文档介绍：有机盐钻井液技术
一、基本概念
有机盐即有机酸盐,也就是有机酸根阴离子与金属阳离子、其它类型的阳离子所形成的盐。本文所说的有机盐,是带杂原子取代基的有机酸根阴离子与一价金属离子(钾离子、钠离子、铵离子、叔铵离子、季铵离子等)所形成的盐。
有机盐钻井液由有机盐水溶性加重剂Weigh2、Weigh3,降滤失剂Redu1、Redu2、提切剂Visco1、Visco2、无荧光仿沥青NFA-25 、包被剂IND10配制而成。其中,IND10是专门用于配制低浓度有机盐(<15%)钻井液的处理剂。
提切剂Visco1是硅酸盐矿物的改性产品。
提切剂Visco2是含磺酸基的聚合物经微交联合成的高分子化合物。
降滤失剂Redu1是含磺酸基的乙烯基单体、乙烯基单体与纤维素等接枝共聚而成的中小分子量聚合物。
降滤失剂Redu2是含磺酸基的乙烯基单体、乙烯基单体共聚而成的中小分子量聚合物。
包被剂IND10是乙烯基单体、含磺酸基的乙烯基单体共聚而成的较高分子量的聚合物。
二、有机盐钻井液的作用机理
(一)有机盐钻井液的流变性
有机盐水溶性加重剂的有机酸根阴离子与单价阳离子亲水性强,在水中电离倾向大,具有超高溶解度,Weigh2在水中溶解度可达95克/100克水,Weigh3在水中溶解度可达150克/100克水。其水溶液密度较高,, g/cm3以上的低固相超高密度钻井液。
有机盐加重剂溶于水后形成的较高密度溶液,为无固相、低固相、高密度且具有优良流变性钻井液的配制打下了良好的基础。在该体系中使用提切剂Visco1、Visco2来调整流变性。
Visco1在水中溶解后可形成空间网状结构,提高钻井液的悬浮携砂能力。Visco1溶于水后所成胶体颗粒不带电,因此其在高浓度有机盐溶液中仍能保持较高切力。
Visco2为抗盐聚合物的微交联产品,在有机盐溶液中可形成空间网状结构,改善有机盐溶液的悬浮能力。
(二)有机盐钻井液的抑制性
1、井壁、钻屑、粘土颗粒在有机盐钻井液中浸泡时的水化应力为:
τ水化= ln(a水/a岩)
T为绝对温度,a水为钻井液中水的活度,a岩为岩石
(钻屑、井壁、粘土颗粒)的活度。
由上式可见a水越小,τ水化越小。试验测定不同种类盐(或处理剂)的饱和溶液中的a水值见表1。
表1 不同种类盐的饱和溶液中的a水值
由表1可知Weigh2、Weigh3饱和溶液的a水值极小。因此在有机盐钻井液中, 井壁、钻屑、粘土颗粒的水化应力τ水化比在其它钻井液中小得多,其结果是在有机盐钻井液中,井壁稳定、钻屑、粘土不分散、不膨胀。另外由于钻井液中水的活度远比岩石中水的活度小得多,岩石中的水将渗流入钻井液,钻井液中的水不会渗流入岩石,这有利于井壁稳定及钻屑、粘土的不分散。
2、有机盐溶液中电离出的大量的阳离子K+、NH4+、[NHxR4-x] +(x=1~ 4)可通过静电引力吸附进入粘土晶格(尤其是蒙脱石晶格中),抑制粘土表面水化及渗透水化膨胀;
3、有机盐阴、阳离子对粘土颗粒的吸附扩散双电层具有较强的压缩作用,从而较强地抑制粘土分散;
4、由于有机盐钻井液中含有较高浓度的电解质,使得侵入其中的盐、钙物质难于溶解,其抗盐钙污染能力很强。
(三)有机盐钻井液的抗温性能
钻井液的抗温性能是由其处理剂的抗温能力决定的。有机盐钻井液在抗温方面有其独特的优点。钻井液处理剂的高温失效主要是由于处理剂在高温下降解所致。该降解反应主要是有机处理剂分子链在高温下氧化断链。在常规水基钻井液中,水中溶解氧在高温下活性异常高,氧化能力较强,可使有机处理剂氧化降解。这就是大多数处理剂难以抗180℃以上高温的原因。有机盐钻井液中,情况就迥然不同。两种水溶性加重剂皆含有大量的有机酸根XmRn(COO)lq-阴离子,
该阴离子含有较多的还原性基团,可除掉钻井液中的溶解氧,使得在常规水中可降解的处理剂不发生降解反应,有效地保护了各种处理剂,使其可在超高温度(200℃)下稳定发挥作用。
有机盐钻井液处理剂中,有机酸根阴离子只有少量用于除去溶解氧,其它在高温下分子结构不发生任何变化,就是用于除去溶解氧的这极小量的有机酸根,也变成分子量稍小的有机酸根,对钻井液性能无影响。
有机盐钻井液中,其它处理剂的抗温能力可分别达到140~200℃。