有機(jī)鹽鉆井液技術(shù)

有機(jī)鹽鉆井液技術(shù)

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1、有機(jī)鹽鉆井液技術(shù)關(guān)鍵詞有機(jī)鹽鉆井液;加重材料;鉆井液性能;流變性;抑制性;室內(nèi)試驗(yàn);機(jī)械鉆速;保護(hù)油氣層;腐蝕;環(huán)境;現(xiàn)場應(yīng)用;新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣。摘要介紹了一種新型鉆井液——有機(jī)鹽鉆井液的組成,部分處理劑的結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理,室內(nèi)試驗(yàn)及在新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣的現(xiàn)場應(yīng)用情況。結(jié)果表明:該鉆井液流變性好、抑制性強(qiáng)、造壁性好,可提高機(jī)械鉆速、保護(hù)油氣層、對鉆具無腐蝕、對環(huán)境無污染,在現(xiàn)場應(yīng)用,有其是在新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣應(yīng)用更具有廣闊的前景。一、基本概念有機(jī)鹽即有機(jī)酸鹽,也就是有機(jī)酸根陰離子與金屬陽離子、其它類型的陽離子所形成的鹽。本文所說有機(jī)鹽,是帶雜原子取代基的有機(jī)酸根陰離子與一價(jià)金屬離子(鉀離子

2、、鈉離子、銨離子、叔銨離子、季銨離子等)所形成的鹽。該類有機(jī)鹽可用一通式XmRn(COO)lMq表示,其中X為雜原子及雜原子基團(tuán),R為C0-C10的飽和烴基,COO為羧基,M為一價(jià)陽離子。其結(jié)構(gòu)式可表示如下:有機(jī)鹽鉆井液由有機(jī)鹽水溶性加重劑Weigh2、Weigh3,降濾失劑Redu1、Redu2、提切劑Visco1、Visco2、無螢光白瀝青NFA-25、包被劑IND10配制而成。其中,IND10是專門用于含低濃度有機(jī)鹽(<15%)鉆井液的處理劑。提切劑Visco1是硅酸鹽礦物的改性產(chǎn)品,可用通式M1aM2bM3c(OH)dOe表示,M1、M2、為2、3價(jià)金屬元素、M3為4價(jià)非金屬元素。

3、提切劑Visco2是含磺酸基的聚合物經(jīng)微交聯(lián)合成的高分子化合物。降濾失劑Redu1是含磺酸基的乙烯基單體、乙烯基單體與纖維素等接枝共聚而成的中小分子量聚合物。降濾失劑Redu2是含磺酸基的乙烯基單體、乙烯基單體共聚而成的中小分子量聚合物。包被劑IND10是乙烯基單體、含磺酸基的乙烯基單體共聚而成的較高分子量的聚合物。二、有機(jī)鹽鉆井液的特點(diǎn)有機(jī)鹽鉆井液比之普通鉆井液,有以下特點(diǎn):(1)固相含量低,流變性好;(2)抑制性強(qiáng);(3)濾失造壁好;(4)抗溫能力強(qiáng);(5)保護(hù)油氣層效果好;(6)對金屬無腐蝕;(7)對環(huán)境無污染。三、有機(jī)鹽鉆井液的作用機(jī)理(一)有機(jī)鹽鉆井液的流變性有機(jī)鹽水溶性加重劑的

4、有機(jī)酸根陰離子與單價(jià)陽離子親水性強(qiáng),在水中電離傾向大,具有超高溶解度,Weigh2在水中溶解度可達(dá)95克/100克水,Weigh3在水中溶解度可達(dá)150克/100克水。其水溶液密度較高,最高可達(dá)1.55g/cm3,用這類加重劑可配成密度高達(dá)1.55g/cm3的無固相鉆井液及密度為2.50g/cm3以上的低固相超高密度鉆井液。有機(jī)鹽鉆井液各組分能充分溶解于水,是由溶解規(guī)律理論決定的。電解質(zhì)溶液理論指出:電解質(zhì)溶液中存在幾個(gè)組分時(shí),其組分的化學(xué)勢(又稱化學(xué)位)隨組分的活度(活度與濃度或溶解度成正比)的變化而變化,即:μi=μi°+RTlnai,其中μi為i組分的化學(xué)勢,μi°為i組分在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下

5、的化學(xué)勢(為定值)(簡稱標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)勢),R為常數(shù),T為絕對溫度;ai為i組分的活度,ai與i組分的濃度、溫度、壓力有關(guān)?;瘜W(xué)勢越高,組分的活度越高,與相關(guān)物質(zhì)作用的能力越強(qiáng)。在有機(jī)鹽鉆井液中,存在著水、有機(jī)鹽加重劑、其它添加劑。1、水與各組分的相互影響:由于各組分在水中的濃度較高,活度也較高,使得水濃度大大降低,活度也大大降低,即a水大大降低,使μ水=μ水°+RTlna水大大降低。2、各組分之間的相互影響:再提高。Max(ai)比單溶質(zhì)的ai要大,這就是各組分相互增溶,并能充分溶解,充分發(fā)揮作用的原因。這種原理決定了各組分溶解過程是協(xié)同過程,而不是反協(xié)同過程。結(jié)果是:各組分最大限度地溶解成溶

6、液,形成無固相高密度溶液。由μi=μi°+RTlnai還可知溫度升高,有利于μi的提高,ai的提高有更大的余地,在溫度高時(shí),其濃度與溶解度可提高。有機(jī)鹽加重劑溶于水后形成的較高密度溶液,為無固相、低固相、高密度且具有優(yōu)良流變性鉆井液的配制打下了良好的基礎(chǔ),這種溶液中配入各種流變性調(diào)節(jié)劑可配成流變性優(yōu)良的鉆井液。通過往有機(jī)鹽加重劑溶液中加入提切劑Visco1、Visco2來調(diào)整流變性。Visco1在水中溶解后可形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),提高鉆井液的懸浮攜砂能力。Visco1溶于水后所成膠體顆粒不帶電,因此其在高濃度有機(jī)鹽溶液中仍能保持較高切力。Visco2為抗鹽聚合物的微交聯(lián)產(chǎn)品,在有機(jī)鹽溶液中可形

7、成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),改善有機(jī)鹽溶液的懸浮能力。(二)有機(jī)鹽鉆井液的抑制性1、井壁、鉆屑、粘土顆粒在有機(jī)鹽鉆井液中浸泡時(shí)的水化應(yīng)力為:τ水化=4.61Tln(a水/a巖)T為絕對溫度,a水為鉆井液中水的活度,a巖為巖石(鉆屑、井壁、粘土顆粒)的活度。由上式可見a水越小,τ水化越小。試驗(yàn)測定不同種類鹽(或處理劑)的飽和溶液中的a水值如下:溶液純水飽和Nacl溶液飽和Kcl溶液飽和Cacl2溶液20%甘油溶液1%FA367溶液a水

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