【正文】 木質(zhì)素。所以 SLSP在降低鉆井液濾失量的同時(shí)，還有 優(yōu)良的稀釋特性 。該產(chǎn)品的投產(chǎn)還有助于解決造紙廢液引起的環(huán)境污染問題，成本也有所下降。 缺點(diǎn)是在鉆井液中比較容易起泡，必要時(shí)需配合加入消泡劑。 (3)磺化褐煤樹脂 磺化褐煤樹脂是 褐煤中的某些官能團(tuán)與酚醛樹脂通過縮合反應(yīng)所制得的 。在縮合反應(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無機(jī)鹽進(jìn)行接枝和交聯(lián)。該類降濾失劑中比較典型的產(chǎn)品有國外常用的 Resinex和 國內(nèi)常用的 SPNH。 SPNH是 以褐煤和腈綸廢絲為主要原料 ，通過采用接枝共聚和磺化的方法制得的一種含有羥基、羰基、亞甲基、磺酸基、羧基和腈基等多種官能團(tuán)的共聚物。 SPNH主要起降濾失作用，但同時(shí)還具有一定的降粘作用。具有較強(qiáng)的抗溫、抗鹽和抗鈣能力，據(jù)報(bào)道其抗溫可達(dá) 230℃ ，且不會發(fā)生膠凝。總的來看，其性能優(yōu)于同類的其它磺化處理劑。 第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第四節(jié) 有機(jī)處理劑 5．淀粉類 淀粉 (Starch)的結(jié)構(gòu)與纖維素相似，屬于碳水化合物，是最早使用的鉆井液降濾失劑之一。淀粉從谷物或玉米中分離出來，它在 50℃ 以下不溶于水，溫度超過 55℃ 以上開始溶脹，直至形成半透明凝膠或膠體溶液。加堿也能使它迅速而有效地溶脹。其它 化學(xué)性質(zhì)與纖維素相似，同樣可以進(jìn)行酯化、醚化、羧甲基化、接枝和交聯(lián)反應(yīng)，從而制得一系列改性產(chǎn)品 。 在某些鉆井液中，加入淀粉 不僅可以降低濾失量，而且還有助于提高鉆井液中粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性 。淀粉 在淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中均可使用 。淀粉的 降濾失機(jī)理 一方面是它 吸收水分，減少了鉆井液中的自由水 ；另一方面是形成的囊狀物可進(jìn)入泥餅的細(xì)縫中，從而堵塞水的通路，進(jìn)一步降低了泥餅的滲透性 。 淀粉在使用時(shí)，鉆井液的 礦化度最好大一些 ，并且 pH值最好大于 ，否則淀粉容易發(fā)酵變質(zhì)。若這兩個(gè)條件均不具備時(shí)，可在鉆井液中加入適量的防腐劑。 在高溫下，淀粉容易降解，效果變差。 如果溫度超過 120℃ ，淀粉將完全降解而失效，故它不能用于深井或超深井中。高礦化度體系對細(xì)菌侵蝕有抑制作用，國內(nèi)外在 溫度較低、礦化度較高的環(huán)境下，已廣泛使用淀粉作為降濾失劑 。 在飽和鹽水鉆井液中，淀粉是經(jīng)常使用的一種降濾失劑 。 ?羧甲基淀粉 (Carboxymethyl Starch)是淀粉的改性產(chǎn)品，代號為 CMS。在堿性條件下，淀粉與氯乙酸發(fā)生醚化反應(yīng)即制得羧甲基淀粉。從現(xiàn)場試驗(yàn)情況看，CMS降濾失效果好，而且作用速度快。 在提粘方面，對塑性粘度影響小，而對動切力影響大，因而有利于攜帶鉆屑 。并且由于價(jià)格便宜，選用它作降濾失劑可降低鉆井液成本。尤其是 鉆鹽膏層時(shí)，可使鉆井液性能穩(wěn)定，濾失量低，并具有防塌作用 。改性淀粉也更 適于在鹽水鉆井液中使用，尤其在飽和鹽水鉆井液中效果最好。 ?羥丙基淀粉 (HydroxyPropyl Starch)的代號為 HPS。 在堿性條件下，淀粉與環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷發(fā)生醚化反應(yīng) ，便制得羥乙基淀粉或羥丙基淀粉。由于這種改性淀粉的分子鏈節(jié)上引入了羥基，其 水溶性、增粘能力和抗微生物作用的能力都得到了顯著的改善 。羥丙基淀粉為非離子型高分子材料，對高價(jià)陽離子不敏感， 抗鹽、抗鈣污染能力很強(qiáng) 。 在處理 Ca2+污染的鉆井液時(shí)，比 CMC效果更好 。HPS可與酸溶性暫堵劑 QS2等配制成無粘土相暫堵型鉆井液，有利于保護(hù)油氣層。在陽離子型或兩性離子型聚合物鉆井液中， HPS可有效地降低鉆井液的濾失量。 此外， HPS在固井、修井作業(yè)中可用來配制前置隔離液和修井液等。 ?抗溫淀粉 DFD140是一種白色或淡黃色的顆粒，分子鏈節(jié)上同時(shí)含有陽離子基團(tuán)和非離子基團(tuán)，而不含陰離子基團(tuán)。 DFD140抗溫性能較好 ，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℃ 。并且 可與幾乎所有水基鉆井液體系和處理劑相配伍 。 綜上所述， 降濾失劑的種類和品種很多，性能和生產(chǎn)成本也各不相同，在進(jìn)行鉆井液配方設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)地層情況和鉆井的要求，合理選用降濾失劑 。還有一些近年來研制的較新產(chǎn)品，如陽離子聚合物降濾失劑和兩性離子聚合物降濾失劑等。 第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第四節(jié) 有機(jī)處理劑 三、增粘劑 在“鉆井液流變性”一章已詳細(xì)闡述了鉆井液流變性與攜帶巖屑的關(guān)系。為了保證井眼清潔和安全鉆進(jìn)，鉆井液的粘度和切力必須保持在一個(gè)合適的范圍。當(dāng)粘度過低時(shí)，一種方法是通過增大膨潤土含量來提粘。但在聚合物鉆井液中，該法會引起鉆井液的 低密度固相含量增大 ， 不利于實(shí)現(xiàn)低固相和提高機(jī)械鉆速，對油氣層保護(hù)也有不利影響 。因此，經(jīng)常采用添加增粘劑的方法。增粘劑均為高分子聚合物，由于其分子鏈很長，在分子鏈之間容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此能顯著地提高鉆井液的粘度。 增粘劑除了起增粘作用外，還往往兼作 頁巖抑制 劑 (包被劑 )、 降濾失 劑及 流型改進(jìn) 劑。因此，使用增粘劑常常有利于改善鉆井液的流變性，也有利于井壁穩(wěn)定。增粘劑種類很多。 1． XC生物聚合物 XC生物聚合物又稱做 黃原膠 ，是由黃原菌類作用于碳水化合物而生成的高分子鏈狀多糖聚合物，相對分子質(zhì)量可高達(dá) 5 106，易溶于水。是一種適用于 淡水、鹽水和飽和鹽水鉆井液的高效增粘劑 ，加入很少的量 (％～ ％ )即可產(chǎn)生較高的粘度，并兼有降濾失作用。它的另一顯著特點(diǎn)是具有優(yōu)良的剪切稀釋性能，能夠有效地改進(jìn)流型 (即增大動塑比，降低 n值 )。用它處理的鉆井液在 高剪切速率下的極限粘度很低，有利于提高機(jī)械鉆速 ；而在環(huán)形空間的低剪切速率下又具有較高的粘度，并有利于形成平板形層流，使 鉆井液攜帶巖屑的能力明顯增強(qiáng) 。 一般認(rèn)為， XC生物聚合物抗溫可達(dá) 120℃ ，在140℃ 溫度下也不會完全失效。據(jù)報(bào)導(dǎo)，國外曾在井底溫度為 ℃ 的油井中使用過。其 抗鹽、抗鈣能力也十分突出，是配制飽和鹽水鉆井液的常用處理劑之一 。有時(shí)它需與三氯酚鈉等殺菌劑配合使用，因?yàn)樵谝欢l件下，空氣和鉆井液中的各種細(xì)菌會使其發(fā)生酶變，從而降解失效。 2．羥乙基纖維素 羥乙基纖維素 (代號 HEC)是一種水溶性的 纖維素衍生物 。外觀為白色或淺黃色固體粉末。它無嗅、無味、無毒，溶于水后形成粘稠的膠狀液。 該處理劑是 由纖維素和環(huán)氧乙烷經(jīng)羥乙基化制成的產(chǎn)品 ，主要在聚合物鉆井液中起 增粘作用 。其顯著特點(diǎn)是在增粘的同時(shí)不增加切力， 因此在鉆井液切力過高致使開泵困難時(shí)常被選用 。增粘程度一般與時(shí)間、溫度和含鹽量有關(guān)，抗溫能力可達(dá) 107～ 121℃ 。 第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第四節(jié) 有機(jī)處理劑 四、頁巖抑制劑 概括地講，處理劑在鉆井液中所起的作用主要有兩個(gè)： 一是維持鉆井液性能穩(wěn)定 ，二是 保持井壁穩(wěn)定 。 凡是能有效地抑制頁巖水化膨脹和分散，主要起穩(wěn)定井壁作用的處理劑均可稱做頁巖抑制劑，又稱防塌劑 。本節(jié)簡要介紹幾種重要的有機(jī)防塌劑。 瀝青類 瀝青是 原油精煉后的殘留物 。將瀝青進(jìn)行一定的加工處理后，可制成鉆井液用的瀝青類頁巖抑制劑，其主要產(chǎn)品有以下幾種。 (1)氧化瀝青 氧化瀝青 (Oxidized Asphalt)是將瀝青加熱并通人空氣進(jìn)行氧化后制得的產(chǎn)品。 瀝青經(jīng)氧化后，瀝青質(zhì)含量增加，膠質(zhì)含量降低。在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為軟化點(diǎn)上升 。使用不同的原料并通過控制氧化程度可制備出軟化點(diǎn)不同的氧化瀝青產(chǎn)品。 氧化瀝青為黑色均勻分散的粉末，難溶于水，多數(shù)產(chǎn)品的軟化點(diǎn)為150~160℃ ，細(xì)度為通過 60目篩的部分占 85％。主要在 水基鉆井液中用做頁巖抑制劑，并兼有潤滑作用 ，一般加量為 l％ ~2％。此外，還可分散在 油基鉆井液中起增粘和降濾失作用 。 氧化瀝青的防塌作用主要是一種物理作用 。它能夠在一定的溫度和壓力下軟化變形，從而封堵裂隙，并 在井壁上形成一層致密的保護(hù)膜 。在軟化點(diǎn)以內(nèi)，隨溫度升高，氧化瀝青的降濾失能力和封堵裂隙能力增加，穩(wěn)定井壁的效果增強(qiáng)。但超過軟化點(diǎn)后，在正壓差作用下，會使軟化后的瀝青流人巖石裂隙深處，因而不能再起封堵作用，穩(wěn)定井壁的效果變差。因此，在選用該產(chǎn)品時(shí)，軟化點(diǎn)是一個(gè)重要的指標(biāo)。 應(yīng)使其軟化點(diǎn)與所處理井段的井溫相近，軟化點(diǎn)過低或過高都會使處理效果大為降低。 (2)磺化瀝青 ? 目前使用的磺化瀝青 (Sulfonated Asphalt)實(shí)際上是磺化瀝青的鈉鹽 ，代號為 SAS。它是常規(guī)瀝青用發(fā)煙 H2SO4或 S03進(jìn)行磺化后制得的產(chǎn)品。瀝青經(jīng)過磺化， 引入了水化性能很強(qiáng)的磺酸基，使之從不溶于水變?yōu)榭扇苡谒??；腔瘯r(shí)應(yīng)控制產(chǎn)品中含有的水溶性物質(zhì)約占 70％，既溶于水又溶于油的部分約占 40％?；腔癁r青為黑褐色膏狀膠體或粉劑，軟化點(diǎn)高于 80℃ 。 磺化瀝青的 防塌機(jī)理 是：磺化瀝青中由于含有磺酸基，水化作用很強(qiáng)，當(dāng) 吸附在頁巖晶層斷面上 時(shí)，可 阻止頁巖顆粒的水化分散 ；同時(shí) 不溶于水的部分又能起到填充孔喉和裂縫的封堵作用，并可覆蓋在頁巖表面，改善泥餅質(zhì)量 。但隨著溫度的升高，磺化瀝青的封堵能力會有所下降?；腔癁r青還在鉆井液中 起潤滑和降低高溫高壓濾失量的作用 ，是一種多功能的有機(jī)處理劑。 (3)天然瀝青和改性瀝青 國內(nèi)外使用天然瀝青和各種化學(xué)改性瀝青產(chǎn)品穩(wěn)定井壁已有多年的歷史。 不同瀝青類產(chǎn)品穩(wěn)定井壁的機(jī)理不同 。 瀝青粉 的主要作用機(jī)理是，在鉆遇頁巖之前，往鉆井液中加入該種物質(zhì)，當(dāng)鉆遇頁巖地層時(shí)，若瀝青的軟化點(diǎn)與地層溫度相匹配，在井筒內(nèi)正壓差作用下，瀝青產(chǎn)品會發(fā)生塑性流動，擠入頁巖孔隙、裂縫和層面， 封堵地層層理與裂隙，提高對裂縫的粘結(jié)力 ，在井壁處形成具有護(hù)壁作用的內(nèi)、外泥餅。其中外泥餅與地層之間有一層致密的保護(hù)膜，使外泥餅難以被沖刷掉，從而可阻止水進(jìn)入地層，起到穩(wěn)定井壁的作用。 此外，為了提高其封堵與抑制能力，可將瀝青類產(chǎn)品與其它有機(jī)物進(jìn)行縮合。如 磺化瀝青與腐植酸鉀 的縮合物 KAHM，俗稱高改性瀝青粉，在各類水基鉆井液中均有很好的防塌效果。 2．鉀鹽腐植酸類 腐植酸的鉀鹽、高價(jià)鹽及有機(jī)硅化物等均可用做頁巖抑制劑 ，其產(chǎn)品有腐植酸鉀、硝基腐植酸鉀、磺化腐植酸鉀、有機(jī)硅腐植酸鉀、腐植酸鉀鋁、腐植酸鋁和腐植酸硅鋁等。其中腐植酸鉀鹽的應(yīng)用更為廣泛。 (1)腐植酸鉀 腐植酸鉀 (KHm)是以褐煤為原料，用 KOH提取而制得的產(chǎn)品。外觀為黑褐色粉末，易溶于水，水溶液的 pH值為 9～ l0。主要 用做淡水鉆井液的頁巖抑制劑，并兼有降粘和降濾失作用 ?？箿啬芰?180℃ ，一般加量為 1％～ 3％。 (2)硝基腐植酸鉀 硝基腐植酸鉀是用 HNO3對褐煤進(jìn)行處理后，再用 KOH中和提取而制得的產(chǎn)品。外觀為黑褐色粉末，易溶于水，水溶液的 pH值為8～ 10。其 性能與腐植酸鉀相似 。它 與磺化酚醛樹脂的縮合物是一種無熒光防塌劑 ，代號為 MHP，適于在探井中使用。 (3)K21 防塌劑 K21是 硝基腐植酸鉀、特種樹脂、三羥乙基酚和磺化石蠟等的復(fù)配產(chǎn)品 。為黑色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。是一種常用的頁巖抑制劑，具有較強(qiáng)的 抑制頁巖水化 的作用，并能降粘和降低濾失量，抗溫可達(dá) 180℃ 。 頁巖抑制劑類產(chǎn)品還有許多。例如， 各種聚合物類和聚合醇類有機(jī)處理劑 ， 硅酸鹽類、鉀鹽類、銨鹽類和正電膠等無機(jī)處理劑 都是性能優(yōu)良的頁巖抑制劑。 第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用 鉆井液工藝原理電子教案 第二章 ?上一內(nèi)容 ?下一內(nèi)容 ?回主目錄 ?返回 第四節(jié) 有機(jī)處理劑 五、堵漏劑 1．纖維狀堵漏劑 常用的纖維狀堵漏劑有棉纖維、木質(zhì)纖維、甘蔗渣和鋸末等 。由于這些材料的剛度較小，因而容易被擠入發(fā)生漏失的地層孔洞中。如果有足夠多的這種材料進(jìn)入孔洞，就會產(chǎn)生很大的摩擦阻力，從而起到封堵作用。但如果裂縫太小，纖維狀堵漏劑無法進(jìn)人，只能在井壁上形成假泥餅。一旦重新循環(huán)鉆井液，就會被沖掉，起不到堵漏作用。因此， 必須根據(jù)裂縫大小選擇合適的纖維狀堵漏劑的尺寸 。 2．薄片狀堵漏劑 薄片狀堵漏劑有塑料碎片、賽璐珞粉、云母片和木片 等。這些材料可能 平鋪在地層表面，從而堵塞裂縫 。若其強(qiáng)度足以承受鉆井液的壓力，就能形成致密的泥餅。若強(qiáng)度不足，則 被擠入裂縫 ，在這種情況下，其 封堵作用則與纖維狀材料相似 。 3．顆粒狀堵漏劑 顆粒狀堵漏劑主要指 堅(jiān)果殼 (即核桃殼 )和具有較高強(qiáng)度的 碳酸鹽巖石顆粒 。這類材料大多