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一、概述
　　聚合物鉆井液體系自70年代開始至今，在我國使用了二、三十年了。對(duì)于聚合物鉆井液的優(yōu)點(diǎn)我們都有比較深刻的體會(huì)， 但時(shí)常也難免感到有些美中不足。事實(shí)上，聚合物鉆井液之所以能夠發(fā)展起來主要是靠它的強(qiáng)抑制性和高剪切稀釋性這兩大特點(diǎn)，其中抑制性又是最重要的。而我們平時(shí)體會(huì)較多的聚合物鉆井液的優(yōu)點(diǎn)是其剪切稀釋特性，尤其是配合高壓噴射鉆井，對(duì)機(jī)械鉆速有非常明顯的提高。對(duì)其抑制性則始終存在著一種缺憾，并且這種缺憾始終未能很好的解決。例如我們經(jīng)常會(huì)聽到現(xiàn)場工作人員說某口井在打到某個(gè)深度后，有些鉆井液處理劑，尤其是大分子處理劑會(huì)“加不進(jìn)去”。以至于在某些地區(qū)形成了一種習(xí)慣，就是在下完技術(shù)套管后，在下次開鉆前將鉆井液改換成分散型體系；某些井勉強(qiáng)能夠?qū)⒕酆衔镢@井液體系用到完井，但也是經(jīng)常采用排放老漿，進(jìn)行加水稀釋處理；這便是鉆井液的抑制性不夠強(qiáng)的無奈之舉，實(shí)際上這已經(jīng)失去了使用聚合物鉆井液的意義，或者說聚合物鉆井液使用不徹底。

　　嚴(yán)格地講，我們所說的聚合物鉆井液的抑制性實(shí)際上包含了兩層含義。其一是指鉆井液對(duì)鉆屑的抑制，也就 是說抑制鉆屑的分散，目的是保證鉆井液性能的穩(wěn)定，防止上述的“加不進(jìn)去”或中途換鉆井液體系的情況的發(fā)生，這往往是通過大分子包被劑的作用來實(shí)現(xiàn)的。只有保證了聚合物鉆井液性能的穩(wěn)定，才能發(fā)揮出聚合物鉆井液的特性，得到最終的經(jīng)濟(jì)效益。其二是指對(duì)地層的抑制作用，這主要是指防止由于井壁的水化所致的膨脹與坍塌。這方面的抑制作用則往往是通過無機(jī)鹽(尤其是鉀鹽)配合高分子包被劑實(shí)現(xiàn)的。

　　基于以上原因，近年來國內(nèi)外一些鉆井液公司紛紛研制強(qiáng)抑制性鉆井液體系。鉆井液體系類型很多。然而，從技術(shù)性能上來講，英國國際鉆井液公司(1DF)研制并在我國南海、渤海及塔里木地區(qū)廣泛應(yīng)用的IDBOND—KCL POLYMER鉆井液體系，即我們所說的IDBOND氯化鉀聚合物鉆井液具有很多獨(dú)到之處。該鉆井液的主要處理 劑IDBOND即是一種具有優(yōu)異包被性能的高分子乳液制劑。國內(nèi)聚合物鉆井液抑制性上存在的問題主要是缺少 類似的起抑制作用的包被劑。綜上所述，聚合物鉆井液給我們帶來的效益主要是通過其優(yōu)異的流變性(剪切稀釋性)來實(shí)現(xiàn)的，而若作為聚合物鉆井液主要處理劑的高分子包被劑的抑制分散作用不夠強(qiáng)，便無法保證鉆井液的流變性。強(qiáng)抑制型聚合物鉆井液體系就是通過高分子包被劑COATER的研制開發(fā)并結(jié)合國內(nèi)鉆井液處理劑的實(shí)際情況發(fā)展起來的。

 

二、關(guān)于強(qiáng)抑制型聚合物鉆井液（COATER鉆井液）體系

　　任何一種鉆井液體系都由一兩種主處理劑和其它輔助處理劑組成。強(qiáng)抑制型鉆井液的主要處理劑就是COATER，說起COATER就不能不提及IDBOND。我們國內(nèi)聚合物鉆井液體系經(jīng)過長時(shí)期的發(fā)展和完善，無論從整個(gè)鉆井液體系的配伍，還是鉆井液性能的維護(hù)方法都形成了自己獨(dú)特的風(fēng)格。所欠缺的就是具有強(qiáng)包被作用的高分子聚合物。英國IDF公司的IDBOND氯化鉀聚合物鉆井液體系的關(guān)鍵處理劑是ID-BOND，該產(chǎn)品具有非常強(qiáng)的包被作用，只要鉆井液中始終保持一定量的IDBOND，就可以將鉆井液的粘土含量保持在一個(gè)很低的范圍內(nèi)，一般在25g/L以內(nèi)。這樣非常有利于鉆井液性能的調(diào)整，同時(shí)也有利于其它處理劑功能的發(fā)揮。本公司自80年代末開始研究具有強(qiáng)力包被作用的高分子聚合物，終于在95年研制出強(qiáng)力包被劑COATER。

 

1、COATER 性能介紹 
　　 該產(chǎn)品是本公司用于對(duì)付強(qiáng)造漿性地層和水敏性坍塌地層的主要產(chǎn)品，其化學(xué)結(jié)構(gòu)屬丙烯酸鹽高聚物類，它的主要特點(diǎn)是以乳液形式存在，這種產(chǎn)品之所以要做成乳液形式的原因主要有兩點(diǎn)。首先， 它成功地解決了高聚物的分子量與溶解速度之間的矛盾；以往我們使用的聚合物都是粉狀的，分子量都做不高也不允許太高，原因是如果分子量做的太高，處理劑溶解起來會(huì)很困難，一部分漂浮在鉆井液罐表面，相互粘結(jié)成幾乎不再溶解的團(tuán)塊，一部分混入鉆井液來不及完全溶解就被固控設(shè)備除掉，只有部分溶解并發(fā)揮作用，這樣致使鉆井液得不到及時(shí)處理，也影響施工，于是國內(nèi)大部分高聚物的分子量都在300到500萬之間，而這樣低的分子量是難以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)抑制性的，這也是國內(nèi)聚合物鉆井液使用不徹底的主要原因。其次，高聚物做成乳液形式方便了現(xiàn)場操作。一般來講，高聚物的加入都采取“少食多餐”的原則，即經(jīng)常性的細(xì)流加入。因?yàn)楦呔畚锏闹饕饔镁褪俏皆阢@屑表面，抑制其分散，它是不斷地在消耗的，所以要求經(jīng)常、均勻地加入，以保證鉆井液中始終保持一定的含量，否則一旦中途斷檔，地層開始造漿后，就只有采取放鉆井液，加水稀釋處理的辦法了。而COATER一般是50kg桶裝液態(tài)，桶底部有一放料口，只要將處理劑桶置于合適位置，擰開絲蓋，處理劑就流出，調(diào)節(jié)一下流量就可以在一定時(shí)間內(nèi)完成處理作業(yè)，使用非常方便。

 

下面是COATER的主要性能特點(diǎn)。

① 該產(chǎn)品是在常溫下以乳液形式聚合而成的，分子量可達(dá)1500萬，具有足夠長的鏈長度以形成相當(dāng)強(qiáng)的包被、抑制作用。

② 產(chǎn)品溶解速度非?？?，一般加入鉆井液后兩分鐘內(nèi)便可完全溶解，并且絕無漂浮結(jié)塊的現(xiàn)象，利用率達(dá)100％，使鉆井液得到及時(shí)處理。

③ 因?yàn)樵摦a(chǎn)品的分子量大、利用率高，所以其有效加量較小，一般維持鉆井液中有1-2‰的含量就可將粘土含量控制在25g/L以內(nèi)，達(dá)到滿意的抑制效果。

④ 引入一定比例的正電基團(tuán)，增加了吸附基團(tuán)對(duì)粘土的吸附力，并且可以釋放抑制型離子，防塌效果非常好。

⑤ 產(chǎn)品無毒、無熒光，適用于探井及對(duì)環(huán)保要求較高鉆探環(huán)境。

 

表一是COATER與國內(nèi)外同類產(chǎn)品的性能對(duì)比。

注：表中技術(shù)指標(biāo)中的特性粘數(shù)和MBT降低值的測(cè)定方法執(zhí)行Q/DGl895-1997標(biāo)準(zhǔn)。

 

2．COATER的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

　　產(chǎn)品研制成功后，先后在吉林、遼河、華北和大港等油田進(jìn)行了近百口井的現(xiàn)場試驗(yàn)。獲得了巨大的成功，97年9月28日在大港油田集團(tuán)公司科技開發(fā)部的組織下進(jìn)行了專家鑒定會(huì)，來自5個(gè)兄弟油田及石油天然氣總公司、油科院、油化公司等單位組成的15人鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為COATER的研制成功填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到了國際上的先進(jìn)水平。12月份，大港油田集團(tuán)公司發(fā)布了COATER的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)Q/DG1895-1997。

 

表二是COATER的質(zhì)量指標(biāo)。

 

　　值得一提的是，本標(biāo)準(zhǔn)采用了MBT降低值來反映產(chǎn)品對(duì)粘土分散的抑制能力。這在國內(nèi)外是沒有先例的。MBT值是通過粘土對(duì)一定濃度的亞甲基藍(lán)的吸附量來反映鉆井液中的粘土含量。然而，粘土對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量除了與粘土的絕對(duì)量有關(guān)外，還與粘土的分散程度有關(guān)。相同質(zhì)量的粘土，分散的細(xì)度不同，其比表面積也不同，所以MBT值也不同。于是我們就利用含有COATER與不含COATER的同條件的鉆井液的MBT差值來反映COATER對(duì)粘土的分散能力。這種辦法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、準(zhǔn)確，但精度不是很高。其它測(cè)定鉆井液抑制性的方法也各有不足，比如，相對(duì)膨脹率的測(cè)定不能充分反映產(chǎn)品對(duì)粘土分散的抑制能力，巖心回收率的測(cè)定要受到巖心性質(zhì)等條件的制約，CST值的測(cè)定重復(fù)性太差等等。所以最終我們還是采用了上述的測(cè)定MBT降低值的方法。

 

3、強(qiáng)抑制型聚合物鉆井液基本配方

　　自從強(qiáng)力包被劑COATER開始現(xiàn)場試驗(yàn)以來已經(jīng)在將近200口井上使用。直井、斜井、水平井上用過；淺井、中探井、深井中用過：探井、開發(fā)井上用過。使用地區(qū)有吉林、遼河、華北、冀東和大港五個(gè)油田。經(jīng)過如此大范圍、全方位的推廣應(yīng)用，根據(jù)國內(nèi)鉆井液處理劑水平的現(xiàn)狀，我們摸索出了一套既比較實(shí)際，又很實(shí)用的配方，見表三。

 

 

　　這套配方比較簡單。配方中沒有降粘劑，而采用了高粘CMC來提高鉆井液的粘、切來改善鉆井液的攜帶能力。因?yàn)椴捎肅OATER作為包被劑，若用法得當(dāng)，鉆屑分散程度很低，鉆井液的粘土含量很低，基本上用不上降粘劑，反而要用增粘劑。有條件的使用一些生物聚合物效果會(huì)更好。根據(jù)我國實(shí)際情況，采用水解聚丙烯晴銨鹽作為降低鉆井液濾失量的主要處理劑，因?yàn)檫@種產(chǎn)品的成本相對(duì)比較低，若條件允許，最好采用CMC。對(duì)于比較穩(wěn)定的地層，配合一定量的腐鉀作為防塌劑即可：若地層水敏性較強(qiáng)，最好采用3％-5％的氯化鉀來防止井壁的坍塌或變形。到深井階段(一般是2500米以后)，用一些高質(zhì)量的磺化瀝青來改善泥餅質(zhì)量。

　　這只是強(qiáng)抑制型鉆井液體系(以下簡稱COATER鉆井液)的基本配方，實(shí)際施工的過程中，視具體情況可進(jìn)行調(diào)整。

 

三、COATER鉆井液體系的現(xiàn)場操作

1、現(xiàn)場處理要點(diǎn) 
　　 這套鉆井液體系的關(guān)鍵就是二開預(yù)處理，二開預(yù)處理的成功與否是以后順利維護(hù)鉆井液性能的基礎(chǔ)。簡單地講，可歸納為以下幾條。

 

① 二開時(shí)開始使用該鉆井液體系。

② 預(yù)處理前的鉆井液密度必須控制在1.03g/cm 3 以內(nèi)，以鉆井液中的固相顆粒能夠滿足造壁需要為準(zhǔn)。

③ 二開鉆井液中的COATER含量以0.3％為好。另外根據(jù)實(shí)際需要加入足夠量的降濾失、提粘、防塌等處理劑。

④ 隨時(shí)檢測(cè)鉆井液中的COATER含量，始終保證鉆井液濾液中至少含有0.1％的COATER。

⑤ 二開后一般以1kg/m的量進(jìn)行維護(hù)，視地層的造漿性可適當(dāng)增減。

 

　　該鉆井液體系只要二開前處理得法，二開后維護(hù)起來則非常簡單。最重要的一點(diǎn)是隨時(shí)檢測(cè)鉆井液濾液中的COATER的含量，因?yàn)镃OATER對(duì)粘土具有非常強(qiáng)的吸附作用，正是如此強(qiáng)的吸附作用才使COATER產(chǎn)生了非常理想的包被作用，這種包被作用的結(jié)果是使被鉆頭破碎的巖屑基本保持原始狀態(tài)被鉆井液攜帶到地面而被固控設(shè)備有效地清除掉，從而保持鉆井液性能的穩(wěn)定，使以往的被動(dòng)性調(diào)整鉆井液變?yōu)橹鲃?dòng)處理，這也是這套鉆井液體系的性能控制主線。正是COATER的這種作用，所以它是不斷地被消耗掉的，地層中蒙脫石的含量越高，或者是說地層的造漿性越強(qiáng)，COATER被消耗的速度越快。所以我們要不斷地進(jìn)行補(bǔ)充和維護(hù)，理論上講，只要鉆井液濾液中存在COATER，就證明鉆井液中的鉆屑是被COATER進(jìn)行了飽和性包被的，否則濾液中就不會(huì)有COATER存在。那么，假如鉆井液濾液中已經(jīng)檢測(cè)不到COATER了，就說明它的量已經(jīng)不夠了，如不及時(shí)的加以補(bǔ)充，鉆屑就要開始不斷地水化分散的鉆井液中去，使鉆井液的粘土含量不斷升高，當(dāng)粘土含量達(dá)到一定值后(一般在50g/L)后，再補(bǔ)充COATER，就會(huì)因?yàn)镃OATER的高分子量以及對(duì)粘土的強(qiáng)吸附的特點(diǎn)使鉆井液發(fā)生嚴(yán)重的絮凝，輕則使鉆井液粘度異常升高，流變性失去控制，即發(fā)生前文提到的“加不進(jìn)去”的情況；重則使鉆井液水土分層，體系被破壞掉。這時(shí)便只有采取放掉部分鉆井液，大量加水稀釋，大量加入各種處理劑以重建鉆井液性能的辦法了。所以隨時(shí)檢測(cè)鉆井液濾液中的COATER含量是非常重要的，一般保持濾液中有0.1％ COATER的含量，在加上其它處理劑配合得當(dāng)，就能夠使鉆井液性能穩(wěn)定，粘土含量控制在25g/L以內(nèi)。本公司經(jīng)過—系列的試驗(yàn)，找到了一種比較適合現(xiàn)場操作的COATER含量的測(cè)定方法。

 

2．COATER含量測(cè)定方法

2.1 儀器 與試劑 
a. 中壓失水儀； 
b. 手搖離心機(jī)，轉(zhuǎn)速2000rpm(機(jī)動(dòng)也可)； 
c. 絮凝劑(本公司產(chǎn))； 
d. 10mL離心試管； 
e. 0.1moL的HCL標(biāo)準(zhǔn)溶液； 
f. 0.1mol的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.2 測(cè)定步驟 
a．取5mL測(cè)定鉆井液中壓濾失量時(shí)的濾液于10mL離心試管中。 
b．在離心試管中加入絮凝劑1mL，搖勻后調(diào)PH值為8.0，靜置30min。 
c．用離心機(jī)在2000rpm左右的轉(zhuǎn)運(yùn)下將離心試管離心3min。 
d．讀取離心試管底部的沉淀的體積毫升數(shù)，用V來表示。

2.3 結(jié)果計(jì)算 
鉆井液濾液中COATER的含量用下式計(jì)算： 
N＝0.85V 
式中：N-鉆井液濾液中COATER的含量，％ 
V-離心沉淀的體積，mL。 

　　 這種試驗(yàn)方法是專為適應(yīng)鉆探現(xiàn)場條件而制定的一種介于定性與定量之間的檢測(cè)方法，因?yàn)闇y(cè)定結(jié)果主要用于是否需要補(bǔ)充COATER的依據(jù)，沒有必要知道COATER非常具體、非常精確的含量，更重要的是要知道鉆井液濾液中是否含有COATER及其大概含量。計(jì)算公式是經(jīng)驗(yàn)公式。

 

3．有關(guān)COATER鉆井液使用的其它幾點(diǎn)說明

　?、?由于COATER對(duì)粘土具有非常強(qiáng)的抑制分散能力，鉆屑由井底到地面基本保持原始狀態(tài)，所以鉆井液對(duì)固控設(shè)備的要求并不高，一般能夠保證二級(jí)固控即可，若具備更高級(jí)的固控條件會(huì)更有利于鉆井液性能的調(diào)整。 
　　 ② 若是淡水鉆井液體系，要求PH值控制在8-9；若是海水或相當(dāng)?shù)V化度以上的鉆井液體系，要求PH值在9-11，并且最好配合一些親水性的表面活性劑。 
　　 ③ 因?yàn)镃OATER鉆井液中無用固相很少，其泥餅質(zhì)量很好，解決了以往聚合物鉆井液泥餅虛厚的問題。加之COATER本身具有非常優(yōu)良的潤滑性能，所以使用COATER鉆井液一般無須再使用其它潤滑劑。

 

四、致用戶

　　首先感謝您或您的公司使用或準(zhǔn)備使用COATER鉆井液體系，希望該鉆井液體系能為您的公司創(chuàng)造令您滿意的 效益。

　　吉林油田、遼河油田、華北油田及大港油田的廣大同行在COATER鉆井液體系的現(xiàn)場試驗(yàn)階段給予了本公司有力的配合和積極熱情的支持；中國石油天然氣總公司及其油化公司、油科院以及中國海洋石油公司等單位在COATER及其鉆井液體系的研制過程中也給予了熱情、友好的關(guān)注，本公司在此一并表示衷心的感謝!并希望繼續(xù)得到大家的支持!

　　COATER鉆井液體系雖然已經(jīng)開始在現(xiàn)場推廣，但她目前的水平并不代表她已經(jīng)達(dá)到最高水平，她肯定還有十分廣闊的發(fā)展空間。強(qiáng)力包被劑COATER還會(huì)有提高，與其配套的其它處理劑的水平也會(huì)提高。所以我們可以說，COATER鉆井液體系現(xiàn)在僅僅是一個(gè)小苗，希望在廣大用戶及同行們的培育下，小苗會(huì)長成大樹。在此過程中，希望大家把在使用該鉆井液體系的經(jīng)驗(yàn)、體會(huì)、意見以及任何問題及時(shí)反饋給本公司，本公司將榮幸之至。

 

 

 

附件：產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)