羅院士貴陽(yáng)泥漿會(huì)議講稿ppt課件

1、 提高水基泥漿“抑制性討論 羅平亞 油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2021年9月貴陽(yáng).1.鉆井液必需的性質(zhì)密度：02.503.00流變性：流型不同溫度壓力下，流變參數(shù)表觀粘度、塑性粘度、極限粘度、靜、動(dòng)屈服應(yīng)力、觸變性造壁性：不同溫度下的失水、泥餅抑制性：封堵性 PH：保證處置劑充分發(fā)揚(yáng)作用,保證性能需求光滑性 其它、隨鉆井技術(shù)開展而不斷添加不斷努力提高,但不斷未能到達(dá)稱心程度.抑制性的作用 井壁穩(wěn)定問題: 添加P塌 地層造漿問題: 低固相控制 低密度控制(固相控制) 流變性控制(特別是深井、重泥漿泥變性控制) 防泥包 儲(chǔ)層維護(hù): 水敏損害 鹽敏損害 堿敏損害 粘土粒子損害目前國(guó)內(nèi)外水基

2、泥漿的抑制性問題都沒有很益處理!.2、水基泥漿抑制性的微觀機(jī)理 主要是指泥漿對(duì)粘土(泥漿中的配漿土和地層中的粘土)的水化膨脹分散作用的抑制。 粘土的水化 水分子與粘土外表(包括端面)依托各種非共價(jià)鍵力而相結(jié)合，并在粘土外表構(gòu)成一定的定向陳列，稱為水化。定向陳列的水分子稱為水化膜或水化層。 .粘土水化分為： 外表水化 粘土外表吸附四個(gè)水分子層構(gòu)成水化膜,無(wú)吸附水(干)粘土(即未吸附四層水分子)才干發(fā)生,凡粘土都發(fā)生(與粘土種類無(wú)關(guān)) 水化能極大,水化壓很大 (從第四水分子層到第一水分子層逐漸增大可達(dá)100MPa以上) 水化膜厚度很?。?0A0 因此膨脹壓很大而澎漲量很小 消除(抑制)外表水化很難

3、,所需泥漿水相的(去水化)活度要低到0.1(消除第一、二水分子層)。 但如今這類情況所遇不多。 . 浸透水化粘土外表分散雙電層擴(kuò)展引起的水化；其雙電層的厚度即為水化膜厚度；分散雙電層擴(kuò)展：粘土粒子電動(dòng)電位添加，粘土水化添加；分散雙電層緊縮：粘土粒子電動(dòng)電位降低，粘土水化減弱；引起分散雙電層擴(kuò)展，那么促進(jìn)水化；緊縮或制止分散雙電層擴(kuò)展，那么抑制水化；其水化壓力(膨脹壓、浸透壓)不大(不大于10MPa)；但膨脹體積很大(可達(dá)100倍以上)。與粘土種類有關(guān);是粘土澎漲分散的根本要素. 水化的抑制造用 水化 去水化是一個(gè)平衡，促進(jìn)平衡向右,那么為去水化。向左那么為水化。 抑制水化發(fā)生即為抑制水化。 電

4、解質(zhì)的緊縮雙電層作用 制止雙電層擴(kuò)展即為抑制浸透水化 溶液的活度(與離子特性和分子的濃度有關(guān))愈低，去水化作用和抑制水化作用愈強(qiáng)。. 粘土的水化、膨脹 粘土水化后產(chǎn)生膨脹壓，體積膨脹。實(shí)那么是水化膜的添加引起層間距添加所致。 外表水化膨脹量很小，浸透水化膨脹量很大。 高嶺土伊利石膨脹量不大，鈉蒙脫石膨脹量很大。. 抑制粘土的水化、膨脹、分散作用 粘土由于水化作用引起膨脹，膨脹很大那么能夠產(chǎn)生粘土的分散。這在井壁穩(wěn)定，地層(鉆屑)造漿中表現(xiàn)特別突出，它主要由水化后劇烈膨脹引起的結(jié)果。因此與泥漿抑制才干，粘土類型親密相關(guān)(地層中粘土都處于地層條件下對(duì)應(yīng)的水化形狀) 水化 去水化， 水化膨脹 去水化

5、收縮, 分散 緊凝 有效抑制水化：那么處理膨脹、分散問題(抑制水化) 不能抑制水化，但能限制膨脹，那么可處理 (抑制)膨脹問題 不能抑制水化，但能限制膨脹，也可處理分散問題(抑制分散) 統(tǒng)稱為抑制性，但是各自機(jī)理都很不同,而根本的是兩種抑制水化.抑制性實(shí)現(xiàn)的途徑: 、對(duì)外表水化作用:降低泥漿中水的活度(01-0.3 ) 、對(duì)浸透水化抑制造用 (緊縮雙電層) 無(wú)機(jī)離子的作用: NaCl ,KCL , CaCl2, Ca(OH)2, 有機(jī)陽(yáng)離子 無(wú)機(jī)聚合物(正電膠), 有機(jī)陽(yáng)離子聚合物 、對(duì)防澎漲,分散:聚合物的包被作用 、(對(duì)己分散粒子): 無(wú)機(jī)絮凝作用、 有機(jī)絮凝作用。 水化抑制劑防膨劑、包被

6、劑絮凝劑統(tǒng) 稱 抑 制 劑.抑制性的的評(píng)價(jià)方法: 滾動(dòng)回收率(各種); 澎漲性評(píng)價(jià)(各種);巖屑造漿污染; CST; 針入度法(ssI); 絮凝效率、粒度測(cè)定都不能直接評(píng)價(jià)對(duì)水化的抑制造用評(píng)價(jià)結(jié)果與抑制才干之間不是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)抑制性的研討指點(diǎn)性不夠.3.抑制性研討現(xiàn)狀 多年不懈的努力獲得很大進(jìn)展,能處理“常規(guī)性、普通性的問題,但對(duì)水化才干強(qiáng)的地層(粘土種類,在地層中的實(shí)踐水化形狀、地層水礦化形狀)的有效抑制造用并未完全處理。 目前國(guó)內(nèi)外水基泥漿的抑制性不能很好(完全)處理如今我們所遇到的由于水化作用引起的泥漿和鉆井的難題。 如何進(jìn)一步提高水基泥漿的抑制性?. 現(xiàn)有抑制劑抑制才干缺乏以處理全部

7、水化的問題. 濃度鹽類1020273640425076NaCl0.930.840.755CaCl20.940.830.630.340.32 鹽水溶液活度 但它能處理全部浸透水化問題和部份外表水化問題(約第三、第四水分子層),這應(yīng)該能處理現(xiàn)有大多數(shù)問題 !?. 4、泥漿抑制性與分散性(“配漿性)的矛盾: 提高和維持粘土粒子的分散度到達(dá)所需形狀,是建立和維持水基泥漿體系和泥漿性能的本質(zhì)和根底。泥漿處置劑的主要作用就是供證和維持泥漿中粘土粒子的分散度。而處置劑提供的是一個(gè)化學(xué)分散的環(huán)境。 抑制性是經(jīng)過對(duì)粘土粒子水化、分散的抑制造用(不允許未水化的粘土水化、澎漲、分散或使己水化、澎漲、分散的粘土粒子絮

8、凝、聚結(jié)甚致水土分層而破壞)來起作用的,因此抑制造用愈強(qiáng)泥漿性能愈差同理泥漿性能愈好那么抑制性愈弱。. 抑制性和配漿性(性能維護(hù)之間)存在著必然的矛盾。泥漿技術(shù)就是求得二者的平衡,泥漿技術(shù)的很多問題就是由此而來。 抑制劑愈強(qiáng)、加得愈多,對(duì)地層粘土水化、分散的抑制性愈強(qiáng),但泥漿中配漿粘土粘子發(fā)生聚集愈嚴(yán)重,泥漿性能破壞愈大; 為維持泥漿必要的性能,必需對(duì)泥漿進(jìn)展維護(hù),對(duì)處置劑要求(抗鹽、抗鈣)更高、用量更大,直到分散度恢復(fù)到性能維護(hù)的要求為止。結(jié)果使其原有的抑制性遭到極大的抵消 即抑制劑溶液對(duì)粘土的抑制才干大大的強(qiáng)于泥漿(液相)對(duì)粘土的抑制才干.例, 飽和鹽水泥漿的抑制性比飽和鹽水低得多; 陽(yáng)離

9、子聚合物“抑制性較強(qiáng),但其泥漿流變性、造壁性都很差必需參與各種處置劑將泥漿流變性、造壁性調(diào)整好 MMH “抑制性較強(qiáng),但其泥漿流變性、造壁性都很差必需參與各種處置劑將泥漿流變性、造壁性調(diào)整好. 泥漿“抑制性愈強(qiáng),配套處置劑要求愈高、種類愈多、用量愈大、泥漿運(yùn)用時(shí)維護(hù)愈費(fèi)事、泥漿排放愈多(特別是強(qiáng)造漿地層)、本錢愈高.; 最終泥漿體系“抑制性比估計(jì)的大大降低. 高效抑制泥漿體系還未建立常用抑制劑(CaCl2 、 KCl、CaCl2、MMH、陽(yáng)離子、高分子聚合物)抑制性還缺乏以處理一切問題泥漿抑制性與泥漿性能之間的矛盾未能根本處理，其兼顧協(xié)調(diào)結(jié)果使抑制性被減弱。抑制性的的評(píng)價(jià)方法不能很好指點(diǎn)對(duì)抑制

10、性的研討 .5.進(jìn)一步 提高水基泥漿“抑制性“的思緒 建立粘土水化程度的定量測(cè)定方法: 定量測(cè)定出地層中粘土經(jīng)泥漿作用前后:粘土中自在水、毛管凝結(jié)水、浸透水化水、外表水化水的數(shù)值。從而客觀、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)、比較不同抑制劑、抑制泥漿體系的抑制才干 再與現(xiàn)有抑制性的的評(píng)價(jià)方法有機(jī)結(jié)合建立一個(gè)能很好指點(diǎn)對(duì)抑制性的研討的評(píng)價(jià)體系。. 進(jìn)一步研制尋覓: 具有更強(qiáng)抑制才干; 且有對(duì)處置劑的影響不大; 且對(duì)泥漿性能破壞不大的新型抑制劑.(1) 有機(jī)酸鹽的運(yùn)用有機(jī)酸鹽包含甲酸鈉、鉀、銫鹽，乙酸鈉、鉀鹽等。特點(diǎn)：有極高的溶解度，可以獲得很高濃度和很高密度的水溶液，且結(jié)晶溫度很低；可以得到活度很低的水溶液，其抑制性大大

11、高于常用無(wú)機(jī)鹽可與常用大多數(shù)處置劑匹配，對(duì)泥漿性能影響比常用無(wú)機(jī)鹽小，可以建立起常用的泥漿體系。.鹽類溶解度(%)密度結(jié)晶點(diǎn)溶液活度NaCL271.17-40.755CaCl2421.30-200.32HCooNa451.34-230.30HCooK761.60-400.25HCooCs832.37-570.10假設(shè)它與聚合醇等配合運(yùn)用，那么抑制性還能進(jìn)一步提高到現(xiàn)有泥漿達(dá)不到的程度。.水敏性地層的井壁穩(wěn)定.HCOOK、HCOONa 等甲酸鹽溶解度大，可配成濃度很高活度很低的溶液。以它作水相建立的泥漿可有效抑制井下地層常見的各種水化。而且有機(jī)酸鹽對(duì)處置劑的影響不大,且泥漿性能的破壞作用較大地低

12、于同濃度的無(wú)機(jī)鹽。,因此，建立泥漿體系、維持泥漿性能比較容易，對(duì)其抑制性的降低不大。從而使泥漿抑制性的整體程度有較大提高 .具有能與比如與乙二醇、聚合物抑制劑等配合運(yùn)用而增效的才干，那么有能夠得到抑制性完全滿足鉆井需求的新體系。.(2)、聚合醇的運(yùn)用聚合醇指水溶性的聚乙氧基短鏈醇。聚丙氧基短鏈醇等不同聚合度分子量的產(chǎn)物。也包括乙醇、脂肪酸、脂肪胺與氧乙烯，氧丙烯的縮合物。最常用的為不同分子量的聚乙二醇，它具有以下特性：. 能明顯改動(dòng)水相性質(zhì)，降低水的活度，明顯提高泥漿的抑制性用量3%-10%； 能與有機(jī)陽(yáng)離子比如膽堿鹽酸鹽、膽堿硫酸鹽、膽堿碳酸氫鹽三甲基羥乙基氯化胺、硫酸胺、碳酸氫胺配合運(yùn)用使

13、其抑制性大幅度提高。 能與甲酸鹽復(fù)配使其抑制性大幅度提高。 能與常用途置劑發(fā)生協(xié)同作用，提高其抗溫才干和穩(wěn)定性；. 有濁點(diǎn)：能很好降低泥漿的HTHP失水，能有效的在頁(yè)巖微細(xì)孔道中堆積，阻斷水進(jìn)入頁(yè)巖深處的通道，對(duì)井壁頁(yè)巖防水化有特殊作用。濁點(diǎn)：隨溫度上升聚合醇從水溶液中析出的景象，其析出溫度叫濁點(diǎn)。只需具有濁點(diǎn)景象的聚合物才干起到有效阻斷水在頁(yè)巖中微細(xì)孔道中的通道。濁點(diǎn)與聚合醇分子構(gòu)造:(基團(tuán)種類、聚合度)和礦化度有關(guān)。不同泥漿的礦化度和運(yùn)用溫度不同，所以運(yùn)用的聚合醇應(yīng)是一個(gè)針對(duì)不同運(yùn)用條件的產(chǎn)品系列。.因此，以有機(jī)酸鹽聚乙二醇為水相建立的泥漿體系或在現(xiàn)有泥漿體系中引入HCOOK、聚乙二醇等加以改造，就完全有能夠獲得比現(xiàn)有泥漿體系抑制性好得多的泥漿體系。再配合現(xiàn)有勝利的技術(shù)和新建的評(píng)價(jià)方法那么有能夠使對(duì)付水敏性地層的泥漿抑制才干上一個(gè)新的臺(tái)階。(本錢問題需求思索).、加強(qiáng)抑制性處置劑的選擇性: 即處置劑對(duì)配漿搬土粘子進(jìn)展維護(hù)以維護(hù)必要的泥漿性能,而對(duì)地層中的粘土實(shí)施抑制造用.(例選擇性包被作用、選擇性絮凝作用) 其分子構(gòu)造特點(diǎn):有機(jī)陽(yáng)離子非離子親水鏈(聚胺類) 有機(jī)陽(yáng)離子陰離子親水鏈(兩性離子聚合物處置劑) . 實(shí)際闡明和實(shí)際證明: