（三磺）鉆井液聚磺鉆井液

1、抗高溫深井水基鉆井液中國(guó)石油大學(xué)（北京）中國(guó)石油大學(xué)（北京）鄢捷年鄢捷年 20102010年年1111月月關(guān)于深井的概念深井：井深深井：井深 4570m（15 000英尺）英尺）超深井：井深超深井：井深 6100m（20 000英尺）英尺）特深井：井深特深井：井深 9144m（30 000英尺）英尺）美國(guó)美國(guó)1938年年 第一口深井（第一口深井（4572m）1949年年 第一口超深井（第一口超深井（6250m）1974年年 第一口特深井（第一口特深井（9583m）中國(guó)中國(guó)1966年年 第一口深井第一口深井大慶松基六井（大慶松基六井（4719m）70年代年代 東風(fēng)東風(fēng)2井（井（5006m）、新港

2、）、新港57井（井（5127m）、王深）、王深2井井（5163m）1976年年 第一口超深井第一口超深井女基井（女基井（6011m）1978年年 最深超深井最深超深井關(guān)基井（關(guān)基井（7175m）對(duì)深井鉆井液的特殊要求具有抗高溫的能力。具有抗高溫的能力。應(yīng)優(yōu)選出各種能夠抗高溫的處理劑。例如，褐煤類(lèi)產(chǎn)品（抗溫204）就比木質(zhì)素類(lèi)產(chǎn)品（抗溫170）有更高的抗溫能力；在高溫條件下具有強(qiáng)的抑制能力。在高溫條件下具有強(qiáng)的抑制能力。除常用的kcl、nacl等無(wú)機(jī)鹽和ca(oh)2外，在有機(jī)聚合物處理劑中，陽(yáng)離子聚合物就比帶有羧鈉基的陰離子聚合物具有更強(qiáng)的抑制性；具有良好的高溫流變性。具有良好的高溫流變性。對(duì)

3、深井加重鉆井液，尤其應(yīng)加強(qiáng)固控，并控制膨潤(rùn)土含量以避免高溫增稠。通過(guò)加入生物聚合物等改進(jìn)流型，提高攜屑能力；加入抗高溫的稀釋劑控制靜切力；具有良好的潤(rùn)滑性。具有良好的潤(rùn)滑性。通過(guò)加入抗高溫的液體或固體乳化劑，以及混油等措施來(lái)降低摩阻。高溫對(duì)深井水基鉆井液性能的影響7000 m以上的深井，井溫可高達(dá)以上的深井，井溫可高達(dá)200以上，壓以上，壓力可達(dá)力可達(dá)150200 mpa。由于水的可壓縮性相對(duì)較小，故壓力對(duì)水基鉆井由于水的可壓縮性相對(duì)較小，故壓力對(duì)水基鉆井液的密度及其他性能，如流變性、濾失造壁性等液的密度及其他性能，如流變性、濾失造壁性等均無(wú)明顯的影響。均無(wú)明顯的影響。溫度對(duì)深井鉆井液性能的影

4、響十分顯著，深井水溫度對(duì)深井鉆井液性能的影響十分顯著，深井水基鉆井液的主要問(wèn)題是抗高溫?；@井液的主要問(wèn)題是抗高溫。鉆桿內(nèi)與環(huán)空的溫度剖面fluid type - hthp wellshthp reference wells by mud typeobm62%wbm37%sbm1%obmwbmsbm膨潤(rùn)土含量對(duì)鉆井液熱穩(wěn)定性的影響1-lb/bbl=2.855kg/m30.286%2.5%5%7.5%鉆井液中粘土的高溫分散作用在高溫作用下，鉆井液中的粘土顆粒，特別是膨潤(rùn)土顆粒在高溫作用下，鉆井液中的粘土顆粒，特別是膨潤(rùn)土顆粒的分散度進(jìn)一步增加，從而使顆粒濃度增多、比表面增大的分散度進(jìn)一步增加，從

5、而使顆粒濃度增多、比表面增大的現(xiàn)象稱(chēng)為高溫分散。的現(xiàn)象稱(chēng)為高溫分散。其實(shí)質(zhì)是水化分散，高溫進(jìn)一步促其實(shí)質(zhì)是水化分散，高溫進(jìn)一步促進(jìn)了水化分散。進(jìn)了水化分散。影響高溫分散的因素：影響高溫分散的因素：（1）粘土的種類(lèi)。在常溫下越容易）粘土的種類(lèi)。在常溫下越容易水化的粘土，高溫分散作用也越強(qiáng)；（水化的粘土，高溫分散作用也越強(qiáng)；（2）溫度越高，作用）溫度越高，作用時(shí)間越長(zhǎng)，高溫分散也就越顯著；（時(shí)間越長(zhǎng)，高溫分散也就越顯著；（3）隨）隨ph值升高而增值升高而增強(qiáng)；（強(qiáng)；（4）一些高價(jià)無(wú)機(jī)陽(yáng)離子，如）一些高價(jià)無(wú)機(jī)陽(yáng)離子，如ca2+、mg2+、al3+等對(duì)等對(duì)粘土高溫分散具有抑制作用。粘土高溫分散具有抑制

6、作用。關(guān)于高溫膠凝關(guān)于高溫膠凝 由于高溫分散引起的高溫增稠與鉆井液中粘土含量密切相由于高溫分散引起的高溫增稠與鉆井液中粘土含量密切相關(guān)。關(guān)。當(dāng)粘土含量大到某一數(shù)值時(shí)，鉆井液在高溫下會(huì)喪失當(dāng)粘土含量大到某一數(shù)值時(shí)，鉆井液在高溫下會(huì)喪失其流動(dòng)性而形成凝膠，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為高溫膠凝。其流動(dòng)性而形成凝膠，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為高溫膠凝。 防止鉆井液高溫膠凝是深井鉆井液的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前防止鉆井液高溫膠凝是深井鉆井液的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前有以下兩項(xiàng)措施可有效地預(yù)防高溫膠凝的發(fā)生：有以下兩項(xiàng)措施可有效地預(yù)防高溫膠凝的發(fā)生：一是使用一是使用抗高溫處理劑抑制高溫分散，二是將鉆井液中的粘土（特抗高溫處理劑抑制高溫分散，二

7、是將鉆井液中的粘土（特別是膨潤(rùn)土）含量控制在其容量限以下。別是膨潤(rùn)土）含量控制在其容量限以下。 某種鉆井液的粘土容量限可通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定。高溫深井某種鉆井液的粘土容量限可通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定。高溫深井水基鉆井液必須將粘土的實(shí)際含量嚴(yán)格控制在其容量限以水基鉆井液必須將粘土的實(shí)際含量嚴(yán)格控制在其容量限以內(nèi)。內(nèi)。高溫對(duì)鉆井液處理劑的影響高溫對(duì)鉆井液處理劑的影響高溫降解：高溫降解： 高分子有機(jī)處理劑受高溫作用而導(dǎo)致分子鏈發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱(chēng)為高溫高分子有機(jī)處理劑受高溫作用而導(dǎo)致分子鏈發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱(chēng)為高溫降解降解。包括高分子主鏈斷裂和親水基團(tuán)與主鏈連接鍵斷裂這兩種情況。包括高分子主鏈斷裂和親水基團(tuán)與主鏈連接鍵

8、斷裂這兩種情況。前一種情況會(huì)降低處理劑的分子量，失去高分子化合物的特性；后一前一種情況會(huì)降低處理劑的分子量，失去高分子化合物的特性；后一種情況會(huì)降低處理劑的親水性，使其抗污染能力和功效減弱。種情況會(huì)降低處理劑的親水性，使其抗污染能力和功效減弱。 任何高分子處理劑在高溫下均會(huì)發(fā)生降解，但由于其分子結(jié)構(gòu)和外界任何高分子處理劑在高溫下均會(huì)發(fā)生降解，但由于其分子結(jié)構(gòu)和外界條件不同，發(fā)生明顯降解的溫度也有所不同。影響高溫降解的首要因條件不同，發(fā)生明顯降解的溫度也有所不同。影響高溫降解的首要因素是處理劑的分子結(jié)構(gòu)，同時(shí)與鉆井液的素是處理劑的分子結(jié)構(gòu)，同時(shí)與鉆井液的phph值以及剪切作用等因素有值以及剪切作

9、用等因素有關(guān)。關(guān)。 一般以處理劑在水溶液中發(fā)生明顯降解時(shí)的溫度來(lái)表示其抗溫能力。一般以處理劑在水溶液中發(fā)生明顯降解時(shí)的溫度來(lái)表示其抗溫能力。一些常用鉆井液處理劑的抗溫能力一些常用鉆井液處理劑的抗溫能力處處 理理 劑劑 名名 稱(chēng)稱(chēng)抗抗 溫溫 能能 力力單寧酸鈉單寧酸鈉130栲膠堿液栲膠堿液80100鐵鉻鹽鐵鉻鹽130180cmc140180腐植酸衍生物腐植酸衍生物180200磺甲基單寧磺甲基單寧180200磺甲基褐煤磺甲基褐煤200220磺甲基酚醛樹(shù)脂磺甲基酚醛樹(shù)脂200水解聚丙烯腈水解聚丙烯腈200230淀粉及其衍生物淀粉及其衍生物115130高溫交聯(lián)高溫交聯(lián) 在高溫作用下，處理劑分子中存在的

10、各種不飽和鍵和活性基團(tuán)在高溫作用下，處理劑分子中存在的各種不飽和鍵和活性基團(tuán)會(huì)促使分子之間發(fā)生各種反應(yīng)，相互聯(lián)結(jié)，從而使分子量增大會(huì)促使分子之間發(fā)生各種反應(yīng)，相互聯(lián)結(jié)，從而使分子量增大的現(xiàn)象稱(chēng)為高溫交聯(lián)。可將其看作是與高溫降解相反的一種作的現(xiàn)象稱(chēng)為高溫交聯(lián)。可將其看作是與高溫降解相反的一種作用。用。 高溫交聯(lián)對(duì)鉆井液性能的影響有好和壞兩種可能。如果交聯(lián)適高溫交聯(lián)對(duì)鉆井液性能的影響有好和壞兩種可能。如果交聯(lián)適當(dāng)，適度增大處理劑的分子量，則可能抵消高溫降解的破壞作當(dāng)，適度增大處理劑的分子量，則可能抵消高溫降解的破壞作用，甚至可能使處理劑進(jìn)一步改性增效。比如，在高溫下磺化用，甚至可能使處理劑進(jìn)一步改

11、性增效。比如，在高溫下磺化褐煤與磺化酚醛樹(shù)脂復(fù)配使用時(shí)的降濾失效果要比它們單獨(dú)使褐煤與磺化酚醛樹(shù)脂復(fù)配使用時(shí)的降濾失效果要比它們單獨(dú)使用時(shí)的效果好得多。用時(shí)的效果好得多。 如果交聯(lián)過(guò)度，形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，則會(huì)導(dǎo)致處理劑水溶性變?nèi)绻宦?lián)過(guò)度，形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，則會(huì)導(dǎo)致處理劑水溶性變差，這種必然破壞鉆井液的性能，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)體系變成凝膠，差，這種必然破壞鉆井液的性能，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)體系變成凝膠，喪失流動(dòng)性。喪失流動(dòng)性。高溫對(duì)處理劑與粘土相互作用的影響高溫對(duì)處理劑與粘土相互作用的影響高溫解吸附作用高溫解吸附作用:在高溫下，處理劑在粘土表面的吸附作用會(huì)明顯減弱，其原因主要是分在高溫下，處理劑在粘土表面的吸附

12、作用會(huì)明顯減弱，其原因主要是分子熱運(yùn)動(dòng)加劇所造成的。子熱運(yùn)動(dòng)加劇所造成的。高溫解吸附會(huì)影響處理劑的護(hù)膠能力，使粘土顆粒更加分散，從而影響高溫解吸附會(huì)影響處理劑的護(hù)膠能力，使粘土顆粒更加分散，從而影響鉆井液的熱穩(wěn)定性和其它各種性能，常表現(xiàn)出高溫濾失量劇增，流變性失鉆井液的熱穩(wěn)定性和其它各種性能，常表現(xiàn)出高溫濾失量劇增，流變性失去控制。去控制。高溫去水化作用高溫去水化作用:在高溫下，粘土顆粒表面和處理劑分子中親水基團(tuán)的水化能力會(huì)降低，在高溫下，粘土顆粒表面和處理劑分子中親水基團(tuán)的水化能力會(huì)降低，使水化膜變薄，從而導(dǎo)致處理劑護(hù)膠能力減弱。使水化膜變薄，從而導(dǎo)致處理劑護(hù)膠能力減弱。導(dǎo)致濾失量增大，嚴(yán)重

13、時(shí)會(huì)促使高溫膠凝和高溫固化等現(xiàn)象的發(fā)生。導(dǎo)致濾失量增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)促使高溫膠凝和高溫固化等現(xiàn)象的發(fā)生?？赡婧筒豢赡娴男阅茏兓?不可逆的性能變化關(guān)系到鉆井液的熱穩(wěn)定性；可逆的不可逆的性能變化關(guān)系到鉆井液的熱穩(wěn)定性；可逆的性能變化則反映了鉆井液從井口到井底，然后再返回性能變化則反映了鉆井液從井口到井底，然后再返回到井口這個(gè)循環(huán)過(guò)程中的性能變化。到井口這個(gè)循環(huán)過(guò)程中的性能變化。 為了研究鉆井液不可逆的性能變化，需要模擬井下溫為了研究鉆井液不可逆的性能變化，需要模擬井下溫度，用滾子加熱爐對(duì)鉆井液進(jìn)行滾動(dòng)老化，然后冷至度，用滾子加熱爐對(duì)鉆井液進(jìn)行滾動(dòng)老化，然后冷至室溫，評(píng)價(jià)其經(jīng)受室溫，評(píng)價(jià)其經(jīng)受高溫之后的

14、性能高溫之后的性能； 為了研究可逆的性能變化，則需要測(cè)定鉆井液在高溫為了研究可逆的性能變化，則需要測(cè)定鉆井液在高溫高壓條件下的流變性和濾失量，評(píng)價(jià)其高壓條件下的流變性和濾失量，評(píng)價(jià)其高溫下的性能高溫下的性能?？垢邷靥幚韯┑姆肿咏Y(jié)構(gòu)特征 為提高熱穩(wěn)定性，處理劑分子主鏈的連接鍵，以及主鏈與親水基團(tuán)的為提高熱穩(wěn)定性，處理劑分子主鏈的連接鍵，以及主鏈與親水基團(tuán)的連接鍵應(yīng)為連接鍵應(yīng)為“ “cc”cc”、“ “cn”cn”和和“ “cs”cs”等鍵，應(yīng)盡量避免分子中有易氧等鍵，應(yīng)盡量避免分子中有易氧化的醚鍵和易水解的酯鍵?；拿焰I和易水解的酯鍵。 為了使處理劑在高溫下對(duì)粘土表面有較強(qiáng)的吸附能力，常在處理劑

15、分為了使處理劑在高溫下對(duì)粘土表面有較強(qiáng)的吸附能力，常在處理劑分子中引入子中引入crcr3+3+、fefe3+3+ 等高價(jià)金屬陽(yáng)離子，使之與有機(jī)處理劑形成絡(luò)合等高價(jià)金屬陽(yáng)離子，使之與有機(jī)處理劑形成絡(luò)合物，如鉻物，如鉻- -腐植酸鈉和鐵鉻鹽等。腐植酸鈉和鐵鉻鹽等。 為了減輕高溫去水化作用，處理劑分子中的主要水化基團(tuán)應(yīng)選用親水為了減輕高溫去水化作用，處理劑分子中的主要水化基團(tuán)應(yīng)選用親水性強(qiáng)的離子基，如磺酸基（性強(qiáng)的離子基，如磺酸基（soso3 3 ）、磺甲基（）、磺甲基（chch2 2soso3 3 ）和羧基）和羧基（coocoo）等，以保證處理劑吸附在粘土顆粒表面后能形成較厚的）等，以保證處理劑吸

16、附在粘土顆粒表面后能形成較厚的水化膜，使鉆井液具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性。水化膜，使鉆井液具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性。常用的抗高溫降粘劑 抗高溫降粘劑與一般降粘劑的不同之處主要表現(xiàn)在：不僅能有效抗高溫降粘劑與一般降粘劑的不同之處主要表現(xiàn)在：不僅能有效地拆散鉆井液中粘土晶片以端地拆散鉆井液中粘土晶片以端- -面和端面和端- -端連接而形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而端連接而形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而且能通過(guò)高價(jià)陽(yáng)離子的絡(luò)合作用，有效地抑制粘土的高溫分散。且能通過(guò)高價(jià)陽(yáng)離子的絡(luò)合作用，有效地抑制粘土的高溫分散。a、磺甲基單寧（、磺甲基單寧（smt） 簡(jiǎn)稱(chēng)磺化單寧，是磺甲基單寧酸鈉與鉻簡(jiǎn)稱(chēng)磺化單寧，是磺甲基單寧酸鈉與鉻離子的絡(luò)合物。外觀

17、為棕褐色粉末，吸水性強(qiáng)，其水溶液呈堿離子的絡(luò)合物。外觀為棕褐色粉末，吸水性強(qiáng)，其水溶液呈堿性。抗溫可達(dá)性。抗溫可達(dá)180200。其加量一般在。其加量一般在1%以下，使用的以下，使用的ph范圍為范圍為911。 b、磺甲基栲膠（、磺甲基栲膠（smk） 簡(jiǎn)稱(chēng)磺化栲膠。為棕褐色粉末或細(xì)簡(jiǎn)稱(chēng)磺化栲膠。為棕褐色粉末或細(xì)顆粒，易溶于水，水溶液呈堿性。不含重金屬離子，無(wú)毒，無(wú)顆粒，易溶于水，水溶液呈堿性。不含重金屬離子，無(wú)毒，無(wú)污染，抗溫可達(dá)污染，抗溫可達(dá)180。其降粘性能與。其降粘性能與smt相似，可任選一種相似，可任選一種使用。使用?？垢邷亟禐V失劑 a、磺甲基褐煤（smc） 簡(jiǎn)稱(chēng)磺化褐煤，既是抗高溫降粘劑

18、，同時(shí)又是抗高溫降濾失劑。抗溫可達(dá)200220。一般用量為35%。b、磺甲基酚醛樹(shù)脂 簡(jiǎn)稱(chēng)磺化酚醛樹(shù)脂，分為1型產(chǎn)品（smp-1）和2型產(chǎn)品（smp-2）。在200220甚至更高溫度下，不會(huì)發(fā)生明顯降解。 smp-1與smc復(fù)配使用的效果更好。這是由于與smc復(fù)配后，smp-1在粘土表面的吸附量可增加56倍，又由于在高溫和堿性條件下，smp-1 和smc易發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。若交聯(lián)適度，則會(huì)增強(qiáng)降濾失的效果。兩種處理劑的配比以11較為合適，一般加量均為35%。smp-1與smc復(fù)配對(duì)鉆井液濾失量和泥餅滲透率的影響鉆 井 液 配 方api濾失量，mlk，(10-6mm2)r = 1.06 g/cm3原

19、漿+ 3%smp-111.61.39r = 1.06 g/cm3原漿+ 3%smp-1 + 3%smc5.60.99r = 1.06 g/cm3 原漿 + 3%smp-1 + 15%nacl22.63.42r = 1.06 g/cm3 原漿 + 3%smp-1 + 3%smc + 15%nacl6.81.24抗高溫降濾失劑 smp-1幾乎可與所有處理劑相配伍，并適用于目前國(guó)內(nèi)任幾乎可與所有處理劑相配伍，并適用于目前國(guó)內(nèi)任何一種鉆井液體系。通過(guò)何一種鉆井液體系。通過(guò)smp-1和和smc復(fù)配，可將各種分復(fù)配，可將各種分散鉆井液、鈣處理鉆井液、鹽水鉆井液和聚合物鉆井液等散鉆井液、鈣處理鉆井液、鹽水鉆

20、井液和聚合物鉆井液等轉(zhuǎn)變?yōu)榭箿?、抗鹽的深井鉆井液體系。轉(zhuǎn)變?yōu)榭箿?、抗鹽的深井鉆井液體系。 smp-2主要用于抗主要用于抗180200的飽和鹽水鉆井液和的飽和鹽水鉆井液和cl 含含量大于量大于11萬(wàn)萬(wàn)mg/l的高礦化度鹽水鉆井液。的高礦化度鹽水鉆井液。 國(guó)內(nèi)常用的抗溫降濾失劑還有磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹(shù)脂國(guó)內(nèi)常用的抗溫降濾失劑還有磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹(shù)脂（slsp）、水解聚丙烯腈（）、水解聚丙烯腈（hpan）、酚醛樹(shù)脂與腐植酸）、酚醛樹(shù)脂與腐植酸的縮合物（的縮合物（spnh）以及丙烯酸與丙烯酰胺的共聚物）以及丙烯酸與丙烯酰胺的共聚物（pac-141、pac-142、pac-143）等。）等。國(guó)外抗

21、高溫鉆井液處理劑 美國(guó)早期研制的美國(guó)早期研制的ssma（磺化苯乙烯馬來(lái)酸酐共聚物）：（磺化苯乙烯馬來(lái)酸酐共聚物）：一種分子量為一種分子量為10005000，抗溫可達(dá)，抗溫可達(dá)230的稀釋劑；的稀釋劑； resinex：磺化褐煤樹(shù)脂，可抗溫：磺化褐煤樹(shù)脂，可抗溫220的降濾失劑；的降濾失劑； 德國(guó)研制的德國(guó)研制的cop-1和和cop-2（乙烯基磺酸鹽共聚物）：抗（乙烯基磺酸鹽共聚物）：抗溫可達(dá)溫可達(dá)260，抗鹽、鈣能力強(qiáng)，抗鹽、鈣能力強(qiáng)， 以上處理劑在分子組成上有一個(gè)共同點(diǎn)，即在碳鏈上都含以上處理劑在分子組成上有一個(gè)共同點(diǎn)，即在碳鏈上都含有磺酸根（有磺酸根（so3），這是研制抗高溫聚合物處理劑所

22、必須），這是研制抗高溫聚合物處理劑所必須的一個(gè)官能團(tuán)。的一個(gè)官能團(tuán)。常用抗高溫鉆井液體系及其應(yīng)用 我國(guó)抗高溫深井鉆井液技術(shù)的發(fā)展可分我國(guó)抗高溫深井鉆井液技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)階段：為三個(gè)階段： 鈣處理鉆井液鈣處理鉆井液 磺化（三磺）鉆井液磺化（三磺）鉆井液 聚磺鉆井液聚磺鉆井液磺化鉆井液 以以smc、smp-1、smt（或（或smk）等配制而成的鉆井液?；腔@井液）等配制而成的鉆井液?；腔@井液是典型的分散鉆井液體系。是典型的分散鉆井液體系。20世紀(jì)世紀(jì)70年代后期，四川女基井和關(guān)基井年代后期，四川女基井和關(guān)基井分別用此類(lèi)鉆井液鉆達(dá)分別用此類(lèi)鉆井液鉆達(dá)6011 m和和7175 m。 其主要特點(diǎn)是

23、熱穩(wěn)定性好，在高溫高壓下可保持良好的流變性和較低其主要特點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好，在高溫高壓下可保持良好的流變性和較低的濾失量，抗鹽侵能力強(qiáng)，泥餅致密且可壓縮性好。的濾失量，抗鹽侵能力強(qiáng)，泥餅致密且可壓縮性好。 smp-1與與smc復(fù)配，使鉆井液的復(fù)配，使鉆井液的hthp濾失量得到有效的控制；濾失量得到有效的控制；smt或或smk由于調(diào)整高溫下的流變性能，從而大大地提高了鉆井液的防塌、由于調(diào)整高溫下的流變性能，從而大大地提高了鉆井液的防塌、防卡、抗溫以及抗鹽、鈣侵的能力。若加入適量防卡、抗溫以及抗鹽、鈣侵的能力。若加入適量na2cr2o7，抗溫可達(dá)，抗溫可達(dá)200220。 該體系中膨潤(rùn)土的允許含量視鉆井

24、液密度而定（見(jiàn)下表），所選用處該體系中膨潤(rùn)土的允許含量視鉆井液密度而定（見(jiàn)下表），所選用處理劑的品種和加量則與鉆井液含鹽量有關(guān)。理劑的品種和加量則與鉆井液含鹽量有關(guān)。 “三磺”鉆井液的密度與膨潤(rùn)土允許含量的關(guān)系鉆井液密度，g/cm31.41.61.82.02.2膨潤(rùn)土允許含量，g/l45804070406035503040聚磺鉆井液 聚磺鉆井液是將聚合物鉆井液和磺化鉆井液結(jié)合在一起而聚磺鉆井液是將聚合物鉆井液和磺化鉆井液結(jié)合在一起而形成的一類(lèi)抗高溫鉆井液體系。既保留了聚合物鉆井液的形成的一類(lèi)抗高溫鉆井液體系。既保留了聚合物鉆井液的優(yōu)點(diǎn)，又對(duì)其在高溫高壓下的泥餅質(zhì)量和流變性進(jìn)行了改優(yōu)點(diǎn)，又對(duì)其在

25、高溫高壓下的泥餅質(zhì)量和流變性進(jìn)行了改進(jìn)，從而有利于深井鉆速的提高和井壁的穩(wěn)定。進(jìn)，從而有利于深井鉆速的提高和井壁的穩(wěn)定。 該類(lèi)鉆井液的抗溫能力可達(dá)該類(lèi)鉆井液的抗溫能力可達(dá)200250，抗鹽可至飽和。，抗鹽可至飽和。從從20世紀(jì)世紀(jì)80年代起，已廣泛應(yīng)用于我國(guó)深井鉆井作業(yè)中。年代起，已廣泛應(yīng)用于我國(guó)深井鉆井作業(yè)中。 聚磺鉆井液的配方和性能應(yīng)根據(jù)井溫、所要求的礦化度和聚磺鉆井液的配方和性能應(yīng)根據(jù)井溫、所要求的礦化度和所鉆地層的特點(diǎn)，在室內(nèi)試驗(yàn)基礎(chǔ)上加以確定。一般情況所鉆地層的特點(diǎn)，在室內(nèi)試驗(yàn)基礎(chǔ)上加以確定。一般情況下膨潤(rùn)土含量為下膨潤(rùn)土含量為4080 mg/l，隨井溫升高和含鹽量、鉆，隨井溫升高和

26、含鹽量、鉆井液密度增加，其含量應(yīng)有所降低。井液密度增加，其含量應(yīng)有所降低。聚磺鉆井液的組成 高分子聚合物聚丙烯酸鹽，如高分子聚合物聚丙烯酸鹽，如80a-51、fa-367、pac-141和和kpam等在等在體系中用作包被劑，其加量隨鉆井液含鹽量增加而增大，隨井溫升高體系中用作包被劑，其加量隨鉆井液含鹽量增加而增大，隨井溫升高而減少，一般加量范圍為而減少，一般加量范圍為0.11.0%。 中等分子量的聚合物處理劑，如水解聚丙烯腈的鹽類(lèi)，常在體系中起中等分子量的聚合物處理劑，如水解聚丙烯腈的鹽類(lèi)，常在體系中起降濾失和適當(dāng)增粘的作用，其加量為降濾失和適當(dāng)增粘的作用，其加量為0.31.0%。 低分子量的

27、聚合物，如低分子量的聚合物，如xy-27等，在體系中主要起降粘、切的作用，其等，在體系中主要起降粘、切的作用，其一般加量為一般加量為0.10.5%。 磺化酚醛樹(shù)脂類(lèi)產(chǎn)品，如磺化酚醛樹(shù)脂類(lèi)產(chǎn)品，如smp-1、spnh和和slsp等。等。 smp-1常與常與smc復(fù)配使用，用于改善泥餅質(zhì)量和降低鉆井液的復(fù)配使用，用于改善泥餅質(zhì)量和降低鉆井液的hthp濾失量。前者加量濾失量。前者加量一般為一般為13%，后者為，后者為02%。 13%的磺化瀝青常用于封堵泥頁(yè)巖的層理裂隙，增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性和的磺化瀝青常用于封堵泥頁(yè)巖的層理裂隙，增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性和進(jìn)一步改善泥餅質(zhì)量。必要時(shí)還需加入進(jìn)一步改善泥餅質(zhì)量。必要時(shí)還

28、需加入0.10.3% na2cr2o7或或k2cr2o7，以提高鉆井液的熱穩(wěn)定性。以提高鉆井液的熱穩(wěn)定性。聚磺鉆井液的使用要點(diǎn) 由上部地層所使用的聚合物鉆井液在井內(nèi)轉(zhuǎn)化而成。轉(zhuǎn)化最由上部地層所使用的聚合物鉆井液在井內(nèi)轉(zhuǎn)化而成。轉(zhuǎn)化最好在技術(shù)套管中進(jìn)行。好在技術(shù)套管中進(jìn)行。 使用與配方等濃度的各種處理劑的混合液來(lái)對(duì)井漿進(jìn)行維護(hù)。使用與配方等濃度的各種處理劑的混合液來(lái)對(duì)井漿進(jìn)行維護(hù)。若發(fā)現(xiàn)井漿性能發(fā)生變化，可適當(dāng)調(diào)整混合液中各種處理劑若發(fā)現(xiàn)井漿性能發(fā)生變化，可適當(dāng)調(diào)整混合液中各種處理劑的配比。的配比。 適宜的膨潤(rùn)土含量是聚磺鉆井液保持良好性能的關(guān)鍵，必須適宜的膨潤(rùn)土含量是聚磺鉆井液保持良好性能的關(guān)

29、鍵，必須進(jìn)行控制。如果泥餅質(zhì)量變差，進(jìn)行控制。如果泥餅質(zhì)量變差，hthp濾失量增大，應(yīng)及時(shí)濾失量增大，應(yīng)及時(shí)增大增大smp-1、smc和磺化瀝青的加量；若抑制性較差，可適和磺化瀝青的加量；若抑制性較差，可適當(dāng)增大高分子量聚合物包被劑的加量或加入適量當(dāng)增大高分子量聚合物包被劑的加量或加入適量kcl。國(guó)內(nèi)外各公司深井鉆井液組成情況 都具有相似的組成，即都具有相似的組成，即 抗高溫聚合物包被劑抗高溫聚合物包被劑 高溫穩(wěn)定劑高溫穩(wěn)定劑 無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽 m-i durathem system聚合物包被劑：phpa emi-164高溫穩(wěn)定劑：desco（磺化單寧） resinex（褐煤樹(shù)脂） polysal

30、（淀粉） polypac（聚陰離子纖維素） spersene（鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽）無(wú)機(jī)鹽：ca(oh)2 baroid polynox聚合物包被劑：聚合物包被劑：vsva（乙烯酰胺-乙烯磺酸鹽共聚物） akta（抗高溫流型調(diào)節(jié)劑）高溫穩(wěn)定劑：高溫穩(wěn)定劑：lignox（丙烯酸-木質(zhì)素共聚物） baronex（聚陰離子纖維素） carbonex（褐煤類(lèi)非離子型處理劑） dextrid（淀粉）無(wú)機(jī)鹽：無(wú)機(jī)鹽：ca(oh)2 milpark pyro-drill聚合物包被劑：聚合物包被劑：cop-1（amps/am共聚物） cop-1（amps/aam共聚物） 高溫穩(wěn)定劑：高溫穩(wěn)定劑：ssma（磺化苯乙

31、烯馬來(lái)酸酐共 聚物） chemral-x（改性褐煤） filtrex（褐煤樹(shù)脂）無(wú)機(jī)鹽：無(wú)機(jī)鹽：ca(oh)2 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)聚磺鉆井液聚磺鉆井液聚合物包被劑：聚合物包被劑：pac系列、系列、sk系列等，但抗溫性不夠；系列等，但抗溫性不夠； 可抗可抗200 c 的的amps/am、amps/aam、 polydrill等正在研制中。等正在研制中。高溫穩(wěn)定劑：高溫穩(wěn)定劑：smk（磺化栲膠）（磺化栲膠）smc（磺化褐煤）（磺化褐煤）smp（磺化酚醛樹(shù)脂）（磺化酚醛樹(shù)脂）slsp（磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹(shù)脂）（磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹(shù)脂）spnh（磺化褐煤樹(shù)脂）（磺化褐煤樹(shù)脂）以及纖維素類(lèi)、改性淀粉類(lèi)等。以及

32、纖維素類(lèi)、改性淀粉類(lèi)等。無(wú)機(jī)鹽：無(wú)機(jī)鹽：ca(oh)2、kcl我國(guó)深井鉆井液技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段：經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段：1 1、鈣處理鉆井液階段（、鈣處理鉆井液階段（60-7060-70年代）年代）用用cmc、fcls、nac、表面活性劑調(diào)節(jié)、表面活性劑調(diào)節(jié)流變和降濾失性能；流變和降濾失性能；用用ca(oh)2、caso4h2o 、cacl2或或nacl增強(qiáng)抑制性，提高抗污染能力。增強(qiáng)抑制性，提高抗污染能力。 2 2、三磺鉆井液階段（、三磺鉆井液階段（7070年代后期）年代后期）使用使用smk、smc、smp，并配合，并配合fcls、 cmc、 ca(oh)2 、k2cro7、表面活性劑（、

33、表面活性劑（sp-80、as等），等），成功鉆成女基井（成功鉆成女基井（6011m）和關(guān)基井（）和關(guān)基井（7175m）。）。抗溫超過(guò)抗溫超過(guò)190 c，標(biāo)志著我國(guó)深井鉆井液技術(shù)已，標(biāo)志著我國(guó)深井鉆井液技術(shù)已接近于國(guó)際先進(jìn)水平。接近于國(guó)際先進(jìn)水平。我國(guó)深井鉆井液技術(shù)的發(fā)展3 3、聚磺鉆井液階段（、聚磺鉆井液階段（8080年代以后）年代以后） 聚合物鉆井液與三磺鉆井液相結(jié)合，其廣泛應(yīng)用是我聚合物鉆井液與三磺鉆井液相結(jié)合，其廣泛應(yīng)用是我國(guó)深井鉆井液技術(shù)的又一大進(jìn)步。國(guó)深井鉆井液技術(shù)的又一大進(jìn)步。 三磺鉆井液三磺鉆井液 + 陰離子型丙烯酰胺、丙烯腈類(lèi)聚合物陰離子型丙烯酰胺、丙烯腈類(lèi)聚合物 三磺鉆井液三

34、磺鉆井液 + 兩性離子型聚合物（兩性離子型聚合物（fa-367、xy-27、jt-888等）等） 三磺鉆井液三磺鉆井液 + 陽(yáng)離子型聚合物（大陽(yáng)離子陽(yáng)離子型聚合物（大陽(yáng)離子cpam、chm、sp-2等；小陽(yáng)離子等；小陽(yáng)離子nw-1、csw-1等）等）大陽(yáng)離子：包被、絮凝作用；小陽(yáng)離子：抑制泥頁(yè)巖水化膨脹與分散。大陽(yáng)離子：包被、絮凝作用；小陽(yáng)離子：抑制泥頁(yè)巖水化膨脹與分散。我國(guó)深井鉆井液技術(shù)的發(fā)展聚磺鉆井液的組成抑制劑類(lèi)（或簡(jiǎn)稱(chēng)抑制劑類(lèi)（或簡(jiǎn)稱(chēng)“聚聚”類(lèi)）類(lèi)）包括有機(jī)聚合物和無(wú)機(jī)鹽類(lèi)包括有機(jī)聚合物和無(wú)機(jī)鹽類(lèi)主要作用：抑制泥頁(yè)巖地層水化、膨脹、造漿，主要作用：抑制泥頁(yè)巖地層水化、膨脹、造漿， 主要

35、有利于鉆井時(shí)地層的穩(wěn)定。主要有利于鉆井時(shí)地層的穩(wěn)定。分散劑類(lèi)（或簡(jiǎn)稱(chēng)分散劑類(lèi)（或簡(jiǎn)稱(chēng)“磺磺”類(lèi)）類(lèi)）主要作用：維持鉆井液良好的流變性和低的濾失主要作用：維持鉆井液良好的流變性和低的濾失 性，主要有利于鉆井液性能的穩(wěn)定。性，主要有利于鉆井液性能的穩(wěn)定。使用聚磺鉆井液的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則 以井深以井深25003000m（白堊系前后）為界，（白堊系前后）為界，上部地層：上部地層：“多聚少磺多聚少磺”、“只聚不磺只聚不磺”（因一般（因一般情況下蒙脫石含量較多，造漿嚴(yán)重）情況下蒙脫石含量較多，造漿嚴(yán)重）下部地層：下部地層：“少聚多磺少聚多磺”、“只磺不聚只磺不聚”（因一般（因一般情況下伊利石較多，坍塌嚴(yán)重，且井溫

36、偏高）情況下伊利石較多，坍塌嚴(yán)重，且井溫偏高）或概括為：或概括為：“上不分散、下分散上不分散、下分散”預(yù)測(cè)：有望在預(yù)測(cè)：有望在2 23 3年內(nèi)解決這個(gè)至今困擾深井鉆井的重大技術(shù)難題。年內(nèi)解決這個(gè)至今困擾深井鉆井的重大技術(shù)難題。提高泥漿對(duì)高溫分散的抑制性，達(dá)到所提高泥漿對(duì)高溫分散的抑制性，達(dá)到所需程度（難點(diǎn)）需程度（難點(diǎn)）降低粘土（膨潤(rùn)土）含量：遠(yuǎn)低于其高降低粘土（膨潤(rùn)土）含量：遠(yuǎn)低于其高溫容量上限，但應(yīng)高于其下限溫容量上限，但應(yīng)高于其下限解決低粘土含量下的高溫后減稠及高溫解決低粘土含量下的高溫后減稠及高溫下低粘、切的問(wèn)題（難點(diǎn)）下低粘、切的問(wèn)題（難點(diǎn)）主要技術(shù)思路及難點(diǎn)在上述基本思路的基礎(chǔ)上，

37、加強(qiáng)三個(gè)方向：在上述基本思路的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)三個(gè)方向：不影響泥漿密度而大量減少重晶石用量不影響泥漿密度而大量減少重晶石用量( (泥漿泥漿加重不完全依靠重晶石加重不完全依靠重晶石) )不影響泥漿流變性而能大幅度降低膨潤(rùn)土含量不影響泥漿流變性而能大幅度降低膨潤(rùn)土含量( (流變性控制不完全依靠膨潤(rùn)土流變性控制不完全依靠膨潤(rùn)土) )對(duì)粘土分散的抑制性不依靠降粘劑，而是以大對(duì)粘土分散的抑制性不依靠降粘劑，而是以大幅度提高水相的抑制性為重點(diǎn)。幅度提高水相的抑制性為重點(diǎn)。目前較有希望的技術(shù)方向 有機(jī)酸鹽：有機(jī)酸鹽：甲酸鈉甲酸鈉( (鉀、銫鉀、銫) )、乙酸鈉、乙酸鈉( (鉀鉀、銫、銫) )具具有溶解度高、溶液

38、密度高、結(jié)晶點(diǎn)低的特點(diǎn)。有溶解度高、溶液密度高、結(jié)晶點(diǎn)低的特點(diǎn)。鹽類(lèi)鹽類(lèi)飽和度飽和度密度密度g/cm3結(jié)晶點(diǎn)結(jié)晶點(diǎn)ph甲酸鈉甲酸鈉451.34-239.4甲酸鉀甲酸鉀761.60-4010.5甲酸銫甲酸銫832.37-5713.0有機(jī)酸鹽加重鉆井液體系 高濃度有機(jī)鹽具有很強(qiáng)的抑制粘土水化分散能力。高濃度有機(jī)鹽具有很強(qiáng)的抑制粘土水化分散能力。 濃度鹽類(lèi)1020273640425076nacl0.930.840.755cacl20.940.830.630.340.32hcook0.920.870.790.670.540.25鹽水溶液的活度鹽水溶液的活度 若它與聚合醇等配合使用，則抑制性還能進(jìn)一步提

39、高到現(xiàn)有若它與聚合醇等配合使用，則抑制性還能進(jìn)一步提高到現(xiàn)有泥漿達(dá)不到的程度。泥漿達(dá)不到的程度。有機(jī)酸鹽加重鉆井液體系(a)(a)由于有機(jī)鹽溶液密度很容易達(dá)到由于有機(jī)鹽溶液密度很容易達(dá)到1.501.50以上，這以上，這樣使泥漿所需加重劑的量可大幅度減少。例如樣使泥漿所需加重劑的量可大幅度減少。例如重晶石加重泥漿。重晶石加重泥漿。 設(shè)淡水泥漿設(shè)淡水泥漿=1.20 =1.20 相同鉆屑含量的甲酸鉀泥相同鉆屑含量的甲酸鉀泥漿漿=1.70=1.70。它加重到。它加重到2.002.00、2.502.50所需重晶石所需重晶石相當(dāng)于淡水泥漿加重到相當(dāng)于淡水泥漿加重到1.501.50、2.002.00。這樣固相。這樣固相含量就低得多，其粘土容量限升高很多。含量就低得多，其粘土容量限升高很