試驗材料的優化

7.4.1造漿材料的優化

粘土是鉆井液的基質材料，又稱造漿材料。它的主要作用是：增粘、增屑，提高井眼凈化能力；形成低密度滲透的致密泥餅，降低濾失量；對於膠結較差的地層，可提高井眼的穩定性；防止井漏。

造漿材料的好壞直接影響鉆井液的性能。不同的生產廠家，由於其膨潤土礦石來源不同，加工方法不同，從而導致膨潤土的耐溫性能有很大差異。特別是目前很多膨潤土雖然性能達到了國家標準，但由於添加了泥漿處理劑，所以這類產品高溫後性能會明顯變差，不能滿足高溫鉆井液的配制要求。

項目研究過程中，我們分別選取了山東、內蒙古的鈉基膨潤土、基準鈉基膨潤土和國內較好的海泡石粘土做了對比試驗，對比結果見表7.2.

表7.2 四種泥漿粘土性能對比壹覽表

續

從表7.2可以看出，選用海泡石粘土造漿能力差，全濾；山東的泥漿處理劑高溫後性能會明顯變差，不能滿足高溫鉆井液的配制要求。全濾失；山東膨潤土和內蒙古膨潤土，當溫度超過150℃時，表觀粘度和動態剪切力明顯下降，濾失量明顯增加，說明其耐溫極限不超過180℃；基準鈉基膨潤土泥漿粘度和剪切力隨溫度的升高而增大，濾失量相對穩定，能滿足高溫鉆井液的要求。因此，配方試驗選用基準鈉基膨潤土。

表 7.3 顯示，膨潤土經過高溫老化後，高溫條件下的流變性能變化很大。進壹步試驗表明，不同膨潤土添加量下，變化幅度相差很大，圖7.1、圖7.2給出了不同膨潤土添加量條件下鉆井液流變性和濾失變化曲線。從圖7.1、圖7.2可以看出，隨著膨潤土添加量的增加，其濾失明顯降低；但是，當膨潤土添加量大於5%時，隨著溫度的升高，其流變性發生劇烈變化，這種變化不利於泥漿流變性的控制；然而，添加量小於4%時，也不利於濾失的控制。因此，要達到較好的調溫效果，選擇適量的膨潤土非常重要，配方試驗中膨潤土的添加量選擇 4%。

表 7.3 4%鈉基膨潤土高溫流變曲線

圖 7.1 不同膨潤土用量的流變變化曲線

圖 7.2 不同膨潤土用量的濾失變化曲線

7.4.2 泥漿處理劑優選

泥漿處理劑的抗溫能力在很大程度上決定了鉆井液的抗溫能力水平。泥漿處理劑的抗溫能力越高，鉆井液的抗溫能力也就越高。由於生產廠家保密等原因，很多處理劑的成分不是很明確，不能簡單地根據產品的分子結構等理論進行篩選。因此，項目組收集了大量國內外不同廠家的產品（包括同類產品）進行對比和篩選。

試驗配方：4%鈉基土壤+3%處理劑，調節pH值至8～10；

試驗溫度分別為：90℃、120℃、150℃、180℃、210℃和240℃。

通過試驗選取的這11種產品如下：

1）磺甲基酚醛樹脂（SMP）：常用的高溫降濾失劑，其作用機理可與高溫低分子類有機處理劑相當，主要通過改善泥餅質量和增加濾液粘度來實現。

2）GCL-1：丙烯酸、丙烯酰胺接枝**** 高分子聚合物與磺化腐植酸衍生物復配而成，使用溫度為 250℃，具有良好的失水效果和調節泥流形態的作用。

3）SN 樹脂：由改性腐植酸和有機小分子接枝而成，具有良好的耐溫性和降濾失性能，能有效改善泥餅質量和調節鉆井液流變性，常用於深井鉆井液。

4）KJAN：高溫降濾失劑，具有無粘、耐高溫、無毒等優異性能。

5）SMC：褐煤腐植酸的衍生物，又稱磺化腐植酸，是褐煤堿化、磺化後與鉻鹽交聯而成，是淡水鉆井液的降粘劑和濾失劑，能耐高溫 200 至 220°C。可用於深井鉆井液中降低粘度和控制濾失量，可用於深井鉆井液中控制濾失量。

6）褐煤樹脂 SPNH：是壹種耐溫耐鹽的鉆井液降濾失劑，由磺化酚醛樹脂和磺化褐煤組成。褐煤樹脂 SPNH 通過在苯環單元中引入磺酸基團，使苯環與碳原子相連接，從而達到耐高溫的目的。又因為在苯羥基的鄰近位置引入了磺酸鈉基團--SO3Na，水合作用強，與水的結合能高，從而解決了其水溶性，決定了其耐鹽性、耐鈣性、降低高溫高壓失水量的減水效果。

7）黑色樹脂：成分不明。

8）水解聚丙烯腈銨鹽：分子量較低的降濾失劑，高溫條件下降濾失效果較好，粘度隨溫度變化相對穩定。

9）水解聚丙烯腈鈉鹽：分子量較低的降濾失劑，高溫條件下降濾失效果較好，粘度隨溫度變化相對穩定。

10）國外高溫處理劑（DDP）：成分不明。

11）GCL-2：高溫降濾損劑。

上述泥漿材料的性能見表 7.4

表 7.4 高溫處理劑耐溫性能壹覽表

續

7.4.3 高溫保護劑GBHJ（或高溫穩定劑）

在鉆井液中加入保護劑是保持鉆井液高溫穩定的關鍵，其主要原理如下：壹是抑制（或防止）泥漿處理劑在高溫下的降解和分解；二是橡膠保護作用。

表 7.5 和表 7.6 顯示了添加高溫保護劑前後淡水泥漿和鹽水泥漿性能的變化。

表 7.5 淡水鉆井液泥漿中添加 GBHJ 前後鉆井液性能對比