钻井液课程设计

钻井液课程设计与配制设计内容：1、钻井液性能；2、选择原材料与处理剂；3、配方设计；4、计算钻井液材料用量；5、确定钻井液的制备方法；6、拟定钻井液循环、净化、管理措施要求写出设计报告：钻井（探）井（孔）：目的及钻井（探）工艺；深度、井身结构（直径、套管）；地层（岩性）、潜在问题及其对钻井流体的要求钻井流体：性能要求及评价方法；体系以及所用材料与处理剂（水基、气基、油基；分散、粗分散、盐水、钙处理，不分散，低固相，聚合物等）进行实验：钻井液体系配制与优化、性能评价数据整理与分析：钻井液性能（流变特性用Excel表格确定流变方程），失水包括初失水和API失水处理剂作用及原理，包括种类、加量等数据完成设计报告（封面、扉页、目录、正文，小4，宋体，图表5号字）正文：1.概述；2.性能及测试方法，材料；3.实验数据结果；4.数据分析；5.结论。参考文献Word:5000-6000字，或者大于5页（A4），但不多于10页，包括图表;参考文献：8-10篇，其中1篇为英文。PPT—(5分钟)注意逻辑、规范DensityofDrillingFluids

钻井液密度DensityforholestabilityandpressurecontrolDrillingFluidHydrostaticPressureFormationPorePressure,PpFormationcollapsePressure,PcFormationFracturePressure,Pf坍塌压力是指井壁发生剪切破坏的临界井眼压力，此时的钻井液密度称为坍塌压力的当量钻井液密度。当钻井液密度升至一定值后，井壁处的切向应力就会变成拉应力，当拉伸应力大于岩石的抗拉强度时，就要发生拉伸破坏(表现为井漏)。钻井液密度应大于地层坍塌压力或地层孔隙压力以维持地层稳定和保证压力控制，但要低于地层破裂压力，避免井漏。过大的钻井液密度有以下害处：损害油气层；降低钻井速度；压差卡钻；憋漏地层；粘切增高；消耗材料和动力；抗污染能力降低。RheologicalPropertiesofDrillingFluidsFunnelViscosity,ApparentViscosity,PlasticViscosity,YieldPoint,GelStrength,PV/YP,flowbehaviorindexandconsistencyindex.考虑悬排钻碴、护壁堵漏的要求确定泥浆的流变性。对于非加重钻井液塑性粘度控制在5～12mPa.s，动切力1.4～14.4Pa，动塑比在0.36～0.48(Pa/mPa.s)，n一般为0.4～0.7，悬浮重晶石静切力1.44Pa。另外，钻井液的流变特性影响激动压力、钻井速度。TheFiltrationPropertiesofDrillingFluidsandotherProperties泥浆的其它设计指标的参考范围为：失水量一般应不大于15ml/30min，含砂量不大于8%，胶体率不小于90%，pH值视不同泥浆在6～11之间变化，润滑性必要时应控制在0.02～0.5。钻井液配方举例一、砂、砾层中使用的泥浆二、土层、泥页岩中使用的泥浆

三、溶蚀性地层钻井液

四、硬岩钻进用钻井液五、充气低密度钻井液六、其他钻井液一、砂、砾层中使用的泥浆

在砂层、砾石、卵石以及破碎带地层中钻进，成孔的难度很大。这类地层称为机械分散地层。由于颗粒之间缺乏胶结，钻进时井壁很容易坍塌。对于这类地层用泥浆护壁，解决问题的关键是增加井壁颗粒之间的胶结力。粘性较大的泥浆适当渗入井壁地层中，可以明显增强砂、砾之间的胶结力，以此使井壁的稳定性增强。

提高泥浆粘度，主要通过使用高分散度泥浆（细分散泥浆）、增加泥浆中的粘土含量、加入有机或无机增粘剂等措施来实现。①Na-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆

②铁铬盐—Na-CMC泥浆

③木质素磺酸盐泥浆

④腐植酸泥浆

1.Na-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆Na-CMC起进一步提粘和降失水作用。配方为：优质造浆粘土150~200g，水1000ml，纯碱5~10g，Na-CMC6g左右。泥浆性能为比重1.07~1.1，粘度25~35s，失水量小于12ml/30min，pH值约9.5。2、铁铬盐—Na-CMC泥浆该泥浆提粘且稳定性较强，铁铬盐起防絮凝（稀释）作用。配方为：粘土200g，水1000ml，纯碱液50%浓度加量约20%，铁铬盐溶液浓度20%，加量0.5%，Na-CMC0.1%。泥浆性能为比重1.10，粘度25s，失水量12ml/30min，pH值9.3、木质素磺酸盐泥浆木质素磺酸盐取材于亚硫酸纸浆废液，一般与煤碱剂配合使用，以在提粘的基础上解决泥浆的防絮凝和降失水。配方为1m3泥浆用80~200kg粘土，30~40kg亚硫酸纸浆废液，10~20kg煤碱剂，5~10kgNaOH，5~10kg消泡剂，900~940L水。泥浆性能为比重1.06~1.20，漏斗粘度18~40s，失水量5~10ml/30min，静切力1min6~45Pa，10min12~90dPa，在钻进过程中为进一步降失水可每立方米加1~3kgNa-CMC。

4、腐植酸泥浆腐植酸泥浆是用煤碱剂或腐植酸钠（钾）做稳定剂（防絮凝）的，它可以与其他处理剂如Na-CMC等配合使用。制备腐植酸泥浆的配方是1m3泥浆中加50~200kg煤碱剂(干量)，3~5kgNa2CO3，905~955L水。泥浆性能：比重1.03~1.20，漏斗粘度20~60s，失水量4~10ml/30min，静切力1min18~60dPa，10min36~120dPa，pH值9~10。二、土层、泥页岩中使用的泥浆在粘土、泥页岩中钻进，突出问题之一是钻井井壁的遇水膨胀、缩径，甚至流散、垮孔。其原因是粘土、泥页岩中存在着大量的粘土矿物，尤其是蒙脱石粘土矿物的存在，使井壁粘土接触到钻井液中的水时，即发生粘土的吸水、膨胀、分散。这样的地层又称之为水敏性地层。原理要点：（1）选优质土；（2）采取“粗分散”方法；（3）添加降失水剂；（4）提高基液粘度；（5）调整泥浆比重，平衡地层压力；（6）利用特殊离子对地层的“钝化”作用；（7）利用大分子链网在井壁上的隔膜作用；（8）利用微颗粒的堵塞作用；（9）活度平衡。石膏—铁铬盐泥浆石膏可提供较高的Ca2+和pH值较低，对井壁起聚结作用：铁铬盐能抑制井壁的分散，因而该泥浆的防塌性能提高。石膏泥浆多用于钻进厚石膏层和易塌的水敏性泥岩和页岩。配方：石膏的加量一般为泥浆体积的1.14~1.7%，铁铬盐加量为0.86~1.7%，烧碱为0.28~0.42%，为降失水可加入0.14~0.42%的CMC。配制的程序是：在淡水泥浆中先加少量铁铬盐和烧碱及一部分水，搅拌后，把其余的铁铬盐和石膏一起加入，再后加CMC控制失水量。典型的泥浆性能为：比重1.20，漏斗粘度25s，动切力3.0Pa，静切力1min1.0Pa，10min4.5Pa，失水量3~6ml，pH值10左右。（一）钙处理泥浆：

1、石膏—铁铬盐泥浆

2、氯化钙—褐煤泥浆主要泥浆类型2、氯化钙—褐煤泥浆氯化钙和褐煤反应生成的腐植酸钙一方面使泥皮变得薄而致密、渗透性小、故泥浆失水量小；另一方面可调节泥浆中Ca2+的浓度，即，从而有效地抑制地层造浆和泥页岩的水化膨胀，防止井眼坍塌。配方：以加有0.3~0.5%纯碱的比重为1.10~1.20的新浆一份，与煤碱剂（15：2~3：100~150）一份相混合，配成煤碱剂泥浆，然后加入0.5~1.0%的氯化钙（配成溶液加入）经搅拌而成。其性能大致为：比重1.13~1.34，漏斗粘度18~28s，失水量3~5ml，泥皮厚0.5~1mm，pH值10~11.5，滤液粘度0.75~0.85mPa·S，Ca2+浓度160~240ppm。主要泥浆类型（二）钾基泥浆：

1、PAM-KCl泥浆2、分散型氯化钾泥浆

3、氢氧化钾-褐煤泥浆4、氢氧化钾-磺酸盐泥浆

5、铝钾泥浆例子PAM-KCl泥浆

用无机盐KCl为离子交换型抑制剂，抑制粘土的膨胀，用絮凝型聚合物处理泥浆，聚合物吸附在井壁上，以包膜原理阻止水的渗入而维持井壁稳定，属非分散型钾基泥浆。配方：在1m3经碱处理的基浆中，加入水解度为30%的PAM2kg，KCL加量为4kg左右。

1.PAM-KCl泥浆用无机盐KCl为离子交换型抑制剂，抑制粘土的膨胀，用絮凝型聚合物处理泥浆，聚合物吸附在井壁上，以包膜原理阻止水的渗入而维持井壁稳定，属非分散型钾基泥浆。配方：粘土加量按在泥浆中所占体积计为3~5%，纯碱加量为土重的分子量在300╳104以上，30%水解度的PAM加量为1.43Kg/m3~3.5833Kg/m3，KCL加量为3%~15%左右。为除钙和提高抗温性能，可加入5%左右的（NH4）2SO4。这种泥浆对泥页岩的抑制作用，按稳定性指数仅次于油基泥浆。2.氯化钾泥浆用磺化类有机处理剂与无机盐氯化钾相配合，起抑制页岩膨胀，维护孔壁稳定的作用。配方为：配制1m3泥浆，粘土50~100kg，KCl30～50kg，聚合物（КМЦ，М—14，Merac，淀粉等）5~10kg，КССБ（缩合亚硫酸酒精废液）30~50kg，KOH5~10kg，消泡剂2~3kg，水920~940L。泥浆性能：密度1.08~2.0g/cm3，漏斗粘度25~40s，失水量4~8ml/30min，静切力1min，12~60dPa；10min，36~120dPa，pH=9~9.5，滤液含氯化钾30~70g/l，最大为150g/l。3.氢氧化钾-褐煤泥浆用于不宜含氯离子过高的地区，用聚合物来控制失水和调节流变性、也可添加KCl来补充钻井中K+的消耗，但Cl-不能超过规定的水平，这种泥浆起抑制作用的组分为KOH和KHM，并主要靠KOH来维持钾含量和pH值。4.氢氧化钾-磺酸盐泥浆用于钻井蒙脱石含量高的地层。KOH用于控制pH值和提供抑制所需的钾含量，钾含量必须使滤液中K+高于2000~3000ppm，而木质素磺酸盐的含量亦必须保持在24.8~28.6kg/m3之间以起辅助抑制作用。钾和木质素磺酸盐含量低于此水平，便会因页岩水化而出现井眼问题。5.铝钾泥浆它是钾离子和铝离子共同起抑制作用，聚合物是用丙烯酰胺共聚物，这种泥浆在前苏联油田得到应用。泥浆配方为配制1m3泥浆，粘土60~150kg，KCl（SO4）23~5kg，KOH1~3kg，K2Cr2O70.3~0.5kg，铬木素磺酸盐20~30kg，甲基丙烯酸与甲基丙烯酰胺共聚物3~5kg，水920~960L。（三）乳化沥青泥浆1、用苛性钠皂化法2、用粘土粉制沥青膏3、用乳化剂制备乳化沥青乳化沥青泥浆抑制水敏性地层的原理是泥浆循环时，由于岩石表面的矿物吸附乳化剂而使乳状沥青破乳，放出沥青微粒粘附在孔壁上，形成薄而坚韧的沥青质膜，起封闭隔水作用，防止水渗入水敏性地层，以及沥青质封堵水敏性页岩的孔隙和微裂缝，从而起到稳定孔壁的作用。乳化沥青泥浆的配制方法是，先配制沥青膏，然后配制沥青泥浆。沥青膏的配制有多种方法：

1.用苛性钠皂化法在容器中放入所需的水及部分碱，加热至沸腾，在搅拌情况下注入沥青和所需的碱液，搅拌20~30min即得。苛性钠加量，依沥青的酸值来定，沥青∶水=252~430kg∶500~700L。2.用粘土粉制沥青膏先将沥青加热至180~200℃熔化脱水，保温在180℃备用。按水∶粘土（加5%~6%纯碱）=2∶1搅成泥浆加温至80℃，在搅拌下细流加入保温在180℃的沥青中，加完后继续搅拌30~40min即成沥青膏。3.用乳化剂制备乳化沥青可用不同的乳化剂来制备，几种乳化沥青的配比如表4-4所示。沥青泥浆的制备可用粘土粉制备的沥青膏为例来说明。其配方为：沥青膏20~30%，Na-CMC0.3~0.5%，水解度为60%的水解PAM50ppm，水70~80%。表4-4乳化沥青的配方配方成分12345610号石油沥青2530253060号石油沥青7570757010060肥皂1.11.1－－－－洗衣粉10.9－－－－聚乙烯醇－－44－―十二烷基磺酸钠－－－－1平平加－－22－－NaOH0.40.40.880.88－0.1水玻璃0.4－1.61.6－－石灰[以CaC（OH）2计]－－－－45－水10097.610010010538.9（五）有机阳离子聚合物泥浆表4-6有机阳离子聚合物泥浆的实验室配方及性能序号粘土加量处理剂加量（%）泥浆主要性能CPAMQCNa-CMCFCLS石灰KHM漏斗粘度FV(S)塑性粘度Pa·s屈服值.478pa失水量mlpH岩屑回收率%12342%2%1%1%0.20.20.30.30.50.50.50.50.80.80.80.81111－1－－457526330.0270.0360.0110.00812587225.06.411116.56.5111190.695.693.794.0三、溶蚀性地层泥浆

溶蚀性地层以氯化钠盐层最为典型，其他还有钾盐、石膏、芒硝、天然碱等。这类地层又称为水溶性地层，它遇到钻井液中的水，就会发生溶解，使钻井井壁溶蚀掉，其结果经常导致井眼超径、垮塌。对付水溶性地层，主要从两方面入手解决：一是降失水，其原理和方法前面已经介绍过；二是降低钻井液对地层的溶蚀性。在泥浆中加入与地层被溶物相同的物质，使溶解度趋于饱和，就是常用的治理溶蚀的方法。例如在岩盐中钻进，采用盐水泥浆作为钻井液，防塌效果良好。

盐水泥浆是粘土悬浮液中氯化钠含量大于1%，或用咸水（海水）配制的泥浆，它是靠氯化钠的含量较大而促使粘土颗粒适度聚结并用有机保护胶维持此适度聚结的稳定粗分散泥浆体系。盐水泥浆的粘度低，切力小，流动性好，抗盐侵，抑制岩盐地层的溶解，抗粘土侵的能力强，抑制泥页岩水化膨胀，坍塌和剥落的效果好。

深井钻厚层岩盐时，使用CMC—FCLS饱和盐水泥浆，其组成为纯碱1.5%，FCLS1.5%，烧碱（1/5浓度）0.3%，中粘CMC2%。泥浆性能是：比重1.40~1.41，漏斗粘度30~50s，失水量3.5~4ml，泥皮厚0.5mm，pH值9~10，维护时将各种处理剂的混合液与食盐一起加入，混合液的配比是：丹宁:烧碱:CMC:FCLS:纯碱:水=8:16:10:40:10:100。四、硬岩钻进液对于钻进而言，坚硬岩石有以下特点：(1)．由于岩石坚硬，钻进时破碎岩石所需要的消耗大，进尺慢，钻头磨损厉害，容易烧钻，这对钻进是不利之处。(2)．硬岩中钻进多见于地质勘探孔等情况，此时一般孔径较小（小于150MM），而孔深则较大（可达1000M以上），因此钻进液的循环阻力大。(3)．钻进坚硬岩石形成的井壁相对稳定，除了遇到较大的地层破碎带，一般情况下不易发生像土层、泥页岩和砂砾层那样的严重坍塌垮孔。(4)．由于硬岩钻进多采用像金刚石钻头这样的磨削方式碎岩，钻屑颗粒细小，因而悬排钻屑较为容易。用聚丙烯酰胺配制的泥浆种类较多。不仅有主要用于硬岩钻进即以絮凝除碴为主的，也有用于提高泥浆粘度、抑制地层分散等为主的。这里，仅以絮凝除碴为主的聚丙烯酰胺-聚丙烯腈泥浆（双聚泥浆）为例，介绍其具体配方。这种泥浆的主要处理剂是部分水解PAM（写作PHP）分子量在250×104以上，水解度30%左右，起选择性絮凝和护壁防塌作用，用水解聚丙烯腈（HPAN），聚丙烯酸钙（CPA），聚丙烯腈钙（CPAN），低分子量聚丙烯酰胺（LAP）等作为降失水剂。这种泥浆不用分散型处理剂，泥浆粘度低，流动性好，有较好的护壁和除砂效用，失水量中等，可用于一般松软和水敏性地层钻进，其一些配方如表4-7所示。PAM的水解度、分子量和加量这三个关键参数，在不同使用目的下，有不同的要求。对于选择性絮凝，分子量在250~500×104，水解度在30%，加量较低（50~80PPM）为宜；对于完全絮凝，水解度应低于10%，分子量则要大；用于降失水和增粘，应采用分子量较低的（10~20）×104、水解度较高的（60%~80%）的水解PAM；用于井壁稳定应采用高分子量，水解度适中（30%），加量较大（300ppm以上）的水解PAM。表4-7几种双聚泥浆的配方和性能编号泥浆配方泥浆主要性能粘土%纯碱量（占土量）%PHPppmCPAppmHPANppm密度g/cm3漏斗粘度s表观粘度×10-3Pa·s塑性粘度×10-3Pa·s动切力×478PaApl失水量ml泥皮mm篇pH14.762002001.0226159.06.5140.58.524.764002001.022919129120.58.53561001001.032314——20—9456350150*1.0224.4———10.5—95563751251.0225———10.8—9656100100*1.0225.4———11.1—8.5乳状液的配方例子

水：油：乳化剂＝1000：10：1油：机油与柴油混合乳化剂：十二烷基苯磺酸钠、OP－10等五、充气低密度钻井液

泡沫是含有大量气泡的气液分散体系。其中气相是分散相，常压下的体积可高达90%；液相是连续相，一般以水多见，所占的体积较少。因此泡沫的重量比水轻得多。此外，欲形成泡沫还须加入必要的泡沫剂——表面活性剂，才能使气泡形成并均匀地分散在液体中。泡沫剂的加量更少，一般只占液体的1‰～1%。配制泡沫一般是先将泡沫剂溶入到液相中，形成尚未发泡的基液（泡沫液），然后再与空气混合形成泡沫。

特点和适应范围（1）与空气和清水比较，由于泡沫的悬碴能力明显提高，因此可用较低的环空上返流速（仅为空气的3～6%），对井壁的冲蚀大大降低。（2）要求的风量和相应的风压较低（3）与液体钻井液相比可以节约大量用水（仅为液体钻井液的1/10～1/500），可以有效地解决沙漠、高山、寒冻、严重漏失和干旱地区钻进的缺水问题。（4）泡沫比重轻，井内压力小，仅为水的1/20～1/30，特别适于低压地层钻进。（5）泡沫中的表面活性剂具有润滑性，泡沫具有一定的弹性，有利于减轻钻具的振动，减少回转功率消耗，降低钻具的磨损。

（6）泡沫具有一定的吸附性、粘结性和淤塞性，并且由于质量轻而动力惯性小，因此对井壁有较好的保护作用。（7）捕集岩粉效果好，消除了空气钻井时的粉尘污染问题。（8）能防止冻结地层钻进因空气吹洗温度升高而引起的井壁融化坍塌问题。由上可见，泡沫钻井的适应范围较宽，特别适合于在低压地层、缺水环境和寒冻地区使用。但是，泡沫不适应在大涌水、强含水层、非胶结的松散沉积层，以及孔隙压力较高地层中使用。组成及典型配方组成：1、气相：空气、氮气、二氧化碳等；2、液相：水、醇、烃、酸等；3、发泡剂：十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、OP-7、OP-10、OB-2、TA-40等；4、稳泡剂：CMC、HEC和PAM等。配方举例：（1）按重量比在水中加入0.4%的发泡剂ABS、0.4%的稳泡剂CMC和0.4%的稳泡剂PAM，即形成一种简单且成本低的泡沫液。（2）H2O+X•C+FSO+HCHO+F842或TAS形成泡沫液。（3）H2O+田菁粉+预胶化淀粉+HCHO+F872或TAS形成泡沫液。六、无粘土钻井液主要内容羧甲基纤维素钠（Na－CMC）聚丙烯酰胺类淀粉类XC生物聚合物羟乙基纤维素胍尔胶魔芋田菁阿拉伯胶、SM植物胶、LG植物胶、槐豆胶……羧甲基纤维素钠（Na－CMC）纤维素是地球上最为丰富的植物性资源，价格低廉、可降解和对环境无污染的特点使以CMC为代表的纤维素衍生物成为迄今为止用量最大的钻井液处理剂之一。纤维素是由许多环式葡萄糖单元构成的长链高分子化合物，其中使用最多的是钠羧甲基纤维素，其英文名称是carboxymethylcellulosesodium，简称Na-CMC。纯净的钠羧甲基纤维素为白色纤维状粉末，具有吸湿性，溶于水后形成胶状液。它是长期以来国内外广泛使用的一种性能良好的降滤失剂，适用于各种类型的水基钻井液。Na－CMC的化学结构

工业上常根据其水溶液粘度大小，将Na-CMC分为以下三个等级：高粘Na-CMC：在25℃时，1％水溶液的粘度为400～500mPa•s。一般用作低固相钻井液的悬浮剂、封堵剂及增稠剂。其取代度约为0.6～0.65，聚合度大于700。中粘Na-CMC：在25℃时，2％水溶液粘度为50～270mPa•s。用于一般钻井液，既起降滤失作用，又可提高钻井液的粘度。其取代度约为0.8～0.85，聚合度为600左右。低粘Na-CMC：在25℃时，2％的水溶液粘度小于50mPa•s。主要用作加重钻井液的降滤失剂，以免引起粘度过大。其取代度约为0.8～0.9，聚合度为500左右。聚丙烯酰胺（PAM）聚丙烯酰胺（Polyacryamide,简称PAM，分子量高达（103～107），水溶性好，是丙烯酰胺均聚物或与其他单体共聚而得线形聚合物的统称。具有良好的热稳定性。由于结构单元中含有极性基团--酰胺基，易形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性。聚丙烯酰按具有一系列衍生物和多种宝贵性能，广泛用于石油、水处理、造纸、矿冶、建材、纺织、食品加工、医药、农林等领域，具有絮凝、增稠、减阻、凝胶、粘结、阻垢等功能。

聚丙烯酰胺是应用最多的人工合成絮凝剂。其分子链很长，它的酰胺基（---CONH2）可与许多物质亲和、吸附形成氢键，这就使它能在吸附的粒子之间架桥，使数个甚至数十个粒子连接在一起，生成絮团，加速粒子下沉，使它成为最理想的絮凝剂。

完全絮凝与选择性絮凝示意图聚丙烯酰胺的絮凝要理由于其具有极性基--酰胺基，易于借其氢健的作用在泥沙颗粒表面吸附；因其有很长的分子链，大数量级的长链在水中有巨大的吸附表面积，故絮凝作用好，能利用长链在颗粒之间架桥，形成大颗粒的絮凝体，加速沉降；借助于聚丙烯酰胺的絮凝--助凝，在净水处理的泥凝过程中可能发生双电离压缩，使颗粒聚集稳定性降低，在分子引力作用下颗粒结合起来，分散相的简单阴离子可以被聚合物阴离子基团所取代；高分子和天然水组成中的物质和水中悬浮物，或在它之前投加的水解混凝剂的离子之间发生化学相互作用，可能是络合反应；由于分子链固定在不同颗粒的表面上，各个固相颗粒之间形成聚合桥。淀粉类淀粉（Starch）的结构与纤维素相似，也属于碳水化合物，是最早使用的钻井液降滤失剂之一。淀粉从谷物或玉米中分离出来，它在50℃以下不溶于水，温度超过55℃以上开始溶胀，直至形成半透明或胶体溶液。加碱也能使它迅速而有效地溶胀。其化学性质与纤维素类型相似，同样可以进行酯化、醚化、羧甲基化、接枝和交联反应，从而制得一系列改性产品。直链淀粉的化学结构羧甲基淀粉（CMS）降滤失效果好，对塑性粘度影响小，而对动切力影响大，因而有利于携带钻屑。价格便宜，钻盐膏层时，可使钻井液性能稳定，滤失量低，并具有防塌作用。羟丙基淀粉（HPS）对高价阳离子不敏感，抗盐、抗钙污染能力很强。在处理Ca2＋污染的钻井液时，比CMC效果更好。抗温淀粉DFD-140

抗温性能较好，在4％盐水溶液中可以稳定到140℃，在饱和盐水中可到稳定到130℃。XC生物聚合物XC生物聚合物又称黄原胶，是由黄原菌作用于碳水化合物而生成的高分子链状多糖聚合物，相对分子量可高达5×106，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，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。它的另一个显著特点就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，并有利于形成平板层流，使钻井液携带岩屑的能力明显增强。一般认为，XC生物聚合物抗温可达120℃，在140℃温度下也不会完全失效。据报道，国外曾在井底温度为148.9℃的油井中使用过。其抗盐、抗钙能力十分突出，是配置饱和盐水钻井液的常用处理剂之一。

羟乙基纤维素（HEC）羟乙基纤维素（hydroxyethylcellulose），简称HEC，是一种白色或淡黄色、无味、无毒的纤维状或粉末状固体。其化学结构式如图所示。HEC的水溶液能与大多数水溶性胶和水溶性树脂混溶，经共价健或化学健结合得到清晰、均匀的高粘度溶液。可与阿拉伯胶等水溶性树脂互溶，与明胶、淀粉、PVA等部分混溶。其显著特点是在增粘的同时不增加切力，因此在钻井液切力过高致使开泵困难时常被选用。增粘程度一般与时间、温度和含盐量有关，抗温能力可达107～121℃。胍尔胶半乳甘露糖的化学结构胍尔胶主要用于石油开采业，配制成水基压裂液，具有增稠能力强，热稳定性好，抗生物降解，能增加含油地层的渗透性，对提高石油产量有明显效果。胍尔胶胍尔胶是一种天然高聚物。它由胍尔植物种子-胍尔豆中提取。胍尔豆中的胶体含量可达40％，为一年生草本植物，是一种用途广泛的工业原料作物，其种子胚乳含胍尔胶。胍尔胶原粉在常温下的水合物可分为水溶性和水不溶性两部分，水溶性部分主要是半乳甘露聚糖，是工业使用的有效部分，水不溶性部分主要是分子量较大的半乳甘露聚糖、粗纤维和蛋白质等。魔芋葡甘露聚糖是D-葡萄糖和D-甘露糖按1：1.6摩尔比、以β-1,4糖苷键连接形成的。魔芋葡甘露聚糖的化学结构魔芋魔芋（Konjac），也叫蒟蒻，为天南星科魔芋属多年生草本植物，资源十分丰富，主产于长江流域及西南、西北等地。魔芋具有增稠、膨胀、润滑、悬浮、乳化等特性，已被广泛的应用于食品、纺织、医药、地质、造纸和建筑等各个领域。近年来，在石油和地质勘探行业中，魔芋已作为钻井液处理剂和油气水力压裂液胶凝剂，其实验性应用取得显着的成果。田菁田菁（Sdsbaniacnnabina（Retz）Pers）原产于低纬度热带和亚热带沿海地区，适应范围很广，在我国大部分地区都能种植生长，特别是沿海地区产量很大。田菁胶（SesbaniaGum，SG）来源于田菁种子的内胶乳，其主要化学组成是半乳甘露聚糖，分子量约20万左右。田菁半乳甘露聚糖的化学结构化学溶液钻井液表5-1蒟蒻胶液不同交联度时流变特性编号蒟蒻粉浓度(ppm)硼砂浓度(ppm)pH漏斗粘度(s)表观粘度(×10-3Pa·s)塑粘粘度(×10-3Pa·s)屈服值0.478Pa动塑比流型指数(n)稠度系数(K)失水量(ml）13000092511781.140.5520.4863.023000500930141080.800.6170.3445.83300010009461712100.830.6280.4447.04300015009601914100.710.6620.3928.853000200098022.516130.810.6340.58410630002500091202518140.770.6430.58914注：失水量为标准条件下，１个大气压,30分钟的条件下所测得的数据。表5-2聚丙烯酰胺化学溶液的若干配方序号组成含量序号组成含量1PHP300～600ppm4PHP1%FeCl3180～369ppmHPAN0.5%～1.0%2PHP500ppm126乳化剂0.1%水玻璃2000～10000ppm硫酸铵或硝酸铵PHP400～600ppm3PHP500～800ppm水玻璃6～8%1.0%～2.2%KCl2000～10000ppm皂化油0.5%～1.0%KOH0～1000ppm聚乙烯醇0.2%～0.3%注：PHP--部分水解聚丙烯酰胺，HPA--水解聚丙烯腈表5-3聚合物溶液流变特性比较聚合物名称加量(%)流变特性表观粘度(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)动切力(dPa)动塑比蒟蒻0.530.315.5150.892.03田菁*0.543.27.660.5聚丙烯酰胺**0.551.2529213.61.5高粘CMC0.530.52371.850.65低粘CMC0.5109.54.790.10XC-生物聚合物0.513.5579.03.29注：*田菁粉放置时间较久；**聚丙烯酰胺分子量为320×10，水解度为30%。表5-4野生植物胶化学溶液组成和性能序号组成性能蒟蒻(g/L)田菁(g/L)NaOH(g/L)Na2CO3(g/L)FeCl3(g/L)Na2B4O7(g/L)CMC(g/L)水玻璃(ml/L)表观粘度(mPa·s)塑性粘度(mPa·s)动切力(dPa)失水量(ml/30min)150.20.510.58.519.1622.52534523.016.562.316.23510.2161147.926.2440.416.51223.969*541**2591410*注：*为一个大气压的失水，**为KaAl（SO4）2。表5-5不同生物聚合物的特性对比名称溶液中的含量%溶液性能水CrCl3表观粘度(mPa·s)静切力1min/10min(dPa)失水量(ml)pHXC—生物聚合物（美国）99.6—12.515/15＞508.299.40.232.0100/1889.09.0柯尔疆（Кедцан）99.6—1110/10＞508.099.50.236.0102/12012.09.6克萨当（Ксантан）99.6—12.53/3＞507.399.40.23678/93129.25伊斯克拉·英达斯脱利（ИскраИндастри）99.6—102/2＞508.099.40.23096/10513.59.6ЪП-1（苏联）99.6—100/0＞507.499.40.237105/12613.0—注：溶液中生物聚合物均为0.4%表5-6XC131与XC的性能对比生物聚合物含量%溶液性质AVPVYPAV27/AV1312YP/PVXC0.49.127.1242.5512.965.98XC1310.411.247.9251.9413.086.56XC0.511.678.0255.8014.406.96XC1310.513.408.9668.2115.687.61XC0.614.269.1076.8816.938.45XC1310.614.919.5580.8416.908.46注：AV--表观粘度，mPa·s；PV--塑性粘度，mPa·s；YP--屈服值，0.1Pa；AV27和AV1312是RV-2仪剪切速率为27s-1和1312s-1时表观粘度的比值表5-7水玻璃化学溶液的配方冲洗液种类组成含量（%）冲洗液种类组成含量（%）硅酸钠—腐植酸水玻璃2～5硅酸钠—纤维素水玻璃2～5煤碱剂10～15CMC0.3～0.5磺酸皂1.5～2磺酸皂1.5～2硅酸钠—磺酸盐水玻璃2～5硅酸钠—聚丙烯酰胺水玻璃6～8FLCS2～3PHP（水解度30%）200～400ppm磺酸皂1.5～2皂化油0.3七、聚合醇钻井液（GlycolDrillingFluids)PEM浆主要由PF-JLX(水基润滑剂)，PF-WLD(防塌剂)组成。PF-JLX是聚乙二醇低聚物，分子量保持在500～2000左右相宜，是良好的润滑防塌剂。PF-WLD多元醇聚合物是类硅酸盐结构的化学剂，具有很好的抑制性，对井壁稳定有利。这类钻井液具有双保作用(保护井壁，保护油气层)；PF-JLX，PF-WLD，具有良好的兼容配伍性，它对常用的化学Drispac,Antisol，Polydrill,SPNH,Desco,XC,PAM,DFD等均具有很好的配伍性，能很好发挥各自作用；PEM浆无荧光，生物毒性达到环保的要求；PEM具有高温稳定性，可抗粘土侵和钙镁离子的污染，在淡水、海水中均可配制。可代替目前泥浆体系中润滑剂，磺化沥青，白油和KCl四种处理剂。聚合醇钻井液典型配方（1）3~3.5%膨润土浆+0.1~0.4%聚合物包被剂+0.5~1%改性淀粉（或NH4-HPAN）+2~5%JLX。（2）膨润土海水浆+0.25%低粘聚阴离子纤维素+0.2%高粘聚阴离子纤维素+0.2%80A-51+0.9%NH4-HPAN+3%JLX+2%WLD。八、硅酸钾－聚合物钻井液的典型配方与性能(FromSchlumberger)硅酸盐的模数为2.84~3.22，加量为2％～5％，采用CMC或改性淀粉、水解聚丙烯腈、腐植酸类产品等作为稳定剂，并加入适量的降粘剂，其流变性与滤失性能都比较好控制。

SildrilL（硅酸盐），10%byVolDuovis（黄原胶），1.25-1.5PPB(0.36-0.43%)Biocide（杀菌剂），0.15PPB(0.04%)KCl，26.0PPB(7.4%)PolypacUL，3.0-4.0PPB(0.86-1.14%)SodaAsh，0.25-0.5PPB(0.07-0.14%)硅酸盐稳定井壁的机理硅酸盐在水中可形成不同大小的颗粒，颗粒尺寸分布宽，通过吸附、扩散等途径可堵塞井壁裂缝、孔洞，可抑制泥页岩膨胀性和分散性。硅酸根在pH值小于9时，与地层水作用，立即变成硅酸盐凝胶堵塞裂缝孔隙。进入地层的硅酸根离子（SiO32-)与岩石表面或地层水中的Ca2+、Mg2+发生反应生成CaSiO3沉淀，覆盖在岩石表面起封堵作用。四、甲酸盐(formate)钻井液（1）HCOONa和HCOOK饱和溶液的密度分别为1.34g/cm3

和1.60g/cm3，因而所配制的甲酸盐钻井液具有较宽的密度范围。如需更高密度，还可使用甲酸铯（HCOOCs）钻井液，其最高密度可达2.3g/cm3。由于不需另添加膨润土和固体加重材料，因此非常适于配制成无固相或低固相钻井液与完井液。显而易见，该类钻井液与完井液不仅水力特性优良，环空压耗小，有利于提高机械钻速，而且对储层具有很好的保护作用。（2）甲酸盐与常用的聚合物处理剂具有很好的配伍性，并能减缓多种粘度控制剂和降滤失剂在高温高压条件下的水解和氧化降解速度。因此，甲酸盐钻井液可抗高温，并且性能稳定。甲酸盐钻井液（3）甲酸盐为强电解质，因此甲酸盐钻井液对泥页岩水化膨胀、分散有很强的抑制作用，与储层岩石和流体的配伍性好，同时抗盐、抗钙、抗固相污染的能力也明显优于淡水钻井液。（4）甲酸盐水溶液对金属的腐蚀性很弱，对钻具和井下设备、材料基本不会造成损害，从而避免了过去使用NaCl、KCl、CaCl2、CaBr2和ZnBr2等卤化物配制清洁盐水钻井液时带来的腐蚀问题。（5）甲酸盐的毒性极低，并可生物降解。甲酸盐钻井液典型配方

浓度23.2%的HCOONa水溶液+0.15%XC+0.5%JS-3+5%超细CaCO3

常用抗高温钻井液体系及其应用

我国抗高温深井钻井液技术的发展可分为三个阶段：钙处理钻井液磺化（三磺）钻井液聚磺钻井液

磺化钻井液

以SMC、SMP-1、SMT（或SMK）等处理剂配制而成的钻井液。由于以上磺化处理剂均为分散剂，因此磺化钻井液是典型的分散钻井液体系。20世纪70年代后期，四川