鉆井液抗高溫技術(shù)研究

張華

【摘要】鉆井液抗高溫技術(shù)是石油鉆井的一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。本文從高溫對(duì)鉆井液性能的影響出發(fā)，分析了抗高溫處理劑的構(gòu)成，重點(diǎn)探討了處理劑的優(yōu)選與評(píng)價(jià)，最后對(duì)鉆井液抗高溫技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】深井 超深井 抗高溫鉆井液

1 高溫對(duì)鉆井液性能的影響

深井、超深井鉆井液技術(shù)的主要難點(diǎn)是井底的溫度非常高，鉆井周期非常長(zhǎng)；鉆井過(guò)程中流變性是非常難以控制的；同時(shí)鉆井液容易污染，密度也比較高；在鉆井中容易發(fā)生卡鉆等復(fù)雜事故。高溫對(duì)鉆井液性能的影響表現(xiàn)在高溫惡化鉆并液性能；影響鉆井液的熱穩(wěn)定性；降低鉆并液的pH值；增加鉆并液處理劑的耗量。

2 抗高溫處理劑的構(gòu)成

要想搞清楚抗高溫處理劑的構(gòu)成，首先得搞清楚抗高溫處理劑的作用。其作用主要在于兩個(gè)方面，第一，使鉆井液擁有良好的熱穩(wěn)定性；第二，保證鉆井液在高壓高溫下性能良好。實(shí)現(xiàn)這兩方面作用的過(guò)程是，鉆井液通過(guò)吸附水化作用，以此來(lái)有效的增大顆粒表面的水化膜厚度和提高顆粒的正電位。通過(guò)這樣的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定性和高溫高壓下的良好性能。本文從抗高溫降粘劑，抗高溫降濾失劑，抗高溫處理劑的分子結(jié)構(gòu)特征三個(gè)方面介紹了抗高溫處理劑的構(gòu)成。2.1 抗高溫降粘劑

鉆井液的抗高溫降粘劑必須起到降粘作用，只有起到了降粘作用，才能有效的抑制粘土高溫分散，才能吸附于粘土端面，拆散或阻止網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成。而要想讓抗高溫降粘劑達(dá)到有效的降粘作用，目前來(lái)看最有效的辦法就是將高價(jià)離子與降粘劑絡(luò)合，形成絡(luò)合物。實(shí)踐證明，通過(guò)降粘劑和高階離子的絡(luò)合，可以有效的提升抗高溫降粘劑的降粘效果，是非常有效也是目前普遍使用的一種有效措施。

2.2 抗高溫降濾失劑

濾液粘度和濾餅質(zhì)量是影響鉆井液濾失量的關(guān)鍵因素。所以，要想控制濾失要從濾液粘度和濾餅質(zhì)量?jī)煞矫嫦率?。其途徑也就是以下兩點(diǎn)：第一，提高濾餅的質(zhì)量；第二，提升濾液粘度。對(duì)于深井來(lái)說(shuō)，要想控制濾失效果，提升濾液粘度意義不大，這是因?yàn)?，高溫降低了其粘度，所以要選擇提高濾餅質(zhì)量的該方式，通過(guò)提高濾餅質(zhì)量，泥餅的可壓縮性就會(huì)相對(duì)增強(qiáng)，現(xiàn)實(shí)意義巨大。要想在深井中改善濾餅質(zhì)量，必須保證鉆井液中有合理的粒子級(jí)配關(guān)系和粒子的水化膜厚度。這樣，通過(guò)保證粒子的水化膜厚度和粒子級(jí)配關(guān)系，來(lái)改善濾餅質(zhì)量，從而控制濾失。這是抗高溫降濾失劑控制濾失的有效途徑。

2.3 抗高溫處理劑的分子結(jié)構(gòu)特征

抗高溫處理劑分子結(jié)構(gòu)要具備以下幾個(gè)特征：避免醚鍵和酯鍵存在；引入高價(jià)金屬陽(yáng)離子；選用親水性強(qiáng)的離子基以及親水基團(tuán)的親水性盡量不受pH值的影響。

2.3.1 避免醚鍵和酯鍵存在

如果分子中存在醚鍵（易氧化）和酯鍵（易水解），就會(huì)直接影響熱穩(wěn)定性。所以在處理劑中分子主鍵的連接鍵以及“C-N”等鍵中，要避免醚鍵（易氧化）和酯鍵（易水解）。

2.3.2 引入高價(jià)金屬陽(yáng)離子

引入高階金屬陽(yáng)離子（主要包括Zr4+、Cr3+以及Fe3+等）可以有效的增強(qiáng)處理劑對(duì)粘土的吸附能力，因此，必須在處理劑中引入這些高階金屬陽(yáng)離子。這樣引入了高階金屬陽(yáng)離子，可以讓這些離子作為吸附基，以此和有機(jī)處理劑形成絡(luò)合物，來(lái)增加對(duì)粘土的吸附能力。另外，它的引入可以有效抑制處理劑分子的熱降解和抑制粘土顆粒的高溫分散。

2.3.3 選用親水性強(qiáng)的離子基

親水性強(qiáng)的離子基（主要包括羧基、磺酸基以及磺甲基等）可以有效的減輕高溫去水化作用，增強(qiáng)鉆井液的熱穩(wěn)定性。由于這個(gè)機(jī)理的存在，所以我們經(jīng)常在丹寧、褐煤和酚醛樹脂分子上引入磺甲基。

2.3.4 親水基團(tuán)的親水性盡量不受pH值的影響

要想讓處理劑在較低pH值情況下發(fā)揮效果，則必須規(guī)定親水基團(tuán)的親水性盡量不受pH值的影響。另外，帶有磺酸基的處理劑可以較好的滿足要求。

3 處理劑的優(yōu)選與評(píng)價(jià)

分析處理劑的優(yōu)化與評(píng)價(jià)問(wèn)題，可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行探討：抗高溫水基鉆井液體系的處理劑以及高溫、高密度水基鉆井液的性能。

3.1 抗高溫水基鉆井液體系的處理劑

分析抗高溫水基鉆井液體系的處理劑，從以下幾個(gè)方面講解：高溫保護(hù)劑GBH；降濾失劑GJL—Ⅰ、GJL—Ⅱ；防塌封堵劑GFD。

3.1.1 高溫保護(hù)劑GBH

高溫保護(hù)劑GBH是一種磺化多元共聚物，具有好的抗溫性能，另外還具有護(hù)膠作用；同時(shí)還可以改善鉆井液的流變性能和HTHP濾失性能；具有一定的頁(yè)巖水化膨脹的作用，可穩(wěn)定井眼。

3.1.2 降濾失劑GJL—Ⅰ、GJL—Ⅱ

在高溫高壓條件下，單一的降濾失劑很難滿足鉆井工藝要求，只有采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的高溫降濾失劑才能互相促進(jìn)完善，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。降濾失劑GJL—Ⅰ、GJL—Ⅱ抗溫性能好降濾失能力非常強(qiáng)。

3.1.3 防塌封堵劑GFD

防塌封堵劑GFD具有良好的抑制頁(yè)巖水化膨脹的作用，可以有效改善泥餅質(zhì)量，降低泥餅的滲透性、摩阻系數(shù)和HTHP濾失量。3.2 高溫、高密度水基鉆井液的性能

從配方的確定，高溫、高密度鉆井液抗溫性能來(lái)分析了高溫、高密度水基鉆井液的性能。

3.2.1 配方的確定

通過(guò)室內(nèi)系列配方的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，最終確定基本配方為：2%夏子街土+2%保護(hù)劑GBH+6%降濾失劑GJL-Ⅱ+4%GJ-ⅠL+4%封堵劑GFD+重晶石。

3.2.2 高溫、高密度鉆井液抗溫性能

高密度鉆井液經(jīng)高溫老化后AV、PV均比老化前降低，老化溫度對(duì)AV、PV影響不明顯；密度增加AV、PV增大。老化后鉆井液的流變性能與高溫高壓濾失性能都有所改善，這是由于高溫保護(hù)劑在高溫下發(fā)揮作用。

4 總結(jié)

總之，在深井高溫鉆井液性能維護(hù)方面，采用鉆井液配方進(jìn)行鉆井液處理劑等濃度維護(hù)和處理，有利于鉆井液性能的穩(wěn)定和鉆井液處理劑量及比例的控制。在以后的研究中，要加大鉆井液抗高溫技術(shù)的研究力度，以此來(lái)提高鉆井施工工藝技術(shù)。