【正文】 10）特效處理劑：利用該處理劑在井下條件下，自動(dòng)與粘土、鉆屑作用，并能趕脫粘土、鉆屑顆粒表面上粘結(jié)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。9）電中性、無(wú)粘度效應(yīng)的降濾失劑：該處理劑特別適合于高密度水基鉆井液體系。7）抗污染能力強(qiáng)的抑制性降粘劑：它能有效抑制粘土、鉆屑分散，拆散空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，又能抵抗各種惡劣條件如高礦化度（高鹽、高鈣等）、鉆屑侵入等。總之，該處理劑有自動(dòng)“尋敵”（粘土、鉆屑、加重劑、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)度、動(dòng)力穩(wěn)定性等）并解決問(wèn)題的本領(lǐng)。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(rùn)滑作用減小加重劑顆粒間的粘滯力，降低粘度效應(yīng)。[11]2）增密度抑制劑：它本身對(duì)粘土、鉆屑起抑制作用，又能吸附在井壁巖石上，延緩井壁泥頁(yè)巖水化速度，變相提高鉆井液密度。下面就高密度鉆井液可能的出現(xiàn)的情況，給出處理劑方面的探討，以提高高密度鉆井液的抗復(fù)雜情況能力。自由水含量的減少會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑性降低增加對(duì)套管鉆頭的磨損，降低設(shè)備的使用時(shí)間。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(yīng)、潤(rùn)滑性、沉降性方面存在問(wèn)題。高溫條件下，處理劑可能出現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)斷裂、不飽和鍵聚結(jié)等一些列的物理和化學(xué)性質(zhì)的變化。在高密度鉆井液中，影響處理劑性能最嚴(yán)重的因素就是伴隨高壓地層出現(xiàn)的高溫。高密度鉆井液的應(yīng)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(fù)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。在每次鉆進(jìn)新地層之前，可以對(duì)地層做一個(gè)室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，來(lái)優(yōu)選最合適新地層的配比。那么在使用中我們就可以搭配使用，按照一定的配比同時(shí)加入幾種加重劑，這樣它們就可以同時(shí)表現(xiàn)它們的優(yōu)點(diǎn)，避開(kāi)由于單種加重劑帶來(lái)的問(wèn)題。由于高密度鉆井液的加重劑性質(zhì)的不同，導(dǎo)致它們?cè)诟鞣矫姹憩F(xiàn)出不同的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)?？扇苄约又貏┑乃枷刖褪?，在鉆井液基液中溶解可溶性物質(zhì)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(shí)還不會(huì)帶入固相含量。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(lái)的高故鄉(xiāng)含量給鉆井液流變性帶來(lái)了很多困難，所以需要找出能避免帶入高固相的方法。[6]常用的加重劑有不可溶的和可溶的兩種。2）活化重晶石還具有不增稠及減稠效能, 泥槳體系在高溫下密度穩(wěn)定, 并有良好的流變性能, 可以減少加重泥漿的處理次數(shù)及節(jié)約處理劑消耗。通過(guò)加入經(jīng)過(guò)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(diǎn)。為提高重晶石的穩(wěn)定性，需要從分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵特征入手, 優(yōu)選化學(xué)鰲合劑, 對(duì)重晶石顆粒表面進(jìn)行化學(xué)改性, 增強(qiáng)其顆粒表面的電位、親水性、結(jié)構(gòu)活性及高溫穩(wěn)定性, 改善重晶石在水基泥漿中的動(dòng)力穩(wěn)定性。這種親水性差的重晶石顆粒, 在水基泥漿中不易分散, 且呈一定數(shù)量的顆粒聚集狀態(tài), 從而更不易在泥漿中懸浮, 加劇了上述惡性循環(huán)。重晶石的沉淀, 還與重晶石顆粒的表面性質(zhì)有關(guān)。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(shí), 要求泥漿應(yīng)具有足夠強(qiáng)的結(jié)構(gòu)力, 即應(yīng)具有較高的動(dòng)切力和靜切力。欲使該加重泥漿重新恢復(fù)其良好的流變性等, 還需加水和添加劑進(jìn)行處理, 而重泥漿在處理后粘度及切力下降的同時(shí),又會(huì)導(dǎo)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。如此大數(shù)量的重晶石加入泥漿中后, 其中一部分極易沉淀, 同時(shí)會(huì)使加重后泥漿的粘度和切力大幅度升高。配制高及超高密度泥漿時(shí), 需加入接近或超過(guò)泥漿本身質(zhì)量的重晶石。硫化氫在井底與赤鐵礦反應(yīng)生成硫化鐵，鉆井液將變黑，顏色的變化可以預(yù)報(bào)硫化氫的存在和溢出。赤鐵礦密度更高（）。赤鐵礦研磨處理備鉆井液用的成本比重晶石高。應(yīng)用在石油鉆井中：比重：；細(xì)度：濕篩分析通過(guò)200目不少于97%（重量法），通過(guò)325目為85%～95%（重量法）。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(chǎn)量，防止井噴事故。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。由于技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)條件等因素，現(xiàn)階段使用最多的加重劑是重晶石、赤鐵礦和方鉛礦。[5]許多種物質(zhì)可用作鉆井和完井液的加重劑，例如：水溶性鹽NaCl、KCl、CaClCaBr酸溶的碳酸鈣、不溶的重晶石、鐵礦石和方鉛礦。本章將從高密度鉆井液加重劑、處理劑兩個(gè)方面出發(fā)探討改善高密度鉆井液技術(shù)難點(diǎn)的對(duì)策。在高密度鉆井液的應(yīng)用中，鉆遇復(fù)雜地層的情況很多，比如高溫、鹽侵，這些復(fù)雜情況的發(fā)生很容易導(dǎo)致處理劑性能的降低，甚至失去處理劑的作用。加重劑的加入會(huì)從流變性、濾失性、潤(rùn)滑性等多方面影響鉆井液的性能，為了能保證鉆井液良好的性能，需要加入不同作用的處理劑以改善各方面的性能。第四章 高密度鉆井液難度對(duì)策探討～，而追溯高密度的根本原因就是加重劑的添加。(3)開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境無(wú)污染或污染小，抗高價(jià)離子及抗溫能力強(qiáng)，能適用海上鉆井和深井鉆探的處理劑。針對(duì)已有處理劑分子量過(guò)高，致使鉆井液的靜結(jié)構(gòu)力過(guò)強(qiáng)，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(chǎn)物的分子量，發(fā)展低分子量聚合物抑制鉆井液體系。這就要求在原有普通降濾失劑的基礎(chǔ)上，提高要求來(lái)滿足高溫高壓條件。 (4)加入一些極細(xì)的膠體粒子(如腐植酸鈣膠狀沉淀)堵塞泥餅孔隙，以使泥餅的滲透性降低，抗剪切能力提高。(3)加入CMC或其它聚合物以保護(hù)粘土顆粒，阻止其聚結(jié)，從而有利于提高分散度。膨潤(rùn)土是常用的配漿材料，同時(shí)也是控制濾失量和建立良好造壁性的基本處理劑。膨潤(rùn)土顆粒細(xì)，呈片狀，水化膜厚，能形成致密的滲透性小的泥餅，面且可在固相較少的情況下滿足對(duì)鉆井液濾失性能和流變性能的要求。主要調(diào)整方法是根據(jù)鉆井液類(lèi)型、組成以及所鉆地層的情況，選用適合的降濾失劑和封堵劑?？梢酝ㄟ^(guò)改善泥餅的質(zhì)量(滲透性和抗剪強(qiáng)度)、確定適當(dāng)?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(shí)間、控制鉆井液返速和流態(tài)(形成平板型層流)等方法來(lái)減少鉆井液的濾失量，并形成薄而韌的泥餅。一般鉆井液中加固相含量為4%～6% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，泥餅中固相含量為10%～20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。泥餅中固相含量降低的原因是優(yōu)質(zhì)土分散性好、固相顆粒細(xì)而多、水化好、溶劑化膜厚，以及形成的泥餅滲透率低的緣故。通常的辦法是減小fsc值。也就是說(shuō)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。在高溫的作用下，鉆井液中的某些處理劑會(huì)發(fā)生不同程度的降解，并且會(huì)隨著溫度升高降解進(jìn)度加劇，最后失去維持濾失性能的作用。為此，有必要進(jìn)行高溫高壓下的濾失特性研究。隨著溫度升高，水分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，粘土顆粒對(duì)水分子和處理機(jī)分子的吸附減弱，解吸附的趨勢(shì)加強(qiáng)，使粘土顆粒聚結(jié)和去水化，從而影響泥餅的滲透性，造成濾失量上升。表31 各種溫度水的粘度 當(dāng)鉆井液溫度從20℃升至80℃時(shí)，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。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。從而可以通過(guò)提高濾液粘度達(dá)到降低濾失量的目的。濾液粘度愈小，鉆井液的濾失量愈大。在深井和對(duì)濾失量要求嚴(yán)格的井段鉆進(jìn)前，最好進(jìn)行高壓差濾失實(shí)驗(yàn)，這對(duì)正確選擇配漿粘土和處理劑方案是有意義的。對(duì)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。隨壓差增大，滲透率減小的過(guò)程也有差異，因而濾失量與壓差的關(guān)系也不同。但實(shí)際鉆井液液濾矢量不—定與壓差成平方根關(guān)系。 （39）實(shí)際上，測(cè)量靜濾失的過(guò)程是由兩個(gè)濾失階段組成的，即從無(wú)泥餅到開(kāi)始形成泥餅的瞬時(shí)濾失階段和泥餅不斷增厚的靜濾失階段。如果瞬時(shí)濾矢量大到可以測(cè)量的話，就應(yīng)根據(jù)式（39）確定API標(biāo)準(zhǔn)濾失量。但鉆井液實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，繪出的直線并不通過(guò)原點(diǎn)，而相交于縱軸一點(diǎn)，形成一定的截距。[2]從式（38）可以看出．濾失量Vf與滲濾時(shí)間的平方根成正比。鉆井液的實(shí)際濾失過(guò)程與公式推導(dǎo)的前提是有出入的，實(shí)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。在滲濾期間，設(shè)在任何時(shí)間t，體積Vm的鉆井液中被過(guò)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?jǐn)?shù)，是泥餅中固相的體積分?jǐn)?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(shí)間的平方根成正比；與濾液粘度u的平方根成反比。因此，濾失速率可表述為 （35）式中 dVf/dt濾失速率，cm3/s； K泥餅滲透率，um2； A滲濾面積；△P滲濾壓力，105Pa；u濾液粘度，為了研究方便，假設(shè)：泥餅的的厚度與鉆井直徑相比是很小的；泥餅是平面型的；厚度為定值；泥餅是不可壓縮的，且共滲透率不變。鉆井液的濾失規(guī)律與地下流體通過(guò)地層的滲透規(guī)律相近。在壓差作用下，作為滲濾介質(zhì)泥餅的厚度是隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增厚的，是一個(gè)變數(shù)。下面依次討論其影響因素，重點(diǎn)是靜濾失，因?yàn)樗c井內(nèi)的泥餅厚度有密切關(guān)系，面且研究得較多。根據(jù)1/2～2/3橋塞理論和砂巖孔喉大小，形成內(nèi)泥餅的粒徑范圍為1～100um。顯然，內(nèi)泥餅的質(zhì)量參數(shù)顯著影響著外泥餅上的失水量。泥餅的形成機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，影響因素繁多，假設(shè)鉆井液向井壁濾失過(guò)程符合達(dá)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(shí)質(zhì)上是以阻力形式影響濾失過(guò)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(nèi)F外—分別為內(nèi)泥餅阻力和外泥餅阻力。在鉆開(kāi)新地層之初，如果不能在近井壁地帶高滲巖石內(nèi)形成較大幅度減小其滲透率的內(nèi)泥餅，固相顆粒則只能在巖石表面上橋塞并逐級(jí)填充，難以形成薄而致密的外泥餅。[2]高密度鉆井液體系與低密度鉆井液體系造壁性控制因素的相同之處在于都是控制和維護(hù)鉆井液固相粒子濃度、分散度、級(jí)配以及泥餅潤(rùn)滑性。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。反之粗顆粒多而細(xì)顆粒少，則形成的泥餅厚而疏松，鉆井液的濾矢量則大。若鉆井液中細(xì)粘土顆粒多，而粗顆粒少。通常用濾矢量〔Filtration Loss)或失水量(Water Loss)來(lái)表示濾失性的強(qiáng)弱鉆井液濾失的兩個(gè)前提條件是：存在壓力差和存在裂隙或孔隙性巖石。水，作為水基鉆井液的分散介質(zhì)、在鉆井液中以三種形態(tài)存在，即化學(xué)結(jié)合水、吸附水和白由水。整個(gè)過(guò)程也稱之為凈失水過(guò)程，其過(guò)程歸結(jié)為：堵塞→進(jìn)一步填充→泥餅正式形成。逐漸形成泥餅，這過(guò)程稱為濾失過(guò)程。鉆井液中的濾液在壓差作用下穿過(guò)滲透介質(zhì)，固相顆粒小于孔隙的就穿過(guò)去，大于孔隙的顆粒就在表面沉積。鉆井液的濾失與造壁性是鉆井液的重要價(jià)能，它對(duì)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。（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。（5）盡量提高液相密度，減少加重劑用量，從而降低固相含量。（3）優(yōu)化加重劑粉末的粒度級(jí)配，改善加重漿流變性和穩(wěn)定性，提高潤(rùn)滑能力。目前較有希望的技術(shù)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。新型處理劑研究將在第四章的處理劑探討中詳細(xì)介紹。（8）利用聚合物形成粘彈性潤(rùn)滑膜降低流動(dòng)阻力在高密度水基鉆井液體系中所加的高分子聚合物遇水溶漲、溶解后，連同水一起吸附在固相顆粒表面上，其水合膜（水合作用）能起彈性流體潤(rùn)滑作用，溶解（小分子量的聚合物溶解）的聚合物與水結(jié)合一起仍可充當(dāng)摩擦面間的潤(rùn)滑劑，它們綜合作用的結(jié)果可在固相顆粒摩擦面間形成粘彈性潤(rùn)滑膜，降低其摩擦阻力，改善高密度水基鉆井液體系的流動(dòng)性。它們綜合作用的結(jié)果，使高密度水基鉆井液體系流變性得以改善。（7）增強(qiáng)體系的潤(rùn)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(shí)，應(yīng)保留有適量的微細(xì)顆粒（如坂土、鉆屑、加重材料等），作為固體潤(rùn)滑劑，在摩擦面間形成固體潤(rùn)滑膜降低摩擦面間的阻力。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。密度 g/cm3的高密度鉆井液一般采用鐵礦粉與活化重晶石復(fù)配加重。（4）使用高密度高品質(zhì)的加重材料高密度鉆井液加重材料的選擇與性能控制已成為深井鉆井的關(guān)鍵技術(shù)。要常使用離心機(jī)清除有害固相，因此每夭須使用2~3h的離心機(jī)，防止鉆井液“膠蠟燭”而導(dǎo)致粘附卡鉆。這是獲得更多游離水含量的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)高密度水基鉆井液良好流變性的前提。膨潤(rùn)土含量過(guò)高，或過(guò)低都會(huì)影響體系的穩(wěn)定性，影響高密度鉆井液的流變性和沉降穩(wěn)定性。（1）配漿水處理對(duì)配漿水進(jìn)行處理如磁化、凈化清潔等，其目的改變水原來(lái)結(jié)構(gòu)（如偶極矩、氫鍵等），使其結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)、具有疏松性、“閃動(dòng)簇團(tuán)”數(shù)目增加，使得更為活潑（活性增高）的單個(gè)游離水分子數(shù)目增加，從而減小水合作用（與任何固相即粘土、鉆屑、加重材料、處理劑、電解質(zhì)離子等之間的水合作用），進(jìn)而降低水合程度，獲得更多的游離水含量，達(dá)到改善高密度水基鉆井液流動(dòng)性的目的。這些因素會(huì)因高溫作用而加大其影響程度，致使高密度水基鉆井液體系流變性惡化，無(wú)法維護(hù)、控制困難。由于熱穩(wěn)定性常用鉆井液經(jīng)高溫后的性能變化來(lái)表示，為了與高溫下的性能相區(qū)別又稱它為高溫后性能。因此，溫度愈高，使用時(shí)間