【文章內(nèi)容簡介】 使用的絕大多數(shù)油基鉆井液水相中，無機(jī)鹽含量都較高，即普遍地考慮了活度平衡問題。公式推導(dǎo)式中——Pw0表示在給定溫度下純水的蒸汽壓；Pw表示在給定溫度下鹽水的蒸汽壓；μw表示鹽溶液上方水蒸汽的化學(xué)位；μw0表示純水上方水蒸汽的化學(xué)位。半透膜與水的運移? 由于鹽水溶液中單位體積的水分子數(shù)比純水少，因此在相同溫度條件下Pw＜Pw0。由式(76)可知，μw＜μw0。這表明當(dāng)有半透膜將純水與鹽水隔開時，一部分純水會自動地透過膜移向鹽水，使鹽溶液稀釋，并增大其上方的蒸汽壓，直至膜兩邊溶液的化學(xué)位達(dá)到相等。? 油基鉆井液中乳化水滴與油相之間的界面膜起著半透膜的作用。當(dāng)鉆井液水相中的鹽度高于地層水的鹽度時，頁巖中的水自發(fā)地移向鉆井液，使頁巖去水化；反之，如果地層水比鉆井液水相具有更高的鹽度，鉆井液中的水將移向地層，這種作用通常稱為鉆井液對頁巖地層的滲透水化。滲透壓計算式水的這種自發(fā)運移趨勢可用滲透壓Π(OsmoticPressure)定量表示。滲透壓是指為阻止水從低鹽度溶液(高蒸汽壓)通過半透膜移向高鹽度溶液(低蒸汽壓)所需要施加的壓力。式中，Vw為水的摩爾體積。鹽度差引起的水運移活度的定義? 由于以上公式是由理想物系推導(dǎo)出來的，為了使上述關(guān)系對實際溶液仍然有效，Lewis提出用另一函數(shù)——逸度(Fugacity)來代替壓力，并將鹽溶液與純水的逸度比fw/fw0定義為水的活度aw。? 對于一般情況，則將fi/fi0稱為組分i的活度，記作ai。? 溶液或頁巖中水的化學(xué)位與純水化學(xué)位之間的關(guān)系可表示為：上式表明，在一定溫度下，只有當(dāng)鉆井液和頁巖地層中水的活度相等時它們的化學(xué)位才相等。因此，正如Chenevert所指出，水的活度相等是油基鉆井液和地層之間不發(fā)生水運移的必要條件。控制活度的意義活度控制的意義就在于，通過調(diào)節(jié)油基鉆井液水相中無機(jī)鹽的濃度，使其產(chǎn)生的滲透壓大于或等于頁巖吸附壓，從而防止鉆井液中的水向巖層運移。通常用于活度控制的無機(jī)鹽為CaCl2和NaCl。其濃度與溶液中水的活度的關(guān)系可用圖表表示。只要確定出所鉆頁巖地層中水的活度，便可由圖中查出鉆井液水相應(yīng)保持的鹽濃度?；疃鹊臏y量方法Chenevert提出用電濕度(Electrohygrometer)法測量水的活度。該儀器既可測量頁巖樣品中水的活度，又可直接測量油基鉆井液中水的活度。測量時，將濕度計的探頭置于式樣上方的平衡蒸汽中。探頭的電阻對水蒸汽的量十分敏感。在恒溫條件下Pw與aw直接相關(guān)，這樣在某一濕度下就有與之相對應(yīng)的aw值。電濕度計常使用某種已知活度的飽和鹽水進(jìn)行校正，可供選擇的無機(jī)鹽及其飽和溶液的aw值列于下表中。常溫下各種無機(jī)鹽飽和溶液的活度無機(jī)鹽awZnCl2CaCl2MgCl2Ca(NO3)2NaCl(NH4)2SO4H2O兩種水溶液中活度與鹽濃度的關(guān)系油基鉆井液水相中鹽濃度的確定當(dāng)頁巖中水的活度確定以后，便可在油基鉆井液的水相中加入一定數(shù)量的CaCl2或NaCl，使其活度與頁巖中水的活度相等。例：為配制活度平衡的油包水乳化鉆井液，需將適量的CaCl2加至油基鉆井液的水相中。，試求CaCl2在水相中的濃度(kg/m3水)。，則每立方米鉆井液中需加入多少CaCl2？解：由圖87，當(dāng)CaCl2的重量百分濃度約為22%時，水的活度aw(應(yīng)與頁巖中水的活度保持相等)=。設(shè)CaCl2在油基鉆井液水相中的濃度為x，則[x/(1000+x)]=x=(kg/m3水)，故每立方米鉆井液所需的CaCl2為：()()=(kg/m3)油基鉆井液水相中鹽濃度的確定? 根據(jù)經(jīng)驗，對于所鉆遇的大多數(shù)水敏性頁巖地層，~，即CaCl2濃度在30~35%范圍內(nèi)是適宜的。? 一些泥漿工程師有意識地控制鉆井液的aw比預(yù)測值稍低些，以使頁巖地層適度去水化。還有的在遇到一口井同時存在幾個具有不同活度頁巖層的情況時，采取加入足量無機(jī)鹽以平衡aw最低的頁巖層的辦法，造成一部分水從頁巖轉(zhuǎn)移到鉆井液中。此時，應(yīng)防止進(jìn)入鉆井液的水量過多。如果進(jìn)水過多，一方面會影響鉆井液的油水比和性能，另一方面會導(dǎo)致頁巖過快收縮，容易引起井壁剝落掉塊，反而不利于維持井壁穩(wěn)定。? 隨溫度升高，頁巖的aw值將略有降低，而油基鉆井液的aw值略有增加。但由于影響很小，對溫度因素一般可不予考慮。油基鉆井液中CaCl2合理加量的確定油基鉆井液中NaCl合理加量的確定活度平衡油包水乳化鉆井液的應(yīng)用效果? 鉆井實踐表明，使用活度平衡的油包水乳化鉆井液，是對付強(qiáng)水敏性復(fù)雜地層(包括軟的和硬的頁巖層)最為行之有效的方法。? 就防塌效果來說，目前使用的任何其它類型的鉆井液都無法與之相比。原因很簡單，因為唯有這種鉆井液能完全阻止外來液體侵入地層，因而也只有它能完全抑制住頁巖中蒙脫石、伊蒙混層等粘土礦物的水化膨脹與分散。活度平衡油包水乳化鉆井液的應(yīng)用效果高溫高密度油基鉆井液中國海洋石油南海西部公司與石油大學(xué)等單位共同承擔(dān)的國家863項目。主要技術(shù)指標(biāo)： 密度 抗溫220176。C以上 HTHP濾失量(200176。C)10ml HTHP濾失量(220176。C)20ml 破乳電壓：7501500v全油鉆井液? 由于油包水乳化鉆井液存在著剪切稀釋性能較差、需備用大量乳化劑、易產(chǎn)生潤濕反轉(zhuǎn)和乳化堵塞對油氣層造成損害等問題，近年來美國Intl泥漿公司研制出無水的全油鉆井液。? 該體系具有類似于水基聚合物鉆井液的流變性，有較高的動塑比，剪切稀釋性好，因而提高了鉆速，減少了井漏，改善了井眼清洗狀況及懸浮性。? 配制全油鉆井液時應(yīng)注意以下幾點：(a)基油應(yīng)選用芳香烴含量較低的柴油，最好是無毒礦物油；(b)需選用親油的有機(jī)聚合物或膠質(zhì)類處理劑作為降濾失劑；(c)使用有機(jī)土提高動切力，必要時添加親油的反絮凝劑降低粘切。? 該公司已使用這類鉆井液鉆井60多口，~，鉆進(jìn)深度已達(dá)6309m，井底最高溫度已達(dá)213176。C，尤其適于在大斜度定向井中應(yīng)用?！般@井液完井液學(xué)術(shù)研討會”新型油基鉆井液體系研制及其在海洋勘探開發(fā)中的應(yīng)用中海油田服務(wù)有限公司湖北漢科新技術(shù)股份有限公司2003年8月一、概述( 對于高溫深井、水敏性泥頁巖井段、大斜度定向井、水平井的鉆探工程中，現(xiàn)有水基鉆井液技術(shù)已不能很好的滿足鉆井工程的需要。( 與水基鉆井液相比，油基鉆井液的強(qiáng)的抑制性，抗侵污能力、潤滑效果以及儲層保護(hù)特性就顯得尤為明顯。( 多年來，在海洋鉆井中使用油基鉆井液主要是選擇國外泥漿公司的產(chǎn)品，但存在著成本高的問題。在此基礎(chǔ)上，中海油田服務(wù)有限公司及湖北漢科新技術(shù)股份有限公司共同研究，建立了一套適用于不同溫度、不同壓力下使用的油基鉆井液體系并開發(fā)了相應(yīng)的配套處理劑。( 開發(fā)出的相應(yīng)產(chǎn)品包括——主乳化劑(PFMOEMUL)、輔乳化劑(PFMOCOAT)、高溫穩(wěn)定劑(PFMOESA)、高溫降濾失劑(PFMOFAC)、降濾失劑(PFMOTEX)、潤濕反轉(zhuǎn)劑(PFMOWET)以及相應(yīng)的提切劑(PFHSV4)和稀釋劑(PFMOTHIN)。二、油基鉆井液室內(nèi)研究( 油基鉆井液是一種以油為外相，水為內(nèi)相，并添加適量的乳化劑、潤濕劑、親油膠體和加重劑等所形成的穩(wěn)定乳狀液體系。通過調(diào)節(jié)油水比以及其他處理劑來滿足不同地層的性能要求。( 室內(nèi)研究采用低毒礦物油為基礎(chǔ)油，用20%CaCl2水溶液為水內(nèi)相，平衡水相活度，加入一定的乳化劑，在高速剪切作用下，形成穩(wěn)定乳狀液。再通過加入親油性膠體有機(jī)土，調(diào)節(jié)油基鉆井液的粘切力、增加油基鉆井液的懸浮性，添加降濾失劑等方法使體系達(dá)到所需性能要求。通過考察油水比、乳化劑、潤濕劑、降濾失劑以及有機(jī)土加量等因素對鉆井液體系的性能影響，最終確定了油基鉆井液的基本配方如下：80%5白油+20%CaCl2水溶液+5%主乳化劑(PFMOEMUL)+5%輔乳化劑(PFMOCOAT)+1%潤濕劑(PFMOWET)+%降濾失劑(PFMOTEX)+%有機(jī)土(PFMOGEL)+%堿度調(diào)節(jié)劑＋鐵礦粉表11油基鉆井液抗電解質(zhì)(NaCl)污染能力NaCl加量AVmPasPVmPasYPPaΦ6/Φ3FLAPIml破乳電壓V0滾前575256/5滾后574/312003滾前514/3滾后3/211005滾前595455/4滾后656143/29508滾前58545/4滾后6461