C09高温高压泥浆..doc

高温高压泥浆 引言 泥浆体系的选择和维护，对一口高温高压井的成功钻进是非常必要的。相对于一口常规井环境，对于泥浆的任何无用环境条件，都可能使泥浆性能发生根本性的改变。随着温度的升高，化学反应加快、变强，任何污染物的作用也会增强。 定义 高温高压井通常认为是指井内温度超过300?F（150?C），为了满足井控需要，当量泥浆比重为16.0ppg（1.92sg）或更高的油井。 然而，从钻井液的观点看，可以这样来认识高温：它就是指常规钻井液添加剂，以某一合适的速率开始进行热降解时的温度。这种降解会引起各组分性能的衰减，使得体系的维护变得困难而昂贵。从自然物质中所提取的许多泥浆化学处理剂，在温度为250?F和275?F之间时，都会发生热降解反应。然而，针对高温井所设计的许多泥浆体系，主要包含粘土、lignosulphonate与ligites，这种体系在350?F的温度下都是稳定的。然而，在300?F以上时，要维护这些泥浆，就显得非常困难，而且成本也很高。 热降解机理 热降解可简单地认为是：将那么多的能量施加于某种化学物质中，以致于它的某部分结构被破坏了，或改变了其存在形式，由于存在某些化学物质，在低温条件下，也可能会发生类似的作用。如氧（从空气中来）可以促进氧化作用，水（存在于泥浆中的）也可促进水解作用。 无论什么原因，或所涉及的特殊化学反应，在高温条件下，最终的结果是：以前稳定的钻井液，现在却变得难于控制。 很不幸的是，在高温井中，泥浆的温度不仅会升高，而且应力也有变化。在钻井液中，常常还存在象硫化氢和二氧化碳这样的酸性气体化学污染物。高比重、深井眼是高温井所具有的部分特征。长时间的起下钻，使井眼长时间静止，充满泥浆的固相也暴露于污染物中，并且，大量的高温泥浆处于条件差、充满应力的环境中。搬土浆体系 高温使般土悬浮物发生分散絮凝作用，随着温度和应力的升高，蒙脱石（商用般土的主要成份）的水化也会增强，并且，有更多的粘土小块从它们的聚积束中分离出来。在悬浮液中，将有更多的颗粒存在，并使悬浮液的粘度升高。聚积束的分离物可提供更多新表面供氢氧根离子吸附，从而间接造成PH值的降低。在悬浮液中，由于表面积增加与PH值减小的共同作用，使得絮凝作用增强。在井底条件下，这就需要向泥浆中加碱和悬浮剂。如果悬浮剂不够，或者其本身就存在热降解，则会发生严重的絮凝或胶凝作用。在起下钻和重新建立泥浆循环时，经常会形成这种条件。 图表1表明了：在清水体系中，温度对一种简单般土悬浮物（18桶）胶凝特性的作用的关系。该图表明：当温度达到120?F（250?C）时，将会产生过度胶凝作用。实际上，触变絮凝的实际温度是由泥浆的组分来决定的。般土的类型、钻屑的浓度和类型、悬浮物的浓度和类型以及液相的离 (9-4) 子组分，所有这些对絮凝作用都有影响。在高矿化度的环境下，钙离子与胶状粘土相互作用，会形成象铝土硅酸钙一样的水泥层。在这种情况下，可能会产生极高的切力，在最严重的情况时，泥浆实际上是可能会固化。 聚合物泥浆 温度对聚合物泥浆的影响主要是由于温度对聚合物组分存在影响。在绝大多数情况下，聚合物泥浆是低固相泥浆，并且，所有的聚合物泥浆对粘土的水化都有一定抑制作用。在般土浆中，会出现粘土水化增强的问题，在聚合物泥浆体系中，却是很少出现这样的问题，然而，聚合物泥浆体系对热降解比较敏感。聚合物链的断裂可能伴随着所联基团的化学变性。由聚合物断链所引起的两个主要反应是氧化反应和水解反应。通过将体系的PH值维持在9.5--10.5范围内，并使用除氧剂，是可以将这两个反应控制到一定程度的。 油基泥浆体系 在水基泥浆中，带电粘土与聚合物相互间存在电性作用。而在非极性连续相的油基泥浆中，却不会发生这种作用。只有对于相对较弱的氢键，才会产生这种作用。如果升高温度，这些较弱作用力，是很容易破坏的，因此，油基泥浆中的热胶凝作用并不常见的。 温度极限 对于水基泥浆处理剂和水基泥浆体系，下面这些表给出了发生热分解 泥浆处理剂 常用类型 温度(?F) 温度(?C) 瓜尔胶 225 107 淀粉 250 120 生物聚合物 250-275 120-135 HT Starch 275 135 CMC和PAC 275 135 Lignosulphonate 250-325 120-160 Stangard Lignite 300-350 150-175 Modified Lignite 350-450 175-230 合成基聚合物 400-500 205-260 泥浆体系 常用类型 温度(?F) 温度(?C) 不分散聚合物 275 135 NDP-High Temperature F