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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。對于聚合物鉆井液的優點我們都有比較深刻的體會， 但時常也難免感到有些美中不足。事實上，聚合物鉆井液之所以能夠發展起來主要是靠它的強抑制性和高剪切稀釋性這兩大特點，其中抑制性又是最重要的。而我們平時體會較多的聚合物鉆井液的優點是其剪切稀釋特性，尤其是配合高壓噴射鉆井，對機械鉆速有非常明顯的提高。對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。例如我們經常會聽到現場工作人員說某口井在打到某個深度后，有些鉆井液處理劑，尤其是大分子處理劑會“加不進去”。以至于在某些地區形成了一種習慣，就是在下完技術套管后，在下次開鉆前將鉆井液改換成分散型體系；某些井勉強能夠將聚合物鉆井液體系用到完井，但也是經常采用排放老漿，進行加水稀釋處理；這便是鉆井液的抑制性不夠強的無奈之舉，實際上這已經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。

　　嚴格地講，我們所說的聚合物鉆井液的抑制性實際上包含了兩層含義。其一是指鉆井液對鉆屑的抑制，也就 是說抑制鉆屑的分散，目的是保證鉆井液性能的穩定，防止上述的“加不進去”或中途換鉆井液體系的情況的發生，這往往是通過大分子包被劑的作用來實現的。只有保證了聚合物鉆井液性能的穩定，才能發揮出聚合物鉆井液的特性，得到最終的經濟效益。其二是指對地層的抑制作用，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鹽(尤其是鉀鹽)配合高分子包被劑實現的。

　　基于以上原因，近年來國內外一些鉆井液公司紛紛研制強抑制性鉆井液體系。鉆井液體系類型很多。然而，從技術性能上來講，英國國際鉆井液公司(1DF)研制并在我國南海、渤海及塔里木地區廣泛應用的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到之處。該鉆井液的主要處理 劑IDBOND即是一種具有優異包被性能的高分子乳液制劑。國內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異的流變性(剪切稀釋性)來實現的，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，便無法保證鉆井液的流變性。強抑制型聚合物鉆井液體系就是通過高分子包被劑COATER的研制開發并結合國內鉆井液處理劑的實際情況發展起來的。

 

二、關于強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。我們國內聚合物鉆井液體系經過長時期的發展和完善，無論從整個鉆井液體系的配伍，還是鉆井液性能的維護方法都形成了自己獨特的風格。所欠缺的就是具有強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鍵處理劑是ID-BOND，該產品具有非常強的包被作用，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很低的范圍內，一般在25g/L以內。這樣非常有利于鉆井液性能的調整，同時也有利于其它處理劑功能的發揮。本公司自80年代末開始研究具有強力包被作用的高分子聚合物，終于在95年研制出強力包被劑COATER。

 

1、COATER 性能介紹 
　　 該產品是本公司用于對付強造漿性地層和水敏性坍塌地層的主要產品，其化學結構屬丙烯酸鹽高聚物類，它的主要特點是以乳液形式存在，這種產品之所以要做成乳液形式的原因主要有兩點。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，處理劑溶解起來會很困難，一部分漂浮在鉆井液罐表面，相互粘結成幾乎不再溶解的團塊，一部分混入鉆井液來不及完全溶解就被固控設備除掉，只有部分溶解并發揮作用，這樣致使鉆井液得不到及時處理，也影響施工，于是國內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現強抑制性的，這也是國內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，即經常性的細流加入。因為高聚物的主要作用就是吸附在鉆屑表面，抑制其分散，它是不斷地在消耗的，所以要求經常、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，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，調節一下流量就可以在一定時間內完成處理作業，使用非常方便。

 

下面是COATER的主要性能特點。

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

② 產品溶解速度非常快，一般加入鉆井液后兩分鐘內便可完全溶解，并且絕無漂浮結塊的現象，利用率達100％，使鉆井液得到及時處理。

③ 因為該產品的分子量大、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，達到滿意的抑制效果。

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

⑤ 產品無毒、無熒光，適用于探井及對環保要求較高鉆探環境。

 

表一是COATER與國內外同類產品的性能對比。

注：表中技術指標中的特性粘數和MBT降低值的測定方法執行Q/DGl895-1997標準。

 

2．COATER的質量標準

　　產品研制成功后，先后在吉林、遼河、華北和大港等油田進行了近百口井的現場試驗。獲得了巨大的成功，97年9月28日在大港油田集團公司科技開發部的組織下進行了專家鑒定會，來自5個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人鑒定委員會一致認為COATER的研制成功填補了國內空白，達到了國際上的先進水平。12月份，大港油田集團公司發布了COATER的企業標準，標準代號Q/DG1895-1997。

 

表二是COATER的質量指標。

 

　　值得一提的是，本標準采用了MBT降低值來反映產品對粘土分散的抑制能力。這在國內外是沒有先例的。MBT值是通過粘土對一定濃度的亞甲基藍的吸附量來反映鉆井液中的粘土含量。然而，粘土對亞甲基藍的吸附量除了與粘土的絕對量有關外，還與粘土的分散程度有關。相同質量的粘土，分散的細度不同，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對粘土的分散能力。這種辦法的優點是簡單、準確，但精度不是很高。其它測定鉆井液抑制性的方法也各有不足，比如，相對膨脹率的測定不能充分反映產品對粘土分散的抑制能力，巖心回收率的測定要受到巖心性質等條件的制約，CST值的測定重復性太差等等。所以最終我們還是采用了上述的測定MBT降低值的方法。

 

3、強抑制型聚合物鉆井液基本配方

　　自從強力包被劑COATER開始現場試驗以來已經在將近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、開發井上用過。使用地區有吉林、遼河、華北、冀東和大港五個油田。經過如此大范圍、全方位的推廣應用，根據國內鉆井液處理劑水平的現狀，我們摸索出了一套既比較實際，又很實用的配方，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。因為采用COATER作為包被劑，若用法得當，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更好。根據我國實際情況，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，因為這種產品的成本相對比較低，若條件允許，最好采用CMC。對于比較穩定的地層，配合一定量的腐鉀作為防塌劑即可：若地層水敏性較強，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)，用一些高質量的磺化瀝青來改善泥餅質量。

　　這只是強抑制型鉆井液體系(以下簡稱COATER鉆井液)的基本配方，實際施工的過程中，視具體情況可進行調整。

 

三、COATER鉆井液體系的現場操作

1、現場處理要點 
　　 這套鉆井液體系的關鍵就是二開預處理，二開預處理的成功與否是以后順利維護鉆井液性能的基礎。簡單地講，可歸納為以下幾條。

 

① 二開時開始使用該鉆井液體系。

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

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

④ 隨時檢測鉆井液中的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的量進行維護，視地層的造漿性可適當增減。

 

　　該鉆井液體系只要二開前處理得法，二開后維護起來則非常簡單。最重要的一點是隨時檢測鉆井液濾液中的COATER的含量，因為COATER對粘土具有非常強的吸附作用，正是如此強的吸附作用才使COATER產生了非常理想的包被作用，這種包被作用的結果是使被鉆頭破碎的巖屑基本保持原始狀態被鉆井液攜帶到地面而被固控設備有效地清除掉，從而保持鉆井液性能的穩定，使以往的被動性調整鉆井液變為主動處理，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，COATER被消耗的速度越快。所以我們要不斷地進行補充和維護，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進行了飽和性包被的，否則濾液中就不會有COATER存在。那么，假如鉆井液濾液中已經檢測不到COATER了，就說明它的量已經不夠了，如不及時的加以補充，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，當粘土含量達到一定值后(一般在50g/L)后，再補充COATER，就會因為COATER的高分子量以及對粘土的強吸附的特點使鉆井液發生嚴重的絮凝，輕則使鉆井液粘度異常升高，流變性失去控制，即發生前文提到的“加不進去”的情況；重則使鉆井液水土分層，體系被破壞掉。這時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。所以隨時檢測鉆井液濾液中的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，就能夠使鉆井液性能穩定，粘土含量控制在25g/L以內。本公司經過—系列的試驗，找到了一種比較適合現場操作的COATER含量的測定方法。

 

2．COATER含量測定方法

2.1 儀器 與試劑 
a. 中壓失水儀； 
b. 手搖離心機，轉速2000rpm(機動也可)； 
c. 絮凝劑(本公司產)； 
d. 10mL離心試管； 
e. 0.1moL的HCL標準溶液； 
f. 0.1mol的NaOH標準溶液。

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

2.3 結果計算 
鉆井液濾液中COATER的含量用下式計算： 
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。 

　　 這種試驗方法是專為適應鉆探現場條件而制定的一種介于定性與定量之間的檢測方法，因為測定結果主要用于是否需要補充COATER的依據，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。計算公式是經驗公式。

 

3．有關COATER鉆井液使用的其它幾點說明

　　① 由于COATER對粘土具有非常強的抑制分散能力，鉆屑由井底到地面基本保持原始狀態，所以鉆井液對固控設備的要求并不高，一般能夠保證二級固控即可，若具備更高級的固控條件會更有利于鉆井液性能的調整。 
　　 ② 若是淡水鉆井液體系，要求PH值控制在8-9；若是海水或相當礦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 因為COATER鉆井液中無用固相很少，其泥餅質量很好，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備使用COATER鉆井液體系，希望該鉆井液體系能為您的公司創造令您滿意的 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鉆井液體系的現場試驗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、友好的關注，本公司在此一并表示衷心的感謝!并希望繼續得到大家的支持!

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

 

 

 

附件：產品技術標準