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聚丙烯酰胺在钻井中的五大作用

作者:利星 日期:2021-04-07 15:49 浏览:15663

聚丙烯酰胺因其分子结构特点和品种齐全,已广泛应用于国民经济的各个领域,特别是在油田。介绍了聚丙烯酰胺在钻井过程中的五大作用,即聚丙烯酰胺的降滤、絮凝、防塌、降粘和堵漏。

聚丙烯酰胺在钻井中的五大作用

聚丙烯酰胺是一种多功能油田化学处理剂,广泛应用于石油工业,特别是钻井、三次采油、堵水和调剖等领域。聚丙烯酰胺的*大用户是石油工业,聚丙烯酰胺聚合物的技术进步加速了石油工业的发展,而石油工业的需求加速了聚丙烯酰胺聚合物的技术创新和发展。

20世纪初,采用清水作为钻井液,钻井过程中混入的泥岩岩屑形成天然泥浆。直到20世纪40-50年代,聚丙烯酰胺才作为钻井液用于钻井,这使钻井液的发展发生了巨大变化,不仅提高了钻井速度,而且使钻井液的种类从天然聚合物发展到合成聚合物,使钻井液技术进入科学发展阶段。

1.聚丙烯酰胺的降滤作用

钻井液在钻井过程中滤失量比较大,容易造成页岩坍塌和水化膨胀,使井筒不稳定;当钻井液和滤液侵入地层时,会引起粘土膨胀,堵塞地层中的油气流动通道,损害产层,增加滤失量,使滤饼变稠,井径减小,钻具扭矩增大,起下钻时产生抽汲,起下钻时产生较大的压力波动,容易造成压差卡钻。同时,滤饼过厚影响注水泥质量,增加地层评价难度,增加安全隐患。

分子量在10-20万之间的聚丙烯酰胺适合作为降滤失剂。丙烯酰胺经碱中和后的共聚物产品,既能降低滤失量,又能增加粘度,既能提高钻井液的剪切稀释能力,又能有效调整流型,在油田钻井液中得到了广泛应用。将粉状水解聚丙烯酰胺与适量碳酸钾混合,然后用悬浮稳定剂分散成白油,分散后的悬浮产品比传统方法好得多。磺化聚丙烯酰胺不仅耐高温,而且具有一定的抗塌能力。

2.聚丙烯酰胺的絮凝

钻井液固相是影响钻井液成本和速度的关键因素之一。20世纪60年代末,国外将高分子絮凝剂引入钻井液,应用低固相不分散高分子钻井液,大大提高了钻井液速度,成为当代钻井行业四大技术之一。高分子絮凝剂可以使钻井液中的钻屑和劣质土处于非分散的絮凝状态,从而可以被机械固控设备去除,更好地解决了分散钻井液体系中钻屑的分散和聚集问题,不仅加快了钻速,而且减少了钻井过程中的许多复杂情况,更好地保护了油气层,降低了钻井成本。钻井液用聚丙烯酰胺絮凝剂包括未水解聚丙烯酰胺和水解聚丙烯酰胺。水解聚丙烯酰胺是选择性絮凝剂,未水解聚丙烯酰胺是全絮凝剂。未水解聚丙烯酰胺的分子只有*性酰胺基团,不带负电荷。水化膜薄,未水解聚丙烯酰胺与劣质土之间的排斥力小。当它们遇到这两种粒子时,就会发生架桥和吸附。水解聚丙烯酰胺絮凝剂不仅絮凝钻井液中的钻屑,还絮凝钻井液中的优质土壤,起到充分絮凝的作用。当水解聚丙烯酰胺达到一定水解度时,负电荷密度更高,水合膜更厚。当接近优质土壤颗粒时,它们之间会产生较大的静电斥力和水化膜斥力,难以吸附优质土壤颗粒;当靠近钻屑时,容易产生吸附,形成絮凝块,从钻井液中去除,从而起到选择性絮凝的作用。水解聚丙烯酰胺一般分子量在200万以上,水解度在30%左右效果更好。

3.聚丙烯酰胺的防塌作用

受某些因素影响,井壁不能保持原状,称为井壁失稳。影响井壁稳定性的因素很多,主要有地质因素、工程因素和物理化学因素。在钻井液中加入一些聚合物可以使井壁稳定。这些聚合物大多通过以下三种方式稳定井筒,即聚合物分子的多点吸附、凝胶保护和封孔,可以保护钻井液中的溶胶颗粒,防止滤液渗入地层引起的粘土水膨胀。

常用的聚合物防塌剂有聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺和磺化聚丙烯酰胺。水化基团的水化可以形成可压缩的泥饼,阻止水渗入地层,阻止粘土水化膨胀。

4.聚丙烯酰胺的降粘效果

钻井液的粘度会在三种情况下增加:

(1)当被无机电解质污染时,粘土颗粒的双电层被压缩,粘土颗粒边角处的静电荷减少,水化层变薄,粘土颗粒容易相互形成空间网格结构,自由水大大减少,导致钻井液的剪切力和粘度增加;

钻井液中固体颗粒的增加和颗粒间距的减小有利于粘土网络结构的形成,从而导致钻井液剪切力和粘度的增加;

含聚合物钻井液中,由于粘土与聚合物或聚合物分子的相互作用,形成空间网格结构,这也是钻井液剪切力和粘度增加的原因。

如果钻井液的剪切力和粘度过高,钻井液的流动阻力会增加,能耗会增加,渗透率会降低,有时会出现卡钻、钻头泥包、地面钻屑清除困难、钻井过程中脱气困难等问题。小分子量聚丙烯酰胺聚合物可用作钻井液稀释剂。

5.聚丙烯酰胺的封堵效果

钻井液漏失需要用堵漏剂封堵。钻井液漏失的主要原因是溶洞漏失、渗透漏失和裂缝漏失。高渗透砂岩地层或砾石地层引起的钻井液漏失称为渗透率漏失;

砾岩、灰岩地层中的天然裂缝和钻井液压降与砾岩、灰岩地层分离形成的人工裂缝引起的钻井液漏失称为裂缝性漏失;

溶洞地层引起的钻井液漏失称为溶洞漏失,多发生在石灰岩地层。

对于可渗透地层的封堵,可以用聚丙烯酰胺形成凝胶在该地层进行封堵。

对于裂缝和岩溶地层的封堵,可以使用体积膨胀聚丙烯酰胺凝胶颗粒。当凝胶颗粒的直径大于裂缝狭窄部分宽度的1/3或溶洞进出口直径时,通过颗粒的架桥作用产生滞留,形成滤饼堵塞漏失地层。聚丙烯酰胺或体积膨胀聚丙烯酰胺可与水泥或矿物材料混合,以提高封堵强度。

6.总结

聚丙烯酰胺在石油工业中用作驱油剂、压裂液添加剂和油田污水处理剂,聚丙烯酰胺的发展促进了油田工业的发展。没有聚丙烯酰胺的支持,油田不会发展得这么快。

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