钻井液第五章

概述概述配浆材料与处理剂发展与分类配浆材料与处理剂发展与分类 随着钻井液体系的不断更新，配浆原材料和处理随着钻井液体系的不断更新，配浆原材料和处理剂的品种也在不断地增加。据统计，剂的品种也在不断地增加。据统计，19721972年我国钻年我国钻井液材料和处理刑总共只有井液材料和处理刑总共只有2121种，种，19751975年以后开始年以后开始取得突破性进展，到取得突破性进展，到19831983年底增至年底增至7676种，种，19931993年增年增加到加到1616类共类共260260种。近几年在各种新型聚合物、正电种。近几年在各种新型聚合物、正电胶和聚合醇等高效处理剂的研究方面胶和聚合醇等高效处理剂的研究方面,又分别取得了又分别取得了新的进展。新的进展。钻井液配浆原材料钻井液配浆原材料：在配浆中用量较大的基本组：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。分，例如膨润土、水、油和重晶石等。配浆材料与处理剂发展与分类配浆材料与处理剂发展与分类 处理剂则是指用于改善和稳定钻井液性能，或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入的化学添加剂。为满足钻井液某种性能需要而加入的化学添加剂。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。对钻井液性能产生极大的影响。1 1）按其组成分类：钻井液原材料、无机处理剂、）按其组成分类：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、碱类等。有机处理剂通又可分为氯化物、硫酸盐、碱类等。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、物。按其化学组分又可分为下列几类：腐植酸类、纤维素类、本质素类、丹宁酸类、沥青类等。纤维素类、本质素类、丹宁酸类、沥青类等。配浆材料与处理剂发展与分类配浆材料与处理剂发展与分类 2 2）按其在钻井液中所起的作用或功能分类：）按其在钻井液中所起的作用或功能分类：(1)(1)降滤失剂；降滤失剂；(2)(2)增粘剂；增粘剂；(3)(3)乳化剂使油水乳乳化剂使油水乳化产生乳状液；化产生乳状液；(4)(4)页岩抑制剂；页岩抑制剂；(5)(5)堵漏剂；堵漏剂；(6)(6)降降粘剂；粘剂；(7)(7)缓蚀剂；缓蚀剂；(8)(8)粘土类；粘土类；(9)(9)润滑剂；润滑剂；(10)(10)加加重剂；重剂；(11)(11)杀菌剂；杀菌剂；(12)(12)消泡剂；消泡剂；(13)(13)泡沫剂；泡沫剂；(14)(14)絮凝剂；絮凝剂；(15)(15)解卡剂；解卡剂；(16)(16)其它类等。其它类等。第一节钻井液配浆原材料第一节钻井液配浆原材料一、粘土类一、粘土类 膨润土是水基钻井液的重要配浆材料。膨润膨润土是水基钻井液的重要配浆材料。膨润土在淡水钻井液中具有以下作用：土在淡水钻井液中具有以下作用：(1)(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)(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)(3)可改善井眼的稳定性；可改善井眼的稳定性；(4)(4)防止井漏。防止井漏。钻井液配浆原材料钻井液配浆原材料一、粘土类一、粘土类 海泡石、凹凸棒石和坡缕缟石是较典型的海泡石、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。在我国，由于水钻井液和饱和盐水钻井液。在我国，由于目前这几种抗盐粘土的矿源相对较少，因此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。在钻井液中的应用尚不普遍。有机土是由膨润土经季胺盐类阳离表面活有机土是由膨润土经季胺盐类阳离表面活性剂处理而制成的亲油膨润土。有机土可以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。液中的膨润土类似。钻井液配浆原材料钻井液配浆原材料二：加重材料二：加重材料 加重材料又称加重剂，由不溶于水的惰性物加重材料又称加重剂，由不溶于水的惰性物质经研磨加工制备而成。为对付高压地层和稳定质经研磨加工制备而成。为对付高压地层和稳定井壁、需将其舔加到钻井液中提高钻井液密度。井壁、需将其舔加到钻井液中提高钻井液密度。加重材料应具备自身密度大，磨损性小，易粉加重材料应具备自身密度大，磨损性小，易粉碎；并且应属于情性物质，既不溶于钻井液，也碎；并且应属于情性物质，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等性能。不与钻井液中的其它组分发生相互作用等性能。钻井液配浆原材料钻井液配浆原材料二：加重材料二：加重材料 钻井液的常用加重材料有以下几种钻井液的常用加重材料有以下几种 重晶石粉重晶石粉(Barite)：是一种以是一种以BaSO4为主要成分为主要成分的天然矿石，经过加工后制成灰白色粉末状产品。的天然矿石，经过加工后制成灰白色粉末状产品。纯品比重为，现场使用一般为。一般用于加重密度纯品比重为，现场使用一般为。一般用于加重密度不超过不超过2.30g/cm3的水基和油基钻井液，它是目前应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。用最广泛的一种钻井液加重剂。为使其具有较好的悬浮性能，一般细度要求为使其具有较好的悬浮性能，一般细度要求99.9%能通过能通过200号筛。号筛。钻井液配浆原材料钻井液配浆原材料二：加重材料二：加重材料 钻井液的常用加重材料有以下几种钻井液的常用加重材料有以下几种 石灰石粉石灰石粉(Limestone)(Limestone)：主要成分为主要成分为CaCOCaCO3 3，纯品，纯品为白色，含杂质时呈灰色或浅黄色，常温比重为，为白色，含杂质时呈灰色或浅黄色，常温比重为，溶于酸。溶于酸。优点：不会堵死油气层，即可采用油井酸化可以优点：不会堵死油气层，即可采用油井酸化可以清除堵塞；清除堵塞；缺点：密度较低，一般只能用于配制密度不超过缺点：密度较低，一般只能用于配制密度不超过1.688g/cm1.688g/cm3 3的钻井液和完井液。的钻井液和完井液。钻井液配浆原材料钻井液配浆原材料二：加重材料二：加重材料 钻井液的常用加重材料有以下几种钻井液的常用加重材料有以下几种 铁矿粉铁矿粉(Hematite)(Hematite)和和钛铁矿粉钛铁矿粉(Ilmenite)(Ilmenite)：前者的主要成分为前者的主要成分为FeFe2 2O O3 3，密度；后者的主要成，密度；后者的主要成分为分为TiOTiO2 2 Fe Fe2 2O O3 3，密度。，密度。优点：由于这两种加重材料的硬度约为重晶石优点：由于这两种加重材料的硬度约为重晶石的两倍，且耐研磨，在使用中颗粒尺寸保持较好，的两倍，且耐研磨，在使用中颗粒尺寸保持较好，损耗率较低；易酸溶。损耗率较低；易酸溶。缺点：对钻具、钻头和泵磨损也较为严重。在缺点：对钻具、钻头和泵磨损也较为严重。在我国，铁矿粉用量仅次于重晶石的钻井液加重材料。我国，铁矿粉用量仅次于重晶石的钻井液加重材料。钻井液配浆原材料钻井液配浆原材料二：加重材料钻井液的常用加重材料有以下几种二：加重材料钻井液的常用加重材料有以下几种 方铅矿粉方铅矿粉（Galena)Galena)：方铅矿为铅灰色有金属光：方铅矿为铅灰色有金属光泽的颗粒或块状，常温比重为，硬度为泽的颗粒或块状，常温比重为，硬度为2-32-3，容易加，容易加工成细粉末。不溶于水和碱，但能溶于酸，是酸溶工成细粉末。不溶于水和碱，但能溶于酸，是酸溶性加重剂。由于比重较高，特备适用于配制超重钻性加重剂。由于比重较高，特备适用于配制超重钻井液，密度达井液，密度达3.0g/cm3.0g/cm3 3。由于该加重剂的成本高、。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。况下使用。加重材料用量的计算加重材料用量的计算 重晶石石为例重晶石石为例,讨论在各种情况下确定加重材讨论在各种情况下确定加重材料用量的方法。料用量的方法。对于某一给定的钻井液，加重前、后的体积对于某一给定的钻井液，加重前、后的体积关系可用下式表示：关系可用下式表示：式中式中V V1 1，V V2 2和和V VB B表示加重前、后的钻井液及重晶表示加重前、后的钻井液及重晶石的体积，石的体积，m mB B和和B B分别为重晶石的质量和密度。与分别为重晶石的质量和密度。与此同时，钻井液在加重前、后的质量关系可表示为：此同时，钻井液在加重前、后的质量关系可表示为：式中，式中，11、22分别为加重前、后的钻井液密度。分别为加重前、后的钻井液密度。211BBBmVVVV(5-1)221 1BVVm(5-2)加重材料用量的计算加重材料用量的计算由式（5-2），求出求出V2V2后，重晶石用量可由下式求得：后，重晶石用量可由下式求得：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。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。这种情况下，首先根据加重后可以容纳的体积这种情况下，首先根据加重后可以容纳的体积V2V2，用下式求出应保留的原浆，用下式求出应保留的原浆的体积：的体积：(5-3)(5-4)2 21 1BmVV将其代入式（5-1）可得到V2的计算式：1212()()BBVV 21()BBmV V 2121()()BBVV(5-5)然后仍用（然后仍用（5-45-4）求出重晶石的用量。）求出重晶石的用量。加重材料用量的计算加重材料用量的计算 例例5-1 5-1 使用重晶石将使用重晶石将200m200m3 3密度为密度为1.32g/cm1.32g/cm3 3的钻井液的钻井液加重至密度为加重至密度为1.38g/cm1.38g/cm3 3，如最终体积无限制时，试求重，如最终体积无限制时，试求重晶石的用量。晶石的用量。解：已知重晶石的密度为解：已知重晶石的密度为4.2g/cm34.2g/cm3，由式（，由式（5-35-3）先求出加重）先求出加重后钻井液的体积：后钻井液的体积：所需重晶石的质量为：所需重晶石的质量为：1212()()(4.21.3 2)2 0 02 0 4.2 5 5(4.21.3 8)BBVV21()(2 0 4.5 52 0 0)(4.2)(1 0 0 0)1 7 8 7 1()BBmVVk g钻井液配浆原材料钻井液配浆原材料三、配浆水三、配浆水 水是配制各种钻井液时不可缺少的基本组分。水是配制各种钻井液时不可缺少的基本组分。室内和现场试验均表明，钻井液的性能与配浆水的室内和现场试验均表明，钻井液的性能与配浆水的水质密切相关。为了节约钻井液成本，配制一般都水质密切相关。为了节约钻井液成本，配制一般都是就地取水。水中含有无机盐类、细菌和气体等对是就地取水。水中含有无机盐类、细菌和气体等对钻井液的性能有很大影响的物质。例如，无机盐会钻井液的性能有很大影响的物质。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导致膨润土的造浆率降低，以及钻井液的滤失量增大；细菌可引起钻井液中的淀粉类处理剂发酵，使大；细菌可引起钻井液中的淀粉类处理剂发酵，使某些聚合物处理剂容易降解等。因此，配制钻井液某些聚合物处理剂容易降解等。因此，配制钻井液时必须预先了解配浆水的水质、不合格的水需经过时必须预先了解配浆水的水质、不合格的水需经过处理后才能使用。处理后才能使用。钻井液配浆原材料钻井液配浆原材料三、配浆油三、配浆油 原油、柴油和低毒矿物油也是配制钻井液时常原油、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，并起降低滤失的原油或柴油，以提高其润滑性能，并起降低滤失量的作用。量的作用。在使用过程中，应注意油品的粘度不宜过高，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影响。其荧光度对油气显示的影响。第二节钻井液无机处理剂第二节钻井液无机处理剂 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，在此仅介被划分在其它类。无机处理剂的数量较多，在此仅介绍较常用的几种。绍较常用的几种。一常用的无机处理剂一常用的无机处理剂 1纯碱纯碱 碳酸钠（碳酸钠（Sodium Carbonate），又称为小苏打粉），又称为小苏打粉（Soda Ash），分子式为），分子式为Na2CO3。无水碳酸钠为白色。无水碳酸钠为白色粉末，密度为粉末，密度为2.5g/cm3，易溶于水，水溶液呈碱性，在，易溶于水，水溶液呈碱性，在空气中易吸潮结成硬块，存放时要注意防潮。纯碱在空气中易吸潮结成硬块，存放时要注意防潮。纯碱在水中容易电离和水解，其反应式如下：水中容易电离和水解，其反应式如下：钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂纯碱在水中容易电离和水解，其反应式如下：纯碱在水中容易电离和水解，其反应式如下：2332CONa2CONa OHHCOOHCO3223 因此，其是一种一级水解较强的电解质，在水因此，其是一种一级水解较强的电解质，在水中主要以中主要以NaNa+、COCO3 32-2-、HCOHCO3 3-以及以及OHOH-的形式存在。的形式存在。纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土，即为钠粘土，即钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 由于上述反应可有效地改善粘土的水化分散性由于上述反应可有效地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。但过量的纯碱会导致粘土颗粒发生度、切力增大。但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。聚结，使钻井液性能受到破坏。此外，在钻水泥塞或钻井液受到钙侵时，加入此外，在钻水泥塞或钻井液受到钙侵时，加入适量纯碱使适量纯碱使CaCa2+2+沉淀成沉淀成CaCOCaCO3 3，从而使钻井液性能变，从而使钻井液性能变好。好。钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 2 2、烧碱、烧碱 烧碱即氢氧化钠分子式为烧碱即氢氧化钠分子式为NaOHNaOH。其外观为乳白色。其外观为乳白色晶体，密度为晶体，密度为3 3，易溶于水，溶解时放出大量的热。溶，易溶于水，溶解时放出大量的热。溶解度随温度升高而增大，水溶液呈强碱性。烧碱容易解度随温度升高而增大，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。成碳酸钠，存放时应注意防潮加盖。烧碱主要用于调节钻井液的烧碱主要用于调节钻井液的PHPH值；与丹宁、褐煤等值；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、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。还可用于控制钙处理钻井液中腐植酸钠等有效成分。还可用于控制钙处理钻井液中CaCa2+2+的浓度等。的浓度等。钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 3 3石灰石灰 生石灰即氧化钙，分子式为生石灰即氧化钙，分子式为CaOCaO，吸水后变，吸水后变Ca(OH)Ca(OH)2 2。CaOCaO在溶解度低，其水溶液呈碱姓，随温度在溶解度低，其水溶液呈碱姓，随温度升高，溶解度降低。升高，溶解度降低。在钙处理钻井液中，石灰用于提供在钙处理钻井液中，石灰用于提供CaCa2+2+，以控制，以控制粘土的水化分散能力，使之保持在适度絮凝的状态；粘土的水化分散能力，使之保持在适度絮凝的状态；在油包水乳化钻井液中，在油包水乳化钻井液中，CaOCaO用于使烷基苯磺酸钠用于使烷基苯磺酸钠等乳化剂转化为烷基苯磺酸钙，并调节等乳化剂转化为烷基苯磺酸钙，并调节pHpH值。值。但需注意，在高温条件下石灰钻井液可能发生固但需注意，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调剂封堵漏层。慎用。此外，石灰还可配成石灰乳堵调剂封堵漏层。4 4石膏石膏 石膏的化学名称为硫酸钙，分子式为石膏的化学名称为硫酸钙，分子式为CaSOCaSO4 4。吸湿。吸湿后结成硬块，存放时应注意防潮。后结成硬块，存放时应注意防潮。在钙处理钻井液在钙处理钻井液中，石膏与石灰的作用大致相同，都用于提供适量中，石膏与石灰的作用大致相同，都用于提供适量的的CaCa2+2+。其差别在于石膏提供的钙离于浓度比石灰高。其差别在于石膏提供的钙离于浓度比石灰高一些，此外用石膏处理可避免钻井液的一些，此外用石膏处理可避免钻井液的PHPH值过高。值过高。钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 5 5氯化钙氯化钙 氯化钙的分子式力氯化钙的分子式力CaClCaCl2 2，通常含有六个结晶水。，通常含有六个结晶水。其外观为无色斜方晶体、密度为其外观为无色斜方晶体、密度为1.688g/cm1.688g/cm3 3，易潮解，易潮解，且易溶于水且易溶于水(常温下约为常温下约为7575)。其溶解度随温度升高而增大。在钻井液中，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处理钻井液时常常引起PHPH值降低。值降低。钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 6 6氯化钠氯化钠 氯化钠俗名食盐，分子式为氯化钠俗名食盐，分子式为NaClNaCl，为白色晶体，为白色晶体，常温下密度约为常温下密度约为2.20g/cm2.20g/cm3 3。食盐主要用于配制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。为水溶性暂堵剂使用。7 7氯化钾氯化钾 氯化钾的分子式为氯化钾的分子式为KClKCl，外观为白色立方晶体，外观为白色立方晶体，常温下密度为常温下密度为1.98g/cm1.98g/cm3 3，熔点为，熔点为776776，易溶于水，易溶于水，且溶解度随温度升高而增加。且溶解度随温度升高而增加。KClKCl是一种常用的无机盐类页岩抑制剂，具有较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。与聚合物配合使用、强的抑制页岩渗透水化的能力。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。可配制成具有强抑制性的钾盐聚合物防塌钻井液。钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 8 8硅酸钠硅酸钠 硅酸钠俗名水玻璃或泡花碱。分子式为硅酸钠俗名水玻璃或泡花碱。分子式为NaNa2 2O.nSiOO.nSiO2 2，式中，式中n 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。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 n值值越大、碱性越弱。越大、碱性越弱。n n值在值在3 3以上的称为中性水玻璃，以上的称为中性水玻璃，n n值在值在3 3以下以下的称为碱性水玻璃。的称为碱性水玻璃。水玻璃通常分为固体水玻璃、水合水玻璃和液体水玻璃。水玻璃通常分为固体水玻璃、水合水玻璃和液体水玻璃。现场使用的水玻璃的密度为现场使用的水玻璃的密度为1.51.51.68g/cm1.68g/cm3 3，PHPH值为值为11.511.51212，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：反应式为：钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂该胶态沉淀可使部分粘土颗粒该胶态沉淀可使部分粘土颗粒(或粉砂等或粉砂等)聚沉，从聚沉，从而使钻井液保持较低的固相含量和密度。水玻璃对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。防塌性能。水玻璃溶液水玻璃溶液PHPH值为值为9 9以下时，溶液会变成半固体以下时，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的带支键的-SiOSi-SiOSi-链，这种长链能形成网状结链，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。构而包住溶液中的全部自由水，使体系失去流动性。随着随着PHPH值的不同，其胶凝速度差别很大。因此，可值的不同，其胶凝速度差别很大。因此，可以用水玻璃与石灰、粘土和烧碱等配成石灰乳堵漏以用水玻璃与石灰、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，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。水玻璃是一种堵漏剂。此外，水玻璃溶液遇此外，水玻璃溶液遇CaCa2+2+、MgMg2+2+和和FeFe3+3+等高价阳等高价阳离子会产生沉淀，与离子会产生沉淀，与CaCa2+2+的反应可用下式表示：的反应可用下式表示：钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 所以，用水玻璃配制的钻井液一般抗钙能力较所以，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，还可使裂点，还可使裂缝缝性地层的一些裂缝发生愈合或提高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。井壁的破裂压力，从而起到化学固壁的作用。硅酸盐钻井液是防塌钻井液的类型之一，在国硅酸盐钻井液是防塌钻井液的类型之一，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。的成本较低，且对环境无污染。钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂9 9重铬酸钠和重铬酸钾重铬酸钠和重铬酸钾 两种重铬酸盐的化学性质相似，其水溶液均可发生水解而呈两种重铬酸盐的化学性质相似，其水溶液均可发生水解而呈酸性，其化学反应式为酸性，其化学反应式为 在钻井液中在钻井液中Cr0Cr04 42-2-能与有机处理剂起复杂的氧化还原反能与有机处理剂起复杂的氧化还原反应，生成的应，生成的CrCr3+3+极易吸附在粘土颗粒表面，又能与多官能团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的有机处理剂生成络合物(如木质素磺酸铬、铬腐植酸答如木质素磺酸铬、铬腐植酸答)。在抗高温深井钻井液中，常加入少量重铬酸盐以提高钻井在抗高温深井钻井液中，常加入少量重铬酸盐以提高钻井液的热稳定性，有时也用做防腐剂。但铬酸盐有毒，因而液的热稳定性，有时也用做防腐剂。但铬酸盐有毒，因而限制了它的广泛使用。限制了它的广泛使用。钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 10 10酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠酸酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠酸 酸式酸式焦磷酸钠的分子式为焦磷酸钠的分子式为NaNa2 2H H2 2P P2 2O O7 7，代号，代号SAPPSAPP，无色固体，由磷酸二氢钠加热制得。无色固体，由磷酸二氢钠加热制得。六偏磷酸钠的分子式为六偏磷酸钠的分子式为(NaPO(NaPO3 3)6 6。外观为无色。外观为无色玻璃状固体，有较强的吸湿性，易溶于水。在温水玻璃状固体，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。中溶解较快。溶解度随温度升高而增大。为早期使用的主要稀释剂之一。对高粘土含量、为早期使用的主要稀释剂之一。对高粘土含量、CaCa2+2+、MgMg2+2+引起的絮凝有良好的稀释作用。主要利用引起的絮凝有良好的稀释作用。主要利用络合与沉淀机理其作用，对消除水泥和石灰造成的络合与沉淀机理其作用，对消除水泥和石灰造成的污染有很好的效果，能使钻井液的污染有很好的效果，能使钻井液的pHpH值适度降低。值适度降低。钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂磷酸盐类稀释剂的主要缺点是抗温性差。超过磷酸盐类稀释剂的主要缺点是抗温性差。超过8080度稀释性能急剧下降，这是出于它们在高温下会度稀释性能急剧下降，这是出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释剂。正是由于这一原因近年来该类稀释剂已较少使用。较少使用。钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂 11 11混合金属层状氢氧化物混合金属层状氢氧化物 混合金属层状氢氧化物，简称为混合金属层状氢氧化物，简称为MMHMMH，由一种，由一种带正电的晶体胶粒所组成，常称为正电胶。目前，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。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作用，与膨润土和水所形成的复合体具有独特的流变性能。变性能。MMHMMH化学组成、晶体结构、抑制页岩水化的化学组成、晶体结构、抑制页岩水化的机理、以及在钻井液中的应用等将在第六章阐述。机理、以及在钻井液中的应用等将在第六章阐述。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 1 1、离子交换吸附、离子交换吸附 主要是粘土颗粒表面的主要是粘土颗粒表面的NaNa+与与CaCa2+2+之间的交换。例之间的交换。例如，在配制预水化膨润土浆时、常加入适量如，在配制预水化膨润土浆时、常加入适量NaNa2 2COCO3 3。其目的是，通过其目的是，通过NaNa+浓度的增加，使之能够与钙蒙脱土浓度的增加，使之能够与钙蒙脱土颗粒表面的颗粒表面的CaCa2+2+发生交换，从而使粘土的水化和造浆发生交换，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、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，若在分散钻井液中切力升高，滤失量降低；相反地，若在分散钻井液中加入加入Ca(OH)Ca(OH)2 2和和CaSOCaSO4 4等处理剂，随滤液中等处理剂，随滤液中CaCa2+2+浓度的提浓度的提高，一部分高，一部分CaCa2+2+会与吸附在粘土颗粒上的会与吸附在粘土颗粒上的NaNa+发生交换，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。控制粘土的水化与分散。无机处理剂在钻井液中的作用机理无机处理剂在钻井液中的作用机理 2 2调控钻井液的调控钻井液的pHpH值值 每种在钻井液体系均有其合理的每种在钻井液体系均有其合理的pHpH值范围。然值范围。然而在钻进过程中，钻井液的而在钻进过程中，钻井液的PHPH值会因发生盐侵、盐值会因发生盐侵、盐水侵、水泥侵和井壁吸附等各种原因而发生变化，水侵、水泥侵和井壁吸附等各种原因而发生变化，其中其中pHpH值趋于下降的情况更为常见。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，应随时对因此，为了使钻井液性能保持稳定，应随时对pHpH值进行调整。添加适量的烧碱等无机处理剂是提值进行调整。添加适量的烧碱等无机处理剂是提高高PHPH值的最简单的方法。值的最简单的方法。无机处理剂在钻井液中的作用机理无机处理剂在钻井液中的作用机理 3 3沉淀作用沉淀作用 CaCa2+2+或或MgMg2+2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，破坏钻井液的性能。此时，可先加入适量烧散能力，破坏钻井液的性能。此时，可先加入适量烧碱除去碱除去MgMg2+2+，然后用适量纯碱除去，然后用适量纯碱除去CaCa2+2+。这种沉淀作用还可用来使因受到污染而失效的有这种沉淀作用还可用来使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酸，机处理剂恢复其作用。例如褐煤碱液和水解聚丙烯酸，如受钙侵会分别生成难溶于水的腐植酸钙和聚丙烯酸如受钙侵会分别生成难溶于水的腐植酸钙和聚丙烯酸钙。加入适量纯碱，可使处理剂的钙盐重新转变为钠钙。加入适量纯碱，可使处理剂的钙盐重新转变为钠盐，恢复其作用效果。这是由于所生成的盐，恢复其作用效果。这是由于所生成的CaCOCaCO3 3的溶解的溶解度比腐植酸钙和聚丙烯酸钙的溶解度小得多。度比腐植酸钙和聚丙烯酸钙的溶解度小得多。4 4 络合作用络合作用 利用某些无机处理剂的络合作用，可以有效除去钻井液的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钙，通过下面的络合反应除去Ca2+Ca2+（NaPO3)6=CaNa2(PO3)62-+4Na+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Ca2+无机处理剂在钻井液中的作用机理无机处理剂在钻井液中的作用机理无机处理剂在钻井液中的作用机理无机处理剂在钻井液中的作用机理、与有机处理剂生成可溶性盐、与有机处理剂生成可溶性盐 丹宁、腐植酸等有机处理剂在水中溶解度很小，不易吸丹宁、腐植酸等有机处理剂在水中溶解度很小，不易吸附在粘土颗粒上，因此不能发挥其效能。加入适量烧碱，可转附在粘土颗粒上，因此不能发挥其效能。加入适量烧碱，可转化为可溶性盐，才能充分发挥其效能。化为可溶性盐，才能充分发挥其效能。6抑制溶解的作用抑制溶解的作用 在钻遇岩盐和石膏地层时，常使用盐水钻井液、饱在钻遇岩盐和石膏地层时，常使用盐水钻井液、饱和盐水和石膏处理的钻井液；其目的一是为了增强钻和盐水和石膏处理的钻井液；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。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们之间往往是互相联系的第三节钻井液有机处理剂第三节钻井液有机处理剂 一、降粘剂一、降粘剂 降粘剂又称为解絮凝别和稀释剂。钻井液常常降粘剂又称为解絮凝别和稀释剂。钻井液常常由于温度升高、盐慢或钙侵、固相含量增加或处理由于温度升高、盐慢或钙侵、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、切力增加井液粘度、切力增加,进而会造成开泵困难、钻屑进而会造成开泵困难、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。的粘度和切力，使其具有适宜的流变性。钻井液有机处理剂钻井液有机处理剂 钻井液降钻剂的种类很多。根据其作用机理钻井液降钻剂的种类很多。根据其作用机理的不同，可分为两种类型：分散型稀释剂和聚合的不同，可分为两种类型：分散型稀释剂和聚合物型稀释剂。物型稀释剂。分散型稀释剂：丹宁类和木质素磺酸盐类；分散型稀释剂：丹宁类和木质素磺酸盐类；聚合物型稀释剂：共聚型聚合物降粘剂和低分聚合物型稀释剂：共聚型聚合物降粘剂和低分子聚合物降粘剂等。子聚合物降粘剂等。单宁类降粘剂单宁类降粘剂(1)(1)单宁的来源和性质单宁的来源和性质 单宁存在于植物的根、芝、叶、皮、果壳和果实单宁存在于植物的根、芝、叶、皮、果壳和果实中，是多元酚衍生物，属于弱有机酸。中，是多元酚衍生物，属于弱有机酸。带色的非晶形固体，可溶于水、也部分溶于丙带色的非晶形固体，可溶于水、也部分溶于丙酮、甘油和乙酸乙酯等溶剂，但不溶于无水乙醇、乙酮、甘油和乙酸乙酯等溶剂，但不溶于无水乙醇、乙醚、氯仿和苯等溶剂。醚、氯仿和苯等溶剂。单宁水溶液液呈酸性，味苦涩，与强酸反应时单宁水溶液液呈酸性，味苦涩，与强酸反应时会使单宁沉淀。会使单宁沉淀。单宁酸钠在高浓度单宁酸钠在高浓度NaCl、CaCl2等无机盐溶液中等无机盐溶液中会发生盐析或沉淀；抗盐、钙能力较差。会发生盐析或沉淀；抗盐、钙能力较差。单宁类降粘剂单宁类降粘剂(1)单宁的来源和性质单宁的来源和性质 由于丹宁酸含有酯键，在由于丹宁酸含有酯键，在NaOH溶液个易于水溶液个易于水解。抗高温性能差。解。抗高温性能差。丹宁分子在水中有缔合现象，且缔合程度随其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。浓度的增大而增加。单宁酸在水溶液中也可以发生水解，生成双五单宁酸在水溶液中也可以发生水解，生成双五倍子酸倍子酸(或称双没食子酸或称双没食子酸)和葡萄搪。双五倍子酸进一和葡萄搪。双五倍子酸进一步水解，可生成五倍子酸。步水解，可生成五倍子酸。单宁酸在水溶液中水解单宁酸在水溶液中水解单宁类降粘剂单宁类降粘剂单宁类降粘剂单宁类降粘剂 为了提高单宁酸钠的使用效果，通过单宁与甲醛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和亚硫酸钠进行磺甲基化反应可制备磺甲基丹宁(SMT)(SMT)。还可再进一步与。还可再进一步与NaNa2 2CrCr2 2O O7 7，发生氧化与螯合，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，抗温达稳定性和降粘性能比单宁酸钠有明显提高，抗温达180180一一200200。磺甲基丹宁为棕褐色粉末或细颗粒，。磺甲基丹宁为棕褐色粉末或细颗粒，易溶于水，水溶液呈碱性。在一般加易溶于水，水溶液呈碱性。在一般加0.0.-1-1就就获得较好的稀释效果。然而抗盐性较差，当含盐量获得较好的稀释效果。然而抗盐性较差，当含盐量超过超过1 1时稀释效果就明显下降。时稀释效果就明显下降。单宁的稀释机理单宁的稀释机理单宁类降粘剂的作用机理是：单宁酸钠苯环上相邻的双酚羟基可单宁类降粘剂的作用机理是：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通过配位键吸附在粘土颗粒断键边缘的AlAl3+3+处，如下图：处，如下图：剩余的剩余的ONaONa和和COONaCOONa均为水化基，均为水化基，它们又能给粘土颗粒带来较多的负电荷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，从而拆散和削斥力和水化膜厚度增加，从而拆散和削弱了粘土颗粒问通过端弱了粘土颗粒问通过端面和端面和端端连端连接而形成的网架结构，使粘度和切力下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降。因此，单宁类降粘剂主要是通过拆散结构而起到降粘作用。也就是说，降散结构而起到降粘作用。也就是说，降低的主要是动切力，而对塑性粘度的影低的主要是动切力，而对塑性粘度的影响较小。响较小。单宁的稀释机理单宁的稀释机理 由于降粘剂主要在粘土颗粒的端面起作用，由于降粘剂主要在粘土颗粒的端面起作用，因此与降滤失剂相比，其用量一般较少。当加大因此与降滤失剂相比，其用量一般较少。当加大其用量时，单宁碱液也会在其用量时，单宁碱液也会在定程度上起降滤失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，有利于形成更为致电层斥力和水化作用的增强，有利于形成更为致密的泥饼。密的泥饼。木质素磺酸盐类降粘剂木质素磺酸盐类降粘剂 木质素磺酸盐是木材酸法造纸残留下来的一种木质素磺酸盐是木材酸法造纸残留下来的一种废液。由于木质素的化学组成和结构相当复杂，到废液。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：酸的主要结构单元可用下式表示：木质素磺酸盐类降粘剂木质素磺酸盐类降粘剂按照这种结构单元，铁铬盐的主要结构可表示为按照这种结构单元，铁铬盐的主要结构可表示为 这种带有螯环结构的这种带有螯环结构的内络合物内络合物(又称又称螯螯合物合物)有很好的稳定性，其中有很好的稳定性，其中的中心离子一般不易电的中心离子一般不易电离出来，因此不易以单离出来，因此不易以单个离子参与粘土颗粒表个离子参与粘土颗粒表面的离子交换。面的离子交换。木质素磺酸铁铬盐的性质木质素磺酸铁铬盐的性质 由于铁铬盐分子中有磺酸基，与由于铁铬盐分子中有磺酸基，与FeFe3+3+和和CrCr3+3+又形又形成了相当稳定的螯合物，所以是一种抗盐、抗钙的成了相当稳定的螯合物，所以是一种抗盐、抗钙的有效降粘剂；能用于淡水、海水和饱和盐水钻井液有效降粘剂；能用于淡水、海水和饱和盐水钻井液中，且可用于各种钙处理钻井液中。中，且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，因为分子中磺酸基的硫原子直接与碳原子相连，FeFe3+3+和和CrCr3+3+与木质素磺酸之间有螯合作用，所以铁铬与木质素磺酸之间有螯合作用，所以铁铬盐的热稳定性很高，可以抗盐的热稳定性很高，可以抗150150以上的高温。以上的高温。木质素磺酸铁铬盐的性质木质素磺酸铁铬盐的性质 铁铬盐的水溶性与其磺化度有关。磺化度铁铬盐的水溶性与其磺化度有关。磺化度越高，水溶性则越大。越高，水溶性则越大。铁铬盐具有弱酸性，加入钻井液时会引起铁铬盐具有弱酸性，加入钻井液时会引起钻井液的钻井液的pHpH使降低，因此需配合烧碱使用。一般使降低，因此需配合烧碱使用。一般情况下，应将铁铬盐钻井液的情况下，应将铁铬盐钻井液的PHPH值控制在值控制在9 9一一1111的范围。的范围。铁铬盐的稀释机理及现场应用铁铬盐的稀释机理及现场应用 铁铬盐稀释机理包括两个方面：铁铬盐稀释机理包括两个方面：1 1、在粘土颗粒的断键边缘上形成吸附水化层，、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从而削弱粘土颗粒之间的端面和端面和端端连接，从端连接，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；切力显著降低；2 2、铁铬盐分子在泥页岩上的吸附，有抑制其水、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。止泥页岩造浆所引起的钻井液粘度和切力上升。铁铬盐的稀释机理及现场应用铁铬盐的稀释机理及现场应用 尽管铁铬盐是一种性能优良的降粘剂，但也尽管铁铬盐是一种性能优良的降粘剂，但也存在着某些不足。存在着某些不足。1 1、使用时要求钻井液的、使用时要求钻井液的pHpH值保持较高，不利值保持较高，不利于井壁稳定的；于井壁稳定的；2 2、容易引起钻井液发泡；、容易引起钻井液发泡；3 3、铁铬盐钻井液的泥饼摩擦系数较高，在深、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。井中使用时往往需要混油或添加一些润滑剂。4 4、铁铬盐含重金属铬，在制备和使用时均会、铁铬盐含重金属铬，在制备和使用时均会造成一定的环境污染，对人体健康不利。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因此，目前国内外都在致力于研制能够替代铁铬盐的无铬降粘剂。铁铬盐的无铬降粘剂。聚合物型降粘剂聚合物型降粘剂 除上述分散型降粘剂外，近年来还研制出多除上述分散型降粘剂外，近年来还研制出多种聚合物型降粘剂。聚合物型降钻剂主要是相对种聚合物型降粘剂。聚合物型降钻剂主要是相对分子质量较低的丙烯酰胺类或丙烯酸类聚合物，分子质量较低的丙烯酰胺类或丙烯酸类聚合物，主要用于聚合物钻井液。主要用于聚合物钻井液。聚合物型降粘剂聚合物型降粘剂研制聚合物型降粘剂出自以下两个原因：研制聚合物型降粘剂出自以下两个原因：1 1、常规的分散型降粘剂只能有效地降低钻井液、常规的分散型降粘剂只能有效地降低钻井液的动切力的动切力(即所谓结构粘度即所谓结构粘度)，而不能使塑性粘度降，而不能使塑性粘度降低，导致钻井液的动塑比减小；低，导致钻井液的动塑比减小；2 2、某些分散型降粘剂还会使钻井液抑制钻屑分、某些分散型降粘剂还会使钻井液抑制钻屑分散的能力削弱；而聚合物型降粘剂能使动切力、塑散的能力削弱；而聚合物型降粘剂能使动切力、塑性粘度同时降低，与此同时还能增强钻井液抑制地性粘度同时降低，与此同时还能增强钻井液抑制地层造浆的能力、从而可为聚合物钻井液真正实现低层造浆的能力、从而可为聚合物钻井液真正实现低固相和不分散创造条件。下面仅介绍几种比较重要固相和不分散创造条件。下面仅介绍几种比较重要的聚合物降粘剂：的聚合物降粘剂：聚合物聚合物X40X40系列降粘剂系列降粘剂 X40 X40系列处理剂稀释机理：系列处理剂稀释机理：主要是由于其线型结构、低相对分子质量及强主要是由于其线型结构、低相对分子质量及强阴离子基团所决定的。阴离子基团所决定的。1 1、由于其分子量低，可通过氢键优先吸附在、由于其分子量低，可通过氢键优先吸附在粘上颗粒上，顶替已吸附在粘土颗粒上的高分子聚粘上颗粒上，顶替已吸附在粘土颗粒上的高分子聚合物，拆散了高聚物与粘土颗粒之间形成的合物，拆散了高聚物与粘土颗粒之间形成的”桥接桥接网架结构网架结构”；2 2、低分子量的降粘剂与高分子主体聚合物交、低分子量的降粘剂与高分子主体聚合物交联，阻碍了聚合物与粘土之间网架结构的形成，达联，阻碍了聚合物与粘土之间网架结构的形成，达到降低粘度和切力的目的。但若相对分子质量过高，到降低粘度和切力的目的。但若相对分子质量过高，反而会使粘度、切力增加，反而会使粘度、切力增加，聚合物聚合物XY27XY27两性离子聚合物稀释剂两性离子聚合物稀释剂 XY27 XY27是相对分子质量约为是相对分子质量约为20002000的两性离子聚的两性离子聚合物稀释剂。分子链中同时含有阳离子基团、阴离合物稀释剂。分子链中同时含有阳离子基团、阴离子基团和非离子基团，属于乙烯基单体多元共聚物。子基团和非离子基团，属于乙烯基单体多元共聚物。其主要特点是，既是降粘剂又是页岩抑制剂。其主要特点是，既是降粘剂又是页岩抑制剂。两性离子聚合物降粘剂的降粘机理是：两性离子聚合物降粘剂的降粘机理是：1 1、在、在XY27XY27的分子链中引入了阳离子基团，能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。牢固地吸附在粘土颗粒上。2 2、XY27XY27特有结构，与高聚物之间的交联或络特有结构，与高聚物之间的交联或络合机会增加，比阴离子聚合物降粘剂降粘效果更好。合机会增加，比阴离子聚合物降粘剂降粘效果更好。磺化苯乙烯磺化苯乙烯马来酸酐共聚物马来酸酐共聚物 磺化苯乙烯磺化苯乙烯马来酸酐共聚物马来酸酐共聚物 磺化苯乙烯磺化苯乙烯马来酸酐共聚物：马来酸酐共聚物：是由苯乙烯、是由苯乙烯、马来酸酐、磺化试剂、溶剂马来酸酐、磺化试剂、溶剂(甲苯甲苯)、引发剂和链、引发剂和链转移剂转移剂(硫醇硫醇)通过共聚、磺化和水解后制得的，通过共聚、磺化和水解后制得的，其代号为其代号为SSMASSMA。相对分子质量相对分子质量50005000，抗温可达，抗温可达200200以上。它以上。它是一种性能优良的抗高温稀释剂，国外已在高温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，我国深井中广泛使用。但这种产品的成本较高，我国也在进行研究和试制。也在进行研究和试制。二、降滤失剂二、降滤失剂 降失剂又称为滤失控制剂、降失水剂。降失剂又称为滤失控制剂、降失水剂。在钻井过程中，钻井液滤液侵入地层会引起在钻井过程中，钻井液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，钻遇产层时会造成油气层损害。井下复杂情况，钻遇产层时会造成油气层损害。加入降滤失剂后可在井壁上形成低渗透率、柔韧、加入降滤失剂后可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。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。中具有代表性的产品进行介绍。纤维素类降滤失剂纤维素类降滤失剂 纤维素是由许多环式葡萄糖单元构成的长链状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，井液降滤失剂，其中使用最多的是钠羧甲基纤维素，简称简称CMCCMC，其结构式可表示为：，其结构式可表示为：CMC CMC在钻井液中电离生成长链的多价阴离子。在钻井液中电离生成长链的多价阴离子。1 1、羟基和醚氧基通过与粘土颗粒表面上的氧形、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端面边缘上的成氢键或与粘土颗粒端面边缘上的AlAl3+3+之间形成配位之间形成配位键使键使CMCCMC能吸附在粘土上；能吸附在粘土上；2 2、多个羧钠基通过水化使粘土颗粒表面水化膜、多个羧钠基通过水化使粘土颗粒表面水化膜变厚，粘土颗粒表面变厚，粘土颗粒表面电位的绝对值升高，负电量电位的绝对值升高，负电量增加、从而阻止粘土颗之间因碰撞而聚结成大颗粒增加、从而阻止粘土颗之间因碰撞而聚结成大颗粒(护胶作用护胶作用)。钠羧甲基纤维素降滤失原理钠羧甲基纤维素降滤失原理 3 3、多个粘土细颗粒同时吸附在、多个粘土细颗粒同时吸附在CMCCMC的一条分的一条分子链上，形成布满整个体系的混合网状结构，从子链上，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、降低滤井液中细颗粒的含量，形成致密的滤饼、降低滤失量失量(见图见图5-2)5-2)。钠羧甲基纤维素降滤失原理钠羧甲基纤维素降滤失原理 4 4、此外，具有高粘度和弹性的吸附水化层对、此外，具有高粘度和弹性的吸附水化层对泥饼的堵孔作用和泥饼的堵孔作用和CMCCMC溶液的高粘度也在一定程度溶液的高粘度也在一定程度上起降滤失的作用。上起降滤失的作用。作用效果影响因素：作用效果影响因素：1 1、分子量：选用中低分子量。、分子量：选用中低分子量。2 2、取代度：大于、取代度：大于0.50.5 3 3、添加顺序、添加顺序 4 4、应用环境：如温度、应用环境：如温度、PHPH值、矿化度等值、矿化度等 钠羧甲基纤维素降滤失原理钠羧甲基纤维素降滤失原理 通过改性以提高其抗温、抗盐能力。通过改性以提高其抗温、抗盐能力。1 1、引入抗氧剂：有机胺、硫化物、引入抗氧剂：有机胺、硫化物、2 2、引入一些基团：如腈乙基、磺酸基等、引入一些基团：如腈乙基、磺酸基等钠羧甲基纤维素改性钠羧甲基纤维素改性腐植酸类降滤失剂腐植酸类