1. 钻井液流变性能调节
增稠作用:
在海上钻井液体系中,聚阴离子纤维素(PAC)可以有效提高钻井液的粘度。海上钻井环境复杂,例如在深海区域或有强流干扰时,需要足够的钻井液粘度才能保证钻井作业的顺利进行。PAC分子链上的阴离子基团可以与水分子形成较强的氢键,使分子链在水中充分伸展,从而增加流体内部的摩擦力,提高钻井液的粘度。例如在一些深海钻井平台的应用中,加入适量的PAC,可以使钻井液的粘度满足携带岩屑的要求,并防止岩屑在上升过程中落回井底。
改善剪切稀化性能:
PAC还可以改善钻井液的剪切稀化性能。在钻井过程中,不同地区钻井液所受的剪切力是不同的。在钻头处,剪切力较大,良好的剪切稀释性能可降低钻井液黏度,有利于快速携带岩屑从井底上浮;在环空等低剪切区域,黏度增大,有利于悬浮岩屑。PAC通过不同剪切力作用下分子链的取向变化实现这一特性。在高剪切力下,分子链会沿剪切方向取向,流体阻力减小,黏度降低;在低剪切力下,分子链又回到缠结状态,黏度增大,有效提高钻井液性能。
2. 降低滤失量
形成优质滤饼:
海上地层条件复杂,PAC能在井壁形成优质滤饼。当钻井液接触井壁时,PAC分子会吸附在井壁岩石表面,通过分子间的相互作用,形成致密的滤饼。这层滤饼能有效阻止钻井液中的液体渗透到地层中,降低滤失量。特别是在一些海上高渗透性的地层中,PAC形成的滤饼能阻止大量钻井液滤液进入地层,避免地层粘土膨胀、孔隙堵塞等问题,保护地层原有的渗透性。
增加滤液粘度:
PAC还能增加钻井液滤液的粘度。在海上钻井中,海水作为钻井液的组分之一或作为外界环境因素,都会影响钻井液的过滤性能。PAC能在滤液中形成网络结构,阻碍液体分子的流动,增加滤液的粘度。这样,当钻井液接触地层时,高粘度的滤液就能更好地抵抗渗透到地层中,进一步降低滤失量,保证钻井过程的稳定性。
3. 井壁稳定化
抑制粘土水化膨胀:
海上地层中可能含有大量的粘土组分,PAC能有效抑制粘土的水化膨胀。其分子可吸附在粘土颗粒表面,通过离子交换或物理吸附改变粘土颗粒的表面性质,减少水分子与粘土颗粒的接触机会。例如在水敏性地层中,PAC的阴离子基团可与粘土颗粒表面的阳离子发生交换吸附,在粘土颗粒周围形成一层保护膜,阻止大量水分子的进入,从而降低粘土因吸水膨胀的程度,防止井壁垮塌,保证钻井安全。
增强井壁岩的胶结作用:
PAC能与井壁岩中的某些组分发生反应,增强岩石的胶结作用。海上钻井遇到的岩石类型多种多样,如砂岩、页岩等,PAC可以与这些岩石中的矿物离子结合,在岩石表面形成一层增强层。以砂岩地层为例,PAC可以与砂岩中的硅酸盐等成分相互作用,使岩石颗粒结合更加紧密,提高井壁的整体强度,增强井壁的稳定性,减少因井壁不稳定而引起的钻井事故。
