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鉆井液配方研究的理論基礎

鉆井液抗溫所能達到的高度首先與造漿材料及泥漿處理劑的抗溫高度有關,其次與泥漿材料加量、泥漿處理劑之間的配伍性等因素有關。因此合理選擇泥漿處理劑、充分利用處理劑之間的配伍效應、有效抑制泥漿處理劑的氧化分解,才能得到抗溫效果最佳的鉆井液配方。

7.2.1 抗高溫處理劑作用機理

7.2.1.1 抗高溫稀釋劑作用機理

鉆井液高溫後的明顯增稠和膠凝都與黏土粒子的高溫水化作用密切相關的。因此,要求抗高溫稀釋劑在有效抑制黏土高溫分散的前提下,能吸附於黏土端面,拆散或阻止網狀結構的形成,起到稀釋作用。解決這壹問題行之有效的方法是將高價陽離子與稀釋劑配合,形成配合物。

7.2.1.2 抗高溫降濾失劑作用機理

控制濾失通常有兩條途徑,壹是增加液相黏度,二是改善泥餅質量,降低泥餅滲透性。對於深井、超深井,由於高溫使液相黏度降低,降濾失效果不大,而改善泥餅質量、增加泥餅可壓縮性,具有更好的效果。保證泥餅質量的關鍵是在高溫下保證鉆井液中有合理的粒子級配關系。為此,要求降濾失劑在各種溫度下,都能有效吸附於黏土表面,帶來足夠的水化膜和提高黏土粒子的ζ電位,保證鉆井液中黏土粒子的膠體比例、泥餅的致密性及可壓縮性,進而降低高溫高壓濾失量。

7.2.1.3 抗高溫處理劑分子結構特征

基於上述高溫對鉆井液中黏土和處理劑及鉆井液性能變化的作用機理分析,抗高溫處理劑的分子結構應具備以下特征要求:

1)為了提高熱穩定性,處理劑分子主鏈的連接鍵及主鏈與親水基團的連接鍵應為“C—C”“C—N”和“C—S”等鍵,應盡量避免分子中有易氧化的醚鍵和易水解的酯鍵。

2)為使處理劑在高溫下對黏土表面有較強的吸附能力,常在處理劑分子中引入Cr3+、Fe3+ 等高價金屬陽離子,使之與有機處理劑形成配合物,如鉻-腐殖酸鈉和鐵鉻鹽等。其目的是用這些高價金屬陽離子作為吸附基,它們在帶負電荷的黏土表面上可發生牢固而受溫度影響較小的靜電吸附。與此同時,高價金屬陽離子的引入對抑制黏土顆粒的高溫分散也會起相當大的作用。

(3)為盡量減輕高溫去水化作用,處理劑分子中的主要水化基團應選用親水性強的離子基,如磺酸基(—SO3-)、磺甲基(—CH2SO3-)和羧基(—COO-)等,以保證處理劑吸附在黏土顆粒表面後能形成較厚的水化膜,使鉆井液具有較強的熱穩定性。

(4)為使處理劑在較低pH值情況下也能充分發揮其作用效果,要求其親水基團的親水性盡量不受pH值的影響,相比之下,帶有磺酸基的處理劑可以較好地滿足這壹要求。

7.2.2 合理利用泥漿處理劑之間的高溫交聯作用

高溫對泥漿處理劑與泥漿處理劑之間的影響,就是處理劑之間的高溫交聯。處理劑之間適當的交聯,可以保持或提高處理劑的作用效果。在處理劑組分未知的情況下,配方優化試驗是考察處理劑配伍性的重要手段。

7.2.3 預防高溫高壓條件下泥漿處理劑的降解和分解

采用抗氧化劑預防泥漿處理劑的高溫降解和分解,提高泥漿處理劑的分解溫度。因此高溫鉆井液配方試驗中,高溫穩定劑(或保護劑)是必不可少的。

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