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超深井抗高温钻井液

一般情况下5、6千米以上的井都称为超深井。我国已成功钻探多口超深井。常

用超深井钻井液有水基钻井液和油基钻井液，国内一般用水基钻井液。

7、8千米的超深井地温可达200－250度，（地温梯度一般为每百米3度），压

力可达15－20Mpa，所以超深井对钻井液的性能影响比较大。

第一节：高温对钻井液中的粘土的影响

1、高温分散作用

粘土的高温分散：高温促进钻井液中的粘土粒子分散，使分散度增大。粘土粒

子浓度增大的现象称为粘土的高温分散。其表现为粘度增大。

主要原因：①高温增强了水分子渗入粘土内部的能力；②高温使粘土表面的阳离子

扩散能力增强，扩散双电层增厚，电位提高，有利于分散；③高温使粘土矿物的片

状微粒运动加剧，有利于分散。

影响高温分散的因素有：①粘土的种类，它是影响高温分散作用强弱的决定因素，

易水化的高温分散强，不易水化的高温分散弱；②所经受的温度及作用时间；③PH

值有利于高温分散，因为OH－的存在有利于粘土的水化，而粘土高温水化的同时

PH值降低；④钙、镁、铝、铁、铬、锌等高价离子不利于粘土分散，它对粘土分

散有抑制作用；⑤处理剂的影响，凡对高温分散有抑制能力的处理剂都能抑制高温

分散作用，如磺甲基类、磺酸盐类。

2、高温钝化作用

高温钝化：钻井液中粘土粒子经高温作用后，表面活性降低的现象称为高温钝

化。产生钝化的机理认为是：粘土矿物表面或者是表面和内部都与钻井液中钙离子、

氢氧根离子等发生反应，产生水化硅酸钙，使粘土呈现较大的惰性，而温度则加速

这个反应进行，同时在温度高于150度时，反应会深入矿物晶体内部，其表现为塑

性粘度增加的同时屈服值和切力却增加不多，有时甚至降低，在含有钙、镁、铝、

铁、铬、锌等高价离子时更加明显，剩余力场（表面活性）有所降低。

第二节：高温对钻井液处理剂的影响

1、高温降解作用：有机高分子化合物受高温作用而裂解称为高温降解。高温降

解包括使高分子主链断裂和使亲水基团与主链连接键断裂两方面，前者大大

降低处理剂的分子量，甚至使之失去高分子性质；后者使处理剂亲水性降低，

二者都会使处理剂效能大幅度降低，以至完全失效。影响高温降解的因素有

温度和作用时间外，主要取决于处理剂的分子结构。高温降解对钻井液性能

的影响可能有增稠、胶凝、固化，也可能是减稠、失水猛增等。磺甲基酚醛

树脂抗温220－230度以上腐植酸及其衍生物抗温200－230度以上，水解聚

丙烯腈抗温200－230度，磺甲基丹宁抗温在180－200度。

2、高温交联作用：处理剂分子结构中存在的各种不饱和键和活性基团，在高温

作用下产生交联、增大分子量，这种现象称为高温交联，由于反应结果增大

了分子量，故它可看成为是与高温降解相反的作用。木质素及其衍生物、腐

植酸及其衍生物、栲胶及其衍生物、合成树脂处理剂等分子中含有大量的可

供交联反应的官能团和活性基团。高温交联反应对钻井液性能的影响有好坏

两种：若交联过头生成体型高分子，将钻井液丧失流动性，且失水猛增，钻

井液完全破坏；若交联适当，则可相当于将处理剂进一步改性增效，钻井液

因高温反而变好，表现为高温后性能稳定，失水下降。

第三节：高温所引起的物理化学变化

1、高温解吸附作用：在高温条件下处理剂在粘土表面的吸附量将大大降低，结

果由于粘土粒子失去了处理剂的保护，使粘土的高温分散、钝化、胶凝等作

用无阻碍地进行，钻井液丧失热稳定性。吸附与解吸附是一个动态平衡过程。

2、高温去水化作用：高温会降低粘土粒子表面和处理剂亲水基团的水化能力，

减薄其水化膜厚度，这种作用称高温去水化作用。温度、亲水基团、PH值、

矿化条件等都直接影响高温去水化作用。高温去水化作用的结果大大降低处

理剂分子对粘土的保护，导致失水量增大，并使高温胶凝、高温固化发生。

3、高温降粘作用：温度升高，液相粘度降低，钻井液中各种粒子热运动加剧，

流动阻力减少，粘度降低。

4、高温加剧可溶性盐类对钻井液的侵污。高温下钻井液对盐类的侵污比较敏

感。

第四节：高温对钻井液性能的影响

1、不可逆的性能变化：