郭保雨：钻井液处理剂.ppt

胜利石油管理局钻井工程技术公司,钻井液处理剂,前言,钻井液处理剂,几种新型钻井液处理剂,钻井液处理剂的发展趋势,钻井液处理剂检测中存在的问题,结束语,钻井液作为服务钻井工程的重要手段之一。从90年代后期的主要功能已从维护井壁稳定，保证安全钻进，发展到如何利用钻井液这一手段来达到保护油气层、多产油的目的。一口井的成功完井及其成本在某种程度上取决于钻井液的类型及性能。因此，适当地选择钻井液及钻井液处理剂以维护钻井液具有适当的性能是非常必要的。,前言,钻井液的组成,前言,处理剂：能调节钻井液性能的物质。,原材料:粘土、水、油、加重材料等,我国的钻井液处理剂20世纪80年代以来逐渐得到发展和完善。目前，我国钻井液处理剂已发展到18类，上千个品种。钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多。目前主要有以下两种分类方法。 第一类分类方法是按其组成分类。 第二类分类方法是按其在钻井液中所起的作用或功能分类,前言,第一类分类方法通常分为钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。 无机处理剂-氯化物、硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐、重铬酸盐和混合金属层状氢氧化物（即正电胶）类等。 有机处理剂通常可分为天然产品、天然改性产品和有机合成化合物。按其化学组分又可分为下列几类：腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类和聚合物类等。,前言,第二类分类方法将钻井液配浆材料和处理剂共分为以下16类，即： （1）降滤失剂（Filtration Reducer）：能降低钻井液滤失量的化学添加剂。 （2）增粘剂（Viscosifier）：能增加钻井液粘度的化学添加剂。 （3）乳化剂（Emulsifier）：使油水乳化产生乳状液。 （4）页岩抑制剂（Shale Inhibitor）：能抑制页岩水化、膨胀、分散的化学剂。 （5）堵漏剂（lost Circulation Material）：能堵塞漏失层的材料。 （6）降粘剂（Thinner）：能降低钻井液粘度的化学添加剂。 (7）缓蚀剂（Corrosion Inhibitor）：能抑制水基钻井液中存在的或外侵的腐蚀源对钢铁腐蚀的化学剂。,前言,（8）粘土类（Clay） （9）润滑剂（Lubricant）：能降低钻井液摩阻系数的的化学剂。 （10）加重剂（Weighting Agent）：能增加钻井液密度的物质。 （11）杀菌剂（Bactericide）：能杀死细菌、维护钻井液中各种处理剂使用性能的化学剂。 （12）消泡剂（Defoamer）:能消除泡沫的化学剂。 （13）泡沫剂（Foaming Agent）：能促使稳定泡沫形成的化学剂。 （14）絮凝剂（Flocculant）：能促钻井液中粘土颗粒聚集的化学剂。 （15）解卡剂（Pipe-Freeing Agent）：能渗入钻具与井壁之间的粘附部位，降低粘附力以解除卡钻的物质。 （16）其它类（Others）等。,前言,钻井液处理剂发展过程的核心：钻井液中的粘土的处理技术,钻井液稳定性的问题,分散剂,抑制剂,前言,由于认识到浑水比清水有利于携带岩屑、清洗井底，因而人为的加入分散型化学剂，使粘土颗粒分散到胶体颗粒范围来保持“钻井液性能”的稳定。钻井液稳定性的问题,随着所钻地层复杂性的增多, 钻井液中必须加有充分的具有抑制能力的添加剂，才能保持井壁的稳定。这样，处理的原则和目的就从“分散”走向其反面而转向了如何能抑制粘土（岩屑）的分散；井壁稳定性的问题,井壁稳定性的问题,井壁稳定,人们开发利用了剂从无机物到有机物、从低级化学剂到高级化学剂。,前言,曾经花大力气研究了以油为分散介质的钻井液体系，从原油到柴油、白油、植物油、合成基。但是由于日益严格的环保限制，人们不得不再回过头来研究并改造水基钻井液的性能。,钻井液稳定,人们开发利用了膨润土类、纤维素类、褐煤类、淀粉类、木素类等一系列的产品和一些带磺酸基团的聚合物，以达到既能保持地层稳定，又能具有良好钻井液性能。将搬土-水这一带负电性的不稳定悬浮体改造成为一个全新包装的胶态体系。,前言,前言,可以认为，钻井液及钻井液处理剂经过几十年的发展，逐渐进入稳定期，亦即技术成熟期。由于钻井液及钻井液处理剂都有众多的类型及产品可供选择，因此现代钻井液技术已不再研究和开发一般钻井液及钻井液处理剂产品，而是在高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染等方面进行深入研究，以寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液及钻井液处理剂。,一、钻井液处理剂,无机处理剂在钻井液中的作用机理,无机处理剂都是水溶性的无机碱类和盐类，其中多数可提供阳离子和阴离子，也有一些与水形成胶体或生成络合物。它们在钻井液中的作用机理可归纳为以下方面： 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,一、钻井液处理剂,无机处理剂在钻井液中的作用机理,1、离子交换吸附 主要是粘土颗粒表面的Na+与Ca2+之间的交换。这一过程对改善粘土造浆性能、配制钙处理钻井液以及防塌等方面都很重要，对钻井液性能的影响也较大。例如，在配制预水化膨润土浆时，常加入适量Na2CO3。其目的是，通过Na+浓度的增加，使之能够与钙蒙脱土颗粒表面的Ca2+发生交换，从而使粘土的水化和造浆性能提高，分散成更小的颗粒，表现为钻井液的粘度、切力升高，滤失量降低；相反地，若在分散钻井液中加入适量和CaSO4等处理剂，随滤液中Ca2+浓度的提高，一部分Ca2+会与吸附在粘土颗粒上的Na+发生交换，致使钻井液体系转变为适度絮凝的粗分散状态，从而控制粘土的水化与分散。,一、钻井液处理剂,无机处理剂在钻井液中的作用机理,2、调控钻井液的pH值 每种钻井液体系均有其合理的pH值范围。然而在钻进过程中，钻井液的pH值会因发生盐侵、盐水侵、水泥侵和井壁吸附等各种原因而发生变化，其中pH值趋于下降的情况更为常见。因此，为了使钻井液性能保持稳定，应随时对pH值进行调整。添加适量的烧碱等无机处理剂是提高pH值的最简单的方法，而使用酸式焦磷酸钠（SAPP）、CaSO4或CaCl2等无机处理剂时，则会使钻井液的pH值有所下降。,一、钻井液处理剂,无机处理剂在钻井液中的作用机理,3、沉淀作用 如果有过多的Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，破坏钻井液的性能。此时，可先加入适量烧碱除去Mg2+，然后用适量纯碱除去Ca2+。这种沉淀作用还可用来使某些因受到污染而失效的有机处理剂恢复其作用。例如褐煤碱液和水解聚丙烯腈，如遇钙侵会分别生成难溶于水的腐植酸钙和聚丙烯酸钙。此时，可以加入适量纯碱，使上述处理剂恢复其作用效果，这是由于所生成的CaCO3的溶解度比腐植酸钙和聚丙烯酸钙的溶解度小得多，因而可使处理剂的钙盐重新转变为钠盐。,一、钻井液处理剂,无机处理剂在钻井液中的作用机理,4、络合作用 利用某些无机处理剂的络合作用，同样可以有效地除去钻井液中的Ca2+、Mg2+ 等污染离子。例如，在受到钙侵的钻井液中加入足量的六偏磷酸钠，则可通过下面的络合反应除去Ca2+：该反应所生成的络离子相当稳定，将Ca2+束缚起来，相当于从钻井液的滤液中除掉了Ca2+。 对于用褐煤碱液或高效稀释剂等处理的钻井液，还可以利用络合反应提高其抗温性能。例如，加入少量重铬酸盐可使上述钻井液的热稳定性明显提高，其中主要作用机理是氧化和络合。通过络合能有效地抑制腐植酸钠和高效稀释剂的热分解。,一、钻井液处理剂,无机处理剂在钻井液中的作用机理,5与有机处理剂生成可溶性盐 由于许多有机处理剂，如丹宁、腐植酸等在水中溶解度很小，不易吸附在粘土颗粒上，因而不能发挥其效能。只有通过加入适量烧碱,使之转化为可溶性盐，如单宁酸钠和腐植酸钠，才能充分发挥其效能。这也是钻井液应始终保持碱性环境的一个重要原因。,一、钻井液处理剂,无机处理剂在钻井液中的作用机理,6抑制溶解的作用 在钻遇岩盐和石膏地层时，常使用盐水钻井液和石膏处理的钻井液；对于大段的盐膏层，甚至使用饱和盐水钻井液。其目的一是为了增强钻井液抗污染的能力，二是为了抑制和防止上述可溶性岩层的溶解，使井径保持规则。,一、钻井液处理剂,有机处理剂在钻井液中的作用机理,1、降滤失剂 （1）使泥饼致密 泥饼中颗粒的的粗细搭配得当是泥饼致密的主要因素。这些细颗粒主要是通过降滤失剂的吸附形成网状复合物来实现。降滤失剂一般都是水溶性的大分子化合物，在它们的分子结构中，两种基团是必不可少的，一种是能与粘土发生吸附的基团；另一种是强烈水化的基团。水化保证其水溶性，吸附不仅可使细微的粘土颗粒吸附在大分子上处理剂链节上，从而是在钻井液中形成网状结果，起到护胶作用。被保护的粘土颗粒互相填补形成一个致密的泥饼，从而降低泥饼的渗透率。,一、钻井液处理剂,有机处理剂在钻井液中的作用机理,1、降滤失剂 （1）使泥饼致密 降滤失剂除通过稳定粘土细颗粒使泥饼更加致密外，其本身也可直接小颗粒的形式对细孔进行封堵，从而使泥饼更加致密。例如淀粉吸水膨胀后，形成海绵囊状物，能进入泥饼中的细孔。经酸化水解后的植物纤维可以形成堵塞，被成为单向封闭。油溶性树脂、小颗粒石蜡、磺化沥青等都可以形成致密泥饼的封堵物。,一、钻井液处理剂,有机处理剂在钻井液中的作用机理,1、降滤失剂 （2）水化作用与水化膜的形成 降滤失剂的第二个主要作用是通过水化过程降低泥饼的渗透率。水化就是水分子在处理剂的极性基团或非极性基团周围形成结构。这种结构如果很强，水就会被束缚在泥饼中无法通过，从而使渗透率降低。 （3）疏水的封堵作用 近年来亲水性很差的井壁稳定剂（例如沥青类产品）受到越来越大的关注，它的HLB值很低，不溶于水或水溶性较差，用一般的仪器很难测出它们的降滤失作用。但是实践表明，它们能大大减低井壁的渗透性，其作用是通过井内温度使其软化或通过改性引入少量的亲水基团使其以小颗粒形式分散与钻井液中，在钻井液的循环过程中通过界面能得驱动贴到井壁上使井壁变成亲油表面，使井壁上的各种孔道变成疏水性毛细管，当谁进入凸面，从而减少钻井液向地层的滤失量。,一、钻井液处理剂,有机处理剂在钻井液中的作用机理,2、降粘剂 （1）FCLS、SMC、SMK的降粘机理 这类降粘剂主要作用于粘土颗粒，通过水化作用，拆散粘土形成的结构而取得降粘效果。 （2）聚合物的降粘机理 通过与大分子聚合物形成稳定的络合物，拆散聚合物之间形成的结构来消除聚合物的提粘效应；可使大分子聚合物收缩脱水，拆散粘土之间形成的结构而取得降粘效果。,一、钻井液处理剂,钻井液处理剂的选择,1、钻井工程的要求：瞬时失水 2、地质条件： 地层温度： 无机盐的侵入：改变在粘土上的吸附量、改变分子链的形态、降低在水中的溶解度、破坏亲水基团的水化膜,一、钻井液处理剂,1、加重剂,加重材料（Weighting Material）又称加重剂，由不溶于水的惰性物质经研磨加工制备而成。为了对付高压地层和稳定井壁，需将其添加到钻井液中以提高钻井液的密度。加重材料应具备的条件是自身的密度大，磨损性小，易粉碎；并且应属于惰性物质，既不溶于钻井液，也不与钻井液中的其它组分发生相互作用。,一、钻井液处理剂,1、加重剂,一、钻井液处理剂,2、配浆材料类,水是配制各种钻井液都不可缺少的基本组分。 在水基钻井液中，水是分散介质，大多数处理剂均通过溶解于水而发挥其作用； 在泡沫钻井液中水也是作为连续相，空气在起泡剂和稳泡剂的作用下分散在水中； 在油包水乳化钻井液中，水是分散相，往往水中又含有一定量的无机盐，如氯化钠和氯化钙等。在雾流体中，水是作为分散相，成小颗粒状分散于气中。,一、钻井液处理剂,2、配浆材料类,实践证明，钻井液性能与配浆水的性质密切相关。多数情况下，为节约成本，都是就地取水。但地区不同水质相差很大，水中的各种杂质,如无机盐类、细菌和气体等对钻井液的性能有很大影响。 例如：无机盐会导致膨润土的造浆率降低，以及钻井液的滤失量增大；细菌：淀粉类处理剂发酵，聚合物处理剂容易降解，细菌的大量繁殖还会对油气层造成损害；气体的存在则会加剧钻具的腐蚀等。因此，配制钻井液时必须预先了解配浆水的水质，不合格的水需经过适当处理后才能使用。,一、钻井液处理剂,2、配浆材料类,自然界的水分类： (1)、按来源分：地面水和地下水； (2)、按其酸碱性分：酸性水、中性水和碱性水； (3)、按所含无机盐的类别分：NaCl型、CaCl2型、MgCl2型、Na2SO4型和NaHCO3型水等。 在钻井液工艺中，根据水中可溶性无机盐含量的多少，一般将配浆水分为以下三类：含盐量较少（总盐度低于10 000mg/1）的淡水，钻井液称做淡水钻井液；含盐量较多的盐水，与之对应钻井液称作盐水钻井液；含盐量达饱和的饱和盐水，与之对应钻井液称为饱和盐水钻井液。此外，常将含Ca2+、Mg2+较多的水称为硬水。,一、钻井液处理剂,2、配浆材料类,原油、柴油和低毒矿物油也是配制钻井液时常用的原材料。 在油基钻井液中，常选用柴油和矿物油作为连续相。 在水基钻井液中，也常混入一定量的原油或柴油，以提高其润滑性能，并起降低滤失量的作用。 在使用过程中，应注意油品的粘度不宜过高，否则钻井液的流变性不易调控。此外，还应考虑油品的价格和对环境可能造成的影响。对于探井，应考虑其荧光度对油气显示的影响。在选用原油时，应考虑其凝固点以及石蜡、沥青质含量等，以免对油气层造成不良的影响。,一、钻井液处理剂,膨润土是水基钻井液的重要配浆材料。有的文献将膨润土定义为具有蒙脱石的物理化学性质，含蒙脱石不少于85的粘土矿物。一般要求1t膨润土至少能够配制出粘度为15mPas的钻井液16m3。钠膨润土的造浆率一般较高，而钙膨润土则需要通过加入纯碱使之转化为钠膨润土后方可使用。目前我国将配制钻井液所用的膨润土分为三个等级： 一级为符合API标准的钠膨润土； 二级为改性土，经过改性符合OCMA标准要求； 三级为较次的配浆土，仅用于性能要求不高的钻井液。,2、配浆材料类,一、钻井液处理剂,由于无机盐对膨润土的水化分散具有一定的抑制作用，因此膨润土在淡水和盐水中的造浆率不同，盐水造浆率一般要低一些。将膨润土先在淡水中预水化，然后再加入盐水中，可以提高其在盐水中的造浆率。海泡石、凹凸棒石和坡缕缟石是较典型的抗盐、耐高温的粘土矿物，主要用于配制盐水钻井液和饱和盐水钻井液。用抗盐粘土配制的钻井液一般形成的泥饼质量不好，滤失量较大。因此，必须配合使用降滤失剂。海泡石有很强的造浆能力，用它配制的钻井液具有较高的热稳定性。有机土是由膨润土经季铵盐类阳离子表面活性剂处理而制成的亲油膨润土。有机土可以在油中分散，形成结构，其作用与水基钻井液中的膨润土类似。,2、配浆材料类,一、钻井液处理剂,2、配浆材料类,一、钻井液处理剂,3、降滤失剂类,降滤失剂商品品种占据第二位。从维护钻井液性能、保证钻井顺利进行、减少钻井液维护工作量和降低钻井液处理剂消耗来讲，降滤失剂在钻井液体系中是一种不可缺少的处理剂。从保护油气层实际需要来讲，降滤失剂也是一类主要的处理剂。传统的降滤失剂主要是褐煤、淀粉、纤维素衍生物、腈纶废料改性物及合成高分子材料。,一、钻井液处理剂,3、降滤失剂类,1改性淀粉类降滤失剂 淀粉是一种多羟基高分子化合物，其结构与纤维素很相似，但由于淀粉结构中的-CH2OH基团同在主链一侧，使之在性质上与纤维素有很大差别。 改性淀粉类产品用于钻井液已有很久的历史。但由于预胶化淀粉、羧甲基淀粉（CMS）等热稳定性差，受细菌作用产生降解、发酵等，其不利因素限制了现场应用。 为充分利用改性淀粉抗盐性好、价格低的优势，国内外对淀粉进行改性研究，对接枝单体进行优选。考虑到淀粉抗温差，而含环状结构的烯烃基单体抗温性能好的特点，将烯烃类单体接枝到淀粉分子中，能有效提高淀粉的耐盐性和降滤失性。,一、钻井液处理剂,2改性腐植酸类降滤失剂 腐植酸是由分子大小不同、结构复杂的羟基、羧基、芳香酸组成的混合物。由于腐植酸中含有活性反应基团羧基、羟基、酸等。因此常常被选作多种抗高温降滤失剂的主要材料。腐植酸与甲醛、苯酚及其他成分共混缩聚成大分子降滤失剂产品。该类产品具有良好的抗温和抗盐能力，是良好的高温高压降滤失剂，其抗温能力达230。其代表产品有SPNH和Rsinex（美国产）。 另外，腐植酸也可以与烯烃类单体，水解聚丙烯腈等进行接枝共聚，生成价格低廉性能较好的降滤失剂。,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,3水解聚丙烯腈类降滤失剂 （1）腈纶废料水解产品： 这类产品包括水解聚丙烯腈钠盐、钾盐、钙盐及高温高压水解聚丙烯腈铵盐等，是腈纶废料的主要改性产品。该类水解产物降滤失剂的优点是：生产工艺简单、价格低廉；主链为碳-碳链，抗温性能好；分子量大小适中，并且含有大量的水化基团羧钠基等，降失水效果好。缺点是：抗无机盐污染能力差，对高价金属离子尤其敏感。 （2）改性水解聚丙烯腈： 为改善腈纶水解产品的抗盐能力，将腈纶废料、丙烯酰胺、丙烯磺酸钠等在高温高压下共水解缩聚，制备了一系列改性产品4，该类产品具有很好的抗盐能力和一定的抗钙能力。,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,3水解聚丙烯腈类降滤失剂 （3）水解产物与其它高分子共聚改性产品： 在这类改性产品中，水解腈纶废料是作为与其它大分子降滤失剂的改性接枝共聚体。腈纶废料与腐植酸缩合接枝共聚的应用研究最多，产品类型也多。如用水解聚丙烯腈钠盐与黄甲基褐煤缩聚制备了抗高酸抗盐降滤失剂HDC5；用水解聚丙烯腈和腐植酸、氯丙烯型阳离子DADECI、AMPS等缩合共聚制备了抗温抗盐的阳离子型降滤失剂CP。特别是阳离子型降滤失剂的研究与开发，为正电钻井液体系提供了一种急需的产品，阳离子型降滤失剂的开发应用，必将推动钻井液工艺技术的发展。,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,4合成共聚类 在合成共聚物中应用最多的是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯磺酸钠等单体或其衍生物的均聚物或共聚物，分子量一般在几万到几十万，分子量太低，降滤失效果差，且具有降粘作用；分子量太高，往往具有较明显的增粘作用。 丙烯酸和衣康酸共聚物作为降滤失剂，可抗温150，具有良好的抗盐和抗钙能力。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、丙烯酸和衣康酸的三元共聚物可用于淡水、海水和高含钙钻井液。,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,5合成树脂 磺甲基酚醛树脂又称SMP，是由苯酚、甲醛、焦亚硫酸钠、无水亚硫酸纳缩聚而成。主链是由亚甲基桥和苯环组成，又引入了大量的磺酸基，是一种抗温性强的合成树脂，用于控制水基钻井液的滤失。,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,3、降滤失剂类,一、钻井液处理剂,4、增粘剂,调整钻井液动切力、静切力、粘弹性和改善泥饼质量、提高钻井液滤液粘度,一、钻井液处理剂,人工合成层状混合金属氢氧化物（MMH）,天然矿物经加工、改造烷基改性水合氢氧化镁（SMHM）,MMH是一种带正电的层状混合金属氢氧化物纳米晶体胶粒，其溶胶对粘土有极强的抑制作用，可十倍于KCI溶液。MMH膨润土体系“固液”双重性十分明显，具有极好的悬浮稳定性。具有很好的抗盐能力；具有良好的抗泥页岩污染和耐高温的能力；对储层渗透率损害小，有利于保护油气层；,4、增粘剂,一、钻井液处理剂,丙烯基乙烯基单体共聚物 HV PAC,天然材料衍生物 HVCMC、HEC、XC,两性离子聚合物,BPS有机黑色正电胶,4、增粘剂,一、钻井液处理剂,4、增粘剂,降粘剂,一、钻井液处理剂,5、降粘剂,改性木质素磺酸盐FCLS 等,合成聚合物硅氟高效降粘剂SF-1、SF260,复合离子降粘剂XY-27,磺化褐煤、磺化栲胶,一、钻井液处理剂,5、降粘剂,一、钻井液处理剂,6、页岩抑制剂,页岩抑制剂,沥青类：磺化沥青、水分散沥青 、沥青树脂,钾盐;KCL、聚丙烯酸钾、K-HPAN 、有机硅腐植酸钾 、腐植酸钾KHm,阳离子：小阳离子NW-1 、两性离子包被剂FA367,聚合醇 JHX、SYP-1,一、钻井液处理剂,6、页岩抑制剂,一、钻井液处理剂,6、页岩抑制剂,随着深井、定向井、水平井及分枝井技术的发展，钻井液的润滑性能日益受到重视。国外商品润滑剂以有机物为主；除各种矿物油和动、植物油等传统的润滑剂外，人工合成润滑剂和改性油脂润滑剂成为当今钻井液润滑剂的主流。固体润滑剂有片状或无定形石墨、玻璃微珠、塑料微珠和碳珠等。极压润滑剂品种较多，说明极压润滑问题仍受到人们的重视。,一、钻井液处理剂,7、润滑剂,润滑剂,聚-烯烃与乳化剂的混合物,甘油及聚合醇材料,氯代脂肪烃及其衍生物,一、钻井液处理剂,7、润滑剂,一、钻井液处理剂,7、润滑剂,一、钻井液处理剂,8、絮凝剂类,一、钻井液处理剂,9、消泡剂类,一、钻井液处理剂,10、解卡剂类,一、钻井液处理剂,11、堵漏剂类,一、钻井液处理剂,12、乳化剂类,一、钻井液处理剂,13、其它类,二、几种新型钻井液处理剂,目前钻井液润滑剂品种主要有两类，即固体类和液体类。石墨、塑料小球、玻璃小球等固体润滑剂由于受固体尺寸的限制，在钻井过程中很容易被固控设备除去，而且在钻杆的挤压或震荡下，有破坏、变形的可能；普通的石墨粉作为润滑剂，降摩阻效果不明显，且亲水性不足，加药时的粉尘对施工人员的健康也会造成威胁，因此在使用上受到一定的限制。对于液体类润滑剂来说，虽然使用方便，但液体的包装、运输和储存存在着许多的限制。而且液体润滑剂性能单一，仅能起润滑作用，能同时改善钻井液降滤失性和封堵防塌的润滑剂还很少见。因此，急需能缓解这些矛盾的固体润滑剂的出现。,1、钻井液用固体润滑剂,新型固体润滑剂是采用高纯天然层状矿物材料作载体，将润滑性能良好的无荧光液体润滑剂和极压润滑添加剂作为插层材料插入矿物材料的层间，同时引入表面活性剂、渗透剂、冰点改善剂改善其亲水性、降滤失性和封堵防塌性等综合性能，通过科学实验优选出合适材料配比，经化学物理作用精细加工而成。该固体润滑剂活性组分具有很强的吸附能力，能迅速在金属表面和钻井液中的固体颗粒的表面形成牢固的吸附膜，保证钻井液具有高的润滑性，降低钻井液流动阻力，降低摩阻系数及扭矩，延长钻具使用寿命，减少粘附卡钻事故的发生。,1、钻井液用固体润滑剂,二、几种新型钻井液处理剂,固体润滑剂的主要功能如下: 1具有突出的润滑性能和回弹作用（resiliency），所以，特别在定向井丛式井钻井中遭遇大面积硬接触点时，可有效的降低摩阻降低扭矩防止卡钻 2由于天然矿物的特殊结构，具有防漏失增强井壁的作用 3具有“无毒、无污染、无荧光”作用的“三无”产品 4有利于改善钻井液综合性能，且具有一定的降滤失、封堵防塌和改善泥饼质量的作用。 5对钻井液流变性无影响，与各类水基钻井液和油基钻井液的配伍性、相容性好。 6可耐高温（180）。 7推荐用量：一般情况下加入0.5%3%，增强封堵作用时建议加入3%5%。,1、钻井液用固体润滑剂,二、几种新型钻井液处理剂,1、钻井液用固体润滑剂,二、几种新型钻井液处理剂,2、钻井液用硅基成膜剂,硅基成膜剂是一种新型强抑制剂，具有较硅酸盐、聚合物钻井液更强的抑制泥页岩水化膨胀、分散能力。稳定粘土的主要机理是通过尺寸分布较宽的粒子通过吸附、扩散等途径集合到粘土晶层端部，堵塞粘土层片之间的缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定粘土；在某些条件（如高温、长时间接触等）下，抑制剂中有机硅与粘土进行化学反应形成SiOSi链键，使粘土等矿物颗粒凝结成牢固的整体。还可与地层多价离子反应，在井壁上形成一层具有半透膜性能的薄膜，在井壁的外围形成保护层，可防止滤液进一步侵入，因而可防止泥页岩水化膨胀、分散，封堵地层层理裂隙，防止地层内粘土颗粒的运移，防止井壁坍塌，保护油气层。,二、几种新型钻井液处理剂,具有以下几个特点： （1）可与地层多价离子反应，在井壁表面形成分子膜，类似化学“封固壳”可封堵微裂缝； （2）具有良好的抗高温流变性和抗钻屑污染能力； （3）具有较硅酸盐、甲酸钾、聚合物钻井液更强的抑制泥页岩水化膨胀、分散能力。,2、钻井液用硅基成膜剂,二、几种新型钻井液处理剂,2、钻井液用硅基成膜剂,二、几种新型钻井液处理剂,3、快速钻井剂,对快速钻井的钻井液辅助增速技术研究, 国外从2O世纪9O年代开始研究快速钻进钻井液技术并应用于现场,已取得了很大的进展。通过在钻头表面、钻屑和钻井液中的粘土颗粒上的静电作用和物理、化学吸附，改善了钻头、钻具和钻屑的表面性质，提高井眼的清洁率,减少钻头泥包，提高了钻井速度；改善钻井液的润滑效果，能有效地降低钻井液的摩阻和扭矩，提高钻井速度。快速钻井剂具有良好的抑制页岩水化膨胀和分散能力，对保持井眼的稳定起到一定的作用；迅速清除钻井液中的微米及亚微米粒子，加快钻速。 快速钻井剂对提高钻井速度有重要影响。对于不同切削类型的钻头在不同的岩石中钻进、钻进速度都有不同程度的提高。,二、几种新型钻井液处理剂,基于新型成膜剂-携砂剂-防泥包剂的快速钻井液（Q-Dri）(quick drilling fluid)技术研究。Q-Dri中的成膜剂系多羟基化合物与水溶性硅油接枝的特殊硅树脂。携砂剂为由特殊纤维状矿物材料经解束、表面改性而成的绿色流变性调节剂，可以实现在体系粘度较低的情况下具有很高的动塑比和剪切稀释性能，完全不同于由石棉改性制成的可致癌的石棉携砂剂。钻头防泥包剂系由复合植物油经烷醇酰胺化和酯化，并配合抗磨剂、润湿反转剂、S-P极压剂、特殊表面活性剂等而成。,二、几种新型钻井液处理剂,3、快速钻井剂,二、几种新型钻井液处理剂,3、快速钻井剂,4、超低渗透井壁稳定油层保护剂,该机理是以渗透性或微裂缝油气层近井地带非侵入成膜理论为基础的。以该机理研发的完井液体系的核心技术为使用生物聚合物和天然高分子材料，其分子链表现为对于油、水和酸具有不溶、部分溶解以及完全溶解的化学特性，同时具有极其广泛的HLB值适应能力，在井壁岩石表面浓集形成胶束，依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性，能封堵岩石表面较大范围的孔喉，在井壁岩石表面形成致密无渗透封堵膜，有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩层，钻井液及其滤液完全隔离，不会渗透到地层中，可实现接近零滤失钻井，从而防止井内流体向储层的漏失，提高储层的抑制性并保护油气层不受污染。,二、几种新型钻井液处理剂,以超低渗透井壁稳定油层保护剂NSP为基础的超低渗透钻井液体系能较好地解决以下技术难题： 1.超低渗透钻井液同一配方就能有效封堵不同渗透性地层，即具有广谱防漏和保护储存层效果。而传统钻井液中固体颗粒桥堵作用效果却主要取决于颗粒分布与地层孔喉大小匹配度，适应范围较窄。 2.超低渗透钻井液封堵层形成速度快且薄，位于岩石表面上，没有渗入岩石深处，所以只要消除过平衡压力，封堵膜的作用就将削弱，一旦有反向压力，封堵膜就会被清除不会产生永久堵塞损害储层。 3.超低渗透钻井液封堵隔层，能提高漏失压力和破裂力梯度，相当于扩大安全密度窗口，能较好解决以往钻井裸眼多套压力系或压力衰竭地层时易发生的漏失、卡钻、坍塌和油层损害技术难题。 4.不同于常规钻井液的泥饼，超低渗透钻井液井壁表面封堵层很薄，且阻隔压力传递能力强，因此，能有效避免压差卡钻。 5.超低渗透钻井液形成的封堵可在反向压力、油溶性和水溶性三重作用下，最终对油层的伤害完全自解除，起到对油层的自适应保护。,二、几种新型钻井液处理剂,4、超低渗透井壁稳定油层保护剂,二、几种新型钻井液处理剂,4、超低渗透井壁稳定油层保护剂,5、钻井液流变性调节剂,RM钻井液流变性调节剂中所含有的特殊流变结构调整组份，可科学调节RM的表观粘度和静切力的大小，使得RM在具有相对较小表观粘度的同时，可以具有较高的塑性粘度（也即结构粘度）和屈服值，从而自由调节动塑比（YP/PV），这一特性为RM钻井液流变性调节剂所特有，是任何其他携砂剂（包括常用的改性温石棉携砂剂，如HN-1、SM-1等）都不具备的。 RM钻井液流变性调节剂在钻井液中的主要作用是调节钻井液体系的流变性，提高钻井液体系的动塑比，改善钻井液的携砂能力，在快速钻进阶段，保持井眼良好清洁状态。,二、几种新型钻井液处理剂,二、几种新型钻井液处理剂,5、钻井液流变性调节剂,6、钻井液用固体纳微米自乳化石蜡,纳微米自乳化石蜡防塌润滑剂Ewax(emulsified wax)是一种具有良好综合性能的钻井液处理剂，该处理剂无毒、无荧光，在钻井液中具有润滑、抑制页岩膨胀分散和保护油气层的作用。加入Ewax的钻井液在油层的钻进中，通过在近井壁处形成一个渗透率极低的石蜡屏蔽带,从而有效阻止钻井、完井液中的固相颗粒和滤液进入地层深部, 从而避免钻井液对油气流通道的永久性堵塞，起到了良好的油气层保护作用。同时由于暂堵剂是石蜡，易于油溶反排，因此，不会对油层造成伤害。,二、几种新型钻井液处理剂,二、几种新型钻井液处理剂,6、钻井液用固体纳微米自乳化石蜡,胺基聚醇：也叫醚乙二醇胺，由于其胺基为叔胺，带有强的正电性，因此具有抑制及吸附能力极强的特点。 由于胺基聚醇独特的分子结构，可充填在粘土层间，并将它们束缚在一起，有效地减少粘土的吸水倾向；胺分子通过金属阳离子或在离子交换中取代金属阳离子形成了对粘土的束缚；其抑制页岩膨胀的机理不同于聚合醇，是由于胺基独特的束缚作用，而不是把水从层间排除； 主要作用：抑制粘土水化、防钻头泥包。,7、钻井液用胺基聚醇,二、几种新型钻井液处理剂,胺基聚醇固定页岩晶层机理,胺基抑制剂的作用机理和作用程度都不同于聚季铵盐类化合物， 不会出现象季铵盐类氨基抑制剂引起的钻井液性能突变、甚至絮凝现象。 胺基抑制剂具有较高的胺基浓度和较高的酸中和当量浓度，能吸附在钻具表面，防止钻具的腐蚀；同时能中和地层酸性气体，且具有较好的缓冲容量，有利于保证钻井液的性能稳定。,二、几种新型钻井液处理剂,7、钻井液用胺基聚醇,铝聚合物：铝聚合物在适当的条件下，铝元素会生成一种两性氢氧化物。在PH值较高时，它会生成水溶性的四羟基铝阴离子，而当PH值在5-6之间时，它又会生成氢氧化铝沉淀。 钻井液一般呈碱性，故当在钻井液中加入铝聚合物时，它是以溶解的络离子形式存在，而当铝离子随钻井液虑液进入地层时，遇到地层水(PH值一般在5-6之间），即会生成氢氧化铝沉淀。利用氢氧化铝在页岩孔喉内或微裂缝内的沉积作用，可显著增强井壁稳定性。,化学固壁，类似于硅酸盐,8、钻井液用铝聚合物,二、几种新型钻井液处理剂,铝基聚合物稳定井壁机理,含络合铝的滤液沿侵入的方向生成沉淀,二、几种新型钻井液处理剂,8、钻井液用铝聚合物,聚合物弹性微球的作用（1）良好的封堵作用 在压差作用下会发生弹性变性，以适应不同形状的孔喉，克服了刚性颗粒适应性差及沥青类封堵强度低的缺陷，对孔喉产生良好的封堵作用，降低钻井液向地层滤失。 （2）有效抑制粘土的水化分散 聚合物弹性微球呈正电性，它可在泥页岩表面吸附形成一层吸附膜，同时降低泥页岩的负电性，有效阻止泥页岩水化膨胀及分散。,9、钻井液用聚合物弹性微球,二、几种新型钻井液处理剂,从上述我们可以看出，钻井液处理剂技术与国内其技术一样，也是经历了一个不断认识完善的过程，通过几十年得科技攻关，研制推广了钻井液处理剂，基本满足了油田各种地层、不同井深、不同钻井施工对钻井液工艺技术的要求。提高了油田勘探开发的整体效益，对于促进钻井技术水平的提高起到了很好的保证作用。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,但我们也可以看出，近几年国内在钻井液处理剂的开发研究方面没有太大的突破，基本上没有比较突出的、质量比较好的新产品出现。有些新产品不过是几种产品的复合品，或者是把老产品改个名字、编个代号、写个标准，改头换面就成了所谓的新产品。有些所谓新产品，其企业标准远远低于传统产品或行业标准的水平。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,主要原因： 1、受利益驱使，一些企业紧紧围绕标准指标做文章，不考虑产品质量能否满足现场需要，目标只是放在降低成本上，生产时选用一些廉价的所谓“辅料”，虽然产品按企业标准检验可保证产品质量合格，但现场应用效果并不明显，因为产品中有效成分比较少，这种产品只会给现场增加麻烦和一些不必要的处理措施，最终使现场人员对新产品的作用产生怀疑，影响了真正新产品的推广使用； 2、没有通用的标准，企业标准自身的指标往往很低； 3、原材料价格与产品销售价格的矛盾。近几年来有些原材料价格不断增加，而处理剂的售价始终没有增加相反还有所降低，生产厂家为保证产品的利润，不得不掺加一些“辅料”。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,1、标准的规范性 根据胜利统计结果，常用的90余种钻井液处理剂中执行国标的占2.20%、执行行业标准的占30.76 %、执行企业标准的占67.04 %。开展检验工作的依据是合同上规定的标准，这些标准中大部分是参考国标或行业标准制定的企业标准。生产厂制定的一些标准，由于认识、观念和地域的差别，产品标准水平参差不齐，因此标准的不规范常常给质量检验工作带来了许多麻烦。一般而言，钻井液处理剂的理化性能指标比较稳定，不论在哪里检测其结果变化不大，但是钻井液性能的检测结果就有可能出现比较大的差异。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,（1）配浆用水 在我国行业标准中的配浆用水有：蒸馏水或去离子水；海水或4%NaCl盐水；饱和盐水；人工海水；咸水或复合盐水。通常在行业标准中，对水的规定比较明确。而企业标准则不一定那么规范。如某些企业标准中的配浆水是自来水，这就给检验工作带来了地域性的误差。这是因为一个地方与另一个地方的水质不同，肯定会对处理剂的分散性有影响，以致影响测定结果，使标准失去了通用性。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,（2）配浆用土 a、“符合SY5060 标准的二级膨润土” 这种土由于产地不同，其土的性质不尽相同。有些情况下，同样用符合SY5060 标准的不同产地的膨润土配出的基浆性能变化却比较大。如某标准中基浆的配制是这样的：“在350mL水中加14g膨润土（二级土）和0.84g无水碳酸钠”，要求基浆的滤失量不小于40mL。我们用蒸馏水、三级土（代替二级土）配浆，测得滤失量为21.2mL；最后将土量调到5g，无水碳酸钠调到0.3g，其滤失量才达到40.5mL。从以上这个例子可以看出，有些企业标准的制定是不够严密的。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,b、钻井液用评价土 该土是根据SY5444标准生产的。专门用来评价CMC、改性淀粉等降滤失剂产品。安丘产的评价土理论上与英国生产的OCMA评价土具有相同的使用结果。但我们在实际使用过程中，发现两种土是有差别的。下表是用安丘土和英国土评价DFD-140产品的对比结果。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,c、钻井液实验用钠膨润土 这种土是根据SY5490标准专门为钻井液实验室生产的。这种土由于是天然钠土，性能相对比较稳定。不用改性即可满足SY5060 标准的一级土的各项指标。基本上可以作为不同地区、不同实验室通用的评价用土。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,(3)、钻井液用滤纸 滤纸质量的好坏，对降滤失剂的滤失能力的评价是十分重要的。在行业标准中滤纸的规定一般是Whatman No50型进口滤纸或者符合SY/T5677规定的钻井液用滤纸。实验室内将上海产滤纸、杭州产滤纸与进口滤纸），结果下表，发现三种滤纸的差别是比较大的。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,(4) 标准文本 有些企业标准的操作过程描述过于简化，以致于因操作方法的差异造成测量结果的差异。有些企业标准中的某些指标本身就不合理，其标准的制定，根本就没有根据自身实际情况，而是盲目参考（仿照）或者是自己想当然制定出来的。 2、标准的合理性和实用性 在检测过程中，我们发现一些行业标准，如磺甲基酚醛树脂（SMP-1、SMP-2）、磺化沥青（FT1）、两性离子聚合物降粘剂（XY27）、两性离子聚合物降粘剂（GD18）等进行钻井液性能指标测试时，常常用到一些非标准的配浆物质，见下表。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,这些标准中所用的SMC、SMK、FCLS、FA367、PAM尽管都符合各自的行业标准要求，但是由于产地、配方、性能指标的不同，这些物质的质量水平也在发生变化。象SMC 、SMK、FA367等产品，胜利油田基本停止不用，如果再用它们作为检验的基础物质显然是不恰当的。也就是说这些行业标准的实用性和合理性已大大降低。这些产品在同一实验室测定结果的重复性可能比较好，但不同的实验室所做的结果就可能相差比较大。这一情况在入库检验和监督检验中时有发生，检验结果的不一致，使人很容易怀疑不同的检测机构的检测水平和能力。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,3、标准的完善性 某些处理剂标准制定时由于试验手段、检测材料、人员认识等方面的欠缺，在标准的执行实施过程中，发现某些产品标准的指标制定得的不是很合理，或者存在一些缺陷指标，如磺化沥青FT1、聚丙烯酰胺干粉PAM、聚合醇防塌屏蔽剂JCFP-1等产品。 a、SY/T5664磺化沥青FT1 标准中规定了pH、水分、磺酸钠基含量、水溶物、油溶物、HTHP滤失量、塑性粘度降低率和动切力降低率八项指标，其中塑性粘度降低率和动切力降低率也是在加入一定数量FCLS以后测定的。根据多次检测结果发现大部分FT1产品的动切力降低率指标合格，而塑性粘度降低率指标很少合格。为了达标，一些生产厂不得不在产品里混入一些非沥青类降粘降切“配料”。那些达到标准要求的FT1，已不是真正的磺化沥青。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,b、Q/SL 1457聚丙烯酰胺干粉PAM标准是1999年制定的胜利石油管理局标准，2002年准备修订。当时制定这一标准时，增加纯度指标，就是想控制生产厂家在产品中混入一些无机、有机可溶性盐。但是标准制定时忽视了一点，许多无机盐在乙醇中不溶解。再者由产品价格等原因，有些生产厂就钻了标准的空子，在PAM产品里加入一些不溶于乙醇的无机盐，在保证其他产品指标合格的情况下，有的无机盐加量竟达到70%，这种产品的现场使用效果可想而知。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,c、Q/SHH0168聚合醇防塌屏蔽剂（JCFP-1），在Q/SHH0168中，岩屑稳定性提高率的测定，采用粒径2.0mm3.5mm的风干泥页岩放在试样原液中进行回收率测定。首先泥页岩属非标物质，不同地区、不同井段页岩性质相差较大，并且该标准对试验用的页岩没有做任何说明，不宜做为评价材料。其次用试样原液进行试验没有任何实际意义。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,4、标准的对口性 钻井液中使用的处理剂，所使用的标准也应当是这方面的行业或企业标准。但检测工作中发现有些标准并非与处理剂的用途相匹配。如某厂生产的聚丙烯酰胺，送给检测单位的标准是GB/T13940。这部标准适用的范围较广，并且有些指标并未明确。在钻井液中聚丙烯酰胺的主要作用是絮凝作用，而这部标准中正好没有这项指标。也就是说，这部标准的内容并未涉及处理剂在钻井液中的实际用途，从而在某种程度上失去了检验工作的意义。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,5、标准的统一性 在检验过程中，发现一些行业标准有不太统一的地方。同样的试剂，同样的方法，按不同的标准配制的钻井液，其性能却有一定的差别。这虽然是由于许多因素造成的，但是作为标准，应该具有统一性，否则会给检验工作带来一定的困难。 6、标准的时效性 我们知道标准中的内容是不断更新并向更合理、更完善的方向发展的，每年都会有新的标准取代旧的标准，并且现在的国家标准、行业标准也在不断完善。有些老产品随着技术的进步和配方的改进，性能也再发生变化，原来的标准不能适应产品的要求。一些老的行业、企业标准超出期限很长时间却仍在使用，如有机土，其行业标准是89年制定的，至今未做修订。因此应规定标准的时效性。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,7、 标准中一些指标之间的关系 在检验工作中常常遇到这样的问题，配一种比例的泥浆，指标要求达到一定的性能要求，但是测出的结果常常是只有一部分指标达到要求，而另一部分指标很难同时达到。这就给检验工作带来了一定的困难，如基浆的滤失量很难与其各流变性指标同时达到要求，若用比率来评价滤失量这项指标则比较容易解决这一问题。 8、行业标准与企业标准 在处理剂检测过程中，有行业标准的一般都要执行行业标准。但是行业标准因为要照顾本行业大大多数企业，其标准水平不一定很高，也不一定适用某一地区的特殊要求。最近国家经贸委废止了“钻井液用膨润土SY5060”、“钻井液用单向压力封闭剂SY/T5907”等十项石油天然气行业标准，中石油今后也不再起草钻井液处理剂方面的产品标准。因此，对于我们现在执行的行标，要根据本地区的实际情况，尽快转化成易于执行的本地企业标准或通用技术条件。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,钻井液材料质量标准制定 中华人民共和国标准化法第六条中明确规定“对没有国家标准又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求可以制定行业标准，行业标准由国务院有关行政主管部门制定，报国务院标准化行政部门备案，在公布国家标准之后，该行业标准即行废止。”“已有国家标准或者行业标准的，国家鼓励企业制定严于国家标准或行业标准的企业标准，在企业内部使用。”说明国家权限虽高，而其质量标准并非最高，在质量指标的制定上，一定要坚持符合大部分产品都能达到的原则。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,1、标准制定中应遵循以下几个原则 （1）、在命名方面，钻井液处理剂产品命名应规范化，最好能标出产品的化学名称或标明产品的化学成分。同一类产品应制定一个统一的标准或通用技术条件。 （2）、在检测项目方面，应以钻井液性能为主，辅以关键的理化性能，坚持必备、从简的原则，加快检测速度，减少检验时间。 （3）、在检测程序上，要坚持统一、明确的原则。 （4）、在检测指标的确定方面，既要反映产品的质量水平，又要便于质量检测。在某些项目上，如滤失量、粘度等指标以变化率来表示，这样就可避免因基浆用土、用水不同而造成的检测结果不一致。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,2、分级建议 现在执行的行业标准中，部分产品如膨润土粉、羧甲基淀粉等进行了指标分级，但大多数行标、企标都没有分级规定。有很多产品因主要指标合格，而次要指标超标而导致产品不合格，被退货处理。为避免造成浪费和从经济利益角度出发，有些生产单位被迫将不合格产品给分类分级，降价处理。另外在实际钻井工程中，钻井液处理剂的配伍应用与现场技术人员的能力和经验密切相关，如果处理得当，一些轻微不合格产品也可得以应用。在近两年的油田监督检验中，根据产品检测结果的符合情况，监督检验把检测结论分为合格、A类不合格、B类不合格、C类不合格四种。本着产品优质优价、物尽所用的原则，合理的制定处理剂产品的分级标准是十分必要的。,三、钻井液处理剂检测中存在的问题,标准执行中应注意的问题 1、应注意平行样的测定 由于行业标准中有些数值是采用多点法作图求值，在测定步骤中又未提及平行样，有时会被忽视。有的企业产品标准不仅对平行样没有规定，而且对测定精度也不做任何要求。试验人员检测时平行试验结果要符合精度要求，防止偶然误差造成的测定不准，并据此报出平均结果为测定值，否则重做。 2、实验人员应对试验数据负责 试验人员要认真阅读标准，严格按标准程序操作