【正文】 密度的增加，其中的固相含量也隨之成正比例增加。姑且不論現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)系統(tǒng)的配置是否適合于進(jìn)行這種作業(yè),單是離心機(jī)系統(tǒng)在使用過程中所需要配合進(jìn)行的固相組分分析和相關(guān)的技術(shù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù),以目前的現(xiàn)場(chǎng)管理方式和人員素質(zhì)就無法滿足要求。在高密度情況下,為了盡可能減少加重劑的損失,保持體系密度穩(wěn)定,現(xiàn)場(chǎng)通常的做法是停止離心機(jī),只使用振動(dòng)篩和除砂器,而相當(dāng)一部分情況則是振動(dòng)篩以下的各級(jí)固控設(shè)備完全停止,這樣雖然可以保證加重劑的損耗降至最低,但同時(shí)進(jìn)入體系中的那些較細(xì)的鉆屑也無法得到有效清除。因此選擇適合于高密度體系的理想潤(rùn)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(guān)影響因素的情況下進(jìn)行細(xì)致的評(píng)價(jià)優(yōu)選,即便是確定了潤(rùn)滑劑種類,投入現(xiàn)場(chǎng)使用后也須時(shí)刻謹(jǐn)慎,因?yàn)楦呙芏润w系中許多不明原因的流動(dòng)性變差現(xiàn)象有不少是由于潤(rùn)滑劑的使用不當(dāng)引起。4) 對(duì)潤(rùn)滑劑性能要求很高,助劑市場(chǎng)上絕大多數(shù)潤(rùn)滑劑無法滿足高密度體系要求。3) 高密度體系較難選擇合理的稀釋劑。1）鉆井液流動(dòng)性問題變得比較突出,在謹(jǐn)慎而合理的維護(hù)操作下,可以保證體系具有較好的流動(dòng)能力,但這種工作狀態(tài)易受多種因素的影響而變壞,包括維護(hù)方案的合理性、助劑配伍的合理性、各種污染(如酸性氣體、高礦化度地層水、固相等) 對(duì)體系的破壞等均會(huì)造成其穩(wěn)定性下降,粘度非正常升高。但是在應(yīng)用中同樣發(fā)現(xiàn)了很多實(shí)際的技術(shù)難題，這些難題嚴(yán)重制約著高密度鉆井液的進(jìn)一步發(fā)展。鉆井液體系不簡(jiǎn)化,高密度水基鉆井液由于常常是上層鉆井液轉(zhuǎn)化而來,鉆井液中處理劑種類繁多,相互之間影響,降低了處理劑的效用,成為井下復(fù)雜事故的隱患。但高密度鉆井液技術(shù)仍然有許多地方需要提高,仍有許多難題沒有解決。無機(jī)合成聚合物,耐熱溫度約370 ℃,抗溫能力強(qiáng),使用于井下超高溫鉆井使用。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(hù)。4）超細(xì)碳酸鈣：鉆小井眼井連續(xù)取心時(shí),使用特細(xì)碳酸鈣,把固相顆粒在井壁上的沉淀減少到最低限度,從而解決了因鉆桿高速旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致粗顆粒加重劑在離心力的作用下被甩到鉆桿壁上形成“橋塞”,最終給繩索回收巖心帶來困難。2）超低滲透處理劑：在破碎性地層使用超低滲透處理劑,提高巖層承壓能力。在新理論出現(xiàn)的同時(shí),也產(chǎn)生了以這些理論為依據(jù)的新型體系,出現(xiàn)了一系列的高密度鉆井液體系。5） 有機(jī)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(dá)到了減少了低固相對(duì)鉆井液粘度的影響的目的。4） 高溫下,粘土和堿之間得反應(yīng)降低了鉆井液的穩(wěn)定性。3） 高密度鉆井液中,重晶石參與了鉆井液內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形成。這些被吸附的金屬離子的原子具有空軌道,可接受配位體,具有絡(luò)合能力,可與 OH , COOH 等給電子基團(tuán)產(chǎn)生絡(luò)合吸附。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(zhì)。其間,國(guó)外鉆井液工作者不斷實(shí)踐,提出了一些針對(duì)于高密度鉆井液的理論：1）Chiligcrian G V 等認(rèn)為,重晶石的加重極限可以達(dá)到2. 64g/cm3 ,超過此極限,鉆井液的流變性與沉降穩(wěn)定性之間的矛盾將不可調(diào)和,出現(xiàn)顧此失彼的困難。國(guó)外所用的鉆井液基本為聚合物或油基鉆井液體系,體系中的相關(guān)處理劑均具有抑制鹽膏污染、抗泥巖膨脹的作用。到目前為止，在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)上高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液體系密度使用最高的是位于四川盆地赤水凹陷官渡構(gòu)造的官3井，使用過程中選用了活化重晶石粉配成的聚合物鉆井液體系，取得了較好的現(xiàn)場(chǎng)效果：1）鉆井液流變性良好；2）鉆井液沉降穩(wěn)定性良好；3））鉆井液的潤(rùn)滑性能良好；4）鉆井液的鉆屑容限高；5）鉆井液維護(hù)處理工藝簡(jiǎn)單，易于掌握。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。～～2Pa，10min靜切力為2～7Pa。因此，塑性粘度PV和動(dòng)切力YP的降低有利于鉆速的提高，～3Pa，最高限定在10Pa。而要達(dá)到同樣的水力分配需增加3～5MPa的泵壓。計(jì)算表明，～、井深3000m、通常鉆井參數(shù)：YP為10～35Pa、PV為8～50mPa研究了川東地區(qū)典型的聚磺高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液體系在井深3200m時(shí)的粒度分布，結(jié)果表明，％，而目前配套的三級(jí)鉆井液固控設(shè)備對(duì)于分離小于50 μm的固相顆粒的能力很差。這是因?yàn)轶w系缺乏強(qiáng)抑制性，而且體系中用的大量強(qiáng)分散劑對(duì)深部樂一和陽一鋁土質(zhì)泥頁巖有強(qiáng)分散作用；4）不利于深井噴射鉆井且鉆速受限。大量的研究文獻(xiàn)也表明，F(xiàn)CLS對(duì)膨潤(rùn)土和含伊利石、伊蒙混層的粘土礦物的地層具有強(qiáng)烈的分散作用，F(xiàn)CLS的少量加入就會(huì)使膨潤(rùn)土漿的細(xì)顆粒增加一倍左右，而這些大量的細(xì)顆粒又無法被固控設(shè)備清除，只能殘留在鉆井液中危害其性能。這是因?yàn)榇算@井液屬分散體系，調(diào)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(qiáng)分散劑（平均單井耗FCLS、SMK約8—15t），從而導(dǎo)致鉆井液中細(xì)顆粒固相增多。此外，基本消除了深井鉆井液稠化現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)表明：井徑擴(kuò)大率由25%～30%下降到18%～10%以內(nèi)，而兩性離子聚合物鉆井液其井徑擴(kuò)大率比其它聚合物鉆井液還低5%～20％，抑制性強(qiáng)的鉀鈣瀝青質(zhì)聚合物鉆井液，在茍西天東大天3和梁8井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，取得了增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性的良好效果，平均機(jī)械鉆速提高了18%。川東梁8井，全井使用聚合物鉆井液，當(dāng)Cl達(dá)110000mg/l，Ca2+達(dá)1300mg/l時(shí)，鉆井液依然保持良好性能?！八膫€(gè)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(dá)5336m（川東梁8井）；～；聚合物鉆井液抗溫性從120℃提高到150℃；機(jī)械鉆速明顯提高，實(shí)現(xiàn)了全井使用聚合物鉆井液鉆井，平均機(jī)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(jī)械鉆速提高了5％～20％。如川東地區(qū)開展了包括兩性離子及陰離子高密度聚合物鉆井液工藝研究，抗溫（150℃內(nèi)）抗鹽性降失水劑、降粘劑、抑制包被劑（如CT34，CT310，CPF，CUD，LS2，PPL等）配套處理劑研究，基本滿足了聚合物鉆井液鉆深井的需要。國(guó)內(nèi)在高密度水基鉆井液體系使用上普遍使用聚磺體系和磺化體系，這兩種體系已經(jīng)有了很長(zhǎng)的使用歷史，也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的使用效果。伴隨著這些新理論誕生了一系列的新型處理劑，最突出的就是活化加重材料、甲酸鹽及有機(jī)鹽。～。這段密度范圍的鉆井液體系技術(shù)要求較高,粘度比較大,容易出現(xiàn)問題。從國(guó)內(nèi)外鉆井液使用的經(jīng)驗(yàn)來看,這個(gè)密度的鉆井液體系技術(shù)也比較成熟,普遍采用重晶石加重,因此稱之為普通加重鉆井液。通常,在鉆井過程中如果單純地利用表層土層造漿,其粘度不大,體系性能也比較容易維護(hù),技術(shù)也很成熟,所以把這種鉆井液稱之為普通鉆井液。根據(jù)密度對(duì)鉆井液體系分類,可以有利于鉆井液體系的選擇與使用。隨著鉆井深度增加,鉆遇的復(fù)雜地層不斷增多,對(duì)鉆井液密度的要求范圍越來越大,而對(duì)于不同鉆井液,其組成、性能、使用工藝和維護(hù)方式等存在很大差異。經(jīng)常陷入“加重 增稠 降粘 加重劑沉降 密度下降 再次加重”的惡性循環(huán),高密度鉆井液流變性與沉降穩(wěn)定性控制已成為深井鉆井的關(guān)鍵技術(shù)。高壓深井施工中經(jīng)常因鉆井液流動(dòng)困難、循環(huán)阻力大、激動(dòng)壓力高而發(fā)生井漏、鉆井液失穩(wěn)、固化、高溫膠凝等復(fù)雜情況。加重材料表面改性及活化,改善了加重材料動(dòng)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(gè)重要參數(shù)。加重材料對(duì)高密度鉆井液性能有較大影響,加重劑密度決定高密度鉆井液固相的體積分?jǐn)?shù),從而影響其流變性。這些問題到目前為止一直困擾著我國(guó)乃至全世界。在這樣的條件下，向深層鉆探就成為了一個(gè)必然的趨勢(shì)。高密度鉆井液技術(shù)難度分析及對(duì)策高密度鉆井液技術(shù)難度分析及對(duì)策畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)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(duì)策探討 33 33 34 35 35 36 37 38 39 40 41結(jié)論 42致 謝 43參考文獻(xiàn) 44I第一章 緒論隨著石油資源的不斷勘探和開發(fā)，淺層簡(jiǎn)單地質(zhì)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。同時(shí)世界范圍油氣資源的消耗速度也呈現(xiàn)出飆升的現(xiàn)象。隨著鉆井深度的不斷增加,地層壓力不斷升高,這就對(duì)鉆井液提出了更高的要求,～，～，然而高密度鉆井液由于高密度的原因也帶來了很多鉆井技術(shù)難點(diǎn)，特別是高密度鉆井液流變性能控制與濾失性控制等。高密度鉆井液隨加重材料的加入其表觀粘度、塑性粘度呈現(xiàn)不規(guī)律的平臺(tái)變化。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。高溫、高壓、高鹽及多壓力系統(tǒng)環(huán)境,高密度鉆井液中40%～60%固相含量導(dǎo)致高密度鉆井液粘度、切力過高變稠,同時(shí)產(chǎn)生加重劑沉降問題。采用稀釋劑減稠進(jìn)一步惡化加重劑沉降,采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑提高切力,以懸浮加重劑會(huì)導(dǎo)致流變性變差。面對(duì)高密度鉆井液比常規(guī)鉆井液更多的技術(shù)難點(diǎn)，我們就要從根本上了解高密度鉆井液作用機(jī)理、高密度鉆井液加重材料對(duì)鉆井液性能的影響、膨潤(rùn)土對(duì)鉆井液性能的影響等，從而才能從根本上找到應(yīng)對(duì)高密度鉆井液技術(shù)難點(diǎn)的對(duì)策，為在更多地層條件下運(yùn)用提供理論的支持。 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(gè)定義以便能明確研究的對(duì)象。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)于現(xiàn)在所用的鉆井液可以按密度分為以下幾類:低密度鉆井液,；普通鉆井液,～；普通加重鉆井液,～；高密度鉆井液,～；超高密度鉆井液,～；特高密度鉆井液。當(dāng)需要繼續(xù)增加密度時(shí),加入各種各樣的加重劑,體系密度增加,粘度也會(huì)增加,。繼續(xù)增加密度時(shí),粘度出現(xiàn)平臺(tái),越過平臺(tái)期后粘度又持續(xù)增加,。而這個(gè)密度的鉆井液往往用于深井鉆井,所以稱之為高密度鉆井液。隨著近年來對(duì)深部地層和復(fù)雜地層的勘探開發(fā)，我國(guó)高密度水基鉆井液技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，形成了自己的理論：1）降低配漿土量，減少鉆井液中低密度固相含量，提高高密度水基鉆井液流變性的可控性；2）釋放自由水，增強(qiáng)高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液流動(dòng)性；3）使用甲酸鹽（如KCOOH、CsCOOH等）、有機(jī)鹽等提高液相粘度，降低加重材料用量，降低粘度效應(yīng)；4）對(duì)加重劑進(jìn)行活化，降低加重材料對(duì)高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液產(chǎn)生的粘度效應(yīng)?；罨鼐⒒罨F礦粉已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)上得到肯定并廣泛應(yīng)用，甲酸鹽由于成本高而沒有普及使用，為此有機(jī)鹽無論在性能要求的應(yīng)用還是自身成本上都有著極大推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液體系的探索也在進(jìn)行著。通過對(duì)高密度聚合物鉆井液組分及流變參數(shù)的優(yōu)選，實(shí)現(xiàn)了“四個(gè)提高”、“兩個(gè)突破”和“一個(gè)增強(qiáng)”?！皟蓚€(gè)突破”即突破深井高溫高壓層段機(jī)械鉆速1m/h大關(guān)和聚合物鉆井液不能在高礦化度條件下使用關(guān)?！耙粋€(gè)增強(qiáng)”即聚合物鉆井液抑制性增強(qiáng)。川東地區(qū)高密度磺化水基鉆井液已取得的成果為：1）密度可調(diào)性好，能滿足各種情況下的井控需要；2）濾失造壁性好，高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液高溫高壓濾失量、高溫高壓濾餅、濾餅?zāi)ψ柘禂?shù)三大指標(biāo)易優(yōu)控，防粘卡效果好，成功地鉆成了一批定向井，待別是近三年來實(shí)現(xiàn)了鉆進(jìn)進(jìn)尺32萬米無粘卡事故的紀(jì)錄；3）鉆井液高溫穩(wěn)定性好，能抗200℃左右，鉆成了川東地區(qū)最深（井深6016m）的座3井、井深5739m的轎1井等一批井深超過5000m的復(fù)雜深井；4）抗膏鹽污染能力強(qiáng)，用配制的飽和鹽水磺化鉆井液對(duì)鹽層取心，收獲率為100％；5）造壁性好，深部樂一和陽一易塌層有良好的封堵效果，減緩了井塌程度。川東地區(qū)高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液存在的技術(shù)問題表現(xiàn)為：1）流變性能未實(shí)現(xiàn)優(yōu)控，體系屈服值及靜切力偏高，普遍呈強(qiáng)凝膠狀態(tài)；2）鉆井液中處理劑種類多，用量大。此外，高溫產(chǎn)生酸性氣體，這都將嚴(yán)重污染鉆井液。同時(shí)，此類強(qiáng)分散劑對(duì)非膨脹性泥頁巖有明顯的水化分散作用，高溫下這種作用更強(qiáng)烈；3）未能很好地解決井壁穩(wěn)定問題。分散型高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液中細(xì)微粒子含量高使鉆速受限，導(dǎo)致塑性粘度、屈服值及靜切力過高，使鉆井液在井底形成塑性墊層從而影響鉆頭齒破巖。過高的漏斗粘度、屈服值及靜切力必然導(dǎo)致過高的壓差?！?。即PV、YP越低，環(huán)空壓耗、循環(huán)壓耗和有效當(dāng)量密度越低、鉆頭噴嘴壓降、沖擊力、噴射速度就越高，越有利于鉆頭破巖。靜切力是決定小井眼深井段內(nèi)波動(dòng)壓力最明顯的流動(dòng)參數(shù)，應(yīng)嚴(yán)格控制高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液的弱凝膠特性。綜上所述，要解決好上述四個(gè)方面的問題，特別是高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液條件下提高機(jī)械鉆速的問題，要在保持磺化高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液已有成果的基礎(chǔ)上，還必須具有強(qiáng)抑制性。因此，聚合物高密度欠飽和有機(jī)鹽鉆井液是深井鉆井液類型的發(fā)展方向。[1]目前國(guó)外鉆高壓、。為了保護(hù)油氣層,目前已開始向無固相鉆井液體系發(fā)展, 所使用的加重劑為溴鹽, ,但成本較高。2） Cafe 和Rebb 等人認(rèn)為,在堿性環(huán)境中,重晶石表面帶微弱負(fù)電。根據(jù)法揚(yáng)斯法規(guī)則,處于堿性環(huán)境中帶負(fù)電的重晶石表面能吸附高價(jià)的陽離子,如Fe、Al 和Ti。這樣,重晶石的表面弱負(fù)電性會(huì)因吸附高價(jià)離子而有所加強(qiáng),重晶石在鉆井液中的靜電斥力增大. 有利于鉆井液沉降穩(wěn)定性的改善,也利于彌補(bǔ)因重晶石顆粒變粗給鉆井液沉降穩(wěn)定性帶來的負(fù)面影響。高密度水基鉆井液可能就會(huì)表現(xiàn)出與其他類型的鉆井液不同的流變性。因此要嚴(yán)格控制堿金屬的加量。據(jù)國(guó)外報(bào)道,使用甲酸鈉、,而使用甲酸銫加重,。伴隨著新的體系,同時(shí)也出現(xiàn)了一些新型處理劑：1）甲酸鹽 可溶性加重劑（降低鉆井液固相含量） ：使用于高密度水基鉆井液,提高液相基漿密度,減少加重劑的加量,減小固相含量對(duì)鉆井液粘度的影響,減小了改善鉆井液流變性的難度。3）低分子量陽離子聚合物（二甲胺對(duì)環(huán)氧氯丙烷） ：陽離