有机盐钻井液技术

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1、有机盐钻井液技术关键词有机盐钻井液；加重材料；钻井液性能；流变性；抑制性；室内试验；机械钻速；保护油气层；腐蚀；环境；现场应用；新疆准噶尔盆地南缘。摘要介绍了一种新型钻井液——有机盐钻井液的组成，部分处理剂的结构、作用机理，室内试验及在新疆准噶尔盆地南缘的现场应用情况。结果表明：该钻井液流变性好、抑制性强、造壁性好，可提高机械钻速、保护油气层、对钻具无腐蚀、对环境无污染，在现场应用，有其是在新疆准噶尔盆地南缘应用更具有广阔的前景。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

2、、钠离子、铵离子、叔铵离子、季铵离子等）所形成的盐。该类有机盐可用一通式XmRn（COO）lMq表示，其中X为杂原子及杂原子基团，R为C0-C10的饱和烃基，COO为羧基，M为一价阳离子。其结构式可表示如下：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、无萤光白沥青NFA-25、包被剂IND10配制而成。其中，IND10是专门用于含低浓度有机盐(<15%)钻井液的处理剂。提切剂Visco1是硅酸盐矿物的改性产品，可用通式M1aM2bM3c（OH）dOe表示，M1、M2、为2、3价金属元素、M3为4价非金属元素。

3、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、有机盐钻井液的特点有机盐钻井液比之普通钻井液，有以下特点：（1）固相含量低，流变性好；（2）抑制性强；（3）滤失造壁好；（4）抗温能力强；（5）保护油气层效果好；（6）对金属无腐蚀；（7）对环境无污染。三、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

4、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，最高可达1.55g/cm3,用这类加重剂可配成密度高达1.55g/cm3的无固相钻井液及密度为2.50g/cm3以上的低固相超高密度钻井液。有机盐钻井液各组分能充分溶解于水，是由溶解规律理论决定的。电解质溶液理论指出：电解质溶液中存在几个组分时，其组分的化学势（又称化学位）随组分的活度（活度与浓度或溶解度成正比）的变化而变化，即：μi=μi°+RTlnai，其中μi为i组分的化学势，μi°为i组分在标准态下

5、的化学势（为定值）（简称标准化学势），R为常数，T为绝对温度；ai为i组分的活度，ai与i组分的浓度、温度、压力有关。化学势越高，组分的活度越高，与相关物质作用的能力越强。在有机盐钻井液中，存在着水、有机盐加重剂、其它添加剂。1、水与各组分的相互影响：由于各组分在水中的浓度较高，活度也较高，使得水浓度大大降低，活度也大大降低，即a水大大降低，使μ水=μ水°+RTlna水大大降低。2、各组分之间的相互影响：再提高。Max（ai）比单溶质的ai要大，这就是各组分相互增溶，并能充分溶解，充分发挥作用的原因。这种原理决定了各组分溶解过程是协同过程，而不是反协同过程。结果是：各组分最大限度地溶解成溶

6、液，形成无固相高密度溶液。由μi=μi°+RTlnai还可知温度升高，有利于μi的提高，ai的提高有更大的余地，在温度高时，其浓度与溶解度可提高。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，这种溶液中配入各种流变性调节剂可配成流变性优良的钻井液。通过往有机盐加重剂溶液中加入提切剂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

7、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=4.61Tln（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水值如下：溶液纯水饱和Nacl溶液饱和Kcl溶液饱和Cacl2溶液20%甘油溶液1%FA367溶液a水