【正文】 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。CHSP一1：棕黑色粉末，水溶性大于85%。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，也就是說有機陽離子與泥頁巖之間除物理吸附外，還有化學吸附一成鍵作用，故吸附能力強，熱穩(wěn)定性好。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。 改變分子鏈的長短和基團的種類及各種基團的比例，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。在降濾失量的同時增粘的幅度比PAC141小。近幾年來，烯類單體的多元共聚物發(fā)展迅速，PAC產品已系列化。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，有調節(jié)流型的作用。 （4） 磺化聚丙烯酸胺抗溫可達180—200℃，抗鹽、抗鈣性能有了明顯提高。所以隨著反應的進行，表示式中的n值也發(fā)生變化。 （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得磺化聚丙烯酸胺。而小干1萬者可作為降粘劑使用。試驗證明分子量為 300萬左右作為絮凝劑較為理想。聚丙烯酰胺的水解度對其處理鉆井液的性質影響很大。對于它的制備和使用，主要是選擇聚合度和控制水解度。這三種水解產物的共性是抗鹽、抗溫可達200℃以上，降濾失效果好, 因此是超深井抗高溫降濾失劑。CaHPAN具有較高的抗鹽、抗鈣能力。由于CaHPAN不溶于水，故在干燥、粉碎時加入部分純堿一起使用。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。聚合度較高的水解聚烯睛，降濾失量能力比較強，且增加鉆井液粘度的作用也較強。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。睛基在井底的高溫堿性條件下水解成酸胺基，進一步水解成羧鈉基，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。如果進行共聚合制成，則有可能整齊分段。這個產物也可以由丙烯酸鈉、丙烯酰胺和丙烯睛經共聚反應得到。水解反應后產物中的丙烯酸單元和丙烯酸胺單元的總和與原料的總結構單元數之比（x+y）/（x+y+z）稱為該水解產物的水解度。 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（水解反應溫度一般選 95～100℃），記作NaHPAN。只有經過水解成為水溶性聚合物后才能用于處理鉆井液。一般產品的平均分子量為12．5萬至2O萬。15g/cm3，它是一種由丙烯睛（CH2＝CHCN）合成的高分子聚合物。 （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堿水解后的產物，是一種白色粉末，密度1這類處理劑分子量較低，不大于100萬。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℃。 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，該產品含有陽離子基團和非離子基團，不含陰離子基團。在陽離子型或兩性復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。在Ca2+污染鉆井液中比CMC性能優(yōu)越。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?？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。 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)生醚化反應得到羧甲基淀粉。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。若這兩個條件不具備時，可在鉆井液中加人適當的淀粉防腐劑。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人泥餅的細縫中，堵塞了水分的通路，降低了泥餅的滲透性。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。加入鉆井液后可大大降低失水量。加堿也能使它迅速而有效地膨脹和溶膠化。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素類）。它不僅保留了磺化酚醛樹脂的優(yōu)異特性，而且增強了鉆井液體系的抑制性和抗溫抗鹽性，彌補了SMP使用效率低，中、淺井使用效果不佳等不足。SCSP：磺化褐煤與酚醛樹脂通過縮和反應所制得產物，性能與SPNH相似。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 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。在縮和反應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行接枝、交聯(lián)。缺點是該產品在鉆井液起泡。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。第二步，將SP與磺化木質素SL縮會得SLSP。由于磺甲基酚醛樹脂分子主鏈末端和側基上活性OH，它仍然可以與其它化合物發(fā)生縮和反應，制備新的處理劑以降低成本。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。SMP的合成路線是：先在酸性條件（PH3—4）下使甲醛和苯酚反應，生成適當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行分步磺化，適當控制反應條件，可得磺化度較高和分子量較大的產品。主要的產品有以下幾種：（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可以制得磺甲基酚醛樹脂。腐植酸的分子結構為C—C結構和碳環(huán)結構，這種結構在高溫下（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，用于超深井和地熱井鉆進。對此可以采用由褐煤為原料生產的硝基腐植酸鈉。在一定的鈣離子濃度范圍內，甚至還能使腐植酸鉀鉆井液的性能得到進一步提高。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。室內試驗和現(xiàn)場應用表明，硝基腐植酸堿劑要比丹寧堿液和煤堿劑效果好?；羌谆置涸?00℃單獨使用時。所得產品進一步用重鉻酸鈉進行氧化和絡合反應生成的磺甲基腐植酸鉻處理效果更好。鉻褐煤還可與鐵鉻木質素磺酸鹽配合使用（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。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。也可當井深時在已經用煤堿劑處理的鉆井液中加重鉻酸鈉轉化而得。經現(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、安全鉆進非常有利。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180～200℃。在國外，尤其是日本廣泛應用硝酸氧化和硝化反應，以提高腐植酸的產率和改善所得產品的性能。當主要用降粘劑時，濃度可適當配制得低一些, 現(xiàn)場常用的配方為：15：（1～3）：（50～200）＝褐煤：燒堿：水。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。煤堿劑具有比較好的降失水作用。燒堿不足，腐植酸不能全部溶解。因此在分離腐植酸時，多用氫氧化鈉溶液（一般1％NaOH）。腐植酸易與堿金屬的氫氧化物發(fā)生中和反應，生成水溶性腐植酸鹽。B：褐煤與堿的反應—制備煤堿劑：褐煤與堿溶液反應，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。原北京石油學院曾在小型試驗中將內蒙古自治區(qū)扎賚諾爾和平莊的褐煤用空氣進行氧化，使腐植酸含量從45%增加到90%。其基本結構單元如圖。在核和側鏈上分布著活性酸性基、甲氧基、羰基。腐植酸的結構尚未弄清，仍多系推測。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。腐植酸中含有多種含氧官能團，這些官能團對腐植酸的性質和應用有很大關系。 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，據文獻報道可以由幾百到幾十萬。根據腐植酸在一些溶劑中的溶解度及其顏色，一般將其再細分為三個組分。一般認為它是復雜的、分子量不均一的羥基苯羧酸的混合物。一般分離流程如圖所示。褐煤中含有大量的腐植酸類物質，含量在20~80%之間，是制備各種鉆井液添加劑的主要成分。因為此時已完全轉變成為結構更為復雜的中性腐植質了。腐黑物不溶于有機溶劑和堿溶液，是一種黑色非晶質的中性物質。褐煤在外觀上呈褐色或黑褐色的層狀結構。(1)褐煤的來源及基本組成褐煤是埋藏于地下的泥炭，經過成巖作用壓實、脫水和一系列的化學變化，轉變而成的。主要分布在華北和東北地區(qū)。也有使用甲醛使CMC交聯(lián)提高抗溫性和粘度的。例如：一種在制備時摻入乙醇胺作為抗氧化劑的產品，可用于高礦化度鉆井液在200℃下鉆井；CMC與丙烯腈反應引人氰乙基后再加入NaHSO3引入磺酸基，所得產品的抗溫、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。例如常用的有機抗氧劑有單、雙、三乙醇胺、苯胺、己二胺，無機抗氧劑有硫化鈉、亞硫酸鈉、硼砂、水溶性硅酸鹽和硫磺等，這些抗氧劑復配使用可以將CMC的抗溫性提高50～60℃。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。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電荷。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，應該避免未溶解的CMC被振動篩篩除造成浪費。Drispac的抗溫性能和抗鹽抗鈣性能都有了明顯的提高。 由于常現(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。粘度的增加將很大程度上取決于鉆井液中的固相。控制失水與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，以獲得最好的結果。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。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。Drispac可以在最小的固體情況下提供很好的井眼控制性能。淡水到飽和鹽水鉆井液均適用。（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，它本身結構存在的缺陷，導致性能受到了一些影響。取代度高，約為500左右；聚合度低，～。低粘CMC，在25℃時 2％水溶液粘度小于50mPa用于一般鉆井液，既降濾失量，同時又提高鉆井液的粘度。中粘CMC：在25℃時2％水溶液粘度為50～2700mPa一般用作低固相鉆井液的懸浮劑、封堵劑及增稠劑。由于測定聚合度和取代度比較麻煩，一般工業(yè)上根據其水溶液粘度大小，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。[C6H7O2（HO）3]n + dClCH2COOH + dNaOH→[C6H7O2（HO）（OCH2COONa）d]n +dNaCl+dH2O在反應過程中,分子鏈降解,導致聚合度明顯降低(可達3～10倍)。（1）．制備：棉花纖維經燒堿處理成堿纖維，再和氯乙酸鈉進行醚化反應后，經干燥制得。 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。另一種醚化度表示法為百分數法，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。醚化度一般用被醚化的羥基數表示，最大值為3。取代度決定羧甲基纖維素鈉鹽的水溶性、抗鹽、抗鈣能力。這些取代基與纖維素形成單醚。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，故又稱作醚化度。所謂鏈節(jié)就是指組成聚合物的最小重復單元。 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，決定其性質和用途的因素，一是聚合度n的大小，二是取代度d。該方程表明單位滲濾面積的濾失量Vt/A與泥餅滲透率K、固體含量因素Cc/Cm滲濾壓差P、滲濾時間t這些因素的平方根成正比，與濾液粘度的平方根成反比。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的濾失方程。劉志明等人利用現(xiàn)場巖心研究了濾餅滲透率變化規(guī)律，認為在濾失過程的初期，濾餅滲透性處于不斷變化（變小）之中，這段時間濾餅沒有完全形成。鉆井液中固相顆粒的特性、形狀、大小及其分布與濾失介質孔隙分布和形狀的匹配等因素決定濾餅的質量和鉆井液的失水量。圖3 膨潤土基漿濾餅電鏡照片（X1000） 圖4 聚合物鉆井液濾餅電鏡照片（X1000）泥餅質量的好壞和滲透率的高低決定鉆井液濾失量的大小。研究結果表明：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構或卡片房子結構圖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狀和蜂窩狀結構圖4；基漿和聚合物鉆井液泥餅也呈蜂窩狀結構，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量改善，多呈蜂窩狀結構，超細CaCO3。張達明等人利用冷凍干燥技術（即，用液氮快速冷凍樣品，并在真空狀態(tài)下抽空干燥，保持樣品的微觀結構不變，得到的干樣可用于電鏡分析。從泥餅的微觀結構來看，在泥餅的任一點處，其均質性是相對的，其不均質的特性時絕對的。周風山等人利用濾餅針入度儀（filter cake penetrometer）FCP評價