钻井液配浆原材料与处理剂

1、1、钻井液滤失性能的调整方法、钻井液滤失性能的调整方法课堂回顾：课堂回顾：（1）使用膨润土造浆）使用膨润土造浆（2）加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂）加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂（3）加入）加入CMC或其它聚合物以保护粘土颗粒或其它聚合物以保护粘土颗粒（4）加入一些极细的胶体粒子）加入一些极细的胶体粒子1（1）边界摩擦）边界摩擦（2）干摩擦（无润滑摩擦）干摩擦（无润滑摩擦）（3）流体摩擦）流体摩擦2、钻井作业中摩擦现象的特点、钻井作业中摩擦现象的特点3、钻井液润滑性的主要影响因素、钻井液润滑性的主要影响因素课堂回顾：课堂回顾：（1）粘度、密度和固相）粘度、密度和固相（2）滤失性、岩石条件、地下

2、水和滤液）滤失性、岩石条件、地下水和滤液pH值值（3）有机高分子处理剂）有机高分子处理剂（4）润滑剂）润滑剂2（1）液体类，如矿物油、植物油、原油、表面活性剂等：在金属、岩石和）液体类，如矿物油、植物油、原油、表面活性剂等：在金属、岩石和粘土表面形成吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触（或水膜接触）产生的固粘土表面形成吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触（或水膜接触）产生的固固固摩擦，改变为活性剂非极性端之间或油膜之间的摩擦；摩擦，改变为活性剂非极性端之间或油膜之间的摩擦；（2）固体类，如石墨、塑料小球、玻璃小球等：将滑动摩擦转化为滚动摩）固体类，如石墨、塑料小球、玻璃小球等：将滑动摩擦转化为滚动摩擦；擦；（

3、3）沥青类处理剂：有效地涂敷在井壁上，在井壁上形成一层油膜。）沥青类处理剂：有效地涂敷在井壁上，在井壁上形成一层油膜。4、钻井液润滑性能的评价方法、钻井液润滑性能的评价方法课堂回顾：课堂回顾：实际应用的测试仪器：实际应用的测试仪器：滑板式泥饼摩阻系数测定仪（滑板式泥饼摩阻系数测定仪（Mud Cake Sluggish Coefficient meter）、泥饼粘附系数测定仪（）、泥饼粘附系数测定仪（Differential Sticking Tester）、钻井液极压润滑仪（）、钻井液极压润滑仪（Extreme Pressure and Lubricity Tester，简称简称EP润滑仪）润

4、滑仪）、润滑性能评价仪（、润滑性能评价仪（Lubricity Evaluation Monitor，简，简称称LEM润滑仪）、泥饼针人度计（润滑仪）、泥饼针人度计（Filter Cake Penetrometer）、井眼摩）、井眼摩擦模拟装置以及多种卡钻系数测定仪等。擦模拟装置以及多种卡钻系数测定仪等。3第五章第五章 钻井液钻井液配配浆原材料浆原材料与与处理剂处理剂钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容 下一内容回主目录O返回钻井液工艺原理电子教案第5章4 上一内容 下一内容回主目录O返回本章要点：本章要点：（1）钻井液）钻井液配浆原材料与常见处理剂有哪些；配浆原材料与常

5、见处理剂有哪些；（2）钻井液）钻井液加重剂的用量计算；加重剂的用量计算；（3）钻井液）钻井液常用处理剂作用常用处理剂作用机理。机理。钻井液工艺原理电子教案第5章5 随着钻井液体系更新，配浆原材料和处理剂的品种也不断增加，随着钻井液体系更新，配浆原材料和处理剂的品种也不断增加，处理处理剂的性能、质量和技术水平实际上代表了钻井液工艺技术的发展水平剂的性能、质量和技术水平实际上代表了钻井液工艺技术的发展水平。 钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多。为了使用和研究方便，有必钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多。为了使用和研究方便，有必要将它们进行分类。目前主要有以下两种分类方法。要将它们进行分类。目前主要

6、有以下两种分类方法。 第一类分类方法是第一类分类方法是按其组成分类按其组成分类。通常分为钻井液。通常分为钻井液原材料、无机处理原材料、无机处理剂、有机处理剂和表面活性剂剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。其中无机处理剂又可分为氯化物、四大类。其中无机处理剂又可分为氯化物、硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和重铬酸盐和混合金属层状氢氧硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和重铬酸盐和混合金属层状氢氧化化物（即物（即正电正电胶）类胶）类等。有机处理剂通常可分为天然产品、天然改性产品等。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、纤维素和有机合成

7、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。类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类和聚合物类等。前言6 第二类分类方法是按其在钻井液中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所起的作用或功能分类。我。我国钻井液标准化委员会根据国际上的分类法，并结合我国的具体情国钻井液标准化委员会根据国际上的分类法，并结合我国的具体情况，将钻井液配浆材料和况，将钻井液配浆材料和 处理剂共分为以下处理剂共分为以下16类，类，即（即（1）降）降滤失剂滤失剂；（2）增）增粘剂粘剂；（；（3）乳）乳化剂，使油水乳化产生乳状液化剂，使油水乳化产生乳状

8、液；（；（4）页）页岩抑岩抑制剂制剂 ；（；（5）堵）堵漏剂漏剂；（；（6）降）降粘剂粘剂；（；（7）缓）缓蚀剂蚀剂；（；（8）粘）粘土类土类；（9）润）润滑剂滑剂；（；（10）加）加重剂重剂；（；（11）杀）杀菌剂菌剂；（；（12）消）消泡剂泡剂；（；（13）泡泡沫剂沫剂；（；（14）絮）絮凝剂凝剂；（；（15）解）解卡剂卡剂；（；（16）其）其它类等。它类等。前言7钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第一节 钻井液配浆原材料 一、粘土类一、粘土类 膨润土：蒙脱石含量不少于膨润土：蒙脱石含量不少于85%的粘土矿物。的粘土矿物。分为三个等级：钠膨润土、改性土和较次的配浆土。分为三

9、个等级：钠膨润土、改性土和较次的配浆土。膨膨润土在淡水钻井液中具有以下作用：润土在淡水钻井液中具有以下作用：（1）增）增加粘度和切力，提高井眼净化能力；加粘度和切力，提高井眼净化能力；（2）形）形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；（3）对）对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；（4）防）防止井漏止井漏。8 二、加重材料二、加重材料1常用的钻井液加重材料常用的钻井液加重材料（1）重）重晶石晶石粉（粉（Barite，4.2g/cm3） （2）石）石灰石灰石粉（粉（Limestone，2.7-2.9g/cm3）（3）铁）铁矿矿

10、粉（粉（Hematite，4.9-5.3g/cm3）和）和钛铁矿钛铁矿粉（粉（Ilmenite，4.5-5.1g/cm3）（4）方）方铅矿铅矿粉（粉（Galena，7.4-7.7g/cm3）钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第一节 钻井液配浆原材料 9BBBmVVVV112BmVV11222112BBVV2加重材料用量的计算加重材料用量的计算 以重晶石为例，对于某一给定的钻井液体系，确定加重材料用量的方法。加重前、后的体积关系可用下式表示：式中，V1、V2、VB：分别表示加重前、加重后的钻井液体积和重晶石的体积，mB，B为重晶石的质量和密度。与此同时，钻井液在加重前、后的质量关

11、系其中：l和2分别为加重前、后的钻井液密度。由式（2），mB2V2-lVl，将其代人式（1）可得到V2的计算求出V2后，重晶石用量可由下式求得： mB=（V2-V1） B （1） 10 然而有时因受现场泥浆池容积的限制，加重前必须排掉一部分然而有时因受现场泥浆池容积的限制，加重前必须排掉一部分钻井液，或者希望在加重之前先排掉一部分不加重钻井液钻井液，或者希望在加重之前先排掉一部分不加重钻井液，以避免，以避免加加重剂的浪费，这种情况下，首先根据加重后可以容纳的体积重剂的浪费，这种情况下，首先根据加重后可以容纳的体积V2，用下式求出应保留的原浆的体积：用下式求出应保留的原浆的体积：1221BBVV

12、然后仍用然后仍用式（式（1）求）求出重晶石的用量。出重晶石的用量。 （2） 例子：例子：用重晶用重晶石（石（B=4.2g/cm3）把）把200 m3钻井液由密度钻井液由密度1=1.10g/cm3加重到加重到2=1.50g/cm3，并且每，并且每100kg重晶石需同时加入重晶石需同时加入9L水以防止钻井液水以防止钻井液过度增稠，试求：过度增稠，试求：若最终体积无限制，需加入重晶石多少吨？若最终体积无限制，需加入重晶石多少吨？若最终体积为若最终体积为200 m3，需加入重晶石多少吨，放掉钻井液多少方？，需加入重晶石多少吨，放掉钻井液多少方？ 最终体积无限制，需加入重晶石最终体积无限制，需加入重晶石

13、133.8吨。最终体积为吨。最终体积为200m3，需加入重，需加入重晶石晶石110吨，放掉钻井液吨，放掉钻井液36方。方。 11钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第一第一节节 钻井液配钻井液配浆原材料浆原材料三、配浆水和油三、配浆水和油 在水基钻井液中，水是分散介质在水基钻井液中，水是分散介质，大多数处理剂均通过溶解于水而发，大多数处理剂均通过溶解于水而发挥作用；在挥作用；在泡沫钻井液中水也是作为连续相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，空气在起泡剂和稳泡剂的作用下分散在水中；在用下分散在水中；在油包水乳化钻井液中，水是分散相油包水乳化钻井液中，水是分散相，

14、往往水中又含有，往往水中又含有一定量的无机盐，如氯化钠和氯化钙等；一定量的无机盐，如氯化钠和氯化钙等；在雾流体中，是作为分散相在雾流体中，是作为分散相，成，成小颗粒状分散于气中。小颗粒状分散于气中。 实践证明，实践证明，钻井液性能与配浆水的性质密切相关钻井液性能与配浆水的性质密切相关。多数情况下，为节。多数情况下，为节约成本，都是就地取材，但是地区不同水质相差很大，约成本，都是就地取材，但是地区不同水质相差很大，水中的各种杂质、水中的各种杂质、无机盐类、细菌和气体等对钻井液的性能有很大影响。无机盐类、细菌和气体等对钻井液的性能有很大影响。 12钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第

15、第一第一节节 钻井液配钻井液配浆原材料浆原材料原油、柴油和低毒矿物油也是配制钻井液时常用的原材料。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。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。对于探井，应考虑其荧光度对油气显示的流变性不易调控。对于探井，应考虑其荧

16、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。含量等，以免对油气层造成不良的影响。13 上一内容 下一内容回主目录O返回第二第二节节 无机处理剂无机处理剂一、常用的无机处理一、常用的无机处理剂剂 1纯碱纯碱 2烧碱烧碱 3石灰石灰 4、石膏、石膏 5. 氯化钙氯化钙 6氯氯化化钠钠2CaCl石膏石灰分类： Ca2+14 上一内容 下一内容回主目录O返回第二第二节节 无机处理剂无机处理剂一、常用的无机处理剂一、常用的无机处理剂 7氯化钾氯化钾 8硅酸硅酸钠钠 9重铬酸钠和重铬酸钾重铬酸钠和

17、重铬酸钾 10酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠 11混合金属层状氢氧化物混合金属层状氢氧化物15第三节 粘土的水化膨胀作钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容 下一内容回主目录O返回第二第二节节 无无机处理剂机处理剂二、无机处理剂在钻井液中的作用机理二、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，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：归纳

18、为以下方面： 1离子交换吸附离子交换吸附 （Na+与与Ca2+） 5与有机处理剂生成可溶性盐与有机处理剂生成可溶性盐2调控钻井液的调控钻井液的pH值值3沉淀沉淀作用（沉淀钙、镁离子）作用（沉淀钙、镁离子）4络合作用（除去钙、镁离子等）络合作用（除去钙、镁离子等）6抑制溶解的作用抑制溶解的作用16第三节 粘土的水化膨胀作钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容 下一内容回主目录O返回第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 一、降粘剂一、降粘剂 降粘剂又称为解絮凝剂和稀释剂。钻井液降粘剂的种降粘剂又称为解絮凝剂和稀释剂。钻井液降粘剂的种类很多。根据其作用机理的不同，类很多。根据其作

19、用机理的不同，可分为两种类型，即分可分为两种类型，即分散型稀释剂和聚合物型稀释剂散型稀释剂和聚合物型稀释剂。在分散型稀释剂中主要有。在分散型稀释剂中主要有丹宁类和木质素磺酸盐类，聚合物型稀释剂主要包括共聚丹宁类和木质素磺酸盐类，聚合物型稀释剂主要包括共聚型聚合物降粘剂和低分子聚合物降粘剂等。型聚合物降粘剂和低分子聚合物降粘剂等。171、单宁类、单宁类 单宁酸钠、磺甲基单宁单宁酸钠、磺甲基单宁钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 18 稀释机理稀释机理 单宁酸钠苯环上相邻的单宁酸钠苯环上相邻的双酚羟基可通过配位键吸附在粘土颗粒断键边双酚羟基可通过配

20、位键吸附在粘土颗粒断键边缘的缘的Al3+处，拆散结构处，拆散结构；而剩余的；而剩余的-ONa和和-COONa均为水化基团，它们又均为水化基团，它们又能给粘土颗粒带来较多的负电荷和水化层，能给粘土颗粒带来较多的负电荷和水化层，使粘土颗粒端面处的双电层斥使粘土颗粒端面处的双电层斥力和水化膜厚度增加力和水化膜厚度增加，从而拆散和削弱了粘土颗粒间通过端，从而拆散和削弱了粘土颗粒间通过端面和端面和端端端连接而形成的网架结构，使粘度和切力下降。连接而形成的网架结构，使粘度和切力下降。 第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 19（1）抗盐抗钙能；（）抗盐抗钙能；（2）热稳定性好；（）热稳定性好；（3）水溶性好

21、；（）水溶性好；（4）需）需pH=9-11稀释机理：一是在黏土颗粒的断建边缘上形成吸附水化层，削弱黏土颗稀释机理：一是在黏土颗粒的断建边缘上形成吸附水化层，削弱黏土颗粒之间的端粒之间的端-面和端面和端-端连接，从而削弱或拆散空间网架结构；二是铁铬盐端连接，从而削弱或拆散空间网架结构；二是铁铬盐分子在泥页岩上的吸附有抑制其水化分散的作用，这不仅有利于井壁稳分子在泥页岩上的吸附有抑制其水化分散的作用，这不仅有利于井壁稳定，还可以防止泥页岩造浆所引起的钻井液粘度和切力上升。定，还可以防止泥页岩造浆所引起的钻井液粘度和切力上升。2木质素磺酸盐类木质素磺酸盐类钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案

22、 第第第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 20 作用机理作用机理：X40系列处理剂的之所以具有较强的稀释作用，主要系列处理剂的之所以具有较强的稀释作用，主要是由其是由其线型结构、低相对分子质量及强阴离子基团所决定线型结构、低相对分子质量及强阴离子基团所决定的。一方面，由的。一方面，由于其于其分子量低，可通过氢键优先吸附在粘土颗粒上分子量低，可通过氢键优先吸附在粘土颗粒上，从而顶替掉原已吸附，从而顶替掉原已吸附在粘土颗粒上的高分子聚合物，从而拆散了由高聚物与粘土颗粒之间形成在粘土颗粒上的高分子聚合物，从而拆散了由高聚物与粘土颗粒之间形成的的“桥接网架结构桥接网架结构”；另一方面，；另一方面，低分

23、子量的降粘剂可与高分子主体聚合低分子量的降粘剂可与高分子主体聚合物发生分子间的交联作用，阻碍了聚合物与粘土之间网架结构的形成物发生分子间的交联作用，阻碍了聚合物与粘土之间网架结构的形成，从，从而达到降低粘度和切力的目的。但若其聚合度过大，相对分子质量过高，而达到降低粘度和切力的目的。但若其聚合度过大，相对分子质量过高，反而会使粘度、切力增加。反而会使粘度、切力增加。 3X-40系列降粘剂系列降粘剂钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 4XY-275磺化苯乙烯磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物马来酸酐共聚物21 降滤失剂又称为滤失控制剂、降失水剂。在钻井过

24、程中，钻井液的降滤失剂又称为滤失控制剂、降失水剂。在钻井过程中，钻井液的滤液侵入地层会引起泥页岩水化膨胀，严重时导致井壁不稳定和各种井滤液侵入地层会引起泥页岩水化膨胀，严重时导致井壁不稳定和各种井下复杂情况，钻遇产层时还会造成油气层损害。下复杂情况，钻遇产层时还会造成油气层损害。加入降滤失剂的目的，加入降滤失剂的目的，就是要通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，尽可能降就是要通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量低钻井液的滤失量。降滤失剂是钻井液处理剂的重要剂种，根据其来源降滤失剂是钻井液处理剂的重要剂种，根据其来源主要分为纤维素类、腐植酸类、丙烯酸

25、类、淀粉类和树脂类等主要分为纤维素类、腐植酸类、丙烯酸类、淀粉类和树脂类等。二、降滤失剂二、降滤失剂钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 22（1）腐）腐植酸的来源及基本组成植酸的来源及基本组成 1腐植酸类腐植酸类 （2）腐）腐植酸的主要性质植酸的主要性质 腐腐植酸虽难溶于水，其植酸虽难溶于水，其水溶液仍呈弱酸性水溶液仍呈弱酸性。褐煤。褐煤与烧碱的反应生成的腐植酸钠易溶于水。与烧碱的反应生成的腐植酸钠易溶于水。 热热稳定性很强稳定性很强。 不不抗盐不抗钙抗盐不抗钙。 钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第三第三节节 有机处理剂有机处

26、理剂 23褐煤碱褐煤碱液（褐煤：碱：水液（褐煤：碱：水=15:1-3:50-200） （3）常）常用的腐植酸类降滤失剂用的腐植酸类降滤失剂硝基腐植酸硝基腐植酸钠（抗温达钠（抗温达200，抗盐达，抗盐达20%）铬腐植铬腐植酸（抗盐抗温能力加强）酸（抗盐抗温能力加强）磺甲基褐磺甲基褐煤（煤（SMC，抗温达，抗温达200，抗盐能力较差），抗盐能力较差）钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 24钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容 下一内容回主目录O返回第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 2纤维素类纤维素类 纤维素是由纤维素是由许

27、多环式葡萄糖单元构成的长链状高分子化合物许多环式葡萄糖单元构成的长链状高分子化合物，以，以纤维素为原料可以制得一系列钻井液降滤失剂，其中使用最多的是纤维素为原料可以制得一系列钻井液降滤失剂，其中使用最多的是钠钠羧甲基纤维羧甲基纤维素（素（简简称称CMC）和）和羟乙基纤维羟乙基纤维素（素（简简称称HEC）。）。 （1）钠）钠羧甲基纤维素羧甲基纤维素 降滤失机理降滤失机理a. 吸附作用吸附作用b. 提粘和堵塞作用提粘和堵塞作用25分类：分类：高粘高粘CMC：聚合度：聚合度700中粘中粘CMC：聚合度约：聚合度约600低粘低粘CMC：聚合度约：聚合度约500进一步改性：加入抗氧剂，引入氰乙基。进一步

28、改性：加入抗氧剂，引入氰乙基。2、常用的钻井液加重材料及用量计算、常用的钻井液加重材料及用量计算课堂回顾：课堂回顾：（1）重晶石粉）重晶石粉（2）石灰石粉）石灰石粉（3）铁矿粉和钛铁矿粉）铁矿粉和钛铁矿粉（4）方铅矿粉）方铅矿粉26（1）增加粘度和切力，提高井眼净化能力；）增加粘度和切力，提高井眼净化能力；（2）形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；）形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；（3）对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；）对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；（4）防止井漏。）防止井漏。1、粘土的概念及在钻井液中的作用、粘土的概念及在钻井液中的作用BBBmVVVV112BmVV11

29、223、无机处理剂的种类、作用及其机理、无机处理剂的种类、作用及其机理课堂回顾：课堂回顾：（1）种类：纯碱）种类：纯碱 ；烧碱；石灰；石膏；氯化钙；氯化钠；氯化钾；烧碱；石灰；石膏；氯化钙；氯化钠；氯化钾；硅酸钠；重铬酸钠和重铬酸钾；酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠；混合硅酸钠；重铬酸钠和重铬酸钾；酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠；混合金属层状氢氧化物金属层状氢氧化物（2）作用机理：离子交换吸附）作用机理：离子交换吸附 ；调控钻井液的；调控钻井液的pH值；沉淀作用值；沉淀作用（沉淀钙、镁离子）；络合作用（除去钙、镁离子等）；与有机处（沉淀钙、镁离子）；络合作用（除去钙、镁离子等）；与有机处理剂生成可溶性盐；抑

30、制溶解的作用理剂生成可溶性盐；抑制溶解的作用27（1）分散型稀释剂和聚合物型稀释剂：通过配位键吸附在粘土颗粒断键边）分散型稀释剂和聚合物型稀释剂：通过配位键吸附在粘土颗粒断键边缘处，拆散结构；水化基团又能给粘土颗粒带来较多的负电荷和水化层，使缘处，拆散结构；水化基团又能给粘土颗粒带来较多的负电荷和水化层，使粘土颗粒端面处的双电层斥力和水化膜厚度增加，从而拆散和削弱了粘土颗粘土颗粒端面处的双电层斥力和水化膜厚度增加，从而拆散和削弱了粘土颗粒间通过端粒间通过端面和端面和端端连接而形成的网架结构，使粘度和切力下降；端连接而形成的网架结构，使粘度和切力下降；4、有机降粘剂及其作用机理、有机降粘剂及其作

31、用机理课堂回顾：课堂回顾：（2）聚合物型稀释剂：一方面，由于其分子量低，可通过氢键优先吸）聚合物型稀释剂：一方面，由于其分子量低，可通过氢键优先吸附在粘土颗粒上，从而顶替掉原已吸附在粘土颗粒上的高分子聚合物，附在粘土颗粒上，从而顶替掉原已吸附在粘土颗粒上的高分子聚合物，从而拆散了由高聚物与粘土颗粒之间形成的从而拆散了由高聚物与粘土颗粒之间形成的“桥接网架结构桥接网架结构”；另一方；另一方面，低分子量的降粘剂可与高分子主体聚合物发生分子间的交联作用，面，低分子量的降粘剂可与高分子主体聚合物发生分子间的交联作用，阻碍了聚合物与粘土之间网架结构的形成，从而达到降低粘度和切力的阻碍了聚合物与粘土之间网

32、架结构的形成，从而达到降低粘度和切力的目的。目的。28（2）羟）羟乙基纤维乙基纤维素（素（HEC） 在纤维素分子链上引入羟乙基，增加水溶性，降滤失机理与钠在纤维素分子链上引入羟乙基，增加水溶性，降滤失机理与钠羧甲基纤维素类似。羧甲基纤维素类似。钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 29（3）其他纤维素类降滤失剂）其他纤维素类降滤失剂l国外国外Drispacl中海油中海油PF-PAC系列系列钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容 下一内容回主目录O返回第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 3丙烯酸类聚合物丙烯酸类聚合物 丙烯酸类

33、聚合物是低固相聚合物钻井液的主要处理剂类型之一丙烯酸类聚合物是低固相聚合物钻井液的主要处理剂类型之一。制。制备这类聚合物的主要原料有丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯磺酸等。备这类聚合物的主要原料有丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯磺酸等。根据所引入官能团、相对分子质量、水解度和所生成盐类的不同，可合根据所引入官能团、相对分子质量、水解度和所生成盐类的不同，可合成一系列钻井液处理剂。这里仅介绍较常用的降滤失剂水解聚丙烯腈及成一系列钻井液处理剂。这里仅介绍较常用的降滤失剂水解聚丙烯腈及其盐类、其盐类、PAC系列产品和丙烯酸盐系列产品和丙烯酸盐SK系列产品。系列产品。30（1）水）水解聚丙烯解聚丙烯腈及其

34、盐类腈及其盐类 聚丙烯腈是制造腈聚丙烯腈是制造腈纶（人纶（人造羊造羊毛）的毛）的合成纤维材料，目前用合成纤维材料，目前用于钻井液的主要是腈纶废丝经碱水解后的产物，外观为白色粉末，于钻井液的主要是腈纶废丝经碱水解后的产物，外观为白色粉末，代号为代号为HPAN。聚丙烯腈是一种由丙烯腈合成的高分子聚合物聚丙烯腈是一种由丙烯腈合成的高分子聚合物。其他的有：其他的有：u水解聚丙烯腈钙盐（水解聚丙烯腈钙盐（Ca-HPAN） u水解聚丙烯腈铵盐（水解聚丙烯腈铵盐（NH4-HPAN） 钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 31 （2）PAC系列产品系列产品 PA

35、C系列产品是指系列产品是指各种复合离子型的聚丙烯酸盐聚合各种复合离子型的聚丙烯酸盐聚合物（物（PAC），），实际上是实际上是具有不同取代基的乙烯基单体及其盐类的共聚物具有不同取代基的乙烯基单体及其盐类的共聚物，通过在高，通过在高分子链节上引入不同含量的分子链节上引入不同含量的羧基、羧钠基、羧胺基、酰胺基、磺酸基羧基、羧钠基、羧胺基、酰胺基、磺酸基和羟基和羟基等共聚而成。该系列产品主要用于聚合物钻井液体系。等共聚而成。该系列产品主要用于聚合物钻井液体系。由于各由于各种官能团的协同作用，在各种复杂地层和不同的矿化度、温度条件下种官能团的协同作用，在各种复杂地层和不同的矿化度、温度条件下均能发挥其作

36、用均能发挥其作用。只要调整好聚合物分子链节中各官能团的种类、数。只要调整好聚合物分子链节中各官能团的种类、数量、比例、聚合度及分子构型，就可设计和研制出一系列的处理剂，量、比例、聚合度及分子构型，就可设计和研制出一系列的处理剂，可以满足增粘、降粘或降滤失要求，目前应用较多的是可以满足增粘、降粘或降滤失要求，目前应用较多的是PAC-141（增粘（增粘降滤失，抗降滤失，抗180、抗饱和盐）、抗饱和盐）、PAC-l42（增粘幅度较小）和（增粘幅度较小）和PAC-l43（适用于各种矿化度）等（适用于各种矿化度）等三种产品。三种产品。钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第第三第三节节 有机处

37、理剂有机处理剂 32（3）丙）丙烯酸盐烯酸盐SK系列产品系列产品 该该系列产品为系列产品为丙烯酸盐的多元共聚物丙烯酸盐的多元共聚物。其外观为白色粉末，易溶于。其外观为白色粉末，易溶于水，溶液呈碱性。主要用做水，溶液呈碱性。主要用做聚合物钻井液的降滤失剂聚合物钻井液的降滤失剂。但不同型号的。但不同型号的产品在性能上有所区别产品在性能上有所区别。SK-1可用于无固相完井液和低固相钻井液，在配合用可用于无固相完井液和低固相钻井液，在配合用NaCl、CaCl2等等无机盐加重的过程中，主要起降滤失和增粘的作用无机盐加重的过程中，主要起降滤失和增粘的作用。 SK-2是一种具有是一种具有较强的抗盐、抗钙能力

38、，不增粘较强的抗盐、抗钙能力，不增粘的降滤失剂的降滤失剂。SK-3主要用在当聚合物钻井液受到无机盐污染后，作为主要用在当聚合物钻井液受到无机盐污染后，作为降粘剂降粘剂，同，同时可改善钻井液的热稳定时可改善钻井液的热稳定性（高温稳定性），性（高温稳定性），降低高温高压滤失量降低高温高压滤失量。33钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容上一内容 下一内容下一内容回主目录回主目录O返回返回第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 4树脂类树脂类以酚醛树脂为主体，经磺化或引入其它官能团而制得。以酚醛树脂为主体，经磺化或引入其它官能团而制得。 （1）磺）磺甲基酚醛树脂甲基酚醛树脂磺甲基酚

39、醛树磺甲基酚醛树脂（脂（SMP-I，SMP-II）是一类抗）是一类抗高温降滤失剂。高温降滤失剂。合成：合成： 其其合成路线是先在合成路线是先在酸性条酸性条件（件（pH=3-4）下）下使甲醛与苯酚反应，生成线型酚使甲醛与苯酚反应，生成线型酚醛树脂；再在碱性条件下加入磺甲基化试剂进行分步磺化；通过适当控制反醛树脂；再在碱性条件下加入磺甲基化试剂进行分步磺化；通过适当控制反应条件，可得到磺化度较高和相对分子质量较大的产品。应条件，可得到磺化度较高和相对分子质量较大的产品。 它它的另一种合成路线是：将苯酚、甲醛、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠一次投料，的另一种合成路线是：将苯酚、甲醛、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠一次投

40、料，在碱催化条件下，缩合和磺化反应同时进行在碱催化条件下，缩合和磺化反应同时进行，最后生成磺甲基酚醛树脂。，最后生成磺甲基酚醛树脂。34 （2）磺）磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物（物（SLSP）该该产品是产品是磺化木质素与磺甲基酚醛树脂的缩合物磺化木质素与磺甲基酚醛树脂的缩合物，代号为，代号为SLSP。 SLSP与磺甲基酚醛树脂有相似的优良性能，但在原来树脂与磺甲基酚醛树脂有相似的优良性能，但在原来树脂的基础上引人了一部分磺化木质素。所以的基础上引人了一部分磺化木质素。所以SLSP在降低钻井液滤在降低钻井液滤失量的同时，还有优良的失量的同时，还有优良的稀释特性。稀释特

41、性。缺点是在钻井液中比较容易起泡，必要时需配合加入消泡剂。缺点是在钻井液中比较容易起泡，必要时需配合加入消泡剂。 （3）磺）磺化褐煤树脂化褐煤树脂 SPNH（类同国外（类同国外Resinex）35褐煤与腈纶废丝通过接枝共聚和磺化制得，抗温达褐煤与腈纶废丝通过接枝共聚和磺化制得，抗温达220，抗盐达，抗盐达10%，抗钙达抗钙达0.2%。钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容上一内容 下一内容下一内容回主目录回主目录O返回返回第三节第三节 有机处理剂有机处理剂 5淀粉类淀粉类 淀淀粉（粉（Starch）的）的结构与纤维素相似，属于碳水化合物，是最早使结构与纤维素相似，属于碳水

42、化合物，是最早使用的钻井液降滤失剂之一用的钻井液降滤失剂之一。目前有羧甲基淀粉目前有羧甲基淀粉CMS，羟乙基淀粉，羟乙基淀粉HPS和和抗温淀粉抗温淀粉DFD-140及中海油的及中海油的float系列。系列。 在某些钻井液中，加入淀粉在某些钻井液中，加入淀粉不仅可以降低滤失量，而且还有助于提高不仅可以降低滤失量，而且还有助于提高钻井液中粘土颗粒的聚结稳定性钻井液中粘土颗粒的聚结稳定性。淀粉。淀粉在淡水、海水和饱和盐水钻井液中在淡水、海水和饱和盐水钻井液中均可使用均可使用。淀粉的。淀粉的降滤失机理降滤失机理一方面是它一方面是它吸收水分，减少了钻井液中的自吸收水分，减少了钻井液中的自由水由水；另一方

43、面是形成的囊状物可进入泥饼的细缝中，从而堵塞水的通路，；另一方面是形成的囊状物可进入泥饼的细缝中，从而堵塞水的通路，进一步进一步降低了泥饼的渗透性降低了泥饼的渗透性。36钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容 下一内容回主目录O返回第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 三、增粘剂三、增粘剂 增粘剂除了起增粘作用外，还往往兼作增粘剂除了起增粘作用外，还往往兼作页岩抑制页岩抑制剂（包剂（包被被剂）、剂）、降降滤失滤失剂及剂及流型改进流型改进剂。因此，使用增粘剂常常有利于改善钻井液的流变剂。因此，使用增粘剂常常有利于改善钻井液的流变性，也有利于井壁稳定。增粘剂种类很多。性，也有利

44、于井壁稳定。增粘剂种类很多。371XC生物聚合物生物聚合物 XC生物聚合物又称做黄原胶黄原胶，是由黄原菌类作用于碳水化合物而生成的高分子链状多糖聚合物，相对分子质量可高达5106，易溶于水。是一种适用于淡水、盐水和饱和盐水钻井液的高效增粘剂淡水、盐水和饱和盐水钻井液的高效增粘剂，加入很少的量（0.2%0.3%）即可产生较高的粘度，并兼有降滤失作用。它的另一显著特点是具有优良的剪切稀释性能，能够有效地改进流型（即增大动塑比，降低n值）。用它处理的钻井液在高剪切高剪切速率下的极限粘度很低，有利于提高机械钻速速率下的极限粘度很低，有利于提高机械钻速；而在环形空间的低剪切速率下又具有较高的粘度，并有利

45、于形成平板形层流，使钻井钻井液携带岩屑的能力明显增强液携带岩屑的能力明显增强。382羟乙基纤维素羟乙基纤维素 羟乙基纤维羟乙基纤维素（代素（代号号HEC）是）是一种水溶性的一种水溶性的纤维素衍生物纤维素衍生物。外观为白色或浅黄色固体粉末。它无嗅、无味、无毒，溶于水后外观为白色或浅黄色固体粉末。它无嗅、无味、无毒，溶于水后形成粘稠的胶状液。形成粘稠的胶状液。 该处理剂是该处理剂是由纤维素和环氧乙烷经羟乙基化制成的产品由纤维素和环氧乙烷经羟乙基化制成的产品，主要，主要在聚合物钻井液中起在聚合物钻井液中起增粘作用增粘作用。其显著特点是在增粘的同时不增加。其显著特点是在增粘的同时不增加切力，切力，因此

46、在钻井液切力过高致使开泵困难时常被选用因此在钻井液切力过高致使开泵困难时常被选用。增粘程度。增粘程度一般与时间、温度和含盐量有关，抗温能力可达一般与时间、温度和含盐量有关，抗温能力可达107121。39钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容 下一内容回主目录O返回第三第三节节 有机处理剂有机处理剂 四、页岩四、页岩抑制防塌剂抑制防塌剂 概括地讲，处理剂在钻井液中所起的作用主要有两个：概括地讲，处理剂在钻井液中所起的作用主要有两个：一是维持钻一是维持钻井液性能稳定井液性能稳定，二是，二是保持井壁稳定保持井壁稳定。凡是能有效地抑制页岩水化膨胀和分凡是能有效地抑制页岩水化膨胀和

47、分散，主要起稳定井壁作用的处理剂均可称做页岩抑制剂，又称防塌剂散，主要起稳定井壁作用的处理剂均可称做页岩抑制剂，又称防塌剂。本。本节简要介绍几种重要的有机防塌剂。节简要介绍几种重要的有机防塌剂。 401、沥青类、沥青类 （1）氧）氧化沥青化沥青 氧化沥青为黑色均匀分散的粉末，难溶于水，多数产品的软化氧化沥青为黑色均匀分散的粉末，难溶于水，多数产品的软化点为点为150160，细度为通过，细度为通过60目筛的部分占目筛的部分占85%。主要在主要在水基钻水基钻井液中用做页岩抑制剂，并兼有润滑作用井液中用做页岩抑制剂，并兼有润滑作用，一般加量为，一般加量为l%2%。此外，还可分散在此外，还可分散在油基

48、钻井液中起增粘和降滤失作用油基钻井液中起增粘和降滤失作用。41 （2）磺）磺化沥青化沥青 磺化沥青的磺化沥青的防塌机防塌机理理：磺化沥青中由于含有磺酸基，水化作用磺化沥青中由于含有磺酸基，水化作用很强，当很强，当吸附在页岩晶层断面上吸附在页岩晶层断面上时，可时，可阻止页岩颗粒的水化分散阻止页岩颗粒的水化分散；同时同时不溶于水的部分又能起到填充孔喉和裂缝的封堵作用，并可覆不溶于水的部分又能起到填充孔喉和裂缝的封堵作用，并可覆盖在页岩表面，改善泥饼质量盖在页岩表面，改善泥饼质量。但随着温度的升高，磺化沥青的封。但随着温度的升高，磺化沥青的封堵能力会有所下降。磺化沥青还在钻井液中堵能力会有所下降。磺

49、化沥青还在钻井液中起润滑和降低高温高压起润滑和降低高温高压滤失量的作用滤失量的作用，是一种多功能的有机处理剂。，是一种多功能的有机处理剂。 （3）天）天然沥青和改性沥青然沥青和改性沥青 42 2钾盐腐植酸类钾盐腐植酸类（1）腐）腐植酸钾植酸钾 腐植酸腐植酸钾（钾（KHm）是）是以褐煤为原料，用以褐煤为原料，用KOH提取而制得的提取而制得的产品。外观为黑褐色粉末，易溶于水，水溶液的产品。外观为黑褐色粉末，易溶于水，水溶液的pH值为值为9l0。主。主要要用做淡水钻井液的页岩抑制剂，并兼有降粘和降滤失作用用做淡水钻井液的页岩抑制剂，并兼有降粘和降滤失作用。抗。抗温能力为温能力为180。 （2）硝）硝

50、基腐植酸基腐植酸钾（钾（MHP） 43 （3）K21 防塌剂防塌剂K21是是硝基腐植酸钾、特种树脂、三羟乙基酚和硝基腐植酸钾、特种树脂、三羟乙基酚和磺化石蜡等的复配产品磺化石蜡等的复配产品。黑。黑色粉末，易溶于水，水溶液呈碱色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。是一种常用的页岩抑制剂，具有较强的性。是一种常用的页岩抑制剂，具有较强的抑制页岩水化抑制页岩水化的的作用，并能作用，并能降粘和降低滤失量，抗温可达降粘和降低滤失量，抗温可达180。 页岩抑制剂类产品还有许多。例如，页岩抑制剂类产品还有许多。例如，各种聚合物类和聚合醇各种聚合物类和聚合醇类有机处理剂类有机处理剂，硅酸盐类、钾盐类、铵盐类和正电胶

51、等无机处硅酸盐类、钾盐类、铵盐类和正电胶等无机处理剂理剂都是性能优良的页岩抑制剂。都是性能优良的页岩抑制剂。44第三节 粘土的水化膨胀作钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第第 上一内容上一内容 下一内容下一内容回主目录回主目录O返回返回第三第三节节 有有机处理剂机处理剂 五、絮凝剂五、絮凝剂1.定义：使钻井液固相颗粒聚结变大的化学剂定义：使钻井液固相颗粒聚结变大的化学剂2.分类：无机絮凝剂，有机絮凝剂分类：无机絮凝剂，有机絮凝剂有机絮凝有机絮凝剂剂按按官能团类型：非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子官能团类型：非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子型型按絮凝粘土颗粒种类：完全絮凝

52、剂和选择性絮凝剂按絮凝粘土颗粒种类：完全絮凝剂和选择性絮凝剂 45（1）聚）聚丙酰丙酰胺（胺（PAM），），非离子型亲水性高分子；非离子型亲水性高分子；（2）部）部分水解聚丙烯酰分水解聚丙烯酰胺（胺（HPAM），），在分子链中引入羧钠基在分子链中引入羧钠基团，属阴离子型高分子电解质，一般水解度为团，属阴离子型高分子电解质，一般水解度为30%，具有选择絮具有选择絮凝钻屑的作用。凝钻屑的作用。（3）80A51，丙烯酰胺和丙烯酸钠共聚物，分子量，丙烯酰胺和丙烯酸钠共聚物，分子量400-700万，万，阴离子型选择性处理剂。阴离子型选择性处理剂。（4）CPAM，阳离子型聚丙烯酰胺。，阳离子型聚丙烯酰胺。

53、 3.常常见有机絮凝剂见有机絮凝剂464、作用机理、作用机理a. 无机絮凝剂无机絮凝剂 主要是一些无机盐，如氯化钠、氯化钙等。作主要是一些无机盐，如氯化钠、氯化钙等。作用机理：通过离子交换吸附压缩双电层，降低粘土颗粒表面电用机理：通过离子交换吸附压缩双电层，降低粘土颗粒表面电动电位，水化膜变薄，使粘土颗粒产生絮凝。动电位，水化膜变薄，使粘土颗粒产生絮凝。b. 有机絮凝剂有机絮凝剂 主要高分子聚合主要高分子聚合物（分物（分子子量量300万）。万）。非离子非离子型和阴离子型絮凝剂主要是通过吸附、桥接、蜷曲、下沉机理；型和阴离子型絮凝剂主要是通过吸附、桥接、蜷曲、下沉机理；阳离子絮凝剂除了搭桥机理以外，还具有电性中和，具有更快阳离子絮凝剂除了搭桥机理以外，还具有电性中和，具有更快更高的絮凝效率。更高的絮凝效率。475、影响因素、影响因素分子量分子量：相对分子量：相对分子量300600万，太小，万，太小，分子链太短絮凝效果变差分子链太短絮凝效果变差，小于小于1万，起到的主要作用就会是降粘作用，太高，则会万，起到的主要作用就会是降粘作用，太高，则会影响在水中影响在水中的溶解度的溶解度；水解度水解度，太低，太低影响伸展，水溶性差影响伸展，水溶性差，水解度太高则，水解度太高则影响吸附影响吸附，因为粘，因为粘土颗粒也是带负