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泥浆添加剂

1.3泥浆处理剂及其作用原理

为了保证钻井泥浆的稳定性和调整泥浆的各种工艺性能,以适应各种情况下的钻井要求,泥浆中使用着各种各样的化学处理剂(泥浆添加剂)。

随着钻井工艺向高速优质、超深井、海洋和复杂地层发展,泥浆体系不断发展,泥浆处理剂的种类也在不断的增加和更新。

目前,美国的泥浆处理剂已经超过3000种。

按处理剂在泥浆中所起作用不同,可将泥浆处理剂分为以下十六类:

(1)碱度和pH控制剂;

(2)杀菌剂;(3)除钙剂;(4)腐蚀抑制剂;(5)消泡剂;(6)乳化剂;(7)降失水剂;(8)絮凝剂;(9)起泡剂;(10)堵漏材料;(11)润滑剂;(12)页岩稳定剂;(13)表面活性剂;(14)降粘剂和分散剂;(15)增粘剂;(16)加重剂。

按处理剂的化学组成,可将其分为无机处理剂、有机高分子处理剂和表面活性剂三大类。

1.3.1无机处理剂

1.3.1.1纯碱

纯碱就是碳酸钠(Na2CO3),又叫苏打。

无水碳酸钠为白色粉末,密度2.5,水溶液呈碱性(pH值 约为11.5),在空气中易结成硬块(晶体),存放时要注意防潮。

纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙质粘土变为钠质粘土:

Ca-粘土+Na2CO3

Na-粘土+CaCO3↓

从而有效地改善粘土的水化分散性能,因此加入适量纯碱可使新浆的失水下降,粘度、切力增大。

但过量的纯碱要产生压缩双电层的聚结作用,反而使失水增大。

其合适加量要通过造浆实验来确定。

此外,由于CaCO3的溶解度很小,在钻水泥塞或泥浆受到钙侵时,加入适量纯碱使Ca++沉淀成CaCO3,从而使泥浆性能变好。

含羧基钠官能团(-COONa)的有机处理剂因钙侵(或Ca++浓度过高)而降低其处理效果时,一般可以用加入适量纯碱的办法恢复其作用。

1.3.1.2烧碱

烧碱即氢氧化钠(NaOH),是乳白色晶体,比重为2~2.2,易溶于水,溶解时放热,溶解度随温度升高而增大,水溶液呈强碱性(pH值为14),能腐蚀皮肤和衣服。

烧碱是强碱,用于控制泥浆的pH值,与丹宁、褐煤等酸性处理剂配制成碱液,使其有效成分溶解,还可控制Ca++浓度,因为

1.3.1.3石灰

生石灰是CaO,吸水后变成熟石灰Ca(OH)2,在水中的溶解度不大(常温下约为0.16%)且随温度升高而降低。

石灰可提供Ca++,控制粘土的水化分散能力使之保持适度的粗分散,配合降粘剂和降失水剂进行钙化处理,可得性能比较稳定、对可溶盐侵污不敏感、对泥页岩防塌性能较好的钙处理泥浆。

但石灰泥浆在高温情况下可能产生固化,因此超深井慎用。

石灰还可配制石灰乳堵漏剂封堵漏层。

1.3.1.4石膏

石膏(CaSO4)有生石膏和熟石膏两种。

熟石膏是白色粉未,比重2.5,常温下溶解度较小(约为0.2%),40℃以前,溶解度随温度增高而增大,40℃以后,溶解度随温度增高而降低,其溶解度大于石灰。

吸湿后结成硬块,存放时应注意防潮。

在处理泥浆上,石膏与石灰的作用大致相同,都是钙处理的原材料,其差别在于阴离子的影响不同,石膏提供的钙离子浓度比石灰高一些,石膏处理会引起泥浆pH值降低。

1.3.1.5氯化钙

氯化钙(CaCl2)能大量溶于水中(常温下约为75%)且其溶解度随温度增高而增大,它比石灰、石膏的溶解度大得多,故可用来配制防塌性能较好的高钙泥浆。

由于

,用CaCl2处理时常常引起泥浆pH值降低,同时CaCl2泥浆的pH值不宜过高,才能保证较高的Ca++浓度。

1.3.1.6食盐

食盐(NaCl)为白色晶体,常温密度约为2.17g/cm3。

纯品不潮解,含MgCl2、CaCl2、等杂质的食盐容易吸潮。

在水中的溶解度较大(20℃时为36.0克/100克水),且其溶解度随温度增高略有增大(80℃时为38.4克/100克水)。

食盐主要用来配制盐水泥浆和饱和盐水泥浆,以防岩盐井段溶解成“大肚子”。

还可用来提高泥浆的矿化度,抑制井壁泥岩水化膨胀或坍塌。

有时用于提高泥浆的切力和粘度。

1.3.1.7水玻璃

水玻璃一般为粘稠的半透明液体,随所含杂质不同可以呈无色,棕黄色或青绿色等,井场采用的水玻璃比重约为1.5~1.6,pH为11.5~12,能溶于水和碱性溶液,能与盐水混溶,可用饱和盐水调节水玻璃的粘度。

水玻璃的化学式常用Na2SiO3表示,但实际结构常以Si-O-Si键连成低聚合度的聚合物,故用Na2O·XSiO2表示水玻璃的组成较好。

水玻璃加入泥浆,可以部分水解生成胶态沉淀:

Na2O·XSiO2+(Y+1)H2O

XSiO2·YH2O↓+2NaOH

可使部分粘土颗粒(或粉砂等)聚沉,从而保持较低的固相含量和比重。

此外,水玻璃泥浆对泥页岩的水化膨胀有一定的抑制作用,故有较好的防塌性能。

当水玻璃溶液的pH降至9以下时,整个溶液会变成不流动的凝胶。

这是由于水玻璃发生缩合作用生成较长的带支链的-Si-O-Si-链,这种长链能形成网状结构而包住溶液中全部水。

从调匀pH到胶凝所需的时间,随pH而有很大的变化(可以从几秒到几十小时),利用这个特点,可以将混入水玻璃的泥浆打入预定井段进行胶凝堵漏。

1.3.1.8重铬酸钠

重铬酸钠(Na2Cr2O7·2H2O)又叫红矾钠,红色针状晶体,常温比重约为2.35,易潮解,有强氧化性,易溶于水(25℃时溶解度为190克/100克水),水溶液因水解作用呈现酸性:

加碱时平衡右移,故在碱溶液中主要以

形式存在。

在泥浆中

能与有机处理剂起复杂的氧化还原反应,生成的

又能与多官能团的有机处理剂形成络合物(如木质素磺酸铬,铬腐植酸),少量铬酸盐能提高铁铬盐泥浆和煤碱剂泥浆的热稳定性,有时也用作防腐剂。

1.3.1.9六偏磷酸钠

六偏磷酸钠[(NaPO3)6]为无色玻璃状固体,常温比重约为2.5,有较强的吸湿性,潮解后会逐渐变质,能溶于水,在温水中溶解较快,溶解度随温度增高而增大,水溶液呈弱酸性(pH=6.0~6.8)。

六偏磷酸钠主要用作粘土泥浆的分散剂。

1.3.1.10碱式碳酸锌

碱式碳酸锌[Zn2(OH)2CO3]能与H2S反应生成稳定的不溶性ZnS,加入泥浆中后不会影响泥浆性能,且能有效地消除H2S的污染和腐蚀,是较好的H2S清除剂。

此外,石墨粉可用来改善泥浆的润滑性;石棉粉可用于提高清水钻进的带砂能力,磷酸氢二铵[(NH4)2HPO4]可用作盐水泥浆的腐蚀抑制剂;亚硫酸钠可用作低pH值泥浆的除氧剂,减少或消除泥浆中溶解的氧对金属管材的腐蚀;胶态氧化镁或氢氧化镁可用来代替粘上配制无粘上钻井液,因其比重低,热稳定性好,用它配制的无粘土钻井液可以提高钻速,也适用于超深井。

总括起来,无机处理剂的作用原理主要有以下三个方面:

(1)离子交换吸附。

主要是粘土颗粒表面的Na+

Ca++交换。

这一过程在改善粘土的造浆性能,泥浆的钙侵及其处理,钙处理泥浆以及防塌等方面都很重要,对泥浆性能的影响也较大。

(2)通过沉淀、中和、水解、络合等化学反应,除去有害离子,控制pH值,使有机处理剂变成能起作用的溶解态,形成螫合物等。

(3)压缩双电层的聚结作用。

这在盐水泥浆、盐侵及其处理中较重要,还可用来使泥浆保持适度粗分散调整泥浆的流动性能。

1.3.2有机降粘剂

1.3.2.1丹宁

丹宁又称鞣质,广泛存在于植物的根、茎、皮、叶、果壳或果实它中,是一大类多元酚的衍生物,由各种植物得来的丹宁,其化学组成颇不一致。

根据化学结构可将丹宁分为两类:

(1)水解类丹宁:

具有酯键或配糖键,在酸和酶的作用下容易水解产生没食子酸、双棓酸、鞣花酸(俗称黄粉)。

例如,粟木、橡椀、五棓子、漆叶等所含的丹宁;

(2)缩合类丹宁:

所有芳香核以碳键相连,在强酸和强氧化剂作用下分子间可以缩合,甚至产生红色沉淀(红粉)。

例如,坚木(或百雀木)、荆树皮、拷树皮、几茶等所含的丹宁。

国内常用五棓子丹宁,属水解类,分子式为C76H52O46、分子量为1701,是五个双没食子酸与葡萄糖的缩合物,故又称为五—双没食子酸葡萄糖。

丹宁可溶于水,呈弱酸性,加强酸使pH<5时,丹宁酸即沉淀析出。

与NaOH作用生成的丹宁酸钠水溶性更大,用作泥浆处理剂时,都配或2:

l或6:

4或1:

1的丹宁碱液。

丹宁酸钠(代号NaT)抗盐析的能力较差,泥浆遇大量可溶盐侵时,丹宁会显著减效。

五棓子丹宁可在NaOH溶液中水解生成双没食子酸钠和没食子酸钠。

温度愈高水解愈烈,水解产物虽有稀释作用,但由于分子量大大降低,其处理效果(特别是抗盐性)也降低。

丹宁在泥浆中的稀释作用机理如下:

大家知道,泥浆稠化的主要原因是片状粘土颗粒之间通过端-面和端-端粘结形成空间网架结构。

而丹宁酸钠则可通过配价键吸附在粘土颗粒断键边缘的A1离子处,同时剩余的—ONa基及—COONa基的水化,又能给土粒边缘带来负电荷和水化膜,大大削弱了粘土颗粒间的端—面和端—端粘结,从而大大削弱或拆散泥浆中的空间网架结构,致使泥浆的粘、切显著降低。

1.3.2.2栲胶碱液(代号NaK)

栲胶系由橡椀或红柳皮或落叶松树皮等含丹宁的植物加工制成,含丹宁48~70%,依栲胶的级别而异。

配制栲胶碱液,栲胶与烧碱的比例为1:

1、2:

1、3:

1和4:

1,浓度为1/10或1/5。

栲胶碱液中起稀释作用的成分仍是丹宁酸钠,其作用原理同前,差别在于栲胶中含糖类较多,故温度高时易发酵,引起泥浆发泡和性能变坏,一般仅用于浅井和中深井。

1.3.2.3磺甲基丹宁(SMT)

磺甲基丹宁可在碱性条件下(pH=9~10)用丹宁酸与甲醛和亚硫酸氢钠进行磺甲基化反应制得。

进一步用Na2Cr2O7进行氧化和螯合所得的磺甲基丹宁铬螯合物,处理效果更好。

磺甲基丹宁铬是广泛使用的钻井液降粘剂,其主要特点是热稳定性高,在180~2000C的高温下能有效控制淡水泥浆的粘度。

适用于高温深井。

与磺甲基丹宁相类似的是磺甲基栲胶(SMK)。

1.3.2.4铁铬木质素磺酸盐(FCLS)

铁铬木质素磺酸盐简称铁铬盐,其代号为FCLS,是由木质素磺酸钙(亚硫酸纸浆废液的主要成分)与重铬酸钾和硫酸亚铁在一定条件下反应制得,其成品为棕黑色粉末,易溶于水,呈弱酸性,大量加入泥浆时应配合烧碱。

铁铬盐是一种抗盐、抗钙和抗温能力强的有效降粘剂,能用于淡水、海水和饱和盐水泥浆、各种钙处理泥浆和超深井泥浆。

其降粘作用主要是:

吸附在粘上颗粒的断键边缘上给端表面带来负电荷和水化膜,从而削弱粘土颗粒间的端-面和端-端粘结,削弱或拆散空间网架结构,致使泥浆粘、切显著降低。

此外,铁铬盐在泥、页岩上的吸附有抑制其水化膨胀和分散的作用,防止泥页岩造浆引起的泥浆粘、切上升,也可抑制泥浆中粘土颗粒的进一步细分散引起的粘、切上升。

室内试验和现场使用经验指出:

(1)FCLS在130℃以上发生减效现象时,可加入少量的K2Cr2O7或重铬酸钠恢复其降粘作用,其热稳定性可提高到177℃,温度超过177℃铁铬盐产生不可逆降解,还可能产生硫化物脆化腐蚀;

(2)pH值在9~11之间效果最好;(3)铁铬盐泥浆的泥饼摩擦系数较高,深井中使用时要注意混油和添加有效的润滑剂;(4)使用时如果产生泡沫,可加少量硬脂酸铝、甘油聚醚等消除。

1.3.2.5CPD(又名TSD)

CPD抗高温、抗电解质的解絮凝剂(降粘剂),其分子式为:

其分子量为100~5000。

CPD产品为50%浓度的水溶液,抗温极限260℃,它所处理的泥浆在232℃仍保持良好流变性;抗钙能力强,当Ca2+达1800ppm时,它所处理的泥浆仍有良好流动性。

该处理剂对不同浓度NaCl的褐煤铁铬盐井浆有较好的降粘效果,无分散作用,能很好稳定井壁,控制高温静置老化增稠效果好。

该处理剂在美国的路易斯安那近海、木比耳海湾、加里福尼亚等地区的海水泥浆中已广泛应用,使用最高井温204℃。

1.3.2.6TSPD

TSPD是一种抗高温(234℃)聚合物反絮凝剂。

表1-3列入用它处理严重水泥侵的泥浆,性能良好,其最佳加量为4.275kg/m3。

1.3.2.7黑色素衍生物(DMP)

DMP是一种天然有机聚合物抗高温(>204℃)降粘剂剂,处理受大量二价阳离子污染的泥浆仍有效。

范氏稠度仪测试表明,基浆121℃开始快速絮凝,177℃热胶凝。

经DMP处理后,常温至149℃稠度稍降,149~177℃稠度不变,232℃下泥浆稠度仅为原始稠度的64%,冷却至室温稠度保持不变。

表1-3TSPD加量与水泥侵泥浆性能的关系

泥浆组成

泥浆性能

基浆1

L

LPG

kg

褐煤

kg

TSPD

kg

DMS2

kg

水泥

kg

塑性粘度

mPa·s

屈服值

Pa

静切力

Pa

高温高压滤失量

204℃,ml

0.1509

 

6.8

 

1.81

1.36

42

40.2

16.76/45.96

68

0.1509

6.8

 

 

 

1.36

34

25.8

143.6/143.6

 

0.1509

6.8

 

0.68

 

1.36

26

10.53

3.35/9.57

28

0.159

6.8

 

1.36

 

1.36

20

10.53

7.47/11.49

28

注:

1.基浆为28.5/m3膨润土,11.4kg/m3海泡石,pH为11.0~11.5; 

2..DMS为一种配浆用表面活性剂。

1.3.2.8SSMA

SSMA是一种抗高温(>200℃、)的解絮凝剂。

分子量为1000~5000。

SSMA不污染环境,其性质列于表1-4。

用SSMA处理泥浆大大提高了热稳定性,而SSMA和FCL的复配处理效果更佳。

               表1-4SSMA的物理和化学性质

形状

粘度

(30%固含)mPa•s

PH

30%固含

体密度kg/m3

含水量

%

离子类型

溶液特点

分解温度/℃

棕黄色粉末

30

6.5

608

5

阴离子

淡黄色、透明

呈弱表面活性

>400

SSMA已在美国许多高温油井或地热井中使用。

例如,新奥尔良附近东部油田某井,钻至井深5486m,井温176.7℃,泥浆稠化,极难控制流变性。

用木质素磺酸盐处理和严格固控仅暂时改善流变性。

在井深5547m,加入2.85kg/m3SSMA,稳定了流变性。

采用SSMA和FCLS复合处理密度为2.24~2.27g/cm3的井浆,泥浆性能良好,克服了经常发生气侵和CO2侵的现象。

用此泥浆钻至井深6981m,井温229.4℃。

1.3.2.9Therma1-Thin

Therma1-Thin是由Baroid公司生产的一种抗高温聚合物型分散剂,抗温达204℃以上,在中等以下固含的淡水中尤为有效,适用于各种分散泥浆中。

可单独使用,亦可与FCLS配合使用,适应性很强,抗盐抗钙能力强。

在淡水泥浆中其加量为2.85~11.4kg/m3,在饱和盐泥浆中为5.7~11.4kg/m3。

1.3.3有机降失水剂

1.3.3.1煤碱剂(代号NaC)

煤碱剂是由褐煤粉加适量烧碱和水配制成的,其有效成分为腐植酸钠。

褐煤含有大量的腐植酸(20~80%),腐植酸难溶于水,易溶于碱(生成腐植酸钠)。

现场常用配方为:

褐煤:

烧碱:

水=15:

(1~3):

(50~200)。

腐植酸不是单一的化合物,而是由几个分子大小不同、结构组成不一致的羟基芳香羧酸族组成的混合物。

用不同溶剂可将其分成三个组分:

黄腐酸、棕腐酸和黑腐酸。

从元素分析得知,腐植酸的化学组成一般为:

C—55%~65%;H—5.5%~6.5%,O—25%~35%,N—3%~4%;另含少量S和P。

腐植酸的分子量,测定结果相差很大,一般认为:

黄腐酸-300~400,棕腐酸—2×103~2×104,黑腐酸-104~106。

由于腐植酸分子含有较多可与粘土吸附的官能团,特别是邻位双酚羟基,又含有水化作用较强的羧钠等基团,使腐植酸钠既有降失水的作用,还兼有降粘作用。

煤碱剂在泥浆混油时还有乳化分散作用。

由于腐植酸分子的基本骨架是碳链和碳环结构,困此它的热稳定性相当突出,它在232℃的高温下仍能有效控制淡水泥浆的失水量。

煤碱剂遇大量钙侵时会生成微溶性的腐植酸钙沉淀而失效,此时应配合纯碱除钙。

但在用大量煤碱剂处理的泥浆中加入适量的Ca++,能生成部分胶状腐植酸钙沉淀,使泥饼变得薄而韧、失水降低,同时对泥浆中的Ca++浓度还有一定的缓冲作用,即当Ca++被粘土吸附时,平衡:

2Na+Hm-+Ca++ 

Ca(Hm)2↓+2Na+左移,使Ca++浓度不降低。

因此,褐煤-氯化钙泥浆、褐煤-石膏泥浆有抑制粘土水化膨胀,防止泥页岩井壁坍塌的作用。

煤碱剂降失水的作用机理:

含有多种功能团的阴离子型大分子腐植酸钠,吸附在颗粒表面上形成吸附水化层,同时提高土粒的电动电位,因而增大土粒聚结的机械阻力和静电斥力,提高了土粒的聚结稳定性,使多级分散的泥浆中易于保持和增加细土粒的含量,以便形成致密的泥饼,特别是土粒吸附水化膜的高粘度和弹性带来的堵孔作用,使泥饼更加致密,从而降低失水。

1.3.3.2腐植酸衍生物

(1)铬褐煤(或铬腐植酸)

铬褐煤是重铬酸钠(钾)和褐煤的混合物,其中腐植酸与重铬酸盐的重量比为3:

1或4:

1。

 此混合物在80℃以上反应生成腐植酸(或氧化腐植酸)的铬螯合物—铬腐植酸是其有效成分。

反应包括氧化及螯合两步:

氧化使腐植酸的亲水性增强,同时重铬酸盐被还原成Cr+++,Cr+++再与氧化腐植酸或腐植酸进行螯合。

铬腐植酸在水中有较大的溶解度,其抗盐、抗钙能力也比腐植酸钠强。

铬腐植酸既有降失水作用,又有降粘作用。

特别是它和铁铬盐配合使用时(常用配比是铁铬盐:

铬腐植酸=2:

1),有良好的协同作用。

由铁铬盐一铬腐植酸和表面活性剂(如P-30或丁基萘磺酸钠、司盘-80等)组成的“铬腐植酸活性剂泥浆”(或称“含铬泥浆”),具有很高的热稳定性和较好的防塌效果,现场曾经在6280米的高温深井(井底温度为235℃)和易塌地层中使用。

(2)硝基腐植酸

硝基腐植酸可用3N左右的稀硝酸与褐煤在40~60℃下反应制成,配比以腐植酸:

硝酸=1:

2较好。

反应包括氧化和硝化。

反应使腐植酸平均分子量降低,羧基增多,并引入硝基等。

硝基腐植酸碱剂具有良好的降失水作用和降粘作用。

其突出的特点是抗盐能力大大增强,加盐20~30%后仍能有效的控制失水量和粘度。

此外,硝基腐植酸还有良好的乳化作用和较高的热稳定性(抗温可达200℃以上),抗钙能力也较强。

(3)磺甲基褐煤

磺甲基褐煤可用甲醛和Na2SO3(或NaHSO3)在pH=9~11的条件下对褐煤进行磺甲基化反应制得。

所得产品进一步用Na2Cr2O7进行氧化和螯合,生成的磺甲基腐植酸铬处理效果更好。

磺甲基腐植酸铬它既有降失水作用又有降粘作用。

主要特点是热稳定性高,在200~220℃的高温下它能有效地控制淡水泥浆的失水量和粘度,缺点是高温下抗盐性能较差。

1.3.3.3钠羧甲基纤维素

羧甲基纤维素代号为CMC,用作泥浆处理剂的都是钠盐,叫钠羧甲基纤维素Na-CMC。

其分子结构为:

Na-CMC是长短不一的链状水溶性高分子,它的两个重要性能指标是聚合度和取代度(或醚化度)。

聚合度是组成Na-CMC分子的环式葡萄糖链节数(即上式中的n)。

同一种Na-CMC产品中各分子的链长不一,实测的是平均聚合度。

一般产品的聚合度在200~600左右,Na-CMC的聚合度是决定其水溶液粘度的主要因素,对于等浓度溶液,其粘度随聚合度增加而增大,而且浓度越高粘度差别越大。

市售Na-CMC分为高粘、中粘及低粘三种类型,其实质是聚合度不同。

取代度是每个环式葡萄糖链节上的羧甲基的数目。

原则上葡萄糖链节上的三个羟基上的氢都可被羧甲基取代,如是,规定其取代度为3,若只有一个被取代,则其取代度为1;若两个链节中只有一个被取代,则其取代度为0.5。

市售Na-CMC的取代度一般在0.5~0.85之间。

取代度是决定Na-CMC水溶性的主要因素。

取代度大于0.5的才溶于水,取代度越高其水溶性越好。

CMC在粘土上的吸附活性也主要取决于它的取代度,取代度在0.6~0.9之间时,吸附活性随取代度增大而增加,取代度超过0.9以后,吸附活性又随取代度增大而降低。

一般说来,用作泥浆处理剂的CMC取代度为0.8~0.9效果较好。

Na—CMC是一种抗盐、抗温能力较强的降失水剂,也有一定的抗钙能力。

降失水的同时还有增粘作用(高粘CMC增粘更显著),适用于配制海水泥浆、饱和盐水泥浆和钙处理泥浆,目前应用比较广泛。

降失水的作用机理:

Na-CMC在泥浆中电离生成长链多价阴离子。

羧甲基与断键边缘上Al离子之间的静电吸力、大分子链节上的OH和土粒面上的氧形成氢键、大分子的分子间力等,使CMC能吸附在粘土颗粒上形成水化层,同时增大土粒的ξ电位;细土粒还能与大分子部分粘结,参与网架结构的形成,避免土粒接触(护胶作用),从而大大提高了土粒(特别是聚结趋势强的细土粒)的聚结稳定性,有利于保持和提高细土粒的含量,形成致密的泥饼,降低失水。

CMC增大了泥浆滤液的粘度,也能降低失水;具有高粘度和弹性的吸附水化层的堵孔作用和Na-CMC溶液的高粘度都起降失水的作用。

1.3.3.4水解丙烯腈

水解聚丙烯腈是聚丙烯腈(聚合度n为2350~3760,平均分子量约为12.5~20万)的水解产物:

实质上是丙烯酸钠、丙烯酰胺和丙烯腈的共聚物。

其中的丙烯酰胺在NaOH存在的情况下还可继续水解生成丙烯酸钠,故其水解程度可用羧基与酰胺基之比值来表示。

水解聚丙烯腈的优点是热稳定性较高,但成本贵,多在超深井的高温井段用作降失水剂。

水解聚丙烯腈处理泥浆的性能与聚合度和水解度有关。

聚合度较高的降失水能力较强,但增粘也较多。

水解度较低的有絮凝作用,水解度太高降失水能力减弱(可用作增稠剂),羧基与酰胺基之比为4:

1~2:

1时降失水性能较好,水解聚丙烯腈抗盐能力较强,抗钙能力较弱,遇大量钙(如高浓度CaCl2)时会形成絮状沉淀。

1.3.3.5聚丙烯酸钠

聚丙烯酸钠是一种水溶性高聚物,用于控制淡水泥浆的失水量。

热稳定性可达191℃,使用时泥浆中Ca++含量应低于200~300ppm,不适用于钙处理泥浆和海水泥浆。

在高温条件下随着时间的延长,泥浆中可溶性铬能使聚丙烯酸钠聚合成凝胶状态,使泥浆静切力和失水量增大。

因其不削弱选择性絮凝剂的絮凝能力,主要用作不分散低固相泥浆的降失水剂,有利于固相控制,高分子量的聚丙烯酸钠还能增进聚合物泥浆的防塌能力。

1.3.3.6磺甲基酚醛树脂(SMP)

先在酸性条件(pH=3~4)下使甲醛和苯酚反应生成适当分子量的线性酚醛树脂,再在碱性介质中加入磺甲基化剂进行分步磺化,适当控制反应条件,即可获得较高磺化度和分子量的磺甲基酚醛树脂。

这是我国研制的一种抗温抗盐的超深井泥浆处理剂,曾在七千一百多米的超深井中使用,效果良好。

SMP与磺甲基褐煤、磺甲基丹宁配合使用,组成三磺泥浆体系,在180~200℃的高温下,仍能使饱和盐水泥浆具有合适的失水量和流动性质。

实践证明,它能降低高温(200℃左右)后高矿化度泥浆的失水量、泥饼厚度和泥饼摩擦系数,改善泥浆的流动性质。

1.3.3.7磺化褐煤树脂

磺化褐煤树脂由50%磺化褐煤和50%特制树脂组成。

美国商品代号为RESINEX,国内商品代号为SPNH。

磺化褐煤树脂为60μ的黑色粉末,溶于水。

在pH为7~14的各种水基泥浆中均可使用。

它是一种抗温抗盐的降失水剂,在盐水泥浆中抗温可达230℃,抗盐最高可达

110000ppm;在含钙量2000ppm的情况下,仍能保证泥浆性能稳定。

在降失水的同时,它不会增大泥浆的粘度。

磺化褐煤树脂的一个特殊效用,是在高密度泥浆中实现了控制失水而不增加泥浆粘度。

降失水的机理是能降低泥饼的渗透性,用它处理后泥饼渗透性极低,对于稳定井壁、预防粘卡和不堵塞油气层都是有利的。

1.3.3.8LPC

LPC是褐煤和聚合物的络合物,它能有效降低高温高

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