评估钻井泥浆助剂的抗温性能,通常可通过以下几种方法:
实验室测试
热滚实验
实验方法:将含有钻井泥浆助剂的泥浆样品放入高温滚子加热炉中,在设定的温度下滚动一定时间,模拟井下高温环境。一般滚动时间为 16 小时或更长,温度根据实际钻井需求设定,可从几十摄氏度到超过 200 摄氏度。
评估指标:热滚后观察泥浆的性能变化,包括表观粘度、塑性粘度、动切力、滤失量等。若泥浆的这些性能指标变化较小,说明钻井泥浆助剂的抗温性能较好;反之,若性能指标出现明显恶化,如粘度大幅下降、滤失量大幅增加,则表明其抗温性能不佳。
差热分析(DTA)和热重分析(TGA)
实验方法:DTA 是测量样品与参比物之间的温度差随温度变化的关系,TGA 是测量样品质量随温度变化的关系。将钻井泥浆助剂样品置于热分析仪中,以一定的升温速率加热,记录其热效应和质量变化。
评估指标:通过 DTA 曲线可确定样品的吸热或放热峰,判断其发生相变或化学反应的温度;TGA 曲线可得出样品开始失重的温度以及失重速率等信息。如果在目标温度范围内,样品没有明显的吸热或放热峰,且失重率较低,说明钻井泥浆助剂在该温度下具有较好的热稳定性,抗温性能较好。
现场应用测试
井场试验
试验方法:在实际钻井现场,选择一口或多口井使用含有该钻井泥浆助剂的泥浆体系。在钻井过程中,记录不同井深(对应不同的井下温度)下泥浆的性能数据,以及钻井作业的相关参数,如机械钻速、井下情况等。
评估指标:若在整个钻井过程中,泥浆性能稳定,能够满足钻井施工的要求,如保持良好的携岩能力、护壁效果,且没有因温度升高而出现明显的性能问题,如糊钻、卡钻等现象,则说明该钻井泥浆助剂在现场应用条件下具有较好的抗温性能。
与其他助剂对比试验
试验方法:在相同的井场条件下,同时使用几种不同品牌或类型的钻井泥浆助剂,进行对比试验。保持其他条件相同,仅改变泥浆助剂的种类,记录各井使用不同助剂后的泥浆性能和钻井效果。
评估指标:对比不同助剂在相同温度条件下的泥浆性能变化和钻井作业情况,性能稳定且能更好地满足钻井要求的助剂,其抗温性能相对较好。
理论计算与模拟
分子结构分析
分析方法:通过红外光谱、核磁共振等手段分析钻井泥浆助剂的分子结构,了解其化学键的类型和键能大小。一般来说,含有耐高温化学键(如芳香环、杂环结构、强共价键等)的分子,其热稳定性较好,抗温性能可能较强。
评估指标:根据分子结构中化学键的类型、官能团的稳定性等,预测其在高温下可能的反应和性能变化。例如,若分子中含有较多易分解的官能团,如酯基、氨基等,在高温下可能容易发生降解反应,从而影响泥浆助剂的抗温性能。
计算机模拟
模拟方法:利用分子动力学模拟、量子力学计算等计算机模拟方法,模拟钻井泥浆助剂在高温下的分子运动、结构变化以及与泥浆中其他成分的相互作用。通过模拟,可以在微观层面上了解助剂在高温环境下的行为机制。
评估指标:根据模拟结果,分析助剂分子在高温下的稳定性、是否发生分子链断裂或聚集等现象。若模拟结果显示助剂分子在目标温度下能够保持稳定的结构和良好的相互作用,可初步判断其具有较好的抗温性能。