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新型复合胶无粘土冲洗液研究及应用

发布日期:2015-05-25 11:39:15
冲洗液
无粘土冲洗液主要由天然植物胶合成高分子 聚合物两大类原料配制而成。实践证明,直接采用 植物胶或纯高分子聚合物配制无粘土冲洗液,其综 合性能并不太理想。充分利用植物胶和聚合物的特 性,通过复合改性等方法,使二者的作用得到充分发 挥,可以获得满足钻进要求,性能良好、稳定,配制使 用方便的复合胶无粘土冲洗液。
2新型复合胶无粘土冲洗液优选组分及优化配方
2.1植物胶的选择
笔者选用的新型复合胶为天然植物胶经有机高 分子聚合物、无机化合物的交联、桥联和水化作用而 形成的一种胶粒致密,以线型结构为主的复合胶体 材料。选择植物胶应以增粘作用效果好为主要依 据,其次考虑其来源和成本。表1为国内外常用的 植物胶种类及性能,其中羟丙基瓜尔胶增粘效果好, 来源丰富。
羟丙基瓜尔胶在冲洗液中的加量以 3%为宜。加量过小不能满足粘度要求,过大会在后 续的交联反应中产生过多的体型交联,使冲洗液急 剧变稠,流动性变差。 2.2调整剂和交联剂选择 2.2.1有机高分子聚合物
有机高分子聚合物的主要作用是调整植物胶的 交联性能。在高分子长链和活性基团的作用下,植 物胶分子易于向着链的延伸方向进行线型交联,使 体系在较高粘度下保持良好的流变特性。目前常用 的有机高分子聚合物如羟乙基纤维索(HEC)、钠羧 甲基纤维素(CMC)、生物聚合物(XC)、水解聚丙烯 酰胺(PHP)、未水解聚丙烯酰胺(PAM)等都有一定 的交联改性作用。考虑到材料_源及综合性能,选 用FHP更为合适。加量在'300 x 1(T*〜1 000 x 1〇-6之间。
2.2.2无机交联荆
国内常用的钻井压裂液交联剂有:有机过渡金 属锆、钛、有机硼、硼砂、PS、Fe3Cl3等。通过对交联 剂的大量试验,在PS系列产品中选定了 PS-DL为
表1圔内外常用植《肢种类及性能
植物胶名称浓度WIT1罱斗粘度/a表现粘度 /mfvr1«性粘度pH俥
羟丙基瓜尔胶54513ii7
鹰芋胶5208.57,59.5
田菁5236,54.010
渝树皮5223.23,010.5
钻井粉5162.21.510.5
改性槐豆粉5206.04.510
件能
表2羟丙基瓜尔胶与几种聚合物交联改性试验结果
配 方
xai〇--FS/%〇Ti/mPa-s—5^p/niPi4*
2,0C:MG0.41*40"1713
2.0HEC0.4V2Sf1614
2.0FHC0.42'itr2015
2.0PFPU.43,2216
2.0PAM0.47'2T2722
lTjVt-a
3.07
l.S
3.33
3.75
2,27
表3新型复合胶无粘土冲洗液优化配方及性能
优化配方
编号GRJ
/%cPHP/10 6 ^f%cT lr7A 。 〇Pa ■ s - ’/mFa-s - 3 /]> cmUhp
12.010000-4T25T21 17 653.82
22.010001,0Al'W55 25 722.88
新型复合胶无粘土中冲洗液的交联剂。
表2是羟丙基瓜尔胶(GRJ)与几种常用聚合物 及无机交联剂PS - DI.的交联改性试验结果。
2.3新型复合胶无粘土冲洗液优化配方
这种复合胶无粘土冲洗液的性能主要取决于植 物胶、聚合物和交联剂的配方组合。经过大量试验, 研究得到了多组优化配方。表3为其中两组优化配 方及性能。其中1号配方成本较低..主要适用于正 常钻进条件;2号配方粘度较高,不易稀释,主要适 用于地下水丰富,孔内有涌水的条件。
3新型复合胶无粘土冲洗液特性及作用机理
笔者开发的新型复合胶无粘土冲洗液具有密度 低、粘度可调范围大、流变性好、携带岩屑能力强、润 滑减阻、防塌护壁、保心护心、无毒无污染等特性。 其适用范围广,可以用于第四系松散覆盖层。易水 化泥岩、页岩及煤系地层、强风化破碎地层等复杂地 层钻进。其作用机理主要有以下3个方面:
a.植物胶是以多糖物质、纤维素、蛋白质、脂 肪及淀粉等物质构成的。其中多糖物质含有多羟基
系水化基团,是植物胶能常温水溶的重要原因。纤 维素在冲洗液中起骨架拉结作用,使冲洗液具有较 好的结构粘度,同时也增强了植物胶膜的强度和韧 性,使孔壁和岩心得到保护。蛋白质分子量大,结构 复杂,一方面在冲洗液中形成低扩散、难透析、易水 化的大分f胶体溶液,使冲洗液胶体性能得到改善; 另一方面依靠其带负电的氨基抵消Ca2+等高 价阳离子对冲洗液的影响,提高了冲洗液的抗污能 力。脂肪有很好的成膜作用,利于降失水和护壁。 适量的可溶性淀粉有增粘降失水作用•=
b.通过无机交联剂的作用,植物胶在线型聚 合物分子长链和活性基团的调整和制约下,形成了 以线型结构为主体的复合胶体,使体系的流型流态
图1冲洗液配制流程图
得以改善,携带岩屑、润滑减阻作用大大增强,吸附 成膜的速度和质量也大大提高。这是新型复合胶无 粘土冲洗液在松散破碎地层钻进过程中,取得良好 效果的重要原因之一。
C.在与植物胶进行线型交联的同时,高分子 聚合物的增粘降失水、剪切稀释、絮凝沉降以及吸附 成膜、渗透胶结等特性在复合胶无粘土洗液中也发 挥了重要作用。
4新型复合胶无粘土冲洗液配制与应用
配制流程如图1。
应用时要注意以下几个方面:
a.温度不宜超过80T,否则主链甘露糖会断 键降解,体系粘度明显降低。
b.PH在6~9之间,过高过低都会降粘。
c.酶和氧化剂会引起生物降解,使浆液腐败, 气温较高时腐败速度会加快,使用时可加人0.1% ~0.3%的甲醛防腐。
这种新型复合胶无粘土冲洗液,主要在四川金 沙江溪洛波水电站坝基工程和四川甘孜州木格措水 电站工程地质勘察施工中,进行了现场应用。先后 在松散的冰、水积漂卵石层和玄武岩强风化破碎带 等地层进行金刚石取心钻进。其中溪洛渡工区钻进 128.67 m,取得岩心115.96 m,采取率90.12%,木格 措工区钻进59.87 m,取得岩心49.37 m(遇地热 水),采取率82.46%。应用结果表明,新型复合胶 无粘土冲洗液完全满足钻进要求^
S结论.
a.开发出的新型复合胶无粘土冲洗液密度 低,粘度可调范围大,流变性好,润滑减阻作用强,成 膜护壁护心效果好,特别适合于松散的第四系覆盖 层、砂卵石层和强风化破碎地层钻进。该冲洗液对 岩心不染色,能生物降解,对岩矿心分析和水文地质 分析十分有利。
b.新型复合胶采用交联方法复合改性,其原 料用量少,成本低,配制简单,使用方便,是•种可规 模生产和应用的新型配浆材料,在性能和价格上比 普通植物胶更具优势。
 
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