【正文】 粒的抗剪切強(qiáng)度。XY27處理的鉆井液對不同類型粘土礦物的泥巖均具有較強(qiáng)的抑制性，回收率隨XY27加量增大而增高，現(xiàn)有的各種陰離子型降粘劑雖然具有較好的降粘效果，但均會引起鉆屑與膨潤土分散，削弱了鉆井液抑制性（從表 13可以看出，用 FCLS或 XB40處理膨潤土漿，其顆粒平均直徑變小，比表面積增大），表 16列出用 FA367處理的膨潤土漿中加人 XY27后，隨其加量的增加鉆井液容納鉆屑的能力亦增強(qiáng)抗鉆屑污染能力增強(qiáng)。這種產(chǎn)品由于成本較高，僅在高溫油井或地?zé)峋褂?。實際上，在鉆井過程中鉆井液在鉆頭破碎井底巖石形成井眼的瞬間，鉆井液及其液相向地層孔隙滲透，固相滯留逐漸形成濾餅。通常將鉆井液濾失量可分為三種類型，濾液未形成之前的濾失量稱為瞬時濾失量，若鉆井液停止循環(huán)處于靜止?fàn)顟B(tài)的濾失量稱為靜態(tài)濾失量，而鉆井液在循環(huán)過程中的濾失量稱為動態(tài)濾失量。從泥餅的微觀結(jié)構(gòu)來看，在泥餅的任一點處，其均質(zhì)性是相對的，其不均質(zhì)的特性時絕對的。研究結(jié)果表明：在膨潤土淡水基漿中，粘土片以端一面和端一端相連形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)或卡片房子結(jié)構(gòu)圖3；在聚合物鉆井液中，聚合物吸附在粘土表面上，并相互連接形成了網(wǎng)狀和蜂窩狀結(jié)構(gòu)圖4；基漿和聚合物鉆井液泥餅也呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，蜂窩的孔隙大小及分布隨鉆井液配比不同而變化，重晶石、超細(xì)CaCO3和磺化瀝青可起到封堵泥餅孔隙和降低濾失的作用：普通的淡水和咸水基漿泥餅較疏松，加入聚合物后泥餅質(zhì)量改善，多呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，超細(xì)CaCO3。鉆井液中固相顆粒的特性、形狀、大小及其分布與濾失介質(zhì)孔隙分布和形狀的匹配等因素決定濾餅的質(zhì)量和鉆井液的失水量。為了定量地描述濾失量隨時間的變化，提出了許多以滲透率為基礎(chǔ)的濾失方程。 二、常用的幾種降濾失劑 現(xiàn)場使用的 1． 纖維素類（cellulose）由纖維素（C6H10O5）n為原料可以制得一系列鉆井液添加劑，決定其性質(zhì)和用途的因素，一是聚合度n的大小，二是取代度d。取代度就是指在纖維素分子每個鏈節(jié)上有三個羥基，羥基上的氫被取代而生成醚，3個羥基中生成醚的個數(shù)，故又稱作醚化度。取代度決定羧甲基纖維素鈉鹽的水溶性、抗鹽、抗鈣能力。另一種醚化度表示法為百分?jǐn)?shù)法，以每個葡萄糖鏈節(jié)有一個羥基被醚化的醚化度為100％，每兩個葡萄環(huán)鏈節(jié)只有一個羥基被醚化時，醚化度為50％等等。（1）．制備：棉花纖維經(jīng)燒堿處理成堿纖維，再和氯乙酸鈉進(jìn)行醚化反應(yīng)后，經(jīng)干燥制得。由于羧甲基纖維素鈉鹽為一陰離子聚合物，其水溶性、抗鹽抗鈣性能和粘度隨取代度和聚合度增加而增強(qiáng)。一般用作低固相鉆井液的懸浮劑、封堵劑及增稠劑。用于一般鉆井液，既降濾失量，同時又提高鉆井液的粘度。取代度高，約為500左右；聚合度低，～。淡水到飽和鹽水鉆井液均適用。常規(guī)Drispac是一種長鏈的聚合物，因而在高固相鉆井液中會引起過高的粘度?？刂剖c抑制頁巖是密切相連的，因為各自都有賴于存在鉆井液水相里的多余的聚臺物，以獲得最好的結(jié)果。 由于?，F(xiàn)Drispac具有較長的鏈，通常比特種Drispac具有較好的控制失水和抑制性質(zhì)。CMC是高分子化合物，在水中溶解速度較慢，這是使用中值得注意的特性，應(yīng)該避免未溶解的CMC被振動篩篩除造成浪費。具有高粘度和彈性的吸附水化層的堵孔作用和CMC溶液的高粘度都起降失水的作用。例如：一種在制備時摻入乙醇胺作為抗氧化劑的產(chǎn)品，可用于高礦化度鉆井液在200℃下鉆井；CMC與丙烯腈反應(yīng)引人氰乙基后再加入NaHSO3引入磺酸基，所得產(chǎn)品的抗溫、抗鹽能力有明顯提高；用60克HNO3和100克褐煤制備的硝基腐植酸是CMC在高礦化度鉆井液中降解的有效抑制劑，用它和聚合度為 500的CMC穩(wěn)定的飽和鹽水鉆井液，在小于或等于 200℃的高溫下仍有較低的失水量。主要分布在華北和東北地區(qū)。褐煤在外觀上呈褐色或黑褐色的層狀結(jié)構(gòu)。因為此時已完全轉(zhuǎn)變成為結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的中性腐植質(zhì)了。一般分離流程如圖所示。根據(jù)腐植酸在一些溶劑中的溶解度及其顏色，一般將其再細(xì)分為三個組分。腐植酸中含有多種含氧官能團(tuán)，這些官能團(tuán)對腐植酸的性質(zhì)和應(yīng)用有很大關(guān)系。腐植酸的結(jié)構(gòu)尚未弄清，仍多系推測。其基本結(jié)構(gòu)單元如圖。B：褐煤與堿的反應(yīng)—制備煤堿劑：褐煤與堿溶液反應(yīng)，所得的混合物即是煤堿劑，它是最早使用的最廉價的鉆井液處理劑。因此在分離腐植酸時，多用氫氧化鈉溶液（一般1％NaOH）。煤堿劑具有比較好的降失水作用。當(dāng)主要用降粘劑時，濃度可適當(dāng)配制得低一些, 現(xiàn)場常用的配方為：15：（1～3）：（50～200）＝褐煤：燒堿：水。硝基腐植酸鈉的熱穩(wěn)定性較高，其降濾失性能優(yōu)于煤堿劑，抗高溫可達(dá)180～200℃。也可當(dāng)井深時在已經(jīng)用煤堿劑處理的鉆井液中加重鉻酸鈉轉(zhuǎn)化而得。鉻褐煤還可與鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽配合使用（常用配比為：鉻褐煤：鐵鉻鹽＝l：2），具有抗鹽、抗鈣、抗溫性能，適用于淡水、海水、鹽水配制的鉆井液?；羌谆置涸?00℃單獨使用時。褐煤類鉆井液添加劑一般都具有一定的抗污染能力，但又各具特點。對此可以采用由褐煤為原料生產(chǎn)的硝基腐植酸鈉。主要的產(chǎn)品有以下幾種：（1） 磺甲基酚醛樹脂（SP、SMP）苯酚與甲醛、亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉反應(yīng)可以制得磺甲基酚醛樹脂。在鹽水鉆井液、鈣處理鉆井液中具有良好的降失水作用，同時還能改善濾餅的潤滑性。第二步，將SP與磺化木質(zhì)素SL縮會得SLSP。缺點是該產(chǎn)品在鉆井液起泡。SPNH具有降濾失、降粘、抗高溫（200 C以上）、具有抗鹽和抗高價離子污染的能力（Cl達(dá) 110 g／L以上）、熱穩(wěn)定性好等特點，其作用明顯優(yōu)于同類磺化處理劑，能完全代替同類磺化處理劑。它不僅保留了磺化酚醛樹脂的優(yōu)異特性，而且增強(qiáng)了鉆井液體系的抑制性和抗溫抗鹽性，彌補(bǔ)了SMP使用效率低，中、淺井使用效果不佳等不足。加堿也能使它迅速而有效地膨脹和溶膠化。淀粉不論在海水、淡水、飽和鹽水鉆井液，也無論PH值高低，都可使用。若這兩個條件不具備時，可在鉆井液中加人適當(dāng)?shù)牡矸鄯栏瘎? 羧甲基淀粉（carboxymethyl starch）：簡寫為CMS，在堿性條件下，淀粉與氯乙酸發(fā)生醚化反應(yīng)得到羧甲基淀粉?？磥?，改性淀粉最適合的是鹽水鉆井液，尤其是飽和鹽水鉆井液效果最好。在Ca2+污染鉆井液中比CMC性能優(yōu)越。 抗溫淀粉DFD—140和改性淀粉DFD—Ⅱ：白色或淡黃色的自由流動的顆粒，該產(chǎn)品含有陽離子基團(tuán)和非離子基團(tuán)，不含陰離子基團(tuán)。這類處理劑分子量較低，不大于100萬。15g/cm3，它是一種由丙烯睛（CH2＝CHCN）合成的高分子聚合物。只有經(jīng)過水解成為水溶性聚合物后才能用于處理鉆井液。水解反應(yīng)后產(chǎn)物中的丙烯酸單元和丙烯酸胺單元的總和與原料的總結(jié)構(gòu)單元數(shù)之比（x+y）/（x+y+z）稱為該水解產(chǎn)物的水解度。如果進(jìn)行共聚合制成，則有可能整齊分段。實際使用中也證明水解聚丙烯睛的水解度接近完全時，降濾失量效果降低。如果聚丙烯睛在高溫高壓下（200℃，2Mpa）水解或在氨水溶液中水解，變成水溶性的水解聚丙烯睛銨，記作NH4HPAN。CaHPAN具有較高的抗鹽、抗鈣能力。對于它的制備和使用，主要是選擇聚合度和控制水解度。試驗證明分子量為 300萬左右作為絮凝劑較為理想。 （3）．磺化聚丙烯酰胺：在一定條件下，聚丙烯酸胺與甲醛和亞硫酸鈉反應(yīng)得磺化聚丙烯酸胺。 磺化聚丙烯酸胺抗溫可達(dá)180—200℃，抗鹽、抗鈣性能有了明顯提高。它在降濾失量的同時有增粘作用，能提高鉆井液的剪切稀釋能力，有調(diào)節(jié)流型的作用。在降濾失量的同時增粘的幅度比PAC141小。6．陽離子和兩性離子型聚合物型降濾失劑（1） 陽離子型聚合物型降濾失劑：陽離子降濾失劑是為了陽離子聚合物鉆井液和正電膠鉆井液研制的，也可用于陰離子鉆井液體系增加抑制性。CHSP一1：棕黑色粉末，水溶性大于85%。特別適用于深井和超深井、易垮塌地。該劑的溶解性好，穩(wěn)定周期長，具有防塌作用。陽離子聚合物與泥頁巖之間的作用力除氫健等作用力之外，更重要的是有靜電引力的作用，也就是說有機(jī)陽離子與泥頁巖之間除物理吸附外，還有化學(xué)吸附一成鍵作用，故吸附能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好。 改變分子鏈的長短和基團(tuán)的種類及各種基團(tuán)的比例，就可以改變聚合物處理鉆井液的性能和效果，正是遵循這一原則，所以PAC已發(fā)展到PAC149。近幾年來，烯類單體的多元共聚物發(fā)展迅速，PAC產(chǎn)品已系列化。 （4）所以隨著反應(yīng)的進(jìn)行，表示式中的n值也發(fā)生變化。而小干1萬者可作為降粘劑使用。聚丙烯酰胺的水解度對其處理鉆井液的性質(zhì)影響很大。這三種水解產(chǎn)物的共性是抗鹽、抗溫可達(dá)200℃以上，降濾失效果好, 因此是超深井抗高溫降濾失劑。由于CaHPAN不溶于水，故在干燥、粉碎時加入部分純堿一起使用。聚合度較高的水解聚烯睛，降濾失量能力比較強(qiáng)，且增加鉆井液粘度的作用也較強(qiáng)。睛基在井底的高溫堿性條件下水解成酸胺基，進(jìn)一步水解成羧鈉基，這樣就緩和了井下高溫對整個分子鏈的作用，故能提高其抗溫性。這個產(chǎn)物也可以由丙烯酸鈉、丙烯酰胺和丙烯睛經(jīng)共聚反應(yīng)得到。 聚丙烯睛在燒堿水溶液中水解，變成水溶性的水解聚丙烯睛（水解反應(yīng)溫度一般選 95～100℃），記作NaHPAN。一般產(chǎn)品的平均分子量為12．5萬至2O萬。 （1）．水解聚丙烯睛類：聚丙烯睛就是制造睛綸（人造羊毛）的合成纖維材料，目前使用的是睛綸廢絲經(jīng)堿水解后的產(chǎn)物，是一種白色粉末，密度1此外，DFD—140抗溫能力較好，在4％鹽水鉆井液中可以穩(wěn)定到140℃，在飽和鹽水鉆井液中可以穩(wěn)定到130℃。在陽離子型或兩性復(fù)合離子型聚合物鉆井液體系中，HPS可以有效地控制鉆井液的濾失量。這種淀粉醚由于引入了羥基，其水溶性、增粘能力和抗微生物作用的能力都得到顯著的改善。在提粘方面，對塑性粘度影響小，而對動切力影響大，鉆井液粘度不高，切力較大，攜帶鉆屑較好。如果溫度超過120℃，淀粉將完全降解失效，故它不能用于深井或超深并中。因此，淀粉的降失水作用一方是它吸收水分，減少了鉆井液中的自由水；另一方面是形成的海綿囊狀物進(jìn)人泥餅的細(xì)縫中，堵塞了水分的通路，降低了泥餅的滲透性。加入鉆井液后可大大降低失水量。在國外鉆井液處理劑中，改性淀粉的年消耗量1982年為65700噸，居第三位（次于腐植酸類和木質(zhì)素類）。SCSP：磺化褐煤與酚醛樹脂通過縮和反應(yīng)所制得產(chǎn)物，性能與SPNH相似。在縮和反應(yīng)過程中為了提高鉆井液的抗鹽抗鈣和抗溫能力，還使用了一些聚合物單體或金屬鹽進(jìn)行接枝、交聯(lián)。所以SLSP在降低鉆井液濾失量的同時，還有優(yōu)良的稀釋特性。由于磺甲基酚醛樹脂分子主鏈末端和側(cè)基上活性O(shè)H，它仍然可以與其它化合物發(fā)生縮和反應(yīng)，制備新的處理劑以降低成本。SMP的合成路線是：先在酸性條件（PH3—4）下使甲醛和苯酚反應(yīng)，生成適當(dāng)分子量的線型酚醛樹脂，再在堿性條件下加入磺甲基化試劑進(jìn)行分步磺化，適當(dāng)控制反應(yīng)條件，可得磺化度較高和分子量較大的產(chǎn)品。腐植酸的分子結(jié)構(gòu)為C—C結(jié)構(gòu)和碳環(huán)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在高溫下（200℃左右）不易斷鍵，因此它的穩(wěn)定性比較適合于配制抗高溫鉆井液，用于超深井和地?zé)峋@進(jìn)。在一定的鈣離子濃度范圍內(nèi)，甚至還能使腐植酸鉀鉆井液的性能得到進(jìn)一步提高。室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應(yīng)用表明，硝基腐植酸堿劑要比丹寧堿液和煤堿劑效果好。所得產(chǎn)品進(jìn)一步用重鉻酸鈉進(jìn)行氧化和絡(luò)合反應(yīng)生成的磺甲基腐植酸鉻處理效果更好。具有降低失水量、抑制泥頁巖水化膨脹、改善鉆井液流變特性和熱穩(wěn)定性的作用。經(jīng)現(xiàn)場使用證明失水少，粘度低，流動性好；性能穩(wěn)定，對快速、優(yōu)質(zhì)、安全鉆進(jìn)非常有利。在國外，尤其是日本廣泛應(yīng)用硝酸氧化和硝化反應(yīng)，以提高腐植酸的產(chǎn)率和改善所得產(chǎn)品的性能。用它處理的鉆井液失水少，粘度低，切力低，泥餅薄而致密，性能穩(wěn)定，有時切力可以降低到零。燒堿不足，腐植酸不能全部溶解。腐植酸易與堿金屬的氫氧化物發(fā)生中和反應(yīng)，生成水溶性腐植酸鹽。原北京石油學(xué)院曾在小型試驗中將內(nèi)蒙古自治區(qū)扎賚諾爾和平莊的褐煤用空氣進(jìn)行氧化，使腐植酸含量從45%增加到90%。在核和側(cè)鏈上分布著活性酸性基、甲氧基、羰基。腐植酸的酸度或交換容量主要是由于羧基以及酚羥基中存在著可以離解的氫的緣故。 組成腐植酸的元素有碳、氫、氧、氮、硫以及少量的磷，其中合碳量隨著煤化程度的加深而增大，腐植酸的分子量，據(jù)文獻(xiàn)報道可以由幾百到幾十萬。一般認(rèn)為它是復(fù)雜的、分子量不均一的羥基苯羧酸的混合物。褐煤中含有大量的腐植酸類物質(zhì)，含量在20~80%之間，是制備各種鉆井液添加劑的主要成分。腐黑物不溶于有機(jī)溶劑和堿溶液，是一種黑色非晶質(zhì)的中性物質(zhì)。(1)褐煤的來源及基本組成褐煤是埋藏于地下的泥炭，經(jīng)過成巖作用壓實、脫水和一系列的化學(xué)變化，轉(zhuǎn)變而成的。也有使用甲醛使CMC交聯(lián)提高抗溫性和粘度的。例如常用的有機(jī)抗氧劑有單、雙、三乙醇胺、苯胺、己二胺，無機(jī)抗氧劑有硫化鈉、亞硫酸鈉、硼砂、水溶性硅酸鹽和硫磺等，這些抗氧劑復(fù)配使用可以將CMC的抗溫性提高50～60℃。羥基和醚氧基作為吸附基使CMC吸附在粘土顆粒表面上，而羧鈉基作為水化基使CMC水化溶解并給粘土顆粒表面引入負(fù)電荷。Drispac的抗溫性能和抗鹽抗鈣性能都有了明顯的提高。粘度的增加將很大程度上取決于鉆井液中的固相。高固相鉆井液通常非常需要Drispac聚臺物，然而由于粘度的增大，不可能加入需要量的常規(guī)Drispac。Drispac可以在最小的固體情況下提供很好的井眼控制性能。（3）其它幾種CMC類鉆井液處理劑CMC是使用較早的鉆井液降濾失劑，來源于天然聚合物改性，它本身結(jié)構(gòu)存在的缺陷，導(dǎo)致性能受到了一些影響。低粘CMC，在25℃時 2％水溶液粘度小于50mPa中粘CMC：在25℃時2％水溶液粘度為50～2700mPa由于測定聚合度和取代度比較麻煩，一般工業(yè)上根據(jù)其水溶液粘度大小，把CMC分成三個等級，即：高粘CMC：在25℃時1％水溶液粘度為400～500mPa[C6H7O2（HO）3]n + dClCH2COOH + dNaOH→[C6H7O2（HO）（OCH2COONa）d]n +dNaCl+dH2O在反應(yīng)過程中,分子鏈降解,導(dǎo)致聚合度明顯降低(可達(dá)3～10倍)。 目前使用最多的仍是羧甲基纖維素鈉鹽（Sodium Carboxymethyl Cellulose），簡稱CMC，同時也有鉀鹽和銨鹽。醚化度一般用被醚化