聚合物鉆井液的配制

1、PHPpH任務(wù)4聚合物鉆井液的配制學(xué)習(xí)目標(biāo)：1會配制聚合物抑制性鉆井液；2能夠熟練闡述陽離子、陰離子和兩性離子聚合物鉆井液的相關(guān)知識；3能夠準(zhǔn)確使用頁巖抑制劑。技能訓(xùn)練：一.配制聚合物抑制鉆井液1.準(zhǔn)備工作(1)穿戴好勞保用品；(2)備足鉆井液處理劑、高分子聚合物、NaOH、CMC、PHP、膨潤土等；(3)檢查水源，固控設(shè)備、攪拌器、鉆井液槍運轉(zhuǎn)是否正常；(4)檢查配制罐、儲備罐；(5)鉆井液全套性能測試儀、pH試紙等。2.操作步驟(1)計算配制鉆井液所需處理劑用量和膨潤土的用量。(2)首先在注入定量水的配制罐中加入膨潤土并充分?jǐn)嚢?，使膨潤土充分水化?3)在配制罐中加入高分子聚合物及所用處理

2、劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颉?4)測定鉆井液性能及 pH值。(5)將配好的鉆井液打入儲備罐。(6)清洗全部儀器。3.技術(shù)要求必須注意PHP在鉆井液中的含量，應(yīng)根據(jù)地層的不同而異：東營組以上地層，鉆井液中保持0.1%0.15%的含量，沙河街組地層保持 0.2%0.3%的含量；NaOH加入量以保持要求的 值為準(zhǔn)。.使用頁巖抑制劑1.準(zhǔn)備工作(1)穿戴好勞保用品。(2)準(zhǔn)備好頁巖抑制劑，如聚丙烯酸鉀、水解聚丙烯腈鉀鹽、腐殖酸鉀、磺化瀝青和水分散瀝青、 無機鹽(KCI、NaCI)、KOH 等。(3) ZNN-D6型旋轉(zhuǎn)粘度計一套，ZNS-3型濾失儀一套。(4)檢查水源、攪拌器、鉆井液槍等。2.操作步驟(1)了解

3、頁巖抑制劑的特點。(2)分析處理劑的機理，選擇處理劑的種類。(3)在基漿中做處理配合小型實驗。(4)處理鉆井液。(5)測量處理后的鉆井液性能。記錄處理劑的用量和效果。(7)清洗測定儀器并擺放整齊。3.技術(shù)要求(1)聚丙烯酸鉀(KHPAM)在淡水或鹽水鉆井液中使用。(2)水解聚丙烯腈鉀鹽(KPAN)適用于淡水和不含鈣的鹽水鉆井液中，抗溫170 C。(3)腐殖酸鉀(KHm)適用于深井淡水鉆井液，有一定的降粘作用。磺化瀝青(FT-342、FT-1)和水分散瀝青(SR-401)用作地層微裂縫和破碎帶的封閉劑。(5)無機鹽類主要是降低頁巖表面滲透水化，控制膨脹。(6)性能測定應(yīng)側(cè)重于鉆井液濾失量和濾餅質(zhì)

4、量。基礎(chǔ)知識：1.聚合物鉆井液的概念聚合物鉆井液是自20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的一種新型鉆井液體系。廣義上講，凡是使用線型水溶性聚合物作為處理劑的鉆井液體系可稱為聚合物鉆井液。但通常是將聚合物作為主處理劑或主要用聚合物調(diào)控性能的鉆井液體系稱為聚合物鉆井液。2.聚合物鉆井液的特點(1)固相含量低，且亞微粒子所占比例也低。這是聚合物鉆井液的基本特征，是聚合物處理劑選擇性絮凝和抑制鉆屑分散的結(jié)果，對提高鉆井速度是極為有利的。具有較強的觸變性、較強的剪切稀釋特性和適宜的流型，即在環(huán)形空間中形成平板型層流。 因此聚合物鉆井液懸浮和攜帶巖屑的效果好，可有效地減少鉆屑的重復(fù)破碎，使鉆頭進尺明顯提高。(3)鉆

5、井速度快。(4)由于聚合物可有效地抑制泥頁巖的吸水分散作用，所以穩(wěn)定井壁的能力較強， 井徑比較規(guī)則。(5)由于聚合物鉆井液的密度低，可實現(xiàn)近平衡壓力鉆井；由于固相含量少，可減少固相的侵入，因而對油氣層的損害小，有利于發(fā)現(xiàn)和保護產(chǎn)層。(6)具有良好的防滲透性漏失的作用。(7)由于聚合物鉆井液的處理劑用量較少，鉆井速度快，縮短了完井周期，因此可大幅度降低鉆井總成本。3.聚合物鉆井液的性能指標(biāo)聚合物鉆井液所謂不分散”具有兩個含義：一是指組成鉆井液的粘土顆粒直徑盡量維持在130 Am。二是指混入這種鉆井液體系的鉆屑不容易分散變細(xì)。所謂低固相”，是指低密度固相(主要指粘土礦物類)的體積分?jǐn)?shù)要在鉆井工程允

6、許的范圍內(nèi)維持到最低。(1 )固相含量(主要指低密度的粘土和鉆屑，不包括重晶石)應(yīng)維持在4%(體積分?jǐn)?shù))或更小，大約相當(dāng)于密度1.06 g/cm3。(2)鉆屑與膨潤土的比例不超過2:1,膨潤土含量一般維持在1.3%1.5%比較合適。動切力(Pa)與塑性粘度(mPa s)之比控制在0.48左右，這是為了滿足低返速(如0.6m/s)攜砂的 要求，保證鉆井液在環(huán)形空間實現(xiàn)平板型層流。(4)非加重鉆井液的動切力應(yīng)維持在1.53 Pa。動切力是鉆井液攜帶鉆屑的關(guān)鍵參數(shù)，為保證良好的攜帶能力，首先必須滿足動切力的要求，對加重鉆井液應(yīng)注意保證重晶石的懸浮。(5)濾失量控制應(yīng)視具體情況而定。在穩(wěn)定井壁的前提下

7、可適當(dāng)放寬，以利于提高鉆速；在易坍塌地層，應(yīng)當(dāng)從嚴(yán)。進入儲油氣層后，為減輕污染也應(yīng)控制得低一些。(6)優(yōu)化流變參數(shù)。(7)在整個鉆井過程中應(yīng)盡量不用分散劑。4.陰離子聚合物鉆井液的知識1).聚合物淡水鉆井液無固相聚合物鉆井液使用無固相聚合物鉆井液(又稱清水鉆井液)可達(dá)到最高鉆速，但必須注意解決三個問題：一是 必須使用高效絮凝劑使鉆屑始終保持不分散狀態(tài)；二是要有一定的提粘措施，并能按工程上的要求實現(xiàn)平板型層流并能順利地攜帶巖屑：三是有一定的防塌措施，以保證井壁的穩(wěn)定。生物聚合物和 聚丙烯酰胺及其衍生物是配制無固相鉆井液較理想的處理劑，要求其相對分子質(zhì)量應(yīng)大于100萬，最好超過300萬，水解度應(yīng)小

8、于 40%。現(xiàn)場配制與維護的要點如下：a配制聚合物溶液。先用純堿將水中的Ca2+除去，以增加聚合物的溶解度，然后加入聚合物絮凝劑，一般加量為 6 kg/m3。b 處理清水鉆井液。將配好的聚合物溶液噴入清水鉆井液中，噴人位置可以在流管頂部或振動 篩底部，噴入速度取決于井眼大小和鉆速。c促進絮凝。加適量石灰或 CaCl2，通過儲備池循環(huán)，避免攪拌，讓鉆屑盡量沉淀。d 適當(dāng)清掃。在接單根或起下鉆時，用增粘劑與清水配數(shù)方粘稠的清掃液注入井內(nèi)循環(huán)，以便 把環(huán)空中堆積的巖屑清掃出來。只要保證上水池內(nèi)的清水清潔，即可獲得最大鉆速。不分散低固相聚合物鉆井液配制方法如下：a配新漿前應(yīng)徹底清除鉆井液罐底的沉砂；b

9、用純堿除去配漿水中的 Ca2+； c用1723 kg/m3的優(yōu)質(zhì)膨潤土或用量相當(dāng)?shù)念A(yù)水化膨潤土漿，加0.02 kg/m3的雙功能聚合物，配制好基漿；d必要時加入0.35 kg/m3的純堿，使膨潤土充分水化；e測定新配制的基漿性能，并調(diào)整到下述范圍內(nèi)：漏斗粘度：3040 s;塑性粘度：47 mPa.s;動切力：4 Pa；靜切力：（12）/（13）Pa； API濾失 量： 15 30 mL 。維護要點如下：a.為了維持鉆井液體積和降低鉆井液粘度以便于有效地分離固相，要有控制地往體系中加水；b.每5根立柱掏一次振動篩下面的沉砂池，經(jīng)常掏洗鉆井液罐以清除沉砂，掏洗的次數(shù)應(yīng)根據(jù)鉆速 而定；c.維持pH值

10、在79之間；d.鉆進過程中要不斷補充聚合物，以補充沉除鉆屑所消耗的聚合 物；e.為了保持低固相，在化學(xué)絮凝的同時，應(yīng)連續(xù)使用除砂器、除泥器，適當(dāng)使用離心分離機；f.如果要求提高粘度，可使用膨潤土和雙功能聚合物，并通過小型實驗確定其加量；g.為了降低動切力、靜切力和濾失量，可使用聚丙烯酸鈉，應(yīng)通過小型實驗確定其加量，或按0.3 kg/cm3的增量逐次加入聚丙烯酸鈉，必要時加水稀釋，直到性能達(dá)到要求；h.如果用不分散聚合物鉆井液鉆水泥塞時，在開鉆前先用 1.4 kg/m3的碳酸氫鈉進行預(yù)處理。如果鉆遇石膏（CaS04）層，應(yīng)加入碳酸鈉以沉除Ca2+，但切記防止處理過頭；i.如果鉆遇高膨潤土含量的地

11、層，使用選擇性絮凝劑比使用雙功 能聚合物的效果好；j.如果有少量鹽水侵入， 或者當(dāng)鉆遇巖鹽層時，只要鹽濃度不超過 10 000 mg/L, 不分散聚合物鉆井液可以繼續(xù)使用。若超過此濃度，為了維持所要求的鉆井液性能，可加入預(yù)水化 膨潤土。在極端條件下,應(yīng)轉(zhuǎn)化為鹽水鉆井液。普通聚合物鉆井液 所謂普通聚合物鉆井液是指不符合不分散低固相鉆井液標(biāo)準(zhǔn)的聚合物鉆井液。為了盡量維持鉆井液的不分散性,在缺少膨潤土?xí)r可采用相對分子質(zhì)量較高的PHPA 和相對分子質(zhì)量較低的 PHPA混合處理的方法,利用它們的協(xié)同作用保持鉆井液的低密度和低濾失量?；旌弦旱囊话闩渲品椒椋簩⑾鄬Ψ肿淤|(zhì)量較高的PHPA（相對分子質(zhì)量大于

12、100萬，水解度30%左右）配成1 %的溶液，再將相對分子質(zhì)量較低的 PHPA（相對分子質(zhì)量5萬。7萬，水解度30% 左右 ）配成 10的溶液,按前者與后者的比例為 7： 3將兩種溶液混合即成。其中相對分子質(zhì)量較高 的 PHPA 主要起絮凝鉆屑的作用，以維持低固相；而相對分子質(zhì)量較低的 PHPA 主要是穩(wěn)定質(zhì)量較 好的粘土顆粒，以提供鉆井液必需的性能。2).聚合物鹽水鉆井液 不分散低固相聚合物鹽水鉆井液主要應(yīng)用于在含鹽膏的地層中以及海上鉆井。 這類鉆井液最主 要的問題是濾失量較大，通常采取如下措施控制其濾失量：(1)膨潤土預(yù)水化。 粘土在鹽水中不易分散， 因此鉆井前將膨潤土預(yù)先用淡水充分分散，

13、 并同時 加入足夠的純堿，以除去高價離子和使鈣質(zhì)土轉(zhuǎn)化為鈉土，然后加入聚合物處理劑(如水解聚丙烯腈、聚丙烯酸鹽及 CMC 鈉鹽等 )，使鉆井液性能保持穩(wěn)定。(2)選用耐鹽的配漿材料，如海泡石、凹凸棒石等。(3)選用耐鹽的降濾失劑。 目前耐鹽較好的降濾失劑有聚丙烯酸鈣、 磺化酚醛樹脂、 醋酸乙烯和 丙烯酸酯的共聚物及 CMC 鈉鹽等。(4)預(yù)處理水。所用化學(xué)劑的種類及用量都要根據(jù)水型及含鹽量而定。一般含Mg 2+多的水用NaOH處理，含Ca2+多的水用純堿處理。3).不分散聚合物加重鉆井液 在用重晶石加重的不分散聚合物鉆井液中， 聚合物的作用主要是絮凝和包被鉆屑、 增效膨潤土、 包被重晶石，減少

14、離子間的摩擦。由于重晶石對聚合物的吸附，在處理加重鉆井液時聚合物的加量 應(yīng)高于非加重鉆井液，加入重晶石時一般也相應(yīng)加入適量聚合物。加入量應(yīng)通過實驗來確定。配制方法(1)井漿的轉(zhuǎn)化。一般要求待加重鉆井液的鉆屑體積含量不超過4，劣質(zhì)土與膨潤土之比接近于 1： l 。(2)配制新漿。若井漿的鉆屑含量和劣膨比(劣質(zhì)土：膨潤土)不符合要求，重新配制不分散加 重鉆井液。維護要點 維護好不分散聚合物加重鉆井液的關(guān)鍵是盡可能地清除鉆屑。要實現(xiàn)這一點， 一是要選擇合適的機械固控設(shè)備，并有效地使用；二是要重視化學(xué)處理，采用選擇性絮凝劑，能包被鉆屑并抑制其 分散，以便于機械裝置在地面上更容易地清除鉆屑。5.陽離子聚

15、合物鉆井液的知識1)概念和組成：陽離子聚合物鉆井液是以大相對分子質(zhì)量的陽離子聚合物(簡稱大陽離子 )作包被絮凝劑，以小相對分子質(zhì)量的有機陽離子 (簡稱小陽離子 )作泥頁巖抑制劑，并配合降濾失劑、增粘劑、降粘劑、 封堵劑和潤滑劑等處理劑配制而成。 由于陽離子聚合物分子帶有大量正電荷， 在粘土或巖屑上有很 強的吸附力，故陽離子聚合物鉆井液具有優(yōu)良的流變性、抑制性、穩(wěn)定井壁能力、攜帶巖屑能力和 防卡、防泥包等能力，在保證井下安全、提高鉆速和保護油氣層等方面都顯示出優(yōu)越性。2)特點(1)陽離子聚合物鉆井液是以高分子陽離子聚合物作為絮凝劑，以小分子陽離子聚合物作為粘土穩(wěn)定劑的一種新型水基鉆井液體系，具有

16、良好的抑制鉆屑分散和穩(wěn)定井壁的能力。(2)在防止起鉆遇卡、下鉆遇阻及防止鉆頭泥包等方面具有較好效果。(3)流變性能比較穩(wěn)定，維護間隔時間較長。(4)具有較好的抗高溫、抗鹽和抗鈣、鎂等高價金屬陽離子污染的能力。(5)具有較好的抗膨潤土和鉆屑污染的能力。(6)與氯化鉀一聚合物鉆井液相比，它不會影響電測資料的解釋。3)維護與處理要點(1)保持鉆井液中大、 小陽離子處理劑的足夠濃度。 為了有效地抑制頁巖水化分散， 防止地層坍 塌，鉆井液中應(yīng)保持大、小陽離子處理劑的濃度不能低于0.2，并隨鉆井過程中的消耗作相應(yīng)補充。(2)正常鉆進時的維護。 為保證鉆井液的均勻穩(wěn)定， 應(yīng)預(yù)先配好一池處理劑溶液和預(yù)水化膨潤

17、土 漿。當(dāng)鉆井液因地層造漿而影響性能時，可添加處理劑溶液，以補充鉆井液中處理劑的消耗，同時 又起到降低固相含量的作用。當(dāng)?shù)貙硬⒉辉鞚{，鉆井液中膨潤土含量不足時，應(yīng)補充預(yù)水化膨潤土 漿，以保證鉆井液中有足夠濃度的膠體粒子，改善泥餅質(zhì)量和提高洗井能力。在大斜度定向井鉆進時，應(yīng)加入0.3%0.5%的潤滑劑以使鉆井液具有良好的潤滑性。(4)良好的固相控制是用好陽離子聚合物鉆井液的必要條件，所以應(yīng)充分重視固控設(shè)備的配備和使用。6.兩性離子聚合物鉆井液的知識兩性離子聚合物是指分子鏈中同時含有陰離子基團和陽離子基團的聚合物，與此同時它還有一定數(shù)量的非離子基團。以兩性離子聚合物為主處理劑配制的鉆井液稱為兩性離

18、子聚合物鉆井液。1)特點(1)用這種體系鉆出的巖屑成形，棱角分明，內(nèi)部是干的，易于清除，有利于充分發(fā)揮固控設(shè)備 的效率。(2)抑制性強，剪切稀釋特性好，并能防止地層造漿，抗巖屑污染能力較強，為實現(xiàn)不分散低固 相創(chuàng)造了條件。(3) FA367 和 XY-27 與現(xiàn)有其他處理劑相容性好，可以配制成低、中、高不同密度的鉆井液， 用于淺、中、深不同井段。在高密度鹽水鉆井液中應(yīng)用具有獨特的效果。(4)XY-27 加量少，降粘效果好，見效快，鉆井液性能穩(wěn)定的周期長，基本上解決了在造漿地層 大沖大放的問題，減輕勞動強度，節(jié)約鉆井成本，提高經(jīng)濟效益。缺點：一是鉆屑容量限還不夠大，當(dāng)鉆屑含量超過20時，鉆井液性

19、能就顯著變壞因此對固控的要求仍然很高。二是抗鹽能力有限，若礦化度超過 100 000 mg/L ，鉆井液性能就開始惡化。 雖然現(xiàn)場已有用于飽和鹽水鉆井液的實例，但從性能和成本上考慮，并不十分理想。2)使用和維護方面應(yīng)注意的原則是：(1)FA367 的濃度應(yīng)達(dá)到 0.3以上，以防止井塌。(2)濾失量控制在 8 mL 以下。(3) pH值控制在88.5范圍內(nèi)。當(dāng)pH值大于9時，XY-27的降粘效果會明顯下降。(4)以性能正常為原則來調(diào)節(jié)FA367 和 XY-27 的比例。加重鉆井液可以不加 FA367。(5)應(yīng)以維護為主，處理為輔，堅持用膠液等濃度維護，切忌大處理。(6)非加重的鉆井液的膠液比例為

20、：H2O：FA367：XY-27=100 ：1:0.5。遇強造漿地層 XY-27 的量應(yīng)加倍。(7)加重鉆井液的膠液比例為：H2O: XY-27 : SK-II(或PACI41)=100 : 2.5： 2.5。密度大于2.0g/cm3時，處理劑用量應(yīng)加倍。(8)最大限度地用好固控設(shè)備。7. 頁巖抑制劑 磺化瀝青 (AsphaIt S)磺化瀝青為黑褐色粉末， 用做水基鉆井液的頁巖穩(wěn)定劑， 鉆井液中加入 AsphaItS 以后可有很 強的抑制頁巖水化膨脹的性能，并可形成薄而堅韌的泥餅，從而使井壁穩(wěn)定，起下鉆通暢。商業(yè)產(chǎn) 品有兩種一一鈉磺化瀝青和鉀磺化瀝青，后者有更強的頁巖抑制效應(yīng)。Asphalt

21、S還可以使鉆井液具有更好的潤滑性，較低的 API 和 HTHP 濾失量。通常其加量范圍為1.5 3.0。 氧化瀝青 (Asphalt0) 氧化瀝青為黑褐色粉末，其用途是封堵泥頁巖地層中的縫隙，形成堅韌的泥餅，以保持井壁穩(wěn)定性；同時還可提高鉆井液和泥餅的潤滑性。通常其加量范圍為3.0 5.0。 硅穩(wěn)定劑 (SiInh)硅穩(wěn)定劑為水溶性淡褐色粘稠液體， 在水基鉆井液中作頁巖穩(wěn)定劑。 加入后還可使鉆井液具有 突出的潤滑性和井壁穩(wěn)定性。通常其加量為3.0 5.0。KPAM它是一種增稠劑飽被劑的同時，還是一種頁巖穩(wěn)定劑。CSW 1CSW1 是一種低分子量陽離子聚合物降粘劑，能有效地降低粘度，特別是在陽離

22、子聚合物鉆 井液體系中；同時它還具有頁巖抑制效能。通常其加量為0.3 0.8。腐殖酸鉀 KHm它是腐殖酸與燒堿反應(yīng)生成的腐殖酸鉀的提取物。商業(yè)產(chǎn)品為黑褐色自由流動粉末。它在水基鉆井液中作降濾失劑；同時還有降粘效應(yīng)。通常應(yīng)用于井底溫度不超過120C的較淺地層。其加量范圍為0.5%1.5%。泥頁巖抑制劑（俗稱小陽離子）泥頁巖抑制劑（也稱粘土穩(wěn)定劑）是環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，國內(nèi)商品名為 NW-1，俗稱小陽離 子，有液體和干粉兩個劑型，相對分子質(zhì)量為152。拓展知識：1.聚合物處理劑的主要作用機理是什么？1）橋聯(lián)與包被作用當(dāng)一個聚合物高分子同時吸附在幾個顆粒上，而一個顆粒又可同時吸附幾個高分子時，就會

23、形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，聚合物的這種作用稱為橋聯(lián)作用。當(dāng)高分子鏈吸附在一個顆粒上，并將其覆蓋包裹時，稱為包被作用。橋聯(lián)作用易導(dǎo)致絮凝和增粘等，而包被作用有利于抑制鉆屑的分散。2）絮凝作用當(dāng)聚合物在鉆井液中主要發(fā)生橋聯(lián)吸附時，能將一些細(xì)顆粒聚結(jié)在一起形成粒子團，這種作用稱為絮凝作用。能起絮凝作用的聚合物稱為絮凝劑。形成的絮凝粒子團易于靠重力沉降或固控設(shè)備清除，有利于維持鉆井液的低固相。所以，絮凝作用是鉆井液實現(xiàn)低固相和不分散的關(guān)鍵。目前常 用的絮凝劑是部分水解聚丙烯酰胺（簡稱PHPA或PHP）。3）增粘作用加入鉆井液能夠起增粘作用的稱為增粘劑。它多用于低固相和無固相水基鉆井液，以提高懸浮力和攜帶力。增粘作

24、用一是由于游離（未被吸附）的聚合物分子能增加水相的粘度，二是由于聚合物的橋聯(lián)作用形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能增強鉆井液的結(jié)構(gòu)粘度。常用的增粘劑有相對分子質(zhì)量較高的PHPA和高粘度型羧甲基纖維素 （CMC）等。4）降濾失作用鉆井液濾失量的大小主要取決于泥餅的質(zhì)量（滲透率）和濾液的粘度，聚合物降濾失劑的作用也是通過這兩方面來實現(xiàn)的。（1）保持鉆井液中的粒子具有合理的粒度分布，使泥餅致密，而且聚合物分子發(fā)生橋聯(lián)作用而形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可包裹大量自由水，使其不能自由流動，從而降低濾失量。（2）提高粘土顆粒的水化程度。降濾失劑分子中都帶有水化能力很強的離子基團，可增厚粘土顆粒表面的水化膜，有效地阻止水的滲透。包被能力越

25、強， 抑制鉆屑分散的作（3）聚合物降濾失劑的分子大小在膠體顆粒的范圍內(nèi)本身可對泥餅起堵孔作用，使泥餅致密。（4）聚合物降濾失劑大分子可提高濾液粘度，從而降低濾失量。5）抑制與防塌作用聚合物在鉆屑表面的包被吸附是阻止鉆屑分散的主要原因。用也越強。聚合物的防塌作用，一是由于長鏈聚合物在泥頁巖井壁表面發(fā)生多點吸附，封堵了微裂縫，可 阻止泥頁巖剝落；二是由于聚合物濃度較大時，在泥頁巖井壁上可形成較為致密的吸附膜，能阻止 或減緩濾液進入泥頁巖，從而抑制泥頁巖的水化膨脹和剝落。6)降粘作用聚合物鉆井液的結(jié)構(gòu)主要是由粘土顆粒與粘土顆粒、 粘土顆粒與聚合物、 聚合物與聚合物之間 的相互作用組成的。降粘劑就是通

26、過拆散這些結(jié)構(gòu)中的部分結(jié)構(gòu)而起到降粘作用的。2.鉆井液防塌能力的評價方法1)含水率的測定(1)定義：含水率是頁巖原含水量與吸附一段時間后含水量之差占原含水量的百分比。(2)原理：頁巖含水率高，水化膨脹大。2)膨脹實驗(1)定義：膨脹的體積占原體積的百分?jǐn)?shù)為膨脹率。(2)原理：膨脹率越大，水化越嚴(yán)重。3)分散實驗(1)原理：頁巖巖屑與鉆井液接觸后分散是水化的結(jié)果，是衡量水化程度的方法之一。方法：將一定數(shù)量(30.50 g)和大小(4-10目)的巖屑裝入養(yǎng)護罐中， 在一定的溫度下滾動 16 h, 烘干過篩(30或80目)后稱其質(zhì)量。其百分比為16 h的回收率；而后再放人清水中加熱滾動 2 h,得

27、2 h回收率(吸附穩(wěn)定指標(biāo))。回收率越高，分散越小，穩(wěn)定性越好。4)頁巖穩(wěn)定指數(shù)的測定(1)原理： 此法是強度、 膨脹及分散侵蝕在一定溫度及運動情況下的綜合結(jié)果。 首先將頁巖磨細(xì)過篩,與人造海水配漿,預(yù)水化后壓成巖心測針入度,熱滾動16 h 后再測針入度,并測巖心膨脹或侵蝕高度。(2)計算：SSI=100 2(HY HI)一 4D(4-4-1)式中 ： SSI 頁巖穩(wěn)定指數(shù)；HI 熱滾前的針入度；HY熱滾后的針入度；D膨脹或侵蝕總量。5)水化后強度的測定(1)原理：頁巖吸水后強度變化,所以用吸水后強度變化來衡量水化的程度。(2)方法：巖樣與水混合，壓成巖心測強度，再在水化儀上經(jīng)70 C水化后測

28、強度。6)三軸應(yīng)力頁巖穩(wěn)定實驗此法比較真實地模擬井下情況，巖心可在三個方向受力(徑向、縱向和試液液柱壓力 )下講行實驗，但比較費時。(1)壓實：巖心或巖屑放入密閉室，將水分?jǐn)D壓出來，由出水量測滲透率；外壓與膨脹壓力平 衡時的水量是巖樣的原含水量，滲透率與巖樣滲透率相當(dāng)。(2)將壓好的巖樣用橡皮套套好后，放入模擬儀中，施以縱向、徑向壓力，再在巖樣上鉆出一 個軸向孔，相當(dāng)于鉆井液的試液循環(huán)，并通過巖樣孔隙向周邊溢出。7)毛細(xì)管吸收時間(CST)實驗(1)原理：CST是測定各種試液與頁巖粉配成的漿液滲過特制的濾紙一定距離的時間。此值 越大，表明處理劑的抑制性越好，即頁巖水化效應(yīng)小、膠體分散小、頁巖活

29、性小。步驟： 用去離子水沖洗掉頁巖巖屑中的氯離子； 將頁巖巖屑干燥； 將250mL被試液體加入 15g 200325目的頁巖巖屑中攪拌 30 min; 將混合液倒人圓柱試漿器中，記錄滲透過兩個電極(0.5 cm)的時間(CST)。3.正電膠鉆井液(混合金屬層狀氫氧化物，Mixed Metal Layered Hydroxide Compounds，簡稱MMH )MMH正電溶膠的概念所謂溶膠，是指顆粒直徑小于或等于1 m的固體粒子的穩(wěn)定體系，是物質(zhì)的一種特殊狀態(tài)。若膠粒帶正電荷，就是正電溶膠。MMH是指由兩種或兩種以上的金屬離子組成的層狀氫氧化物。MMH正電溶膠就是由 MMH的粒徑小于或等于lu

30、m的帶正電粒子的體系。體系的組成對淺、中深井而言，降濾失劑采用LV-CMC、CMS、LS-l、NPAN、JT-888,深部井段可配合使用SMP、SPNH等提高抗溫性；降粘劑一般選用 NPAN、XY-27 ,在膨潤土含量高的情況下采用FCLS、SMK 等。勝利油田主要使用兩種體系，基本可以滿足各種類型的鉆井需要：(1)膨潤土 +正電膠(MMH)+低粘度羧甲基纖維素(LV-CMC)+水解聚丙烯腈銨鹽(NH-HPAN)。膨潤土 +正電膠(MMH)+非離子降濾失劑 SN-1+5 %原油+FCLS。體系的特點MMH正電膠具有很強的觸變性，靜止時呈假固體，有彈性，具有固體特性，但攪拌時可變成流動性很好的流

31、體，靜止后又迅速形成假固體。這就是其固一液雙重性”，即其結(jié)構(gòu)的破壞與形成速度相當(dāng)快。當(dāng)鉆井中斷且鉆井液停止循環(huán)時，能迅速形成結(jié)構(gòu)，防止巖屑下沉；而恢復(fù)循環(huán)時， 結(jié)構(gòu)容易破壞，不至于造成蹩泵現(xiàn)象。大量事實說明，該體系具有高剪切稀釋特性，YP、動塑比(YP/PV)高，初切與終切高且相近，n值低，具有極強的攜巖和懸浮巖屑能力；低水眼粘度及PV值有利于提高鉆速；對粘土礦物吸水膨脹具有抑制作用，有利于防塌和保護油氣層。作用機理(1)MMH是一種混合金屬層狀氫氧化物。MMH與粘土顆粒接近時，首先接觸的是水化膜，由于水化膜方向一致，故 MMH將粘土膠粒周圍的金屬離子擠走，卻不能將水分子擠走，形成MMH一水一

32、粘土復(fù)合體。 正電膠與粘土形成的復(fù)合體電荷密度比各自單獨存在時的分散體高得多，比粘土的電荷密度高67倍，因而水化能力強。靜止時水分子被高度極化成定向排列，被固化”成晶體水”由于這種凝膠結(jié)構(gòu)不是復(fù)合體間的直接接觸，而是通過水化了的水化膜使復(fù)合體相互連接 在一起，形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，粘土顆粒與正電膠、復(fù)合體與復(fù)合體之間，夾了一層或多層水分子， 凝膠強度弱，故一經(jīng)攪動，瞬間即可轉(zhuǎn)化成流體。4.聚合物-銨鹽鉆井液主要組分：水解聚丙烯酰胺 (PHP)、水解聚丙烯腈銨鹽(NH 4-HPAN)、有機硅腐植酸鉀(OSMA-K)、無熒光防塌齊U (MHP)或磺化酚醛樹(SMP)及超細(xì)碳酸鈣(QS-2)。體系特點(

33、1)工藝簡單，性能易于控制，不但適用于淡水，也適用于咸水。(2)具有良好的流變特性和攜帶、懸浮巖屑的能力，并且對泥頁巖的水化膨脹抑制能力強。(3)井徑規(guī)則，機械鉆速高，成本低，保護油氣層，對環(huán)境無污染。體系的作用機理(1)PHP作絮凝包被劑控制地層造漿。(2)NH 4 -HPAN通過酰胺基吸附在粘土顆粒表面上，而其羧鈉基一COONa使粘土表面形成吸附水化膜，提高了粘土顆粒的聚集穩(wěn)定性，吸附的溶劑化、水化膜的高彈性和高粘性具有堵孔作用，使濾餅更加致密，達(dá)到降低濾失量的目的。同時，羧鈉基的水化基團可拆散粘土網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，降低鉆 井液的粘度與切力。C3(3)OSMA-K能使粘土表面一層含有羥基的甲基硅化合物CH3 一 S： 一 OH縮聚成大分子，ONa阻止水分子進入粘土層間；同樣，有機硅的阻水包被作用也可阻止粘土水化分散。腐植酸提供涂覆 物質(zhì)致密的濾餅，以堵塞微裂縫。(4)OSMA-K中+與NH4-HPAN的”日4+可嵌入粘土的六角環(huán)空穴中，增強其連接力，使水分子不易進入晶層間，抑制粘土的水化分散膨脹。(5) QS-2適當(dāng)匹配可改善濾餅的質(zhì)