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極 度高溫高壓下鉆井液 的應用是一個艱難的 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 井壓力達到 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，傾倒會增加廢物管 理成本和可能增加的債務。一些地 區(qū)，當?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用的選 擇產品， 一種新設計的由高等級黏土、 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) 出良好的應用前景。這種鉆井液是一 種對環(huán)境、技術和經濟效益都切實可 行的選擇產品，并在一口匈牙利管轄 的高溫高壓探井的現(xiàn)場試驗證實其性 能和環(huán)境優(yōu)勢。
 
替代鉆井液應勢而出
 
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 對更加艱難的鉆井挑戰(zhàn)，技術的進 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計水基 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 酸鹽或鉻鐵絡鹽是增強黏土邊緣吸 附作用首選的添加劑，可阻止粘土 薄片黏結在一起。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 金屬物，促使研究開發(fā)無鉻的替代 產品。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過審查，得 出各種各樣的結果。
 
當混入鈦或鋯 金屬的木素磺酸鹽和鋯檸檬酸鹽在 溫度達到 204℃（400 ℉）時，顯 示出相當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 80 年代中期用于地熱井鉆井的高分子 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 同的鉆井液體系應勢而出。
 
現(xiàn)場試驗提供充足依據(jù)
 
新型水基鉆井液的首次現(xiàn)場應 用在匈牙利東南的探井中進行。匈 牙利擁有嚴格的規(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。 在這個現(xiàn)場試驗中，當井下溫度達 到 204℃（400 ℉）時，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。 首次進行的一系列室內試驗對 選擇的配方進行微調，使其滿足預 定的性能特征，測試出最佳配方和 試驗結果，為最終鉆井液的現(xiàn)場應用提供了室內試驗依據(jù)。調整后的 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 餅質量，由于可能會出現(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， 順利鉆進至3130米 （10,269 英尺），下入套管，井鉆達總深度 時的最終鉆井液比重為 17.5 磅 / 加 侖。專用工程軟件包用來預測鉆進 時的當量循環(huán)密度，以及起下鉆時 的井涌或抽吸壓力，鉆井液的反應 強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)證實了高溫高壓水基 鉆井液的性能表現(xiàn)，對嚴格控制鉆 井液性能、保持一個穩(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，產生 的實際效果使最終的流變學性能變 化低于實驗室試驗的結果。
 
配置最佳無鉻鉆井液
 
研 發(fā) 與 評 價 控 制 失 水 的 聚 合 物 和 稀 釋 劑、 抗 絮 凝 劑 在 動 態(tài) 溫 度 250 ℃（482 ℉）、15 磅 / 加 侖 比重的鉆井液中進行。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特性， 塑性黏度小于 30 厘泊、在 7 和 10 之間 6 轉 / 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，采用鉻鐵絡鹽 為一種基準添加劑，希望與后續(xù)開 發(fā)的無鉻抗絮凝劑進行效果對比， 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 海泡石進行混合試驗，更好地確定 在極惡劣模擬環(huán)境下的試驗效果。
 
六種抗絮凝劑試驗，一個摻入金屬 木素磺化鹽和一個摻入二價金屬木 素磺化鹽的兩個體系試驗，實驗效 果接近用木質素鉻獲得的基準流變 特征，包括凝膠強度。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 的強力溶劑，將其與膨潤土配成鉆 井液進行試驗。在這個更高技術要 求的實驗環(huán)境下，研發(fā)出的二價金 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 一個穩(wěn)定的流變學特征和高溫高壓 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。