钻井液抗高温技术研究

2013-04-29张华

中国石油和化工标准与质量 2013年6期

关键词：深井

张华

【摘要】钻井液抗高温技术是石油钻井的一项关键的技术。本文从高温对钻井液性能的影响出发，分析了抗高温处理剂的构成，重点探讨了处理剂的优选与评价，最后对钻井液抗高温技术进行了总结。

【关键词】深井超深井抗高温钻井液

1 高温对钻井液性能的影响

深井、超深井钻井液技术的主要难点是井底的温度非常高，钻井周期非常长；钻井过程中流变性是非常难以控制的；同时钻井液容易污染，密度也比较高；在钻井中容易发生卡钻等复杂事故。高温对钻井液性能的影响表现在高温恶化钻并液性能；影响钻井液的热稳定性；降低钻并液的pH值；增加钻并液处理剂的耗量。

2 抗高温处理剂的构成

要想搞清楚抗高温处理剂的构成，首先得搞清楚抗高温处理剂的作用。其作用主要在于两个方面，第一，使钻井液拥有良好的热稳定性；第二，保证钻井液在高压高温下性能良好。实现这两方面作用的过程是，钻井液通过吸附水化作用，以此来有效的增大颗粒表面的水化膜厚度和提高颗粒的正电位。通过这样的途径来实现热稳定性和高温高压下的良好性能。本文从抗高温降粘剂，抗高温降滤失剂，抗高温处理剂的分子结构特征三个方面介绍了抗高温处理剂的构成。2.1 抗高温降粘剂

钻井液的抗高温降粘剂必须起到降粘作用，只有起到了降粘作用，才能有效的抑制粘土高温分散，才能吸附于粘土端面，拆散或阻止网状结构的形成。而要想让抗高温降粘剂达到有效的降粘作用，目前来看最有效的办法就是将高价离子与降粘剂络合，形成络合物。实践证明，通过降粘剂和高阶离子的络合，可以有效的提升抗高温降粘剂的降粘效果，是非常有效也是目前普遍使用的一种有效措施。

2.2 抗高温降滤失剂

滤液粘度和滤饼质量是影响钻井液滤失量的关键因素。所以，要想控制滤失要从滤液粘度和滤饼质量两方面下手。其途径也就是以下两点：第一，提高滤饼的质量；第二，提升滤液粘度。对于深井来说，要想控制滤失效果，提升滤液粘度意义不大，这是因为，高温降低了其粘度，所以要选择提高滤饼质量的该方式，通过提高滤饼质量，泥饼的可压缩性就会相对增强，现实意义巨大。要想在深井中改善滤饼质量，必须保证钻井液中有合理的粒子级配关系和粒子的水化膜厚度。这样，通过保证粒子的水化膜厚度和粒子级配关系，来改善滤饼质量，从而控制滤失。这是抗高温降滤失剂控制滤失的有效途径。

2.3 抗高温处理剂的分子结构特征

抗高温处理剂分子结构要具备以下几个特征：避免醚键和酯键存在；引入高价金属阳离子；选用亲水性强的离子基以及亲水基团的亲水性尽量不受pH值的影响。

2.3.1 避免醚键和酯键存在

如果分子中存在醚键（易氧化）和酯键（易水解），就会直接影响热稳定性。所以在处理剂中分子主键的连接键以及“C-N”等键中，要避免醚键（易氧化）和酯键（易水解）。

2.3.2 引入高价金属阳离子

引入高阶金属阳离子（主要包括Zr4+、Cr3+以及Fe3+等）可以有效的增强处理剂对粘土的吸附能力，因此，必须在处理剂中引入这些高阶金属阳离子。这样引入了高阶金属阳离子，可以让这些离子作为吸附基，以此和有机处理剂形成络合物，来增加对粘土的吸附能力。另外，它的引入可以有效抑制处理剂分子的热降解和抑制粘土颗粒的高温分散。

2.3.3 选用亲水性强的离子基

亲水性强的离子基（主要包括羧基、磺酸基以及磺甲基等）可以有效的减轻高温去水化作用，增强钻井液的热稳定性。由于这个机理的存在，所以我们经常在丹宁、褐煤和酚醛树脂分子上引入磺甲基。

2.3.4 亲水基团的亲水性尽量不受pH值的影响

要想让处理剂在较低pH值情况下发挥效果，则必须规定亲水基团的亲水性尽量不受pH值的影响。另外，带有磺酸基的处理剂可以较好的满足要求。

3 处理剂的优选与评价

分析处理剂的优化与评价问题，可以从以下两个方面进行探讨：抗高温水基钻井液体系的处理剂以及高温、高密度水基钻井液的性能。

3.1 抗高温水基钻井液体系的处理剂

分析抗高温水基钻井液体系的处理剂，从以下几个方面讲解：高温保护剂GBH；降滤失剂GJL—Ⅰ、GJL—Ⅱ；防塌封堵剂GFD。

3.1.1 高温保护剂GBH

高温保护剂GBH是一种磺化多元共聚物，具有好的抗温性能，另外还具有护胶作用；同时还可以改善钻井液的流变性能和HTHP滤失性能；具有一定的页岩水化膨胀的作用，可稳定井眼。

3.1.2 降滤失剂GJL—Ⅰ、GJL—Ⅱ

在高温高压条件下，单一的降滤失剂很难满足钻井工艺要求，只有采用两个或两个以上的高温降滤失剂才能互相促进完善，达到设计要求。降滤失剂GJL—Ⅰ、GJL—Ⅱ抗温性能好降滤失能力非常强。