評估鑽井泥漿助劑的抗溫性能,通常可通過以下幾種方法:
實驗室測試
熱滾實驗
實驗方法:將含有鑽井泥漿助劑的泥漿樣品放入高溫滾子加熱爐中,在設定的溫度下滾動一定時間,模擬井下高溫環境。一般滾動時間爲 16 小時或更長,溫度根據實際鑽井需求設定,可從幾十攝氏度到超過 200 攝氏度。
評估指標:熱滾後觀察泥漿的性能變化,包括表觀粘度、塑性粘度、動切力、濾失量等。若泥漿的這些性能指標變化較小,說明鑽井泥漿助劑的抗溫性能較好;反之,若性能指標出現明顯惡化,如粘度大幅下降、濾失量大幅增加,則表明其抗溫性能不佳。
差熱分析(DTA)和熱重分析(TGA)
實驗方法:DTA 是測量樣品與參比物之間的溫度差隨溫度變化的關係,TGA 是測量樣品質量隨溫度變化的關係。將鑽井泥漿助劑樣品置於熱分析儀中,以一定的升溫速率加熱,記錄其熱效應和質量變化。
評估指標:通過 DTA 曲線可確定樣品的吸熱或放熱峯,判斷其發生相變或化學反應的溫度;TGA 曲線可得出樣品開始失重的溫度以及失重速率等信息。如果在目標溫度範圍內,樣品沒有明顯的吸熱或放熱峯,且失重率較低,說明鑽井泥漿助劑在該溫度下具有較好的熱穩定性,抗溫性能較好。
現場應用測試
井場試驗
試驗方法:在實際鑽井現場,選擇一口或多口井使用含有該鑽井泥漿助劑的泥漿體系。在鑽井過程中,記錄不同井深(對應不同的井下溫度)下泥漿的性能數據,以及鑽井作業的相關參數,如機械鑽速、井下情況等。
評估指標:若在整個鑽井過程中,泥漿性能穩定,能夠滿足鑽井施工的要求,如保持良好的攜巖能力、護壁效果,且沒有因溫度升高而出現明顯的性能問題,如糊鑽、卡鑽等現象,則說明該鑽井泥漿助劑在現場應用條件下具有較好的抗溫性能。
與其他助劑對比試驗
試驗方法:在相同的井場條件下,同時使用幾種不同品牌或類型的鑽井泥漿助劑,進行對比試驗。保持其他條件相同,僅改變泥漿助劑的種類,記錄各井使用不同助劑後的泥漿性能和鑽井效果。
評估指標:對比不同助劑在相同溫度條件下的泥漿性能變化和鑽井作業情況,性能穩定且能更好地滿足鑽井要求的助劑,其抗溫性能相對較好。
理論計算與模擬
分子結構分析
分析方法:通過紅外光譜、核磁共振等手段分析鑽井泥漿助劑的分子結構,瞭解其化學鍵的類型和鍵能大小。一般來說,含有耐高溫化學鍵(如芳香環、雜環結構、強共價鍵等)的分子,其熱穩定性較好,抗溫性能可能較強。
評估指標:根據分子結構中化學鍵的類型、官能團的穩定性等,預測其在高溫下可能的反應和性能變化。例如,若分子中含有較多易分解的官能團,如酯基、氨基等,在高溫下可能容易發生降解反應,從而影響泥漿助劑的抗溫性能。
計算機模擬
模擬方法:利用分子動力學模擬、量子力學計算等計算機模擬方法,模擬鑽井泥漿助劑在高溫下的分子運動、結構變化以及與泥漿中其他成分的相互作用。通過模擬,可以在微觀層面上了解助劑在高溫環境下的行爲機制。
評估指標:根據模擬結果,分析助劑分子在高溫下的穩定性、是否發生分子鏈斷裂或聚集等現象。若模擬結果顯示助劑分子在目標溫度下能夠保持穩定的結構和良好的相互作用,可初步判斷其具有較好的抗溫性能。