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提高水基泥浆“抑制性”探讨罗平亚油气藏地质与开发工程国家重点实验室2010年9月贵阳21.钻井液必须的性质⑴密度：0—2.50—3.00⑵流变性：流型（不同温度压力下），流变参数（表观粘度、塑性粘度、极限粘度、静、动屈服应力、触变性……）⑶造壁性：不同温度下的失水、泥饼⑷抑制性：⑸封堵性⑹PH：保证处理剂充分发挥作用,保证性能需要⑺润滑性其它、……随钻井技术发展而不断增加……不断努力提高,但一直未能达到满意程度3抑制性的作用井壁稳定问题:增加P塌地层造浆问题:低固相控制低密度控制(固相控制)流变性控制(特别是深井、重泥浆泥变性控制)防泥包……储层保护:水敏损害盐敏损害碱敏损害粘土粒子损害……目前国内外水基泥浆的抑制性问题都没有很好解决!42、水基泥浆抑制性的微观机理主要是指泥浆对粘土(泥浆中的配浆土和地层中的粘土……)的水化→膨胀→分散作用的抑制。⑴粘土的水化水分子与粘土表面(包括端面)依靠各种非共价键力而相结合，并在粘土表面形成一定的定向排列，称为水化。定向排列的水分子称为水化膜或水化层。5粘土水化分为：①表面水化粘土表面吸附四个水分子层构成水化膜,无吸附水(干)粘土(即未吸附四层水分子)才能发生,凡粘土都发生(与粘土种类无关)水化能极大,水化压很大(从第四水分子层到第一水分子层逐渐增大可达100MPa以上)水化膜厚度很小：10A0因此膨胀压很大而澎涨量很小消除(抑制)表面水化很难,所需泥浆水相的(去水化)活度要低到0.1(消除第一、二水分子层)。但现在这类情况所遇不多。6②渗透水化粘土表面扩散双电层扩展引起的水化；其双电层的厚度即为水化膜厚度；扩散双电层扩展：粘土粒子电动电位增加，粘土水化增加；扩散双电层压缩：粘土粒子电动电位降低，粘土水化减弱；引起扩散双电层扩展，则促进水化；压缩或制止扩散双电层扩展，则抑制水化；其水化压力(膨胀压、渗透压)不大(不大于10MPa)；但膨胀体积很大(可达100倍以上)。与粘土种类有关;是粘土澎涨分散的根本因素7⑶水化的抑制作用水化去水化是一个平衡，促进平衡向右,则为去水化。向左则为水化。抑制水化发生即为抑制水化。①电解质的压缩双电层作用制止双电层扩展即为抑制渗透水化②溶液的活度(与离子特性和分子的浓度有关)愈低，去水化作用和抑制水化作用愈强。8⑷粘土的水化、膨胀粘土水化后产生膨胀压，体积膨胀。实则是水化膜的增加引起层间距增加所致。表面水化膨胀量很小，渗透水化膨胀量很大。高岭土伊利石膨胀量不大，钠蒙脱石膨胀量很大。9⑸抑制粘土的水化、膨胀、分散作用粘土由于水化作用引起膨胀，膨胀很大则可能产生粘土的分散。这在井壁稳定，地层(钻屑)造浆中表现特别突出，它主要由水化后强烈膨胀引起的结果。因此与泥浆抑制能力，粘土类型密切相关(地层中粘土都处于地层条件下对应的水化状态)水化去水化，水化膨胀去水化收缩,分散紧凝有效抑制水化：则解决膨胀、分散问题(抑制水化)不能抑制水化，但能限制膨胀，则可解决(抑制)膨胀问题不能抑制水化，但能限制膨胀，也可解决分散问题(抑制分散)统称为抑制性，但是各自机理都很不同,而根本的是两种抑制水化10⑹抑制性实现的途径:①、对表面水化作用:降低泥浆中水的活度(0·1--0.3)②、对渗透水化抑制作用(压缩双电层)无机离子的作用:NaCl,KCL,CaCl2,Ca(OH)2…,有机阳离子…无机聚合物(正电胶),有机阳离子聚合物…③、对防澎涨,分散:聚合物的包被作用……④、(对己分散粒子):无机絮凝作用、有机絮凝作用。……水化抑制剂防膨剂、包被剂絮凝剂统称抑制剂11抑制性的的评价方法:滚动回收率(各种);澎涨性评价(各种);岩屑造浆污染;CST;针入度法(ssI);絮凝效率、粒度测定……都不能直接评价对水化的抑制作用评价结果与抑制能力之间不是一一对应关系对抑制性的研究指导性不够123.抑制性研究现状多年不懈的努力取得很大进展,能解决“常规性、一般性”的问题,但对水化能力强的地层(粘土种类,在地层中的实际水化状态、地层水矿化状态…)的有效抑制作用并未完全解决。目前国内外水基泥浆的抑制性不能很好(完全)解决现在我们所遇到的由于水化作用引起的泥浆和钻井的难题。如何进一步提高水基泥浆的抑制性?13现有抑制剂抑制能力不足以解决全部水化的问题.浓度盐类1020273640425076NaCl0.930.840.755—————CaCl20.940.83—0.630.340.32—盐水溶液活度但它能解决全部渗透水化问题和部份表面水化问题(约第三、第四水分子层),这应该能解决现有大多数问题!?144、泥浆抑制性与分散性(“配浆性”)的矛盾:提高和维持粘土粒子的分散度达到所需状态,是建立和维持水基泥浆体系和泥浆性能的本质和基础。泥浆处理剂的主要作用就是供证和维持泥浆中粘土粒子的分散度。而处理剂提供的是一个化学分散的环境。抑制性是通过对粘土粒子水化、分散的抑制作用(不允许未水化的粘土水化、澎涨、分散或使己水化、澎涨、分散的粘土粒子絮凝、聚结甚致水土分层而破坏)来起作用的,因此抑制作用愈强泥浆性能愈差……同理泥浆性能愈好则抑制性愈弱。15抑制性和配浆性(性能维护之间)存在着必然的矛盾。泥浆技术就是求得二者的平衡,泥浆技术的很多问题就是由此而来。抑制剂愈强、加得愈多,对地层粘土水化、分散的抑制性愈强,但泥浆中配浆粘土粘子发生聚集愈严重,泥浆性能破坏愈大;为维持泥浆必要的性能,必须对泥浆进行维护,对处理剂要求(抗盐、抗钙…)更高、用量更大,直到分散度恢复到性能维护的要求为止。结果使其原有的抑制性受到极大的抵消即抑制剂溶液对粘土的抑制能力大大的强于泥浆(液相)对粘土的抑制能力16例,饱和盐水泥浆的抑制性比饱和盐水低得多;阳离子聚合物“抑制性”较强,但其泥浆流变性、造壁性都很差必须加入各种处理剂将泥浆流变性、造壁性调整好…MMH“抑制性”较强,但其泥浆流变性、造壁性都很差必须加入各种处理剂将泥浆流变性、造壁性调整好…17泥浆“抑制性”愈强,配套处理剂要求愈高、种类愈多、用量愈大、泥浆应用时维护愈麻烦、泥浆排放愈多(特别是强造浆地层)、成本愈高….;最终泥浆体系“抑制性”比预计的大大降低…18高效抑制泥浆体系还未建立常用抑制剂(CaCl2、KCl、CaCl2、MMH、阳离子、高分子聚合物)抑制性还不足以解决所有问题泥浆抑制性与泥浆性能之间的矛盾未能根本解决，其兼顾协调结果使抑制性被削弱。抑制性的的评价方法不能很好指导对抑制性的研究………195.进一步提高水基泥浆“抑制性“的思路建立粘土水化程度的定量测定方法:定量测定出地层中粘土经泥浆作用前后:粘土中自由水、毛管凝结水、渗透水化水、表面水化水的数值。从而客观、准确评价、比较不同抑制剂、抑制泥浆体系的抑制能力…再与现有抑制性的的评价方法有机结合建立一个能很好指导对抑制性的研究的评价体系。20进一步研制寻找:具有更强抑制能力;且有对处理剂的影响不大;且对泥浆性能破坏不大的新型抑制剂21(1)有机酸盐的应用有机酸盐包含甲酸钠、钾、铯盐，乙酸钠、钾盐…等。特点：有极高的溶解度，可以获得很高浓度和很高密度的水溶液，且结晶温度很低；可以得到活度很低的水溶液，其抑制性大大高于常用无机盐可与常用大多数处理剂匹配，对泥浆性能影响比常用无机盐小，可以建立起常用的泥浆体系。22盐类溶解度(%)密度结晶点溶液活度NaCL271.17-40.755CaCl2421.30-200.32HCooNa451.34-230.30HCooK761.60-400.25HCooCs832.37-570.10若它与聚合醇等配合使用，则抑制性还能进一步提高到现有泥浆达不到的程度。23水敏性地层的井壁稳定①.HCOOK、HCOONa等甲酸盐溶解度大，可配成浓度很高活度很低的溶液。以它作水相建立的泥浆可有效抑制井下地层常见的各种水化。而且有机酸盐对处理剂的影响不大,且泥浆性能的破坏作用较大地低于同浓度的无机盐。②,因此，建立泥浆体系、维持泥浆性能比较容易，对其抑制性的降低不大。从而使泥浆抑制性的整体水平有较大提高③.具有能与比如与乙二醇、聚合物抑制剂等配合使用而增效的能力，则有可能得到抑制性完全满足钻井需要的新体系。24(2)、聚合醇的应用聚合醇指水溶性的聚乙氧基短链醇。聚丙氧基短链醇……等不同聚合度（分子量）的产物。也包括乙醇、脂肪酸、脂肪胺与氧乙烯，氧丙烯的缩合物。最常用的为不同分子量的聚乙二醇，它具有以下特性：25①能明显改变水相性质，降低水的活度，明显提高泥浆的抑制性（用量3%-10%）；②能与有机阳离子比如胆碱盐酸盐、胆碱硫酸盐、胆碱碳酸氢盐（三甲基羟乙基氯化胺、硫酸胺、碳酸氢胺……）配合使用使其抑制性大幅度提高。能与甲酸盐复配使其抑制性大幅度提高。③能与常用处理剂发生协同作用，提高其抗温能力和稳定性；26④有浊点：能很好降低泥浆的HTHP失水，能有效的在页岩微细孔道中沉积，阻断水进入页岩深处的通道，对井壁页岩防水化有特殊作用。浊点：随温度上升聚合醇从水溶液中析出的现象，其析出温度叫浊点。只有具有浊点现象的聚合物才能起到有效阻断水在页岩中微细孔道中的通道。浊点与聚合醇分子结构:(基团种类、聚合度……)和矿化度有关。不同泥浆的矿化度和使用温度不同，所以使用的聚合醇应是一个针对不同使用条件的产品系列。27因此，以有机酸盐＋聚乙二醇为水相建立的泥浆体系或在现有泥浆体系中引入HCOOK、聚乙二醇等加以改造，就完全有可能获得比现有泥浆体系抑制性好得多的泥浆体系。再配合现有成功的技术和新建的评价方法则有可能使对付水敏性地层的泥浆抑制能力上一个新的台阶。(成本问题需要考虑)28⑵、增强抑制性处理剂的选择性:即处理剂对配浆搬土粘子进行保护以维护必要的泥浆性能,而对地层中的粘土实施抑制作用.(例选择性包被作用、选择性絮凝作用)其分子结构特点:有机阳离子—非离子亲水链(聚胺类)有机阳离子—阴离子亲水链(两性离子聚合物处理剂)29理论表明和实践证实:加大它们在泥浆中的使用浓度必将使其抑制性提高而同时有可能使其泥浆性能不变坏甚至变好.!泥浆“抑制性”愈强,配套处理剂要求不因此明显增愈高、配套处理剂种类可大大降低、泥浆应用时维护愈简单、泥浆排放少(特别是强造浆地层)、成本降低….;30⑶、取消泥浆性能对搬土的依赖(建立新的泥浆体系)①、无粘土体系②、海泡石、凹凸棒石该浆体系可以从根本上解决抑制性与配浆性的矛盾(需要解决另外的难题…)⑷.改用“油基类”泥浆31个人看法,仅供参考!谢谢!