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国内钻井液降滤失剂的应用与分析第一章 引 言 在石油与天然气勘探开发的各项施工中，修井作业是一个重要环节。油气水井在自喷、抽油或注水注气过程中，随时可能发生故障，造成油井减产甚至停产。诸如：油井下沙堵、井筒内严重结蜡结盐、油层堵塞、渗透降低、油气水层互相串通、生产油层枯竭等油井本身的故障；油管连接脱扣、套管挤扁、断裂和渗漏等油井结构损坏；抽油杆弯曲、断裂或脱扣、抽油泵工作不正常等井下采油设备故障等。出现故障后，只有通过井下作业来排除故障，更换井下设备，调整油井参数，恢复油井的正常生产。 石油在当代社会各国发展占据着非常重要的地位，相应石油钻采技术也在不断地得到迅猛的发展。各种化学处理剂亦相继问世。我国石油钻采技术还处于相对落后的水平：一种在于没有好的化学处理剂；一种在于没有好的钻井技术；好的泥浆处理剂对石油钻采有相当重要的作用。 降滤失剂是泥浆处理剂的一种,是用以保证钻井液性能稳定，减少有害液体向地层滤失，以及稳定井壁、保证井径规则的重要泥浆处理剂。 降滤失剂主要通过以下几个机理发挥作用： ①全方位地堵塞泥饼中的毛细孔道使其光滑而致密； ②增加泥饼负电荷密度使其形成强有力的极化水层； ③吸附于粘土晶体颗粒侧面形成桥联缩小毛细孔径； ④增加滤液粘度； ⑤改变泥饼毛细孔的润湿性。 在日前使用的各种降滤失剂中，以预胶化淀粉为代表的一类主要表现为第①种机理，而以NH、HPAN和SMP—I为代表的强阴离子型主要表现为第②、③种机理，对第④种机理来说，CMC、PAC类不可忽视，但其它降滤失剂类型可忽略不计，只有沥青类才具有第⑤种机理。一般降滤失剂的作用机制往往是以某种机理为主，以其它机理为辅。如果根据降滤失剂分子结构特点，通过化学改性或适当复配，既保留降滤失剂作用机理的强项又弥补其作用机理的弱项，即可改善其降滤失效果。 国内使用的降滤失剂主要有如下两大类：一是天然物的衍生物；二是以腈纶废丝为原料的改性产品前者原料来源广泛，但产品在钻井液中作用单一、加入量较大，质量受原料影响，波动也较大。后者原料来源受到一定限制，产品的抗盐、抗钙等能力较差。JST501是以丙烯酰胺、丙烯磺酸钠、丙烯酸钾、丙烯酸钙为单体，在一定条件下共聚制得的产物。聚合物类是用量最大的降滤失剂之一，其发展速度较快。这类聚合物以丙烯酸、丙烯酰胺共聚物为主。腈纶废料的水解产物是一种中等分子量且价格低廉的丙烯酸多元共聚物，其成本仅相当于纯粹合成聚合物的1/3。因此其用量在钻井液中一直占主导地位。这类产品有水解聚丙烯腈钙(CPAN)、水解聚丙烯腈钠、铵、钾盐等。 磺化淀粉、褐煤、羧甲基纤维素等是最早使用的钻井液降滤失剂。随着研究的不断深入以及钻遇地层的条件日趋复杂，已有天然及天然改性的降滤失剂已不能满足钻井的需要，从而促进了人工合成聚合物降滤失剂的研究与发展。近年来，随着泥浆工艺技术的不断发展，人们又把降滤失剂的研究重点放在了开发综合性能好的两性复合离子型聚合物和新型含磺酸基单体聚合物方面上来，并取得了可喜的进展。阳离子和或具阳离子两性复合离子型泥浆降滤失剂在降滤失能力，抗盐抗温能力，防塌效果等方面有着阴离子型处理剂难以比拟的优点。 近年来的钻井实践表明，阴离子型钻井液体系对近代高压喷射钻井和优化钻井的局限性越来越多，如泥浆的静结构力强、水眼能耗大，对钻屑及粘土的水化分散抑制能力不足等，已成为优化钻井中的突出问题。石油勘探开发研究院油化所与西南石油学院合作，在阴离子类处理剂合成的基础上，研制出了能够与阴离子泥浆体系相配伍的新型两性复合离子聚合物包被降滤失剂FA-367，进一步实现了泥浆处理剂的多功能化。两性离子聚合物处理剂表现出的良好性能，也推动了两性离子塑多元共聚物降失水剂的研究工作。 随着钻特殊井、超深井和复杂井数量的增多，对钻井液工艺技术提出了更高的要求，原有的钻井液处理剂已不能完全满足钻井液工艺技术发展的需要。这便促使了油田化学工作者致力研制开发新型钻井液处理剂。随着钻井液添加剂的广泛使用，大量的废弃钻井液添加剂进入环境，其中有相当一部分不能或很难被自然界中的微生物降解。这些添加剂长期滞留在环境中，轻者污染环境，影晌动、植物的生长，重者毒害人、畜。合成聚合物是用量大的钻井液降滤失剂之一，也是国内油田化学工作者研究、探索最集中、最活跃的领域。研究表明，采用新单体与丙烯酸、丙烯酰胺等共聚，可改善聚合物类处理剂的耐温性能和抗高价离子污染的能力。从2O世纪9O年代后期至今，油田开采“双保”(保护环境、保护产层)活动越来越受到重视，也正是认识了天然材料改性后的诸多优点之后，又开始把目光投向了天然原料的油田化学剂。天然材料来源丰富，价格低廉，如淀粉、纤维素、腐殖酸、栲胶(单宁)、木质素等的天然材料改性后具有生物降解性，是环保型材料，用作多功能新型油田化学剂的前景十分广阔。 我国在钻