【正文】 使用離心機清除有害固相，因此每夭須使用2~3h的離心機，防止鉆井液“膠蠟燭”而導致粘附卡鉆。（7）增強體系的潤滑性在保證高密度水基鉆井液體系有良好失水造壁性、抑制性時，應保留有適量的微細顆粒（如坂土、鉆屑、加重材料等），作為固體潤滑劑，在摩擦面間形成固體潤滑膜降低摩擦面間的阻力。目前較有希望的技術方向：（1）不影響鉆井液密度而大量減少重晶石用量，鉆井液加重不完全依靠重晶石，可以混合其他密度更高的加重劑。鉆井液的濾失與造壁性是鉆井液的重要價能，它對松散、破碎和遇水失穩(wěn)地層(如水化膨脹性地層)的井壁穩(wěn)定起十分重要的影響。水，作為水基鉆井液的分散介質、在鉆井液中以三種形態(tài)存在，即化學結合水、吸附水和白由水。由于不同井位和層位，巖石的孔隙度和滲透率是不同的，因此，同一種組成具有相同性能的鉆井液．在不同巖層的濾失量是不同的，在井壁上形成的泥餅厚度也是不一樣的。顯然，內泥餅的質量參數(shù)顯著影響著外泥餅上的失水量。鉆井液的濾失規(guī)律與地下流體通過地層的滲透規(guī)律相近。鉆井液的實際濾失過程與公式推導的前提是有出入的，實際上泥餅是不斷增厚的，且大多數(shù)泥餅是可壓縮的，滲透率也是變化的。 （39）實際上，測量靜濾失的過程是由兩個濾失階段組成的，即從無泥餅到開始形成泥餅的瞬時濾失階段和泥餅不斷增厚的靜濾失階段。在深井和對濾失量要求嚴格的井段鉆進前，最好進行高壓差濾失實驗，這對正確選擇配漿粘土和處理劑方案是有意義的。表31 各種溫度水的粘度 當鉆井液溫度從20℃升至80℃時，若其它因素不變，因溫度升高，濾液粘度減小而使鉆井液速濾失量增大1．68倍。也就是說鉆井液中的因相含量愈高，泥餅中的固相愈小，則鉆井液的濾失量愈小?？梢酝ㄟ^改善泥餅的質量(滲透性和抗剪強度)、確定適當?shù)你@井液密度以減少液柱壓差、提高濾液粘度、縮短鉆井液的浸泡時間、控制鉆井液返速和流態(tài)(形成平板型層流)等方法來減少鉆井液的濾失量，并形成薄而韌的泥餅。(3)加入CMC或其它聚合物以保護粘土顆粒，阻止其聚結，從而有利于提高分散度。(3)開發(fā)對環(huán)境無污染或污染小，抗高價離子及抗溫能力強，能適用海上鉆井和深井鉆探的處理劑。本章將從高密度鉆井液加重劑、處理劑兩個方面出發(fā)探討改善高密度鉆井液技術難點的對策。含這種加重劑的泥漿能冷卻鉆頭、加固井壁、控制原油和天然氣的壓力，從而穩(wěn)定油氣產量，防止井噴事故。硫化氫在井底與赤鐵礦反應生成硫化鐵，鉆井液將變黑，顏色的變化可以預報硫化氫的存在和溢出。研究分析重晶石發(fā)生沉淀的原因, 根本上是因懸浮這么多數(shù)量的重晶石時, 要求泥漿應具有足夠強的結構力, 即應具有較高的動切力和靜切力。通過加入經過活化的重晶石，可以明顯的發(fā)現(xiàn)加入活化重晶石的鉆井液與普通加重的鉆井液有如下特點?？扇苄约又貏┑乃枷刖褪?，在鉆井液基液中溶解可溶性物質比如甲酸鹽等，從而提高鉆井液的密度，這樣既提高了鉆井液密度，同時還不會帶入固相含量。高密度鉆井液的應用主要是解決高壓地層平衡地層壓力的作用，由于高壓地層的出現(xiàn)通常是伴隨這諸如高溫等的其他復雜情況，所以高密度鉆井液的處理劑必定要求規(guī)格高于普通處理劑。自由水含量的減少會導致潤滑性降低增加對套管鉆頭的磨損，降低設備的使用時間?？傊?，該處理劑有自動“尋敵”（粘土、鉆屑、加重劑、網狀結構及其強度、動力穩(wěn)定性等）并解決問題的本領。10）特效處理劑：利用該處理劑在井下條件下，自動與粘土、鉆屑作用，并能趕脫粘土、鉆屑顆粒表面上粘結水以外的水（部分取向水和非取向水），使它們變?yōu)闇囟?、水惰性的固體粒子。4）多功能處理劑：首先它具備雙向包被抑制劑的功能（包被抑制粘土），其次又能包裹加重材料，利用其粘彈性潤滑作用減小加重劑顆粒間的粘滯力，降低粘度效應。除了高溫的影響外，高密度鉆井液由于固相含量很高的原因，還在粘度效應、潤滑性、沉降性方面存在問題。在每次鉆進新地層之前，可以對地層做一個室內評價實驗，來優(yōu)選最合適新地層的配比。在以往通常使用不溶性固相加重劑，但是由于固相加重劑帶來的高故鄉(xiāng)含量給鉆井液流變性帶來了很多困難，所以需要找出能避免帶入高固相的方法。為提高重晶石的穩(wěn)定性，需要從分子結構和化學鍵特征入手, 優(yōu)選化學鰲合劑, 對重晶石顆粒表面進行化學改性, 增強其顆粒表面的電位、親水性、結構活性及高溫穩(wěn)定性, 改善重晶石在水基泥漿中的動力穩(wěn)定性。欲使該加重泥漿重新恢復其良好的流變性等, 還需加水和添加劑進行處理, 而重泥漿在處理后粘度及切力下降的同時,又會導致部分重晶石的沉淀, 引起泥漿密度的再次降低, 因此需要再次加重。赤鐵礦密度更高（）。重晶石為含鋇硫酸鹽礦物，是制取鋇和鋇化合物的最重要的工業(yè)礦物原料。在高密度鉆井液的應用中，鉆遇復雜地層的情況很多，比如高溫、鹽侵，這些復雜情況的發(fā)生很容易導致處理劑性能的降低，甚至失去處理劑的作用。針對已有處理劑分子量過高，致使鉆井液的靜結構力過強，不利于高壓噴射鉆井的需要，并在保證防塌，包被能力的前提下，盡量降低產物的分子量，發(fā)展低分子量聚合物抑制鉆井液體系。膨潤土是常用的配漿材料，同時也是控制濾失量和建立良好造壁性的基本處理劑。一般鉆井液中加固相含量為4%～6% (質量分數(shù))時，泥餅中固相含量為10%～20%(質量分數(shù))。在高溫的作用下，鉆井液中的某些處理劑會發(fā)生不同程度的降解，并且會隨著溫度升高降解進度加劇，最后失去維持濾失性能的作用。首先，溫度溫度升高能降低濾液的粘度，溫度愈高，濾液的粘度愈小，濾失量愈大。對于不同的造漿鉆土、不同的處理劑，濾失量隨壓差的變化規(guī)律如圖32所示。如果瞬時濾矢量大到可以測量的話，就應根據(jù)式（39）確定API標準濾失量。在滲濾期間，設在任何時間t，體積Vm的鉆井液中被過濾的固體的體積等于沉積在泥餅上固體的體積，即 （36）這里是鉆井液中固相的體積分數(shù)，是泥餅中固相的體積分數(shù)，或表示為： （37）將hmc帶入式（31）并且積分，最后得到： （38）由式（38）可以看出，單位滲濾面積的濾失量（）與泥餅的滲透率K、固體含量因素（）、滲濾壓差、滲濾時間的平方根成正比；與濾液粘度u的平方根成反比。在壓差作用下，作為滲濾介質泥餅的厚度是隨時間的延長而增厚的，是一個變數(shù)。泥餅的形成機制相當復雜，影響因素繁多，假設鉆井液向井壁濾失過程符合達西定律，則 (31)式中：h泥餅厚度 K濾層滲透系數(shù)由于泥餅厚度h和濾層滲透系數(shù)K實質上是以阻力形式影響濾失過程，因此(31)式可以表示為： (32)式中：F泥餅阻力，其值為h/K； F內F外—分別為內泥餅阻力和外泥餅阻力。反之粗顆粒多而細顆粒少，則形成的泥餅厚而疏松，鉆井液的濾矢量則大。整個過程也稱之為凈失水過程，其過程歸結為：堵塞→進一步填充→泥餅正式形成。（7）利用以上各種手段的協(xié)同作用，盡量釋放鉆井液體系自由水。新型處理劑研究將在第四章的處理劑探討中詳細介紹。此外，可溶性加重劑，可提高液相活度，增加鉆井液體系的抑制性，有利于流變性的穩(wěn)定。這是獲得更多游離水含量的基礎，也是實現(xiàn)高密度水基鉆井液良好流變性的前提。由于熱穩(wěn)定性常用鉆井液經高溫后的性能變化來表示，為了與高溫下的性能相區(qū)別又稱它為高溫后性能。鉆井液礦化度愈高，其下降程度愈大，經高溫作用后的飽和鹽水鉆井液pH值一般下降到7～8。這些現(xiàn)象不僅發(fā)生在不同的鉆井液體系中，而且同一鉆井液體系在不同條件下，都有可能出現(xiàn)。固控設備應能滿足高密度水基鉆井液體系流變性要求。高密度水基鉆井液的流動性完全取決于其中可游動的自由含水量，游離水量越多，其流動性越好，相反，游離水量越少，其流動性越差，嚴重時會喪失流動性，保證高密度水基鉆井液體系中有足夠的自由水是保證高密度水基鉆井液體系流變性的核心。因此，高密度水基鉆井液體系應遵循以下技術原則：兼顧鉆井液配漿性、流變性、抑制性的協(xié)調統(tǒng)一，按鉆井液密度與坂含對照表，高密度水基鉆井液應將坂含控制在“粘土量限”以內，低于上限、靠近下限。在水基鉆井液（特別是高密度水基鉆井液）體系中，游離水含量越多，水的結構越穩(wěn)定。當其結構越來越緊密時，空隙越來越小，空隙中的重力自由水就轉化為禁閉自由水，在擾動作用下也難以排出。束縛水外面的水分子幾乎不受靜電引力場的作用，保持著原有結構，具有自由活動的能力，稱為自由水或游離水。水分子是由位于等腰三角形底角的兩個氫原子（H+）和一個位于頂角的氧原子（O2）所構成的偶極體。非極性溶質（如惰性材料、某些處理劑等）可通過疏水鍵強烈地與水結合而形成水合物（即平常所指的水化膜）。再則，如果鉆井液體系中固相含量很高，處理劑本身抗溫能力和抗鹽、抗鈣能力差，處理劑會因此而喪失作用效能，其結果無法控制高密度水基鉆井液流變性。加入加重劑后引起的粘度的變化，是由于固－固和固－液摩擦引起的。針對加重而言，一方面要求限制土量，添加能提結構（尤其靜結構）的增粘劑，保證體系有良好的懸浮穩(wěn)定性、沉降穩(wěn)定性，另一方面重晶石、鐵礦粉或鈦鐵礦粉等加重劑在鉆井液中大都呈弱電性、惰性，不溶于水，屬非活性固體，是鉆井液中的有用固相，含量居多，是影響超深井高密度水基鉆井液流變性的關鍵因素。2）對不同失水量大小的鉆井液，用同種加重劑加重時，加重劑對鉆井液失水量的影響不同，加重前鉆井液失水量大的，加重劑對鉆井液失水量的影響大。圖22 PH值對鉆井液流變性能影響規(guī)律 由圖22可知，表觀粘度、塑性粘度隨PH值的增大成階梯式升高，分別在PH=8和PH=910兩段升高速度較快，而動切力先增高，到PH=10時到達最高值后降低。它屬于抗溫能力較強但粘土含量較低的分散鉆井液。膨潤土含量高，由于其表面親水性強，吸附水量多，加之高溫作用會加劇膨潤土分散，形成膠體范圍內的微細顆粒，使其具有很高的表面積，進一步吸水，因此，不但使鉆井液體系中的自由水量劇烈降低，而且膨潤土膠粒嚴重累積，碰撞機率增加，使得鉆井液體系流動性變差，熱穩(wěn)定性差，嚴重時會喪失流動性。這些原因的宏觀表現(xiàn)是鉆井液的固相容量限很窄，如果加上高溫的作用，固相容量限將更窄。根據(jù)該公式還可以看到，隨著鉆井液體系固相的變化，影響其粘度的因素有所不同。實踐表明，維護一種高密度水基鉆井液流變性能的穩(wěn)定比配成這種鉆井液體系更加困難。分析表明，可以從幾方面著手增強高密度水基鉆井液體系流變性的穩(wěn)定性：①增強并持續(xù)保持體系的抑制性，降低鉆井液內部和外來固相顆粒的分散性→降低ηs；②大幅度降低鉆井液中的低密度膨潤土含量→降低ηG和η；③大幅度降低鉆井液中的總固相含量→降低ηs和ηG。這樣就會導致固相含量在一個較高的水平，這種情況所帶來的最直接威脅顯然是鉆井液流動性變差,并且無法以比較合理的成本進行稀釋或置換。因此選擇適合于高密度體系的理想潤滑材料并不是想象的那樣容易,必須要在周密考慮各種相關影響因素的情況下進行細致的評價優(yōu)選,即便是確定了潤滑劑種類,投入現(xiàn)場使用后也須時刻謹慎,因為高密度體系中許多不明原因的流動性變差現(xiàn)象有不少是由于潤滑劑的使用不當引起。但是在應用中同樣發(fā)現(xiàn)了很多實際的技術難題，這些難題嚴重制約著高密度鉆井液的進一步發(fā)展。在鉆井液工程中有很多優(yōu)良特性,如控制流變性、流體濾失,較低稀釋率和整體性能容易維護。5） 有機鹽提高鉆井液液相粘度,從而減少了常規(guī)惰性加重材料（如重晶石、鐵礦粉等） 的加量即減小了低固相含量,達到了減少了低固相對鉆井液粘度的影響的目的。另一方面,在堿性環(huán)境中重晶石粉表面離子處于不平衡狀態(tài),可吸附其他物質。聚合物不分散鉆井液充分顯示了其包被絮凝、防塌和剪切稀釋性能好的特性。計算表明，～、井深3000m、通常鉆井參數(shù)：YP為10～35Pa、PV為8～50mPa這是因為此鉆井液屬分散體系，調整被高含量鉆屑污染過的鉆井液性能，需耗用大量的處理劑；另一方面，磺化體系不可避免地使用大量的FCLS、SMK及NaOH等強分散劑（平均單井耗FCLS、SMK約8—15t），從而導致鉆井液中細顆粒固相增多?！八膫€提高”即聚合物鉆井液使用井深從“七五”的3000m左右提高到“八五” 的5000m以上，最深達5336m（川東梁8井）；～；聚合物鉆井液抗溫性從120℃提高到150℃；機械鉆速明顯提高，實現(xiàn)了全井使用聚合物鉆井液鉆井，平均機械鉆速提高了8％～30％，使用高密度聚合物鉆井液在深井段的機械鉆速提高了5％～20％?！８鶕?jù)密度對鉆井液體系分類,可以有利于鉆井液體系的選擇與使用。加重材料表面改性及活化,改善了加重材料動力穩(wěn)定性和高密度鉆井液流變性能,鉆井液的低剪切粘度是區(qū)分鉆井液有無沉降現(xiàn)象的一個重要參數(shù)。高密度鉆井液技術難度分析及對策高密度鉆井液技術難度分析及對策畢業(yè)設計目 錄摘 要 I目 錄 III第一章 緒論 1 1 1 2 5 6 8 8 8 8第二章 高密度鉆井液流變性機理研究 10 10 12 12 13 PH值 13 14 16 16 16 21 22 22 24第三章 高密度鉆井液濾失性機理研究 25 26 27 27 28 2溫度最濾失量的影響 30 30 31第四章 高密度鉆井液難度對策探討 33 33 34 35 35 36 37 38 39 40 41結論 42致 謝 43參考文獻 44I第一章 緒論隨著石油資源的不斷勘探和開發(fā)，淺層簡單地質條件的油氣資源不斷的被開采出來，剩下的將是開采難度更大的深層資源。加重劑粒度影響高密度鉆井液的液相粘度和沉降穩(wěn)定性。 所以在我們研究本論文的高密度鉆井液之前，我們需要給高密度鉆井液一個定義以便能明確研究的對象。而這個