植物胶在钻探中的配方和应用
植物胶是国外特有的一种高分子野生植物中提取的,外观为暗棕红色粉末，主要成分是半乳甘露聚糖，还有蛋白质、纤维素、水分及少量钙、镁等无机元素。
植物胶的主要性能
水溶性：植物胶不溶解于乙醇、甘油、甲酰胺等任何有机溶剂，水是植物胶的唯一溶剂。粘度：植物胶遇水能溶胀水合形成高粘度的溶胶液，其粘度随粉剂浓度增加而显著增加，植物胶液属于非牛顿型流体，粘度随剪切速度增高而降低。耐盐性能：由于它的非离子性，植物胶液一般不受阴、阳离子的影响，不产生盐析现象。凝胶：水合后的植物胶可与硼砂，重铬酸盐等多种化学试剂发生交联作用，形成具有一定粘弹性的非牛顿型水基凝胶。这种凝胶的粘度要比胶液粘度高几十倍甚至几百倍。
该产品作为钻井冲洗液材料,既可直接配制成无固相冲洗液,又可作为一种增粘、降失水及提高润滑减阻作用的泥浆处理剂,还可配制成低固相泥浆,适用于不同的复杂地层,依照产品的不同特性, 植物胶主要用于石油领域的勘察钻探; 煤田、水文、地质、水电等领域的勘察钻探; 冶金和桩基钻掘工程,尤其是对于冶金钻探的取芯,效果更为突出.
作用机理
植物胶是一种天然高聚物,在固态时分子链呈卷曲状态,遇水后,水分子进入植物胶分子内,分子链上的OH基可与水分子进行氢键吸附,结果产生由溶胀到溶解的过程,增加了分子间的接触和内摩擦阻力,结果显示出较强的粘性.又由于高分子链可吸附多个粘粒形成结构网,使粘粒的絮凝稳定性提高;同时,由于粘液的粘性使滤饼的渗透性降低和泥饼胶结性好,故能降低泥浆的滤失量.
植物胶钻井液的配方及注意事项
一、基本配方
1、植物胶的配方：
配制无固相冲洗液，植物胶:水＝2:100（重量比）加入烧碱（氢氧化钠），加量为植物胶干粉重量的8％。
配制低固相泥浆，植物胶:水:钠土＝1:100:（5－6）（重量比）加入烧碱（氢氧化钠），加量为植物胶干粉重量的8％。注：宜用钠土，不宜用钙土。植物胶胶先制浆加碱，后加钠土。
二、特殊地层的配方
1、水敏性地层，易吸水膨胀、缩径的地层：
（1）一般水敏性地层：植物胶按基本无固相配方制浆后加入0.2％以上（按浆液重量）的Na-CMC（钠羧甲基纤维素），降低失水量；
（2）较强水敏性地层：植物胶按低固相泥浆配方制浆后加入0.2％－0.3％（按泥浆重量）Na-CMC，可进一步降低失水量，抑制地层水化膨胀。
2、基岩挤压破碎带，护壁比较困难，易坍塌掉块地层；可在植物胶无固相或低固相泥浆中加入：KHm（腐植酸钾）1－1.5％Na-CMC0.2％以上。
3、承压水地层：
植物胶类无固相冲洗液不能直接悬浮加重剂，承压水地层使用植物胶时，必须先将植物胶配成低固相泥浆，然后再加入加重剂（如重晶石粉或铁矿粉）才能制备成加重泥浆。
三、植物胶使用的促溶剂只能用烧碱（氢氧化钠）不能用纯碱（碳酸钠）代替。
四、配制好的植物胶新浆漏斗粘度必须达到60秒以上，低固相泥浆更高，才能表现出植物胶的优越性。
五、植物胶配制低固相泥浆时，植物胶的用量不得低于配制无固相浆液用量的一半。低于一半则植物胶的功能效果不明显。
六、钻探现场制浆工艺
1、现场制备植物胶钻探冲洗液的搅拌机要采用高速立式泥浆搅拌机，叶轮转速须在500－700转/分为宜，转速不宜超过700转/分；亦可采用软轴搅拌器；不宜采用卧式泥浆搅拌机和水泥搅拌机。
2、搅拌机可以单独安装动力，或者用水泵的动力带动，但要注意运转方向，即保证搅拌机叶轮转动时，桶内液浆面呈正漏斗形，否则植物胶不易搅散，产生疙瘩。
3、制浆程序：
（1）、先向搅拌机中加入1/2罐清水，开动机器以500-700转/分速度高速搅拌，并一次性倒入植物胶粉，搅拌5分钟，待干粉充分分散无疙瘩。
（2）、然后加满清水继续搅拌，并加入烧碱水溶液以中低速搅拌5－10分钟即可；
（3）、注意，不能长时间高速搅拌，否则将造成高分子断链，浆液粘度低。
（4）、水温较低时，植物胶不易溶胀，可在初搅时加入温水（如柴油机冷却水），可以得到好的效果。
（5）、绳索取心钻进，搅制的新浆要用14－20目筛网过滤。
4、循环系统：
循环系统根据钻孔深度和所钻岩层设计。其中包括泥浆池和循环槽。
（1）、30－50米的砂卵石层钻孔，可以只用一个1－1.5m3的泥浆池；60米以上的砂卵石层钻孔，应设计两个泥浆池，总体积应在2m3以上。基岩钻进可参照上述设计。矿山数百米深孔钻进，泥浆池容积应在5m3以上。
（2）、循环槽的长度5－15米，根据现场条件和孔深确定，槽宽15－20厘米，高度10－12厘米，每隔30厘米一块挡板沉砂。
5、浆液的维护管理：
（1）、及时除砂，除砂方法根据条件选择：
a.及时排掉循环槽中沉淀的岩粉和砂子；
b.安装离心除砂器或除砂机专门除砂；
c.在浆液中加入聚丙烯酰胺水溶液加速岩屑沉降；
d.浆液含砂量太重，无法净化时，全部排掉换新浆。
（2）、浆液在使用中，由于胶质消耗，粘度逐渐降低，是正常现象。当漏斗粘度降低到40秒以下时，要及时补充新的浆液。
（3）、泥浆池和循环槽不得有地表水和天上降雨浸入。
操作技术要点
(1)控制合理的起下钻速度,操作升降机要平稳.尽量减小惯性作用,防止孔内钻具抽吸浆液,回灌浆液时避免冲刷孔壁；
(2)钻进时随时调整泥浆性能,保持孔底清洁,避免钻头或钻具上部“泥包”.由于钻进时孔内岩粉较多,应避免提钻前长时间冲孔,防止孔壁扩大；
(3)当发现浆液中含沙量较高时,应予更换浆液；
(4)在钻井过程中,本产品虽有一定的堵漏效果,但当漏失严重时, 可选用我厂的堵漏专用产品---803-2A堵漏剂.严禁顶漏钻进,否则易造成孔壁坍塌事故；
(5)在钻进规程参数选择中，应遵循低压、中转速、小泵量的原则，即钻压应控制在2～3 MPa范围内，转速在600～700 r/min比较适合，而泵量则应尽可能的小，以减少泥浆对孔壁的冲刷力；
(6)在钻进中，应经常清理堵塞在吸水头上的搅散的泥浆团块，以免使吸入孔内的泥浆浓度降低，达不到最佳的护壁效果；
(7)在钻进砂卵砾石层时，应选用胎体硬度在38～50 HRC的热压孕镶金刚石钻头；
(8)经常检查单动双管钻具的单动性能，尤其是轴承的灵活性，应及时拆卸，清洗加油，更换密封圈，合理调节内、外管间隙。在砂土层中，将卡簧座及钻头的间隙增大到8～10 mm，以防水路堵塞，在卵砾层中控制在3～5 mm为宜；
(9)回次进尺控制在1.2～1.5 m，发现堵心时应立即提钻。
结语:我厂生产的钻井专用植物胶配制的钻井液，都是粘弹性钻井液，不仅具有其他钻探冲洗液的基本性能，而且具有与其他冲洗液不同的特殊功能；它们不仅可以配制无固相钻井液，而且是多功能的泥浆处理剂。
用植物胶配制的钻井液由于胶体的吸附成膜作用，失水量较低，一般在10毫升/30分钟左右，在钻孔中，尤其是软、酥、脆地层和砂卵石地层护壁效果较好；使用中因为配制的表观粘度比较高，即使采用较小的泵量，排沙能力也很强，可以排除3毫米以上的砂砾；它本身具有一定的润滑性，可降低水的润滑系数，起到润滑钻具的作用。在采用必须的泵量保证冷却钻头的条件下，它们不但能够充分地起到普通钻探冲洗液的四大功能作用。而且还表现出突出的特殊功能：1、护心作用，提高取心质量；2、粘弹性减振作用，有利于开高转速；3、减摩阻效应，泵压低。
植物胶是钻探工程中新兴的一种高科技产品,由于它具有无毒、无害. 不污染环境等优点,被誉为21世纪“绿色钻井助剂”,相信在不久的将来, 植物胶定会在煤田、地质、石油、冶金等钻探工程中彰显其卓越的功效.
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