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聚合物钻井完井液 刘俊章 聚合物钻井液是指以乙烯基共聚物为主要处理剂所组成的水基钻井液体系。由于聚合物的桥接作用，使钻井液中的粘土颗粒保持在较粗的状态，同时由于聚合物的吸附作用，使钻屑的表面受到吸附层的保护而不分散成更细的颗粒，因此用聚合物钻井液钻井，可以有更高的钻井速度。聚合物具有絮凝劣土、调节粘度，切力，降低滤失量、稳定地层等特性。聚合物主要有：部分水解聚丙烯酰胺及其衍生物、乙酸乙烯酯与马来酸酐的共聚物等。聚合物钻井液中由于用水溶性聚合物作处理剂，因而具有剪切降粘特性好、携砂能力较强、稳定井眼、减少油气层损害、抗高温等特点。根据所用的聚合物，聚合物钻井液体系又可分为：阴离子型聚合物钻井液、阳离子型聚合物钻井液、两性离子聚合物聚合物钻井液、非离子型聚合物钻井液。 一、聚合物钻井完井液 (一)、聚合物钻井液的特点 1．固相含量低，且亚微米粒子所占比例也低。这是聚合物钻井液的基本特征，是聚合物处理剂选择性絮凝和抑制岩屑分散的结果，对提高钻井速度是极为有利的。对不使用加重材料的钻井液，密度和固相含量大约成正比的。研究表明，纯蒙脱土钻井液中亚微米粒子含量为13％左右，用分散剂木质素磺酸盐处理后，亚微米粒子含量上升为约80％，而用聚合物处理后的体系亚微米粒子的含量降为约6％。大量室内实验和钻井实践均证明，固相含量和固相颗粒的分散度是影响钻井速度的重要因素。 2．具有良好的流变性，主要表现为较强的剪切降粘性和适宜的流型。聚合物钻井液体系中形成的结构由颗粒之间的相互作用、聚合物分子与颗粒之间的桥联作用以及聚合物分子之间的相互作用所构成。结构强度以聚合物分子与颗粒之间桥联作用的贡献为主。在高剪切作用下，桥联作用被破坏，因而粘度和切力降低，所以聚合物钻井液具有较高的剪切降粘作用。由于这种桥联作用赋予聚合物钻井液具有比其它类型钻井液高的结构强度，因而聚合物钻井液具有较高的动切力。同时，与其它类型钻井液相比，聚合物钻井液具有较低的固相含量，粒子之间的相互摩擦作用相对较弱，因而聚合物钻井液具有较低的塑性粘度。由于聚合物水溶液为典型的非牛顿流体，所以聚合物钻井液一般具有较低的n值。当然，在实际钻井过程中，各流变参数需控制在适宜的范围内，过高和过低对钻井工程都不利。 为获取平板型层流，一般应控制塑性粘度和动切力。如。在0.36～0.48范围内。YP/PV太小，会导致尖峰型层流；若YP/PV太大，则YP增高，导致泵压升高，动力消耗增大。 另外，聚合物钻井液具有较强的触变性。触变性对环形空间内钻屑和加重材料在钻井液停止循环后的悬浮问题非常重要，适当的触变性对钻井有利。钻井液流动时，部分结构被破坏，停止循环时能迅速形成适当的结构，均匀悬浮住固相颗粒，这样不易卡钻，下钻也可一次到底。如果触变性太大，形成的结构强度太高，则开泵困难，易导致压力激动，对易漏地层可能憋漏。聚合物钻井液的固相含量较低，结构主要是聚合物与颗粒间的桥联作用，既具有一定结构强度，又不会太高，一般情况下，若触变性适宜，不会造成开泵困难。但遇到固相含量过高时，则应注意开泵要慢，泵的阀门要由少到多逐渐加压，避免造成压力激动。正是由于聚合物钻井液具有较高的动塑比，剪切降粘性好，还具有较强的触变性，以及在环形空间形成平板型层流等优良性能，因此它悬浮和携带钻屑的效果好，可有效地减少钻屑的重复破碎，使钻头进尺明显提高。 3．钻井速度高。如前所述，聚合物钻井液固相含量低，亚微米粒子比例小，剪切降粘性好，卡森极限粘度低，悬浮携带钻屑能力强，洗井效果好，这些优良性能都有利于提高机械钻速。在相同钻井液密度的条件下，使用聚丙烯酰胺钻井时的机械钻速明显高于使用钙处理钻井液时的机械钻速。 4．稳定井壁的能力较强，井径比较规则。只要钻井过程中始终加足聚合物处理剂，使滤液中保持一定的含量，聚合物可有效地抑制岩石的吸水分散作用。合理地控制钻井液的流型，可减少对井壁的冲刷。这些都有稳定井壁的作用。在易坍塌地层，通过适当提高钻井液的密度和固相含量，可取得良好的防塌效果。 5．对油气层的损害小，有利于发现和保护产层。由于聚合物钻井液的密度低，可实现近平衡压力钻井；由于固相含量少，可减轻固相的侵入，因而减小了损害程度。 6．可防止井漏的发生。对于不十分严重的渗透性漏失地层，采用聚合物钻井液可使漏失程度减轻甚至完全停止。一方面，这是由于聚合物钻井液一般比其它类型钻井液的固相含量低，在不使用加重材料的情况下，钻井液的液柱压力就低得多，从而降低了产生漏失的压力。另一方面，聚合物钻井液在环形空间的返速较低，钻井液本身又具有较强的剪切降粘性和触变性，因此钻井液在环形空间具有一定的结构，一般处于层流或改型层流的状态，使钻井液不容易入地层孔隙，即使进入孔隙，渗透速度也很慢，钻井液在孔隙内易逐渐形成凝胶而产生堵塞。另外，聚合物