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1、第五章、钻井液原材料和处理剂,本章要求掌握主要内容：1.钻井液处理剂的分类。2.降粘剂、降失水剂、絮凝剂的作用原理。3.常见降粘剂、降失水剂、絮凝剂、加重剂。4.降粘剂、降失水剂、絮凝剂的选择方法。,钻井液处理剂-调配、维护和恢复钻井液工艺性能的添加剂。发展概况：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、多功能、可生物降解。,第一节、钻井液处理剂的分类,按照处理剂组成分类:钻井液原材料无机处理剂有机处理剂表面活性剂2.有机处理剂按来源分类:天然产品天然改性产品人工合成产品有机处理剂按化学组成
2、分类: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,4.按照处理剂的功能分类(我国钻井液标委会分类)降粘剂 Thinner 增粘剂 Viscosifier 降失水剂 Filtration Reducer 絮凝剂 Flocculant 加重剂 Weighting Agent 解卡 剂 Pipe-Freeing Agent 堵漏剂 Lost Circulation Material 乳化剂 Emulsifier 消泡剂 Defoamer 润滑剂 Lubricant 缓蚀剂 Corrosion Inhibitor 页岩抑制剂 Shale Inhibitor 粘土类 Clay 杀
3、菌剂 Bactericide 起泡剂 Foaming Agent 其它类 Others,处理剂研制及作用机理研究内容和方法,提出功能要求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、生物降解性测试。方法：分子量、基团及结构的研究(化学和仪器分析)钻井液性能测试等。吸附规律研究,第二节 无机处理剂,常用产品纯碱烧碱石灰石膏氯化钙氯化钠氯化钾硅酸钠及硅酸钾重铬酸钾和重铬酸钠六偏磷酸钠混合金属层状氢氧化物,无机处理剂作用原理,离子交换吸附调控钻井液的pH值沉淀作用络合作用与有机处理剂生成可溶性盐抑制溶解的作用,加重剂 用于提高钻井液
4、密度的物质材料。要求：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材料名称 化学成分 密度g/cm3 硬度 酸溶性 重晶石 BaSO4 4.0 4.5 2.5 3.5 难溶 铁矿粉 Fe2O3 4.9 5.3 5.5 6.5 溶 方铅矿 PbS 7.4 7.7 2.5 2.7 溶 菱铁矿 FeCO3 3.7 3.9 3.5 4.0 溶 钛铁矿 TiO2Fe2O3 4.5 5.1 5.0 6.0 溶 石灰石粉 CaCO3 2.7 2.9 3 溶 磁铁矿 Fe3O4 5.0 5.2 5.5 6.5 溶,第三节、钻井液有机处理剂的作用原理,一、降粘剂（又称解絮凝剂、稀释剂）1.钻井液
5、稠化原因 由于粘土颗粒表面与端面性质不同：带电情况不同 表面带负电，端面带正电。水化程度不同 表面水化膜厚，端面水化膜薄。,Al+,Si+,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时，极易形成：端-端、端 面联结的空间片架结构，从而造成：钻井液结构粘度增加；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。具体方法为：（1）使端面反号 由带正电性端面转变为负电性端面。即：正负相吸 负负相斥,+,-,-,-,-,-,-,-,-,（2）增强端面水化膜厚度
6、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层，削弱端-端、端-面连接，拆散了片架结构，同时放出自由水，使粘度降低。,降粘剂作用特点 主要作用于端面 用量少、效果显著 0.51%（因为端面少）。降失水与降粘作用有时相一致，有时不同。主要降低 0、c、，不降 s。,3.常见降粘剂单宁酸钠（NaT）磺甲基单宁（SMT）铁铬木质素磺酸盐(FCLS)两性离子聚合物降粘剂（XY-27）SSMA(磺化聚苯乙烯顺丁烯二酸酐钠盐）硅氟降粘剂,铁铬木质素磺酸盐(FCLS)的使用 通常配制成碱液使用。FCLS碱液的配制FCLS:NaOH=3 5:1（FCLS+NaOH）混合碱液=1/5或1/10,例题
7、40ml FCLS碱液（3：1，1/5）中，含固体FCLS多少克？NaOH多少克？解：FCLS+NaOH总重为：1/5 40=8(g)FCLS重量为：3/(1+3)8=6(g)NaOH重量为：1/(1+3)=2(g)答：含FCLS重量为 6 g，NaOH重量为 2 g。,4.降粘剂选择方法仪 器:漏斗粘度计、旋转粘度计。评价指标：s、0、漏、方 法：钻井液+降粘剂（%）测定性能评价标准：s、0 漏、,降粘剂的发展方向:高密度钻井液的降粘问题,二、降失水剂分析：降失水途径：提高泥饼质量（降低K）增加滤液粘度 降低压差 改变固相含量、级配和表面性质等 要求：胶体粒子浓度充足 保持体系聚结稳定性 有
8、一定量的桥塞粒子（护胶）,泥饼形成过程 钻井液流动 桥塞粒子 在孔喉架桥的粒子 填充粒子 在桥塞粒子间隙填充的粒子,降失水剂作用机理1.水化膜护胶 降失水剂在粘土粒子表面(平表面)形成吸附溶剂化层，保持体系聚结稳定性的作用。机理：水化膜增厚，聚结阻力增大，胶粒稳定性增强，Vf 降低。特点：分子量较低、水溶性好。用量较大 35%（表面）。,2.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颗粒之间吸引力的作用。结果：负电荷增加，电势增加，胶粒稳定性增强，失水降低。,3.高分子保护敏化作用 高分子保护1 高分子保护2 大分子浓度低时，吸附粘土粒子的高分子 许多高分子吸附 不足以形成混合网
9、链之间形成网架结构,在胶粒表面，形成 架结构，颗粒失去 粒子被隔离开不易 包蔽层，阻止胶粒 重力稳定性。聚结，保证体系中 聚结。胶粒含量。,4.几种常见的降失水剂钠羧甲基纤维素（Na-CMC）煤碱剂（NaC）磺甲基褐煤(SMC)磺甲基酚醛树脂（SMP）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(Na-、NH4-、Ca-HPAN)褐煤与树脂共聚产品（如PSC SPNH）淀粉类,煤碱剂（NaC）的使用 通常配制成碱液使用。主要成分：腐植酸钠（利用NaOH提取出来）。NaC碱液的配制褐煤：烧碱：水=10 15：2：50 100,例题：欲配制15：1：100的煤碱液2米3，问需
10、要褐煤和烧碱各多少吨？解：褐煤：烧碱：煤碱液（体积）=15：1：100 褐煤量=2 15/100=0.3(t)烧碱量=2 1/100=0.02（t）答：需要褐煤 0.3 t，烧碱0.02t。,5.降失水剂选择方法仪 器:API静失水仪、HTHP静失水仪。评价性能：静失水量、泥饼厚度。方 法：钻井液+降失水剂（%）测定性能评价标准：API静失水 5ml/30min；h 0.5mm.HTHP静失水 15ml/30min h 5mm.,三、絮凝剂 使单个粘土颗粒联结起来，最终失去重力稳定性的处理剂。类型：无机絮凝剂；有机高分子絮凝剂。（1）有机高分子絮凝剂作用机理：实质；高分子敏化作用。三个步骤：1
11、.吸附2.桥连3.形成团块、团块下沉。,有机高分子絮凝剂作用机理 长链高分子中的吸附基能够与粘土粒子表面氧、氢氧发生氢键吸附，由于高聚物分子链很长，可以吸附在几个粘土粒子上，使它们桥联在一起。同时，这种吸附了几个粘土颗粒的长链分子相互间通过共同吸附粘土颗粒彼此互相缠绕在一起，形成絮凝团块。这种絮凝团块容易脱水收缩、密度增高，从而容易下沉，失去沉降稳定性。,（2）有机絮凝剂的二种作用 全絮凝作用选择性絮凝作用1.全絮凝作用 既絮凝钻屑，又絮凝膨润土的絮凝作用。2.选择性絮凝作用 只絮凝钻屑，不絮凝膨润土的絮凝作用。,全絮凝作用 选择性絮凝作用,（3）常用有机高分子絮凝剂 聚丙烯酰胺（PAM）部分
12、水解聚丙烯酰胺（PHP）丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物（80 A-51)醋酸乙烯酯 顺丁烯二酸酐共聚物（VAMA）两性离子聚合物FA367 大阳离子聚合物,(4)絮凝剂选择方法仪 器:几个带塞量筒。方 法：10分钟 30分钟 60分钟评价标准：指定时间内絮凝物下降的高度。,习题 1、3、4,第六章 水基钻井液体系,水基钻井液体系 钻井液体系 油基钻井液体系 气态钻井液体系 合成基钻井液体系,水基钻井液：水基分散型钻井液 水基抑制性钻井液 水基聚合物钻井液 正电胶钻井液 抗高温水基钻井液,第一节 水基分散型钻井液,本节要求掌握主要内容：1.掌握造浆率概念和计算。2.掌握土量、水量计算公式。3.掌握盐
13、、钙污染规律。4.了解钻井液性能调节原则。,1.水基分散型钻井液的组成和特点组成：淡水+粘土+处理剂特点：粘土颗粒高度分散。粘土分散度改变 会导致性能改变。性能容易受电解质污染，稳定性差。维护、处理需要很多水量。成本低。关键：保持粘土颗粒的高度分散。,2.选土与配浆 选土要求：最少的土量得到最高的粘度。实验观察：不同的土达到相同粘度时，用土量相差很大。,0,土量%,粘度mPa.s,15,优质膨润土,普通粘土,劣质粘土,选择配浆土的指标 造浆率。造浆率：每吨干土配出表观粘度为15mPa.s的钻井液的体积量。单位：M3/T测定计算方法：三个样品杯，加入350ml蒸馏水，再加入不同重量的土；搅拌20
14、分钟，陈化24小时，搅拌5分钟；测定600r/min读数，计算表观粘度；在半对数坐标上作图，找出15mPa.s时的膨润土加量；按照公式计算造浆率。,造浆率（m3/t）=1000/Cc Cc 表观粘度为15mPa.s时膨润土的加量，g/l；,C,CC,lg,lg15,0,配浆 配制原浆原浆：仅由水+膨润土组成的一种初始钻井液。基浆：原浆+处理剂,钙膨润土特点：Ca+价数高，与晶层吸引力强，水中不易分散；Ca+半径大，水化差，胶粒周围扩散双电层薄，造浆性差。性能上表现为：表观粘度小、造浆率低、静失水量大。,钠膨润土特点：Na+价数低、吸引力弱；Na+水化能力强，造浆性好。表观粘度大、造浆率高、静失
15、水量小。,钙土改造为钠土：Ca土+Na2CO3 Na土+CaCO3 Ca土+NaOH Na土+Ca（OH）2 Ca+OH-原理：利用离子交换吸附，钙钠置换。,最优加碱量确定,Na2CO3(%),API,0,2,7,最优加碱量确定方法简介（阅读）最大造浆率法 最低失水量法 化学当量法 最佳分散法 最大电位法 分散微粒最佳级配法 滤液分析法 经验法：Ca土 5%7%（土量）纯碱,配制定量、定密度钻井液所需土量式中：浆 钻井液密度，g/cm3;土 粘土密度，g/cm3;水 配浆水密度，g/cm3；V浆 欲配钻井液体积。配制定量、定密度钻井液所需水量V水=V浆-W土/土,例题 用密度为2.4 g/cm
16、3的粘土，欲配密度为1.25 g/cm3钻井液45m3，计算需要多少吨粘土？多少m3水？解：,现场配浆流程图,3.水基分散型钻井液受污染及其处理污染物定义:凡进入钻井液中使性能变坏的物质.可溶性盐（钙、钠盐、盐水）污染物类型 钻屑 地层流体(水、气体),钙污染钙来源：石膏层：CaSO4 Ca+SO4-2 水泥塞：Ca(OH)2 Ca+2OH-影响规律：失水：Ca+增加，Vf 增大，有效粘度、切力：先升后降 pH:石膏侵，下降；水泥侵，上升,Vf,Ca+mg/l,失水,钙污染机理：电解质压缩双电层，降低，水化膜变薄，改变聚结稳定性。,-,-,-,d1,d2,d3,钙离子增加,由上可见，随Ca+浓
17、度增加：d1 d2 d31 2 3分散 聚结 沉降(E-E)(F-F)(E-F),钙污染处理处理原则：除钙、护胶、拆结构。除钙：加纯碱。CO3-+Ca+CaCO3 护胶：加降失水剂（NaC、CMC）拆结构：加入稀释剂（NaT、FCLS）,水泥侵的处理特点：PH 增加，失水增大，粘切先升后降。处理：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。,石膏侵的处理特点：PH 降低，失水增大，粘切先升后降。处理：对于薄层石膏层纯碱+烧碱（除钙）（提pH）对于大段石膏层使用高碱比的混合液 预处理预先配成钙处理钻井液，抑制石膏溶解。,钙污染
18、时控制泥浆性能的关键:1)泥浆膨润土含量 太少,泥浆粘度太低 太多,泥浆粘度高 1525克/升 2)纯碱用量适当 太多,泥浆起泡,初切很大且降低困难,盐污染及其处理污染曲线,Vf,NaCL g/100ml,失水,粘度,3,污染规律 随NaCL增加：pH 降低、Vf 增大、先升后降。3%为分界线 3%前，Vf增加小，升高 3%后，Vf 增加多，降低。原因:盐对粘土双电层的压缩作用,盐侵污处理原则：抗盐、护胶、拆结构、换土。抗盐、护胶：加入抗盐能力强的有机护胶剂。如：CMC;SMP 拆 结 构：加入抗盐稀释剂。如：FCLS;SMT换 土：换抗盐土。如：海泡石、凹凸棒石。,（二）钻井液性能调节,提、
19、降密度 提、降粘度 提、降切力 降低失水 提高泥饼质量 提、降pH值,1.定体积低密度钻井液加重时所需加重材料 W加重剂=W重泥浆-W轻泥浆 V重泥浆=V轻泥浆+V加重剂(W加重剂/加重剂）由上式得：式中，加重剂 加重材料密度；重泥浆 加重后钻井液密度；轻泥浆 加重前钻井液密度；V轻泥浆 加重前钻井液体积。,例题 某井打开油层前共有钻井液450米3，其密度为1.20g/cm3,现根据地层压力须加重到1.40g/cm3，问需用重晶石（密度4.00）多少？解：,2.配制定体积高密度钻井液所需加重材料式中，V重泥浆 欲配高密度钻井液体积。,例题：有密度为1.20的钻井液，欲配成密度为1.60的钻井液
20、150米3，需用重晶石（密度4.00g/cm3）多少？解：答：需用重晶石85.7吨。,3.降低钻井液密度所需的加水量计算公式：式中，V水 所需加水量；V重泥浆 原重泥浆体积；重泥浆 原重泥浆密度；稀释浆 稀释后泥浆密度；,例题 有300米3密度为1.35的钻井液，欲加淡水降低密度到1.15g/cm3，需加水多少？解：答：需加水400米3。,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的性能。方法：分散介质 淡水 处理剂 分散剂（降粘剂、护胶剂）优点：泥饼质量好 薄、密、韧。固相容量限高 最适合配制高密度钻井液。,缺点：固相含量高 高 分散性强、抑制性差，不适应强造浆地层钻
21、进。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。抗温能力较差。,第二节、水基抑制性钻井液,本节主要掌握：1.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 3.盐水钻井液性能指标及维护原理,抑制性钻井液 组成：水+粘土+无机盐+处理剂 水+粘土+聚合物 实质；利用粘土粒子的适度分散，保持钻井液性能稳定。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 性能符合要求。,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）的钻井液。方法：采用无机盐和聚合物。实质：土粒由高度分散 适度
22、絮凝。类型：钙处理钻井液 盐水钻井液、海水钻井液 甲酸盐钻井液 钾石灰钻井液 硅酸盐钻井液 聚合物钻井液,（一）钙处理钻井液 石灰钻井液 钙处理钻井液 石膏钻井液 氯化钙钻井液,分散与絮凝,分散态：粘土高度分散，粘度大，失水小，不抗盐侵污絮凝态：颗粒粗，粘切大，失水大，适度絮凝粗分散态：颗粒适当大小，粘切失水合适,加钙盐,加分散剂,钙盐、分散剂类型,石灰石膏氯化钙,丹宁,FCLS,CMCFCLS,CMC褐煤,FCLS,1.石灰钻井液 基本配方膨润土浆+护胶剂+石灰（CaO）石灰的作用 提供Ca+;Ca+使粘土絮凝。,实验曲线,Ca+(PPm),0,(cp),120,200,细分散泥浆,从曲线得
23、到规律：Ca+=120 200 ppm 最好。此时，粘度合适，钻屑对粘度影响最小。配制工艺：性能维护：,滤液含钙量的保证 滤液碱度 Pf(每毫升滤液耗0.02N酸的毫升数）意义：滤液中OH-浓度的量度。作用：控制石灰溶解度：Pf 过高，Ca+减少，一般：Pf=1 10 ml方法：用NaOH控制。,泥浆碱度 Pm：每毫升泥浆耗0.02N酸的毫升数意义：钻井液中溶解和未溶解的氢氧化物多少的量度。规律：Ca(OH)2 增加，Pm增大，一般：Pm=10 25 ml方法：用Ca(OH)2 控制。,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。滤液 Ca+意义：已经溶解了的Ca+含量
24、。一般：120 200 ppm,石灰泥浆最大的问题：高温固化：石灰+粘土+NaOH 水化硅酸钙高温深井泥浆中不用,褐煤氯化钙泥浆,煤碱剂加量大，当配浆材料钙离子含量高，抑制性较强生成大量胶态腐植酸钙腐植酸钙胶状物的作用：保证并稳定钙离子含量 参与泥饼形成，有利于降失水体系抗盐钙，抗温能力较强,盐水钻井液,定义：凡NaCl含量超过1%（质量分数，Cl-含量约为6000mg/l）的钻井液。分类一般盐水钻井液饱和盐水钻井液海水钻井液组成：粘土抗盐处理剂盐,盐水钻井液的主要特点,由于矿化度高，具有较强的抑制性，利于井壁稳定抗盐钙侵污能力较强，适于钻含岩盐地层或含盐膏地层抗温能力较强，适合于深井或超深井
25、使用对油气层损害较轻钻屑不易分散，在地面易清除，利于保持钻井液的低固相含量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；配制成本相对较高。,饱和盐水泥浆 Cl-1 1619万mg/l 添加剂抗盐达饱和 SMP-2；CMC；SPNH 盐的重结晶问题盐层中的软泥岩问题,第三节 不分散低固相聚合物钻井液,应用范围：浅井6000米深井淡水饱和盐水体系密度1.022.0g/cm3直井，定向井，水平井,聚合物体系发展的必然性,密度或压差影响钻速固相含量及类型影响钻速粘度影响钻速瞬时失水影响钻速,密度或压差对钻速的影响,其它条件相同时，密度（压差）下降，钻速上升。例：密度1.10升至此1.6
26、5,钻速从10降为3.3m/h。例：压差从35降至0大气压，钻速上升50%。,机理,减弱岩屑压持效应压差增大井底岩石可钻强度。密度大，压耗大，排量小。,固相含量的影响,固含,钻头数量,钻进天数,钻头进尺,机理,密度（压差）升高压耗增加紊流流动阻力增大泥包可能性增加,固相类型的影响,惰性固相（砂，重晶石）劣土，钻屑搬土亚微米颗粒对钻速的影响很大,粘度的影响,实验表明：降低粘度能提高钻速,机理：粘度低:利于冲击和清洗井底；利于降低岩屑压持效应；利于降低压耗。,失水对钻速的影响,瞬时失水大，钻速高,原因：降低岩屑压持效应,聚合物泥浆的分类,按固含分：清水或盐水聚合物油水乳状液（基本不含固相）低固相聚
27、合物泥浆,按聚合物类型分：单一聚丙烯酰胺类聚合物泥浆多种大分子金属盐复配聚合物泥浆阳离子聚合物泥浆两性离子聚合物泥浆,聚合物的主要作用,絮凝作用和选择性絮凝作用防塌作用剪切稀释和紊流减阻作用,包被作用成网能力降滤失作用,概念,絮凝作用：可看作是高分子物质对粘土悬浮体的敏化作用。高聚物通过与粘土粒子吸附，架桥，成网，絮凝沉降而实现。选择性絮凝作用：只絮凝劣土和钻屑而不絮凝搬土的作用。,絮凝能力的评定方法,在250ml量筒中，加入200ml蒸馏水，再加入30g岩屑，摇匀后加入1g聚合物溶液(1%),以每分钟30次的频率颠倒混合1分钟,静置，15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
28、。,絮凝作用的影响因素,同一聚合物的不同盐类分子量基团种类和比例粘土种类粘土粒子浓度pH值无机盐温度聚合物浓度其它分散剂搅拌条件,包被作用,概念：聚合物吸附包被于钻屑上，抑制钻屑水化分散的作用。,常用评定方法：一次回收率和二次回收率,成网作用及成网能力,成网作用：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。成网能力：聚合物与粘土粒子形成空间网状结构的能力。,聚合物泥浆内部结构的五种形态,内缔合作用形成链束或链团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，彼此连接成网网状结构过强，挤出束缚水，水土分离即絮凝作用,认识,空间网状结
29、构是聚合物泥浆具有特殊流变性的基础。该结构取决于聚合物在泥浆中的成网能力。影响聚合物成网能力的因素将影响泥浆的流变性和失水造壁性。,防塌作用及机理,例：用PHP清水钻川南自流井群易塌泥岩。胜利油田用PAM/KCL钻水敏性红层,机理：在井壁多点吸附封堵微裂缝，阻止剥落。在井壁形成吸附膜，阻止或减缓水进入泥岩。改善失水造壁性。,剪切稀释和紊流减阻,剪切稀释：聚合物可增强泥浆的剪切稀释性，即增加动塑比值，降低n值。紊流减阻：聚合物泥浆有降低泥浆紊流摩阻的作。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。,降滤失作用,聚合
30、物降滤失能力与其分子量大小，含盐量，温度等有关。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），泥饼好时滤失量较大。解决办法：加入惰性降失水剂。,聚合物钻井液的组配原则,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，小分子降滤失。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小分子为主。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，钾盐适防塌。固含高，粘切大时，大分子量少。,聚合物钻井液的性能指标,低密度固含小于4%(V/V)。钻屑与亚甲基蓝搬含之比小于2：1。YP(dyn/cm2)/PV(mpaS)=4.
31、8.对非加重泥浆，YP=1530dyn/cm2。流变参数优选，=26mpaS,c=0.31.5Pa,Im=300600尽量不使用分散剂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,聚丙烯酰胺及其衍生物聚丙烯酰胺(PAM)、部分水解聚丙烯酰胺(PHP)、水解聚丙烯腈（钠盐Na-PAN、铵盐NPAN）、聚丙烯酸钙、磺甲基化聚丙烯酰胺(SPAM)醋酸乙烯酯-顺丁烯二酸肝共聚物(VAMA)磺化苯乙烯-顺丁烯二酸肝共聚物(SSMA),两性离子聚合物,现有产品主要有两个型号：降粘剂(XY)、强包被剂(FA)降粘剂（XY系列）XY-27分子量较小（10000）分子链中同时具有阳离子基团（10-40%
32、）、阴离子基团（20-60%）和非离子基团（0-40%）%是线性两性离子聚合物。强包被剂(FA)FA-367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。,两性离子聚合物钻井液,特点：抑制性强、剪切稀释性强，并能防止地层造浆，抗岩屑污染能力强降粘剂能有效地降低钻井液的结构粘度岩屑成形，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、高密度的钻井液，用于浅、中、深井，在高密度盐水钻井液中效果好钻屑容量限不够大，抗盐能力有限,阳离子聚合物钻井液,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(NW-
33、1)包被剂（阳离子絮凝剂）：阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),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效果具有较好抗温、抗盐、抗钙镁等高价金属离子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，它不会影响电测资料的解释。,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
34、%KCL,聚合物不分散低固相体系实例,搬土浆+0.10.3%KPAM+0.40.5%NPAN搬土浆+1%FCLS+0.5%CMC+1%DFD+0.1%CaO+0.2%CPAM+0.5%NW-1搬土浆+0.10.3%FA367+0.050.15%XY-27+13%SAS,其它水基钻井液体系,聚磺体系正电胶(MMH)钻井液硅酸盐钻井液无机硅酸盐钻井液稀硅酸盐聚合物钻井液有机硅酸盐钻井液聚合醇（多元醇）钻井液甲酸盐(有机盐)钻井液甲基葡萄糖甙钻井液成膜水基钻井液无渗透（无损害）钻井液抗高温水基钻井液,习题：1、7、8、11,第七章 油基钻井液,定义：以油为连续相的钻井液。分类：普通油基泥浆，油包水乳
35、化泥浆 低胶质油包水乳化泥浆 低毒油包水乳化泥浆,油基泥浆的特点,抗高温抗盐钙侵污利于井壁稳定润滑性好对产层损害小配制成本高，工艺复杂机械钻速较低污染环境,适用范围,高温深井复杂地层定向井，水平井可作解卡液，完井液，修井液，取芯液,普通油基泥浆的组成,油 亲油固体表面活性物质保护剂加重剂,对油相的要求,API度3637o(API度是量度油的密度和在某种程度上反映油的粘度的参数)闪点180OF或更高(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)燃点200OF或更高苯胺点140OF或更高(新蒸馏的苯胺与等体积柴油完全互溶的最低温度),亲油固体,氧化沥青：软化点适当粘土粉(有机膨润土）炭黑
36、石灰石粉加重材料,粘度,滤失量,沥青含量,油基泥浆的配制与入井,清洗配浆罐配柴油沥青浆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，提高热稳定性加重测性能顶替时需用隔离液,油包水乳化泥浆的组成,油水相：淡水、盐水、海水乳化剂 油酸 环烷酸 AS ABS 固体粉末润湿剂 1821 有机土及氧化沥青石灰加重剂,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水界面形成密堆复合膜，降低了油水界面张力。较高的连续相粘度和适当的界面膜粘度有利于稳定。固体颗粒的稳定作用。用离子型乳化剂时的电稳定作用。,固体在油中的分散,沥青：取决于沥青质量和油的苯胺点有机土 亲水搬土+润湿反转剂（
37、长链伯，仲，叔胺盐和季铵盐重晶石：应选亲油性强的重晶石粉,石灰、加重剂作用,石灰提供Ca2+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；维持油基钻井液的PH值在8.5-10之间，防止钻具腐蚀；有效地防止地层中CO2和H2S等酸性气体对钻井液的污染。加重材料重晶石（适当加入润湿剂和乳化剂）,影响油包水乳化泥浆性能的因素,水油比：水含量大，界面积大不利于稳定，水含量过小，体系粘度低也不利于稳定乳化剂品种及加量：主辅配合，加量适当有机土及氧化沥青加量，润湿剂及加量PH值：一般8.510.5温度及压力：温度增加，乳状液稳定性降低（分子键断裂，解吸，油溶剂化膜变薄，介质粘度降低等）；压力
38、增加，油增稠。,常用乳化剂,硬脂酸钙烷基磺酸钙烷基苯磺酸钙环烷酸钙石油磺酸铁SP-80,配方及性能实例,配方：油水比：85：15烷基苯磺酸钙 8%环烷酸铁 2%石灰 10%有机土 3%水相中CaCL2 20%NaCL 15%KCL 5%,性能：密度 1.60PV:60.5mPaSYP:17.5Pa常温滤失量:35ml破乳电压 900V,油基泥浆的发展,平衡活度油包水乳化泥浆（活度平衡利于泥页岩井壁稳定）低胶质油包水乳化泥浆（水含量低，有机土及沥青含量低，利于提高钻速）低毒油包水乳化泥浆（用白油作介质，基本无毒，适于环保要求极严的海洋钻探）合成基泥浆（仿油泥浆）,习题,1、3、6,气基钻井液,气
39、基钻井液纯气体（空气、氮气、天然气、柴油机尾气）泡沫钻井液（以水为连续相，气体为分散相）需要专用设备空气：压风机、空气冷却装置、输气管线和仪表、井口挡砂装置、旋流除砂器等；天然气：气源、旋转防喷器、气水分离器、针型阀等泡沫钻井液：气体压缩机、泡沫发生器、高速离心除泡装置、控制管汇及测量仪器仪表。,气基钻井液,对于气液两相泡沫，主要控制以下参数液体体积分数液体体积与一定温度（T）压力（P）下泡沫总体积Vf(T,P)之比；泡沫质量分数在一定温度压力下，气体体积与泡沫气体之比；充气度在大气条件下空气的排量与液体排量之比；泡沫倍数在大气条件下泡沫体积与液体体积的比。,气基钻井液,泡沫钻井液的特点具有较
40、高的环空返速，携带岩屑能力强；液柱压力极低，约1.53.5MPa;能够比较安全地对付废水、天然气和地层水；钻出的岩屑十分清晰，便于分析；能够较好地保护产层，减轻对产层地伤害。微泡沫钻井液在不注入空气和天然气的情况下产生均匀微小气泡，产生比水低的钻井液密度。用于低压油气层及低压易漏层钻井。,第八章 固相控制(solid control)固相的分类,按作用分：有用固相粘土重晶石无用固相钻屑,按性质分：活性固相惰性固相按粒度分：粘土：d74 m,有害固相对钻井所带来的不利影响,使钻速降低，钻头进尺减小钻井设备磨损加剧泥浆比重、粘度升高泥饼加厚钻井液费用增加伤害油气层,固相控制的意义,提高钻速,延长钻
41、头寿命减薄泥饼,减少压差卡钻和测井工具遇卡率降低粘度,利于高压喷射,减小激动压力减轻油气层损害使钻井液性能稳定,简化维护处理,减少钻井液费用降低密度,减少井漏可能是聚合物不分散低固相泥浆实现的一个关键,清除泥浆固相的方法,加水稀释等量替补化学方法:使用絮凝剂使钻屑呈团簇絮凝状，加快固体下沉速度。机械方法振动筛旋流除砂器旋流除泥器离心机,清除泥浆固相的方法-振动筛,Screen shaker,马达带动偏心轮旋转产生振动,粗颗粒从筛布上分离出去,液相及细颗粒进入循环系统.,频率:2000次/分振幅:3毫米筛网布置:单层双层三层,清除泥浆固相的方法-旋流分离器,Hydrocyclone 旋流分离器,
42、过振动筛的钻井液加压后经进液管沿水平切线方向射入园柱形液腔,沿内壁作向下的螺旋运动,粗重颗粒在离心力作用下被甩向器壁,然后下降,连同少量液体从排砂孔排出,分离器中心线附近压力低,形成空气柱,大部分带较细颗粒的液体在接近排砂孔时改变方向,螺旋上升,沿气柱经溢流管进入循环系统.,旋流分离器工作要点,伞状排砂,有空气吸入底流密度至少比进液密度高0.12-0.30 g/cm32),但应稳定尽早连续使用按处理量、欲分离粒径选择分离器尺寸和数目除砂器（=6）有效分离粒径40-200微米除泥器（6）有效分离粒径15-40微米,清除泥浆固相的方法离心机,Centrifuge离心机,工作原理泥浆由进液管进入输送
43、器，从输送器的孔中流出，在离心力作用下粗重颗粒被甩外壳壁，由输送器推至端部孔眼排出，而胶体-液体则经溢流孔排出。,1-分离后钻井液出口 2-钻井液进口 3-溢流口 4-溢流液体 5-外壳旋转产生离心力6-泥浆池液面由调节出口来控制 7-槽 8-与外壳同方向旋转但较慢胡输送器 9-泥饼10-干湿区过渡带 11-底流口,离心机的用途,回收加重钻井液中重晶石并清除细小固相和流体，这时底流返回循环系统在非加重钻井液中清除岩屑，这时放掉底流对旋流分离器底流和储浆池浊液进行二次分离，回收液相，弃去固相从完钻井的重泥浆中回收重晶石,离心机的使用要点,不超负荷间隙使用加水适量转速可调有时需补充膨润土,清除泥浆固相的方法-清洁器,是旋流分离器与超细目振动筛的组合主要用于清除过振动筛后的加重泥浆中的较粗颗粒，并回收液相和重晶石,习题：2、6,
