钻井液完井液化学.ppt

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1、钻井液完井液化学钻井液完井液化学钻井液处理剂钻井液处理剂-调配、维护和恢复钻井调配、维护和恢复钻井液工艺性能的添加剂。液工艺性能的添加剂。发展概况：发展概况：五十年代仅几种：纯碱、烧碱、褐煤、栲胶等。五十年代仅几种：纯碱、烧碱、褐煤、栲胶等。现有几百种商品牌号，分十六大类，国内产值超过现有几百种商品牌号，分十六大类，国内产值超过二十亿，有大量专业公司、厂家。二十亿，有大量专业公司、厂家。发展方向：抗温、抗盐钙、无毒、多功发展方向：抗温、抗盐钙、无毒、多功能、可生物降解。能、可生物降解。第一节、钻井液处理剂的分类第一节、钻井液处理剂的分类1.按照处理剂组成分类按照处理剂组成分类:钻井液原材料钻井

2、液原材料无机处理剂无机处理剂有机处理剂有机处理剂表面活性剂表面活性剂2.有机处理剂按来源分类有机处理剂按来源分类:天然产品天然产品天然改性产品天然改性产品人工合成产品人工合成产品3.有机处理剂按化学组成分类有机处理剂按化学组成分类:4.腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类、聚合物类等青类、淀粉类、聚合物类等4.按照处理剂的功能分类按照处理剂的功能分类(我国钻井液标委会分类我国钻井液标委会分类)降粘剂降粘剂 Thinner 增粘剂增粘剂 Viscosifier 降失水剂降失水剂 Filtration Reducer 絮凝剂絮凝剂 Flo

3、cculant 加重剂加重剂 Weighting Agent 解卡解卡 剂剂 Pipe-Freeing Agent 堵漏剂堵漏剂 Lost Circulation Material 乳化剂乳化剂 Emulsifier 消泡剂消泡剂 Defoamer 润滑剂润滑剂 Lubricant 缓蚀剂缓蚀剂 Corrosion Inhibitor 页岩抑制剂页岩抑制剂 Shale Inhibitor 粘土类粘土类 Clay 杀菌剂杀菌剂 Bactericide 起泡剂起泡剂 Foaming Agent 其它类其它类 Others处理剂作用机理研究处理剂作用机理研究内容和方法内容和方法提出功能要求提出功能要

4、求处理剂分子结构分析与设计处理剂分子结构分析与设计处理剂在粘土颗粒上的吸附规律研究处理剂在粘土颗粒上的吸附规律研究所处理的钻井液性能的变化所处理的钻井液性能的变化处理剂抗温、抗盐钙能力评价，毒性、生物降处理剂抗温、抗盐钙能力评价，毒性、生物降解性测试。解性测试。方法：方法：分子量、基团及结构的化学和仪器分析、分子量、基团及结构的化学和仪器分析、钻井液性能测试等。钻井液性能测试等。第二节第二节 无机处理剂无机处理剂 常用产品常用产品纯碱纯碱烧碱烧碱石灰石灰石膏石膏氯化钙氯化钙氯化钠氯化钠氯化钾氯化钾硅酸钠及硅酸钾硅酸钠及硅酸钾重铬酸钾和重铬酸钠重铬酸钾和重铬酸钠六偏磷酸钠六偏磷酸钠混合金属层状氢

5、氧化物混合金属层状氢氧化物无机处理剂无机处理剂作用原理作用原理离子交换吸附离子交换吸附调控钻井液的调控钻井液的pH值值沉淀作用沉淀作用络合作用络合作用与有机处理剂生成可溶性盐与有机处理剂生成可溶性盐抑制溶解的作用抑制溶解的作用加重剂加重剂 用于提高钻井液密度的物质材料。用于提高钻井液密度的物质材料。要求：要求：密度大、耐磨损、不增粘、可酸溶。密度大、耐磨损、不增粘、可酸溶。常见固体加重材料的物化性质常见固体加重材料的物化性质材料名称材料名称 化学成分化学成分 密度密度g/cm3 硬度硬度 酸溶性酸溶性 重晶石重晶石 BaSO4 4.0 4.5 2.5 3.5 难溶难溶 铁矿粉铁矿粉 Fe2O3

6、 4.9 5.3 5.5 6.5 溶溶 方铅矿方铅矿 PbS 7.4 7.7 2.5 2.7 溶溶 菱铁矿菱铁矿 FeCO3 3.7 3.9 3.5 4.0 溶溶 钛铁矿钛铁矿 TiO2Fe2O3 4.5 5.1 5.0 6.0 溶溶 石灰石粉石灰石粉 CaCO3 2.7 2.9 3 溶溶 磁铁矿磁铁矿 Fe3O4 5.0 5.2 5.5 6.5 溶溶提高液相密度的加重材料提高液相密度的加重材料可溶性无机盐及有机盐可溶性无机盐及有机盐NaCLKCLCaCL2CaBr2ZnBr2KCOOHNaCOOHCsCOOHKAc等第三节、钻井液处理剂的作用原理第三节、钻井液处理剂的作用原理一、降粘剂（又称

7、解絮凝剂一、降粘剂（又称解絮凝剂、稀释剂）、稀释剂）1.钻井液稠化原因钻井液稠化原因 由于粘土颗粒表面与端面性质不同：由于粘土颗粒表面与端面性质不同：带电情况不同带电情况不同 表面带负电，端面带正电。表面带负电，端面带正电。水化程度不同水化程度不同 表面水化膜厚，端面水化膜薄。表面水化膜厚，端面水化膜薄。Al+Si+钻井液稠化原因：钻井液稠化原因：当钻井液中固相含量高和外界污染改变粘土表面性质当钻井液中固相含量高和外界污染改变粘土表面性质时，极易形成：端时，极易形成：端-端、端端、端 面联结的空间片架结构，面联结的空间片架结构，从而造成：从而造成：钻井液结构粘度增加；钻井液结构粘度增加；片架结

8、构包住大量自由水，流动阻力增加。片架结构包住大量自由水，流动阻力增加。2.降粘剂作用机理降粘剂作用机理 降粘剂分子通过（静电吸附、配位键吸附）吸附在粘土颗粒端面降粘剂分子通过（静电吸附、配位键吸附）吸附在粘土颗粒端面上，改变端面性质，拆散片架结构，从而降低钻井液结构粘度。上，改变端面性质，拆散片架结构，从而降低钻井液结构粘度。具体方法为：具体方法为：（1）使端面反号使端面反号 由带正电性端面转变为负电性端面。即由带正电性端面转变为负电性端面。即：正负相吸正负相吸 负负相斥负负相斥+-（2）增强端面水化膜厚度增强端面水化膜厚度 吸附基吸附在粘土颗粒端面上，水化基给端面带来丰厚的水化吸附基吸附在粘

9、土颗粒端面上，水化基给端面带来丰厚的水化层，削弱端层，削弱端-端、端端、端-面连接，拆散了片架结构，同时放出自由水，面连接，拆散了片架结构，同时放出自由水，使粘度降低。使粘度降低。降粘剂作用特点降粘剂作用特点 主要作用于端面主要作用于端面 用量少、效果显著（因为端面少）。用量少、效果显著（因为端面少）。降失水与降粘作用有时相一致，有时不同。降失水与降粘作用有时相一致，有时不同。主要降低主要降低 0、c、，不降，不降 s。3.常见降粘剂常见降粘剂单宁酸钠（单宁酸钠（NaT）磺甲基单宁（磺甲基单宁（SMT）铁铬木质素磺酸盐铁铬木质素磺酸盐(FCLS)两性离子聚合物降粘剂（两性离子聚合物降粘剂（XY

10、-27）SSMA(磺化聚苯乙烯顺丁烯二酸酐钠盐）磺化聚苯乙烯顺丁烯二酸酐钠盐）铁铬木质素磺酸盐铁铬木质素磺酸盐(FCLS)的使用的使用 通常配制成碱液使用。通常配制成碱液使用。FCLSFCLS碱液的配制碱液的配制FCLS:NaOH=3 FCLS:NaOH=3 5:15:1（FCLS+NaOHFCLS+NaOH）/（FCLS+NaOHFCLS+NaOH）混合碱液）混合碱液=1/5=1/5或或1/101/10 例题例题 40ml FCLS碱液（碱液（3：1，1/5）中，含固体）中，含固体FCLS多少克？多少克？NaOH多少克？多少克？解：解：FCLS+NaOH总重为：总重为：1/5 40=8(g)

11、FCLS重量为：重量为：3/(1+3)8=6(g)NaOH重量为：重量为：1/(1+3)=2(g)答：含答：含FCLS重量为重量为 6 g，NaOH重量为重量为 2 g。4.降粘剂选择方法降粘剂选择方法仪仪 器器:漏斗粘度计、旋转粘度计。漏斗粘度计、旋转粘度计。评价指标：评价指标：s、0、漏漏、方方 法：法：钻井液钻井液+降粘剂（降粘剂（%）测定性能测定性能评价标准：评价标准：s、0 漏漏、二、降失水剂二、降失水剂分析：分析：降失水途径：提高泥饼质量（降低降失水途径：提高泥饼质量（降低K）增加滤液粘度增加滤液粘度 降低压差降低压差 改变固相含量、级配和表面性质等改变固相含量、级配和表面性质等

12、要求：要求：胶体粒子浓度充足胶体粒子浓度充足 保持体系聚结稳定性保持体系聚结稳定性 有一定量的桥塞粒子有一定量的桥塞粒子 （护胶）（护胶）泥饼形成过程泥饼形成过程 钻井液流动钻井液流动 桥塞粒子桥塞粒子 在孔喉架桥的粒子在孔喉架桥的粒子 填充粒子填充粒子 在桥塞粒子间隙填充的粒子在桥塞粒子间隙填充的粒子降失水剂作用机理降失水剂作用机理1.水化膜护胶水化膜护胶 降失水剂在粘土粒子表面形成吸附溶剂化层，保持降失水剂在粘土粒子表面形成吸附溶剂化层，保持体系聚结稳定性的作用。体系聚结稳定性的作用。机理：水化膜机理：水化膜增厚，增厚，聚结阻力增大，聚结阻力增大，胶粒稳定性增强胶粒稳定性增强，Vf 降低。

13、降低。特点：特点：分子量较低、水溶性好。分子量较低、水溶性好。用量较大（表面）。用量较大（表面）。2.静电稳定静电稳定 降失水剂吸附在粘土表面上，增加表面电荷以降低降失水剂吸附在粘土表面上，增加表面电荷以降低颗粒之间吸引力的作用。颗粒之间吸引力的作用。结果：负电荷结果：负电荷增加，增加，电势增加，电势增加，胶粒稳定性增强，失胶粒稳定性增强，失 水降低。水降低。3.高分子保护高分子保护敏化作用敏化作用 高分子保护高分子保护1 高分子保护高分子保护2 大分子浓度低时，大分子浓度低时，吸附粘土粒子的高分子吸附粘土粒子的高分子 许多高分子吸附许多高分子吸附 不足以形成混合网不足以形成混合网 链之间形成

14、网架结构链之间形成网架结构,在胶粒表面，形成在胶粒表面，形成 架结构，颗粒失去架结构，颗粒失去 粒子被隔离开不易粒子被隔离开不易 包蔽层，阻止胶粒包蔽层，阻止胶粒 重力稳定性。重力稳定性。聚结，保证体系中聚结，保证体系中 聚结。聚结。胶粒含量。胶粒含量。4.几种常见的降失水剂几种常见的降失水剂钠羧甲基纤维素（钠羧甲基纤维素（Na-CMC）煤碱剂（煤碱剂（NaC）磺甲基褐煤磺甲基褐煤(SMC)磺甲基酚醛树脂（磺甲基酚醛树脂（SMP）磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物（磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物（SLSP）水解聚丙烯腈钠、铵、钙盐水解聚丙烯腈钠、铵、钙盐(Na-、NH4-、Ca-HPAN )褐煤与

15、树脂共聚产品（如褐煤与树脂共聚产品（如PSC SPNH）淀粉类淀粉类煤碱剂（煤碱剂（NaC）的使用的使用 通常配制成碱液使用。通常配制成碱液使用。主要成分：腐植酸钠主要成分：腐植酸钠（利用（利用NaOH提取出来）。提取出来）。NaCNaC碱液的配制碱液的配制褐煤：烧碱：煤碱液（水）褐煤：烧碱：煤碱液（水）=10 10 15 15：2 2：50 50 100 100例题：例题：欲配制欲配制15：1：100的煤碱液的煤碱液2米米3，问需要褐，问需要褐煤和烧碱各多少吨？煤和烧碱各多少吨？解：解：褐煤：烧碱：煤碱液（体积）褐煤：烧碱：煤碱液（体积）=15：1：100 褐煤量褐煤量=2 15/100=0

16、.3(t)烧碱量烧碱量=2 1/100=0.02（t）答：需要答：需要褐煤褐煤 0.3 t，烧碱，烧碱0.02t。5.降失水剂选择方法降失水剂选择方法仪仪 器器:API静失水仪、静失水仪、HTHP静失水仪。静失水仪。评价性能：评价性能：静失水量、泥饼厚度。静失水量、泥饼厚度。方方 法：法：钻井液钻井液+降失水剂（降失水剂（%）测定性能测定性能评价标准：评价标准：API静失水静失水 5ml/30min；h 0.5mm.HTHP静失水静失水 15ml/30min h d2 d3 1 2 3分散分散 聚结聚结 沉降沉降 (E-E)(F-F)(E-F)钙污染处理钙污染处理处理原则：除钙、护胶、拆结构。

17、处理原则：除钙、护胶、拆结构。除钙：加纯碱。除钙：加纯碱。CO3-+Ca+CaCO3 护胶：加降失水剂（护胶：加降失水剂（NaC、CMC）拆结构：加入稀释剂（拆结构：加入稀释剂（NaT、FCLS）水泥侵的处理水泥侵的处理特点：特点：PH 增加，失水增大，粘切先升后降。增加，失水增大，粘切先升后降。处理：处理：加低碱比的护胶混合液加低碱比的护胶混合液NaC:NaOH:NaT:Na2CO3:H2O5 :12 :1 :2 :50 清水钻水泥塞，钻完放掉。清水钻水泥塞，钻完放掉。石膏侵的处理石膏侵的处理特点：特点：PH 降低，失水增大，粘切先升后降。降低，失水增大，粘切先升后降。处理：处理：对于薄层石

18、膏层对于薄层石膏层纯碱纯碱 +烧碱烧碱（除钙）（提（除钙）（提pH）对于大段石膏层对于大段石膏层使用高碱比的混合液使用高碱比的混合液 预处理预处理预先配成钙处理钻井液，抑制石膏溶解。预先配成钙处理钻井液，抑制石膏溶解。盐污染及其处理盐污染及其处理污染曲线污染曲线 VfNaCL g/100ml失水失水粘度粘度3污染规律污染规律 随随NaCL增加：增加：pH 降低、降低、Vf 增大增大、先升后降。先升后降。3%为分界线为分界线 3%前，前，Vf增加小，增加小，升高升高 3%后，后，Vf 增加多，增加多，降低。降低。盐侵污处理盐侵污处理原则：抗盐、护胶、拆结构、换土。原则：抗盐、护胶、拆结构、换土。

19、抗盐、护胶：加入抗盐能力强的有机护胶剂。抗盐、护胶：加入抗盐能力强的有机护胶剂。如：如：CMC拆拆 结结 构：加入抗盐稀释剂。如：构：加入抗盐稀释剂。如：FCLS换换 土：换抗盐土。土：换抗盐土。如：海泡石、凹凸棒石。如：海泡石、凹凸棒石。（二）钻井液性能调节（二）钻井液性能调节 提、降密度提、降密度 提、降粘度提、降粘度 提、降切力提、降切力 降低失水降低失水 提高泥饼质量提高泥饼质量 提、降提、降pH值值1.定体积低密度钻井液加重时所需加重材料定体积低密度钻井液加重时所需加重材料 W加重剂加重剂=W重泥浆重泥浆-W轻泥浆轻泥浆 V重泥浆重泥浆=V轻泥浆轻泥浆+V加重剂加重剂(W加重剂加重剂

20、/加重剂加重剂）由上式得：由上式得：式中，式中，加重剂加重剂 加重材料密度；加重材料密度；重泥浆重泥浆 加重后钻井液密度；加重后钻井液密度；轻泥浆轻泥浆 加重前钻井液密度；加重前钻井液密度；V V轻泥浆轻泥浆 加重前钻井液体积。加重前钻井液体积。例题例题 某井打开油层前共有钻井液某井打开油层前共有钻井液450米米3，其密度，其密度为为1.20g/cm3,现根据地层压力须加重到现根据地层压力须加重到1.40g/cm3，问需用重晶石（密度，问需用重晶石（密度4.00）多少？）多少？解：解：2.配制定体积高密度钻井液所需加重材料配制定体积高密度钻井液所需加重材料式中，式中，V重泥浆重泥浆 欲配高密度

21、钻井液体积。欲配高密度钻井液体积。例题：例题：有密度为有密度为1.20的钻井液，欲配成密度为的钻井液，欲配成密度为1.60的钻井液的钻井液150米米3，需用重晶石（密度，需用重晶石（密度4.00g/cm3）多少？多少？解：解：答：需用重晶石答：需用重晶石85.7吨。吨。3.降低钻井液密度所需的加水量降低钻井液密度所需的加水量计算公式：计算公式：式中，式中，V V水水 所需加水量；所需加水量；V V重泥浆重泥浆 原重泥浆体积；原重泥浆体积；重泥浆重泥浆 原重泥浆密度；原重泥浆密度；稀释浆稀释浆 稀释后泥浆密度稀释后泥浆密度；例题例题 有有300米米3密度为密度为1.35的钻井液，欲加淡水降的钻井

22、液，欲加淡水降低密度到低密度到1.15g/cm3，需加水多少，需加水多少？解：解：答：需加水答：需加水400米米3。水基分散型钻井液的优缺点水基分散型钻井液的优缺点本质：尽量提高粘土粒子的分散度来建立钻井液本质：尽量提高粘土粒子的分散度来建立钻井液的性能。的性能。方法：方法：分散介质分散介质 淡水淡水 处理剂处理剂 分散剂分散剂（降粘剂、护胶剂）（降粘剂、护胶剂）优点：优点：泥饼质量好泥饼质量好 薄、密、韧。薄、密、韧。固相容量限高固相容量限高 最适合配制高密度钻井液。最适合配制高密度钻井液。缺点：缺点：固相含量高固相含量高 高高 分散性强、抑制性差，不适应强造浆地层钻进。分散性强、抑制性差，

23、不适应强造浆地层钻进。油气层保护能力差，钻达油气层必须加以改造。油气层保护能力差，钻达油气层必须加以改造。对可溶性盐类敏感。对可溶性盐类敏感。抗温能力较差。抗温能力较差。第二节、水基抑制性钻井液第二节、水基抑制性钻井液本节主要掌握：本节主要掌握：1.抑制性钻井液的基本特点抑制性钻井液的基本特点 2.石灰钻井液性能指标及维护原理石灰钻井液性能指标及维护原理 3.盐水钻井液性能指标及维护原理盐水钻井液性能指标及维护原理抑制性钻井液抑制性钻井液 组成：组成：水水+粘土粘土+无机盐无机盐+处理剂处理剂 水水+粘土粘土+聚合物聚合物 实质；利用粘土粒子的适度分散，保持钻井液实质；利用粘土粒子的适度分散，

24、保持钻井液性能稳定。性能稳定。核心：保持固相具有适当的分散度。核心：保持固相具有适当的分散度。方法：利用无机盐压缩双电层作用使粘土粒子方法：利用无机盐压缩双电层作用使粘土粒子絮凝，再利用降粘剂的解絮凝作用去抵絮凝，再利用降粘剂的解絮凝作用去抵消一部分絮凝，直到分散度合适消一部分絮凝，直到分散度合适 性能符合要求。性能符合要求。抑制性钻井液定义：抑制性钻井液定义：能抑制钻屑造浆（能提供抑制性化学环境）能抑制钻屑造浆（能提供抑制性化学环境）的钻井液。的钻井液。方法：方法：采用无机盐和聚合物。采用无机盐和聚合物。实质：实质：土粒由高度分散土粒由高度分散 适度絮凝适度絮凝。类型：类型：钙处理钻井液钙处

25、理钻井液 盐水钻井液、海水钻井液盐水钻井液、海水钻井液 甲酸盐钻井液甲酸盐钻井液 钾石灰钻井液钾石灰钻井液 硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液 聚合物钻井液聚合物钻井液（一）钙处理钻井液（一）钙处理钻井液 石灰钻井液石灰钻井液 钙处理钻井液钙处理钻井液 石膏钻井液石膏钻井液 氯化钙钻井液氯化钙钻井液分散与絮凝分散与絮凝分散态：粘土高度分散，粘度大，失水分散态：粘土高度分散，粘度大，失水小，不抗盐侵污小，不抗盐侵污絮凝态：颗粒粗，粘切大，失水大，絮凝态：颗粒粗，粘切大，失水大，适度絮凝粗分散态：颗粒适当大小，粘适度絮凝粗分散态：颗粒适当大小，粘切失水合适切失水合适加钙盐加钙盐加分散剂加分散剂钙盐、分散剂类

26、型钙盐、分散剂类型石灰石灰石膏石膏氯化钙氯化钙丹宁丹宁,FCLS,CMCFCLS,CMC褐煤褐煤,FCLS1.石灰钻井液石灰钻井液 基本配方基本配方膨润土浆膨润土浆+护胶剂护胶剂+石灰石灰（CaO）石灰的作用石灰的作用 提供提供Ca+;Ca+使粘土絮凝。使粘土絮凝。实验曲线实验曲线Ca+(PPm)0 (cp)120200细分散泥浆细分散泥浆从曲线得到规律：从曲线得到规律：Ca+=120 200 ppm 最好。最好。此时，粘度合适，钻屑对粘度影响最小此时，粘度合适，钻屑对粘度影响最小。滤液含钙量的保证滤液含钙量的保证 滤液碱度滤液碱度 Pf(每毫升滤液耗每毫升滤液耗0.02N酸的毫升数）酸的毫升

27、数）意义：滤液中意义：滤液中OH-浓度的量度。浓度的量度。作用：控制石灰溶解度：作用：控制石灰溶解度：Pf 过高，过高，Ca+减少，减少，一般：一般：Pf=1 10 ml方法：用方法：用NaOH控制。控制。泥浆碱度泥浆碱度 Pm意义：钻井液中溶解和未溶解的氢氧化物多少的意义：钻井液中溶解和未溶解的氢氧化物多少的量度。量度。规律：规律：Ca(OH)2 增加，增加，Pm增大，增大，一般：一般：Pm=10 25 ml方法：用方法：用Ca(OH)2 控制。控制。游离石灰含量（剩余石灰含量）游离石灰含量（剩余石灰含量）意义：反映钻井液中未溶解（过剩）石灰量。意义：反映钻井液中未溶解（过剩）石灰量。滤液滤

28、液 Ca+意义：已经溶解了的意义：已经溶解了的Ca+含量。含量。一般：一般：120 200 ppm石灰泥浆最大的问题：石灰泥浆最大的问题：高温固化：高温固化：石灰石灰+粘土粘土+NaOH 水化硅酸钙水化硅酸钙褐煤氯化钙泥浆褐煤氯化钙泥浆煤碱剂加量大，当配浆材料煤碱剂加量大，当配浆材料钙离子含量高，抑制性较强钙离子含量高，抑制性较强生成的腐植酸钙胶状物一方面保证钙离生成的腐植酸钙胶状物一方面保证钙离子含量，一方面利于降失水子含量，一方面利于降失水体系抗盐钙，抗温能力较强体系抗盐钙，抗温能力较强盐水钻井液盐水钻井液定义：凡定义：凡NaCl含量超过含量超过1%（质量分数，（质量分数，Cl-含量约为含

29、量约为6000mg/l）的钻井液。）的钻井液。分类分类一般盐水钻井液一般盐水钻井液饱和盐水钻井液饱和盐水钻井液海水钻井液海水钻井液盐水钻井液的主要特点盐水钻井液的主要特点由于矿化度高，具有较强的抑制性，利于井壁由于矿化度高，具有较强的抑制性，利于井壁稳定稳定抗盐钙侵污能力较强，适于钻含岩盐地层或含抗盐钙侵污能力较强，适于钻含岩盐地层或含盐膏地层盐膏地层抗温能力较强，适合于深井或超深井使用抗温能力较强，适合于深井或超深井使用对油气层损害较轻对油气层损害较轻钻屑不易分散，在地面易清除，利于保持钻井钻屑不易分散，在地面易清除，利于保持钻井液的低固相含量液的低固相含量有效地抑制地层造浆，保持流变性能稳

30、定有效地抑制地层造浆，保持流变性能稳定但维护工艺复杂；腐蚀性强；配制成本相对较但维护工艺复杂；腐蚀性强；配制成本相对较高。高。第三节第三节 不分散低固相聚合物不分散低固相聚合物钻井液钻井液应用范围：应用范围：浅井浅井6000米深井米深井淡水淡水饱和盐水体系饱和盐水体系密度密度1.022.0g/cm3直井、定向井、水平井直井、定向井、水平井聚合物体系发展的必然性聚合物体系发展的必然性密度或压差影响钻速密度或压差影响钻速固相含量及类型影响钻速固相含量及类型影响钻速粘度影响钻速粘度影响钻速瞬时失水影响钻速瞬时失水影响钻速密度或压差对钻速的影响密度或压差对钻速的影响其它条件相同时，密度（压差）下降，钻

31、速上升。其它条件相同时，密度（压差）下降，钻速上升。例：密度例：密度1.10升至此升至此1.65,钻速从钻速从10降为降为3.3m/h。例：压差从例：压差从35降至降至0大气压，钻速上升大气压，钻速上升50%。机理机理减弱岩屑压持效应减弱岩屑压持效应压差增大井底岩石可钻强度。压差增大井底岩石可钻强度。密度大，压耗大，排量小。密度大，压耗大，排量小。固相含量的影响固含固含钻头数量钻头数量钻进天数钻进天数钻头进尺钻头进尺机理密度（压差）升高密度（压差）升高压耗增加压耗增加紊流流动阻力增大紊流流动阻力增大泥包可能性增加泥包可能性增加固相类型的影响固相类型的影响惰性固相（砂，重晶石）惰性固相（砂，重晶

32、石）劣土，钻屑劣土，钻屑搬土搬土粘度的影响粘度的影响实验表明：实验表明：降低粘度能提高降低粘度能提高钻速钻速机理：机理：粘度低粘度低:利于冲击和清洗井底；利于冲击和清洗井底；利于降低岩屑压持效应；利于降低岩屑压持效应；利于降低压耗。利于降低压耗。失水对钻速的影响失水对钻速的影响瞬时失水大，钻速高瞬时失水大，钻速高原因：原因：降低岩屑压持效应降低岩屑压持效应聚合物泥浆的分类聚合物泥浆的分类按固含分：按固含分：清水或盐水聚合物清水或盐水聚合物油水乳状液（基本不油水乳状液（基本不含固相）含固相）低固相聚合物泥浆低固相聚合物泥浆按聚合物类型分：按聚合物类型分：单一聚丙烯酰胺类聚单一聚丙烯酰胺类聚合物泥

33、浆合物泥浆多种大分子金属盐复多种大分子金属盐复配聚合物泥浆配聚合物泥浆阳离子聚合物泥浆阳离子聚合物泥浆两性离子聚合物泥浆两性离子聚合物泥浆聚合物的主要作用聚合物的主要作用絮凝作用和选择性絮凝作用和选择性絮凝作用絮凝作用防塌作用防塌作用剪切稀释和紊流减剪切稀释和紊流减阻作用阻作用包被作用包被作用成网能力成网能力降滤失作用降滤失作用概念概念絮凝作用：可看作是高分子物质对粘土絮凝作用：可看作是高分子物质对粘土悬浮体的敏化作用。高聚物通过与粘土悬浮体的敏化作用。高聚物通过与粘土粒子吸附，架桥，成网，絮凝沉降而实粒子吸附，架桥，成网，絮凝沉降而实现。现。选择性絮凝作用：只絮凝劣土和钻屑而选择性絮凝作用：

34、只絮凝劣土和钻屑而不絮凝搬土的作用。不絮凝搬土的作用。絮凝能力的评定方法絮凝能力的评定方法 在在250ml量筒中，加入量筒中，加入200ml蒸馏水，再蒸馏水，再加入加入30g岩屑，摇匀后加入岩屑，摇匀后加入1g聚合物溶液聚合物溶液(1%),以每分钟以每分钟30次的频率颠倒混合次的频率颠倒混合1分分钟钟,静置，静置，15分钟后测上部清液高度，如分钟后测上部清液高度，如果清液高，说明聚合物絮凝能力强。果清液高，说明聚合物絮凝能力强。絮凝作用的影响因素絮凝作用的影响因素同同一一聚聚合合物物的的不不同同盐盐类类分分子子量量基基团团种种类类和和比比例例粘粘土土种种类类粘粘土土粒粒子子浓浓度度p pH H

35、值值无无机机盐盐温温度度聚聚合合物物浓浓度度其其它它分分散散剂剂搅搅拌拌条条件件包被作用包被作用 概念：概念：聚合物吸附包被于聚合物吸附包被于钻屑上，抑制钻屑钻屑上，抑制钻屑水化分散的作用。水化分散的作用。常用评定方法：常用评定方法：一次回收率和二次一次回收率和二次回收率回收率成网作用及成网能力成网作用及成网能力成网作用：成网作用：聚合物分子间及聚合物分子与粘土粒子聚合物分子间及聚合物分子与粘土粒子间形成空间网状结构的作用。间形成空间网状结构的作用。成网能力：成网能力：聚合物与粘土粒子形成空间网状结构的聚合物与粘土粒子形成空间网状结构的能力。能力。聚合物泥浆内部结构的五种形态聚合物泥浆内部结构

36、的五种形态内缔合作用形成链束或链团内缔合作用形成链束或链团分子链吸附包裹于土粒上分子链吸附包裹于土粒上聚合物链束吸附多个土粒即架桥聚合物链束吸附多个土粒即架桥一条链束吸附多个土粒或一个土粒上吸附多条一条链束吸附多个土粒或一个土粒上吸附多条链束，彼此连接成网链束，彼此连接成网网状结构过强，挤出束缚水，水土分离即絮凝网状结构过强，挤出束缚水，水土分离即絮凝作用作用认识空间网状结构是聚合物泥浆具有特殊流空间网状结构是聚合物泥浆具有特殊流变性的基础。变性的基础。该结构取决于聚合物在泥浆中的成网能该结构取决于聚合物在泥浆中的成网能力。力。影响聚合物成网能力的因素将影响泥浆影响聚合物成网能力的因素将影响泥

37、浆的流变性和失水造壁性。的流变性和失水造壁性。防塌作用及机理防塌作用及机理例：用例：用PHP清水钻川清水钻川南自流井群易塌泥岩。南自流井群易塌泥岩。胜利油田用胜利油田用PAM/KCL钻水敏性钻水敏性红层红层机理：机理：在井壁多点吸附封堵在井壁多点吸附封堵微裂缝，阻止剥落。微裂缝，阻止剥落。在井壁形成吸附膜，在井壁形成吸附膜，阻止或减缓水进入泥阻止或减缓水进入泥岩。岩。改善失水造壁性。改善失水造壁性。剪切稀释和紊流减阻剪切稀释和紊流减阻剪切稀释：剪切稀释：聚合物可增强泥浆的剪切稀释性，即增聚合物可增强泥浆的剪切稀释性，即增加动塑比值，降低加动塑比值，降低n值。值。紊流减阻：紊流减阻：聚合物泥浆有

38、降低泥浆紊流摩阻的作用。聚合物泥浆有降低泥浆紊流摩阻的作用。机理机理低剪率下，分子链较卷曲，相互缠绕，低剪率下，分子链较卷曲，相互缠绕，水化层近于球形，随剪率增加，分子逐水化层近于球形，随剪率增加，分子逐渐伸展，相互缠绕减少，水化层趋于扁渐伸展，相互缠绕减少，水化层趋于扁平，故使粘度和摩阻下降。平，故使粘度和摩阻下降。降滤失作用降滤失作用聚合物降滤失能力与其分子量大小，含聚合物降滤失能力与其分子量大小，含盐量，温度等有关。盐量，温度等有关。滤失量与泥饼质量间有矛盾，滤失量小滤失量与泥饼质量间有矛盾，滤失量小时泥饼质量差（发虚，发泡），泥饼好时泥饼质量差（发虚，发泡），泥饼好时滤失量较大。时滤失

39、量较大。解决办法：加入惰性降失水剂。解决办法：加入惰性降失水剂。聚合物钻井液的组配原则聚合物钻井液的组配原则取长补短，复配使用。取长补短，复配使用。大小分子结合，大分子稳定井壁改善流型，小大小分子结合，大分子稳定井壁改善流型，小分子降滤失。分子降滤失。聚合物配比和加量应根据具体情况决定，造浆聚合物配比和加量应根据具体情况决定，造浆强的地层以大分子为主，渗透性好的地层应以强的地层以大分子为主，渗透性好的地层应以小分子为主。小分子为主。不同体系选不同的聚合物盐类，钠盐适合于淡不同体系选不同的聚合物盐类，钠盐适合于淡水体系，钙盐适合于海水或盐水体系，钾盐适水体系，钙盐适合于海水或盐水体系，钾盐适防塌

40、。防塌。固含高，粘切大时，大分子量少。固含高，粘切大时，大分子量少。聚合物钻井液的性能指标聚合物钻井液的性能指标低密度固含小于低密度固含小于4%(V/V)。钻屑与亚甲基蓝搬含之比小于钻屑与亚甲基蓝搬含之比小于2：1。YP(dyn/cm2)/PV(mpaS)=4.8.对非加重泥浆，对非加重泥浆，YP=1530dyn/cm2。流变参数优选，流变参数优选，=26mpaS,c=0.31.5Pa,Im=300600尽量不使用分散剂尽量不使用分散剂失水控制视情况具体分析失水控制视情况具体分析阴离子聚合物钻井液主要处理剂阴离子聚合物钻井液主要处理剂聚丙烯酰胺及其衍生物聚丙烯酰胺及其衍生物聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺

41、(PAM)、部分水解聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺(PHP)、水解聚丙烯腈（钠盐、水解聚丙烯腈（钠盐Na-PAN、铵盐、铵盐NPAN）、聚丙烯酸钙、磺甲基化聚丙烯酰）、聚丙烯酸钙、磺甲基化聚丙烯酰胺胺(SPAM)醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯-顺丁烯二酸肝共聚物顺丁烯二酸肝共聚物(VAMA)磺化苯乙烯磺化苯乙烯-顺丁烯二酸肝共聚物顺丁烯二酸肝共聚物(SSMA)两性离子聚合物两性离子聚合物现有产品主要有两个型号：降粘剂现有产品主要有两个型号：降粘剂(XY)(XY)、强包、强包被剂被剂(FA)(FA)降粘剂（降粘剂（XYXY系列）系列）分子量较小（分子量较小（1000010000）分子链中同时具有阳离子基团

42、（分子链中同时具有阳离子基团（10-40%10-40%）、阴离子）、阴离子基团（基团（20-60%20-60%）和非离子基团（）和非离子基团（0-40%0-40%）%是线性两性离子聚合物。是线性两性离子聚合物。强包被剂强包被剂引入阳离子基团的线性大分子主聚物，用来抑制页引入阳离子基团的线性大分子主聚物，用来抑制页岩分散和增加钻井液粘度。岩分散和增加钻井液粘度。两性离子聚合物钻井液两性离子聚合物钻井液特点：特点：抑制性强、剪切稀释性强，并能防止地层造浆，抗抑制性强、剪切稀释性强，并能防止地层造浆，抗岩屑污染能力强岩屑污染能力强降粘剂能有效地降低钻井液的结构粘度降粘剂能有效地降低钻井液的结构粘度岩

43、屑成形，易于被固控设备清除岩屑成形，易于被固控设备清除在保证良好钻井液工艺性能的前提下能增强而不是在保证良好钻井液工艺性能的前提下能增强而不是削弱体系的抑制能力。削弱体系的抑制能力。与其他处理剂配伍，可配制低、中、高密度的钻井与其他处理剂配伍，可配制低、中、高密度的钻井液，用于浅、中、深井，在高密度盐水钻井液中效液，用于浅、中、深井，在高密度盐水钻井液中效果好果好钻屑容量限不够大，抗盐能力有限钻屑容量限不够大，抗盐能力有限阳离子聚合物钻井液阳离子聚合物钻井液小阳离子（泥页岩抑制剂、粘土稳定剂）：小阳离子（泥页岩抑制剂、粘土稳定剂）：环氧丙基三甲基氯化铵环氧丙基三甲基氯化铵(NW-1)包被剂（阳

44、离子絮凝剂）：包被剂（阳离子絮凝剂）：阳离子聚丙烯酰胺阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)阳离子聚合物钻井液的特点阳离子聚合物钻井液的特点具有良好的抑制岩屑分散及稳定井壁能力具有良好的抑制岩屑分散及稳定井壁能力流变性比较稳定，维护间隔时间较长流变性比较稳定，维护间隔时间较长在防起下钻遇阻遇卡及防泥包等方面具有较好在防起下钻遇阻遇卡及防泥包等方面具有较好效果效果具有较好抗温、抗盐、抗钙镁等高价金属离子具有较好抗温、抗盐、抗钙镁等高价金属离子污染的能力污染的能力具有较好的抗膨润土和钻屑污染的能力具有较好的抗膨润土和钻屑污染的能力与氯化钾聚合物钻井液相比，它不会影响电测与氯化钾聚合物钻井液相比，它不会影响电

45、测资料的解释。资料的解释。无固相聚合物泥浆配方实例无固相聚合物泥浆配方实例Water+0.10.3%PHP+0.1%KPAMWater+0.10.3%PHP+0.10.2%CaCL2Water+0.070.14%CPAM+0.10.3%TDC-15+0.2%Cacl2Water+0.10.3%FA367+0.51%KCL聚合物不分散低固相体系实例聚合物不分散低固相体系实例搬土浆搬土浆+0.10.3%KPAM+0.40.5%NPAN搬土浆搬土浆+1%FCLS+0.5%CMC+1%DFD+0.1%CaO+0.2%CPAM+0.5%NW-1搬土浆搬土浆+0.10.3%FA367+0.050.15%X

46、Y-27+13%SAS其它水基钻井液体系其它水基钻井液体系聚磺体系聚磺体系正电胶正电胶(MMH)钻井液钻井液硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液无机硅酸盐钻井液无机硅酸盐钻井液稀硅酸盐聚合物钻井液稀硅酸盐聚合物钻井液有机硅酸盐钻井液有机硅酸盐钻井液聚合醇（多元醇）钻井液聚合醇（多元醇）钻井液甲酸盐甲酸盐(有机盐有机盐)钻井液钻井液甲基葡萄糖甙钻井液甲基葡萄糖甙钻井液成膜水基钻井液成膜水基钻井液无渗透（无损害）钻井液无渗透（无损害）钻井液抗高温水基钻井液抗高温水基钻井液习题：习题：1、7、8、11第七章第七章 油基钻井液油基钻井液定义：以油为连续相的钻井液。定义：以油为连续相的钻井液。分类：分类：普通油基泥

47、浆，普通油基泥浆，油包水乳化泥浆油包水乳化泥浆 低胶质油包水乳化泥浆低胶质油包水乳化泥浆 低毒油包水乳化泥浆低毒油包水乳化泥浆油基泥浆的特点油基泥浆的特点抗高温抗高温抗盐钙侵污抗盐钙侵污利于井壁稳定利于井壁稳定润滑性好润滑性好对产层损害小对产层损害小配制成本高，工艺复杂配制成本高，工艺复杂机械钻速较低机械钻速较低污染环境污染环境适用范围适用范围高温深井高温深井复杂地层复杂地层定向井，水平井定向井，水平井可作解卡液，完井液，修井液，取芯液可作解卡液，完井液，修井液，取芯液普通油基泥浆的组成油油亲油固体亲油固体表面活性物质表面活性物质保护剂保护剂加重剂加重剂对油相的要求对油相的要求API度度363

48、7o(API度是量度油的密度和在某种度是量度油的密度和在某种程度上反映油的粘度的参数程度上反映油的粘度的参数)闪点闪点180OF或更高或更高(当火焰横过油杯上方中心时，当火焰横过油杯上方中心时，在油的表面出现闪光时的温度在油的表面出现闪光时的温度)燃点燃点200OF或更高或更高苯胺点苯胺点140OF或更高或更高(新蒸馏的苯胺与等体积柴新蒸馏的苯胺与等体积柴油完全互溶的最低温度油完全互溶的最低温度)亲油固体亲油固体氧化沥青：软化点适氧化沥青：软化点适当当粘土粉粘土粉炭黑炭黑石灰石粉石灰石粉粘度滤失量沥青含量配制与入井配制与入井清洗配浆罐清洗配浆罐配柴油沥青浆配柴油沥青浆加硬脂酸皂和烧碱水，充分皂

49、化加硬脂酸皂和烧碱水，充分皂化加生石灰或氯化钠，防止污水影响，提加生石灰或氯化钠，防止污水影响，提高热稳定性高热稳定性加重加重测性能测性能顶替时需用隔离液顶替时需用隔离液油包水乳化泥浆的组成油包水乳化泥浆的组成油油水相：淡水、盐水、海水水相：淡水、盐水、海水乳化剂乳化剂润湿剂润湿剂有机土及氧化沥青有机土及氧化沥青石灰石灰加重剂加重剂油包水乳状液的稳定机理油包水乳状液的稳定机理油溶性主乳化剂和水溶性辅乳化剂在油油溶性主乳化剂和水溶性辅乳化剂在油水界面形成密堆复合膜，降低了油水界水界面形成密堆复合膜，降低了油水界面张力。面张力。较高的连续相粘度和适当的界面膜粘度较高的连续相粘度和适当的界面膜粘度有

50、利于稳定。有利于稳定。固体颗粒的稳定作用。固体颗粒的稳定作用。用离子型乳化剂时的电稳定作用。用离子型乳化剂时的电稳定作用。固体在油中的分散固体在油中的分散沥青：沥青：取决于沥青质量和油的苯胺点取决于沥青质量和油的苯胺点有机土有机土 亲水搬土亲水搬土+润湿反转剂（长链润湿反转剂（长链伯、仲、叔胺盐和季铵盐伯、仲、叔胺盐和季铵盐重晶石：应选亲油性强的重晶石粉重晶石：应选亲油性强的重晶石粉石灰、加重剂作用石灰、加重剂作用石灰石灰提供提供Ca2+有利于二元金属皂的形成，保证所添加的有利于二元金属皂的形成，保证所添加的乳化剂能充分地发挥效能；乳化剂能充分地发挥效能；维持油基钻井液的维持油基钻井液的PH值