㈠ 不分散低固相泥漿
(一)概述
不分散低固相泥漿要求泥漿中的固相(包括黏土和鑽屑)含量小於4%(以體積計),其中鑽屑(包括劣質土)和膨潤土的比例保持在2∶1左右,而其他的無用固相(鑽屑和非膨潤土),則利用高分子絮凝劑,特別是具有選擇絮凝作用的絮凝劑使其絮凝成團,並用除砂、除泥方法將其清除,不讓它們分散在泥漿中,使泥漿在整個鑽進過程中都保持低固相。這樣的泥漿稱之為不分散低固相泥漿。
不分散低固相泥漿能在整個鑽進過程中維持低固相,保持低密度,這對小口徑金剛石鑽進是很有意義的。它可減少鑽具回轉時的摩擦阻力(利於開高轉速),減少泵壓損失,減少漏失,提高機械鑽速。對於深孔,由於黏土顆粒少,高溫下也不稠化,能使泥漿性能保持穩定。
不分散低固相泥漿維持低固相主要是靠加入選擇性絮凝劑來實現的。即加入某種選擇性絮凝劑後,其對劣質黏土及鑽屑有絮凝作用,使其絮凝成團,便於清除。而同時對膨潤土顆粒又能適當包圍並連接在一起(不是絮凝成團),使膨潤土水化,進而增加泥漿黏度。具有這種特性的選擇性絮凝劑,目前我國還未研製出來,只發現低水解度的聚丙烯醯胺具有一些選擇性絮凝的作用。因此,現在許多地方把低水解度的聚丙烯醯胺與聚丙烯酸鈉混合使用,配製不分散低固相泥漿(嚴格意義上講只能算低固相泥漿)。
(二)聚丙烯醯胺泥漿
一般來講,利用水解聚丙烯醯胺(PHP)對泥漿中的黏土顆粒(特別是鑽屑中的黏土顆粒)進行絮凝,使泥漿維持低固相,稱其為聚丙烯醯胺泥漿。它也可屬不分散低固相泥漿體系。這種泥漿對抑制黏土質泥岩、頁岩的造漿及防塌有效,可以代替鈣處理泥漿和鹽水泥漿。由於其密度低、潤滑性較好、不糊鑽、有一定的堵漏作用,對提高機械鑽速極為有利。因而目前被廣泛採用。
聚丙烯醯胺泥漿的配方是多種多樣的。其中之一的配方是:水解聚丙烯醯胺(PHP)做絮凝劑,三聚磷酸鈉(Na5P3O10)做分散劑,Na-CMC做降失水劑(需要時加入),其中PHP與(Na3P3O10)之比為1∶6～1∶4。泥漿中PHP的濃度(干加量)在100×10-6左右,也有超過500×10-6的。常用PHP的分子量為150萬～300萬,也有高達500萬分子量的(絮凝用),5萬～7萬分子量的PHP用作降失水和提黏。泥漿中用PHP,有水解度在30%左右的(絮凝),也有水解度60%～80%的(降失水和提黏)。
無論其配方如何,加量多少,所用PHP的分子量高低,水解度大與小,配製和處理PHP泥漿時均需注意以下幾點:
1)配漿時要使膨潤土預水化,即先加水浸泡。如果是鈣膨潤土,則應用純鹼水對其預水化一天以上,使其完全轉化為鈉膨潤土並水化。
2)使用硬度高的水造漿時,應先用純鹼或碳酸鋇等降低水的硬度,使鈣離子量降低到正常范圍。鈣離子雖不影響絮凝,但卻妨礙膨潤土造漿和泥漿的沉砂作用。也使泥漿失水量和切力增大。
3)泥漿中不要加入有機分散劑,以免抵消絮凝作用,使固相含量上升,泥漿密度增加。降失水的有機處理劑可用非分散性的聚丙烯酸鈉或水解聚丙烯腈等。
4)如鑽屑中含有膨潤土成分,使泥漿密度增加時,可加水稀釋、加入鈣鹽絮凝或加入未水解的聚丙烯醯胺處理,減少泥漿中膨潤土含量,保持泥漿的低固相。
5)地面要配置除砂、除泥設施,讓絮凝的顆粒能從泥漿中除去。
6)補充絮凝劑時,應在孔口泥漿流出處的泥漿槽中緩慢加入,不能過量。
7)在保證有效攜帶鑽屑的前提下,泥漿的黏度、切力盡可能降低,利於保持其低固相、低密度、凈化好的特點。
8)鑽屑與膨潤土的比值失衡時,不能依靠增加膨潤土含量來調整鑽屑與膨潤土的比值(2∶1),而應依靠除去劣質土及鑽屑來調整。