摘要：非開挖鉆井液發(fā)展很大程度上依賴于油田化學(xué)的發(fā)展，而鉆井液處理劑，大部份是高分子聚合物。因此，研究高分子聚合物在鉆井液中的應(yīng)用十分重要，本文從高分子聚合物結(jié)構(gòu)特征上說明了其在鉆井液中的應(yīng)用，并從機理上分析了它作為降濾失劑、稀釋劑、提粘劑、頁巖抑制劑的作用，結(jié)合國內(nèi)外近年來研發(fā)的鉆井液處理劑的情況，將鉆井液處理劑應(yīng)用在水平定向鉆穿越施工中，最后筆者指出了鉆井液處理劑的發(fā)展趨勢。
　　關(guān)鍵詞：非開挖鉆井液，高分子聚合物，鉆井液處理劑
　　1前言
　　非開挖技術(shù)的不斷提高，以大噸位發(fā)展，使得所鉆孔徑和孔長都在不斷增大增長，對鉆井液要求越來越高。鉆井液性能的好壞很大程度上決定了穿越鉆井和回拖管道的成敗。因此，人們常用“鉆井液是鉆井的血液”來形象地比喻其在鉆井作業(yè)中的重要作用。而鉆井液性能的好壞是靠處理劑來調(diào)節(jié)的。最早使用的鉆井液處理劑是天然高分子化合物，例如丹寧、栲膠和無機物來處理鉆井液。后來引進聚丙烯酰胺鉆井液�，F(xiàn)在又使用了陽離子、兩性離子和正電膠鉆井液等，這些都借用了化學(xué)學(xué)科特別是高分子化學(xué)的發(fā)展。鉆井液處理劑材料更是和高分子化學(xué)密不可分。
　　當今非開挖大部分使用的鉆井液處理劑的高分子聚合物。例如，增粘劑，使用羧甲基纖維素鈉鹽HV—CMC，乙烯基單體多元共聚物，為了降低濾失量，要用降濾失劑Na-CMC（羧甲基纖維素）、SMP（磺甲基酚醛樹脂）、SLSP（磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹脂縮合物），為了防止井塌，使用磺化瀝青、鉀褐煤、KCl-PHP；發(fā)展了耐溫抗鹽的正電膠PAC，國外鉆液寶LiquidDrispacPolymer系列鉆井液處理劑等。
　　顯然，高分子聚合物在鉆井液中的地位是重要的，在調(diào)整鉆井液性能方面有著多方面的重要作用，因此，配制優(yōu)質(zhì)的鉆井液必須要研究高分子聚合物。
　　2高分子聚合物作為鉆井液處理劑特點
　　高分子鉆井液處理劑主要包括三大類：天然高分子，半合成高分子和合成高分子。
　　天然高分子主要來源于植物或動物的提取物，半合成高分子材料由天然物質(zhì)經(jīng)化學(xué)改性而得。合成類高分子有聚合類和縮合類兩種。高分子聚合物作為鉆井液處理劑具有以下幾個特點
　　（1）不同結(jié)構(gòu)的聚合物在鉆井液中起著不同的作用。作為鉆井液處理劑的高分子化合物大都是線型的，如羧甲基纖維素，水解聚丙烯腈；也有稍帶支鏈的，如含聚氧乙烯鏈較長的羥乙基纖維素。而體形高分子主要用作鉆井液的堵漏材料。
　　當前鉆井液體系主要采用水為連續(xù)相，因此所用的處理劑大部分是親水性的高分子材料，在水中能溶解或溶脹而形成溶液或分散液。聚合物的親水性，來自于其分子中含有的親水基團。最常見的親水基團是羧基、羥基、酰胺基、胺基、醚基等。這些基團不但使高分子具有親水性從而很好的溶解或溶脹，便于配成優(yōu)質(zhì)的鉆井液。而且這些基團的存在還使它具有許多寶貴的性能，如在鉆井液中的提粘性、潤滑性、分散性、絮凝性、降低失水性等。
　�。�2）高分子的分子量可以控制，高到數(shù)千萬，低到幾百。分子量不同的聚合物在鉆井液中性能相差很大，例如低分子量聚丙烯酰胺在鉆井液中起分散作用，而高分子量聚丙烯酰胺卻起提粘作用。
　　3高分子聚合物在鉆井液中的分類
　　按照高分子聚合物在鉆井液中所起的作用，通常分為降濾失劑、稀釋劑、提粘劑、頁巖抑制劑等
　�。�1）降濾失劑
　　主要包括腐植酸類、纖維素類、淀粉類、樹脂類天然高分子化合物及其衍生物、水解聚丙烯腈類、聚稀酸鹽類合成高分子化合物及其改性產(chǎn)品等。
　　高分子降濾失劑在鉆井液中通過吸附基吸附于粘土顆粒表面上；通過其水化基團使粘土顆粒表面上形成吸附溶劑化水膜，同時，提高了粘土顆粒的ζ電位，因而不僅增加了粘粒的聚結(jié)穩(wěn)定性，而且使鉆井液中的粘土細顆粒含量增加，以致形成致密的泥餅，使濾失量降低。
　　（2）稀釋劑
　　粘土的分散和其它各種因素造成的污染往往引起鉆井液的稠化，使鉆井液的粘度和切力增高。高分子稀釋劑的作用首先是通過吸附基如羥基吸附在粘土顆粒的邊緣斷鍵處，同時，其水化基團給粘土顆粒邊緣帶來吸附溶劑化水膜，使其邊緣的水化膜增厚，ζ電位提高，斥力增大，從而削弱了粘粒間的邊-面、邊-邊結(jié)合，削弱和拆散了粘土顆粒的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并放出大量自由水，致使鉆井液的粘度和切力下降，達到稀釋的目的。
　　（3）高分子提粘劑
　　高分子處理劑由于分子量高，分子鏈具有一定的柔順性等原因，可以顯著地提高溶液的粘度。，高分子處理劑上帶有許多親水基團，這些親水基上會吸附許多水分子，形成吸附水化膜，與高分子一起流動，從而使高分子流動時能量耗散增加，粘度升高。
　　高分子處理劑上的吸附基可以吸附在粘土顆粒上。一個高分子鏈上可以同時吸附多個粘土顆粒，一個粘土顆粒也可以吸附多個高分子鏈，這樣就會形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的形成不僅使粘度提高，而且使切力上升。
　�。�5）高分子頁巖抑制劑
　　高分子頁巖抑制劑主要包括瀝青類、腐植酸鉀類、最近發(fā)展起來的陽離子聚合物類以及兩性離子聚合物類處理劑等。
　　高分子抑制劑是通過吸附在頁巖表面上起到抑制作用的。聚合物吸附在頁巖表面上后，會產(chǎn)生一種固結(jié)作用和疏水作用，從而降低了頁巖的表面水化作用。
　　除了上面介紹的四大類，鉆井液處理劑還包括用于特殊用途的處理劑包括乳化劑、堵漏劑、緩蝕劑、潤滑劑、絮凝、殺菌劑、泡沫劑、消泡劑等。
　　由于高分子聚合物的結(jié)構(gòu)特征，一種處理劑在鉆井液中可能同時具有幾種劑的作用。比如說：有的降失水劑同時兼有增粘或降粘作用，絮凝劑同時兼有增粘劑作用等等。
　　4地層特征及實例應(yīng)用
　　非開挖水平定向穿越井相對于深水井和油氣井來主說，存在著地層淺，過路，過橋，過江，過河，地層松軟，砂質(zhì)粘土和流砂層多的特點。由于地層淺，成巖差，所以就存在孔壁不穩(wěn)定，易坍塌，使得泥漿不能很好地將孔內(nèi)鉆屑攜帶出來，造成擴孔及管線回拖困難。
　　在鉆遇大段砂層時，由于孔壁不穩(wěn)定，失水量大，泥餅厚，鉆井液中含砂快速增加，鉆井液流動性差，攜砂困難，不能全部將鉆屑攜帶出來，鉆屑沉淀在鉆孔中形成鉆屑床。
　　粘土層或某些粘土質(zhì)頁巖、泥巖，這類地層遇水易水化膨脹，常常造成泥包擴孔鉆頭，使得回拖力和旋轉(zhuǎn)扭矩力增大。
　　從水平定向鉆施工實際出發(fā)，針對不同地層高分子處理劑在施工中的應(yīng)用。如武漢長江左汊定向鉆穿越工程采用雙管同孔穿越工藝，管線定向穿越1705.52m。既：Φ355.6×8.7mm主輸油管與Φ121×8mm光纜管套管同時穿越。地質(zhì)情況：細粉砂地層。鉆井液中添加正電膠，F(xiàn)T-1防塌護壁劑。福建云鹿路穿越工程，穿越管道采用Φ406.4×9.5鋼管，穿越長度1461米，地質(zhì)情況：含泥中砂、砂質(zhì)粘性土地層。鉆井液中添加鉆液寶，堿，降濾失劑，潤滑劑。在定向穿越過程中，使用高分子處理劑的泥漿，鉆孔穩(wěn)定，回拖阻力小，回拖順利。
　　5高分子鉆井液處理劑的發(fā)展趨勢
　　當前鉆井液技術(shù)蓬勃發(fā)展，處理劑層出不窮，性能也逐步提高，但遠遠滿足不了日益強勁的非開挖施工需要。綜合國內(nèi)外各種資料，鉆井液處理劑應(yīng)向抗鹽性好、抗污染能力強的方向發(fā)展。同時由于環(huán)境壓力與日俱增，來源廣、污染性小的生物聚合物也重新受到人們的青睞。
　　（1）抗鹽能力
　　隨非開挖技術(shù)在沿海施工，對鉆井液處理劑的抗鹽性提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。淀粉和纖維素類衍生物結(jié)構(gòu)存在醚鍵，抗鹽能力較差，磺甲基化后的單寧和木質(zhì)素再與二價或三價金屬離子結(jié)合，可以提高其抗溫、抗鹽能力。是今后的發(fā)展方向。
　　（2）抗電解質(zhì)污染能力
　　高分子處理劑在鉆井液中起作用的共同途徑是吸附于粘土顆粒上，給粘土顆粒帶來厚的水化膜，提高ZETA電位，保護粘土顆粒免于碰撞而聚結(jié)。無機電解質(zhì)的污染使有機處理劑發(fā)生去水化作用而減效或失效。要提高高分子處理劑的抗電解質(zhì)污染的能力，則要求它們有很強的水化基團，分子中有高的負電荷分布密度。
　　同時鉆井液及其處理劑無論從生產(chǎn)過程還是使用上，都不同程度的對環(huán)境造成破壞。隨著環(huán)境憂患意識的增強和海洋鉆井發(fā)展，處理劑的環(huán)境可接受能力日益受到人們重視。開發(fā)即能滿足安全生產(chǎn)需要，又經(jīng)濟環(huán)保的鉆井液處理劑是今后研究方向之一。生物聚合物來源天然，原料豐富，對環(huán)境污染小，正逐漸受到油田化學(xué)界的重新重視，如何提高它們的抗鹽能力和穩(wěn)定性是面臨的主要問題。
　　參考文獻
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