新型保护环境的高温水基泥浆体系[2]VIP免费

新型保护环境的高温水基泥浆体系C．J．Thaemilitz等著邓建玲译摘要：一种适应于高温232℃（450℉）高压钻井条件的新型保护环境水基聚合物钻井液体系研制成功。该体系的主要成分为近年来发展起来的不含铬离子和其它任何对环境有害的物质的合成基聚合物，这种新型聚合物能在高温条件下发挥其特殊的作用，具有加量少、抗高温等特点。该体系简化了泥浆添加剂加入的种类，除了两种聚合物组分分别用以控制高温下钻井液的流变性和失水量外，体系中仅需加入pH值控制剂、加重剂以及少量的粘土以控制泥饼的质量。与为防止高温降解而加入大量的热稳定剂的传统钻井液体系相比，具有明显的优势。该体系的另一特点是适应性强（不论淡水钻井液和海水钻井液体系等各种条件均适用）并具有良好的抗钙、镁、固相等污染的能力。本文将对其抗高温性能、合成基聚合物、体系配方以及应用进行论述。介绍：高温水基钻井液的应用过去主要是在传统油基钻井液使用过程中所出现的问题的基础上发展起来的，以解决环境保护、偏远地区的运输、钻井液中气溶性等问题。虽然在过去的几十年里高温水基钻井液的组分不断得到改进，采用了天然改性产品，并且具有良好的性能，但如今对环境和钻井更高的要求，迫使我们必须对这些产品进行更新。过去二十年里，磺化聚丙烯酸类产品广泛应用于泥浆降失水剂和稳定剂，这类产品在合成时所用的单体大都选自一些常用的单体，而采用该类产品配制的高温水基钻井液体系往往需要加入一些天然改性的产品以满足其必备的性能。本文所述的新型高温水基聚合物钻井液所选用的聚合物是用新的、经济可行的单体通过采用不同的合成方法合成出来的，这种钻井液体系不需要加入那些改性等产品即可获得良好的流变性和降滤失性。新型抗高温聚合物钻井液滤失量的控制一种新型的抗高温高压降失水剂丙烯酰胺单体（A）、磺甲基单体（S）和一种交联剂（X）交联共聚而成，其中交联程度直接影响到聚合物的溶解性能，既而影响其降失水作用。交联程度过大，聚合物难以溶解；交联程度过小，其性能则类似于普通的丙烯酰胺聚合物（其线性长链结构易断裂且抗污染能力差）。这种新型的交联聚合物具有致密、球状的形态结构（见图1），和未交联的线性聚合物溶解后其线性结构伸展情况相比，该聚合物溶解后仍保持其致密的球状结构，这种特殊的结构使其具有空间稳定性，从而水解稳定性增加，抗污染和抗剪切能力增强，既而使水基钻井液体系具有良好的流变性和降失水能力。除分子量外，交联聚合物的微观结构也是影响抗高温水基钻井液性能的主要因素。另外，单体的加入顺序、共聚物内部结构都直接影响到离子团的性质，从而影响聚合物束缚二价阳离子的能力。钙、镁离子是具有很强螯合能力的阳离子，它们易于渗透聚合物周围的水化膜并与结构中的阴离子结合，从而产生聚合物盐析现象，这种现象可能发生在链内或链间。当析出的量达到一定程度，聚合物就会不溶解而沉淀下来，从而失去其作用。聚合物中阳离子的盐基度反映了阴离子电荷的稳定性，阴离子团的电荷越强，二价阳离子越易被束缚。这种高温高压降失水聚合物链中丙烯酰胺单体与阴离子团以氢键的形式链接。聚合物微观结构会直接影响到磺甲基阴离子团（单体S）的盐基度。处于两个丙烯酰胺单体之间的离子团要比处于阴离子团与丙烯酰胺单体之间和两个阴离子团之间稳定，这是因为相邻丙烯酰胺单体为形成稳定的氢键提供了保障。由于单体S与丙烯酰胺单体聚合几率很高，因此相同比例的两种单体为生溶液中的线性结构溶液中的交联结构水水图1---聚合物结构成丙烯酰胺—磺甲基交替排列的聚合物结构提供了最大的可能性，采用常规的反相乳化技术合成聚合物，其有效成分可达30%左右。实验研究粘度交联作用降低聚合物的粘度。在300g水中分别溶解1.5g交联聚合物和未交联聚合物，用HamiltonBeach搅拌器搅拌15min后，在室温下测其粘度，结果见表1。其中聚合物1（未交联）和聚合物2（交联）具有相同的单体组分和基本相等的分子量。抗剪切能力剪切对两种聚合物性能的影响采用以下方式。分别将2g的两种聚合物溶解于300g水中，用HamiltonBeach搅拌器搅拌15min后测其初始流变特性，然后将两种聚合物置...