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森瑞石油centrealoil资讯】高温高密度钻井液研究与难点分析

一、 高温高密度钻井液技术难点


1 高密度对钻井液性能影响

超高密度钻井液由于固相含量高,导致钻井液增稠,粘切上升,内摩擦大,流变性不易控制等难题,给钻井施工带来困难。超高密度钻井液技术难点是流变性控制问题,主要有以下原因:

⑴ 高固相含量带来的粘度高

超高密度钻井液固相含量高,体系中自由水含量低,导致钻井液固相容量低。其主要矛盾是高固相与流动性之间的问题。

⑵ 活性固相颗粒分散带来的粘度高

重晶石中存在劣质固相或者在钻进过程中大量钻屑侵入钻井液,钻屑颗粒的粘度效应使钻井液性能发生变化,钻井液增稠,粘切急剧上升,流变性变差。

⑶ 固相颗粒间相互作用产生的粘度高

由于超高密度钻井液中固相含量较高,固相颗粒之间的内摩擦大,容易导致钻井液增稠、润滑性变差,钻井过程中容易出现摩阻大、粘卡等井下复杂。

⑷ 抗污染性能差

由于高固相使钻井液中处理剂加量较少,导致钻井液抗污染能力、抗温能力差。在钻进过程中,特别在高温条件下,盐膏、盐水等侵入钻井液后,滤失量增大,泥饼质量差,流变性失去控制,容易造成井下事故。

2 高温对钻井液性能影响

随着温度的增加,钻井液的各种性能都会随之而发生改变。高温对钻井液性能的破坏主要表现在:高温恶化钻井液的流变性和增加滤失量、影响钻井液热稳定性、降低钻井液pH值、增加处理剂的用量。高温对钻井液的影响原因主要有以下几个方面:

⑴ 高温对粘土的影响

① 粘土的高温分散作用

影响高温分散作用与粘土种类、温度及作用时间、pH值、抑制剂等有关。高温分散作用使钻井液中粘土颗粒浓度增加,易使钻井液高温增稠,这种影响是不可逆和不可恢复的。

② 粘土的高温聚结作用

粘土颗粒高温聚结增大了泥饼的渗透率,使泥饼质量降低,增加钻井液滤失量。高温聚结作用与粘土表面的水化能力、温度的高低、电解质浓度与种类、处理剂用量等有关。

③ 钻井液中粘土颗粒的高温钝化

高温钝化后粘土颗粒的表面活性降低,表现为钻井液粘度增加,动切力和静切力却增加不多,有时甚至下降。在钻井液中表现为:高温减稠、高温固化两个方面。

⑵ 高温对钻井液处理剂的影响

① 高温降解

钻井液处理剂高温降解包括高分子主链断裂,亲水基团与主链断裂两个方面。高温降解与处理剂的分子结构、温度的高低及作用时间的长短、pH值及矿化条件等有关。

② 高温交联

高温交联是处理剂分子中的各种不饱和键或活性基团在高温作用下互相联结导致分子量增大。若交联过度,处理剂完全失效,钻井液完全破坏,滤失量猛增;若交联适当,则大大有利于钻井液性能,高温交联实际上可以抵消高温降解作用。

⑶ 高温对钻井液中粘土颗粒和处理剂相互作用的影响

① 处理剂分子在粘土表面的高温解吸附

高温下由于处理剂大量解吸使粘土大量或全部失去处理剂的保护而使粘土的高温分散、聚结、钝化等作用无阻碍地发生,从而严重影响钻井液的热稳定性。

② 高温对处理剂的去水化作用

高温下,由于粘土颗粒水化膜减薄,而促进了高温聚结作用,使钻井液滤失量上升,流变性变坏。影响高温去水化的因素与温度、亲水基团本性、电解质浓度、pH等有关。

3 高温高密度钻井液技术难点

高密度钻井液由于固相含量高,流变性难以控制。高温会导致钻井液出现流变性变差、滤失量增大、热稳定性变差等多方面的问题。高温高密度钻井液兼有高密度、高温两方面的问题,所以在钻井液性能控制方面存在更多技术难题,主要技术难点如下:

⑴ 流变性控制难

① 高温条件下,钻井液中的粘土颗粒高温分散导致钻井液增稠,室内实验和现场经验均表明,当粘土含量大到某一数值时,钻井液在高温下会丧失流动性。

② 高密度钻井液固相含量高,当劣质固相特别是亚微米颗粒进入钻井液,会导致钻井液流变性难以控制。

③ 高温高密度钻井液的抗盐、钙能力在高温作用下已明显降低,当遇到盐、钙污染后,钻井液流变性难以维持,由于固相含量较高,加大处理剂浓度又会给流变性的控制带来难度,钻井液的维护变得更加频繁。

⑵ 流变性与高温高压滤失量难以同时兼顾

高密度钻井液中,中压滤失量并不能模拟钻井液在井下高温高压情况下的滤失量,由于固相含量较高,较少的滤失量就可能形成较厚的泥饼,从而降低滤失量。所以高温高密度钻井液的滤失量应该用高温高压滤失量来评价。

高温条件下,处理剂断链分解加快,特别是聚合物类处理剂,这会导致钻井液滤失量增大,需要频繁维护,要降低滤失量就必须加大处理剂加量,这又给高密度钻井液带来流变性控制难题。

⑶ 适用于高温高密度钻井液处理剂少

目前国内针对高温高密度钻井液研发的处理剂较少,高温高密度决定了处理剂必须抗高温且在能有效降低钻井液滤失量的同时,尽可能小的增加钻井液的粘度。

⑷ 适用于超高密度钻井液加重材料选择困难

当密度高于2.50g/cm3后,选择合适的加重材料非常困难,加重材料密度越大,越有利于改善钻井液的流动性。目前市场供应的加重材料难以满足现场需要。


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