[其他]水基钻井液和封隔液

说明书

水基钻井液和封隔液由其中含有分散的或可能是分散的颗粒状无机材料，并且通常还含有溶解的有机添加剂的水相组成。无机颗粒状材料经常包括胶体状的粘土如膨润土和钻井过程中的钻屑。有机添加剂应考虑钻井液和封隔液的性质来选择，它们通常有三种类型。一类是稀释剂，凝胶防止剂或分散剂，它们用来降低粘度或用来防止由于悬浮固体颗粒增加而造成的不利的粘度增长;氯化钠、氢氧化钠或高价金属离子的侵入所导致的凝结;预水化膨润土的温度效应和液体中其它有机添加剂的热降解。

另一类是所谓的降失水剂或滤失控制剂，它们是用来促进井下泥饼的形成并影响其渗透率的。用来作为降水剂和稀释剂的材料是不同的，须用不同的材料达到不同的特性。第三类是增粘剂。

降失水剂通常是分子较大的水溶性聚合物，它们可能交联起来而增加其性能，这种聚合物溶液的粘度高。美国第4293427号专利说明书建议选用丙烯酰胺和丙烯酰胺基烷基磺酸的交联共聚物来达此目的。在美国第4309523号专利说明书中建议使用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和N-乙烯基-N-甲基乙酰胺以及有选择地加入丙烯酰胺的共聚物。在PCT第WO83/02449号专利公告中，AMPS和乙烯基咪唑和交联剂的共聚物被描述为降失水剂。美国4293427号专利说明书中所提及的粘度值以及美国4309523号说明书和PCT第WO83/02499号专利公告中较高的K值表明这种聚合物的分子量是比较高的。

在美国4502964号专利说明书中，降失水剂被描述成是至少占51%摩尔的AMPS和二甲基丙烯酰胺及丙烯腈的聚合物，并说它们的分子量可达100万，但最好是50万;还举例表明其溶液的布氏粘度是96000厘泊。其中还说分子量可能低到10000，但这可能是一个印刷错误，因为分子量如此之低，即使在聚合物确实含有大量丙烯腈的情况下，也不可能具有降失水剂性能。在美国4502965号专利说明书中也有类似的记述，但其例举的布氏粘度为2940厘泊，并用乙烯基吡咯烷酮代替二甲基丙烯酰胺。

因而，降失水剂的溶液必须有相对较高的粘度，并促进泥饼的形成;而稀释剂则须造成非常低的粘度，所以钻井液和封隔液的稀释剂必须是泥浆中粘土和其它微粒的分散剂。

合成聚合物能起分散剂的作用是众所周知的，如低分子量的聚丙烯酸钠的使用非常广泛，它的典型分子量是10000或10000以上。在美国第3898037号说明书中建议使用AMPS和丙烯酸或其它单体的共聚物，并指出其分子量最好在10000-100000之间，尽管可允许上下一定范围的变化。多分散性是重均分子量和数均分子量的比值，表明了一种聚合物分子量的分布情况。多分散性为1是理论最佳值，表示聚合物所有的链都有相同的分子量。很显然，美国3898037号说明书中的聚合物的多分散性必然是非常高的，可能大于3。说明书所列举的大部分聚合物含70%重量的AMPS，但有些仅含30%。

尽管钻井液和封隔液的稀释剂一定是分散剂，但它们也必须满足其它各种操作上的要求，以便使它们适宜于作井下稀释剂。这在关于适用稀释系统的文献上已有很多记载，例如在美国2911365号和4476029号专利说明书中，使用了各种聚丙烯酸酯;在美国2913437号说明书中使用烯和顺丁烯二酸酐的共聚物。通常稀释剂的分子量比在美国3898037号说明书中所要求的作为分散剂的分子量要小。

在美国3730900号说明书中建议使用苯乙烯磺酸和顺丁烯二酸酐的共聚物，其分子量在1000-5000之间，其商标为“Miltemp”，使用非常广泛。在美国第3764530号专利说明书和第2120708号专利说明书中建议使用各种丙烯酸聚合物。在英国2090888号专利说明书中建议使用丙烯酸和丙烯酸羟丙脂的共聚物。

在美国4048077号专利说明书中建议把分子量较高的共聚物（由K值表示）加到钻井液中，如：乙烯基磺酸、丙烯酰胺和N-乙烯基-N-甲基乙酰胺的共聚物。其目的未详细说明，但这些添加剂的效能是通过测量失水来决定的，因而，可以推测它们是用来作为降失水剂。说明书指出：磺酸基、酰胺基、腈基和脂基的存在增加了聚合物对钙离子的稳定性，但羧基的形成则会增加聚合物对钙离子的敏感性。

低分子量的聚丙烯酸和低分子量的苯乙烯磺酸和顺丁烯二酸酐的共聚物在很多钻井液和封隔液中应该是满意的稀释剂，但它们并不是在任何情况下都保持深井中所必需的分散性。特别是在液体中含有大量溶解钙，例如钻井泥浆是石膏或石灰泥浆或是被水泥或硬石膏污染的泥浆时，就会发生问题。