無粘土沖洗液主要由天然植物膠和合成高分子 聚合物兩大類原料配制而成。實踐證明，直接采用 植物膠或純高分子聚合物配制無粘土沖洗液，其綜 合性能并不太理想。充分利用植物膠和聚合物的特 性，通過復合改性等方法，使二者的作用得到充分發(fā) 揮，可以獲得滿足鉆進要求，性能良好、穩(wěn)定,配制使 用方便的復合膠無粘土沖洗液。

2新型復合膠無粘土沖洗液優(yōu)選組分及優(yōu)化配方

2.1植物膠的選擇

筆者選用的新型復合膠為天然植物膠經(jīng)有機高 分子聚合物、無機化合物的交聯(lián)、橋聯(lián)和水化作用而 形成的一種膠粒致密,以線型結(jié)構為主的復合膠體 材料。選擇植物膠應以增粘作用效果好為主要依 據(jù)，其次考慮其來源和成本。表1為國內(nèi)外常用的 植物膠種類及性能，其中羥丙基瓜爾膠增粘效果好， 來源豐富。

羥丙基瓜爾膠在沖洗液中的加量以 3%為宜。加量過小不能滿足粘度要求，過大會在后 續(xù)的交聯(lián)反應中產(chǎn)生過多的體型交聯(lián)，使沖洗液急 劇變稠,流動性變差。 2.2調(diào)整劑和交聯(lián)劑選擇 2.2.1有機高分子聚合物

有機高分子聚合物的主要作用是調(diào)整植物膠的 交聯(lián)性能。在高分子長鏈和活性基團的作用下，植 物膠分子易于向著鏈的延伸方向進行線型交聯(lián)，使 體系在較高粘度下保持良好的流變特性。目前常用 的有機高分子聚合物如羥乙基纖維索（HEC)、鈉羧 甲基纖維素(CMC)、生物聚合物(XC)、水解聚丙烯 酰胺(PHP)、未水解聚丙烯酰胺(PAM)等都有一定 的交聯(lián)改性作用。考慮到材料_源及綜合性能，選 用FHP更為合適。加量在'300 x 1(T*?1 000 x 1〇-6之間。

2.2.2無機交聯(lián)荊

國內(nèi)常用的鉆井壓裂液交聯(lián)劑有:有機過渡金 屬鋯、鈦、有機硼、硼砂、PS、Fe3Cl3等。通過對交聯(lián) 劑的大量試驗，在PS系列產(chǎn)品中選定了 PS-DL為

表1圔內(nèi)外常用植《肢種類及性能

植物膠名稱濃度WIT1罱斗粘度/a表現(xiàn)粘度 /mfvr1«性粘度pH俥

羥丙基瓜爾膠54513ii7

鷹芋膠5208.57,59.5

田菁5236,54.010

渝樹皮5223.23,010.5

鉆井粉5162.21.510.5

改性槐豆粉5206.04.510

件能

表2羥丙基瓜爾膠與幾種聚合物交聯(lián)改性試驗結(jié)果

配 方

xai〇--FS/%〇Ti/mPa-s—5^p/niPi4*

2,0C：MG0.41*40"1713

2.0HEC0.4V2Sf1614

2.0FHC0.42'itr2015

2.0PFPU.43，2216

2.0PAM0.47'2T2722

lTjVt-a

3.07

l.S

3.33

3.75

2,27

表3新型復合膠無粘土沖洗液優(yōu)化配方及性能

優(yōu)化配方

編號GRJ

/%cPHP/10 6 ^f%cT lr7A 。 〇Pa ■ s - ’/mFa-s - 3 /]> cmUhp

12.010000-4T25T21 17 653.82

22.010001,0Al'W55 25 722.88

新型復合膠無粘土中沖洗液的交聯(lián)劑。

表2是羥丙基瓜爾膠(GRJ)與幾種常用聚合物 及無機交聯(lián)劑PS - DI.的交聯(lián)改性試驗結(jié)果。

2.3新型復合膠無粘土沖洗液優(yōu)化配方

這種復合膠無粘土沖洗液的性能主要取決于植 物膠、聚合物和交聯(lián)劑的配方組合。經(jīng)過大量試驗， 研究得到了多組優(yōu)化配方。表3為其中兩組優(yōu)化配 方及性能。其中1號配方成本較低..主要適用于正 常鉆進條件;2號配方粘度較高，不易稀釋，主要適 用于地下水豐富，孔內(nèi)有涌水的條件。

3新型復合膠無粘土沖洗液特性及作用機理

筆者開發(fā)的新型復合膠無粘土沖洗液具有密度 低、粘度可調(diào)范圍大、流變性好、攜帶巖屑能力強、潤 滑減阻、防塌護壁、保心護心、無毒無污染等特性。 其適用范圍廣，可以用于第四系松散覆蓋層。易水 化泥巖、頁巖及煤系地層、強風化破碎地層等復雜地 層鉆進。其作用機理主要有以下3個方面：

a.植物膠是以多糖物質(zhì)、纖維素、蛋白質(zhì)、脂 肪及淀粉等物質(zhì)構成的。其中多糖物質(zhì)含有多羥基

系水化基團，是植物膠能常溫水溶的重要原因。纖 維素在沖洗液中起骨架拉結(jié)作用，使沖洗液具有較 好的結(jié)構粘度,同時也增強了植物膠膜的強度和韌 性，使孔壁和巖心得到保護。蛋白質(zhì)分子量大，結(jié)構 復雜，一方面在沖洗液中形成低擴散、難透析、易水 化的大分f膠體溶液，使沖洗液膠體性能得到改善; 另一方面依靠其帶負電的氨基抵消Ca2+等高 價陽離子對沖洗液的影響，提高了沖洗液的抗污能 力。脂肪有很好的成膜作用，利于降失水和護壁。 適量的可溶性淀粉有增粘降失水作用•=

b.通過無機交聯(lián)劑的作用，植物膠在線型聚 合物分子長鏈和活性基團的調(diào)整和制約下,形成了 以線型結(jié)構為主體的復合膠體，使體系的流型流態(tài)

圖1沖洗液配制流程圖

得以改善，攜帶巖屑、潤滑減阻作用大大增強，吸附 成膜的速度和質(zhì)量也大大提高。這是新型復合膠無 粘土沖洗液在松散破碎地層鉆進過程中，取得良好 效果的重要原因之一。

C.在與植物膠進行線型交聯(lián)的同時，高分子 聚合物的增粘降失水、剪切稀釋、絮凝沉降以及吸附 成膜、滲透膠結(jié)等特性在復合膠無粘土洗液中也發(fā) 揮了重要作用。

4新型復合膠無粘土沖洗液配制與應用

配制流程如圖1。

應用時要注意以下幾個方面：

a.溫度不宜超過80T，否則主鏈甘露糖會斷 鍵降解，體系粘度明顯降低。

b.PH在6~9之間,過高過低都會降粘。

c.酶和氧化劑會引起生物降解，使?jié){液腐敗, 氣溫較高時腐敗速度會加快，使用時可加人0.1% ~0.3%的甲醛防腐。

這種新型復合膠無粘土沖洗液，主要在四川金 沙江溪洛波水電站壩基工程和四川甘孜州木格措水 電站工程地質(zhì)勘察施工中，進行了現(xiàn)場應用。先后 在松散的冰、水積漂卵石層和玄武巖強風化破碎帶 等地層進行金剛石取心鉆進。其中溪洛渡工區(qū)鉆進 128.67 m,取得巖心115.96 m,采取率90.12%,木格 措工區(qū)鉆進59.87 m,取得巖心49.37 m(遇地熱 水），采取率82.46%。應用結(jié)果表明，新型復合膠 無粘土沖洗液完全滿足鉆進要求^

S結(jié)論.

a.開發(fā)出的新型復合膠無粘土沖洗液密度 低，粘度可調(diào)范圍大，流變性好，潤滑減阻作用強，成 膜護壁護心效果好，特別適合于松散的第四系覆蓋 層、砂卵石層和強風化破碎地層鉆進。該沖洗液對 巖心不染色，能生物降解，對巖礦心分析和水文地質(zhì) 分析十分有利。

b.新型復合膠采用交聯(lián)方法復合改性，其原 料用量少,成本低，配制簡單，使用方便，是•種可規(guī) 模生產(chǎn)和應用的新型配漿材料，在性能和價格上比 普通植物膠更具優(yōu)勢。