【正文】 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 。若其強(qiáng)度足以承受鉆井液的壓力，就能形成致密的泥餅。 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。一旦重新循環(huán)鉆井液，就會(huì)被沖掉，起不到堵漏作用。如果有足夠多的這種材料進(jìn)入孔洞，就會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦阻力，從而起到封堵作用。 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 。 頁(yè)巖抑制劑類(lèi)產(chǎn)品還有許多。為黑色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。它 與磺化酚醛樹(shù)脂的縮合物是一種無(wú)熒光防塌劑 ，代號(hào)為 MHP，適于在探井中使用。外觀為黑褐色粉末，易溶于水，水溶液的 pH值為8～ 10?？箿啬芰?180℃ ，一般加量為 1％～ 3％。外觀為黑褐色粉末，易溶于水，水溶液的 pH值為 9～ l0。其中腐植酸鉀鹽的應(yīng)用更為廣泛。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(lèi)水基鉆井液中均有很好的防塌效果。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。 不同瀝青類(lèi)產(chǎn)品穩(wěn)定井壁的機(jī)理不同 ?；腔癁r青還在鉆井液中 起潤(rùn)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。 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(yè)巖晶層斷面上 時(shí)，可 阻止頁(yè)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(yè)巖表面，改善泥餅質(zhì)量 ?；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％。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。 應(yīng)使其軟化點(diǎn)與所處理井段的井溫相近，軟化點(diǎn)過(guò)低或過(guò)高都會(huì)使處理效果大為降低。但超過(guò)軟化點(diǎn)后，在正壓差作用下，會(huì)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。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 。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(guò) 60目篩的部分占 85％。在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為軟化點(diǎn)上升 。 (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。 瀝青類(lèi) 瀝青是 原油精煉后的殘留物 。 凡是能有效地抑制頁(yè)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(yè)巖抑制劑，又稱防塌劑 。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℃ 。 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 。外觀為白色或淺黃色固體粉末。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(huì)使其發(fā)生酶變，從而降解失效。據(jù)報(bào)導(dǎo)，國(guó)外曾在井底溫度為 ℃ 的油井中使用過(guò)。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) 。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。增粘劑種類(lèi)很多。 增粘劑除了起增粘作用外，還往往兼作 頁(yè)巖抑制 劑 (包被劑 )、 降濾失 劑及 流型改進(jìn) 劑。因此，經(jīng)常采用添加增粘劑的方法。當(dāng)粘度過(guò)低時(shí)，一種方法是通過(guò)增大膨潤(rùn)土含量來(lái)提粘。 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。 綜上所述， 降濾失劑的種類(lèi)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 。 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℃ 。 此外， HPS在固井、修井作業(yè)中可用來(lái)配制前置隔離液和修井液等。HPS可與酸溶性暫堵劑 QS2等配制成無(wú)粘土相暫堵型鉆井液，有利于保護(hù)油氣層。羥丙基淀粉為非離子型高分子材料，對(duì)高價(jià)陽(yáng)離子不敏感， 抗鹽、抗鈣污染能力很強(qiáng) 。 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。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。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。從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況看，CMS降濾失效果好，而且作用速度快。 ?羧甲基淀粉 (Carboxymethyl Starch)是淀粉的改性產(chǎn)品，代號(hào)為 CMS。高礦化度體系對(duì)細(xì)菌侵蝕有抑制作用，國(guó)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 。 在高溫下，淀粉容易降解，效果變差。 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)。淀粉 在淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中均可使用 。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 。淀粉從谷物或玉米中分離出來(lái)，它在 50℃ 以下不溶于水，溫度超過(guò) 55℃ 以上開(kāi)始溶脹，直至形成半透明凝膠或膠體溶液?？偟膩?lái)看，其性能優(yōu)于同類(lèi)的其它磺化處理劑。 SPNH主要起降濾失作用，但同時(shí)還具有一定的降粘作用。該類(lèi)降濾失劑中比較典型的產(chǎn)品有國(guó)外常用的 Resinex和 國(guó)內(nèi)常用的 SPNH。 (3)磺化褐煤樹(shù)脂 磺化褐煤樹(shù)脂是 褐煤中的某些官能團(tuán)與酚醛樹(shù)脂通過(guò)縮合反應(yīng)所制得的 。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(wèn)題，成本也有所下降。 SLSP與磺甲基酚醛樹(shù)脂有相似的優(yōu)良性能，但在原來(lái)樹(shù)脂的基礎(chǔ)上引人了一部分磺化木質(zhì)素。合成 SLSP的反應(yīng)一般分兩步進(jìn)行。此外，磺甲基酚醛樹(shù)脂還能改善濾餅的潤(rùn)滑性，對(duì)井壁也有一定的穩(wěn)定作用。因引入磺酸基的數(shù)量不同，抗無(wú)機(jī)電解質(zhì)的能力會(huì)有所差別。 ? 它的另一種合成路線是：將苯酚、甲醛、亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉一次投料，在堿催化條件下，縮合和磺化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行 ，最后生成磺甲基酚醛樹(shù)脂。 (1)磺甲基酚醛樹(shù)脂 磺甲基酚醛樹(shù)脂 (SMPI， SMPII)是一種抗高溫降濾失劑。SK3主要用在當(dāng)聚合物鉆井液受到無(wú)機(jī)鹽污染后，作為 降粘劑 ，同時(shí)可改善鉆井液的熱穩(wěn)定性， 降低高溫高壓濾失量 。例如， SK1可用于無(wú)固相完井液和低固相鉆井液，在配合用 NaCl、 CaCl2等無(wú)機(jī)鹽加重的過(guò)程中，主要起降濾失和增粘的作用。主要用做 聚合物鉆井液的降濾失劑 。 (3)丙烯酸鹽 SK系列產(chǎn)品 ? 該系列產(chǎn)品為 丙烯酸鹽的多元共聚物 。 PACl43是 由 多種乙烯基單體及其鹽類(lèi)共聚而成的水溶性高聚物 ，相對(duì)分子質(zhì)量為 150萬(wàn) 200萬(wàn)，分子鏈中含有 羧基、羧鈉基、羧鈣基、酰胺基、腈基和磺酸基等多種官能團(tuán) 。在降濾同時(shí)增粘，其增粘幅度比 PACl41小。該處理劑能 抗 180℃ 的 高溫 ， 抗鹽可達(dá)飽和 。 PACl41是 丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸鈉和丙烯酸鈣的四元共聚物 。由于各種官能團(tuán)的協(xié)同作用，在各種復(fù)雜地層和不同的礦化度、溫度條件下均能發(fā)揮其作用 。 (2)PAC系列產(chǎn)品 PAC系列產(chǎn)品是指 各種復(fù)合離子型的聚丙烯酸鹽聚合物 (PAC)，實(shí)際上是 具有不同取代基的乙烯基單體及其鹽類(lèi)的共聚物 ，通過(guò)在高分子鏈節(jié)上引入不同含量的 羧基、羧鈉基、羧胺基、酰胺基、腈基、磺酸基和羥基 等共聚而成。該處理劑的 抗鹽能力也較強(qiáng) ， 但抗鈣能力較弱 。 聚合度較高時(shí)，降濾失性能比較強(qiáng)，并可增加鉆井液 的粘度和切力 ； 而聚合度較低時(shí)，降濾失和增粘作用均相應(yīng)減弱 。 KHPAN的抑制防塌效果就更加突出。 CaHPAN具有較強(qiáng)的抗鹽、抗鈣能力，在淡水鉆井液和海水鉆井液中都有良好的降濾失效果。 實(shí)際使用中也證明水解聚丙烯腈的水解接近完全時(shí)，降濾失性能下降。腈基在井底的高溫和堿性條件下，通過(guò)水解可轉(zhuǎn)變?yōu)轷０坊?，進(jìn)一步水解則轉(zhuǎn)變?yōu)轸肉c基。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平均聚合度之比 (x+y)／ (x+y+z)稱為該水解產(chǎn)物的水解度。 在 95～ 100℃ 溫度下， 聚丙烯腈在 NaOH溶液中容易發(fā)生水解，生成的水解聚丙烯睛常用代號(hào) NaHPAN表示 。只有經(jīng)過(guò)水解生成水溶性的水解聚丙烯腈之后，才能在鉆井液中起降濾失作用。 它的平均聚合度，大約為 2350～ 3760，一般產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量為 ～ 20萬(wàn)。 (1)水解聚丙烯腈 聚丙烯腈是制造腈綸 (人造羊毛 )的合成纖維材料，目前用于鉆井液的主要是腈綸廢絲經(jīng)堿水解后的產(chǎn)物，外觀為白色粉末，代號(hào)為 HPAN。根據(jù)所引入官能團(tuán)、相對(duì)分子質(zhì)量、水解度和所生成鹽類(lèi)的不同，可合成一系列鉆井液處理劑。 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 3．丙烯酸類(lèi)聚合物 丙烯酸類(lèi)聚合物是低固相聚合物鉆井液的主要處理劑類(lèi)型之一 。 ?抗溫性差，高溫會(huì)使纖維素溶液粘度迅速降低，而且有降解和發(fā)酵的趨勢(shì)，一般抗溫在 100～ 120℃ ，加入抗氧劑，能夠提高一些。 （ 8）纖維素類(lèi)降粘劑的使用特性 ?降濾失效果明顯，同時(shí)具有一定增粘作用。例如， CMC與丙烯腈反應(yīng)引入氰乙基后 ，再加入 NaHS03引入磺酸基，所得產(chǎn)品的抗鹽能力有明顯提高，同時(shí)抗溫能力也可得到一定改善。這些抗氧劑復(fù)配使用可以將 CMC的抗溫性提高 20～ 30℃ ；用甲醛使 CMC適度交聯(lián)以提高其抗溫性等。 b. 提粘和堵塞作用 在 CMC的生產(chǎn)或使用過(guò)程中摻人某些抗氧劑。羥基和醚氧基通過(guò)與粘土顆粒表面上的氧形 成氫鍵或與粘土顆粒斷鍵邊緣上的 Al3+之間形成配位鍵使 CMC能吸附在粘土 上；而多個(gè)羧鈉基通過(guò)水化使粘土顆粒表面水化膜變厚，粘土顆粒表面電動(dòng)電位的絕對(duì)值升高，負(fù)電量增加，從而阻止粘土顆粒之間因碰撞而聚結(jié)成大顆粒 (護(hù)膠 作用 )，并且多個(gè)粘土細(xì)顆粒會(huì)同時(shí)吸附在 CMC的一條分子鏈上，形成布滿整個(gè)體系的混合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高了粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性，有利于保持鉆井液中細(xì)顆粒的含量，形成致密的濾餅，降低濾失量。 CMC在鉆井液中電 離生成長(zhǎng)鏈的多價(jià)陰離子 。 b. 無(wú)機(jī)鹽 c. 溫度 隨溫度升高， CMC水溶液的粘度逐漸降低。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，若將 CMC先溶于水，再加 NaCl，則粘度下降的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于先加 NaCl，然后再加 CMC時(shí)下降的幅度。 （ 4）特性及其影響因素 由于外加無(wú)機(jī)鹽中的陽(yáng)離子阻止 COONa上的 Na+解離，因此會(huì)降低其水溶液的粘度。當(dāng)溶液的 pH值過(guò)低時(shí)，羧鈉基 (COONa)將轉(zhuǎn)化為難電離的羧基 (COOH)，不利于鏈的伸展；當(dāng)溶液的 pH值過(guò)高時(shí)， COO中的電荷受到溶液中大量 Na+的屏蔽作用，使分子鏈的伸展也受到抑制。在等當(dāng)點(diǎn)(pH=)附近，其水溶液粘度最大。 影響因素 ：聚電解質(zhì)水溶液的許多性質(zhì)與其分子在溶液中的形態(tài)有關(guān)，容易受到 pH值、無(wú)機(jī)鹽和溫度等因素的影響 。取代度為 ～ CMC適用于處理高礦化度鉆井液。取代度小于 ，小于 ，在 上時(shí)水溶性隨取代度增加而增大。取代度一般用被醚化的羥基數(shù)表示，最大值為 3。其取代度約為 ～ ，聚合度為 500左右。s。其取代度約為 ～ ，聚合度為 600左右。s。其取代度約為 ~，聚合度大于 700。s。聚合度越高，其水溶液的粘度越大。 ? 取代度是決定鈉羧甲基纖維素的水溶性、抗鹽和抗鈣能力的主要因素。 ? 聚合度是指組成每個(gè)鈉羧甲基纖維素分子的環(huán)式葡萄糖的鏈節(jié)數(shù)。通常將纖維素分子每一葡萄糖單元上的 3個(gè)羥基中， 羥基上的氫被取代而生成醚的個(gè)數(shù)稱做取代度或醚化度 。是一種廣泛使用的性能良好的降濾失劑。 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 2．纖維素類(lèi) 纖維素是由 許多環(huán)式葡萄糖單元構(gòu)成的長(zhǎng)鏈狀高分子化合物 ，以纖維素為原料可以制得一系列鉆井液降濾失劑，其中使用最多的是 鈉羧甲基纖維素 簡(jiǎn)稱 CMC和 羥乙基纖維素 ，簡(jiǎn)稱 HEC。 d.