㈠ 不分散低固相泥浆
(一)概述
不分散低固相泥浆要求泥浆中的固相(包括黏土和钻屑)含量小于4%(以体积计),其中钻屑(包括劣质土)和膨润土的比例保持在2∶1左右,而其他的无用固相(钻屑和非膨润土),则利用高分子絮凝剂,特别是具有选择絮凝作用的絮凝剂使其絮凝成团,并用除砂、除泥方法将其清除,不让它们分散在泥浆中,使泥浆在整个钻进过程中都保持低固相。这样的泥浆称之为不分散低固相泥浆。
不分散低固相泥浆能在整个钻进过程中维持低固相,保持低密度,这对小口径金刚石钻进是很有意义的。它可减少钻具回转时的摩擦阻力(利于开高转速),减少泵压损失,减少漏失,提高机械钻速。对于深孔,由于黏土颗粒少,高温下也不稠化,能使泥浆性能保持稳定。
不分散低固相泥浆维持低固相主要是靠加入选择性絮凝剂来实现的。即加入某种选择性絮凝剂后,其对劣质黏土及钻屑有絮凝作用,使其絮凝成团,便于清除。而同时对膨润土颗粒又能适当包围并连接在一起(不是絮凝成团),使膨润土水化,进而增加泥浆黏度。具有这种特性的选择性絮凝剂,目前我国还未研制出来,只发现低水解度的聚丙烯酰胺具有一些选择性絮凝的作用。因此,现在许多地方把低水解度的聚丙烯酰胺与聚丙烯酸钠混合使用,配制不分散低固相泥浆(严格意义上讲只能算低固相泥浆)。
(二)聚丙烯酰胺泥浆
一般来讲,利用水解聚丙烯酰胺(PHP)对泥浆中的黏土颗粒(特别是钻屑中的黏土颗粒)进行絮凝,使泥浆维持低固相,称其为聚丙烯酰胺泥浆。它也可属不分散低固相泥浆体系。这种泥浆对抑制黏土质泥岩、页岩的造浆及防塌有效,可以代替钙处理泥浆和盐水泥浆。由于其密度低、润滑性较好、不糊钻、有一定的堵漏作用,对提高机械钻速极为有利。因而目前被广泛采用。
聚丙烯酰胺泥浆的配方是多种多样的。其中之一的配方是:水解聚丙烯酰胺(PHP)做絮凝剂,三聚磷酸钠(Na5P3O10)做分散剂,Na-CMC做降失水剂(需要时加入),其中PHP与(Na3P3O10)之比为1∶6～1∶4。泥浆中PHP的浓度(干加量)在100×10-6左右,也有超过500×10-6的。常用PHP的分子量为150万～300万,也有高达500万分子量的(絮凝用),5万～7万分子量的PHP用作降失水和提黏。泥浆中用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)。
无论其配方如何,加量多少,所用PHP的分子量高低,水解度大与小,配制和处理PHP泥浆时均需注意以下几点:
1)配浆时要使膨润土预水化,即先加水浸泡。如果是钙膨润土,则应用纯碱水对其预水化一天以上,使其完全转化为钠膨润土并水化。
2)使用硬度高的水造浆时,应先用纯碱或碳酸钡等降低水的硬度,使钙离子量降低到正常范围。钙离子虽不影响絮凝,但却妨碍膨润土造浆和泥浆的沉砂作用。也使泥浆失水量和切力增大。
3)泥浆中不要加入有机分散剂,以免抵消絮凝作用,使固相含量上升,泥浆密度增加。降失水的有机处理剂可用非分散性的聚丙烯酸钠或水解聚丙烯腈等。
4)如钻屑中含有膨润土成分,使泥浆密度增加时,可加水稀释、加入钙盐絮凝或加入未水解的聚丙烯酰胺处理,减少泥浆中膨润土含量,保持泥浆的低固相。
5)地面要配置除砂、除泥设施,让絮凝的颗粒能从泥浆中除去。
6)补充絮凝剂时,应在孔口泥浆流出处的泥浆槽中缓慢加入,不能过量。
7)在保证有效携带钻屑的前提下,泥浆的黏度、切力尽可能降低,利于保持其低固相、低密度、净化好的特点。
8)钻屑与膨润土的比值失衡时,不能依靠增加膨润土含量来调整钻屑与膨润土的比值(2∶1),而应依靠除去劣质土及钻屑来调整。