油田化学钻井液防塌剂研究与发展报告

钻井液防塌剂研究发展报告

前言

随着石油勘探开发向深部和复杂地层的发展，深井、超深井和复杂井越来越多，钻遇地层越来越复杂，特别是一些页岩油气大位移水平井，由于水平井段长、井眼轨迹变化较大等，钻进中地层易发生井漏、垮塌、缩径以及造浆严重等问题，导致井下复杂情况增加，这便对水基钻井液抑制性及提高井壁稳定性的能力提出了更高要求。高效抑制剂或防塌剂是确保井壁稳定和钻井液抑制性能的关键。

1 合成聚合物类方面的研究与发展

合成聚合物类钻井液处理剂自20世纪80年代应用以来显示出良好的应用性能，是油田化学工作者始终关注较多的方向之一。合成聚合物主要用作钻井液降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂等，近年来在这方面开展了大量的研究工作，其中降滤失剂方面的研究有

（1）丙烯酰胺基-甲基丙磺酸-丙烯酰胺-衣康酸三元共聚物，具有良好的高温稳定性、优异的流变性，抗盐、抗高价金属离子污染能力强。

（2）丙烯酰胺-甲基丙烯酸-二甲基二烯丙基氯化铵共聚物，具有热稳定性好，降滤失能力和耐温抗盐能力强，防塌效果好，适用于各种钻井液体系。

（3）以丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵为原料，采用氧化还原引发体系合成的三元共聚物具有较强的降滤失、抑制页岩水化膨胀能力。

（4）2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸-丙烯酰胺-甲基丙烯酰胺-丙烯酸四元共聚物，具有较强的降滤失、抗温抗盐、抗高价金属离子污染能力。

（5）以丙烯酰胺2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸等烯基单体合成的系列ED7F 乙烯基磺酸盐共聚物，已在中原油田文东、卫城等地区多口井应用，结果表明该类聚合物具有较强的耐温抗盐能力、降滤失能力、防塌能力及抑制地层造浆能力，热稳定性及配伍性好，能协同其他处理剂提高综合效益，大大减少井下复杂情况的发生，提高钻井速度，降低钻井液费用。

（6）以2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸等为原料合成的降滤失剂COP1-1，具有良好的降滤失作用，适用于各种钻井液体系。

（7）丙烯酰胺2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/甲基丙烯酸共聚物，具有较好的降滤失和耐温性

能，较强的抗盐和抗钙镁离子污染的能力以及较好的防塌效果。

（8）丙烯酰胺2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酸/二甲基二烯丙基氯化铵四元共聚物，具有

较好的降滤失和耐温性能，较强的抗盐能力，较好的防塌效果。

（9）以"2-甲基丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸等单体为基本原料，合成了抗高温多元聚合物降滤失剂JHW，室内实验结果表明，JHW在3%钠膨润土基浆中的抗温能力达210摄氏度"，可抗盐至饱和，抗5%氯化钙。

（10）采用"2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和乙烯基单体共聚合成了一种抗高温抗盐降滤失剂ZYJ-1，室内实验结果表明，ZYJ-1具有良好的降滤失作用，抗高温抗盐，尤其是具有很强的抗钙、镁离子污染的能力。

（11）"2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/三甲基烯丙基氯化铵/ 丙烯酰胺三元共聚物，具有良好的降滤失作用和抗温抗盐尤其是抗高价金属离子污染的能力。

（12）"2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/二甲基二烯丙基氯化铵/丙烯酰胺/甲基丙烯酸四元共聚物，具有良好的降滤失作用，抗温抗盐尤其是抗高价金属离子污染能力强，防塌效果好。（13）采用阳离子单体与"2-丙烯酰氧甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸等原料合成了两性离

子磺酸盐聚合物CPS-2000，室内实验结果表明，CPS-2000共聚物的耐温抗盐和降滤失能较强，热稳定性好，防塌能力强，综合性能较好，已在现场20多口井应用，见到了良好的效果。（14）以丙烯酰胺、丙烯酸、含磺酸基单体和无机物为原料，采用氧化还原引发体系合成了耐温抗盐钻井液处理剂SIOP，该处理剂热稳定性好，降滤失能力和耐温抗盐能力强，适用于各种钻井液体系。

（15）以丙烯酰胺、丙烯酸、含磺酸基单体、阳离子单体和无机材料为原料，采用氧化还原引发体系合成了耐温抗盐的两性离子聚合物钻井液处理剂

SIOAP，该处理剂热稳定性好，降滤失能力和耐温抗盐能力强，适用于各种钻井液体系。（16）在氧化还原体系中合成了丙烯酰胺2-丙烯酰胺基2-甲基丙磺酸/丙烯酸/阳离子单体四元共聚物，该共聚物具有较强的降滤失能力、抑制性和抗温抗盐能力。

（17）由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺

酸、丙烯酸、2羟基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化

铵合成了AM/AMPS/AA/HMOPTA四元共聚物，该共聚物在各种基浆中均具有较强的降滤失、提粘切、抗盐能力。

（18）由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺

酸、甲基丙烯酸、2-羟基-2-甲基丙烯酰氧丙基三甲基

氯化铵合成了AM/AMPS/MAA/HMOPTA 四元共聚物，该共聚物在各种基浆中均具有较的降滤失、提粘切、抗盐能力。

2.抑制和防塌剂方面的研究与发展：

（1）以含阴、阳、非离子基团的乙烯基单体为原料，合成了一种钻井液用新型两性离子包被剂，现场应用结果表明该处理剂能有效地抑制岩屑水化分散，在钻井液中具有良好的配伍性和较强的抗盐、钙污染能力。

（2）丙烯酸/丙烯酸-2-羟基丙酯/N-（4 -磺酸基苯基）马来酰亚胺/丙烯基三甲基氯化铵/亚磷酸共聚物，具有优良的抗高温、抗盐、抗高价离子特性，能高效调节钻井液的流变性和触变性，在钻控和开采石油、天然气、地热和地下水工业中可用作钻井液流变性稳定剂、钻井液稀释剂和粘土页岩稳定剂。

（3）唐仕忠等研制的抑制防塌剂MPA是一种无荧光，对人、畜无毒害的聚醇改性物。室内实验结果表明MPA能有效地抑制膨润土进一步分散，提高钻井液的抑制防塌能力，改善钻井液抗盐膏污染、抗高温的性能MPA浊点物对泥饼、地层微裂缝具有封堵作用，可稳定井眼。现场应用表明，经MPA处理的钻井液抑制性和封堵胶结能力加强，流变性稳定周期长，抗污染能力提高，滤失造壁性改善，起下钻畅通无阻MPA的实际使用量在1%左右时就能获得显著的效果。

（4）由烯丙基氯化铵、丙烯酰胺在氧化还原体系存在下合成的粘土稳定剂HES，具有稳定粘土效果好，处理间隔周期长，既能抑制粘土膨又能控制微粒运移等特点。

3．硅酸盐钻井液的研究与发展

硅酸盐与其他钻井液防塌剂比较有多方面的优势: 结构近似于砂岩的无机物, 且无毒性, 对自然环境的影响很小; 没有荧光, 在任何条件下都不会分解出低分子烃类, 不干扰荧光录井及气测录井; 自身含有粒度分布广且与地层矿物亲和力强的粒子, 在很宽的温度范围内均可起到封堵作用; 价格低, 防塌性能优良。因此, 近年来硅酸盐防塌钻井液受到了重视。20世纪20~ 30年代, 硅酸盐钻井液开始应用在墨西哥湾地区大段易坍塌泥页岩地层, 用于解决

( 1)浓度为5% 的稀硅酸盐溶液的平均粒度最小, 分布范围最窄; 模数越大, 粒度分布范围越窄;pH 值以60为界, 小于60时, 随pH 值降低, 粒度分布范围变宽, 大于60时, 随pH 值增加, 粒度分布范围变窄, 等于60时, 溶液基本上呈凝胶状态。硅酸盐钻井液中N

aC l或KC l的最佳加量为3% 。

(2)硅酸盐水溶液zeta 电位一般为- 410 ~- 310 mV, 随模数增加, 平均zeta电位降低,随pH 值升高, 平均zeta电位下降; 在岩屑分散体系中, 随硅酸盐加量增加, 岩屑zeta电位先降低后回升, 加量为3%时岩屑zeta电位最低。硅酸盐加量为3% ~5% 时效果较好。

(3)硅酸盐可大大降低泥页岩渗透率, 在泥页岩表面形成一个 膜 固壳, 有效阻缓滤液渗透和地层压力传递, 并具有很强的抑制性, 能够有效防止/抑制水敏性地层的水化失稳。

(4)开发的硅酸盐钻井液配方流变性较好, 井壁稳定能力强, 井径扩大率较小。

4.改性聚乙烯醇防塌的研究与发展

通过降解和阳离子化反应,研制出了抑制性好而增粘负效应较低的改性多元醇防塌SD2306 ;通过红外光谱分析了改性多元醇防塌剂的分子结构,证明阳离子化反应引入了正氮基团;通过滚动分散、电动电位测量、粒度分布测量、吸附以及压力传递等实验手段,探讨了改性多元醇防塌剂的作用机理。结果表明,改性多元醇的防塌机理主要为: 通过吸附包被防止泥页岩颗粒水化分散; 多元醇吸附在泥页岩颗粒表面,改变其表面电荷,压缩扩散双电层,抑制泥页岩颗粒水化; 吸附于地层岩石表面成膜,覆盖裂缝和孔隙表面,从而阻缓压力和钻井液滤液传递。

（1）聚乙烯醇对基浆流变性及滤失性的影响以密度为1. 032 g/ cm3 的膨润土浆为基浆,评价了聚乙烯醇改性前、后的增粘负效应及其对基浆滤失性的影响,流变及滤失性实验结果。从实验结果可以看出,改性后的聚乙烯唇对基浆表观粘度及塑性粘度的影响都明显低于改性前,通过改性较明显地降低了聚乙烯醇的增粘负效应。除降解聚乙烯醇外,API 失水量相差不大,并且加入聚乙烯醇后,各体系API 失水量均比基浆高,这是因为聚乙烯醇吸附在粘土颗粒表面,改变了体系内颗粒粒径分布(级配) ,使滤饼变得疏松。

（2）改性聚乙烯醇吸附特性多元醇可与浓硫氰酸钴盐生成稳定的蓝色三元配合物,多元醇浓度不同,生成的三元配合物的颜色就不同。根据比耳—郎伯特定律,在某一浓度范围内,光密度E 与多元醇浓度C 成正比。据此原理,采用分光光度计(波长设为640 nm) 测量不同PVA浓度下的光密度, 与改性前相比,聚乙烯醇阳离子化系列产物吸附量均有不同程度增加,其中SD2306 (合成的最优产品) 的吸附量最大。这是因为,经阳离子化改性后,聚乙烯醇除通过氢键作用吸附在粘土颗粒表面外,还通过静电引力增强了在粘土颗粒表面的吸附能力。由页岩回收率与吸附量之间的关系可以看出,吸附量越大,页岩回收率也越高,抑制页岩分散的能力越强。

(3)改性聚乙烯醇对泥页岩粒度与电性的影响,聚乙烯醇及其改性产品吸附在页岩颗粒表面后,水化泥页岩颗粒的粒径均变大;水化泥页岩颗粒的粒径越大,对应的页岩回收率越高,抑制页岩分散的能力越强。

5.阳离子聚合物和两性离子聚合物处理剂防塌的研究与发展

由于阳离子聚合物及两性离子聚合物类处理剂不仅具有较强的抑制作用，且具有良好的包被和降滤失能力，故其研究备受重视。阳离子及两性离子聚合物类处理剂包括：丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/二甲基二烯丙基氯化铵多元共聚物，丙烯酰胺/二甲基二烯丙基氯化铵/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酸钾四元聚合物，P(AMPS-AM-AOETAC-AA) 聚合物钻井液防塌降滤失剂和AM/AOPS/DEDAAC 共聚物防塌降滤失剂，以及接枝共聚物

AM/AA/MPTMA/淀粉接枝共聚物和AMPS/AA/DMDAAC- 木质素磺酸盐接枝共聚物。这些共聚物均具有较强的抑制和防塌能力，且热稳定性好，降滤失能力、抗温抗盐能力强。尽管研究很多，但用于现场的却较少，目前在国内现场应用较多的是前些年研究的FA367、CPS-2000等

6.烷基葡萄糖苷类处理剂防塌的研究与发展

作为环保型钻井液处理剂，烷基葡萄糖苷类产品具有较强的抑制性，极易生物降解，解决了

水敏性地层和其他复杂地层的井壁稳定和环保问题，在国内外均得到了快速发展，并在现场应用中取得明显效果，其缺点是加量大，成本高，抗温差等。针对烷基葡萄糖苷存在的问题，研究人员在提高其抗温性能和降低成本方面开展了一些研究工作，如通过磺甲基化改性烷基葡萄糖苷，可把抗温性能提高到180℃，减少了加量，提高了抑制性和润滑性。在高温条件下，由淀粉和甲醇/乙醇合成了甲基葡萄糖苷(MEG)和乙基葡萄糖苷(ETG)，通过研究最佳反应条件，进一步提高了其在膨润土浆中的润滑性，以及抑制泥页岩水化膨胀的能力。

7. 聚胺抑制剂防塌的研究与发展

早期使用的低相对分子质量的阳离子聚合物或化合物，如XA-1、NW-1 和HT-201等，属于聚胺抑制剂一类，但由于其阳离子度过大，与阴离子类钻井液处理剂配伍性差，加量大时会破坏钻井液的胶体稳定性，其应用受到一定限制。基于此，国外针对高性能水基钻井液设计需要开发了聚胺类抑制剂，并形成了高性能水基钻井液，该钻井液可显著降低泥页岩的水化膨胀，阻止钻屑分散，提高钻速。借鉴国外经验，近年来，国内研究者在胺基抑制剂分子结构设计及合成方面进行了大量的研究工作，相继开发出具有较强抑制性和防泥包能力的聚胺抑制剂，并形成了强抑制性的聚胺钻井液，部分产品在现场进行了试验，取得良好效果。8.聚合醇钻井液防塌的研究与发展

聚合醇钻井液是一种以聚合醇为主剂配制而成的环保型水基钻井液体系，该体系不但具有油基钻井液的优异性能，而且不存在污染环境和干扰地质录井的问题。聚合醇钻井液毒性很低，有利于环保，国外已广泛应用于海洋钻井，且效果良好。近几年来，聚合醇钻井液已在国内进行了大量应用，现场实钻表明，该钻井液体系具有强的抑制性及悬浮携带、封堵防塌、润滑防卡能力,避免了易发生的砂卡、掉块、井塌、卡钻、卡套管等复杂事故,克服了井斜大、携砂难问题，保护油气层效果好,满足了各项钻井施工要求。

9.强抑制胺基钻井液防塌的研究与发展

为做到在保证页岩、黏土和钻屑稳定性的同时，进一步改善机械钻速、防止钻具泥包及降低扭矩、起下钻遇阻等现象，国外形成了由水化抑制剂、分散抑制剂、防沉降剂、流变性控制剂和降滤失剂等组成的有机胺钻井液。在国外经验的基础上，国内近年来在抑制性胺基钻井液方面也开展了大量的研究和应用工作，并在现场进行了初步应用探索，取得了一定的成效。但要进一步大面积推广，还需要通过胺基抑制剂分子设计优化，降低成本，提高其与传统处理剂的配伍性，控制适当的相对分子质量，完善配伍处理剂开发，以充分发挥强抑制胺基钻井液的作用。

10.有机硅聚合物钻井液防塌的研究与发展

有机硅聚合物由于具有良好的封堵能力和抑制性而受到国内学者的关注，所形成的有机硅聚合物钻井液具有较强的封堵能力，抑制防塌能力强、抗污染能力强，高温稳定性强，流变性能优良，可有效防止掉块垮塌现象的发生，该体系在现场应用中取得了初步成效。今后，仍需针对其存在的问题，如对钻井液pH 值比较敏感、与其他处理剂配伍性差、钻井液摩阻大等开展研究工作，进一步完善有机硅聚合物钻井液体系。

11.甲基葡萄糖苷钻井液防塌的研究与发展

甲基葡萄糖苷钻井液是国外20 世纪90 年代提出的一种新型水基钻井液体系，由于它在防塌机理及常规钻井液性能方面类似油基钻井液，又称为仿油基钻井液。MEG 是葡萄糖的衍生物，由淀粉制得，所形成的甲基葡萄糖苷钻井液体系经室内研究和现场实践证明，能有效抑制泥页岩水化膨胀，维持井眼稳定，具有良好的动、静态携砂能力和流变性能，以及抗污染能力、润滑能力和储层保护能力，且无毒、易生物降解，对环境影响极小，具有极好的应用前景。国内已经开展了大量的应用研究，收到了明显成效[41]。为进一步提高其抑制性，可以考虑开发阳离子型烷基葡萄糖苷。

结语

从国内钻井液抑制剂及防塌钻井液技术的研究及应用情况来看，尽管已经取得了长足进步，但仍需进一步完善，并提高我国的化学抑制剂研制水平和新型防塌钻井液技术水平，提高钻井液的抑制性能及稳定井壁能力，确保井下安全。

石油工程11级10班

王金胜

11021464

钻井液组成及作用

钻井液（drilling fluid） 钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。 旋转钻井初期，钻井液的主要作用是把岩屑从井底携带至地面。目前，钻井液被公认为至少有以下十种作用： （1）清洁井底，携带岩屑。保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率。 （2）冷却和润滑钻头及钻柱。降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。 （3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。防止对油气层的污染和井壁坍塌。 （4）平衡（控制）地层压力。防止井喷，井漏，防止地层流体对钻井液的污染。 （5）悬浮岩屑和加重剂。降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻。 （6）在地面能沉除砂子和岩屑。 （7）有效传递水力功率。传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。 （8）承受钻杆和套管的部分重力。钻井液对钻具和套管的浮力，可减小起下钻时起升系统的载荷。 （9）提供所钻地层的大量资料。利用钻井液可进行电法测井，岩屑录井等获取井下资料。 （10）水力破碎岩石。钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。 钻井液的运用历史 很久以前，人们钻井通常是为了寻找水源，而不是石油。实际上，他们偶然间发现石油时很懊恼，因为它把水污染了！最初，钻井是为了获得淡水和海水，前者用于饮用、洗涤和灌溉；后者用作制盐的原料。直到19 世纪早期，由于工业化增加了对石油产品的需求，钻井采油才逐渐普及。 有记载的最早的钻井要追溯到公元前三世纪的中国。他们使用一种叫做绳式顿钻钻井的技术，实现方式是先使巨大的金属钻具下落，然后用一种管状容器收集岩石的碎片。中国人在这项技术上比较领先，中国也被公认为是第一个在钻探过程中有意使用流体的国家。此处所讲的流体是指水。它能软化岩石，从而使钻具更容易穿透岩石，同时有助于清除被称作钻屑的岩石碎片。（从钻孔中清除钻屑这一点非常重要，因为只有这样，钻头才能没有阻碍地继续深钻。）

环保钻井液技术现状及发展趋势_杨振杰

环保钻井液技术现状及发展趋势 杨振杰 (西安石油大学石油工程学院,陕西西安) 摘要　综述了环保钻井液技术发展现状,通过分析环保钻井液存在的问题,对环保钻井液的发展趋势提出了认识。环保钻井液应具有:与油基钻井液相当或接近的抑制性能;配制和维护成本与普通水基钻井液相近;满足施工地区的环保排放标准,对农业生产无害,最好是有益于当地的生态环境;保证施工人员的健康和安全;适应于各种复杂井和深井的钻探需要。在今后的环保钻井液技术研究中,应该重视对天然高分子材料和各种环保处理剂的改性和完善以及对无毒无污染的有机盐和无机盐使用技术的攻关,解决环保钻井液抑制性和抗温性问题,开发低成本高性能的无毒环保钻井液。 关键词:钻井液　环境保护　抑制性　生物可降解性　综述 由于对环境保护问题的日益重视,与钻井液有关的环保和安全问题使得高效、低成本和无毒钻井液的研究开发成为发展的重要方向。中国陆上油田由于受钻井液成本等因素的制约,环保钻井液技术发展较慢。本文综述了环保钻井液技术发展现状,通过分析环保钻井液存在的问题,对环保钻井液的发展趋势提出了建议,希望能对环保钻井液的技术进步有所启发。 环保钻井液的发展现状 1.硅酸盐钻井液 硅酸盐钻井液无毒、无荧光、低成本的特性日益受到重视。Barnfather J L等人认为,目前使用的油基钻井液和合成基钻井液并不能真正满足环保、立法和成本控制的要求。研究开发一种既适应复杂地层要求又能满足环保要求的钻井液是目前面临的一个重要问题[1]。硅酸盐钻井液能够稳定各种复杂地层,具有优良的类似于油基钻井液的抑制稳定性能,但也是通过聚合醇和低价无机盐的复配等来强化体系的整体性能。普遍使用的硅酸钠产品溶液模数为2.1,固相含量为42%,密度为1.5g/cm3。典型的硅酸盐钻井液的pH值控制在11.8～12.3之间。硅酸盐钻井液成本比普通水基钻井液高30%左右。 Marquis Fluids公司自1998年起在加拿大西部、英国和哥伦比亚近40口大位移定向水平井、高温高压复杂深井中使用了强抑制性硅酸钠/钾环保钻井液体系,提高了机械钻速,抑制了页岩的水化膨胀,降低了成本,成功地替代了逆乳化钻井液和硫酸钾钻井液。硅酸钾还可以作为化肥,有利于植物的生长发育,只要使用得当对环境完全无害。 Barnfather J L等人将硅酸盐钻井液应用于挪威的海上油田,控制了易膨胀水化的泥页岩。作为油基钻井液和合成基钻井液的替代体系,该体系减少了化学添加剂的排放量,满足了海洋钻井的环保要求[2]。硅酸盐与聚合醇复配,增强了硅酸盐钻井液的整体性能,因为单纯的硅酸盐钻井液难以满足深井和高难度井的钻探需要。新一代硅酸盐聚合物钻井液中液体硅酸盐(固相含量为30%左右)加量为5%～15%[2]。Ward和Chapman J W认为硅酸钠和硅酸钾复配可提高钻井液抑制效果,减少硅酸盐的用量[3],而且具有优良的储层保护性能。 John C U rquhart提出用天然高分子材料复配的无固相硅酸盐钻井液,其组成为30%硅酸钾溶液(有效浓度为30%,模数为2.5,pH值为11)加入3～6kg/m3黄原胶和1～3kg/m3CMC。该体系的滤失量可控制到0,密度可根据需要进行调整[4]。该体系特点为:①真正无毒;②能够防止页岩地层的坍塌,抑制泥岩的水化分散,加固胶结差的地层;③密实的堵塞作用可防止钻井液滤液的侵入。硅酸盐加入钻井液后,提高了钻井液的整体抗温性。 硅酸盐钻井液的开发多数是以聚合物钻井液为基础。硅酸盐钻井液一般都需要与聚合物、盐类、抗高温处理剂等复配来增强抑制能力,由于复配处理剂的影响,这些硅酸盐钻井液难以形成真正的无毒环保钻井液[5～8]。丁锐通过对硅酸盐钻井液稳定井壁机理进行系统研究认为,硅酸盐稳定井壁的机理包括多方面的协同作用:①尺寸分布较宽的硅酸盐粒子通过吸附扩散等途径结合到井壁表面,堵塞缝隙;②侵入地层孔隙内的硅酸根遇到pH值小于9的 第21卷第2期 钻　井　液　与　完　井　液 Vol.21,No.2 2004年3月 DRILLING FLUID&COMPLETION FLUID Mar.2004

防塌技术

塔河油田硬脆性地层防塌技术研究 刘贵传郭才轩江山红 中石化勘探开发研究院德州石油钻井研究所 摘要：本文通过对塔河油田易扩径的三迭石炭系硬脆性地层地质特征及工程因素等方面进行综合分析研究，研究出了该地层井壁坍塌扩径的主要原因，并从钻井液 化学及岩石力学等方面提出了解决井径扩大的主要技术途径。并介绍了防扩径钻井液 技术在塔河油田应用情况，现场应用效果明显。 主题词：塔河油田硬脆性地层井径扩大坍塌掉块坍塌压力地层微裂隙泥饼质量钻井液 引言 井壁失稳是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的技术难题，井壁不稳定不仅会影响工程质量，甚至会造成井眼报废。井壁失稳的因素很多，不仅与钻井液化学及岩石力学有关，还与工程技术、管理因素密切相关，是一个系统工程。自一九九七年下半年以来，塔河油田成为中国石化新星石油公司的石油勘探开发的重点工区，但钻井过程中也随之出现了诸多复杂情况，尤其是三开井段三迭系、石炭系地层坍塌掉块产生的严重井眼扩大问题，部分井段井径大于Φ355mm（有的井达到Φ508mm，如S47井Φ216mm井眼达Φ546mm，扩大率达154%，其平均井径扩大率为17.22%；S62井三开最大井径达Φ570mm，扩大率达164%），这对钻井、固井工程质量及后期的储层评价开发产生较大的影响。为此，新星公司对塔河三开井径扩大问题进行了分析研究，确定合理的钻井液方案，基本解决了塔河油田三迭系石炭系井径扩大问题。为固井工程质量的提高打下了坚实基础。 一、硬脆性地层地质特征及坍塌原因分析 (一)基本地质特征 1、粘土矿物分析 我们选取了扩径最严重的层位泥岩岩样进行了粘土矿物及全岩矿物X-射线衍射分析，从粘土矿物和全岩矿物X-射线衍射分析结果可知，粘土总量为45~62%，其中粘土矿物以伊/蒙混层和伊利石为主，两者合计达70%。随着井深的增加伊/蒙混层增高，且混层比也增大，而伊利石、绿泥石、高岭石随之降低。蒙脱石是产生吸水膨胀的基础物质，伊利石遇水产生分散，从而造成该地层易水化分散、剥落掉块。部分实验数据如表1-1、1-2。 2、泥页岩吸附膨胀和分散性分析 利用T401井易扩径地层泥页岩进行吸附膨胀实验和分散实验，结果分别见表1-3、表1-4。

KCL聚璜防塌钻井液技术

KCL聚璜防塌钻井液技术 摘要：阳101H3-8井是位于四川省泸州市泸县奇峰镇玉田村6组的一口水平评 价井，目的层位为龙马溪，设计井深5697m，完钻井深6000m。本文分析了四川 页岩气水平井的地层特点及钻井液技术难点，通过室内实验优化钻井液配方，对 钻井液性能进行评价，结果表明优化后的钻井液体系具有较强的抗温稳定性、润 滑性、抑制性、抗污染能力。通过在阳101H3-8井的成功应用，表明该钻井液体 系较好的满足了该区块的钻井需要。 关键词：四川页岩气田；水平评价井；井壁稳定；钻井液 1 概况 阳101H3-8井是位于四川省泸州市泸县奇峰镇玉田村6组，构造位置为九奎 山构造南翼鞍部，依次钻遇地层为：沙溪庙组、凉高山组、自流井组、须家河组、嘉陵江组、飞仙关组、长兴组、龙潭组、茅口组、栖霞组、梁山组、韩家店组、 石牛栏组、龙马溪组。水平段长达1950m，井底位移2421.99m。嘉四段及嘉二段有石膏层，沙溪庙组、凉高山组、自流井组、须家河组、飞仙关组、龙潭组、梁 山组～龙马溪组具有厚层泥页岩，易发生垮塌。区域分析表明，本区从上至下均 存在气测显示，浅层可能存在天然气，实钻过程中加强观察和做好地质预报工作。 2 地质特点及钻井液技术难点 （1）沙溪庙地层 邻区大塔场构造在表层沙溪庙组已获得了浅层气藏，预测本井含有浅层气。 加强油气水监测，做好钻遇浅层气的准备。 （2）凉高山以下的泥岩、页岩，易垮塌 根据邻井实钻过程分析，凉高山、须家河组、飞仙关组、龙潭组、梁山组的 泥岩和龙马溪组页岩，易垮塌，易形成台阶和大肚子井段，测井数据也显示相应 层段井径较大，易造成起下钻、电测、下套管过程中遇阻，因此钻井液密度应根 据实际情况进行适当调整，确保钻井安全。 （3）雷口坡、嘉陵江组含石膏层 本井雷口坡、嘉陵江组含石膏层，钻井液极易受污染，应适当加入纯碱调整，保持泥浆性能。同时应调整好钻井液性能，防止钻头泥包和缩径卡钻等风险。应 以“进一退二”边打边划的方法钻进；坚持勤划眼，每钻进 50 m～100 m 后，短程 起下钻拉刮井壁一次。接立柱前循环 5 分钟再上提钻具，上提过程中注意悬重变化，防止卡钻。 （4）须家河、雷口坡、嘉陵江组～栖霞组含硫化氢 邻井在须家河～栖霞组发现不同程度的油气显示，且泸州地区嘉陵江组、飞 仙关组、茅口组～栖霞组气藏均含有硫化氢。阳101井须家河组用密度1.24～ 1.28g/cm3钻井液钻经井段628～1111m见10段气测异常，嘉陵江组用密度 1.28～1.34g/cm3钻井液钻经井段1185～1484m见7段气测异常，飞仙关、长兴、龙潭、茅口地层用密度1.32g/cm3钻井液各钻遇1次气测异常。对钻遇浅气层应 高度重视，并做好井控和防硫化氢工作。 本井茅口组～栖霞组地层预测地层压力较低，且栖霞组有50m断层，井漏风 险较大。阳59井2297~2304.13m清水钻进有进无出，共漏水812.93m3。 （5）龙马溪组：上部绿灰色泥、页岩夹泥质粉砂岩，下部灰色、深灰色页岩，底部灰黑色、黑色页岩。 3 室内实验

钻井液习题

一、概念 1.粘土晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外阳离子所置换，而晶体结构保持不变的现象。 2.钻井液剪切稀释性：钻井液中塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性称为剪切稀释性。 3.碱度：指溶液或悬浮液对酸的中和能力。API选用酚酞和甲基橙两种指示剂来评价钻井液及其滤液碱性的强弱。 4.聚结稳定性：分散相粒子是否容易自动聚结变大的性质。 5. 粘土水化作用：粘土矿物表面容易吸附较多水分子的特性。 6. 流变模式：钻井液流变性的核心问题是研究各种钻井液的剪切应力与剪切速率之间的关系。用数学关系式表示称为流变方程，又称为流变模式。 8.粘土阳离子交换容量：是指在分散介质pH=7时，粘土所能交换下来的阳离子总量，包括交换性盐基和交换性氢。阳离子交换容量以100克粘土所能交换下来的阳离子毫摩尔数来表示．符号为CEC。 9.造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为15mPa.s钻井液的体积数，m3/T。 10.页岩抑制剂：凡是能有效地抑制页岩水化膨胀和分散，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。 11．剪切稀释性：塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性称为剪切稀释性。 12．动切力：塑性流体流变曲线中的直线段延长线与切应力轴的交点为动切力，又叫屈服值。 13．静切力：使流体开始流动的最低剪切应力称为静切力。 14．流变性：是指在外力作用下，物质发生流动和变形的特征；对于钻井液而言，其流动性是主要的方面。 15．滤失造壁性：在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透，称为钻井液的滤失作用。在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼(细小颗粒也可能渗入岩层至一定深度)，这便是钻井液的造壁性。 16．粘土高温分散作用：在高温作用下，钻井液中的粘土颗粒分散程度增加，颗粒浓度增加、比表面增大的现象。 17．钻井液高温增稠作用：高温分散作用使钻井液中粘土颗粒浓度增加，钻井液的粘度和切力也均比相同温度下理想悬浮体的对应值高的现象，称为高温增稠作用。 18．钻井液高温胶凝作用：高温分散引起的钻井液高温增稠与钻井液中粘土含量

常用钻井液处理剂及作用

常用泥浆药品及作用 一、聚合物类 1、聚丙烯酰胺（PAM） 作用：主要用来絮凝钻井液中过多的粘土细微颗粒及清除钻屑，从而使钻井液保持低固相，它也是一种良好的包被剂，可使钻屑不分散，易于清除，并有防塌作用。 2、聚丙烯酸钾（K-PAM） 作用：主要用来抑制页岩中所含粘土矿物的水化膨胀和分散而引起的井塌。 3、螯合金属聚合物（CMP）作用：用来提高聚合物体系粘度兼防塌作用。 4、钻井液用成膜树脂防塌剂（BLC-1）作用：用来控制聚合物体系失水，增加润滑性从而达 到防塌的目的。 5、高粘乙烯基单体共聚物防塌降失水剂（BLA-MV） 作用：用来控制聚合物体系失水，提高粘度，封堵页岩孔隙从而达到防塌的目的。 6、增粘降失水剂（KF-1） 作用：用来提高聚合物体系液相粘度，提高泥浆的携带岩屑能力。 7、非极性防卡润滑剂（BLR-1） 作用：主要用来提高钻井液体系的润滑性，降低摩阻系数，增加钻头的水马力以及防止粘卡。 二、细分散类作用：主要用来配制原浆，亦有增加粘切、降低滤失的作用。 1、羧甲基纤维素钠盐（CMC） 作用：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，提高粘度，降低失水。 2、烧碱(NaOH) 作用：调节钻井液PH值，促进白土水化分散。 4、纯碱（Na2CO3） 作用：调节钻井液PH值，促进白土水化分散,沉降钻井液中过多的钙离子。 5、防塌润滑剂（FT-342或FT-1）作用：防塌，改善钻井液的流动性和泥饼质量。 6、硅氟防塌降虑失剂（SF）作用：防塌降失水，改善钻井液的流动性和泥饼质量。 7、封堵护壁增粘剂（改性石棉）（SM-1）或（XK-1）作用：提高低固相钻井液的动切力。 8、硅氟稀释剂(SF-150) 作用：主要用作稀释改善细分散钻井液体系的流动性 三、堵漏剂 1、单向压力封堵剂（DF-A）作用：主要用作渗透性漏失地层的堵漏。 2、综合堵漏剂（HD-I、II）作用：主要用作裂缝性漏失地层的堵漏。 3、桥塞堵漏剂（QD-I、II）作用：主要用作裂缝性漏失地层的堵漏。 四、加重剂 1、石灰石粉（CaCO3） 作用：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力，防塌防喷。可用来配制密度不 超过1.30g/cm3的钻井液。 2、重晶石粉（BaSO4） 作用：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力，防塌防喷。可用来配制密度 2.00g/cm3以上的钻井液。 常见膨润土浆配方

国外高性能水基钻井液技术发展现状

文章编号:100125620(2007)0320074204 国外高性能水基钻井液技术发展现状 张启根　陈馥　刘彝　熊颖 (西南石油大学化学化工学院,四川成都) 摘要　介绍了贝克休斯公司开发的高性能水基钻井液的基本组成、优良性能以及在世界部分油田的现场应用情况。该钻井液具有油基钻井液的各种性能,可有效稳定页岩、提高岩屑整体性和机械钻速、减小扭矩和阻力,且有利于环保,已被广泛应用于各种钻井。从应用效果看,无论是PDC 钻头还是牙轮钻头,机械钻速都达到了27.4 m/h ,实现了较低的稀释率和较高的固相清除率,其摩擦系数与油基钻井液相同,最大程度地减少了钻头泥包和聚 结现象。与油基钻井液相比,可大幅度节省钻井期间的完井时间,解决了高性能钻井与环保要求的协调问题。 关键词　高性能水基钻井液　钻井液性能　钻速　井眼稳定　综述中图分类号:TE254.3 文献标识码:A 随着全世界各油田的开发逐渐进入中后期,钻井作业的难度和油气井开发成本都在急剧地增加。典型的高难度井有超深井、高温井、高压井、大位移井和深水井,在多数情况下,井身剖面设计越复杂,在钻井中遇到的井下复杂情况也越多,经常遇到的问题有扭矩过大、起下钻遇阻、卡钻、机械钻速低、井眼失稳、井漏和地层伤害等。在国外,解决这些问题的传统方法是采用油基和合成基钻井液。但是,随着环保部门对钻井液和钻屑毒性的控制日益严格,油基和合成基钻井液的使用受到了很大程度的限制。因此各国石油工作者做了大量的工作,研制出了一系列的功能独特的新型环保钻井液,它们在解决世界各油田的复杂钻井过程中发挥了各自的作用。其中具有代表性的是美国贝克休斯公司近期开发出的高性能水基钻井液,其性能与油基钻井液相似,且具有环保和低成本的特点。 1　高性能水基钻井液介绍 贝克休斯公司的研究人员从考察油基逆乳化钻井液所具有的特性入手,研究了油基逆乳化钻井液的作用机理,做了大量的基础试验、处理剂的筛选试验、体系配伍性试验,采用了一系列来自于非石油行业领域的技术,研制、筛选、改性以及复配了各种新型处理剂,并使用了一些独特的专利产品,最终开发出了这种高性能水基钻井液。该体系的设计思路采 取了“总体抑制”理念,即在保证页岩、黏土和钻屑稳定性的同时,改善一些关键性能,如提高机械钻速、防止钻具泥包及降低扭矩、起下钻遇阻现象等。开发出的高性能钻井液基本配方为[2]: 25.7kg/m 3膨润土+4.3kg/m 3P HPA +10.0kg/m 3铝络合物+14.3kg/m 3聚胺+3.1kg/m 3 低黏度PAC +2.0kg/m 3常规PAC +11.4kg/m 3沥青颗粒 该体系已在世界范围内得到广泛应用,其应用效果已在墨西哥湾、巴西、利比亚、澳大利亚和沙特阿拉伯等地区的现场试验中得到证实。在中东钻井时测得的钻井液性能[2]如下。 <444.5mm 井眼:密度为1.28g/cm 3,塑性黏度为24mPa ?s ,动切力为104.3Pa ,胶凝强度为28.7Pa/71.8Pa/86.2Pa ,滤失量为4.8mL ,p H 值为10.8,高温高压滤失量为15.0mL ,膨润土含量为64.2g/L ,L GS (低密度固相)为7.49%(V /V )。 <311.1mm 井眼:密度为1.88g/cm 3,塑性黏度为36mPa ?s ,动切力为119.7Pa ,胶凝强度为38.3Pa/71.8Pa/91.0Pa ,滤失量为4.0mL ,p H 值为10.7,高温高压滤失量为12.5mL ,膨润土含量为57.1g/L ,L GS 为6.20%(V /V )。 从以上数据可以看出,高性能钻井液的组成与常规水基钻井液有较大的区别,其性能与油基钻井液相差很小,是性能优良又环保的新型水基钻井液。 第一作者简介:张启根,1981年生,西南石油大学在读研究生,主要从事油田应用化学的研究。地址:四川省成都市西南 石油大学硕05级5班;邮政编码610500;E 2mail :zhangqigen1981@https://www.wendangku.net/doc/f12629509.html, 。 第24卷第3期 钻　井　液　与　完　井　液 Vol.24No.32007年5月 DRILL IN G FL U ID &COMPL ETION FL U ID May 2007

钻井液常用处理剂的作用机理(一)概要

钻井液常用处理剂的作用机理（一） 钻井液处理剂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。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很大的影响。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将按其功能进行分类。 根据2006年API钻井液处理剂分类方法，将钻井液处理剂分为降滤失剂、增粘剂、乳化剂、页岩抑制剂、堵漏材料、降粘剂、腐蚀抑制剂、表面活性剂、润滑剂/解卡剂、加重剂、杀菌剂、消泡剂、泡沫剂、絮凝剂、除钙剂、pH控制剂、高温稳定剂、水合物控制剂。共计18类。其中润滑剂/解卡剂合并，另外增加了水合物控制剂 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分为16类，分别为粘土类、加重剂、碱度控制剂、降滤失剂、降粘剂、增粘剂、页岩抑制剂、絮凝剂、润滑剂、解卡剂、杀菌剂、缓蚀剂、乳化剂、堵漏剂、发泡剂、消泡剂。 这16类处理剂所起的作用不同，但在配制和使用钻井液是，并不同时使用这些处理剂，而是根据现场需要选择其中的几种。下面对这16种处理剂进行介绍。 1 粘土类 粘土的本质是粘土矿物。粘土矿物是细分散 的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿 物的总称。粘土矿物是整个粘土类土或岩石的性 质，它是最活跃的组分。晶质含水的层状硅酸盐矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等；含水的非晶质硅酸盐矿物：水铝英石、硅胶铁石等。 1.1 粘土矿物的两种基本构造单元 1.1.1 硅氧四面体与硅氧四面体晶片 硅氧四面体：有一个硅原子与四个氧原子，硅原子在四面体的中心，氧原子在四面体的顶点，硅原子与各氧原子之间的距离相等，其结构见右图。 图1硅氧四面体结构 硅氧面体晶片：指硅氧四面体网络。硅氧四面体网络由硅氧四面体通过相临的氧原子连接而成，其立体结构见右图。 图2 硅氧四面晶片结构图 1.1.2 铝氧八面体与铝氧八面体晶片

国外深水钻井液技术现状

国外深水钻井液技术现状 （一）引言 自1985年以来，随着第一批水深在300 m以上深水油气勘探开发项目的投入建设，国际深水油气勘探开发逐渐增多。最初10年的年平均增长速度为65%，西北欧、巴西、墨西哥湾的勘探开发速度最快，2001年起墨西哥湾深水区的产量已超过浅水区。据统计，截至2000年，水深500 m的深水油气田有162个，遍及世界各海域，其中尤以美洲的墨西哥湾海域、拉丁美洲的巴西海域及西非海域最多，深水油气田探明油气储量为22.6×108t油当量，占海上油气田探明总储量的12%。目前，深水钻井还面临着许多难题，对钻井液技术的要求更高，本文在分析深井钻井存在的主要难题的基础上，详细介绍了国外先进的深水钻井液技术，并对其发展趋势进行了分析。 （二）深水钻井中存在的问题 与浅水区域相比，深水钻井面临的主要问题有：海底页岩的稳定性差、钻井液用量大、井眼清洗难、浅层天然气与形成的气体水合物、低温下钻井液的流变性、地层破裂压力窗口窄等。这些问题给钻井工作带来了诸多困难，同时对钻井液技术提出了更高的要求：在保证钻井安全的前提下，兼顾钻井成本和环境效益。 1.海底页岩的稳定性差 在深水区中，由于沉积速度、压实方式以及含水量的不同，海底页岩的活性大。河水和海水携带细小的沉积物离海岸越来越远，由于缺乏上部压实作用，胶结性较差，易于膨胀、分散，导致过量的固相或细颗粒分散在钻井液中，从而影响钻井液性能。 2.钻井液用量大 在深水环境下的钻井液需求量是很大的。一般隔水管体积就高达159 m3，再加上平台钻井液系统，而且由于井眼直径大，为了钻达设计井深，一般下入的套管也多（常常是4～7层），因此钻井液用量就比其他同样井深的陆上或浅水区的井大得多。 3.井眼清洗难 深水钻井时，由于开孔直径、套管和隔水管的直径都比较大，如果钻井液流速不足就难以达到清洗井眼的目的。因此，对钻井液清洗井眼的能力提出了更高要求。一般采用稠浆清洗、稀浆清洗、联合清洗、增加低剪切速率黏度，以及有规律地短程起下钻等方法，这些方法均有助于清除钻井过程中的钻屑。使用与钻井过程中钻井液黏度不同的清扫液清除钻屑效果较明显，比如使用稀浆钻进,稠浆清洗钻屑。 4.浅层气与气体水合物 深水钻井作业中，气体水合物的形成不仅是一个经济问题，更是一个安全问题。气体水合物类似于冰的结构，主要由气体分子和水分子组成，外观上看起来类似于脏冰，但是它在性质上又不像冰，如果压力足够，它可以在0℃以上形成。海底附近或井中溶解的水合物受到冷却后易在隔水管和压井阻流管线上重新凝结，尤其是在节流管线、钻井隔水导管、防喷器以及海底的井口里，一旦形成气体水合物，就会堵塞气管、导管、隔水管和海底防喷器等，从而造成严重的事故；

钻井液处理剂类型及钻井液配方用途综述

钻井液处理剂类型及钻井液配方用途综述 一处理剂类型和作用 1、人工钠土 我国钙搬土资源非常丰富，我们的科研人员研制成人工钠搬土，建立了生产车间生产流水线，将钙搬土加工活化变成完全符合标准的钠搬土，其性能已能赶上美国商品土的指标，如表l所示。现在已经投产可以大量供应商品土，价格比国际市场价格低廉。比用钙土粉在现场改性价格便宜而性能优越。如表2所示： 表1 国家粘度计读数 R600 动塑比 YP／PV API失水 FL API规范>30 <3 <13.5 MIL GEL(美) 53.4 1.64 12.4 MAGCO GEL(美) 118.6 3.6 12.6 KONIGE一3V(日) 59 1.8 12.3 中国NaViL 50 1.7 9.5 (注：动塑比及失水为更重要的指标) 表2 产地 搬土类型粘度计读数 R600 视粘度 AV 动塑比 YP／PV 失水量 FL 山东钙土加碱23.6 11.8 1.36 15.4 高阳人工钠±30.6 15.3 2.36 10 山东钙±加碱 20.6 10.3 1.38 18 付马营人工钠土5O 25 1.70 9.5

我国还有极为丰富的海泡土及凹凸棒土资源，经加工其成品质量已达到标准。这两种土可用于高温地热井，盐类地层钻井及海上钻井。 2，润滑剂： 金刚石钻进使用的润滑剂，除使用传统的皂化溶解油，太古油外，还有癸脂酸钠，松香酸钠等，如：RY特效润滑剂，是当前使用较理想的金刚石钻探润滑剂，属于阴离子表面活性剂。 3、聚丙烯酸盐类处理剂： 不分散低固相泥浆中采用的一种双作用的泥浆处理剂～选择性絮凝剂：对无用固相絮凝，而对有用固相增效。理想的选择性絮凝是不易达到的。但是我们选用聚丙烯酸盐类处理剂，在钻探实践中收到良好的技术经济效益。具有流变性好、防塌，润滑性好等优点。其中： 部分水解聚丙烯酰胺（PHP）：本产品为白色或淡黄色粉末，水溶性好，能抑制泥页岩的水化作用和提高钻井液的粘度，是钻井液用强力包被剂。 水解聚丙烯腈胺盐(NH4-HPAN)：是一种钻井液用降滤失剂；含有-COOH、-COONH4、-CONH2、-CN等基团，分子量在10000～50000之间，有降低高压差失水的特殊功能和良好的热稳定性，能改善钻井液流变性，抑制粘土水化分散，具有一定的抗盐能力；由于NH4在页岩中的镶嵌作用，具有一定的防塌效果聚丙烯晴钠盐(HPAN)：优良的降失水剂，能大幅度低失水而粘度效应很小，反絮凝作用小，能与PHP配合使用，抗盐、抗钙能力强，可作用海水，饱和盐水泥浆的降失水剂、且热稳定性好，可作高温降失水剂， 聚丙烯晴钙盐（CPAN）：为腈基、酰胺基、羧钙基、羧钠基等共聚物。主要用于不分散低固相聚合物钻井液的降滤失剂，并能改善泥饼质量，抗温、抗钙、盐污染及改善流型等作用。 磺化聚丙烯酰胺（SPAM）为磺化体，具有耐温、降失水、减阻作用，降摩擦效果良好。广泛用作煤田、油田钻井的降失水剂和油田防塌剂。在现场应用中可解决其它泥浆类型未能解决的坍塌、掉块及局部黄铁矿高离子污染的问题 4、纤维素类 羧甲基纤维素钠(CMC)：有高粘、中粘，低粘不同品种。高粘CMC主要用于增粘，而中粘、低粘CMC用于降失水。

钻井液处理剂作用原理-蒲晓林

水基钻井液及处理剂作用机理 蒲晓林 课程简介 本课程是“泥浆工艺原理”、“深井泥浆”的后续课程，是根据钻井液化学研究方向总结、整理的课程。着重从钻井液工艺性能和胶体化学的角度讲述钻井液处理剂作用原理。 1．课程特点 （1）课程目前还在完善中。 ①国外：对处理剂应用阐述多，作用机理研究少，在此研究领 域还没有这样一门专门课程； ②国内：近年来文章多，文献报道多，但不系统，各说各的； ③关于此方面的研究：大都以产品、专利出现，有关理论研究 的报道较少，尤其是许多研究还触及到许多商业秘密。因此，许多单位从机理出发，从理论出发去开发产品不多，缺乏理论指导。例如：中山大学、天津大学、山东大学、成都科大。 全国：产品成系列的仅两家：我院和勘探开发研究院。 根本原因：机理不清楚，研究失去方向。 （2）本课程主要从钻井液的发展和类型的角度讲述处理剂的作用机理。使学者掌握各种处理剂在不同钻井液条件下的作用原理和用途。 2．课程主要任务 ①分析、揭示水基钻井液作用机理，学习进一步深入研究这种作用机理的方法和思路；②讲述目前主要使用的国内外钻井液处理剂的作用机理。引导机理研究入手，力求把处理剂研究、研制理论化、条理化，为有目的地、有针对性地研制处理剂和研究新型

钻井液体系创造条件； ③从研究机理入手，掌握使用规律。更好地指导产品应用和质量提高，把处理剂研制、生产和应用规律有机地结合起来。3．课程的主要内容和思路 （1）核心内容 ●处理剂作用机理及其对钻井液宏观性能的影响； ●处理剂作用性质和作用效果的实验研究方法。 （2）处理剂研究的一般思路 ①从钻井工程对钻井液性能要求出发研究处理剂 适应钻井工程、地质勘探及其技术发展，钻井液性能应具备的性能要求；钻井工程、地质勘探技术发展同钻井液技术发展的相互促进关系。 ②考虑如何选用处理剂实现钻井液作用效能 通过什么样的（运用）处理剂，起什么作用，作用规律（机理）是什么？ 具有实现钻井液作用效能，处理剂应具有的性质， ——如水溶性、抗盐性和抗温性，同粘土的作用规律等等。 ③钻井液性能、作用效能要求与处理剂分子结构的关系 处理剂分子结构组成、分子量、分子链型、基团种类、比例、处理剂分子构象等等。 ——最终落实到处理剂的分子结构设计。 ④处理剂的合成、研制 要实现处理剂分子结构设计，所需的化学途径、合成工艺路线、合成条件。 ⑤处理剂应用规律和效能评价 处理剂效能评价的原则：满足优质、安全、低成本钻井、完井

浅谈钻井技术现状及发展趋势

浅谈钻井技术现状及发展趋势 【摘要】随着油田的深入开发，钻井技术有了质的发展，钻井工艺技术研究、破岩机理研究、固控技术研究、钻井仪表技术研究、保护油气层钻井完井液技术研究以及三次采油钻井技术等都取得了科研成果，施工技术逐渐多样化，目前已在水平井、径向水平井、小井眼钻井、套管开窗侧钻井、欠平衡压力钻井等方面获得了突破。一些先进的钻井技术走出国门，走向世界，如：计算机控制下套管技术、套管试压技术、随钻测斜技术、密闭取心技术、固控装备、钻井仪表、钻井液监测技术、MTC固井技术及化学堵漏技术等，本文就国内钻井技术的现状及发展趋势进行分析。 【关键词】钻井技术；发展趋势；油田开发 引言 通过钻井技术及管理人员的不懈努力，钻井硬件设施已经比较完善，很多钻井公司配备了先进的钻井工艺实验室、固控设备实验室、钻井仪表实验室、油田化学实验室、高分子材料试验车间、全尺寸科学实验井等，这些硬件设施满足了各种钻井工程技术开发与应用的需要。钻井技术也有了长足发展，具备了世界先进水平，钻井技术的进步为油田科技事业的发展做出了积极的贡献，并取得了良好的经济效益和社会效益，如TZC系列钻井参数仪作为技术产品曾多次参与

国内重点探井及涉外钻井工程技术服务，并受到外方的认可。多年来，由于不断进行技术攻关研究与新技术的推广应用，水平井钻井技术迅速提高。水平钻进技术是在定向井技术基础上发展起来的一项钻进新技术，其特点是能扩大油气层裸露面积、显著提高油气采收率及单井油气产量。对于薄油层高压低渗油藏以及井间剩余油等特殊油气藏，水平井技术更具有明显的优势。 1、钻井技术发展现状 从世界能源消耗趋势看，还是以油气为主，在未来能源消耗趋势中，天然气的消耗增加较快，但是在我国仍然以石油、煤炭作为主要能源。尽管如此，我国的油气缺口仍然很大，供需矛盾很突出，60%石油需要进口，从钻井的历史看，我国古代钻井创造了辉煌历史，近代钻井由领先沦为落后，现代钻井奋起直追，逐步缩小差距，21世纪钻井技术有希望第二次走向辉煌。随着钻进区域的不断扩大及钻井难度的不断增加，各种新的钻井技术不断出现，目前，水平井钻井技术逐渐成为提高油气勘探开发最有效的手段之一。各种先进的钻井技术在油田开发中显示出了其优越性，新技术、新工艺日益得到重视和推广应用。例如：旋转钻井技术，是目前世界上主要的钻井技术，旋转钻井方式有以下几种：转盘（或顶驱）驱动旋转钻井方式、井下动力与钻柱复合驱动旋转钻井方式（双驱）、井下动力钻具旋转钻井方式、特殊工艺旋

常用钻井液料及其功用

一、稀释剂 泥浆稀释剂，或分散剂，通过破碎粘土层边和面之间的附着而降低粘度（见图1）。稀释剂吸附粘土层，因此破坏了层间的引力。加入稀释剂可以降低粘度、切力和屈服值。 大多数的稀释剂都可以划分为有机材料或无机磷酸盐络合物。有机稀释剂包括木质素磺酸盐、木质素和丹宁。与无机稀释剂相比，有机稀释剂可用于高温条件下（铬酸盐也是很好的耐高温稀释剂，但是不适合用于环境敏感地区）。有机稀释剂通常会有助于滤失控制。 聚合；絮凝；（面对面）；（边对面）；（边对边）；解胶；抗絮凝 图. 1粘土颗粒的连接 无机稀释剂包括焦磷酸钠（SAPP）、四焦磷酸钠、四磷酸钠和六偏磷酸钠。无机稀释剂在低浓度情况下是有效的，但是通常只用于150oF的温度以下。它们的应用一般局限于氯化物浓度低和pH值低的淡水粘土泥浆。 长期以来，水被作为钻井泥浆的一种十分有效的稀释剂使用，其降粘效果是通过减少钻井液中的总体固相浓度来达到的。钻井作业中钻屑不断混进泥浆中，那么这些钻屑最终也需要用水进行稀释或者必须用机械的方式清除。 应当定期添加水到水基泥浆中，以补充渗漏到地层和在泥浆池中蒸发的水份。如果不补充水，那么由于固相浓度增加，粘度就会上升。而化学方式的降粘效果不佳。在没有添加重晶石或膨润土的情况下，塑性粘度的稳定上升就说明水分减少了。 磷酸盐是最早可以大批量供应的化学稀释剂之一。磷酸盐通过吸附粘土颗粒而起作用，因此，它能达到令人满意的电平衡和允许颗粒自由地悬浮在溶液中。磷酸盐的这种分散效果归因于轻度的阴性粘土片晶置换，它可使片晶相互排斥，最终这些断裂边缘的化合价趋于饱和。 在被严重污染的离子环境中，磷酸盐的使用是有限的。如果有自由的钙离子或镁离子存在，不论其数量多少，都将会形成磷酸盐的络合物或者不溶的金属离子磷酸盐。由于清除了可用的磷酸盐，这就限制了降粘能力。 表2列出了常用的用于现场钻井泥浆应用中的磷酸盐

常用钻井液处理剂的名称及主要作用

常用处理剂的名称及主要作用

2 纯碱Na2CO 3 改善水质、土质、沉除钙离子。 3 烧碱NaOH 提高动切力、提高PH值。 4 随钻堵漏剂ZD-1 预堵漏、堵漏。 5 复合堵漏剂HD-1 堵漏。 6 羧甲基纤维素钠盐(高) HV-CMC 提高粘切、与钙离子产生沉淀。 7 羧甲基纤维素钠盐(低) LV-CMC 降低滤失量，改善泥饼质量，与钙离子产生沉淀。 8 复合离子丙烯酸盐SD-17W 抗钙、提粘切、絮凝抗温。

9 阳离子沥青粉CAS-2000 防塌。 10 钻井用特种性能调整剂SD-21 降低滤失量，抗污染。 11 防塌润滑剂SD-20 防塌、润滑、降粘度、降滤失量。 12 水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN 降滤失量，改善流型。 13 悬浮性水解聚丙烯酰胺DPHP 不分散低固相体系页包被抑制剂絮凝剂 14 磺化酚醛树脂SMP 抗污染、抗高温降滤失量，尤其是高温高压滤失量，改善泥饼质量。 15 阳离子褐煤PMC 抗污染、抗高温降滤失量，尤其是高温高压滤失量，改善泥饼质量。 16 钻井液强包被剂FA367 絮凝剂。 17 石灰石粉CaCO3 加重、堵漏、预堵漏。 18 腐植酸钾KHm 防塌、降粘度、降滤失量、能容纳较高的固相含量。 19 氯化钾KCL 用于钾基钻井液中含量要大于90%，提供钾离子能容纳较高的固相含量。 20 正电胶干粉MMH 防塌、提高动切力。 21 锯末堵漏。 22 水泥堵漏。 23 麦秸堵漏。 24 红胶泥堵漏。 25 磺化单宁SMT 抗高温、抗污染、稀释、除钙离子。 26 黄河二号HSHY 抗高温、抗污染、稀释、除钙离子。 27 氢氧化钾KOH 提供钾离子，提高PH值。 28 水解聚丙烯腈钾盐K-HPAN 防塌、降滤失量、调整流型、用于钾基钻井液。 29 聚丙烯酸钾KPAM 防塌、絮凝。 30 聚丙烯酰胺PAM 絮凝。 31 无荧光封堵防塌剂TDW-2 抗高温，封堵防塌，稳定井壁，降滤失量，能容纳较高的固相含量。 32 磺化褐煤SMC 抗污染、抗高温降滤失量，尤其是高温高压滤失量，改善泥饼质量。 33 多功能处理剂降滤失量、润滑、防塌。 34 多功能固体润滑剂HFT-102 降滤失量、润滑、防塌。 35 SL-1 降滤失量。 36 SL-2 降滤失量、提粘切。 37 原油润滑、解除卡钻。 38 石灰CaO 处理碳酸根、碳酸氢根污染。

钻井液性能要求及处理剂类型和作用

钻井液性能要求及处理剂类型和作用 一般而言，煤田地质勘探采用金刚石绳索取芯钻进在稳定岩层可使用清水作钻井液。而对各种不稳定岩层,如各种水敏岩层、破碎岩层、特别是对于深孔、长孔段的不稳定岩层,则必须采用泥浆作钻井液。由于金刚石岩心钻探内外管间隙小、钻头转速高、钻头价格贵,因此对泥浆提出了一些特殊要求。 金刚石绳索取芯钻进用钻井液，主要要求润滑性、流变性、滤失性、固相含量等项指标。并据此来选择钻井液类型、添加剂种类和工艺措施。 金刚石钻进要求钻井液有好的润滑性是不言而喻的。为发挥钻头的破岩效率，特别是使用孕镶钻头，要求高转速，只有泥浆润滑性能好，才能减少钻头磨损，提高钻头进尺；减少钻杆磨损和钻杆折断事故，降低功率消耗。不管用清水还是用泥浆作钻井液，都要重视其润滑性指标。 为保护孔壁和有效排除钻屑，要求钻井液有较好的流变性。以前用漏斗粘度来衡量流动性能是不够的。金刚石钻探的特点，要求钻井液通过小间隙处流动阻力小，即粘度小；而在大断面处粘度高，对孔壁冲刷小。 我们在金刚石绳索取芯钻探中应用流变学的理论解决生产实际问题，选择流变性能好的泥浆，取得较好满意的效果。 要使泥浆有较好的护壁能力，必须注意其滤失性能。失水量过大是造成泥页岩，盐类地层、破碎地层的膨胀、溶蚀、剥蚀、坍塌的主要根源。 在这些地层要求失水量低,金刚石钻进环空间隙很小，泥饼厚度过大是很不利的。此外，滤液的成分对护壁有重要影响。滤液中含有盐类离子、高分子材料等抑制性成分，即使失水量大一些，护壁能力也很好。因此，对滤失性能要注意失水量、泥饼厚度及滤液成分三个方面。为控制失水常加入多种降失水剂。 固相含量过高，尤其是钻屑含量过高，给钻进工作带来很多问题，如钻速下降、钻头寿命降低，设备磨损加快、孔内事故多。固相含量的多少和类型，直接影响到钻井液的流变性、滤失性和润滑性。 煤田金刚石绳索取钻进通常用低固相泥浆，固相含量可由比重观测。一般要求固相含量(体积)在4%以内，泥浆比重在1.06以下。 控制固相的方法有二；一是采用物理、化学的方法，即使用具有选择性絮凝的处理剂对钻屑起絮凝作用，而对搬士起增效的作用，或使用具有抑制性的处理剂，抑制钻屑的分散；二是采用机械的方法控制固相，安装机械净化设备。岩心钻探不能采用石油钻井的净化设备，必须按本身的特点发展净化装置。 一人工钠土、处理剂类型和作用

第二章钻井液处理剂

第二章钻井液处理剂 一、稀释剂 （1）稀释剂是指能解除钻井液稠化的化学剂。钻井液稠化的主要原因是钻井液中固相颗粒过多及粘土颗粒形成网架结构。在含有聚合物的钻井液中，聚合物长链分子和粘土颗粒作用，或聚合物分子间相互作用形成网架结构也会引起钻井液粘切增大。无机电机质的污染，使粘土颗粒水化层变薄也易形成空间网架结构导致钻井液增稠。（2）稀释剂的作用机理 稀释剂的稀释作用首先是通过试剂吸附在粘土颗粒的边-端面上，拆散或削弱了粘土颗粒形成的网架结构达到稀释作用。同时，由于稀释剂具有较强的吸附能力及与聚合物分子形成化和物等作用，可使吸附在粘土颗粒上的长链聚合物分子解吸，从而起到稀释的作用。 单宁碱液 单宁存在于植物的根、茎、叶、皮、果壳和果实中，是多元酚的衍生物，属弱有机酸。单宁水解生成的双五倍子酸、五倍子酸在NaOH溶液中生成双五倍子酸钠、五倍子酸钠，统称为单宁酸钠或单宁碱液，在钻井液中起降粘作用。 单宁碱液的降粘机理 单宁类降粘剂主要是通过拆散结构而起到降粘的作用，它主要降低动切力，对塑性粘度影响较小，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的端面上起作用，因此与降滤失剂相比，一般

用量较少。 单宁类降粘剂的特点 单宁碱液在高浓度的无机盐溶液中会发生盐析或生成沉淀，失去降粘效果,其抗盐、抗钙能力差。单宁酸钠含有脂键，高温下易断裂,其抗温能力在100~120°C。 为提高单宁酸钠的使用效果，常通过磺甲基化制得磺甲基单宁（SMT），其抗温能力在180~200°C，加量0.5 ~1%,抗钙达1000ppm,抗盐效果差,小于1%。 铁铬木质素磺酸盐（FCLS） 简称铁铬盐，是有含有大量木质素磺酸盐的纸浆废液制成。由于铁铬盐分子中含有磺酸基，Fe3+和Cr3 +与木质素磺酸盐形成了稳定的螯合物。所以FCLS是一种具有抗盐、抗钙能力强的稀释剂，其热稳定性高，可抗150?以上的高温。由于铁铬盐具有弱酸性，因此必须配合烧碱使用才能发挥良好的稀释作用。 FCLS的使用及存在的问题 在钻井液中FCLS的加量为0.3-1%，加量较大时其降滤失的作用较显著。铁铬盐钻井液泥饼磨擦系数较高，在用水中钙，镁含量较高时易产生泡沫，可用少量硬脂酸铝、甘油聚醚等消泡剂以消泡，也可用原油消泡。铁铬盐稀释效果好，抗盐、抗高温能力强。但使用时需要PH值较高（>10），不利于井壁稳定，另外铁铬盐含重金属铬,在制造和使用过程中易污染环境,对人身体有害因此被逐步淘汰。 水解聚丙烯腈铵盐（NH4-NPAN）

泥浆材料及处理剂大全

磺化酚醛树脂SMP 【中文名称】磺化酚醛树脂SMP；泥浆处理剂SMP 【英文名称】sulfonated phenolic resin SMP 【性状】 玫瑰红透明粘稠液体。 【溶解情况】 可溶于10微升/升盐水。水不溶物<3%。水含量<7%。 【用途】 是水溶性树脂，能耐高温、降失水，同时有防塌、控制粘度的作用，抗盐性能也好。用作油田钻井泥浆的降失水剂。 【制备或来源】 由苯酚、甲醛与亚硫酸氢钠进行缩合和磺化，再与水进行树脂化和络合反应制得。 【其他】 粘度（80℃，涂-4杯）〉80秒，固体含量〉45%，pH值10。 钻井液处理剂大全 1、造浆材料 2、加重剂 3、降失水剂 4、增粘剂 5、页岩抑制剂 6、降粘剂 7、絮凝剂 8、润滑剂 9、抗高温剂10、堵漏剂 11、杀菌剂12、消泡剂13、解卡剂14、缓蚀剂15、其它 一、造浆材料 代号名称组成功能推荐加 量% 膨润土 （bentonite） 蒙脱石 通称坂土，以其吸附的阳离子而 分为钠土(sodium bentonite)和钙 土(caleium bentonite)，天然钠土很 少，多经Na2CO3或NaOH改造成 人工钠土(modified bentonite)。钠 土在淡水中水化而分散成较细胶 粒，形成低渗透泥饼，降低失水， 3.5～5.5

粘土片表面带负电荷而其端边带 正电荷浮想形成卡片状网状结 构，产生一定结构强度，提高粘 切（静电引力作用），不宜用于饱 和盐水钻井液。 NV-1 人工钠土蒙脱石同上 3.5～5.5 累托石 3.5～5.5 HL-Z 抗盐土凹凸棒石土，海泡 石土，富含镁的纤 维状粘土矿物 表面电荷浓度低比表面积亦低其 悬浮体流变特性主要取决于其长 纤维条间力学的干扰作用而不是 颗粒间静电引力产生的。 4～6 评价土高岭石用于评价CMC,CMS等产品性能 ZAL-1，2 AT 801 812 821 4602 有机土 （organophilic clay） 是在油中分散的亲 油性粘土，是钠土 经过阳离子型表面 活性剂处理使其表 面性能改变为亲油 的特种土 作油基钻井液，油包水钻井液配 浆材料，调节其粘切稳定胶体降 低失水，用作油基组分解卡剂 2～8 JFF 聚腐复合泥浆 粉 二、加重剂 代号名称组成功能推荐加 量% BaSO4重晶石BaSO4白色粉末常温密度4.2～4.6g/cm3,可将 钻井液密度配到2.0g/cm3以上 CaCO3石灰石粉CaCO3, 白色粉末常温密度2.2～2.9 g/cm3，不溶 于水而可溶于含CO2的水，生 成Ca(HCO3)2。可溶于盐酸等 无机酸，常用于油基钻井液或 完井液的加重剂，以减轻对油 层的污染 PbS 方铅矿粉 （硫化 铅） PbS，铅灰色，性脆易碎，密度大 硬度低 常温密度7.5～7.6 g/cm3，不溶 于水和碱而可溶于酸，利于油 井酸化 Fe3O4磁铁矿粉 （四氧化 三铁） Fe3O4，黑色微带蓝色，有强磁性常温密度4.9～5.9 g/cm3，不溶 于水、乙醇和乙醚而可溶于 酸，使用时应消磁，但硬度太