【正文】 特別是活性固相的含量較低?！安环稚ⅰ钡哪康氖且M量減少小于1μm顆粒的含量，以便保持優(yōu)良的鉆井液性能，減少細(xì)小顆粒對(duì)鉆速的不良影響。 “低固相”則要求“包被”所有的鉆屑，阻止其分散變細(xì)，以便在地面清除，不致于因鉆屑混入引起鉆井液中低密度固相含量增加，使鉆速降低?！安环稚ⅰ笔鞘侄?，“低固相”才是目的。(1)性能指標(biāo)不分散低固相鉆井液的性能要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)才能達(dá)到鉆速快和井眼凈化等目的。1)固相含量(主要指低密度固體——膨潤(rùn)土和鉆屑，不包括重晶石)一般不超過(guò)5%(體積比)。這是不分散低固相的核心目標(biāo)，是提高鉆速的關(guān)鍵，因此，必須盡力做到。2)巖屑與膨潤(rùn)土含量之比(以亞甲藍(lán)法測(cè)定數(shù)值為準(zhǔn))不超過(guò)2：1。實(shí)踐證明，雖然鉆井液中的固相是越少越好，但是完全不要膨潤(rùn)土，則不能建立鉆井液所必須的各種性能，特別是不能保證凈化井眼所必需的流變性能，以及保護(hù)井壁和減輕油層污染所必需的造壁性能。因此，必須有一定量的膨潤(rùn)土。其用量以保證建立上述各項(xiàng)鉆井液所必需的性能為準(zhǔn)，越低越好，一般認(rèn)為，不能少于1%，%~%比較合適。鉆屑的量當(dāng)然最好為零，但實(shí)踐證明，在鉆井過(guò)程中要做到鉆屑絕對(duì)不分散、全部被清除并不現(xiàn)實(shí)。鉆屑量不超過(guò)膨潤(rùn)土的2倍是實(shí)際中可以接受的范圍。3)動(dòng)切力(Pa)與塑性粘度(mPa?s)比值為0．48。這是為了滿(mǎn)足低返速()帶砂的要求，保證鉆井液在環(huán)空中實(shí)現(xiàn)平板型層流而規(guī)定的。4)對(duì)非加重鉆井液來(lái)說(shuō)，~。動(dòng)切力是鉆井液攜帶巖屑的關(guān)鍵因素，為保證鉆井液具有較強(qiáng)的攜帶能力，僅僅控制動(dòng)塑比是不夠的，首先必須滿(mǎn)足動(dòng)切力的要求才有意義。研究表明，動(dòng)切力與巖屑輸送速度不是直線關(guān)系，在特定條件下，~。 5)濾失控制應(yīng)具體情況具體分析。在穩(wěn)定地層，應(yīng)適當(dāng)放寬，以利提高鉆速；在坍塌地層應(yīng)當(dāng)從嚴(yán)，鉆入油層后，為減輕污染也應(yīng)控制得盡量低些。6)優(yōu)選流變參數(shù)，一般要求非結(jié)構(gòu)粘度，剪切稀釋指數(shù)，卡森(Casson)動(dòng)切力，以便充分發(fā)揮噴嘴水功率，提高鉆速。(2)主要處理劑配制和維護(hù)不分散低固相鉆井液的關(guān)鍵是選好、用好合適的處理劑。目前國(guó)內(nèi)外常用的主要處理劑有三大類(lèi)：。1)聚丙烯酰胺及其衍生物。80A系列是以丙烯酸、丙烯酰胺為單體實(shí)施水溶液聚合，銨自由基聚合的反應(yīng)機(jī)理合成二元共聚物。通過(guò)調(diào)節(jié)單體配比，控制反應(yīng)溫度和引發(fā)劑用量以及改變體系pH值等方法，可合成一系列特征粘度不同的共聚物。SK系列是由丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯磺酸鈉、羥甲基丙烯酰胺共聚而成。PAC系列是具有不同取代基的乙烯基及其不同鹽類(lèi)的共聚物。分子鏈上含有不同數(shù)量的羧基、羧鈉基、鉀基、鈣基、胺基、腈基、磺酸基等。2)醋酸乙烯酯—順丁烯二酸酐的共聚物。3)生物聚合物。(3)主要特點(diǎn)1)可以大幅度提高鉆井速度；2)固相含量低，又對(duì)泥頁(yè)巖和粘土具有不分散作用，可以保持井壁的穩(wěn)定，并可防止鉆井液粘土侵；3)密度低、固相含量低，對(duì)油、氣層損害較輕；4)有剪切稀釋效能，攜帶巖屑能力強(qiáng)；5)潤(rùn)滑性好，減少了粘附卡鉆。2．陽(yáng)離子聚合物鉆井液可以保持井壁的泥頁(yè)巖中粘土礦物帶負(fù)電荷是引起粘土礦物水化分散，進(jìn)而引起井下復(fù)雜情況的一個(gè)重要原因，如果能中和或減小粘土負(fù)電荷量，粘土水化分散必然能得以控制。陽(yáng)離子聚合物鉆井液正是針對(duì)穩(wěn)定粘土、防止粘土水化分散而設(shè)計(jì)的。其主要原理是：由于陽(yáng)離子聚合物分子中帶有大量的正電荷，能夠中和粘土表面的負(fù)電荷，降低粘土的水化和運(yùn)移；同時(shí)，大分子陽(yáng)離子聚合物還能包被巖屑，防止其分散，從而抑制地層造漿。實(shí)踐表明，陽(yáng)離子聚合物穩(wěn)定粘土能力強(qiáng)、加量少、效能高，適用于各種地層，具有良好的流變性和良好的穩(wěn)定井壁作用。這種鉆井液主要處理劑有兩個(gè)：1)粘土穩(wěn)定劑(小陽(yáng)離子)。目前使用較多的粘土穩(wěn)定劑是環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(簡(jiǎn)稱(chēng)小陽(yáng)離子，代號(hào)NW—1)。小陽(yáng)離子相對(duì)分子質(zhì)量小，并帶有正電荷，易吸附于粘土表面，并進(jìn)入到粘土晶層間，取代可交換性陽(yáng)離子而吸附于其中。而其吸附分子處的表面是含有碳?xì)浠鶊F(tuán)的憎水表面，有利于阻止水分子的進(jìn)入，故能有效地抑制粘土的水化膨脹和分散。還因有機(jī)陽(yáng)離子基團(tuán)與粘土之間的靜電吸附，其吸引力很強(qiáng)，不易被脫附，表現(xiàn)出比鉀離子有更強(qiáng)的吸附作用。2)包被絮凝劑(大陽(yáng)離子)。在陽(yáng)離子聚合物中季銨鹽產(chǎn)品較多，穩(wěn)定性強(qiáng)，不受pH值的影響，目前常用聚胺甲基丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱(chēng)大陽(yáng)離子)作為粘土包被抑制劑。由于大陽(yáng)離子的大分子鏈上含有正電荷基團(tuán)，在與粘土的作用中，除氫鍵作用外，主要為粘土表面的負(fù)電荷與聚合物分子鏈上的正電荷之間的靜電作用，以及大分子的包被和橋接作用，因而顯示出更強(qiáng)的包被抑制能力。陰離子聚合物對(duì)鈣、鎂、鐵等高價(jià)金屬離子的污染很敏感，而陽(yáng)離子聚合物則表現(xiàn)出對(duì)高價(jià)金屬離子具有特殊的穩(wěn)定性，這是陰離子聚合物無(wú)法比擬的一個(gè)特點(diǎn)。目前，陽(yáng)離子聚合物鉆井液主要有無(wú)粘土體系和有粘土體系。3．兩性復(fù)合離子聚合物鉆井液實(shí)踐表明，配制出性能良好的不分散低固相鉆井液并不難，但在造漿井段長(zhǎng)時(shí)間維護(hù)低固相卻很難。關(guān)鍵問(wèn)題是常規(guī)稀釋劑在降低結(jié)構(gòu)粘度的同時(shí)，使其非結(jié)構(gòu)粘度增加，同時(shí)使鉆井液抑制能力削弱，粘土分散變細(xì)。為此，人們進(jìn)行深入研究，按能有效降低鉆井液結(jié)構(gòu)粘度、能使非結(jié)構(gòu)粘度也有所下降和能增強(qiáng)體系的抑制能力三點(diǎn)要求，研制出了兩性復(fù)合離子聚合物，相應(yīng)地設(shè)計(jì)出了兩性復(fù)合離子聚合物鉆井液體系。兩性復(fù)合離子聚合物降粘劑的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：相對(duì)分子質(zhì)量較小(小于10000)；分子鏈中同時(shí)具有陽(yáng)離子基團(tuán)(10%~40%)、陰離子基團(tuán)(20%~60%)和非離子基團(tuán)(0~40%)，屬線性?xún)尚詮?fù)合離子聚合物。一般降粘劑會(huì)促使巖屑分散，兩性復(fù)合離子聚合物降粘劑，不僅對(duì)巖屑的水化分散作用有一定的抑制能力，而且由于其分子中含有陽(yáng)離子基團(tuán)，能與粘土發(fā)生離子型吸附。盡管其吸附基團(tuán)比例較小，但卻能有效吸附于粘土表面。因此，這類(lèi)處理劑有更好的降粘效果，同時(shí)兼有降濾失作用。在低濃度時(shí)，效果更為突出，用量少而效能高，可以同時(shí)大幅度地降低結(jié)構(gòu)粘度和非結(jié)構(gòu)粘度。特別是非結(jié)構(gòu)粘度很低，有利于流變參數(shù)優(yōu)選，是一種比較理想的不分散鉆井液處理劑。六、油基鉆井液油基鉆井液是指以油作為連續(xù)相的鉆井液。早在20世紀(jì)20年代人們就曾使用原油作為鉆井液以避免和減少鉆井中各種復(fù)雜情況的發(fā)生，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)使用原油的缺點(diǎn)是：切力小，難以懸浮重晶石，濾失量較高，以及原油中的易揮發(fā)組分容易引起火災(zāi)等。于是后來(lái)逐漸發(fā)展成為以柴油為連續(xù)相的兩種油基鉆井液：真油基鉆井液和油包水乳化鉆井液。前者又稱(chēng)為普通油基鉆井液，其中水是無(wú)用的組分，含水量不應(yīng)超過(guò)10%；而后者的含水量一般在10%~60%范圍內(nèi)，水作為必要組分均勻地分散在柴油中。與水基鉆井液相比較，油基鉆井液具有能抗高溫、抗鹽侵、有利于井壁穩(wěn)定、潤(rùn)滑性好和對(duì)油氣層損害程度小等多種優(yōu)點(diǎn)，目前已發(fā)展成為鉆高難度的高溫深井、大斜度定向井、水平井和各種復(fù)雜地層的重要手段，并且還可廣泛地使用于低膠質(zhì)油包水乳化鉆井液。為適應(yīng)海洋鉆探的需要，從20世紀(jì)80年代切開(kāi)始，又逐步推廣了低毒油包水乳化鉆井液。由于目前普通油基鉆井液已較少使用，因此通常所說(shuō)的油基鉆井液主要指以柴油或低毒礦物油(白油)作為連續(xù)相的油包水乳化鉆井液。油包水乳化鉆井液是以水滴為分散相，油為連續(xù)相，并添加適量的乳化劑、潤(rùn)濕劑、親油膠體和加重材料等所形成的穩(wěn)定的乳狀液體系。 (1)基油目前普遍使用的基油為柴油和各種低毒礦物油。(2)水相淡水、鹽水或海水均可用作水相，但通常使用含一定量CaCl2或NaCl的鹽水，其主要目的是為了控制水相的活度，以防止或減弱泥頁(yè)巖的水化膨脹，保證井壁穩(wěn)定。(3)乳化劑為了形成穩(wěn)定的油包水乳狀液，必須正確地選擇和使用乳化劑。在乳化劑中，屬于陰離子型表面活性劑的都是有機(jī)酸的多價(jià)金屬鹽（鈣鹽、鎂鹽等)，而不是單價(jià)的鈉鹽或鉀鹽。一元金屬皂的分子中只有一個(gè)烴鏈，這類(lèi)分子在油水界面上的定向排列趨向于形成一個(gè)凹形油面，因此有利于形成O/W型乳狀液；而二元金屬皂的分子含有兩個(gè)烴鏈，它們?cè)诮缑嫔系呐帕汹呄蛴谛纬梢粋€(gè)凸形油面，有利于形成W/O型乳狀液。這種由乳化劑分子的空間構(gòu)型決定乳狀液類(lèi)型的觀點(diǎn)在膠體化學(xué)中被稱(chēng)為定向楔型理論。(4)潤(rùn)濕劑大多數(shù)天然礦物是親水的。當(dāng)重晶石粉和鉆屑等親水的固體顆粒進(jìn)入油包水型乳狀液時(shí)，它們趨向于與水聚集，引起高粘度和沉降，從而破壞乳狀液的穩(wěn)定性。為了避免這些情況的發(fā)生，有必要在油相中添加潤(rùn)濕控制劑，簡(jiǎn)稱(chēng)潤(rùn)濕劑。潤(rùn)濕劑也是具有兩親結(jié)構(gòu)的表面活性劑，分子的一端趨向于溶于油相，而另一端與固體表面有很強(qiáng)的親合力。當(dāng)這些分子聚集在油和固相的界面并將親油端指向油相時(shí)，原來(lái)親水的固體表面便轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，這一過(guò)程常被稱(chēng)為潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)。雖然用作乳化劑的皂類(lèi)也能夠在一定程度上起潤(rùn)濕劑的作用，但效果畢竟有限。 (5)有機(jī)土和氧化瀝青有機(jī)土和氧化瀝青，以及親油的褐煤粉、二氧化錳等分散在油包水乳化鉆井液油相中的固體添加劑統(tǒng)稱(chēng)為親油膠體，其主要作用是用作增粘劑、懸浮劑和降濾失劑。(6)石灰石灰是油基鉆井液中的必要組分，其主要作用是：1)~10范圍內(nèi)，以利于防止鉆具腐蝕；2)提供的Ca2+有利于二元金屬皂的生成，從而保證所添加的乳化劑可充分發(fā)揮其效能；3)可有效地防止CO2和H2S等酸性氣體對(duì)鉆井液的污染。在油基鉆井液中，未溶Ca(OH)~，~， ml/m3。 (7)加重材料重晶石(硫酸鋇)在水基和油基鉆井液中，都是最常用的加重材料。對(duì)于密度小于1680 kg/m3的油基鉆井液，也可用碳酸鈣作為加重材料。雖然其密度比重晶石低得多，但它比重晶石更容易被油所潤(rùn)濕，而且具有酸溶性，可兼作油基完井液中的暫堵劑。習(xí) 題1．試比較常見(jiàn)粘土礦物的組成及特點(diǎn)。2．用擴(kuò)散雙電層理論解釋電解質(zhì)對(duì)鉆井液穩(wěn)定性的影響。3．鉆井液有哪些功用?其中最基本的功用是什么?4．鉆井液密度對(duì)鉆井工程有什么影響?如何選擇加重材料?5．鉆井工程對(duì)流變性有哪些要求?如何調(diào)整鉆井液的流變參數(shù)?6．影響濾失量的因素有哪些?降低濾失量可采取哪些措施?7．離子交換吸附有哪些特點(diǎn)?8．什么是陽(yáng)離子交換容量?其影響因素有哪些?9．鉆井液選擇的基本原則是什么?10．如何根據(jù)井的類(lèi)別、地層情況選擇鉆井液?11．高溫對(duì)鉆井液性能有何影響?12．試述常用鉆井液的組成、特點(diǎn)、適用范圍及維護(hù)方法。24 / 2