水基钻井液成膜机理及成膜效果研究.pdf

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1、水基钻井液成膜机理及成膜效果研究王楠男(大庆钻探工程公司钻井研究院钻井液分公司,黑龙江 大庆 163000)摘要：水基成膜钻井液能够抑制泥页岩地层水化膨胀，防止地层坍塌，因而越来越受到重视。本文对水基钻井液的成膜机理进行了探讨，介绍了常见的水基成膜剂类型，归纳了几种成膜效果的评价方法。关键词：聚合物；成膜钻井液；成膜剂类型；膜质量评价1水基钻井液成膜机理的成膜特点，能够弥补一类成膜剂成膜作用单一的缺陷，提高成膜效果。有研究利用半透膜渗透机理研制出纳米复合型两水基钻井液中通过加入成膜剂改变其物理化学性质，能亲性嵌段

2、聚合物抗高温降滤失剂，能够在钻井液中形成膜结够在井壁表面形成一层致密的半透膜，能够阻止钻井液中自由构，对其进行优化设计后研制成功了高效率的纳米-膜钻井水进入地层，防止发生井壁坍塌等事故。水基钻井液成膜机理液，大大提高了钻井液膜效率。符合材料成膜剂虽然较单一成主要有以下几种：①钻井液与泥页岩表面发生化学反应。水基膜剂有一定优点，但由于生产工艺复杂、价格昂贵，不利于大钻井液中的聚合物通过氢键在矿物表面形成层状聚合物薄膜，规模使用。可成胶、沉淀、充填泥页岩孔隙；②通过电解质作用在泥页岩表层形成双电子层或者改变粘土表面特

3、性，达到阻止水分子进3水基成膜钻井液膜质量评价方法入地层效果；③钻井液中功能分子通过分子作用力、H键、渗水基成膜钻井液膜质量评价方法既可以从半透膜是否形透压力等吸附在泥页岩表面；④黏土改造作用通过成膜剂的成方面评价，也可以从形成的半透膜膜效率方面评价。加入在黏土片之间发生反应，形成“柱状”黏土。(1)原子力显微镜法。该方法是使用纳米级探针以恒定的2常见的水基成膜剂类型力扫描样品表面，探针里的原子会与样品表面发生反应，通过检测这些力实现对样品表面的扫描。聚合物形成的膜较软，聚(1)聚合物成膜剂 聚合物钻井液中含有大

4、量聚合物分合物钻井液滤失后形成的泥饼使用该方法检测效果较好。子，通过井壁的支撑，吸附、富集在泥页岩表面，形成一层致密的有机膜，阻止钻井液中自由水进入泥页岩地层，防止地层水(2)扫描电镜法。扫描电镜放大倍数大，可以观察样品的微化膨胀。聚合物成膜剂在钻井液中形成大量的阳离子聚合物或观结构，能够对形成的半透膜进行详细的观察，从扫描电镜图+2+片上可以观察半透膜的微观孔隙特征，得到孔隙形态、几何结正电胶体，能够取代泥页岩表面的Na、Ca等，使得高聚物吸附在泥页岩表面，从而有效的降低了泥页岩表面孔隙，提高了构、孔径、面孔率

5、等参数。可以将滤失试验形成的泥饼经过处理膜效率。然后在膜表面再形成大的疏水基团，能够进一步增强后，制成扫描电镜薄片进行分析，结合扫描电镜能谱分析，能够膜效率。聚合物成膜剂具有工艺简单、成膜快、封堵效果好、施得出半透膜的化学组成。工方便等特点，是一种较为理想的水基成膜钻井液。(3)液面高度法。该方法首先进行滤失试验形成滤饼，使用(2)钾盐、硅酸盐抑制类成膜剂 钾盐、硅酸盐等抑制类滤饼作为分隔，在膜两侧放置等量的溶液，一侧是清水，另一侧成膜剂有效提高钻井液成膜性能。常见的钾盐有NaCOOH、是盐水溶液，由于膜两侧溶液

6、存在浓度差，溶质从盐水溶液中KCOOH、CsCOOH等，溶液钻井液中离子浓度高，能够中和向清水一侧运移，造成膜两侧液面出现高度差。该方法能够直泥页岩表面的双电子层，使得泥页岩的水化膨胀能力降低，钻观的观察半透膜存在与否及测量膜效果。++井液中的K、Cs阳离子能够置换泥页岩中的钠离子，从而使(4)半透膜效率测定法。该方法使用特定的膜效率评价仪，泥页岩表面结构更加稳定。硅酸盐成膜剂能够在钻井液中形成模拟井下压力环境，根据半透膜渗透压与电导率的关系来测定硅酸根离子和胶体颗粒等，硅酸根离子能够与泥页岩表面的膜效率，实现对

7、半透膜效率的评价。具体测定方法是在一定围2+2+Ca、Si结合生成不容物，覆盖在泥页岩表面形成半透膜，同压和轴压下使用盐水溶液浸泡泥页岩样品达到饱和，然后使用时钻井液中胶体颗粒能够吸附、扩散进入泥页岩表面孔隙中起另一浓度的盐水溶液浸泡样品，泥页岩样品会产生膨胀压力，到封堵效果。通过与理论膨胀压力对比，可以计算出半透膜的膜效率。(3)封堵材料类成膜剂 封堵材料类成膜剂通常与其它钻参考文献：井液处理剂配合使用，能够有效封堵泥页岩表面形成的泥饼孔[1]张克勤,方慧等.国外水基钻井液半透膜的研究概述隙或者泥页岩地层层理裂

8、隙等。使用较多的封堵材料有石英、[J].钻井液与完井液,2003,20(6):1-5.石墨粉、滑石粉、沥青烯等，这些材料的封堵能力及承压能力[2]王彬,樊世忠.MEG水基钻井液的研究与应用[J].石强，但是单独使用只靠物理作用仅能作用与泥页岩表面，难以油钻探技术,2005,33(3):22-25.形成高效的渗透膜，需要结合其它处理剂使用。目前研究较多[3]孙金声,汪世国.