陽離子聚合物鉆井液

(1) 固相含量低，且亞微米粒子所占比例也低。這是聚合物鉆井液的基本特征，是聚合物處理劑選擇性絮凝和抑制巖屑分散的結(jié)果，對提高鉆井速度是極為有利的。對不使用加重材料的鉆井液，密度和固相含量大約成正比的。研究表明，純蒙脫土鉆井液中亞微米粒子含量為13%左右，用分散劑木質(zhì)素磺酸鹽處理后，亞微米粒子含量上升為約80%，而用聚合物處理后的體系亞微米粒子的含量降為約6%。大量室內(nèi)實驗和鉆井實踐均證明，固相含量和固相顆粒的分散度是影響鉆井速度的重要因素。

(2) 具有良好的流變性，主要表現(xiàn)為較強(qiáng)的剪切稀釋性和適宜的流型。聚合物鉆井液體系中形成的結(jié)構(gòu)由顆粒之間的相互作用、聚合物分子與顆粒之間的橋聯(lián)作用以及聚合物分子之間的相互作用所構(gòu)成。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以聚合物分子與顆粒之間橋聯(lián)作用的貢獻(xiàn)為主。在高剪切作用下，橋聯(lián)作用被破壞，因而粘度和切力降低，所以聚合物鉆井液具有較高的剪切稀釋作用。由于這種橋聯(lián)作用賦予聚合物鉆井液具有比其它類型鉆井液高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因而聚合物鉆井液具有較高的動切力。同時，與其它類型鉆井液相比，聚合物鉆井液具有較低的固相含量，粒子之間的相互摩擦作用相對較弱，因而聚合物鉆井液具有較低的塑性濃度。由于聚合物水溶液為典型的非牛頓流體，所以聚合物鉆井液一般具有較低的n值。當(dāng)然，在實際鉆井過程中，各流變參數(shù)需控制在適宜的范圍內(nèi)，過高和過低對鉆井工程都不利。

(3) 鉆井速度高。如前所述，聚合物鉆井液固相含量低，亞微米粒子比例小，剪切稀釋性好，卡森極限粘度低，懸浮攜帶鉆屑能力強(qiáng)，洗井效果好，這些優(yōu)良性能都有利于提高機(jī)械鉆速。在相同鉆井液密度的條件下，使用聚丙烯酰胺鉆井時的機(jī)械鉆速明顯高于使用鈣處理鉆井液時的機(jī)械鉆速。

(4) 穩(wěn)定井壁的能力較強(qiáng)，井徑比較規(guī)則。只要鉆井過程中始終加足聚合物處理劑，使濾液中保持一定的含量，聚合物可有效地抑制巖石的吸水分散作用。合理地控制鉆井液的流型，可減少對井壁的沖刷。這些都有穩(wěn)定井壁的作用。在易坍塌地層，通過適當(dāng)提高鉆井液的密度和固相含量，可取得良好的防塌效果。

(5) 對油氣層的損害小，有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)產(chǎn)層。由于聚合物鉆井液的密度低，可實現(xiàn)近平衡壓力鉆井;由于固相含量少，可減輕固相的侵入，因而減小了損害程度。

陽離子聚合物鉆井液體系是以高相對分子質(zhì)量陽離子聚合物(簡稱大陽離子)作包被絮凝劑，以小相對分子質(zhì)量有機(jī)陽離子(簡稱小陽離子)作泥巖抑制劑，并配合降濾失劑、增粘劑、降粘劑、CaO等處理劑配制而成的，它是一種新型的聚合物鉆井液體系。

⑴、大陽離子:顆粒狀固體，較易溶解，其膠液PH值7-8之間。具有包被鉆屑，抑制鉆屑造漿的作用，還有一定的增粘作用。在鉆井液中的最佳含量是0.2-0.4%。

⑵、小陽離子:液體或粉末狀固體，其膠液PH值5-7之間。具有抑制粘土水化分散的作用，還有一定的增粘增失水的負(fù)作用。在鉆井液中的最佳含量是0.3-0.5%。

⑶、降濾失劑:SAS、鈉鹽、CMC、SPNH(磺化褐煤樹脂)

⑷、增粘劑:HV-CMC

⑸、降粘劑:SMC(磺化褐煤)、PSC(磺化酚腐植酸鉻)、FCls

⑹、加重劑:鐵礦石粉、石灰石粉 ⑺、Ca0:提供Ca2+，減弱地層粘土水化分散，穩(wěn)定鉆井液性能。

聚合物鉆井液轉(zhuǎn)化為陽離子鉆井液

⑴、鉆表層水泥塞時，根據(jù)水泥塞的長度加入適量的純堿，沉除Ca2+，確保鉆井液具有良好的流動性。

⑵、鉆完表層水泥塞，測量全套鉆井液性能，排放適量的聚合物鉆井液，補(bǔ)充清水，循環(huán)均勻后，測量鉆井液性能，若粘度≤45s，搬土含量≤45g/l，固相含量≤10%，改型前的準(zhǔn)備工作完畢。

⑶、將小陽離子、FCLS、NaOH配制成膠液，按照循環(huán)周均勻混入聚合物鉆井液中，小陽離子的含量控制在0.3-0.5%之間，循環(huán)2-3周后，測量鉆井液性能，若粘切較高，可再次加入FCLS、NaOH膠液降低粘切，粘度<50s。

⑷、將大陽離子配制成膠液，按照兩個循環(huán)周均勻加入，大陽離子含量控制在0.2-0.4%之間。大陽離子加入后，鉆井液粘切會會大幅度上升，隨著鉆井液的循環(huán)，鉆井液粘切會逐步下降，粘切穩(wěn)定后會比加入前略有上升，因此大陽離子加入一周后，循環(huán)2-3周，再次加入大陽離子。

⑸、加入小陽離子后，鉆井液失水會有所上升，可加入CMC、鈉鹽降低鉆井液失水，CMC的降失水效果明顯好于鈉鹽。

⑹、改型完畢后，測量Ca2+濃度，若Ca2+濃度偏低，可加入Ca0乳液，Ca2+濃度控制在400-600mg/l之間。

?學(xué)科:鉆探工程

詞目:陽離子聚合物鉆井液

英文:cationic polymer drilling fluid

釋文:由含有眾多正離子的有機(jī)聚合物鉆井液。常使用的陽離子聚合物主要是有機(jī)聚季銨鹽類,如聚胺甲基丙烯酰胺(代號cPAM)、陽離子淀粉等。它既具有高價陽離子的強(qiáng)聚結(jié)效應(yīng);又具有高聚物對膨脹性粘土表面的吸附成膜作用,是較理想的抑制劑。其穩(wěn)定粘土的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無機(jī)鹽類(如鈣鹽、鉀鹽等),也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過廣為應(yīng)用的有機(jī)聚合物(如聚丙烯酸鹽類)。這種陽離子聚合物在淡水、硬水、鹽水中均可使用;并適用于水敏性地層(高嶺土、蒙脫土),用量小(僅千分之幾),效能高,配制簡單,成本低等優(yōu)點。隨著陽離子鉆井液體系的發(fā)展,可以預(yù)期在鉆井液技術(shù)方面將有一個較大的突破,對鉆井工程也會有較深遠(yuǎn)的影響。

(1)橋聯(lián)與包被作用

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)一個高分子同時吸附在幾個顆粒上，而一個顆粒又可同時吸附幾個高分子時，就會形成網(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顆粒上，并將其覆蓋包裹時，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)。實際體系中，這兩種吸附狀態(tài)不可能嚴(yán)格分開，一般會同時存在，只是以其中一種狀態(tài)為主而已。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，而包被作用對抑制鉆屑分散有利。

(2)絮凝作用

當(dāng)聚合物在鉆井液中主要發(fā)生橋聯(lián)吸附時，會將一些細(xì)顆粒聚結(jié)在一起形成粒子團(tuán)，這種作用稱為絮凝作用，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現(xiàn)低固相和不分散的關(guān)鍵。

根據(jù)絮凝效果和對鉆井液性能的影響，絮凝劑又可分為兩類:一是全絮凝劑，能同時絮凝鉆屑、劣質(zhì)土和蒙脫土，如非離子型聚合物PAM就屬于此類;二是選擇性絮凝劑，只絮凝鉆屑和劣質(zhì)土，不絮凝蒙脫土，如離子型聚合物PHPA、VAMA就屬于此類。當(dāng)絮凝劑能提高鉆井液粘度時，稱為增效型選擇性絮凝劑，而對粘度影響不大時稱為非增效型選擇性絮凝劑。

(3)增粘作用

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。常用的增粘劑有相對分子質(zhì)量較高的PHPA和高粘度型羧甲基纖維素(CMC)等。