鉆井液 第2章 聚合物鉆井液20100304.ppt

1、第二章 聚合物鉆井液,2-1 概述 2-2 不分散低固相聚合物鉆井液 2-3 在聚合物鉆井液中常用的處理劑 2-4 聚合物鉆井液的理論基礎(chǔ) 2-5 兩性離子聚合物鉆井液 2-6 陽離子聚合物鉆井液,主要內(nèi)容,2-1 概述,60年代以來，大家認(rèn)識(shí)到鉆井液中固相含量是影響鉆速和成本的主要因素，因而近代在鉆井液中引入了高聚物絮凝劑，便于地面上清除固相，使鉆井效果得到了很好的提高，提高了鉆速、節(jié)省了成本。,一、聚合物鉆井液的定義：,廣義上地講，凡是使用線型水溶性聚合物作處理劑的鉆井液體系都可成為聚合物鉆井液。,二、聚合物鉆井液的分類：,清水或鹽水、油水乳狀液、低固相聚合物鉆井液(包括加重和非加重低固相

2、聚合物鉆井液)。,2、按照聚合物品種分：,單一丙烯酰胺聚合物鉆井液、多種大分子金屬鹽復(fù)合聚合物鉆井液、陽離子聚合物鉆井液、兩性離子聚合物鉆井液。,3、從使用角度分：,聚合物快速鉆井液、聚合物防塌鉆井液、保護(hù)油氣層的鉆井完井液、聚合物深井鉆井液等。,1、按照活性固相含量高低分：,三、聚合物鉆井液的應(yīng)用,1966年，泛美石油公司在加拿大西部油田首次系統(tǒng)地使用了這種不分散低固相聚合物鉆井液，大幅度提高了鉆速。,60年代前期，每臺(tái)鉆機(jī)一年能打2萬米。60年代后期，每臺(tái)鉆機(jī)一年能打3萬米。,在我國，73年首先在勝利油田使用，使鉆速得到很大的提高。目前，我國在各種聚合物鉆井液體系的基礎(chǔ)研究、新產(chǎn)品開發(fā)和推

3、廣應(yīng)用方面，已接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。,四、不分散低固相聚合物鉆井液的特點(diǎn),不分散低固相聚合物鉆井液包括兩個(gè)要求：,“不分散”：指鉆井液中包含的各種固相粒子的粒度分布，一直保持在所需的范圍內(nèi)，不再進(jìn)一步分散；鉆井液對(duì)新鉆出巖屑的進(jìn)一步分散起抑制作用。,低固相”：指鉆井液中低密度活性固相的含量較抵(主要指膨潤土)。,不分散是為了盡量減少小于一微米顆粒的含量，提高鉆速。低固相則是要求包被所有的鉆屑，阻止其分散變細(xì)，利于地面清除。,五、聚合物鉆井液的優(yōu)點(diǎn),1、無用固相少，鉆井液密度低，壓差?。?2、巖屑較粗，固相體積含量較??；,3、由于聚合物的增效作用，使膨潤土造漿率高，因而膨潤土可以很低，亞微米顆

4、粒含量少；,4、剪切稀釋特性好，鉆頭水眼處的粘度低；,5、具有較強(qiáng)的攜砂能力，有利于井眼清潔；,6、由于聚合物的抑制和包被作用，可以保持較好的井眼穩(wěn)定性；,7、能減少油氣層損害，有利于保護(hù)生產(chǎn)層。,8、能抗高溫。,六、聚合物鉆井液的缺點(diǎn),1、鉆速快時(shí)，固相不能及時(shí)清除； 2、配制容易，維護(hù)困難； 3、在大多數(shù)情況下，固控設(shè)備不能配套； 4、受聚合物特性限制，抗溫能力有限； 5、靜切力大，電測困難； 6、靜濾失量與濾餅質(zhì)量之間難以兼顧，濾餅虛； 7、在造漿地層，不易真正實(shí)現(xiàn)低固相。,所以，在國外聚合物鉆井液只占20%，一般情況下，對(duì)于軟地層(即：V鉆22.86m/h的地層)，因?yàn)閹r屑多，不宜使用

5、聚合物鉆井液。,七、聚合物鉆井液的發(fā)展概況,A、國外發(fā)展概況,58年首次合成PAM，使鉆速得到提高，但PAM對(duì)膨潤土也絮凝，人們稱這種鉆井液為“無法控制的低固相鉆井液”。,60年代以后，人們對(duì)PAM進(jìn)行了深入的研究，制成水解PAM和醋酸乙烯脂與馬來酸酐的共聚物(VAMA)，使聚合物鉆井液的性能得到很好的改善。,在加拿大、美國等地鉆井，使鉆速得到了很大的提高，并節(jié)省了成本。,七、聚合物鉆井液的發(fā)展概況,B、國內(nèi)發(fā)展概況,1、初級(jí)使用階段(7378年),73年山大與勝利油田合作，首次把PHP引入到鉆井液，鉆速得到了提高，成本也得到了降低。,2、大分子金屬鹽復(fù)配階段(7985年),油科院先后研制成功

6、了80A、PAC和143和SK三個(gè)系列共11個(gè)新產(chǎn)品，解決了不配套，所達(dá)性能指標(biāo)較低，不適用于深井的問題。,3、流變參數(shù)優(yōu)選階段(86現(xiàn)在),針對(duì)鉆頭水眼處的粘度較高、濾餅軟、靜切力大三大難題，西南石油學(xué)院首先進(jìn)行了探索，得到了很大的進(jìn)展。,2-2 不分散低固相聚合物鉆井液,不分散型鉆井液：以具有包被、絮凝能力聚合物為主要處理劑，通過機(jī)械和化學(xué)手段，有效地控制鉆井液中固相含量和固體顆粒的粒度分布，使鉆井效率大幅度提高。,不分散固相顆粒保持所需的粒度范圍內(nèi)不分散； 低固相粘土含量要低。,維護(hù)鉆井液中固相的合理粒度級(jí)配，盡量減少亞微米顆粒的含量，以保持優(yōu)良性能。利用聚合物分子包被所用巖屑以便于清除

7、，實(shí)現(xiàn)低固相，達(dá)到提高鉆速的目的。,鉆速,影響,一、鉆井液組成、性能對(duì)鉆速的影響,1、壓差P的影響,壓差：鉆井液液柱壓力與地層流體壓力之差。,漿PV鉆速,原因：井底壓差對(duì)剛破碎的巖屑有壓持作用，阻礙了井底巖屑的及時(shí)清除，影響鉆頭的破巖效率。,2、粘度,影響鉆速的粘度是指鉆頭噴嘴處紊流情況下的鉆井液粘度。,(1) 粘度壓耗 Q、井底功率鉆速； (2) 粘度環(huán)空靜水壓頭相當(dāng)于鉆速； (3) 粘度時(shí)，鉆速。,一、鉆井液組成、性能對(duì)鉆速的影響,3、濾失量B,(1)B巖石強(qiáng)度鉆速；,(2)BP孔P鉆速；,(3)架橋粒子濃度C B瞬鉆速。,只要C和保持很低，即使使用低B，仍能獲得大的鉆速。,一、鉆井液組成

8、、性能對(duì)鉆速的影響,4、固相含量,固含 、P液鉆速。,(1)惰性固相(加重劑)，對(duì)鉆速影響??； (2)巖屑、劣質(zhì)土，對(duì)鉆速影響居中； (3)活性土、高造漿率土(粘土類)，對(duì)鉆速的影響大。,小于1微米的固相顆粒對(duì)鉆速影響為粗顆粒的13倍，故鉆井液中亞微米顆粒越多，鉆速降低得越嚴(yán)重。,因?yàn)楣毯绊?、P、B等，故固含是影響鉆速的直接因素。,一、鉆井液組成、性能對(duì)鉆速的影響,二、達(dá)到不分散低固相的措施,1、固控設(shè)備：,振動(dòng)篩,除砂劑,除泥劑,超級(jí)旋流器旋流分離器,沉降離心機(jī)、轉(zhuǎn)筒離心機(jī)離心分離機(jī),1）振動(dòng)篩 （Shale shakers）,2）旋流器（Hydrocyclones） 結(jié)構(gòu)組成 支架、錐體

9、、砂泵 類型 除砂器（Desander） 除泥器（Desilter） 超級(jí)旋流器,工作原理 影響因素 流量(壓力) 尺寸 主要參數(shù) 處理量 底流密度 底流形狀,3）離心機(jī)（Decanting centrifuges）,結(jié)構(gòu)組成 外筒、內(nèi)筒、離心泵、電機(jī) 類型 標(biāo)準(zhǔn)離心機(jī) 高速離心機(jī),3）離心機(jī)（Decanting centrifuges） 工作原理,內(nèi)、外筒同向高速向旋轉(zhuǎn),離心力使巖屑甩向外筒壁。由于內(nèi)外筒轉(zhuǎn)速差異產(chǎn)生的螺旋推力，使巖屑推向排屑端。液體從排液端返回。,固控設(shè)備的正確使用 合理配置 振動(dòng)篩+除砂器+除泥器 振動(dòng)篩+除砂器+除泥器+離心機(jī) 振動(dòng)篩+除砂器+清潔器 注意使用順序 大顆

10、粒小顆粒 設(shè)備處理能力 按鉆井液最大排量的125%配備,2、化學(xué)方法絮凝,利用高聚物的吸附橋聯(lián)作用，絮凝清除鉆井液中較小的固體顆粒。,(1)絮凝劑分類,a、壓縮雙電層；,b、有機(jī)類：吸附架橋作用。高分子有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可把吸附粘土的高分子鏈纏在一起。,(a)完全絮凝劑：粘土、巖屑全部絮凝。如：PAM；,(b)增效選擇性絮凝劑：只絮凝巖屑，增效是指還增加鉆井液的 粘度。如：VAMA；,(c)非增效選擇性絮凝劑：只絮凝巖屑，對(duì)鉆井液的粘度不增加。,二、達(dá)到不分散低固相的措施,(2)選擇性絮凝劑,PHP水解度H=30%時(shí)，絮凝效果最好。,Hn、0/p、水眼略有上升； 分子量M水眼、0/p、n變化不正常。

11、,不易吸附于PHP上(電性斥力大),粘土：水化膜厚，帶負(fù)電量大 膨潤土：水化膜厚，帶負(fù)電量大,巖屑：水化膜薄，帶負(fù)電量小，易吸附于PHP上(電性斥力小)。,二、達(dá)到不分散低固相的措施,(3)絮凝效果評(píng)價(jià),a、形成一定清液所需要的時(shí)間；,b、找最佳絮凝值C佳。,式中：V1絮凝劑溶液體積； d1絮凝劑溶液比重； D絮凝劑百分含量； V2鉆井液體積； d2鉆井液比重。,相同聚合物不同鹽基絮凝能力大小為：K+NH4+Na+Ca2+ 如：K-PAMNa-PAM等。,二、達(dá)到不分散低固相的措施,三、不分散低固相聚合物鉆井液組成和性能指標(biāo),1、組成：淡水、膨潤土、高聚物(選擇性絮凝劑)、有 時(shí)還有降濾失劑組

12、成。,2、性能指標(biāo),(1)固含量不大于5%(指體積百分?jǐn)?shù))；,(2)巖屑與膨潤土含量之間的比值不超過2：1；,(3)0(Pa)/p(mPa.s)約0.30.5左右；,(4)pH值保持在78.5之間；,(5) 0一般達(dá)1529mg/cm2時(shí)，效果最佳；對(duì)于加重鉆井液體系則應(yīng)注意保持重晶石的懸浮。,(6)濾失量以保持井壁穩(wěn)定，井下正常為宜。,(7)在整個(gè)鉆井過程中，基本不用有機(jī)分散劑。,3、不分散鉆井液體系處理劑的選用原則,(1)采用單一的處理劑是不可能滿足不分散性鉆井液所需性能的要求，應(yīng)將處理劑復(fù)配使用；,(2)復(fù)配的基本原則應(yīng)該是大分子(分子量為200萬以上)與中、小分子(分子量為60萬以內(nèi))

13、相結(jié)合。,大分子控制固相、穩(wěn)定井壁及改善流型,小分子降濾失及改善濾餅質(zhì)量；,(3)處理劑的配比及加量應(yīng)根據(jù)具體要求加以調(diào)整；,三、不分散低固相聚合物鉆井液組成和性能指標(biāo),(4)應(yīng)根據(jù)不同鹽基的特性加以選用。,如：鈉鹽適合淡水及微咸水鉆井液，鈣鹽適用于海水、咸水鉆井液，而鉀鹽適用于防塌。,(5)基漿固相含量高、粘切大時(shí)，大分子比例要低， 因?yàn)榇蠓肿拥脑鼍I效應(yīng)大，不易控制。,造漿能力強(qiáng)的地層,大分子處理劑為主,抑制能力,滲透性好的地層,小分子處理劑為主,提高造壁性能 改善濾餅質(zhì)量,三、不分散低固相聚合物鉆井液組成和性能指標(biāo),四、不分散鉆井液配方的組配,由于各種處理劑的分子量不同、結(jié)構(gòu)不同，則在鉆井

14、液中所起的作用也不同，必須了解各種處理劑的性能特點(diǎn)，取長補(bǔ)短，進(jìn)行組配。,1、作為降濾失劑，分子量要求小一些，一般分子量在520萬左右，同時(shí)具有水化能力較強(qiáng)的陰離子官能團(tuán)；,2、作為降粘劑，要求比降濾失劑更小的分子量，同時(shí)具有更多的水化基團(tuán)；,3、作為流型改進(jìn)劑或抑制包被劑，則要其分子量較大，同時(shí)具有吸附性較強(qiáng)的非離子官能團(tuán)，或一定數(shù)量的陽離子官能團(tuán)；,4、當(dāng)鉆井液使用高礦化度水時(shí)，選用含有磺酸基團(tuán)或含有極性較強(qiáng)的非離子基團(tuán)處理劑，而盡量不用含有羧基的；,5、當(dāng)鉆井液處于高溫時(shí)，選用帶有苯乙烯和適當(dāng)烷基的乙烯基單體，而避免用醚鏈聯(lián)結(jié)的聚合物。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,1、常用的流變模式

15、,賓漢模式：0pD,冪律模式：KDn,帶屈服值的冪律模式(Herchel-Bulkley模式)：0KDn,卡森模式：,或,2、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù),循環(huán)壓耗,鉆井液排量不能太大,環(huán)空中的上返速度,效地?cái)y帶巖屑,鉆井液在環(huán)空應(yīng)有較高的有效粘度,井壁沖蝕,平板型層流,為了提高噴射鉆井的效率，必須要求鉆井液在井下循環(huán)過程中，不同部位所具有的不同粘度間應(yīng)有一個(gè)最優(yōu)組合。必須進(jìn)行流變參數(shù)優(yōu)選，包括紊流條件下的流變參數(shù)優(yōu)選。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,(1)流變參數(shù)優(yōu)選的定量表示,Eckels曾對(duì)此進(jìn)行了理論計(jì)算，結(jié)論是：為更好地發(fā)揮噴射鉆井的效果，鉆井液應(yīng)具有以下的流變參數(shù)組合。,環(huán)1530mPa.s

16、；,26mPa.s(816mPa.s)；,c530mg/cm20.53Pa(0.30.5Pa)；,Im300600(100280)；,括號(hào)內(nèi)為第一、二代的聚合物鉆井液的參數(shù)。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,對(duì)于非加重鉆井液：,p512mPa.s；,01.414.4Pa；,對(duì)于加重鉆井液：P119121中的4個(gè)圖；,能懸浮重晶石的最低初始靜切力s1.44Pa。,對(duì)于第一、二代的聚合物鉆井液，、c、Im總是難以兼顧。當(dāng)降低時(shí)(膨潤土含量降低)，c和Im也降低。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,(2)流變參數(shù)計(jì)算,(mPa.s)1/2,(Pa)1/2,其中：mPa.s c：dyn/cm2,其中：m

17、Pa.s c：Pa,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,Dw：井眼直徑，cm； Dp：鉆具直徑，cm； n：流性指數(shù)； V：平均流速，cm/s； Q泵：鉆井液泵排量，l/s； 環(huán)則根據(jù)流變模式來計(jì)算。,s-1,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,3、其它有關(guān)計(jì)算,(1)不同流體雷諾數(shù)和臨界流速的計(jì)算(都是在環(huán)空中的雷諾數(shù)),a、賓漢流體：,雷諾數(shù)的計(jì)算,式中：D1內(nèi)管的外直徑，cm； D2外管的內(nèi)直徑，cm； p泊(=dyn.s/cm2)； 0dyn/cm2； g/cm3； Vcm/s。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,(b)臨界流速Vk的計(jì)算,式中：D1內(nèi)管的外直徑，cm； D2外管的內(nèi)直徑，cm；

18、 p泊(=dyn.s/cm2)； 0dyn/cm2； g/cm3； g980cm/s2。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,b、冪律流體：,雷諾數(shù),臨界流速,式中： D1內(nèi)管的外直徑，cm； D2外管的內(nèi)直徑，cm； g/cm3； V cm/s； Kdyn.sn/cm2； g980cm/s2。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,c、卡森模式雷諾數(shù)的計(jì)算,d、帶屈服值的冪律模式雷諾數(shù)的計(jì)算,式中： D1內(nèi)管的外直徑，cm； D2外管的內(nèi)直徑，cm； g/cm3； V cm/s； 泊(dyn.s/cm2)； cdyn/cm2。,0dyn/cm2； Kdyn.sn/cm2。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)

19、算,(2)鉆井液循環(huán)一周所需要的時(shí)間,a、處理鉆井液時(shí)加藥一個(gè)循環(huán)周所需時(shí)間計(jì)算,式中：Tmin； V鉆井液循環(huán)量，l或m3； Q泵l或m3/s。,b、由入井口到出井口所需的循環(huán)時(shí)間計(jì)算,V井井眼容積，l或m3； V柱鉆柱容積，l或m3； Q泵l或m3/s。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,(3)鉆井液上返速度計(jì)算,式中：V返m/s； D井、d柱cm； Q泵l/s。,五、流變參數(shù)優(yōu)選技術(shù)及有關(guān)計(jì)算,(1) 聚丙烯酰胺及衍生物,聚丙烯酰胺（PAM）,相對(duì)分子量 100500萬 絮凝劑 1090萬 降濾失劑 10萬以下 穩(wěn)定劑,部分水解聚丙烯酰胺（PHPA）,水解聚丙烯腈,水解度 60-70% 降

20、濾失 堵漏 20-40% 絮凝劑,做降濾失劑，羧基含量在70-80%。,2-3 在聚合物鉆井液中常用的處理劑,水解聚丙烯腈銨鹽 NH4-HPAN,抗高溫降濾失劑，也是一種較好的防塌劑。,聚丙烯酸鈣,抗Ca2+、Mg2+降濾失劑，改善鉆井液流變性。,磺甲基化聚丙烯酰胺 SPAM,高溫降濾失劑，也具有一定的防塌和改善鉆井液流變性的能力。,2-3 在聚合物鉆井液中常用的處理劑,（2）醋酸乙烯酯-順丁烯二酸酐共聚物（VAMA）,選擇性絮凝劑 對(duì)膨潤土不絮凝，還可以增效。 對(duì)鉆屑和劣質(zhì)土迅速絮凝,（3）磺化苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物（SSMA）,優(yōu)良的降粘劑 很強(qiáng)的抗溫抗鹽能力，抗高溫至260以上。,2

21、-3 在聚合物鉆井液中常用的處理劑,聚合物在鉆井液中顆粒上的吸附是其發(fā)揮作用的前提。當(dāng)一個(gè)高分子同時(shí)吸附在幾個(gè)顆粒上，而一個(gè)顆粒又可同時(shí)吸附幾個(gè)高分子時(shí)，就會(huì)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，聚合物的這種作用稱為橋聯(lián)作用。當(dāng)高分子鏈吸附在一個(gè)顆粒上，并將其覆蓋包裹時(shí)，稱為包被作用。橋聯(lián)和包被是聚合物在鉆井液中的兩種不同的吸附狀態(tài)。只是吸附狀態(tài)不同，產(chǎn)生的作用也不同，如橋聯(lián)作用易導(dǎo)致絮凝和增粘等，而包被作用對(duì)抑制鉆屑分散有利。,2-4聚合物處理劑的主要作用機(jī)理,(1)橋聯(lián)與包被作用,(2)絮凝作用,2-4聚合物處理劑的主要作用機(jī)理,當(dāng)聚合物在鉆井液中主要發(fā)生橋聯(lián)吸附時(shí)，會(huì)將一些細(xì)顆粒聚結(jié)在一起形成粒子團(tuán)，這種作用稱

22、為絮凝作用，相應(yīng)的聚合物稱為絮凝劑。形成的絮凝塊易于靠重力沉降或固控設(shè)備清除，有利于維持鉆井液的低固相。所以，絮凝作用是鉆井液實(shí)現(xiàn)低固相和不分散的關(guān)鍵。,根據(jù)絮凝效果和對(duì)鉆井液性能的影響，絮凝劑又可分為兩類：一是全絮凝劑；二是選擇性絮凝劑。,增粘劑多用于低固相和無固相水基鉆井液，以提高懸浮力和攜帶力。增粘作用的機(jī)理，一是游離(未被吸附)聚合物分子能增加水相的粘度，二是聚合物的橋聯(lián)作用形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)鉆井液的結(jié)構(gòu)粘度。,2-4聚合物處理劑的主要作用機(jī)理,(3)增粘作用,常用的增粘劑有相對(duì)分子質(zhì)量較高的PHPA和高粘度型羧甲基纖維素(CMC)等。,2-4聚合物處理劑的主要作用機(jī)理,鉆井液濾失量

23、的大小主要決定于泥餅的質(zhì)量(滲透率)和濾液的粘度。降濾失作用主要是通過降低泥餅的滲透率來實(shí)現(xiàn)的。聚合物降濾失劑的作用機(jī)理主要取決于以下幾方面：,(4)降濾失作用,a. 保持鉆井液中的粒子具有合理的粒度分布，使泥餅致密。 b. 提高粘土顆粒的水化程度。 c. 聚合物降濾失劑的分子大小在膠體顆粒的范圍內(nèi)，本身可對(duì) 泥餅起堵孔作用，使泥餅致密。 d. 降濾失劑可提高濾液粘度，從而降低濾失量。,聚合物在鉆屑表面的包被和吸附是阻止鉆屑分散的主要原因。包被能力越強(qiáng)，對(duì)鉆屑分散的抑制作用也越強(qiáng)。,(5)抑制與防塌作用,聚合物具有良好的防塌作用，其原因有以下兩個(gè)方面：一是長鏈聚合物在泥頁巖井壁表面發(fā)生多點(diǎn)吸附

24、，封堵了微裂縫，可阻止泥頁巖剝落；二是聚合物濃度較高時(shí)，在泥頁巖井壁上形成較為致密的吸附膜，可阻止或減緩水進(jìn)入泥頁巖，對(duì)泥頁巖的水化膨脹有一定的抑制作用。,2-4聚合物處理劑的主要作用機(jī)理,聚合物鉆井液的結(jié)構(gòu)主要由粘土顆粒與粘土顆粒、粘土顆粒與聚合物和聚合物與聚合物之間的相互作用組成，降粘劑就是拆散這些結(jié)構(gòu)中的部分結(jié)構(gòu)而起降粘作用的。降粘作用的機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面：,2-4聚合物處理劑的主要作用機(jī)理,(6)降粘作用,A、降粘劑可吸附在粘土顆粒帶正電荷的邊緣上，使其放出包裹著的自由水，降低體系的粘度,B、可有效地拆散粘土與聚合物間的結(jié)構(gòu)，從而具有明顯的降粘作用。,2-4聚合物處理劑的主要作用機(jī)

25、理,綜上所述，聚合物處理劑的作用機(jī)理與其它相對(duì)分子質(zhì)量較低的處理劑的作用機(jī)理有其共同之處，但也有很大的區(qū)別。通過對(duì)作用機(jī)理的深入研究，一方面可為今后新型處理劑的研制提供理論依據(jù)，另一方面可對(duì)聚合物處理劑在現(xiàn)場的合理使用起重要的指導(dǎo)作用。,2-5 兩性離子聚合物鉆井液,一、研制的依據(jù),造漿井漿、上升很快,常規(guī)降粘劑,結(jié)構(gòu)粘度(AV、YP、GS),非結(jié)構(gòu)粘度、.,、固含,大量加水沖稀,大量放鉆井液,消耗了大量處理劑,增加了勞動(dòng)強(qiáng)度,解決這個(gè)問題的關(guān)鍵是：研制一種新型聚合物降粘劑，它在降低結(jié)構(gòu)粘度(AV、PV、GS)的同時(shí)，也能降低，且不削弱最好能增強(qiáng)體系的抑制能力，使降粘和抑制統(tǒng)一。,二、主要處理

26、劑,1.降粘劑,以XY系列為主，以XY27為代表。,分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分子量小,分子鏈中含有陰、陽、非離子基團(tuán),是線性兩性聚合物，它對(duì)巖屑有很強(qiáng)的抑制能力,2.強(qiáng)包被劑(FA系列),FA是兩性離子線性聚合物，相對(duì)分子量較大（100250萬）,在抑制能力，增粘性能，降濾失等性能方面與英國Alcomer507，Alcomer1773的性能相似，在某些方面還比它們好了。,三、實(shí)用體系,1.無固相鹽水,以長慶油田的使用為例，配方： 清水+0.10.3%FA367+0.1%CaCl2；,效果：V機(jī)高，速井周期短，鉆井液性能達(dá)到四低(.APIVf、)抑制性強(qiáng)，電測一次成功率高，成本低。,在進(jìn)入易塌開段前可將F

27、A367的加量提高到0.20.3%,2.不分散低固相體系,三、實(shí)用體系,配方：6%預(yù)水化膨潤土漿+0.3%FA367+0.4%XY-27+0.3%JT41(或再加FT342 3%),維護(hù)：使FA367濃度達(dá)到0.3%以上，以防井塌，控制Vf8ml濾餅質(zhì)量好。在此前提下調(diào)整其它性能，同時(shí)加強(qiáng)固控。,效果：低、防塌能力強(qiáng)、性能參數(shù)穩(wěn)定，適合于流變參數(shù)優(yōu)控，V機(jī)高，成本大幅度下降。,此外，還有低密度混油鉆井液，暫堵型完井液，中密度叢式井鉆井液、高密度鹽水鉆井液。,四、現(xiàn)場維護(hù)與使用要點(diǎn),1.處理為輔、維護(hù)為主，堅(jiān)持用膠液維護(hù)，避免大處理。,2.以性能正常為原則，調(diào)整FA367，XY27的比例，重鉆井

28、液可以不加FA367。,3.輕鉆井液膠液比例為： H2OFA367XY-27=10010.5，遇造漿地層XY27加倍。,4.重鉆井液膠液比例為（2.0時(shí)，處理劑用量加倍）： H2OXY-27SK-(或PAC-142等)=1002.52.5,5.最大限度地用好固控設(shè)備,6.pH=88.5，pH9以后，XY-27和稀釋效果下降。,五、特點(diǎn)與展望,實(shí)踐證明，這種新體系具有以下特點(diǎn)：,抑制性強(qiáng)，剪切稀釋特性好，能較好地實(shí)現(xiàn)防塌抑躺，防止地層造漿，提高抗巖屑污染能力，為真正實(shí)現(xiàn)不分散，低固相創(chuàng)造了條件。,用這種體系鉆出的巖屑成形，棱角分明，內(nèi)部是干的，易于清除，有利于充分發(fā)揮固控設(shè)備的效率。,FA367

29、和XY27與現(xiàn)有其它處理劑相容性好，可以配成不同密度的鉆進(jìn)液用于不同深度井段。在高密度礦化鉆井液中應(yīng)用，有獨(dú)特的效果。,XY27加量少，稀釋好，見效快，鉆井液性能穩(wěn)定周期長，基本上解決了在造漿地層大沖大放的問題，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約鉆井成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。,2.展望,兩性復(fù)合離子聚合物鉆井液存在以下問題：,粘土容限尚不夠大，鉆屑含量超過20%鉆井液性能即顯著變壞，對(duì)固控要求仍舊很高。,抗鹽能力有限，礦化度超過10萬ppm，鉆井液性能媽開始惡化，雖然現(xiàn)場已有用于飽和鹽水鉆井液的實(shí)例，但性能價(jià)格比并不十分理想。,機(jī)理研究有待深入。分子結(jié)構(gòu)中引入陽離子基團(tuán)以后，聚合物性能有了顯著改善，但其作用

30、機(jī)理尚待深入研究。,解決這類問題的思路仍然是從機(jī)理研究入手，弄清性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，進(jìn)而合成，評(píng)選新的處理劑，建立新的體系，逐步把聚合物鉆井液工藝，提高到一個(gè)新的水平。,2-6 陽離子聚合物鉆井液,陽離子聚合物的作用：,能中和粘土表面的負(fù)電荷，降低粘土的水化分散，提高井眼穩(wěn)定。,同時(shí)大分子陽離子還能包被巖屑，防止其分?jǐn)?shù)，抑制地層造漿。,加之它穩(wěn)定粘土能力強(qiáng)，加量少，效能高，適用于各種地層。,所以陽離子聚合物能穩(wěn)定粘土，防止粘土水化和運(yùn)移。,組成：陽離子聚合物鉆井液的高分子聚合物為粘土包被抑 制劑。小分子陽離子聚合物為粘土穩(wěn)定劑，再加之增粘劑，降Vf劑、封堵劑等配制而成。,優(yōu)點(diǎn)：該鉆井液有良好的流

31、變性，較好的井壁穩(wěn)定性、攜帶巖屑、防卡、防泥包等性能。,分類：,有粘土類(解絮凝體系),無粘土類(不分散體系),2-6 陽離子聚合物鉆井液,一、主要處理劑特點(diǎn),1.粘土穩(wěn)定劑(小陽離子),有代表性的是NW1(環(huán)氧丙基三甲基氯化銨)，其結(jié)構(gòu)為：,對(duì)粘土穩(wěn)定作用的評(píng)價(jià)(數(shù)據(jù)見P149152表)NW1與KCl進(jìn)行對(duì)比的結(jié)果,CTS值，鉆屑回收率、粒度分布、粘土礦物層間距和粘土顆粒去電位。 CTS值越小，抑制性越好；層間距越小，抑制性越好；,2.包被絮凝劑(大陽離子),以季銨鹽產(chǎn)品最多，穩(wěn)定性強(qiáng)，不受pH值影響。,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,代表性產(chǎn)品是聚胺甲基丙烯酰胺(簡稱大陽離子)，相對(duì)分子量在100萬左右，結(jié)構(gòu)式為：,性能評(píng)價(jià)(抑制能力評(píng)價(jià)),a.陽、陰離子polymens鉆屑回收