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(chǎng)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(chǎng)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(duì)鉆具無(wú)腐蝕、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，在現(xiàn)場(chǎng)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(yáng)離子、其它類型的陽(yáng)離子所形成的鹽。本文所說(shuō)有機(jī)鹽，是帶雜

2、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、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(yáng)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(wú)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

3、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。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

4、能力強(qiáng)；（5）保護(hù)油氣層效果好；（6）對(duì)金屬無(wú)腐蝕；（7）對(duì)環(huán)境無(wú)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)鹽水溶性加重劑的有機(jī)酸根陰離子與單價(jià)陽(yáng)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(wú)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：

5、電解質(zhì)溶液中存在幾個(gè)組分時(shí)，其組分的化學(xué)勢(shì)（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(shì)，μi°為i組分在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的化學(xué)勢(shì)（為定值）（簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)勢(shì)），R為常數(shù)，T為絕對(duì)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(shì)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

6、°+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(guò)程是協(xié)同過(guò)程，而不是反協(xié)同過(guò)程。結(jié)果是：各組分最大限度地溶解成溶液，形成無(wú)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(wú)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

7、液。通過(guò)往有機(jī)鹽加重劑溶液中加入提切劑Visco1、Visco2來(lái)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(duì)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(jiàn)a水越

8、小，τ水化越小。試驗(yàn)測(cè)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