ， 抗 高温钻 井液 流变性研 究、 高密度水基 钻井液流 变性， 抗 高温钻井 液技术面临的问题及抗高温钻 井液体 系发展方 向等 。 关键词 高温钻 井液 ； 水 基钻 井液； 钻井液添加剂 ； 评价 ； 超深井 ； 流 变性 ； 综述 中图分类号 T E 2 5 4 文献标识码 A 3 中国抗 高温水基钻井液技术发展概况 3 ． 1 处理 剂发 展概况 目前 中 国的抗高 温钻井 液处 理剂 可分 为天然 改 性高分子类 、 合成聚合物类 、 利用工业废料制备的处 理剂 及合成 树脂 类 。 3 ． 1 ． 1 天然 改性高 分子 类 天然高分子类处理剂材料来源广泛、 价格低廉 ， 如淀粉 、 腐植酸 、 纤维素等 ， 但是它们的抗温能力普 遍 不强 。因此 ， 为 了提高 产 品 的抗 温 、 抗 污染 能 力 ， 一 般将天然高分子类处理剂进行改性 、 接枝处理 ， 使 接 枝共 聚物在 2 1 世 纪初 得到 了迅速 发展 。 乔英杰等口 采用硝酸氧解褐煤提高产 品中腐 植 酸 的含 量 ， 再 磺 甲基 化 并 与腈 纶 废 丝 水解 后 的丙 烯 接 枝 共 聚得 到 降 滤 失 剂 S HK AI V。经 测试 ， 该 处 理剂 能抗 2 2 0℃的高 温 ， 并 能耐饱 和盐 水 ， 它 的抗 高温 、 降滤失作 用 优异 ， 而且 价 格 低廉 ， 因此该 产 品 比美 国 Ma e b a n公 司 的 R e s i n e x及 中 国近年 新研 制 的 S P NH 及 S P E等性能 优 良的助 剂 具 有 更 大 的市 场竞争 力 。 韩琳 等 利 黄 胞 胶 分 子 链 上 的 活 泼 基 团将 其 与 丙 烯 酰 胺 单 体 接 枝 共 聚 ， 得 到 了 新 型 处 理 剂 X G G。该 剂不 但 保 留 了 黄胞 胶 较 强 的增 黏 能力 和 抑制性 ， 而且提高了产品的抗温性能 ， 加有它的钻井 液在 1 6 0。 C仍 然具有 良好 的降 滤 失 性 。因 X GG 主 链 中引入 了 聚丙烯 酰 胺 等侧 链 ， 其 抑 制 性 得 到 了进 一 步增强 。 史俊等 。 针对 目前生产 的腐植 酸硅化产 品原 料受 限的缺点 ， 以腐植酸和硅化剂为原料， 合成 了硅 化腐植酸钠产品 G F N一 1 ， 该产品性能与有机硅腐植 酸 钾相 当 。经实验 测试 ， 将 GF N一 1加入基 浆配 成 的 钻井液在 1 8 0℃下热滚 1 6 h后仍然有 良好 的降滤 失 性 ， 高温高 压 滤 失 量 低 于 1 5 mI ， 能 满 足现 场 需 要 。该产品原料来源广 ， 生产工艺简单 ， 值得推广 。 王 中华 _ 2 。 采 用 丙 烯 酰 胺 AM 和 2 一 丙 烯 酰 胺 基一 2 一 甲基 丙磺 酸 AMP S 单 体 与木质 素磺 酸钙接 枝 共聚 ， 合成了一种木质素接枝共聚物钻井液降滤失 剂 ， 在合 成 中 AMP S的最优 加 量 为 2 O ， 木 质 素 磺 酸钙 的最优 加 量 为 5 O ～ 6 O 。得 到 的 接 枝 共 聚 物能抗 1 8 0。C的高 温 、 抗 盐 ， 且 具 有 较 强 的抗 钙 能 力 。 王松 -2 以木质 素磺 酸钙 为 主要 原 料 ， 通 过 甲醛 缩合 、 接枝共聚 、 金属络合及磺化处理等一系列改性 反 应 ， 在室 内制备 了新 型钻井 液 降黏 剂 P NK。室 内 评 价实 验及 现场应 用 结果表 明 ， P NK 的性 能优 于 国 内外 同类产 品 ， 是一种 能 显著降 低水 基钻 井液黏 度 、 切力 的新 降黏 剂 ， 具 有 较 强 的抗盐 污 染 能 力 和抑 制 性 ， 抗温 达 2 0 0℃。 第一作者简 介 朱 宽亮 ， 在读博 士研 究生， 1 9 6 7年生 ， 1 9 8 9年毕 业于大庆石油 学院钻 井工程专业 ， 现主要从 事钻 井技术研 究。地址 河北省唐 山市新华西道 1 2 8号钻采工艺研究院； 邮政编码 0 6 3 0 0 4 ； E ma i l z k l p e t r o c h i n a ． C 0 1 I ． C r l 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 6期 朱 宽亮等 抗 高温水基 钻 井液技 术研 究与 应 用现 状 及发展 趋势 I I 5 7 张敬 畅 叩以 风 化 煤 为 原 料 ， 采 用 一 种 新 型 磺 化 剂 对 羟基 苯磺 酸钠 ， 通 过一 种 新 工 艺 一 步 合 成 了纳米级磺化腐植酸 ， 其粒径 为 2 7 ． 6 6 n m， 其可用 作 高温 降黏 降滤 失 剂 。对 其 制备 工 艺 、 降 黏 与 降滤 失性 、 抗高温性和配伍性进行 了优选和考察 ， 得出的 最佳磺化工艺为 风化煤与对羟基苯磺 酸钠的质量 比为 1 1 ， 反 应 温度 为 1 0 0℃ ， 反应 时 间为 1 h 。该 新型磺化腐植 酸的降黏率 可达 5 3 ．5 ％， 抗温可 达 1 5 0。 C， 并具有 良好的降滤失性和配伍性 ， 当其加量 为 1 时 ， 与 0 ．0 1 5 四 甲基 溴 化铵 的复 配效 果 最 好 。采用 X RD、 I R、 T G、 T E M 等测试手段对产 品的 结 构性 能进行 了表 征 ， 与 其 它 方 法 获得 的磺 化 腐 植 酸 的 比较结 果表 明 ， 该 新 型 磺 化 腐 植 酸得 到 了更 深 度的磺化 ， 晶格化程度 高 ， 并且 有磺化 的特征峰 出 现 ， 综 合性 能更 优 。 目前 的 天 然 改 性 高 分 子 类 处 理 剂 一 般 只 能抗 1 8 0。C高温或者更低 ， 抗 2 0 0。 C以上的很少。 3． 1 ． 2利 用工 业废 料制 备 的处理 剂 樊 泽 霞[ 3 合 成 了抗 高 温 耐 盐 的 改 性 腈 纶 钻 井 液降滤失剂 KWY。其合成方法 为 将腈纶工业 下 脚料加碱水解 ， 再用 AMP S磺化 ， 然后 与甲醛 和聚 醚 多元 醇接 枝 、 交联 反应 ， 干燥 后得 到 产 品 。在 淡水 钻 井 液 中其 加 量 为 0 ． 4 时 就 可 以抗 1 8 0 C的 高 温 ， 在 盐 水 和海 水 中加 量 为 1 ． 5 时 可 以抗 1 6 0℃ 的高温 ， 并具有 良好的抑制性 。其作用机理为 腈纶 废 丝 的主要 成分 是 分 子 量 在 6万 左 右 的 聚丙 烯 腈 ， 碱化水解后 的聚丙烯腈分子虽然有很强 的负电性 ， 但分子量较小 ， 只能在黏土晶体的侧面发生吸附 ， 很 难接 近负 电性很 强 的 晶体 平 面 ， 不 可 能 全 方 位 地 堵 塞泥饼 中的毛 细孔 道 ， 而 且 水 解 聚 丙 烯 腈 分 子 的 水 化基 团为 羧基 ， 形 成 的水 化 膜 牢 固性 不 如 磺 酸 基 周 围 的水 化 膜 ， 而 KwY 的分 子 中含 有 水 化 能 力 较 强 的磺酸基 ， 分子量也高得多 ， 因此其包被性及堵塞毛 细管的效能提高， 降滤失性能得到 了很大程度地改 善 ； 而且进入 KWY分子 的聚醚多元醇本身也具有 抑制 岩屑 膨胀 分 散 的能 力 ， 也 使 KWY 具 有 了抑 制 岩 屑分散 的能 力 。 龙柱等 在造纸 废料 制浆黑 液 中， 加 入 丙烯 酸、 丙烯酰胺、 甲基 丙烯酸 甲酯等 ， 通过它们之 间行 反应 制得 改 性 碱 木 素 ， 然 后 将 改 性 碱 木 素 干 燥 ， 与 F e S O 2 H。 o复 配制得 一 种复 合 降黏剂 。该 降 黏剂 因不 含铬 ， 从 而排 除 了铬 对 环 境 的污 染 。性 能 测 试 结果 表 明 ， 该 降黏 剂抗 温能 力较 好 ， 并具 有较 强 的抗 钙 污染 能 力 。在 1 5 0 ℃下 ， 其 加 量 为 0 ． 8 时 的 降 黏效果较好 ， 但当温度超过 1 5 0℃后 ， 其降黏效果明 显降低 。在 同等条件下 ， 该 降黏剂 的降黏效果非常 接 近 F CL S。 徐征等 朝以磺化沥青为基础 ， 辅以表 面活性剂 和降滤失剂等 材料 ， 通过化 学处 理研制 出了 Z R 一 1 钻井液用降滤失润滑剂 。由于大多数润滑剂在使用 过 程 中容 易 出 现 起 泡 现 象 ， 因此 在 研 制 Z R 一 1的 过 程 中对 乳 化剂进 行 了优 选 ， 通 过 调 整 HL B 值 ， 达 到 了不起泡的效果。该产 品不仅能显著改善钻井液 的 润滑性 ， 使泥饼黏滞系数降低 5 0 以上 ， 而且其 降 滤失效果好 ， 能使高温高压滤失量 降低 2 O 以上 ； 该 产 品无毒 无 害 ， 不 污 染 环境 ， 储 存 、 运 输 和 使 用 均 方便安全。加入 1 的 Z R 一 1钻井液在J i I 渝地区一 口井 中应 用 ， 取 得 了较好 的效果 。 利用工业废料制备处理剂 ， 可 以实现废物再利 用 ， 缓解环境压力 ， 在一定程度上值得推广。 3． 1 ． 3合 成树 脂 类 2 1世纪 初 ， 两性 离 子酚醛 树 脂 的研 制成 功 是 树 脂类降滤失剂发展 的飞跃 。于培志等 ] 基 于酚醛 树脂合成及苯环上取代反应原理 ， 使低分子量 的线 性酚醛树脂先与二 甲胺盐酸盐 、 甲醛反应 ， 再与碘 甲 烷 反应 ， 制 得含 碘 化 亚 甲基 三 甲基 铵 盐 基 团 的 阳离 子 中间体 ； 使该树脂与羟甲基磺酸钠反应 ， 制得含磺 甲基 的 阴 离 子 中间体 ； 2种 中 间体 在 甲醛 存 在 下 缩 聚 ， 合 成 了水溶 性 的两 性 酚 醛 树 脂 。采 用 正 交 设 计 实 验方 法 ， 根据 合 成 物 的 阳离 子 含 量 、 阴离 子 含 量 、 黏土胶体化率 、 黏土膨胀率及 MMH 钻井液和盐水 浆 AP I 滤失 量 数据 ， 确定 了 2种 中 问体 和 两性 树 脂 的最佳 合 成 条 件 ， 得 到 的 两 性 酚 醛 树 脂 的 2 5 ～ 2 8 9 ／ 6 水溶 液 即 为正 电胶 钻 井 液 降滤 失剂 D S P 一 1 。 DS P 一 1主要 用作 正 电胶 钻 井 液 中 的 降 滤 失 剂 ， 能 抗 1 5 0。 C的高温 ， 且具有 良好的抑制性。 张高波等通过在酚醛树脂分子结构中引入季铵 基团， 研制出了两性磺化酚醛树脂 A S P 一 1 。 何 耀 春等 以三 氯 化磷 为 主要 原 料 ， 合 成 了膦 甲 基酚醛树脂 P MP 。P MP具有 良好 的降滤失作用 ， 当其加量为 1 ． 5 时可将 4 ． 0 膨润土浆的 AP I 滤 失量 降低 至 9 ． 8 mL， 而且 抗 温达 2 0 0℃。 3 ． 1 ． 4 人 工合成 聚 合物 类 AMP S单体 分子 结 构 中具 有 强 阴离 子 性 、 亲水 性的磺酸基和不饱 和的乙烯基双 键， 以其为基料 的 多元 聚合 物具 有 良好 的热 稳 定性 和抗 盐 能 力 ， 2 1世 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 钻 井液与 完 井 液 2 0 0 9年 1 1月 纪初的很多聚合物处理剂均采用 了此单体， 是其二 元或 多元共 聚物 。除此 之 外 ， 非 聚丙 烯 酸 类 的 聚合 物在 近几年 也有所 发展 。 樊泽霞 等。。 。 合成 出 了磺 化 苯 乙烯一 水 解 马来 酸 酐共 聚 物 降黏 剂 S S HMA， 其 合 成 方 法 为 以 甲苯 、 二 甲苯混合 物为溶 剂 ， 苯 乙烯 、 马来 酸酐 的物质 的量 比为 1 ． 0 ～1 ． 2 1 ． 0 ， 引发 剂 B P O 的用 量 为 0 ． 7 ～ 1 ． 2 ， 溶 液 的共 聚 温度为 9 5℃ ， 反应 时 间为 3 h ， 得 到 的 苯 乙 烯 马 来 酸 酐 共 聚 物 的 重 均 分 子 量 在 3 0 0 0 5 5 0 0范 围内， 其化学结构 由红外光谱得到 了证 实 。在 Na OH 存 在下 ， 该共 聚 物与 三 氧化 硫按 1 ． 0 1 ． O ～1 ． 2 的物质 的量 比在 5 0℃进 行磺 化 、 水 解反 应 1 h ， 生成 降黏 剂 S S HMA。该剂 具有 良好 的 耐 温 抗 盐 性 ， 能 用 于 深 井 超 深 井 中。加 入 0 ． 2 S S HMA使淡水 钻井液 的表观黏 度 由 7 5降 至 3 O mP a S以下 ； 加 入 0 ． 3 S S HMA 使 淡 水 钻 井 液 在 2 3 0℃老 化 1 6 h后 的表 观黏 度 由 6 4 mP a S 降 至 2 8 mP a S 以下 ， 降 黏率 大 于 5 6 ； 加 入 0 ． 4 S S HMA 使 1 5 盐水钻 井液 在 2 3 0℃下 老化 1 6 h后 的表 观 黏度 由 3 5 mP a S 降 至 1 8 mP a S以下 ， 降黏 率 大 于 4 8 。 黄进军 等 6 j 以丙 烯 酸 、 丙 烯 磺 酸 、 AMP S和 小 阳离子单体制得了丙烯酸／ 丙烯磺酸／ 2 一 甲基一 2 一 丙烯 酰胺基 丙磺 酸／ 小 阳离 子单体 共 聚物钻井 液 降黏剂 ， 代号 为 THI N。THI N 可 抗 2 2 0 ℃ 高 温 、 抗 盐 达 3 2 0 g ／ L， 抗 钙 按 C a C 1 。 计 达 1 ． 0 g ／ [ ， 在水 基黏 土 钻井液特别是高固相高密度钻井液 中， 其降黏效果 优于常用的降黏剂 X Y2 7和 F C I S 。T HI N可 以抗 2 2 0℃高 温 的原 因 为 THI N 分 子 的 主链 和侧 链 热 稳定性 高 ， 不易发 生高 温降解 ； THI N 分子 与黏 土 间 的吸附主要是静电吸附， 在高温下仍有足够的吸附 量； THI N 的水化基团主要是磺酸基 ， 在高温下仍有 很强 的水化 作用 。 杨 小华 等[ 3 利用 丙烯 酰胺 AM 、 AMP S 、 丙烯 酸 AA 、 2 - 羟 基一 3 一 甲基 丙 烯 酰 氧 丙 基 三 甲基 氯 化 铵 HMO P T A 等 单 体 ， 通 过 共 聚 得 到 一 种 新 型两 性 离 子 型 AM／ AMP S ／ AA／ HMOP TA 多 元 共 聚 物 。 由于分 子 中引入 了 阳离 子基 团 ， 该 共 聚 物 作 为 降滤失剂不仅具有较强的降滤失作用和抗温抗盐能 力， 且对膨润土的分散和泥页岩水化分散有较强的 抑制 能力 ， 表 现 出 良好 的综合 性 能 。由该 共 聚 物 配 的钻井液经在 1 5 0℃热滚后 ， 仍然具有 良好的降滤 失性 。 许 娟 等 阳 采 用氧 化 还 原 体 系 以 AMP S和 AM 单体 为基本 原料 ， 合 成 出 了一 种二 元 共 聚 物抗 高 温 降滤失剂 P AX。在 4 膨润土基浆中分别加入 同等 浓度的 P AX和 国外 新型抗 高温 聚合 物降滤 失剂 Ho s d r i l l V 4 7 0 6 ， 在 2 2 0。C老化 1 6 h ， 测定 老化 前后 的钻井 液 滤失性 能 。结 果表 明 ， P AX 比 Ho s d r i l l V 4 7 0 6具有更好 的降滤失性， 加入 P AX的钻井液在 老化 前后 的滤失 量 变化很 小 ， P AX 还具 有较 好 的抗 盐性 。 王松 9 j 以 AMP S 、 AM、 甲基 丙 烯 酰 胺 MAM 为原料， 合 成 了 AMP S ／ AM／ MAM 三元共 聚物降 滤失剂， 确定 了 AMP S 、 AM 和 MAM 的最佳质量 比为 4 5 1 。评价 实验 结果 表 明 ， 加入 0 ． 5 该 共聚 物 ， 可使基 浆 滤 失量 由 2 9 ． 0 mI 降 低 至 1 0 ． 0 mI ， 经 1 8 0℃热滚后 ， 钻 井 液滤 失 量 和表 观 黏 度 较 热滚 前变 化不 大 ， 证 明该 共 聚 物 能抗 1 8 0℃ 高温 。与 国 外产 品 P o l y d r i l l 的对 比结 果表 明 ， 2者 的抗 温能 力 、 降滤失能力和抗盐钙能力相当。 常连玉 。 。 为解决钻井液用 甲基糖苷加量大、 成 本较高、 使用时有起 泡现象而且泡沫稳定不容易除 去等问题 ， 在甲基糖苷中引入磺 甲基 ， 得到了磺 甲基 烷基糖苷 。经实验测试， 将磺 甲基烷基糖苷加入膨 润 土浆 中可 以降低 Z e t a电位 ， 增 强 聚结 稳定 性 。与 未改性的低碳烷基糖苷相比， 磺 甲基烷基糖苷的页 岩回收率更 高， 膨胀率小 ， 加量少， 且起泡 时问短。 将磺 甲基 烷基糖 苷加 入 4 膨 润 土 0 ． 2 P AC中 ， 在 1 8 0℃热 滚 1 6 h后 ， 钻 井 液性 能 变 化 小 ， 说 明磺 甲基 烷基 糖苷 的抗 温性能 好 ， 且 它能 提高 P AC的抗 温能 力 。 3 ． 2 钻井液体系的室内研究现状 在 2 1世 纪 初 ， 孙 金 声 利 用 抗 高 温 保 护 剂 G B H 等处理 剂配 制 出 了抗 2 4 0℃高 温 的 水基 钻 井 液 2 夏子街土2 G BH6 ％降滤失剂 G J 一 Ⅱ 6 S P NH十 4 ％封 堵 剂 GF D 重 晶 石／ 铁 矿 粉 ， 其 密度达 2 ． 3 g ／ c m。 。GB H 能提高褐煤树脂 S P NH 等降滤失剂的抗温能力， 在钻 井液 中具有协同增效 作用 ， 能 大幅度 提 高 钻 井 液 的抗 温 能 力 。该 钻井 液 在 2 4 0℃热 滚 1 6 h后 ， 高 温 高 压 滤 失 量 仅 为 9 ． 0 mL， 比热滚前低， 流变性也 比热滚前好 ， 能满足深井 高地层 压 力 下 的钻 井 要 求 。在 钻 井 液 密度 为 1 ． 4 0 g ／ c m。 时 ， 钻 井 液 抗 钻 屑 污 染 容 限 在 1 5 ％ 以 上 ， 且 有一定 的抑制性 能 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 6期 朱宽亮等 抗 高温水基钻井液技术研 究与应用现状及发展趋势 Ⅱ 5 9 王 松 。 等 以海泡 石配 基 浆 ， 选 用 现有 的抗 高 温 处 理 剂 ， 如 S _ 8 8 、 J HW一 1 、 S P NH、 L W 2 、 C MHP C、 DE S C O、 S P NH， 并 用重 晶石 调节 密 度 ， 用 J D B作 油 气层保护剂 ， 配制 的密度为 2 ． 1 0 g ／ c m。的钻井 液 ， 在 1 8 0℃下 热滚 2 4 h后 AP I 滤 失 量仅 为 8 ． 0 mL ， 高温高压滤失 量也 只有 1 3 ． 5 mI ； 动塑 比为 0 ． 4 2 P a ／ mP a S ， 满足平 板 型 层 流 的携 岩要 求 ； 能抗 2 0 的盐 、 3 的钙 ， 具有 较好 的保 护 油气 层效 果 ， 基本 满 足深 井 、 超 深井 钻井 要 求 。 丁彤伟 3 ] 选 用 抗 高 温 抗 盐 降 滤 失 剂 O C L J B 为主剂 ， 配制的抗高温钻井液配方为 3 膨润土 8 KCl 3 S PNH 1 ． 5 NH HPAN 3 ．5 0CI 一 J B3 ． 5 S DLC 一 1 0 0 0 ． 2 KP AM 2 润 滑剂 S D RH- 3 0 0 2 F T 一 1 3 QS 一 2 重 晶 石 。 O C L J B 是 在 磺 化 酚 醛 树 脂 缩 聚 过 程 中 引 入 AMP S 、 丙烯 酰胺 及 其 它 乙 烯 基 单 体 共 聚 物 而 制 得 的一 种新 型抗 高温 抗 盐 聚 磺 类 降 滤 失 剂 ， 其 抗 温 性 和抗 盐性 优 于 目前 常 用 的 聚 合 物 类 和 磺 化 类 处 理 剂 。该体 系经 在 2 1 0。 C高 温老化 后 ， 性 能稳 定 ， 流变 性 良好 ， 没 有 发生 高温 增稠 和胶 凝现 象 ， 高温 高压 滤 失量为 1 4 ． 4 mL。该体系也能抗盐、 抗钙 ， 具有一定 的抑制性 ， 泥饼摩阻系数为 0 ． 1 8 5 ， 表现出 良好 的润 滑性 。 赵俊 峰等 以硅 基 有 机 物 为 原 料 研 制 出 了有 机硅抗 高温降黏剂 OC L GNT及有机硅 降滤失剂 OC L GI T， 并 引入 以 AMP S为单 体 的 四元 共 聚 物 抗高 温抗 盐降 滤失 剂 ， 经过 配方 优化 和验 证 ， 研 制 出 了一种新型的有机硅抗高温体系 4 膨润土 6 OCL J B 4 OCL J A 2 OCI 一 GL T 0 ．5 OC L G NT重 晶石 。OC L GNT增加 了有 机 硅 的 甲基 含量 ， 提 高 了有机 硅化 学稳 定 性 ， 并 引 入 了抗高 温稳 定剂 和 磺 化 物 ， 进 一 步 提 升 了 其 高 温 稳 定 性 。 OC L GL T 由甲基含量高 的有机硅 与腐植酸接枝共 聚而成 ， 并加入了保护油气层的成分 ， 在降低滤失量 的同 时 ， 兼 有 降 黏 的作 用 。OC L J A 通 过 以 AMP S 为单体 ， 与丙烯酸、 丙烯酰胺、 乙烯基吡咯烷酮在一 定条件下接枝共聚 ， 并与腐植酸衍生物复配而成 ， 抗 温 可 以达 2 0 0℃ 以上 。该体 系经 过 1 8 0。 C高 温老 化 后 ， 仍然具有 良好的降滤失性 和流变性 ， 泥饼薄 ， 而 且 致 密 ， 可 以抗 5 9 ／ 6 评 价 土 、 4 Na C 1 和 2 C a S O 的污染 。 姚少全 等 朝研 制 出一种 有机盐 钻 井液 体 系。 该 钻井 液 由有机 盐 水 溶性 加重 剂 We i g h 2 、 We i g h 3 、 降滤 失 剂 Re d u l 、 R e d u 2 、 提 切剂 Vi s c o l 、 Vi s c o 2 、 无 荧光 仿 沥青 NF A一 2 5 、 包 被剂 I ND 1 0配 制 而 成 。其 中 I ND1 0是 专 门用 于 含 低 浓 度 有 机 盐 1 5 钻 井 液 的处 理 剂 。提 切 剂 Vi s c o l是 硅 酸盐 矿 物 的 改 性产品 ， 提切剂 Vi s c o 2是含磺酸基的聚合物经微交 联合成 的高分子化合物 。降滤失剂 Re d u l是 含磺 酸基 的乙烯基单体 、 乙烯基单体与纤维素等接枝共 聚 而 成 的 中小 分 子 量 聚 合 物 。降 滤 失 剂 Re d u 2是 含磺 酸 基 的 乙烯 基 单 体 、 乙烯 基 单 体 共 聚 而 成 的 中 小分子量聚合物 。包被剂 I ND1 0是乙烯基单体 、 含 磺酸基的乙烯基单体共聚而成的较高分子量的聚合 物 。 有 机盐 钻井 液 在抗 温方 面有 其独 特 的优 点 ① 2 种水 溶 性 加 重 剂 皆 含 有 大 量 的 X R C OO 有 机酸 根 阴离 子 ， 该 阴离子 含有 较 多 的还原 性基 团 ， 可 除掉钻井液 中的溶解氧 ， 使其 它常规水 中可降解的 处理 剂 不发 生 降解 反应 ， 有 效地保 护 了各 种处 理剂 ， 使其 可 在 2 0 0 ℃超 高 温度 下 稳定 发 挥 作 用 ； ② R e d u l 、 R e d u 2 、 Vi s c o l 、 Vi s c o 2在有 机盐 溶液 中均 可 以提 高抗 温能力 。有 机盐 钻 井液 的典 型 配方 为 H2 O 0 ． 3 Na 2 C O 。 1 0 高 岭 土 0 ． 6 Vi s c o 2 5 R e d u 2 1 0 0 Y oo We i g h 3 该 有机 盐钻 井 液 的密 度 为 1 ． 4 6 g ／ c m。 ， 高 温 高 压 滤 失 量 2 0 0 ℃ 为 1 8 ． 5 mI ， 页 岩 回 收 率 高 达 9 5 ． 3 ， 为提高密度也可以加入一定量的铁矿粉。 3 ． 3 钻井液流变性研究概况 3 ． 3 ． 1 新 型流 变模 式及 计 算方 法 目前 国 内外 常用范 氏黏度计 读 数进 行钻 井液 流 变参数 的计算 ， 在计算方法上往往采用 2个范 氏黏 度计 读 数 ， 俗称 “ 两 点法 ” 。此 方法 的优 点 是 简 便 易 用 ， 现场操作方便 。但是 由于只用了一个或几个范 氏黏度 计读 数 ， 往往 会 导致 误差 ， 而 且没 有充 分地 利 用 实验 数 据 ， 在 出现 异 常 点 的 情 况 下还 会 造 成 更 大 的误差 。根据美 国 AP I 标准 ， 在幂律模式下 ， 根据 高转速 和低转速的范氏黏度计读数分别进行钻杆内 和环空的 和 K 值的计算 ， 更加接近实际情况。 胡茂 焱 。 认 为 钻 井 液 常用 流变 模 式 有 宾 汉 塑 性模式 、 幂律模式 、 卡森模式和赫谢 尔一 巴尔克莱模 式 简 称 为赫一 巴 流 变 模 式 。这 4种 流 变 模 式 的水 力参数 ， 都可 以根据范氏黏度计读数进行参数计算 。 参 照 幂律 模式 ， 对 赫谢 尔一 巴尔克 莱 模 式也 采 用 了相 似的计算方法 ， 将钻杆 内和环空 内参数分 开计算。 宾汉模式和幂律模式在一定程度上能反映各 自流体 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 9年 1 1月 在 中、 高 剪切速 率下 的流 动规律 ， 但不 能反 映低 剪切 速 率下流 体 的流动 规 律 ， 而携 带 岩 屑 液 流 的 剪切 速 率 往往不 会很 高 ， 并 且 幂 律模 式 不 能 反 映钻 井液 具 有 静切力 的特 性 。大 量 数据 表 明 ， 大 多 数 钻 井液 往 往 更加符 合卡森 和赫一 巴流变模 式 ， 而卡森 流 变模 式 的流变参 数 意义不 是很 明确 ， 赫一 巴流变模 式 的 3个 参 数 r ， K， 他 不 但 能 较 好 地 反 映 钻 井 液 的 流 变 性 ， 而且 能较 好地 描 述钻 井 液 在 低 、 中、 高 剪 切 速率 下 的流变性 ， 适合 大多数 钻 井液 。赫一 巴流 变模 式 流 变方程 为 r r KT n ， 其计 算方 法为 r 一 0． 5 11 3 钻杆 内 一3 ． 3 2 1 g E 一 。 。 。 一 。 ] K一0 ． 5 1 1 3 。 。 一 ／ 5 1 P 环 空中 n 一3 ． 2 6 1 g 。 。 。 一 ／ 。 。 一 ] K一0 ． 5 1 l l 。 o 一 ／ 1 7 0 ． 2 P 用 回归模 型 r 1 f ， ， 其 中 ， r l l g r --m j ， r 一 l gK ， 一l g 7 通 过插值 可 以确 定 最 终 的 r ， 并 可 以 开 发 软 件 进 行 更精确 的计算 。 3 ． 3 ． 2 钻 井 液高温 流变性 目前研 究 钻井 液 体 系流 变性 的 习惯做 法 是 ， 测 量 钻井液 在地 面条 件 下 的流 变 性 ， 然 后 外推 到 井 下 情况。赵胜英等 通过实验得出 温度对钻井液 的 表观黏 度和塑 性 黏 度影 响 较 大 。随 着 温 度 的升 高 ， 抗 高温 高密度 水基钻 井 液的表 观黏度 和 塑性黏 度逐 渐降低 ， 两者 降低 的趋 势 较一 致 。抗 高 温 高 密 度钻 井 液在各 种温 度下 与 卡 森模 式 的吻 合 密切 性 好 ， 并 得 出 了表观 黏度和 塑性 黏度 随温度 变化 的一般 关 系 表 达式 如下 。 A T一 AV e xp aT 『 ] PV T一 P e x p c T 式 中 ， A ⋯ P 。 分别 为 常温下 的表 观黏 度 和 塑 性 黏度 ； “ 、 b 、 C 、 d为 待 定 常数 ， 当压 力 一 定 时 ， 只要 测 出 5 个 不 同温度 条 件 下 的流 变 性 数 据 ， 然 后运 用 回归方程 就 可得 出钻 井 液流变 参数 与温度 的函数关 系 ， 运用 此 函数可 以 预测 钻 井 液在 高温 条 件 下 的 流 变性 ， 再 应用 于现 场对钻 井液 流变性 进行 调控 。 3 ． 3 ． 3 高 密度钻 井液 流变性 1 刘永 福 。 认 为 加重 材 料 对 钻 井 液 流 变 性 有 如下影响。①加重材料的密度对高密度钻井液性能 有较 大影 响 ， 加重 剂 的 密度 决 定 高 密 度 钻井 液 固相 的体 积分数 ， 从 而影 响其 流 变性 。② 加重 剂 粒 度 影 响高密度钻井液的液相黏度和沉降稳定性 。以重晶 石 为例 ， 在 重 晶石 粉密 度一 定 的情况 下 ， 影 响钻井 液 沉降稳定性的因素主要为重晶石粒度分布和钻井液 液相黏度。重晶石粒度太粗则沉降速率大 ， 增加钻 井液稳 定性 的维 护 难 度 ， 太 细则 钻 井 液 流 动性 能 难 以调节 。③ 加重 材 料表 面改 性 及 活化 ， 改 善 了加 重 材料 动力 稳定性 和 高 密 度钻 井 液 流 变 性 能 ， 钻井 液 的低 剪切 黏度是 区分 钻井 液有 无沉 降现象 的一 个重 要参数 。 程启华等 参考国外 B ． J ． B r i s o e的观点得 出， 重 晶石 含 量也影 响钻 井液 流变 性 。在超 高密度 钻井 液 中 ， 重 晶石颗 粒不 仅参 与 了网状结 构 的形成 ， 还起 了重要的作用 。随着重晶石含量 的增加， 黏土与重 晶石颗粒之间的相互作用有 3种形式。①黏土凝胶 由于黏 土颗粒 表面 的静 电斥 力 而使 黏 土 颗 粒 分散 ， 颗粒 之 间 以端一 面 、 面 面 、 端一 端等 多种形 式形 成 网状 凝胶 结构 。② 重 晶石 的体积 分 数 小 于 1 5 时 ， 重 晶 石粒 子插 入黏 土颗 粒 的 网状结 构 ， 一 定程 度 上 影 响 网状结构的形成 ， 引起动切力下降。③重晶石 的体 积分数 大 于 1 5 时 ， 重 晶石 粒 子 相互 靠 近 ， 参 与 形 成 网状 结构 ， 增强 体 系的凝 胶强度 ， 造 成体 系的动 切 力 、 塑性 黏度 急剧 增加 。 2 膨润 土对钻 井液 性能 的影 响 。钻井液 流变 性 的调整 与控 制是 高密 度钻井 液 的技术 难点 。尽 管表 面改性和活化改善了加重材料沉降问题 ， 但 仍需要 膨润土和分散剂为体系提供结构强度 。膨润土含量 过高 时 ， 深 井高 温 、 高 p H 值 条件 会促 进 膨润 土水 化 分散 ， 造成 黏度 、 切 力增 大 ， 从 而 使 钻 井 液 失 去流 动 性 ； 膨 润土 含量 过低 ， 处理剂 中的高价 阳离 子在 深井 高温 条件下 会挤 压 膨 润 土颗 粒 表 面 的扩 散 双 电层 ， 造成 膨润 土高温 聚集 ， 削 弱钻井 液 的凝胶 强度 ， 破 坏 高密 度钻 井液 的沉 降 稳 定性 ， 促 进 加 重 材 料 沉 降甚 至导致复杂事故 。在极高固相条件下膨润土存在高 温增 稠及 减稠 的双 重 危 险 ， 影 响 高 密度 钻 井 液 的流 变性和沉降稳定性 ， 合理膨润土含量 的确定是控制 高密度 钻 井 液性 能 的核 心 。胡 德 云[ 通 过 实 验 研 究得 出 以重 晶石 加重 到 密度为 2 ． 9 3 g ／ c m。 左 右 的 钻井 液 中 ， 膨 润 土 含量 低 于 l O ． 4 g ／ [ 时 ， 钻 井 液 的 沉 降稳定 性得 不到保 证 ； 膨润 土 含 量高 于 1 5 ． 4 g ／ L 时 ， 体 系开 始高 温增 稠 。 3 各类处理剂对高密度钻井液性能的影响。程 启华 认 为要 降 低 重 晶石 对 高 密 度 钻井 液 流 变性 的影 响 ， 改变 重 晶石 表 面 结构 的处 理 剂 必须 具 有 2 个 条件 。① 处理 剂 中必 须含 有 足够 的三价 以上 高价 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6 卷 第 6 期 朱宽亮等 抗 高温水基钻 井液技术研究与应用现状及发展趋势 Ⅱ 6 1 金 属离 子 ； ②必 须是 低分 子量 的 聚 阴离子 聚合 物 ， 它 通 过高 价金 属离 子在 重 晶石 表 面的 吸附形 成 聚合 物 膜 ， 可 以减 小 固一 固之 间的摩 擦 力 。超 高 密度 钻 井 液 固相含 量高 ， 因此必 须加 入足 够 的主处 理 剂 ， 才能 保 证 重 晶石颗 粒 吸附 足 够 的 处 理剂 ，