非开挖钻井液基础知识(二)

1、钻井液基础知识（二）钻井液基础知识（二）三.钻井液材料锐林非开挖1钻井液材料钻井液材料l钻井液材料分类钻井液材料分类( (按组成）按组成） 1.泥浆原材料：指在配浆中用量较大的基本组分。如造浆粘土、水等。 2.处理剂：指用于改善和稳定泥浆性能或泥浆不满足某种性能而需要加入的化学添加剂。包括有机处理剂、无机处理剂和表面活性剂。2 2钻井液材料钻井液材料l钻井液材料分类钻井液材料分类( (按起的作用或功能）按起的作用或功能） 降滤失剂、增粘剂、乳化剂、页岩抑制剂、堵漏剂、降粘剂、缓蚀剂、黏土类、润滑剂、加重剂、杀菌剂、消泡剂、泡沫剂、絮凝剂、解卡剂等。 3 3粘土矿物粘土矿物粘土矿物基本概述u粘土

2、在水或油中分散形成泥浆，对泥浆流动性有强烈影响u粘土矿物是由很小的各种颗粒大小的含水铝硅酸盐组成；u粘土矿物由单元晶层构造而成；u粘土矿物有两种晶体片：硅氧四面体片和铝氧八面体片；u矿物单元晶层由两种晶体片相结合而成基本构造单元；u粘土矿物颗粒是片状单元晶层基本构造单元叠合而成；u颗粒在水中会水化膨胀和分散；u粘土颗粒在水中会聚结、絮凝、胶凝或解絮凝；u粘土颗粒表面在水中带有电荷，而且电荷分布不均匀；u粘土颗粒在水中会有吸附作用、离子交换作用。4 4粘土矿物粘土矿物粘土矿物主要种类u高岭石族高岭石族 代表性矿物为高岭石，埃洛石、地开石、珍珠陶土等，含高岭石矿物为主的粘土称为高岭土。u蒙脱石族蒙

3、脱石族 代表性矿物为蒙脱石，绿脱石、拜来石、皂石等，含蒙脱石矿物为主的粘土称为膨润土或蒙脱土。u水云母族水云母族 代表性矿物为伊利石（伊利水云母），绢云母、水白云母等，含伊利石矿物为主的粘土称为伊利土或水云母土。u海泡石族海泡石族代表性矿物为海泡石，凹凸棒石、坡缕缟石等，相应的粘土分别称为海泡石粘土、凹凸棒粘土和坡缕缟石粘土。5 5粘土矿物粘土矿物四种粘土矿物的性能比较 矿矿 物物 名名 称称化学成分化学成分晶胞结晶胞结构类型构类型晶层晶层排列排列晶胞间晶胞间引力引力晶胞晶胞间距间距阳离子阳离子交换容交换容量量比重比重造浆造浆性能性能高岭高岭石石Al4Si4O10OH81:1OH层与O层相对有

4、氢键引力强7.23-52.58-2.67 不易分散蒙脱蒙脱石石(Al1.67Mg0.33)Si4O10OH2nH2O2:1O层与O层相对分子间力弱9.6-21.480150 2.35-2.74易分散、造浆率高伊利伊利石石K1(Al,Fe,Mg)2(Si,Al)4O10OH2nH2O2:1OH层与O层相对，层间有K+引力较强10.010-402.65-2.69 不易分散海泡海泡石石Mg8Si12O30OH4(OH2)48H2O2:1双链状结构12.920-30耐高温抗盐6 6粘土矿物粘土矿物四种粘土矿物的性能比较结果u蒙脱石是最好的泥浆配制材料；u海泡石族在常温等一般条件下造浆性能比蒙脱石差，但

5、在耐高温、抗盐侵方面具有较好的稳定性 ；u高岭石与伊利石的造浆性能差，且都难以改性和用化学处理剂调节泥浆性能。 7 7粘土矿物粘土矿物粘土矿物的鉴定u粘土矿物的鉴定是确定粘土矿物的种类，目的是检查其是否属于以蒙脱石为主要成分的膨润土。u矿物鉴定方法：差热分析和失重分析法、X衍射法、红外光谱法、化学分析法、电子扫描显微镜法；u物化性能测定法：吸兰量试验、膨胀试验、胶质价试验、pH值试验、阳离子交换容量测定。 （注：各方法的工作原理及操作规范可查阅相关专业书籍，在此不作详述，也可送样至专业单位予以鉴定。） 8 8粘土矿物粘土矿物造浆粘土的评价u综合国内外评价造浆膨润土优劣的测试项目包括：（1）蒙脱

6、石含量；（2）胶质价和膨胀倍数；（3）阳离子交换容量、盐基总量和盐基分量；（4）可溶性盐含量；（5）造浆率；（6）流变特性和失水特性。9 9粘土矿物粘土矿物造浆粘土的评价u我国所使用的膨润土的技术指标项项 目目指指 标标一级膨润土二级膨润土三级膨润土600读值，mPa.s30.030.023.0滤失量，ml15.017.022.0动切力，Pa1.5PV值3PV值湿度，%10.012.0湿筛分析（0.074mm筛余），%4.04.01010粘土矿物粘土矿物造浆粘土的评价u我国所使用的抗盐土（凹凸棒石和海泡石）的技术指标项项 目目指指 标标一级土二级土600读值，mPa.s3023水分，%15.0

7、15.0湿筛分析（0.074mm筛余），%8.08.01111粘土矿物粘土矿物u粘土矿物评价指标之造浆率（1）造浆率是指配得表观粘度为1510-3Pas的泥浆时，每 吨粘土造浆的立方数，计量单位为m3/t。它直接表示泥 浆造浆效率的高低，以此评价泥浆的宏观性能。（2）钠膨润土的造浆率较高，可直接加水配浆；（3）钙膨润土造浆率较低，配浆时须加入一定量的纯碱 （将其转为钠钙膨润土）来提高它的造浆率；（4）要求膨润土的造浆率至少达到16 m3/t。1212粘土矿物粘土矿物（5）粘土造浆率质量标准指标表（注： p p为泥浆的塑性粘度；我国目前采用国际上通用的API标准作为商品膨润土的质量标准。） 指标

8、指标标准标准质量标准指标质量标准指标对被测土的技术要求泥浆达到的性能指标造浆率(m3/t)水分含量(%)200目筛余量(%) API失水(ml) 屈服值漏斗粘度(s)API标准10416OCMA标准152.516JBAS标准10416前苏联标准610含砂量625151313粘土矿物粘土矿物粘土水相互作用的术语u聚结：粘土被水湿润之前的正常状态，存在状态是粘土晶层片面-面叠合；u水化：水被粘土吸附的过程，导致粘土膨胀和分散；u分散：粘土晶层片集合体（基本构造单元）被水分散成更小的晶层片集合体或单个晶体片；u絮凝：粘土晶层片结合成房子（搭架子）结构，粘土片颗粒由端-端或端-面的相反电荷互相吸引；当

9、粘土颗粒浓度足够大时搭架子布满整个三维空间，形成凝胶；u反絮凝：由于粘土片端或面上的电荷被化学中和，絮凝的粘土颗粒重新拆开（拆散架子）；u抑制：粘土在水中的分散被阻止；盐和某些有机分子抑制页岩和商品粘土。1414粘土矿物粘土矿物影响粘土与水相互作用的因素u电解质（全部离子）降低粘土的水化和分散；u钙离子和镁离子能强烈的促进粘土絮凝和聚结；u木质素磺酸盐起到反絮凝的作用同时也抑制粘土进一步地水化和分散；u多数高分子聚合物一般能稳定粘土的分散状态；u有些高分子聚合物会引起粘土颗粒的絮凝；u温度升高时会引起粘土聚结，有时则会引起粘土分散。 1515粘土矿物粘土矿物膨润土u通常把以蒙脱石为主要成分的土

10、称为膨润土；u四种粘土矿物中，蒙脱石是最好的泥浆配制材料；u蒙脱石粘土易水化膨胀，分散性好，造浆率高；u蒙脱石粘土“活性”大，接受处理的能力强，易改性或用化学处理剂调节泥浆性能；u钻井泥浆是粘土在水中的分散体系，从钻井工程的工艺要求出发，需要选用以含膨润土为主的钠膨润土作为造浆材料； 1616粘土矿物粘土矿物膨润土的用途u用作配浆的原材料，与处理剂一起配成符合定向钻施工要求的泥浆；u形成低渗透率的泥饼，降低泥浆滤失量；u提高泥浆粘度和切力，提高井孔的净化能力；u作为堵漏材料；u在胶结不良的地层中，改善井孔的稳定性。 1717粘土矿物粘土矿物造浆粘土的选择u造浆粘土的来源有就地取土、地层造浆以及

11、购买正规粘土粉产品；u造浆粘土的选用应综合评价其技术可行性及经济合理性；u造浆粘土的技术可行性应放置首位，应考虑： 1.粘土的技术参数如造浆率等是否满足要求； 2.其配制的泥浆性能参数能否满足规范及现场需要； 3.根据地层及水质条件（含盐量等）选用膨润土或者抗盐土（凹凸棒土、海泡石）。u在满足技术条件的前提下，应优先选择价格低廉、取土方便快捷、供货量和性能有保证、较为经济合理的粘土。 1818钻井液材料钻井液材料l钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类( (按起的作用或功能）按起的作用或功能） 粘土类、降滤失剂、增粘剂、乳化剂、页岩抑制剂、堵漏剂、降粘剂、缓蚀剂、黏土类、润滑剂、加重剂、杀菌剂、消泡

12、剂、泡沫剂、絮凝剂、解卡剂等。 1919钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-粘土类类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量 粘粘土土类类钠土一吨配表观粘度为15mPa.S的泥浆16M3，密度为1.031.05一级为符合API标准的钠膨润土 提粘、降滤失、建造泥饼，造壁和防止井漏 水基钻井液 3.55.5%二级为改性土符合OCMA标准的要求（钙土）三级为较次的配浆土抗盐土硫酸镁有独特的纤维结构，海泡石族，凹凸棒石，山软木 提粘、降滤失、 形成泥饼 盐水、饱和钻井液 3.55.5% 有机土由膨润土经季铵盐阳离子表面活性剂处理的亲油膨润土 提粘、降滤

13、失、 形成泥饼 油基钻井液4.08.0%2020钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-碱类类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量 碱碱类类 氢氧化钠NaOH与丹宁，褐煤等处理剂使之转化为钠盐等有效成分，控制钙处理剂钻井液中钙离子的浓度 调节PH值 水基钻井液 纯碱Na2CO3处理钙侵、调节PH值需调节OH值时使用 小苏打NaHCO3处理钙侵需保持PH值时使用 氢氧化钾KOH调节PH值、防塌钾基钻井液体系 氢氧化钙Ca（OH）2处理钙侵、调节PH值需保持PH值时使用 2121钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-降滤失剂u降滤失剂又称滤失控制

14、剂、降失水剂；u钻进过程中，钻井液的滤液侵入地层会引起泥页岩水化膨胀，严重时会导致井壁失稳等各种井下复杂情况；u加入降滤失剂的目的，就是要通过在孔壁上形成低渗透率、柔韧、薄而密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量。u常用降滤失剂见下表。2222钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-降滤失剂（一）类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量降降滤滤失失剂剂纤纤维维素素类类低粘羧甲基纤维素钠盐CMC-LV0.80.9用于加重钻井液降滤失 水基钻井液0.10.3%中粘羧甲基纤维素钠盐CMC-MV0.80.85降滤失并适当提粘 水基钻井液0.10.2%高粘羧甲基

15、纤维素钠盐CMC-HV取代度是决定羧甲基纤维素水溶性、抗盐、抗钙能力的主要因素0.60.65 低固相钻井液的悬浮剂、封堵剂和增稠剂 水基钻井液2323钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-降滤失剂（二）类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量降降滤滤失失剂剂腐腐殖殖酸酸类类 褐煤碱液（煤碱剂） 主要成分是腐植酸钠含有多种官能团形成吸附水化层，提高粘土颗粒的电位，增大颗粒间的机械阻力和静电斥力，使其中的颗粒保持多级分散状态，形成致密的泥饼 水基钻井液腐植酸钾K21，含有55%硝基腐植酸钾还可以用于防塌钻井液体系水基和油基钻井液体系 磺甲基褐煤SMC

16、有很好的热稳定性，在200230度，能很好的控制其滤失量和粘度抗盐能力差，但与磺甲基酚醛树脂复合使用，其抗盐能力可以大大提高 水基钻井液 2424钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-降滤失剂（三）类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量降降滤滤失失剂剂淀淀粉粉类类 羧甲基淀粉CMS尤其在钻盐膏层时，可以使钻井液性能稳定，滤失量低，还具有防塌降滤失效果好，作用速度快，在提粘上对塑性粘度影响小，而对动切力影响大，有利于携带钻屑 水基钻井液0.30.5%改性淀粉 DFD-2降滤失水基钻井液0.30.5% 抗温该性淀粉DFD-140 含有阳离子和非离子

17、基团降滤失好，抗温较好4%的盐水中可以达140度，在饱和盐水抗130度 水基钻井液0.30.5%羧丙基淀粉HPS非离子型高分子材料，对阳离子不敏感抗盐、抗钙能力强，在处理钙污染时，比CMC效果好，和酸溶性暂堵剂QS-2陪成无粘土相暂堵型钻井液在阳离子和两性离子聚合物钻井液中可更好的降低滤失量2525钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-降滤失剂（四）类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量降降滤滤失失剂剂聚聚合合物物类类水解聚丙烯晴钠盐水解度和聚合度是影响降失水的主要因素。HPAN水解度（7080%）、聚合度越高其降失水性能越好，还可以提高钻井液

18、的粘度和切力降滤失，可以抗200度以上的高温，其抗盐能力较强，但抗钙能力较差。但对盐水钻井液至饱和盐水钻井液有一定的降粘作用水基钻井液其抗钠盐能力较强，但抗钙能力较弱0.30.5%水解聚丙烯晴铵盐 NPANA其能够提供铵根离子固作防塌剂 不仅有降失水作用还有抑制粘土水化分散的作用，因此也可以作页岩抑制剂 水基钻井液0.30.5% 聚丙烯酸钙聚丙烯酸钙不溶于水，使用时和强碱反应转换为溶于水的钠盐聚丙烯酸钙是一种抗高钙、镁的降失水剂，并且有改善钻井液流变性的性能。 水基钻井液 PAC系列产品由丙烯酸、丙烯酰胺 PAC141主要是增粘剂，也可以作降失水剂 水基钻井液 2626钻井液处理剂钻井液处理剂

19、常用钻井液处理剂-增粘剂u增粘剂主要用来提高泥浆的粘度和切力，从而提高泥浆的携渣能力；u通过增大膨润土用量来提粘，会引起钻井液固相含量增大，不利于实现低固相和提高机械钻速；u增粘剂均为高分子聚合物，其长分子链之间容易形成网状结构，因而能显著提高钻井液的粘度；u增粘剂除起增粘作用外，还往往兼作页岩抑制剂、降滤失剂及流型改进剂。u常用增粘剂见下表：2727钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-增粘剂类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量 增增 粘粘 剂剂高粘羧甲基纤维素钠盐 CMC-HV 提粘、降滤失 水基钻井液0.10.3%高粘聚阳离子纤维素 P

20、AC-HV提粘、包被钻屑、抑制泥页岩水化膨胀分散具有较强的抗盐、抗钙、抗温能力0.050.3%正电胶MMH正电胶钻井液主处理剂正电胶钻井液0.20.4% 羟乙基纤维素 HEC其重要的特点是：在增粘的同时不增加切力。增粘程度与时间、温度和盐的含量有关，107121度盐水钻井液完水液0.10.5%2828钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-降粘剂u降粘剂又称解絮凝剂或稀释剂；u钻进过程由于盐侵、钙侵、固相含量增加或处理剂失效等原因造成泥浆粘度、切力增大；u粘度、切力过大会造成开泵困难、钻屑难以除去或钻进过程中激动压力过大等现象，严重时会造成孔内事故；u钻井液使用和维护过程中，需要加入降粘剂，

21、以降低体系的粘度、切力，使其具有适宜的流变性。u常用降粘剂见下表：2929钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-降粘剂类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量 降降粘粘剂剂 铁铬木质素磺酸盐其磺化度越高，水溶性越大FCLS是一种抗盐、抗钙的有效降粘剂，能用于淡水、海水、饱和盐水，用语各种钙处理剂中。其热稳定性很高可以抗150度的高温，加量较大时还有降失水性能。但是其主要缺点有：必须保持较高的PH值，这不利于井壁稳定；还会发泡；其泥饼摩擦系数较高，对环境有一定的污染。PH值大于9110.31.0% 磺甲基丹宁SMT降粘切、降滤失 当用量较大时有一定

22、的降失水作用是由于结构的拆散和粘土双层斥力及水化作用的增强，更有利于形成致密的泥饼抗盐达1000mg/L，抗温达1802000.51.0%磺甲基栲胶SMK和磺甲基丹宁相似抗温180度 复合离子型聚合物稀释剂 XY-27降低粘度、抑制粘土水化膨胀的能力不分散聚合物钻井液0.10.3%3030钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-页岩抑制剂 凡是能有效抑制页岩水化膨胀和分散，起稳定井壁作用的处理剂均可成为页岩抑制剂。类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量 页页岩岩抑抑制制剂剂氯化钾KCL抑制泥页岩水化、膨胀、分散，有较强抑制页岩渗透水化能力水基钻井

23、液3.0%小阳离子NW-1抑制泥页岩水化、膨胀、分散水基钻井液0.10.3%小阳离子CSW-1抑制泥页岩水化、膨胀、分散水基钻井液0.10.3% 钾盐腐植酸类腐植酸钾（KHm）淡水钻井液页岩抑制剂并兼有降粘合降滤失的作用抗温180度13%硝基腐植酸钾与腐植酸钾相似其与磺化酚醛树脂的缩合物是一种无荧光防塌剂代号（MHK）适合探井使用 防塌剂K21是一种页岩抑制剂，具有较强的抑制页岩水化的作用，并能降粘合降滤失作用抗温180度 3131钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-润滑剂u润滑剂主要用来降低泥浆的摩擦系数和润滑系数，减小钻具扭矩，防止钻具压差卡钻，降低泥浆流动阻力，防止钻头泥包等；u原

24、油、柴油在水基泥浆中使用，可提高润滑性能和降低滤失量；u使用过程中，油品粘度不宜过高，以防止流变性不易调控u润滑剂的种类繁多，可分为固体和液体两大类。u常用润滑剂见下表：3232钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-润滑剂类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量 润润滑滑剂剂润滑剂RH-3降低摩阻、增强润滑性水基钻井液0.30.5%润滑剂 DH-1降低摩阻、增强润滑性水基钻井液0.30.5%润滑剂 KRH-3降低摩阻、增强润滑性水基钻井液0.30.5%低荧光润滑剂 DH-4降低摩阻、增强润滑性水基钻井液0.30.5%固体润滑剂塑料小球降低摩阻、增

25、强润滑性适用于各种体系钻井液0.51.0%固体润滑剂玻璃为珠降低摩阻、增强润滑性适用于各种体系钻井液0.51.0%3333钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-清洁剂、解卡剂类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量 清清洁洁剂剂 清洁剂 RH-4清洁钻具，防止泥包 水基钻井液0.20.5% 清洁剂 D.D清洁钻具，防止泥包 水基钻井液0.10.2% 解解卡卡剂剂 粉状解卡剂 SR-301 解除压差粘附卡钻与柴油、水搅拌可配制成各种密度的解卡液 IDF非加重型解卡液 IDFREE解除压差粘附卡钻与柴油、水搅拌可配制成各种密度的解卡液2.54.0%3

26、434钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-堵漏剂u堵漏材料亦称堵漏剂；u主要用来封堵漏失地层段，以恢复泥浆的正常循环；u依据作用机理可分为：桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、暂堵材料、化学堵漏材料和无机凝胶堵漏材料。u常用堵漏剂见下表：3535钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-堵漏剂类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量 堵堵漏漏剂剂 云母MICA耐热、酸、碱的片状堵漏材料孔隙性、渗透性漏失地层2% 蛭石VERMICULITE熔点很高的粒状堵漏材料孔隙性、渗透性 漏失地层12% 贝壳粉CONCH可酸溶的粒状堵漏材料孔隙性、渗透性漏失地层1

27、2% 棉子壳COTTON SEED 粒状堵漏材料 12% 核桃壳WALNUT SHELL粒状堵漏材料 12%狄赛尔Z-DTR 堵漏孔隙性、渗透性漏失地层34%单向压力封闭剂DF-1 堵漏孔隙性、渗透性 漏失地层23%3636钻井液处理剂钻井液处理剂常用钻井液处理剂-其他类别类别名名 称称 代代 号号主要用途主要用途适用条件或限制适用条件或限制加加 量量其其他他 氯化钠NaCl 调节盐度、无固相加重、水泥促凝或缓凝 水基钻井液、无固相钻井液等 按需氯化钙CaCl2油包水钻井液活度调节，无固相加重，用于配制防塌性能较好的高钙钻井液，但常引起PH值降低 油包水钻井液无固相钻井液 按需石膏CaSO4处理碳酸根离子污染需要保持PH值不变时使用按需生石灰CaO调节碱度、处理碳酸跟离子污染需要提高PH值时使用按需硅酸钠即水玻璃密度是1.51.6n值越大，碱性越弱在3以上的成为中性水玻璃Na2O.nSiO2能与盐水相容，可用饱和盐水调节水