复杂地层.doc

复杂地层?之?土层、泥页岩中使用的泥浆(2009-04-01 20:22:33) ? （四）油基泥浆 ? ??????? 油基泥浆不是以水而是以油作为主要分散介质。以其中的油包水乳化泥浆为典型例子，它可以有效地抑制水敏性泥页岩地层、大段岩盐层的井壁分散，并适于低压地层、高温、超深井钻进，润滑性、防塌防卡性也较好。 ???????? 油包水乳化泥浆是以油为外相，水为内相，用乳化剂配制而成。它在井壁上形成一油膜阻挡层，阻止井壁的水化膨胀；通过调节油水比例来与地层配伍；通过调节水相中盐的浓度来调节油膜阻挡层两侧的渗透压力，使之达到活度平衡，在压力平衡下消除水的运移，从而稳定泥页岩井壁。 ???????? 油包水乳化泥浆的组成和配制工序比较复杂，配制成本也较高。 ① 油相，柴油或煤油，为满足流变性等要求，一般油相占 60~70% ； ② 水相，采用盐水并按活度平衡要求调节其含盐量； ③ 乳化剂，包括油溶性和水容性的，多为复合型的。常用的乳化剂有石油磺酸铁、十二烷基酰醇胺、腐植酸酰胺、司盘— 80 等； ④ 油中可分散的胶体，用于悬浮重晶石、钻碴、增粘和降失水，主要为膨润土，使润土转变为亲油有机膨润土的有机阳离子活性剂、氧化沥青等； ⑤ 水相活度调节剂，常用的盐有氯化钠、氯化钾、氯化钙等，水相含盐量视地层性状在 3%~60% 范围内调节； ⑥ 碱度调节剂，调节泥浆的 pH 值，一般用石灰。此外经常还用到加重剂和消泡剂等。 ???????? 以我国华北油田曾使用过的配方为例：柴油 78% 、饱和盐水 30% 、石油磺酸铁 10% 、司盘 -80 7% 、腐植酸酰胺 3% 、有机土 3% 、氧化沥青 3% 、 NaCl16% 、 KCl5% 、 Ca(CL) 2 15% 、生石灰 9% 、重晶石 0~200% 。泥浆在 50 ℃ 时的主要性能指标为：漏斗粘度 80~100s ，表观粘度（ 90~120 ） × 10 -3 Pa · s ，粘度塑性（ 80~100 ） × 10 -3 Pa · s ，屈服值（ 25~40 ） dPa ，静切力（ 20~35 ） / （ 30~50 ） dPa ，失水量 ≤ 2ml/30min 。其他有关的性能指标是：高温高压失水（ 3.45MPa,369 ° K ） 1 ～ 2ml/30min ， PH 值 11.2 ～ 11.5 ，润滑系数 0.04 ～ 0.05 ，破乳电压 548 ～ 574V ，水相分散细度 (3 ～ 5μm)95% 以上，悬浮稳定性 150 ℃ 陈化 16h 重晶石不沉淀。 ???????? 此油包水乳化泥浆的配制工艺如表 4-5 所列。 ? （五）有机阳离子聚合物泥浆 ? ???????? 这是一种新型的钻井液，以有机阳离子聚合物（或称高分子量聚阳离子、大阳离子）为包被絮凝剂，以小分子量有机阳离子化合物（小阳离子）作为粘土稳定剂，并配合使用降失水剂、降粘剂、封堵剂、润滑剂等的钻井液体系。它具有很强的抑制性、良好的流变性，而且易于维护。 ??????? 大阳离子由于其带高正电荷，中和能力强，聚合物链长，架桥作用好，能以较快的速度和较强的静电作用力以单分子层形式铺敷在粘土上，使粘土的比表面和表面负电荷大大下降，从而使粘土的水敏性基本丧失而起到稳定井壁的作用；而小阳离子又能进入到粘土片的晶层间形成持久的吸附，使粘土颗粒间的连接力更牢固，使抑制泥页岩水化、膨胀和分散的能力进一步提高。 ??????? 有机阳离子聚合物泥浆主要是水基泥浆，也可以配制成乳状液。其粘土等主要成分与普通水基泥浆相近，但其中至少含有一种高分子量的阳离子聚合物。 ???????? 大阳离子中绝大多数是含氮的聚合物，少数含有磷、硫等元素。在泥浆中常用的季铵盐型聚合物的结构通式为： ???????? 式中， R 1 、 R 2 、 R 3 、 R 4 是含有一定数目碳原子的烃基，如脂肪烃、环烷烃、芳香烃基，其中 1~2 个烃基是长链的，其余含碳原子较少，若氮原子在环内，则烃基的数目相应减少； X 表示阴离子，可以是卤素离子、硝酸根离子等； n 是聚合度； m 是能使聚合物保持电中性的阴离子数目；氮原子可以被磷、硫原子置换，当氮被硫置换时， R 4 不存在。 ???????? 例如， 聚胺甲基丙烯酰胺（代号 CPAM ），其结构式为： ???????? 又如，阳离子淀粉，其结构式为 ????????? 小阳离子较常用的有环氧丙基三甲基氯化铵（代号 QC ）和代号 NW-1 ），它们的结构式分别为： ??????? 使用有机阳离子聚合物泥浆必须解决好两个问题： ① 防止泥浆中粘土颗粒在高价阳离子的强烈聚结作用下聚结沉淀； ② 能够在泥浆中与广泛使用的阴离子型泥浆处理剂共存。理论研究和实验表明：采用合理的处理剂配方可以较好地解决