隨著油氣資源的勘探和開(kāi)采向深部地層發(fā)展,將會(huì)鉆遇更多的高溫高壓地層,對(duì)高溫高密度水基鉆井液的需求將會(huì)逐漸增多。高溫、高密度將會(huì)給鉆井液帶來(lái)如流變性惡化、濾失量顯著增大、泥餅增厚等諸多問(wèn)題,直接影響井內(nèi)安全及鉆探成本。因此開(kāi)展抗高溫高密度水基鉆井液體系研究對(duì)深部資源勘探與開(kāi)發(fā)具有重要意義。論文調(diào)研并研究了高溫和密度對(duì)水基鉆井液性能的影響及作用機(jī)理,分析總結(jié)了高溫高密度鉆井液的技術(shù)難點(diǎn)和性能調(diào)控的技術(shù)對(duì)策。研究了微錳加重劑和重晶石的理化特性和對(duì)鉆井液的影響,并對(duì)現(xiàn)有加重劑復(fù)配比例計(jì)算公式進(jìn)行了改進(jìn)。合成了抗高溫的分散劑。以海泡石和膨潤(rùn)土為造漿材料,研制了一種抗高溫高密度水基鉆井液配方,耐溫200℃、密度2.4g/cm³。研究結(jié)果表明。微錳加重劑有著比重晶石更大的密度、硬度和Zeta電位,并且有著吸附能力強(qiáng)和可酸溶的特點(diǎn)。微錳顆粒的平均粒徑比重晶石小但粒徑分布較窄。實(shí)驗(yàn)表明,微錳加重鉆井液比重晶石加重鉆井液有更好的流變性能和沉降穩(wěn)定性。通過(guò)理論計(jì)算和室內(nèi)實(shí)驗(yàn),優(yōu)選出重晶石和微錳加重劑質(zhì)量比為75:25時(shí)使用綜合效果較好。合成的DPS-1分散劑,可以提高微錳加重鉆井液的靜... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

研究路線圖

19水的離子積（Kw）是水中氫離子（H+）和氫氧根離子（OH-）物質(zhì)的量濃度的乘積，取Kw的負(fù)的對(duì)數(shù)值為水的離子積常數(shù)（pKw），一般情況下只與溫度有關(guān)。飽和蒸氣壓下水的離子積常數(shù)隨溫度的變化如圖2-1（何淑明，1988）。純水中H+和OH-是由水分子電離產(chǎn)生的，H+和OH-濃度很小并保持相同的值。當(dāng)溫度改變或增加酸或堿性物質(zhì)時(shí)（增加額外的H+或OH-），水的電離平衡被破壞，促進(jìn)或抑制水分子的電離。但是在同一溫度時(shí)，無(wú)論水的電離平衡朝何種方向進(jìn)行，水的離子積并不改變。因此，在同一溫度時(shí)我們可以用水溶液中H+濃度來(lái)衡量水溶液中H+和OH-的絕對(duì)和相對(duì)含量，為了方便使用，用負(fù)的H+濃度的對(duì)數(shù)值表示，即pH=-log（c（H+））。在常溫常壓時(shí)（25℃，101KPa），水的離子積常數(shù)約是10-14mol2/kg2，此時(shí)H+的濃度c（H+）=10-7mol/kg，pH=7。隨著溫度升高，水的離子積常數(shù)增大，水中H+和OH-濃度都將增大。當(dāng)溫度為250℃時(shí)水的離子積常數(shù)約為10-11mol2/kg2，pH值為5.5，H+和OH-的濃度約是常溫時(shí)的32倍，因此亞臨界水可以作為酸性和堿性催化劑。正是因?yàn)楦邷叵滤@井液中H+和OH-的濃度增大，當(dāng)鉆井液中Ca2+、Mg2+和Al3+等高價(jià)離子含量高時(shí)會(huì)和OH-生成絡(luò)合物或難溶的沉淀，從而減少鉆井液中OH-的含量，促進(jìn)水的電離，增加H+的含量，減小鉆井液的pH值。這種改變是不可逆的，即使溫度降低，pH值仍然維持在降低的狀態(tài)。高溫下水的離子積常數(shù)的改變可能是高礦化度鉆井液高溫老化后pH值降低的重要原因，因此高溫鉆井液使用時(shí)要注意維持較高pH值。圖2-1飽和蒸氣壓下水的離子積常數(shù)隨溫度變化

20（2）介電常數(shù)和極性性質(zhì)介電常數(shù)(permittivity）代表了電介質(zhì)的極化程度，介電常數(shù)越大，介質(zhì)的極性就越強(qiáng)。一般認(rèn)為，相對(duì)介電常數(shù)小于2.8F/m為非極性物質(zhì)；大于3.6F/m的為極性物質(zhì)；在2.8~3.6F/m范圍內(nèi)的物質(zhì)為弱極性物質(zhì)。在常溫常壓下水的介電常數(shù)為78.3F/m，為強(qiáng)極性物質(zhì)；20℃常壓時(shí)苯的介電常數(shù)為1.89F/m，屬于非極性物質(zhì)。常溫常壓下常用溶劑的相對(duì)介電常數(shù)如表2-1。常溫常壓下水和苯分子的極性性質(zhì)相差很大，因此難以互溶。但是水的介電常數(shù)和溫度壓力有關(guān)，在一定壓力下，隨著溫度升高，水的介電常數(shù)迅速下降。圖2-2為5MPa時(shí)水的相對(duì)介電常數(shù)隨溫度變化情況（吳仁銘，2002）。由圖2-2可知，在250℃時(shí)水的相對(duì)介電常數(shù)約為27F/m，比常溫時(shí)降低了約66%。相對(duì)介電常數(shù)降低表明在高溫下水的極性性質(zhì)減弱，對(duì)非極性物質(zhì)的溶解性增大。水的相對(duì)介電常數(shù)隨溫度的變化表明，原本在低溫時(shí)不溶于水的弱極性和非極性物質(zhì)在高溫下可能溶解，而原本在低溫下溶于水的強(qiáng)極性物質(zhì)在高溫下可能會(huì)發(fā)生相分離。水在高溫下極性性質(zhì)的改變對(duì)聚合物分子在高溫下的溶解性和作用效果產(chǎn)生很大影響，在設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)考慮亞臨界水極性性質(zhì)的改變。圖2-25MPa時(shí)水的相對(duì)介電常數(shù)隨溫度變化

【參考文獻(xiàn)】：
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