聚丙烯酰胺在鉆井中的應(yīng)用

1、聚丙烯酰胺在鉆井中的應(yīng)用聚丙烯酰胺因其分子結(jié)構(gòu)特點和品種齊全，已廣泛應(yīng)用 于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，特殊是在油田。介紹了聚丙烯酰胺 在鉆井過程中的五大作用，即聚丙烯酰胺的降濾、絮凝、防 塌、降粘和堵漏。聚丙烯酰胺是一種多功能油田化學(xué)處理劑，廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)，特殊是鉆井、三次采油、堵水和調(diào)剖等領(lǐng)域。聚丙烯酰胺的最大用戶是石油工業(yè)，聚丙烯酰胺聚合物的技術(shù)進(jìn)步加速了石油工業(yè)的發(fā)展，而石油工業(yè)的需求加速了聚丙烯酰胺聚合物的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。20 世紀(jì)初， 采用清水作為鉆井液，鉆井過程中混入的泥巖巖屑形成天然泥漿。直到20 世紀(jì) 40-50 年月，聚丙烯酰胺才作為鉆井液用于鉆井，這使鉆井液的發(fā)展發(fā)生了巨大變

2、化，不僅提高了鉆井速度，而且使鉆井液的種類從天然聚合物發(fā)展到合成聚合物，使鉆井液技術(shù)進(jìn)入科學(xué)發(fā)展階段。. 聚丙烯酰胺的降濾作用鉆井液在鉆井過程中濾失量比較大，簡單造成頁巖坍塌 和水化膨脹，使井筒不穩(wěn)定；當(dāng)鉆井液和濾液侵入地層時， 會引起粘土膨脹，堵塞地層中的油氣流淌通道，損害產(chǎn)層， 增加濾失量，使濾餅變稠，井徑減小，鉆具扭矩增大，起下 鉆時產(chǎn)生抽汲，起下鉆時產(chǎn)生較大的壓力波動，簡單造成壓 差卡鉆。同時，濾餅過厚影響注水泥質(zhì)量，增加地層評價難 度，增加安全隱患。分子量在10-20 萬之間的聚丙烯酰胺適合作為降濾失劑。丙烯酰胺經(jīng)堿中和后的共聚物產(chǎn)品，既能降低濾失量，又能增加粘度，既能提高鉆井液的剪

3、切稀釋能力，又能有效調(diào)整流型，在油田鉆井液中得到了廣泛應(yīng)用。將粉狀水解聚丙烯酰胺與適量碳酸鉀混合，然后用懸浮穩(wěn)定劑分散成白油，分散后的懸浮產(chǎn)品比傳統(tǒng)方法好得多?；腔郾０凡粌H耐高溫，而且具有一定的抗塌能力。.聚丙烯酰胺的絮凝鉆井液固相是影響鉆井液成本和速度的關(guān)鍵因素之一。20 世紀(jì) 60 年月末，國外將高分子絮凝劑引入鉆井液，應(yīng)用低固相不分散高分子鉆井液，大大提高了鉆井液速度，成為當(dāng)代鉆井行業(yè)四大技術(shù)之一。高分子絮凝劑可以使鉆井液中的鉆屑和劣質(zhì)土處于非分散的絮凝狀態(tài)，從而可以被機(jī)械固控設(shè)備去除，更好地解決了分散鉆井液體系中鉆屑的分散和聚集問題，不僅加快了鉆速，而且削減了鉆井過程中的很多復(fù)雜

4、狀況，更好地保護(hù)了油氣層，降低了鉆井成本。鉆井液用聚丙烯酰胺絮凝劑包括未水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯酰胺。水解聚丙烯酰胺是選擇性絮凝劑，未水解聚丙烯酰胺是全絮凝劑。未水解聚丙烯酰胺的分子只有極性酰胺基團(tuán)，不帶負(fù)電荷。水化膜薄，未水解聚丙烯酰胺與劣質(zhì)土之間的排斥力小。當(dāng)它們遇到這兩種粒子時，就會發(fā)生架橋和吸附。水解聚丙烯酰胺絮凝劑不僅絮凝鉆井液中的鉆屑，還絮凝鉆井液中的優(yōu)質(zhì)土壤，起到充分絮凝的作用。當(dāng)水解聚丙烯酰胺達(dá)到一定水解度時，負(fù)電荷密度更高，水合膜更厚。當(dāng)接近優(yōu)質(zhì)土壤顆粒時，它們之間會產(chǎn)生較大的靜電斥力和水化膜斥力，難以吸附優(yōu)質(zhì)土壤顆粒；當(dāng)靠近鉆屑時，簡單產(chǎn)生吸附，形成絮凝塊，從鉆井液中去除

5、，從而起到選擇性絮凝的作用。 水解聚丙烯酰胺一般分子量在200 萬以上， 水解度在 30% 左右效果更好。.聚丙烯酰胺的防塌作用受某些因素影響，井壁不能保持原狀，稱為井壁失穩(wěn)。影響井壁穩(wěn)定性的因素許多，主要有地質(zhì)因素、工程因素和物理化學(xué)因素。在鉆井液中加入一些聚合物可以使井壁穩(wěn)定。這些聚合物大多通過以下三種方式穩(wěn)定井筒，即聚合物分子的多點吸附、凝膠保護(hù)和封孔，可以保護(hù)鉆井液中的溶膠顆粒，防止濾液滲入地層引起的粘土水膨脹。常用的聚合物防塌劑有聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺和磺化聚丙烯酰胺。水化基團(tuán)的水化可以形成可壓縮的泥餅，阻擋水滲入地層，阻擋粘土水化膨脹。.聚丙烯酰胺的降粘效果鉆井液的粘度會在三種

6、狀況下增加：當(dāng)被無機(jī)電解質(zhì)污染時，粘土顆粒的雙電層被壓縮，粘土顆粒邊角處的靜電荷削減，水化層變薄，粘土顆粒簡單相互形成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，自由水大大削減，導(dǎo)致鉆井液的剪 切力和粘度增加；鉆井液中固體顆粒的增加和顆粒間距的減小有利于 粘土網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，從而導(dǎo)致鉆井液剪切力和粘度的增加；(3)含聚合物鉆井液中，由于粘土與聚合物或聚合物分子的相互作用，形成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這也是鉆井液剪切力和粘度增加的原因。假如鉆井液的剪切力和粘度過高，鉆井液的流淌阻力會 增加，能耗會增加，滲透率會降低，有時會出現(xiàn)卡鉆、鉆頭 泥包、地面鉆屑清除困難、鉆井過程中脫氣困難等問題。小 分子量聚丙烯酰胺聚合物可用作鉆井液稀釋劑。5.聚丙烯酰胺的封堵效果鉆井液漏失需要用堵漏劑封堵。鉆井液漏失的主要原因 是溶洞漏失、滲透漏失和裂縫漏失。高滲透砂巖地層或礫石地層引起的鉆井液漏失稱為滲透率漏失；礫巖、灰?guī)r地層中的天然裂縫和鉆井液壓降與礫巖、灰?guī)r地層分別形成的人工裂縫引起的鉆井液漏失稱為裂縫性漏失；溶洞地層引起的鉆井液漏失稱為溶洞漏失，多發(fā)生在石 灰?guī)r地層。對于可滲透地層的封堵，可以用聚丙烯酰胺形成凝膠在 該地層進(jìn)行封堵。對于裂縫和巖溶地層的封堵，可以使用體積膨脹聚丙烯酰胺凝膠顆粒。當(dāng)凝膠顆粒的直徑大于裂縫狹窄部分寬度的1/3 或溶洞進(jìn)出口直徑時，通過顆粒的架橋作用產(chǎn)生滯留，形成濾餅堵塞漏失地層。聚丙烯酰