钻井液处理剂作用机理1

钻井液配浆材料与处理剂一般来讲，钻井液配浆原材料是指在配浆中用量较大的基本组分，例如膨润 土、水、油和重晶石等。处理剂则是指用于改善和稳定钻井液性能，或为满足钻 井液某种性能需要而加人的化学添加剂。处理剂是钻井液的核心组分，往往很少 的加量就会对钻井液性能产生极大的影响。但配浆原材料与处理剂之间并无严格 的界限，有的文献将配浆原材料也归类在处理剂中。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。第一类分类方法是按其组成分类。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。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、硅酸盐和重铭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。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。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况，将钻井液配浆材料和 处理剂共分为以下“类，艮K1)降滤失剂(Filtration Reducer)； (2)增粘剂(Viscosifier)； 乳化剂(Emulsifier)使油水乳化产生乳状液；(4)页岩抑制剂(Shale inhibitor) ； (5) 堵漏剂(lost Circulation Material) ； (6)降粘剂(Thinner) ； (7)缓蚀剂(Corrosion inhibitor)； (8)粘土类(Clay)； (9)润滑剂(Lubricant)； (10)加重剂(Weighting Agent)； (11)杀菌剂(Bactericide)； (12)消泡剂(Defoamer)； (13)泡沫剂(Foaming Agent)； (14) 絮凝剂(Flocculant)； (15)解卡剂(Pipe-Freeing Agent)； (16)其它类(Others)等。这16类处理剂所起的作用各不相同，但在配制和使用钻井液时，并不同时使 用这些处理剂，而仅仅根据需要使用其中的几种。有时，一种处理剂在钻井液中 同时具有几种作用。例如，有的降失水剂同时兼有增粘或降粘作用，絮凝剂同时 兼有增粘剂的作用等。本章将以上两种分类方法结合起来，除介绍常用的配浆原 材料和无机处理剂外，重点介绍几类重要的有机处理剂，即降粘剂、降滤失剂、 页岩抑制剂、絮凝剂和堵漏剂等。钻井液配浆原材料一、粘土类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。评价膨润土好坏的标准是造 浆率，即每吨膨润土可以配制粘度为15mpas的钻井液的体积数，m3。一般要求 1 t膨润土至少能够配制出粘度为15mpa - s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。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。膨润土在淡水钻井液中具有以下作用：(1)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；(3)对于胶结不良的地层，可改 善井眼的稳定性；(4)防止井漏。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。此外，海泡石还具有一定的酸溶 性(在酸中可溶解60%左右)，因此，在保护油气层的钻井液中，还可用做酸溶性暂 堵剂。在我国，由于目前这几种抗盐粘土的矿源相对较少，因此在钻井液中的应 用尚不普遍。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。 关于有机土的性能及应用将结合油基钻井液再进行讨论。二、加重材料1 .常用的钻井液加重材料加重材料(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。钻井液的常用加重材料有以下几种：(1) 重晶石粉(Barite)重晶石粉是一种以BaSO4为主要成分的天然矿石，经过机械加工后而制成的 灰白色粉末状产品。按照API标准，其密度应达到4.2g/cm3，粉末细度要求通过 200目筛网时的筛余量3.0%。重晶石粉一般用于加重密度不超过2.30 g/cm3的水 基和油基钻井液，它是目前应用最广泛的一种钻井液加重剂。(2) 石灰石粉(Limestone)石灰石粉的主要成分为CaCO3，密度为2.72.9 g/cm3。易与盐酸等无机酸类 发生反应，生成CO2、H2O和可溶性盐，因而适于在非酸敏性而又需进行酸化作 业的产层中使用，以减轻钻井液对产层的损害。但由于其密度较低，一般只能用 于配制密度不超过1. 68 g/cm3 (14ppg)的钻井液和完井液。(3) 铁矿粉(Hematite)和钛铁矿粉(Ilmenite)前者的主要成分为Fe2O3，密度4.95.3 g/cm3；后者的主要成分为TiO2Fe2O3, 密度4.55.1 g/cm3。均为棕色或黑褐色粉末。因它们的密度均大于重晶石，故可用 于配制密度更高的钻井液。如果将某种钻井液加重至某一给定的密度，当选用铁 矿粉时，加重后钻井液中的固相含量(常用体积分数表示)显然要比选用重晶石时低 一些。例如，用密度为4.2 g/cm3的重晶石将某种钻井液加重到2.28 g/cm3,其固相 含量为39.5% ；而使用密度为5.2 g/cm3的铁矿粉将该钻井液加至同样密度时，固 相含量仅为30.0%。加重后固相含量低有利于流变性能的调控和提高钻速。此外， 由于铁矿粉和钛铁矿粉均具有一定的酸溶性，因此可应用于需进行酸化的产层。由于这两种加重材料的硬度约为重晶石的两倍，因此耐研磨，在使用中颗粒 尺寸保持较好，损耗率较低。但另一方面，对钻具、钻头和泥浆泵的磨损也较为 严重。在我国，铁矿粉是用量仅次于重晶石的钻井液加重材料。(4) 方铅矿粉(Galena)方铅矿粉是一种主要成分为PbS的天然矿石粉末，一般呈黑褐色。由于其密 度高达7.47.7 g/cm3，因而可用于配制超高密度钻井液，以控制地层出现异常高 压。由于该加重剂的成本高、货源少，一般仅限于在地层孔隙压力极高的特殊情 况下使用。如我国滇黔桂石油勘探局在官-3井使用方铅矿，配制出密度为3.0g/cm3 的超高密度钻井液。三、配浆水和油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， 是作为分散相，成小颗粒状分散于气中。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， 都是就地取材，但是地区不同水质相差很大，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。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。二氧化碳，气蚀、碳酸因此，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。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，与之对应钻井液饱和盐水钻井液。此外，常将含Ca2+、Mg2+较多的水称为硬水。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，还应考虑油晶的价格和对 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。无机处理剂按钻井液标准委员会制订的分类方法，无机处理剂被划分在其它类。无机处 理剂的数量较多，本节仅介绍较常用的几种。一、常用的无机处理剂1 .纯碱学名碳酸钠(Sodium Carbonate)，又称苏打粉(Soda Ash)，分子式为 Na2CO3。白色粉末，密度为2.5g / cm3，易溶于水。易吸潮结块，注意防潮水溶液呈碱性(pH值为11.5)，在水中容易电离和水解。其中电离和一级水解较强，所以纯碱水溶液中主要 存在Na+、C032、HCO3-和OH-离子，其反应式为：Na2CO3=Na+CO32-CO32-+H2O=HCO3-+OH-纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土，即Ca粘土+Na2CO3Na粘土+CaCO3作用：A.改善粘土的水化分散性能，因此加入适量纯碱可使新浆的滤失量 下降，粘度、切力增大。B. 过量的纯碱会导致粘土颗粒发生聚结，使钻井液性能受到破坏。C. 在钻水泥塞或钻井液受到钙侵时，加入适量纯碱使Ca2+沉淀成 CaCO3,从而使钻井液性能变好，即含羧钠基官能团(一COONa)的有机处理剂在遇 到钙侵(或Ca2+浓度过高)而降低其溶解性时，一般可采用加人适量纯碱的办法恢复 其效能。2 .烧碱烧碱(Caustic Soda)即氢氧化钠(Sodium Hydroxide)，分子式为 NaOH。特性：外观乳白色晶体，密度2.02.2g/cm3,易溶于水，溶解时放出大量的 热。水溶液呈强碱性。烧碱容易吸收空气中的水分和二氧化碳，并与二氧化碳作 用生成碳酸钠，存放时应注意防潮加盖。作用：a.主要用于调节钻井液的pH值；b.与丹宁、褐煤等酸性处理剂一 起配合使用，使之分别转化为丹宁酸钠、腐植酸钠等有效成分c.还可用于控制 钙处理钻井液中Ca2+的浓度等。3 .石灰生石灰即氧化钙(Calcium Oxide),分子式为CaO。吸水后变成熟石灰，即氢氧 化钙 Ca(OH)2 (Calcium Hydroxide)。特性：在水中的溶解度较低，常温下为0.16%，其水溶液呈碱性。并且随温 度升高溶解度降低。作用：a.在钙处理钻井液中，石灰用于提供Ca2+，以控制粘土的水化分散能 力，使之保持在适度絮凝的状态；b.在油包水乳化钻井液中，CaO用于使烷基苯 磺酸钠等乳化剂转化为烷基苯磺酸钙，并调节pH值。注意事项：在高温条件下石灰钻井液可能发生固化反应，使性能不能满足要 求，因此在高温深井中应慎用。此外，石灰还可配成石灰乳堵漏剂封堵漏层。4、石膏石膏的化学名称为 硫酸钙(Calcium Sulfate)，分子式为CaSO4。有熟石膏 (Gypsum，CaS04 2H20)和无水石膏(Anhydrite， CaS04)两种。特性：石膏是白色粉末，密度为2.312.32g/cm3。常温下溶解度较低(约为 0.2%)，但稍大于石灰。40C以前，溶解度随温度升高而增大；40C以后，溶解度 随温度升高而降低。吸湿后结成硬块，存放时应注意防潮。作用：在钙处理钻井液中，石膏与石灰的作用大致相同，都用于提供适量的 Ca2+。其差别在于石膏提供的钙离子浓度比石灰高一些，此外用石膏处理可避免钻 井液的pH值过高。5. 氯化钙氯化钙(Calcium Chloride)的分子式为CaCl2，特性：无水氯化钙的吸水性极强，通常含有六个结晶水。其外观为无色斜方 晶体，密度为1.68 g/cm3，易潮解，且易溶于水(常温下约为75%)。溶解度极大。作用：其溶解度随温度升高而增大。在钻井液中，CaCl2主要用于配制防塌性 能较好的高钙钻井液。用CaCl2处理钻井液时常常引起pH值降低。石灰分类：石膏Ca2+CaCl2 .6 .氯化钠氯化钠(Sodium Chloride)俗名食盐，分子式为NaCl，特性：为白色晶体，常温下密度约为2.20g/cm3。纯晶不易潮解，但含MgCl2 和CaCI2等杂质的工业食盐容易吸潮。常温下在水中的溶解度较大(20C时为36.0g / 100g水)，且随温度升高，溶解 度略有增大。作用：食盐主要用于配制盐水钻井液和饱和盐水钻井液，以防止岩盐井段溶 解，并抑制井壁泥页岩水化膨胀。此外，为保护油气层，还可用于配制无固相清 洁盐水钻井液，或作为水溶性暂堵剂使用。7 .氯化钾氯化钾(Potassium Chloride)的分子式为KCl，特性：外观为白色立方晶体，常温下密度为1.98 g / cm3，熔点为776C。易 溶于水，且溶解度随温度升高而增加。作用：KCl是一种常用的无机盐类页岩抑制剂，具有较强的抑制页岩渗透水化 的能力。若与聚合物配合使用，可配制成具有强抑制性的钾盐聚合物防塌钻井液。 与聚合醇配和使用，能够明显提高聚合醇的防塌能力，另外，钾离子的防塌能力 与阴离子有关。8 .硅酸钠硅酸钠(Sodium Silicate)俗名水玻璃或泡花碱，分子式为Na2O nSiO2，式中n 称为水玻璃的模数，即二氧化硅与氧化钠的分子个数之比。n值越大，碱性越弱。 n值在3以上的称为中性水玻璃，n值在3以下的称为碱性水玻璃。分类：水玻璃通常分为固体水玻璃、水合水玻璃和液体水玻璃等三种。固体 水玻璃与少量水或蒸汽发生水合作用而生成水合水玻璃。水合水玻璃易溶解于水 变为液体水玻璃。液体水玻璃一般为粘稠的半透明液体，随所含杂质不同可以呈 无色、棕黄色或青绿色等。现场使用的水玻璃的密度为1.51.6g/cm3, pH值为11.512，能溶于水和碱 性溶液，能与盐水混溶，可用饱和盐水调节水玻璃的粘度。水玻璃在钻井液中可 以部分水解生成胶态沉淀，其反应式为：Na20 - nSi02 十(y+1)H2OnSiO2 - yH20+十 2NaOH该胶态沉淀可使部分粘土颗粒(或粉砂等)聚沉，从而使钻井液保持较低的固相 含量和密度。水玻璃对泥页岩的水化膨胀有一定的抑制作用，故有较好的防塌性 能。当水玻璃溶液的pH值降至9以下时，整个溶液会变成半固体状的凝胶。其原 因是水玻璃发生缩合作用生成较长的带支键的一 Si-O-Si 一链，这种长链能形成 网状结构而包住溶液中的全部自由水，使体系失去流动性。随着pH值的不同，其 胶凝速度(即调整pH直至形成胶凝所需时间)有很大差别，可以从几秒到几十小时。 利用这一特点，可以将水玻璃与石灰、粘土和烧碱等配成石灰乳堵漏剂，注入已 确定的漏失井段进行胶凝堵漏。因此，水玻璃是一种堵漏剂。此外，水玻璃溶液遇Ca2+、Mg2+和Fe3+等高价阳离子会产生沉淀，与Ca2+的 反应可用下式表示：Ca2+Na20 - nSi02 CaSiO3+ 2Na+所以，用水玻璃配制的钻井液一般抗钙能力较差，也不宜在钙处理钻井液中 使用。但它可在盐水或饱和盐水中使用。研究表明，利用水玻璃这个特点，还可 使裂缝性地层的一些裂缝发生愈合或提高井壁的破裂压力，从而起到化学固壁的 作用。硅酸盐钻井液是最重要的防塌钻井液体系之一，在国内外应用中均取得很好 的效果。配制硅酸盐钻井液的成本较低，且对环境无污染。其井壁稳定机理有以下四个方面：(1) 硅酸盐进入地层孔隙形成三维凝胶结构和不溶沉淀物，快速在井壁处 堵塞泥页岩孔隙和微裂缝，阻止滤液进入地层，同时减少了压力穿透 作用；(2) 硅酸盐抑制泥页岩中粘土矿物的水化膨胀和分散；KCl/聚合物/硅酸 盐体系(代号KPS)各处理剂间的协同作用，使粘土产生脱水而收缩， 使泥页岩的结构强度提高；(3) 硅酸盐可能与泥页岩中的粘土矿物发生反应，生成类似氟石的非晶质 的联结非常致密的新矿物，增强井壁的稳定性；(4) 氯化钠或氯化钾的协同增效作用。可溶性硅酸盐溶液还具有抗腐蚀性 能，能有效地抑制非膨胀粘土矿物悬浮液pH值升高时界面上硅石的 溶解，保持聚结晶体里的晶间凝结力。9.重铬酸钠和重铬酸钾重铭酸钠(Sodium Dichromate)又叫红矶钠，分子式为Na2Cr207 2H20。特性：其外观为红色或橘红色针状晶体，常温下密度为2.35g / cm3，有强氧 化性，易溶于水(25C时溶解度为190g / (100g水)。重铬酸钾(Potassium Dichromate) 又称红矶钾，分子式为K2Cr207。外观为橙红色三斜晶体，常温下密度为2.68g / cm3, 有强氧化性，不潮解，易溶于水(25C时溶解度为96.9g / (100g水)这两种重铭 酸盐的化学性质相似，其水溶液均可发生水解而呈酸性，其化学反应式为Cr2072-+H20(可逆)2Cr042-+2H+加碱时平衡右移，故在碱溶液中主要以Cr042-的形式存在。在钻井液中CrO42 -能与有机处理剂起复杂的氧化还原反应，生成的Cr3+极易吸附在粘土颗粒表面， 又能与多官能团的有机处理剂生成络合物(如木质素磺酸铭、铭腐植酸等)。在抗高 温深井钻井液中，常加入少量重铭酸盐以提高钻井液的热稳定性，有时也用做防 腐剂。但铭酸盐有毒，因而限制了它的广泛使用。10 .酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠酸式焦磷酸钠(Sodium Acid Pyrophosphate)的分子式为 Na2H2P205，代号；SAPP， 无色固体，由磷酸二氢钠加热制得。10%Na2H2P205，水溶液的pH值为14.8。六 偏磷酸钠的分子式为(NaPO3)6。特性：外观为无色玻璃状固体，有较强的吸湿性，易溶于水。在温水中溶解 较快。溶解度随温度升高而增大，10%(NaP03)6水溶液的pH值为6.8。作用：在钻井液技术发展的早期，磷酸盐类处理剂曾经是用于钻井液的主要 稀释剂之一。不仅对高粘土含量引起的絮凝，而且对Ca2+、Mg2+引起的絮凝均有 良好的稀释作用。它们遇较少量Ca2+、Mg2+时，可生成水溶性络离子；遇大量Ca2+、 Mg2+时，可生成钙盐沉淀。Na2H2P207特别对消除水泥和石灰造成的污染有很好的效果，因为用它既能除去Ca2+又能使钻井液的pH值适度降低。磷酸盐类稀释剂的主要缺点是抗温性差，超过80C时稀释性能急剧下降，这 是由于它们在高温下会转化为正磷酸盐，成为一种絮凝剂。因此，一般在深部井 段，应改用抗温性较强的其它类型的稀释剂。正是由于这一原因，近年来该类稀 释剂已较少使用。11.混合金属层状氢氧化物混合金属层状氢氧化物(Mixed Metal Layered Hydroxide Compounds，简称为 MMH)由一种带正电的晶体胶粒所组成，常称为正电胶。目前，其产品有溶胶、浓 胶和胶粉等三种剂型。实验表明，该处理剂对粘土水化有很强的抑制作用，与膨 润土和水所形成的复合体具有独特的流变性能。MMH主要是由二价金属离子和三价金属离子组成的具有类似于水滑石的层 状结构的氢氧化物。胶体粒子呈现出规则的六角片状、四方片状和不规则片状。 层间距：0.77nm，类水美石片厚0.47nm，所以层间通道在0.290.30nm。层间距 与通道的大小与层间的阴离子直径有关。电荷来源：同晶置换和离子交换吸附。同晶置换和晶格取代作用相同，晶 体结构不变，其中部分元素或离子被其它元素或离子所取代的现象。与粘 土颗粒所不同的是，MMH是高价阳离子取代了低价阳离子(主要是三价 阳离子取代二价阳离子)，而粘土则是低价阳离子取代高价阳离子。所以 产生的效果截然相反。离子交换吸附：高pH值时溶液夺取MMH羟基上 的氢而带负电，低pH值时，溶液提供氢粒子而带正电。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，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：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人适量Ca(OH)2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。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CaCI2等无机处理剂时，则会使钻井液的pH值有所下 降。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腊，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。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+：Ca2+十(NaP0 = CaNaPO2-+4Na+3 6 2 3 o-1该反应所生成的络离子CaNa2(PO3)62-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+。对于用褐煤碱液或铁铬木质素磺酸盐等处理的钻井液，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铁铬木质素 磺酸盐的热分解。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。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。以上介绍的是无机处理剂最基本的作用机理，它们之间往往是互相联系的。有机处理剂一、降粘剂降粘剂又称为解絮凝剂(Deflocculants)和稀释剂(Thinners)。钻井液在使用过程 中，常常由于温度升高、盐侵或钙侵、固相含量增加或处理剂失效等原因，使钻 井液形成的网状结构增强，钻井液粘度、切力增加。若粘度、切力过大，则会造 成开泵困难、钻屑难以除去或钻井过程中激动压力过大等现象，严重时会导致各 种井下复杂情况。因此，在钻井液使用和维护过程中，经常需要加入降粘剂，以 降低体系的粘度和切力，使其具有适宜的流变性。钻井液降粘剂的种类很多。根 据其作用机理的不同，可分为两种类型，即分散型稀释剂和聚合物型稀释剂。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 型聚合物降粘剂和低分子聚合物降粘剂等。1、单宁类(1) 单宁的来源和性质单宁(丁,由琳)又称鞣质，是一大类多元酚的衍生物，属于弱有机酸。用天然植物提取、制备的工业用单宁具有以下性质： 为带色的非晶形固体。可溶于水，但不溶于无水乙醇、乙醚、氯仿和 苯等溶剂。 单宁为弱酸(由酚羟基引起)，其水溶液呈酸性。 单宁酸钠在高浓度的NaCl、CaCl2、Na2SO4等无机盐溶液中会发生盐 析或生成沉淀。因此，单宁碱液的抗盐、钙能力较差。 由于丹宁酸含有酯键，在NaOH溶液中易于水解。降粘能力减弱。因 此，丹宁碱液抗温能力在100120C之间，仅用于浅井或中深井。 丹宁分子在水中有缔合现象，且缔合程度随其浓度的增大而增加。 单宁酸在水溶液中也可以发生水解，生成双五倍子酸 或称双没食子酸) 和葡萄糖。双五倍子酸进一步水解，可生成五倍子酸。这些水解的酸性产物在NaOH溶液中生成双五倍子酸钠和五倍子酸钠，统称 为丹宁酸钠或丹宁碱液，即单宁在钻井液中的有效成分，简化符号为NaT。HOHO五倍子酸为了提高单宁酸钠的使用效果，通过单宁与甲醛和亚硫酸钠进行磺甲基化反 应可制备磺甲基丹宁(SMT)。还可再进一步与Na2Cr2O7发生氧化与螯合反应制得磺甲基单宁的铬螯合物。 这两种产品的热稳定性和降粘性能比单宁酸钠有明显提高，抗温可达18020OC。 磺甲基丹宁产品为棕褐色粉末或细颗粒，易溶于水，水溶液呈碱性。在钻井液中 一般加0.5%1%就获得较好的稀释效果。其适用的pH值范围在911之间。抗 Ca2+可达1 000g / 1,而抗盐性较差，当含盐量超过1%时稀释效果就明显下降。(2) 单宁的稀释机理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缘的 A13+处，拆散结构；而剩余的-ONa 和-COONa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，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粒间通过端一面和端一端连接而形成的网架结构， 使粘度和切力下降。因此，单宁类降粘剂主要是通过拆散粘土颗粒网架结构而起降粘作用的。也 就是说，降低的主要是动切力，而对塑性粘度的影响较小。若要降低塑性粘度， 应主要通过加强钻井液固相控制来实现。单宁酸钠的上述稀释机理是具有代表性 的，其它分散型降粘剂的作用机理均与之相似。由于降粘剂主要在粘土颗粒的端面起作用，因此用量一般较少。当加大其用 量时，单宁碱液也会在一定程度上起降滤失的作用。这是由于随着结构的拆散和 粘土颗粒双电层斥力和水化作用的增强，有利于形成更为致密的泥饼。2 .木质素磺酸盐类木质素磺酸盐是木材酸法造纸残留下来的一种废液。通常造纸厂供应的纸浆 废液是一种已浓缩的粘稠的棕黑色液体，其中固体含量约为35 %-50 %，密度为 1.261.30g / cm3。其主要成分为木质素磺酸钠。(1) 铁铬盐的制备及化学组成铁铬木质素磺酸盐俗称铁铬盐，代号为FCLS。它的制备过程是：在纸浆废液 经过发酵提取酒精后，将其浓缩至1.251. 27g / cm3，在60-80C温度下加入预先 配制好的硫酸亚铁和重铭酸钠溶液，在充分搅拌下经氧化、络合反应约2h后，过 滤除去CaSO4，再经喷雾干燥而制得的产品。由于木质素的化学组成和结构相当复杂，到目前为止也尚未完全搞清。但研 究表明，木质素磺酸的主要结构单元可用下式表示：离子一般不易电离出来，因 此不易以单个离子参与粘土颗粒表面的离子交换。(2) 铁铬盐的性质 由于铁格盐分子中有磺酸基，Fe3+和 Cr3+与木质素磺酸盐又形成了相当 稳定的螯合物，所以铁铬盐是一种抗盐、抗钙的有效降粘剂；能用于 淡水、海水和饱和盐水钻井液中，并可用于各种钙处理钻井液中。 因为分子中磺酸基的硫原子直接与碳原子相连，Fe3+和 Cr3+与木质素磺 酸之间有螯合作用(木质素磺酸分子与金属离子络合时，一个分子同时 有两个官能团与同一个离子络合称为螯合)，所以铁铭盐的热稳定性很 高，可以抗150C以上的高温。 铁铭盐的水溶性与其磺化度有关。磺化度越高，水溶性则越大。 铁铭盐具有弱酸性，加入钻井液时会引起钻井液的pH值降低，因此需 配合烧碱使用。一般情况下，应将铁铭盐钻井液的pH值控制在9-11 的范围内。(3) 铁铭盐的稀释机理及现场应用稀释机理包括两个方面：一是在粘土颗粒的断键边缘上形成吸附水化层，从 而削弱粘土颗粒之间的端一面和端一端连接，从而削弱或拆散空间网架结构，致 使钻井液的粘度和切力显著降低；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。在过去相当长的一段时期，以铁铭盐为代表的木质素磺酸盐是国内外使用量 最大的一类降粘剂。室内试验和现场使用经验表明，其抗温、抗盐和抗钙性能均 比单宁酸类降粘剂要强得多。铁铭盐抗温可达150180 C，如果加入少量的Na2Cr2O7或K2Cr2O7可进一步和氯化钙钻井液中。铁铭盐在钻井液中的加量一般为 0.3%1.0%，加量较大时兼有降滤失作用。缺陷：性能优良的降粘剂，其主要缺点有：pH值较高，这是不利于井壁稳 定的；有时容易引起钻井液发泡，因此常需配合使用硬脂酸铝、甘油聚醚等消泡 剂；铁铬盐钻井液的泥饼摩擦系数较高，在深井中使用时往往需要混油或添加一 些润滑剂。还有很重要的一点，即铁铬盐含重金属铬，在制备和使用过程中均会 造成一定的环境污染，对人体健康不利。因此，目前国内外都在致力于研制能够 替代铁铭盐的无铭降粘剂。3.X-40系列降粘剂X40系列降粘剂产品包括XA40及XB40两种。XA40是相对分子质 量较低的聚丙烯酸钠。该处理剂是先在水溶液中经游离基链式聚合制成液态产品，烘干后呈浅蓝色 颗粒或白色粉末。其平均相对分子质量为5 000左右。在钻井液中加量为0.3%时， 可抗0.2%CaSO4和1%NaCl，并可抗150C的高温。XB40是丙烯酸钠与丙烯磺酸钠的相对分子质量较低的共聚物。作用机理：X40系列处理剂的之所以具有较强的稀释作用，主要是由其线 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，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”；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，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。4. XY27分子量：约为2 000的两性离子聚合物稀释剂功能团：阳离子基团、阴离子基团和非离子基团，属于乙烯基单体多元共聚 物。主要特点：既是降粘剂又是页岩抑制剂。与分散型降粘剂相比，加量少（通常 为0.1%0.3%）就能取得更好的降粘效果，同时还有一定的抑制粘土水化膨胀的能 力。XY27经常与两性离子包被剂FA367 （或PMHA-II）及两性离子降滤失剂 J 丁一888等配合使用，构成目前国内广泛使用的两性离子聚合物钻井液体系。同 时，它在其它钻井液体系，包括分散钻井液体系中也能有效地降粘。两性离子聚合物稀释剂还兼有一定的降滤失作用，能同其它类型处理剂互相 兼容，如可以配合使用磺化沥青或磺化酚醛树脂类等处理剂，以改善泥饼质量， 提高封堵效果和抗温能力。降粘机理是：由于在XY27的分子链中引入了阳离子基团，能与粘土发生 离子型吸附，又由于是线性相对分子质量较低的聚合物，故它比高分子聚合物能 更快、更牢固地吸附在粘土颗粒上。而且XY27的特有结构使它与高聚物之间 的交联或络合机会增加，从而使其比阴离子聚合物降粘剂有更好的降粘效果。两性离子降粘剂还具有一定的抑制页岩水化的作用，这是因为分子链中的有 机阳离子基团吸附于粘土表面之后，一方面中和了粘土表面的一部分负电荷，削 弱了粘土的水化作用；另一方面这种特殊分子结构使聚合物链之间更容易发生缔 合，因此，尽管其相对分子质量较低，仍能对粘土颗粒进行包被，不减弱体系抑 制性。此外，分子链中大量水化基团所形成的水化膜，可阻止自由水分子与粘土 表面的接触，并提高粘土颗粒的抗剪切强度。试验表明，在含有FA367的膨润土浆中，只需加入少量XY27,钻井液的 粘度、切力就急剧下降，且滤失量降低，泥饼变得致密。还发现随其加量增加， 钻井液容纳钻屑的能力明显增强。5. 磺化苯乙烯一马来酸酐共聚物磺化苯乙烯一马来酸酉干共聚物（Sulfonated Styrene一Maleic Anhydride Copo一 lymer）是由苯乙烯、马来酸酐、磺化试剂、溶剂（甲苯）、引发剂和链转移剂（硫醇） 通过共聚、磺化和水解后制得的，其代号为SSMA。相对分子质量为1 0005 000， 抗温可达200C以上。它是一种性能优良的抗高温稀释剂，国外已在高温深井中广 泛使用。但这种产品的成本较高，我国应用比较少。6、硅氟类降粘剂和有机硅类稀释剂二、降滤失剂降滤失剂又称为滤失控制剂(Filtration Control Agent)、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，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。降滤失剂是钻井液处理剂的重要剂种，主要分为纤维素类、腐植酸类、丙 烯酸类、淀粉类和树脂类等。由于其品种繁多，下面仅选择每一类中具有代表性 的产品进行介绍。1 .腐植酸类(1)腐植酸的来源及基本组成腐植酸(Hunfic Acid)主要来源于褐煤。褐煤是一种未成熟的煤，燃烧值比较低， 有效成分是腐植酸，好的褐煤腐植酸含量可达7080%。腐植酸结构非常复杂的、相对分子质量不均一。主要功能团：酚羟基、羧酸基、醇羟基、醍基、甲氧基和羰基等，由于分子 量较大，一般难溶于水，但易溶于碱溶液，生成腐植酸钠是作为钻井液降滤失剂 的有效成分。水化作用较强的羧钠基等水化基团，使腐植酸钠不但具有很好的降滤失作用， 还兼有降粘作用。(2) 腐植酸的主要性质腐植酸虽难溶于水，但由于含有羧基和酚羟基，其水溶液仍呈弱酸性。褐煤 与烧碱的反应生成的腐植酸钠易溶于水，但腐植酸钠的含量与所使用的烧碱浓度 有关。烧碱不足，腐植酸不能全部溶解；烧碱过量，又使腐植酸聚结沉淀，反而 使腐植酸钠含量降低。因此，当使用褐煤碱液作降滤失剂时，必须将烧碱的浓度 控制在合适的范围内。由于腐植酸分子的基本骨架是碳链和碳环结构，因此其热稳定性很强。有的 报导说，它在232C的高温下仍能有效地控制淡水钻井液的滤失量。腐植酸钠能与Ca2+生成难溶的腐植酸钙沉淀而失效，所以它不抗盐不抗钙。(3) 常用的腐植酸类降滤失剂褐煤碱液褐煤碱液是褐煤粉加适量烧碱和水配制而成，其有效成分为腐植酸钠。除了 起降滤失作用外，还可兼作降粘剂。现场常用的配方为：褐煤：烧碱：水=15： (13)： (50200)。主要根据褐 煤中腐殖酸的含量确定烧碱加量。褐煤碱液降滤失机理：含有多种官能团的阴离子型大分子腐植酸钠吸附在粘 土颗粒表面形成吸附水化层，同时提高粘土颗粒的电动电位，因而增大颗粒聚结 的机械阻力和静电斥力，提高钻井液的聚结稳定性，使其中的粘土颗粒保持多级 分散状态，并有相对较多的细颗粒，所以能形成致密的泥饼。此外，粘土颗粒上 的吸附水化膜具有堵孔作用，使泥饼更加致密。 硝基腐植酸钠用浓度为3N的稀HNO3与褐煤在4060C下进行氧化和硝化反应，可制得硝 基腐植酸，再用烧碱中和可制得硝基腐植酸钠。制备时，两者的配比为腐植酸： HNO3 = 1： 2。该反应使腐植酸的平均相对分子质量降低，羧基增多，并将硝基引 入分子中。硝基腐植酸钠具有良好的降滤失和降粘作用。其突出特点：一是热稳定性高， 抗温可达200C以上；二是抗盐能力比褐煤碱液明显增强，在含盐20%30%的 情况下仍能有效地控制滤失量和粘度。其抗钙能力也较强，可用于配制不同pH值 的石灰钻井液。 铬腐植酸铭腐植酸是褐煤与重铬酸盐（Na2Cr2O7或K2Cr2O7）反应后的生成物，在80C七 七 I七 七 I以上的温度下，分别发生氧化和螯合两步反应。氧化使腐植酸的亲水性增强，同 时Cr2072- （6价）被还原成Cr3+；然后再与氧化腐植酸或腐植酸进行螯合。增加在 水中的溶解度，其抗盐、抗钙能力也比腐植酸钠强（基本上不抗盐、钙）铭腐植酸既有降滤失作用，又有降粘作用。具有很高的热稳定性和较好的防 塌效果。 磺甲基褐煤褐煤与甲醛、Na2SO3（或 NaHSO3）在pH为911的条件下进行磺甲基化反应， 可制得磺甲基褐煤，其代号为SMC。所得产品进一步用Na2Cr207进行氧化和螯合， 生成的磺甲基腐植酸铭处理效果会更好。磺甲基水化基团，与煤碱剂相比，磺甲基褐煤的降滤失效果更进一步增强。 磺甲基褐煤是我国用于深井的“三磺”处理剂之一。其主要特点是具有很强的热 稳定性，在200230C的高温下能有效地控制淡水钻井液的滤失量和粘度。其缺 点是抗盐效果较差，在200C单独使用时，抗盐不超过3%。但与磺甲基酚醛树脂 配合处理时，抗盐能力可大大提高。（磺甲基酚醛树脂的性能评价过程就需要首先 加入5%SMC，然后加入5%SMK，再加5%SMP，最后再加15%或30%的盐）如果我们用KOH提取腐植酸，或者KOH和NaOH按一定比例配和，则产物 中含有腐殖酸钾，钾离子具有晶格固定作用，因此，井壁稳定能力会大大增强。2 .纤维素类纤维素是由许多环式葡萄糖单元构成的长链状高分子化合物，以纤维素为原 料可以制得一系列钻井液降滤失剂，其中使用最多的是钠羧甲基纤维素（Sodium Carboxy methyl Cellulose），简称CMC和羟乙基纤维素，简称HEC。（1）钠羧甲基纤维素的物理特性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。是一种广泛使用的性能良好的降滤失剂。结构特点和性质在由纤维素制成钠羧甲基纤维素的过程中，除了聚合度明显降低之外，另一 变化是将-CH2COONa （钠羧甲基）通过醚键连接到纤维素的葡萄糖单元上去。通 常将纤维素分子每一葡萄糖单元上的3个羟基中，羟基上的氢被取代而生成醚的 个数称做取代度或酵化度。研究表明，决定钠羧甲基纤维素性质和用途的因素主 要有两个：一是聚合度n，二是取代度d。聚合度是指组成每个钠羧甲基纤维素分子的环式葡萄糖的链节数。聚合度是决定其相对分子质量和水溶液粘度的主要因素。取代度是决定钠羧甲基纤维素的水溶性、抗盐和抗钙能力的主要因素。（3）分类在相同的浓度、温度等条件下，不同聚合度的CMC水溶液的粘度有很大差别。 聚合度越高，其水溶液的粘度越大。工业上常根据其水溶液粘度大小，将CMC分 为三个等级，即：高粘CMC：在25C时，2%水溶液的粘度为400500mpa s。一般用做低固 相钻井液的悬浮剂、封堵剂及增稠剂。其取代度约为0.60.65，聚合度大于700。中粘CMC:在25C时，2%水溶液的粘度为50270mpa 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0.80.85，聚合度 为600左右。低粘CMC:在25C时，2%水溶液粘度小于50mpa s。主要用做加重钻井液 的降滤失剂，以免引起粘度过大。其取代度约为0.80.9，聚合度为500左右。从原理上说，葡萄糖环链节上的三个羟基都可以醚化，但以第一羟基的反应 活性最强。取代度一般用被醚化的羟基数表示，最大值为3。如果两个链节上只有 一个羟基被醚化了，则取代度为0.5。取代度小于0.3时不溶于水，小于0.5时难 溶于水，在0.5以上时水溶性随取代度增加而增大。通常用做钻井液处理剂的CMC 的取代度在0.65-0.85之间。取代度为0.800.85的高水溶性CMC适用于处理高 矿化度钻井液。（4）特性及其影响因素属于阴离子型聚电解质，钠羧甲基纤维素分子中羧钠基（-COONa）上的Na+在 水溶液中易电离，生成带有-COO-基团的长链状的多价阴离子。影响因素：聚电解质水溶液的许多性质与其分子在溶液中的形态有关，容易 受到pH值、无机盐和温度等因素的影响。a. pH 值在CMC的浓度较低时，其水溶液的粘度受pH值的影响较大。在等当点 （pH=8.25）附近，其水溶液粘度最大。因为此时羧钠基上的Na+大多处于离解 状态，-COO-之间的静电斥力使分子链易于伸展，所以表现为粘度较高。当溶 液的pH值过低时，羧钠基(-COONa)将转化为难电离的羧基(-COOH),不利于 链的伸展；当溶液的pH值过高时，-COO-中的电荷受到溶液中大量Na+的屏 蔽作用，使分子链的伸展也受到抑制。因此，过高和过低的pH值都会使CMC 水溶液的粘度有所降低，在使用中应注意保持合适的pH值。b. 无机盐由于外加无机盐中的阳离子阻止-COONa上的Na+解离，因此会降低其水 溶液的粘度。而且，无机盐与CMC的加入顺序对粘度下降的幅度有很大影响。 从实验结果可以看出，若将CMC先溶于水，再加NaCl，则粘度下降的幅度 远远小于先加NaCl，然后再加CMC时下降的幅度。其原因是CMC在纯水中 离解为聚阴离子，-COO互相排斥使分子链呈伸展状态，再者分子中的水化 基团已经充分水化，此时即使加入无机盐，去水化的作用不会十分显著，所 以引起粘度下降的幅度会小些；与此相反，将CMC溶于NaCl溶液时，不仅 Na+会阻止-COONa上的Na+解离，电荷屏蔽作用促使CMC分子链发生卷曲， 而且在盐溶液中，水化基团的水化受到一定限制，分子链的水化膜斥力会有 所削弱，所以随NaCl含量增加，溶液浓度迅速下降。c. 温度随温度升高，CMC水溶液的粘度逐渐降低。这是由于在高温下分子链的溶剂 化作用会明显减弱，使分子链容易变得弯曲。(5) 钠羧甲基纤维素的降滤失机理a. 吸附作用CMC在钻井液中电离生成长链的多价阴离子。其分子链上的羟基和醚氧基 为吸附基团，而羧钠基为水化基团。羟基和醚氧基通过与粘土颗粒表面上的氧形 成氢键或与粘土颗粒断键边缘上的Al3+之间形成配位键使CMC能吸附在粘土 上；而多个羧钠基通过水化使粘土颗粒表面水化膜变厚，粘土颗粒表面电动电位 的绝对值升高，负电量增加，从而阻止粘土颗粒之间因碰撞而聚结成大颗粒(护胶 作用)，并且多个粘土细颗粒会同时吸附在CMC的一条分子链上，形成布满整个 体系的混合网状结构，从而提高了粘土颗粒的聚结稳定性，有利于保持钻井液中 细颗粒的含量，形成致密的滤饼，降低滤失量。b. 提粘和堵塞作用具有高粘度和弹性的吸附水化层对泥饼的堵孔作用和CMC溶液的高粘 度也在一定程度上起降滤失的作用。(6) 改性产品a.提高抗温性在CMC的生产或使用过程中掺人某些抗氧剂。例如常用的有机抗氧剂有乙 醇胺、苯胺、己二胺等，无机抗氧剂有硫化钠、亚硫酸钠、硼砂、水溶性硅酸盐 和硫磺等。这些抗氧剂复配使用可以将CMC的抗温性提高2030C；用甲醛使CMC适度交联以提高其抗温性等。b. 提高抗盐性在CMC分子中引入某些基团。例如，CMC与丙烯腈反应引入氰乙基后，再 加入NaHS03引入磺酸基，所得产品的抗盐能力有明显提高，同时抗温能力也可得 到一定改善。(7) 羟乙基纤维素(HEC)在纤维素分子链上引入羟乙基，增加水溶性，降滤失机理与钠羧甲基纤维素 类似。(8) 纤维素类降粘剂的使用特性降滤失效果明显，同时具有一定增粘作用。 抗盐性较好，特别是羟乙基纤维素可以抗NaCl至饱和，但都不抗钙。抗温性差，高温会使纤维素溶液粘度迅速降低，而且有降解和发酵的趋势， 一般抗温在100120C，加入抗氧剂，能够提高一些。在盐溶液中的粘度和抗温性会大大降低，如羟乙基纤维素在30%的NaCl 溶液中只能抗90C。(9) 其他除CMC外，还有一些其它的纤维素类降滤失剂。如国外产品Drispac是一种 相对分子质量较高的聚阴离子纤维素，容易分散在所有的水基钻井液中，从淡水 直至饱和盐水钻井液均可适用。在低固相聚合物钻井液中，Drispac能够显著地降 低滤失量并减薄泥饼厚度，并对页岩水化具有较强的抑制作用。与传统的CMC相 比，Drispac的抗温性能和抗盐、钙性能都有明显的提高。据报导，在国外Drispac 的使用温度已达到204C。我国研制生产的聚阴离子纤维素，其抗盐、抗钙性能和 增粘、降滤失能力均比CMC有所增强。3 .丙烯酸类聚合物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。制备这类聚 合物的主要原料有丙烯腊、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腊及其盐类、PAC系列产品和丙烯酸盐SK系 列产品。(1)水解聚丙烯腈聚丙烯腊(Polyacrylonitrile)是制造腊纶(人造羊毛)的合成纤维材料，目前用于 钻井液的主要是腊纶废丝经碱水解后的产物，外观为白色粉末，密度1.14-1.15g/ cm3,代号为HPAN。聚丙烯腊是一种由丙烯腊合成的高分子聚合物。它的平均聚合度，大约为2350 (书中为235)3760，一般产品的平均相对 分子质量为12.5万20万。聚丙烯腊不溶于水，不能直接用于处理钻井液。只有 经过水解生成水溶性的水解聚丙烯腊之后，才能在钻井液中起降滤失作用。由于 水解时所用的碱、温度和反应时间不同，最后所得的产物及其性能也会有所差别。在95100C温度下，聚丙烯腊在NaOH溶液中容易发生水解，生成的水解聚 丙烯睛常用代号Na-HPAN表示。水解聚丙烯腊可看做是丙烯酸钠、丙烯酰胺和丙 烯腈的三元共聚物。水解反应后产物中的丙烯酸单元和丙烯酸胺单元的总和与原 料的平均聚合度之比(x+y) /