解卡剂作用机理及解卡性能研究.doc

解卡剂作用机理及解卡性能研究 房炎伟1，刘志华2，刘禧元2，杨荣奎2，付伟明2，杨嘉伟1 （1.西部钻探有限公司 2.吐哈油田公司，新疆,鄯善,838200） 摘要：泡解卡剂是解除粘附卡钻的有效方法，解卡剂通过破坏钻具-泥饼之间的粘附力，提高界面的润滑性，和破坏泥饼内部的粘滞力，破坏泥饼结构发挥作用。提高解卡剂的解卡效果需要按照正确的配制方法制备出性能合格的解卡液，在现场严格按操作程序施工，以达到快速解卡，避免引起其它复杂情况的目的。用国内常用的几种解卡剂进行滤饼破裂实验，实验后滤饼都产生了裂纹，使用油基解卡液在滤饼中产生的裂纹较深、较多。 关键词：解卡剂；钻井；机理 中图分类号：TE242 文献标示码：A 卡钻是钻井施工中的常见事故，在卡钻类型中粘附卡钻所占的比例最大，给钻井工程带来严重的经济损失。在处理粘附卡钻的方法上，常用的机械方法有振击、套铣、连续液压解卡等，常用的化学处理方法有泡油、泡酸、泡解卡剂等，使用机械方法存在耗时长，作业费用高的缺点，因此绝大多数情况下，还是采用化学处理方法。泡酸解卡基本限于在碳酸盐地层，而且酸液在储运、施工中存在诸多限制条件，使其不能广泛应用。泡油解卡和泡解卡剂解卡法常常联合使用，是钻井施工中使用最多的一种解卡方法。 泡解卡剂是解决粘附卡钻的有效方法之一，但是由于解卡剂的应用范围窄，现场施工人员对解卡剂的配制方法掌握不足，以及受现场施工设备的限制，常常使解卡液的性能不完备，可能导致解卡效率不高，甚至造成更加严重的事故。要及时有效地解除粘附卡钻，需要提高对解卡剂机理、配方和施工方法的认识，避免卡钻后引起其它井下复杂情况，达到缩短钻井周期，节省钻井费用的目的。 1.钻具-泥饼体系作用力分析 发生粘附卡钻时，钻具嵌入泥饼并停靠在井壁上。在压差作用下，泥饼中的粘土颗粒水化程度降低，水化膜变薄，粘土颗粒间相互连接趋于紧密，孔隙度变小；随时间延长，泥饼中的粘土颗粒、添加剂与钻具表面进一步发生吸附作用，使泥饼与钻具之间的粘附力更强，泥饼内部结构更加致密。此时钻具-泥饼体系内部存在着复杂的作用关系，既有粘土与钻具金属表面的作用，添加剂与钻具金属表面的作用，吸附水与钻具金属表面的作用，还有添加剂之间的作用，添加剂与吸附水之间的作用和吸附水与吸附水之间的作用；此外还有电荷之间的作用力和范德华力。这些作用力可以统称为电-化学结合力，这些力作用的结果是钻具被泥饼牢牢地粘在井壁上。 电-化学结合力在宏观上的表现是泥饼对钻具表面的粘附力和粘滞力。粘附力是钻具与泥饼界面或钻屑与泥饼界面吸附管柱或岩屑的力。粘滞力是使泥饼中同类或不同类的原子、离子和分子结合在一起的力。解卡可能是一种力失效或两种力同时失效的结果，因此解卡剂的一个必要性能是能够削弱泥饼的粘附性能，使其对钻具的吸附力减少；另一个必要性能是破坏泥饼的内部结构，削弱泥饼的粘滞性能[1]。 2.解卡机理 解卡的基本原理是提高泥饼润滑能力和破坏泥饼结构实现压力向粘卡界面的传递，减小泥饼-钻具界面的粘附力和粘滞力。 提高泥饼润滑能力，就是要破坏钻具金属表面与粘土、添加剂和吸附水三方面的作用，可以通过表面活性剂的乳化、润湿反转作用，使油相填充于钻具-泥饼界面，减小界面的摩擦系数。 泥饼结构的破坏与泥饼的去水化作用有密切的关系[1]，由于泥饼结构中，各种添加剂吸附水的程度不同，以及添加剂分布的不均匀性，使泥饼中的去水化作用进行的不均匀，导致部分颗粒聚集，产生裂缝。在裂缝产生的瞬间，原来作用在钻具-泥饼体系上的压差向地层的传递受到破坏，此时形成卡钻的压差本身就成为解卡的动力。另外，泥饼中裂缝的产生，也有利于解卡液向泥饼的渗入，如果裂缝能够伸入到钻具-泥饼的界面，对界面摩擦系数的减小也有一定的贡献。 钻具在井下所处液体环境的物理、化学和电化学性质的改变以及泥饼沉淀时起主导作用的相互作用力的性质变化，都可以改变泥饼的性质，实现解卡。 2.1泡油解卡机理 解卡油一般由混合油组成，具有很强的渗透性和润滑性能，当解卡油泵入钻具和泥饼之间时，油能够快速渗透到泥饼与管柱界面，减小钻具两侧因压差而产生的摩擦力，减小泥饼粘滞系数，达到解卡的目的。 2.2泡解卡剂解卡机理 解卡剂分为水基型和油基型，一般由渗透剂、润湿反转剂、润滑剂、乳化剂、具有去水化作用的盐类或带有大量极性基团的物质等组成，其解卡机理包括渗透作用、润湿作用、润滑作用、去水化作用和泥饼脱落作用等。 在由解卡剂配制成的解卡液中，油类或渗透剂能够显著降低表面张力，润湿反转剂则使亲水表面转变为亲油表面，在渗透剂和润湿反转剂的共同作用下，泥饼中毛细管阻力减弱，使解卡液能够通过毛细管进入井壁地层和管柱-泥饼界面，将钻井液柱的压力传递到地层中，降低界面压差。 在解卡液进入管柱-泥饼界面，完成界面的表面改性后，润滑剂分子中的亲水基团吸