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極 度高溫高壓下鉆井液 的應(yīng)用是一個(gè)艱難的 命題，其對生態(tài)系統(tǒng) 特別敏感。通常在井 底溫度接近 260℃（500 ℉）、關(guān) 井壓力達(dá)到 25,000 磅 / 平方英寸 （172.4 兆帕）的情況下，施工者更 愿意使用油基鉆井液，而非水基鉆 井液。許多地區(qū)正在禁止傾倒油基 鉆井液及巖屑，傾倒會(huì)增加廢物管 理成本和可能增加的債務(wù)。一些地 區(qū)，當(dāng)?shù)卣踔镣耆辉试S使用 原油和柴油的油基鉆井液。
 
作為極度高溫高壓鉆井應(yīng)用的選 擇產(chǎn)品， 一種新設(shè)計(jì)的由高等級黏土、 新型分散劑和特制的高分子合成聚合 物組成的無鉻高密度水基鉆井液表現(xiàn) 出良好的應(yīng)用前景。這種鉆井液是一 種對環(huán)境、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益都切實(shí)可 行的選擇產(chǎn)品，并在一口匈牙利管轄 的高溫高壓探井的現(xiàn)場試驗(yàn)證實(shí)其性 能和環(huán)境優(yōu)勢。
 
替代鉆井液應(yīng)勢而出
 
長久以來，業(yè)界一直在尋找一 種水基鉆井液，一種能夠模仿或者 至少接近更高性能的油基鉆井液， 用于高溫高壓鉆井作業(yè)。通常以水 為分散劑的水基鉆井液是用水、膨 潤土和各種添加劑配置而成，以控 制失水和提供流變的穩(wěn)定性。為應(yīng) 對更加艱難的鉆井挑戰(zhàn)，技術(shù)的進(jìn) 步已讓水基鉆井液成為誘人的選擇， 尤其是那些需要最高等級的工程控 制和井眼穩(wěn)定性的鉆井作業(yè)。但專 為極度高溫高壓鉆井施工設(shè)計(jì)水基 鉆井液仍然富有挑戰(zhàn)。 隨著水基鉆井液溫度的升高， 凝膠則成為一個(gè)最棘手的問題。含 鉻稀釋劑和降濾失劑已被用來改善 流變穩(wěn)定性和失水性能。鉻木素磺 酸鹽或鉻鐵絡(luò)鹽是增強(qiáng)黏土邊緣吸 附作用首選的添加劑，可阻止粘土 薄片黏結(jié)在一起。然而，越來越多 的地區(qū)禁止在鉆井液中使用有毒的 夾雜物，以及類似于鉻一樣的多價(jià) 金屬物，促使研究開發(fā)無鉻的替代 產(chǎn)品。一些添加劑，包括木素磺酸 鹽，以及混有更多環(huán)境可以接受的 金屬離子的添加劑已經(jīng)過審查，得 出各種各樣的結(jié)果。
 
當(dāng)混入鈦或鋯 金屬的木素磺酸鹽和鋯檸檬酸鹽在 溫度達(dá)到 204℃（400 ℉）時(shí)，顯 示出相當(dāng)有效的高溫凝膠控制能力， 在更高溫度下混入鉻木素磺酸鹽和 鉻檸檬酸鹽都被證明沒有效果。 用化學(xué)的方法人工合成低分子 量陰離子聚合物，在中和黏土邊緣 的正電荷、阻止絮凝方面的功效類 似于木素磺酸鹽。隨后的工作是檢 驗(yàn)人造高分子聚合物、共聚物和三 元共聚物在更高溫度環(huán)境下的功效。 這些物質(zhì)是用于穩(wěn)定流變性能和控 制失水的添加劑。 從失水角度來看， 人造高分子聚合物，包括上世紀(jì) 80 年代中期用于地?zé)峋@井的高分子 量乙烯基磺酸鹽共聚物已被證明是 最有希望的人造聚合物。隨即一種 與含鉻高溫高壓水基鉆井液性能相 同的鉆井液體系應(yīng)勢而出。
 
現(xiàn)場試驗(yàn)提供充足依據(jù)
 
新型水基鉆井液的首次現(xiàn)場應(yīng) 用在匈牙利東南的探井中進(jìn)行。匈 牙利擁有嚴(yán)格的規(guī)定，限制使用和 傾倒含鉻的油基鉆井液（原油或柴 油） 或添加劑， 以及其它重金屬物質(zhì)。 在這個(gè)現(xiàn)場試驗(yàn)中，當(dāng)井下溫度達(dá) 到 204℃（400 ℉）時(shí)，鉆井液比 重開始加到 16.7 磅 / 加侖（2.0）， 要求高溫高壓的水基鉆井液保持性 能穩(wěn)定。此外規(guī)定要求采用的方法 必須能夠提高鉆井液密度，需通過 采用添加加重劑的方法將鉆井液比 重提高到 19.2 磅 / 加侖（2.3），并 且不影響鉆井液的流變性能。 首次進(jìn)行的一系列室內(nèi)試驗(yàn)對 選擇的配方進(jìn)行微調(diào)，使其滿足預(yù) 定的性能特征，測試出最佳配方和 試驗(yàn)結(jié)果，為最終鉆井液的現(xiàn)場應(yīng)用提供了室內(nèi)試驗(yàn)依據(jù)。調(diào)整后的 高溫高壓鉆井液很容易摻入現(xiàn)場的 鉆井液中，替換 8 英寸、2,730 米 （8,957 英尺）井段的鉆井液，高 密度的鉆井液含有精選的耐高溫聚 合物和穩(wěn)定劑， 可以用來控制失水、 提高巖屑的懸浮力、井眼凈化和泥 餅質(zhì)量，由于可能會(huì)出現(xiàn)一氧化碳 污染，持續(xù)增加燒堿、石灰和石膏， 需保持鉆井液的總硬度在 300~400 毫克/升， pH值在10.5和11.5之間， 并用離心機(jī)和絮凝控制鉆井液的固 相含量。
 
隨著鉆井液密度上升至 19.0 磅 /加侖， 順利鉆進(jìn)至3130米 （10,269 英尺），下入套管，井鉆達(dá)總深度 時(shí)的最終鉆井液比重為 17.5 磅 / 加 侖。專用工程軟件包用來預(yù)測鉆進(jìn) 時(shí)的當(dāng)量循環(huán)密度，以及起下鉆時(shí) 的井涌或抽吸壓力，鉆井液的反應(yīng) 強(qiáng)度和固相含量降至最低，阻止了 粘度的上升。鉆井要使用不傷害環(huán) 境的鉆井液， 遵守所有的環(huán)境法規(guī)， 后續(xù)井的數(shù)據(jù)證實(shí)了高溫高壓水基 鉆井液的性能表現(xiàn)，對嚴(yán)格控制鉆 井液性能、保持一個(gè)穩(wěn)定的流變特 征起到了重要作用，具有方便控制 高溫高壓環(huán)境下失水的能力，產(chǎn)生 的實(shí)際效果使最終的流變學(xué)性能變 化低于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果。
 
配置最佳無鉻鉆井液
 
研 發(fā) 與 評 價(jià) 控 制 失 水 的 聚 合 物 和 稀 釋 劑、 抗 絮 凝 劑 在 動(dòng) 態(tài) 溫 度 250 ℃（482 ℉）、15 磅 / 加 侖 比重的鉆井液中進(jìn)行。作為一種理 想鉆井液，一般規(guī)范定義為 66℃ （150 ℉）溫度下測量出流變學(xué)特性， 塑性黏度小于 30 厘泊、在 7 和 10 之間 6 轉(zhuǎn) / 分度值，149℃（300 ℉） 溫度下高溫高壓失水濾出液小于 20 毫升、 500 磅 / 平方英寸 （3.45 兆帕） 的壓差。研發(fā)之初，采用鉻鐵絡(luò)鹽 為一種基準(zhǔn)添加劑，希望與后續(xù)開 發(fā)的無鉻抗絮凝劑進(jìn)行效果對比， 建立和控制混合與加入條件，優(yōu)化 性能，確保各種配方的良好對比。 一旦候選的無鉻稀釋劑組合配 方和濃度比例得到確定和定型，這 種添加劑則用來與高等級膨潤土和 海泡石進(jìn)行混合試驗(yàn)，更好地確定 在極惡劣模擬環(huán)境下的試驗(yàn)效果。
 
六種抗絮凝劑試驗(yàn)，一個(gè)摻入金屬 木素磺化鹽和一個(gè)摻入二價(jià)金屬木 素磺化鹽的兩個(gè)體系試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效 果接近用木質(zhì)素鉻獲得的基準(zhǔn)流變 特征，包括凝膠強(qiáng)度。最后，將兩 種最有希望的無鉻金屬木素磺酸鹽 添加劑混合，加入 11.5 容量的人造 海水和另一種 140 磅 / 桶加重材料 的強(qiáng)力溶劑，將其與膨潤土配成鉆 井液進(jìn)行試驗(yàn)。在這個(gè)更高技術(shù)要 求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，研發(fā)出的二價(jià)金 屬磺酸鹽、低分子量和離子聚合物 的混合物表現(xiàn)出優(yōu)越性能，保持了 一個(gè)穩(wěn)定的流變學(xué)特征和高溫高壓 老化后的失水控制。跟據(jù)以上研發(fā) 成果，研究人員選配出最佳無鉻水 基鉆井液。