防塌剂的防塌机理及对应的评价方法
钻井液用防塌剂主要成分
钻井液用防塌剂主要成分
钻井液在油气勘探和开发中发挥着非常重要的作用，而钻井液用防塌剂则是保证钻井液性能的重要添加剂。
以下是钻井液用防塌剂的主要成分。
1.聚合物防塌剂
聚合物防塌剂是一种高分子化合物，具有很强的吸附能力，可以吸附在钻屑表面，提高钻屑的稳定性，防止其沉淀和聚集，从而达到防塌效果。
常见的聚合物防塌剂包括聚合物沥青、聚合物多元醇等。
2.沥青质防塌剂
沥青质防塌剂是一种由天然沥青或合成沥青制成的物质，它可以吸附在钻屑表面，形成一层保护膜，防止水和钻屑的直接接触，从而防止钻屑聚集和沉淀。
3.木质素磺酸盐防塌剂
木质素磺酸盐防塌剂是一种天然高分子化合物，主要由木质素磺酸盐、腐植酸等组成。
它可以吸附在钻屑表面，提高钻屑的稳定性，防止其聚集和沉淀。
同时，它还可以抑制粘土矿物的水化膨胀，防止地层坍塌。
4.羧甲基纤维素防塌剂
羧甲基纤维素防塌剂是一种高分子化合物，它可以吸附在钻屑表面，提高钻屑的稳定性，防止其聚集和沉淀。
同时，它还可以抑制粘土矿物的水化膨胀，防止地层坍塌。
此外，它还可以提高钻井液的润滑性能，降低摩擦阻力，有利于钻井施工。
总之，钻井液用防塌剂的主要成分包括聚合物防塌剂、沥青质防塌剂、木质素磺酸盐防塌剂和羧甲基纤维素防塌剂等。
这些添加剂可以单独或组合使用，以达到最佳的防塌效果。
改性多元醇防塌剂的研制及其作用机理研究
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Ｄｅ ２０ ｃ． ０６
文 章 编 号 ：６ ３５ ０ （０ ６ ０ ０ １０ １７ —０ ５ ２０ ） ６０ ５ —４
改性 多元醇防塌剂 的研 制及其作用机理 研究
邱 正 松 ，黄 维 安 ， 加 放 ，吕开 河 ， 在 明 徐 王
钻井工程井壁稳定新技术
钻井工程井壁稳定新技术井壁稳定问题包括钻井过程中的井壁坍塌或缩径（由于岩石的剪切破坏或塑性流动）和地层破裂或压裂（由于岩石的拉伸破裂）两种类型。
一、化学因素井壁稳定机理：1、温度和压力对泥岩水化膨胀性能的影响：膨润土水化膨胀速率和膨胀量随着温度的增高而明显的提高，尤其当温度超过120℃时，膨胀曲线形状有较大的变化，膨润土的膨胀程度随着压力的增高而明显下降。
2、泥页岩水化在10～24h范围内出现Na＋突然释放现象，阳离子释放总量及Na＋释放所占的比例越高，泥页岩越易分散，就越易引起井塌。
3、PH值水溶液中PH值低于9时，影响不大，PH值继续增加，泥岩岩水化膨胀加剧，促使泥页岩坍塌。
4、活度与半透膜对泥页岩水化的影响水基钻井液可通过加入无机盐降低活度来减缓泥岩水化膨胀；半透膜影响存有争议。
二、各种防塌处理剂稳定井壁机理1、K+防塌机理一是离子交换，另一是晶格固定，对不同类型的泥页岩，其作用方式不相同，随着PH值的增高，混入Ga2+、Na +等离子浓度的增加，会阻碍对泥页岩的固定作用。
钾离子主要对于蒙皂石等高活性粘土矿物起抑制作用。
2、硅酸盐类稳定剂（1）硅酸盐稳定粘土机理：1）主要机理：尺寸较宽的硅酸粒子通过吸附、扩散等途径结合到粘土晶层端部，堵塞粘土层片间的缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定粘土，在某些极端的应用条件（如高温、长时间接触等）下，硅酸盐能与粘土进行化学反应长身无定形的、胶结力很大的物质，使粘土等矿物颗粒凝结层牢固的整体。
2）次要机理：负电性硅酸粒子结合到已经预水化的粘土颗粒端部，使其电动电位升高，粘度、切力和滤失量下降，有利于形成薄而韧的泥饼。
（2）硅粒子防塌机理有机硅在泥岩表面迅速展开，形成薄膜，在一定温度下，有机硅中的—Si—OH基和粘土表面的—Si—OH基缩合脱水形成—Si—O—Si—键，在粘土表面形成一种很强的化学吸附作用，同时有机硅中的有机基团有憎水作用，使粘土表面发生润湿反转，从而使泥岩水化得到控制。
井塌的预防
一、井塌的预防：1、采用合适的钻井液密度来平衡地层压力。
如钻井液密度低于地层压力，地层就会在地层应力的作用下出现剥落、掉块，严重时出现井塌。
因此，我们把钻井液密度维持在设计上限，以最大限度的平衡地层压力。
2、钻井液中要加足防塌处理剂和井壁稳定剂，如聚合醇和AOP等，并在以后钻进中不断补充。
利用处理剂的防塌、抑制和稳定井壁机理，来保证地层稳定。
3、钻井液要有足够的抑制防塌能力。
以保证钻井液滤液的抑制性和造壁护壁性。
本井五开采用盐水聚磺钻井液，具有较强的抑制性。
4、钻进过程中，在满足携砂的条件下，采用尽可能低的泵排量，避免过高的环空返速对井壁的冲刷。
5、在满足设计的前提下，钻井液采用较高的粘度，避免因粘度过低形成紊流对井壁的冲刷。
6、控制钻井液的滤失量在较小范围，防止钻井液滤液侵入地层过多，对井壁造成损害。
7、利用屏蔽暂堵技术在泥页岩地层表面形成一层具有一定强度和韧性的类似于橡皮套的屏蔽层来支撑地层。
8、循环时，要经常变换钻头位置，尽量避开易塌或已塌井段。
二、井塌的处理方案：1、如果井塌较轻微时，只有少量的掉块和剥落物，可停止钻进循环观察，如掉块减少，可继续钻进同时加强做岗观察。
如掉块继续增加，应立即起钻至套管内，同时向甲方请示汇报，提高泥浆密度。
2、井塌造成井径扩大，可适当提高钻井液粘度和循环排量，充分携砂。
为防止砂子、掉块堆积造成阻卡，可采用高粘度钻井液塞举砂。
3、钻进中发现泵压升高、悬重下降、扭矩增加、打倒车严重、钻杆内倒返浆严重现象，应停止钻进或接单根，上提钻具到畅通井段，采取冲、通、划的方法处理。
三、井漏、井涌的预防和准备1、钻井液具有合适的泥浆密度，在符合设计要求的前提下，根据井下情况及时调整泥浆密度。
2、维持良好的钻井液性能，特别是流动性，限制起下钻速度和开泵速度，尽量减轻井内压力激动。
3、对触变性大的钻井液，长时间静止之后，下钻应采取分段循环的措施，防止开泵困难、蹩漏地层。
4、钻进时加入1%～3%QS-2进行屏蔽暂堵，同时应加强监测钻井液性能、进出口钻井液密度、钻井液池面等的变化，以防地层漏失，并按要求调整好钻井液性能。
新型胺基聚醇防塌剂研究
Ａ Ｐ一１能降低钻井 液黏度 和切力 。Ａ Ｐ一１ 钻井液 对
滤 失量影响 不大 。
２ 胺 基聚醇 Ａ ． Ｐ一１防塌性能评价
２ Ｉ页岩 滚 动 回 收 率 实验 ．
利用 页岩滚 动 回收率 实验 ， Ａ 对 Ｐ—ｌ的防塌 性
高页岩 回收率 ， 别是 二次 回收率 和 三次 回收率 均 特
较 高 。１ ５ ． ％胺 基 聚醇 的一 次岩屑 回收率 比 ７ Ｋ １ ％ Ｃ 和３ ％水 玻璃 的高 ， 而且胺 基 聚醇 的一 次 、 次和 三 二 次 岩屑 回收率变化 较小 ， 二 次 和三 次岩 屑 回收 率 其
在 室温及 １０Ｃ温度 下 老化 １ ２￣ ６ ｈ后 的 性能 ， 验结 实
ｌ ４
ｌ １ １ ２
２ ４
１ ５ ６． ２２． ５
（ Ｏ） 阳离 子单体 等 在 催化剂 存 在 下 ， 过 活性 基 Ｂ 、 经
团单体 引发 、 链增 长 、 阳离 子化 缩 聚 、 多步 加 聚反 应
制得 。
４
３
ｌ ７
由表 １实验数据 可 以看 出 ， 在室温 下 ， Ｐ一１对 Ａ 钻 井液黏度 和 切力 影 响不 大 ，２ ｏ 高 温 老化 下后 ， ｌ０【 ＝
表 ２ 岩 屑 回收 率 实 验结 果 岩 屑 回收 ％ 序 号
１
２
由图 １一图 ３可 以看 出 ， 泡 ２ ， 浸 ４ｈ后 清水 中的 钻屑分 散 得很 碎 ，５ 氯 化 钾 溶 液 和 ３ 铵 基 聚醇 ％ ％ Ａ Ｐ一１溶 液 中钻 屑变 化 不大 ， 对 而言 ，％ 铵 基 聚 相 ３
果 见表 １ 。
收 稿 日期 ：２０ ０９—１ ９ ０—１
钻井液防塌机理与措施
钻井液防塌机理与措施一、井壁稳定研究的现状井眼由于地质因素、泥页岩与泥浆相互作用和钻井作业等因素而出现不稳定的问题，即井壁稳定问题，是钻井系统工程中所遇到的一个十分复杂的世界性难题，迄今还没有研究出可以彻底解决这个问题的一套完整的有效方法。
因此，人们更加重视井壁稳定机理的研究，以求在井壁稳定技术方面获得新的突破。
从总体上看，钻井液的防塌机理主要体现在以下几个方面：1.适当密度的钻井液在井眼内产生的液柱压力可对井壁提供有效的力学支撑，起稳定井壁的作用；2.在钻井液中加入处理剂，使钻井液具有抑制页岩膨胀和分散的能力；3.同时产生薄而韧的滤饼，稳定井壁。
二、对化学因素引起的井壁失稳原因的认识上述作用机理包括物理化学方面，本文主要讨论化学防塌机理及其相应的措施。
在许多情况下，泥浆液柱压力高于地层孔隙应力，驱使泥浆进入泥页岩孔隙，产生压力穿透效应，使井眼附近的泥页岩含水量增加，孔隙压力增大，泥页岩强度降低。
因此，在钻井过程中防止泥浆渗入泥页岩是保证井壁稳定的关键措施。
通过众多学者的研究，有以下结论：井内泥浆对泥页岩的化学作用最终可以归结到对井壁岩石力学性能参数、强度参数和近井壁应力状态的改变。
泥页岩吸水一方面改变井壁岩石的力学性能，使岩石强度降低; 另一方面产生水化膨胀，如果这种膨胀受到约束便会产生膨胀应力，从而改变近井壁的应力状态，诱发或加剧井壁岩石的受力不平衡。
要彻底解决泥页岩井壁失稳问题，就应该将影响井壁稳定性的化学作用和由此产生的力学效应有机地结合起来，研究出新的泥浆处理剂井壁稳定机理。
三、油基泥浆防塌机理众所周知油基泥浆具有优异的井壁稳定能力。
对油基泥浆井壁稳定机理的深入认识有助于水基防塌泥浆的完善与发展。
油基泥浆通过对泥页岩的脱水硬化作用稳定井壁，而这种脱水硬化作用是通过两种形式的半透膜即油基泥浆在井壁表面形成的半透膜和油包水乳滴自身的半透膜来实现的。
半透膜两侧高盐度水相与泥页岩原生水的活度差产生了渗透驱动力，萃取泥页岩中的水，使泥页岩硬化，强度增大。
煤层坍塌机理与防塌技术分析
煤层坍塌机理与防塌技术分析摘要：煤岩的应力变化对煤层的影响大、煤岩的弹性模量小、较低的抗拉强度,存在裂隙和巨大的比表面,对机械和物理化学的外力作用敏感。
稳定煤岩井壁从两方面考虑：1.钻井工艺技术措施。
2.钻井液技术对策。
煤层防塌主要从钻井液方面考虑，所用钻井液体系及性能起着至关重要的作用。
关键词：煤层防塌坍塌井壁稳定钻井液引言：由于地层煤层多，下钻需要的划眼的时间长，钻头的使用效果被影响，钻进期间的扭矩不稳定，蹩跳严重，严重影响钻进的时间，影响钻进的速度，多次造成卡钻事故，使得井壁垮塌十分严重。
由于煤层的影响，所造成的煤岩坍塌、井漏、煤层气侵等问题，也极大的影响了钻井的速度。
正因为煤层对钻井的影响如此严重，所以研究煤层的相关性质及其机理,找出适当的钻井方法及防塌钻井液配方，解决在钻遇煤层时面临的煤层坍塌问题是极其迫切的。
1、煤岩的性能和特征1.1 煤岩的性能与常规的砂岩和泥岩相比较，煤岩的弹性模量比较低，具有较高的泊松比，较低的抗压及抗拉强度，脆性比较大，容易破碎，容易受压缩。
而且由于煤岩不均质性的结构，原生和次生裂隙非常发育和复杂，均使得煤岩的物理和力学性质具有显著的各向异性特征。
1.2 煤岩的结构构造特征煤岩的组成、结构特征造成了岩石物质成分的非均质性、物理力学性质的各向异性和构造的不连续性。
在同一个煤层中，煤岩的组成成分在不同方向以及不同深度上的差异，表现出其非均质性和各向异性，以及在其生成过程中所形成的明显的层状构造和孔隙结构所体现出的差异。
1.3 煤层井壁稳定的影响因素（1）煤本身的脆弱性。
（2）钻井液中水的影响。
（3）混油的影响。
（4）煤岩失稳的特殊性。
2、煤岩坍塌的机理分析及影响2.1 煤岩坍塌的机理煤岩坍塌的机理有以下几点：（1）由于煤岩极其发育的节理和裂隙，胶结较疏松，容易破碎，当地层被钻开时，钻井液进入后，产生水力冲击、压力波动及震动等，煤岩之间的胶结力被降低，导致坍塌。
（2）由于煤层中含有许多种粘土矿物，造成水化极其不均匀，导致煤层的局部强度有所下降；高温会更一步加剧煤层的水化，使得粘土分散、水化产生内张力，从而导致煤体崩解。
钻井液防塌剂的作用方式及分类
钻井液防塌剂的作用方式及分类
丁锐
【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】1998(022)006
【摘要】为了发挥组成类别不同的防埸剂的协同效应，对防塌剂按作用方式进行
了分类。
根据防塌剂的一般作用方式，可把防塌剂分为两大类共八个亚类。
第一大类为阻止或延缓水从井眼向地层内迁移的防塌剂；第二大类为增加地层矿物颗粒间联结力的防塌剂。
第一大类为分为六一类：（１）水活度降低型；（２）滤液增粘型；（３）封堵型；（４）润湿性改变型；（５）低水化能型；（６）泥饼致密型。
第二大类分为两个亚类：（１）桥联型；（２）化学胶
【总页数】4页(P125-128)
【作者】丁锐
【作者单位】石油大学石油工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TE254.4
【相关文献】
1.含油污泥资源化制备钻井液用封堵防塌剂与应用 [J], 柴金鹏;刘均一;邱正松;郭
保雨;钟汉毅;蔡勇;何畅
2.改性聚糖类钻井液防塌润滑剂的合成与评价 [J], 王怡迪;丁磊;张艳军;陈武
3.钻井液用高效桥联型防塌剂的研发及现场应用 [J], 张县民;蒋官澄;宣扬;付建国;
董伟
4.钻井液用页岩防塌剂中磺化度测定方法的改进 [J], 刘卫丽;夏小春;王文利;易勇
5.封堵防塌钻井液处理剂研究进展 [J], 孔勇;金军斌;林永学;徐江;刘贵传
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钻井液防塌效果的综合评价方法
年 第 第1期
23
卷
Journal
石油大学学报 (自然科学版) of t he University of Petroleum
,
China
Vol. 23 No. Feb. 1999
1
钻井液防塌效果的综合评价方法 Ξ
鄢捷年 罗健生
(石油大学石油工程系 ,北京 102200)
图 4 不同钻井液的 CST 值
2. 4 泥页岩浸泡实验 该项实验是在常温常压下 ,将呼 002 井层位为
3 632. 98～3 638. 67 m 的泥页岩岩样分别浸入不同 类型的钻井液 、8 % KCl 溶液及蒸馏水中 ,观察岩样 的外观形态随时间的变化 。实验结果见图 5. 结果表明 ,用蒸馏水浸泡 10 min 后岩样便完全 散开 ; 而 KCl 两性离子聚磺钻井液抑制性最好 ,其 次为正电胶钻井液 ,两性离子聚磺混油钻井液和两 性离子聚磺钻井液的抑制性相对较差 。
主题词 新疆地区 ;防塌钻井液 ;钻井液试验 ;泥岩 ;膨胀 ;抑制 ;综合评价 中图法分类号 TE 254. 1 第一作者简介 鄢捷年 ,男 ,1945 年生 ,1967 年毕业于北京师范大学化学系 ,1981 年在西南石油学院获硕士学 位 。现为石油大学 (北京) 石油工程系教授 、博士生导师 ,主要从事钻井液和保护油气层技术的研究 。
·32 ·
石油大学学报 (自然科学版) 1999 年 2 月
表 1 呼图壁地区安集海河组泥页岩全岩矿物 X 射线衍射分析结果
岩样 序号
1 2 3
井号
呼 001 呼 002 独深 1
岩样井深
D/ m 2740 3632 2400
石英 11. 4 29. 8 21. 5
改性聚糖类钻井液防塌润滑剂的合成与评价
从 图 ｌ可 看 出 ： ２种 样 品 的共 同 点 为 。 ３ ４ ３ ２ ｃ ｍ 处 为一 ０ Ｈ 吸 收 峰且 强 度 很 大 ， ２ ９ ２ ４ ｃ ｍ 处 为一 Ｃ Ｈ
一
吸收峰 ， １ ３ ８ ４ ｃ ｍ 处 为一 Ｃ Ｈ 吸收 峰 ， １ ０ ３ ５ １ ３ ｍ 处 为一Ｃ 一０ 一吸 收峰 ， １ ６ １ ８ ｃ ｍ 处 为 葡 萄 糖 类 的 骨 架
加入 ５ ％ＭＥ Ｇ 后 ．钻 屑 回收提 高率 和岩 心线 性 膨胀 降
低 率下 降 ， 表 明 ＭＡ Ｐ Ｇ 的抑制 性 比 ＭＥ Ｇ好 （ 见表 ２ ） 。
表 ２ ＭＡＰＧ 和 Ｍ Ｅ Ｇ 对 钻 井 液 抑 制 性 的 影 响
２ 性 能评 价
２ ． １ 对钻 井液 流变 性 、 滤 失性 的影 响
室内采用相关评 价方法 ｌ ｌ ］ ， 评价 了 ＭＡ Ｐ Ｇ和 ＭＥ Ｇ
不 同加 量 时 对模 拟 现 场钻 井 液 流 变 性 及 滤 失 性 的 影
响。 模 拟 现场 钻井 液 配方 为 ： ４ ％膨 润 土＋ Ｏ ． ０ ５ ％Ｎ ａ ２ Ｃ Ｏ ３ ＋
０ ． ４ ％ ＨＶ— ＣＭＣ＋ Ｏ ． ８ ％Ｌ Ｖ． ＣＭＣ＋ ３ ％Ｓ ＭＰ＋ｌ ％ ＮＨ ＨＰ ＡＮ＋
表 １ ＭＡ Ｐ Ｇ 和 ＭＥ Ｇ 对 钻 井 液 流 变 性及 滤 失 性 的 影 响
体 消泡剂 继续 反应 。温度应 控制在 １ ４ ０ ～ １ ５ ０℃， 产物 颜 色 变 为深 褐色 时 ， 反 应 即可停 止 ， 待样 品冷却 后 打磨 粉
碎， 就 可得 到 ＭＡ Ｐ Ｇ。 １ ． ３ ＭＡ Ｐ Ｇ 的红外 光谱
室 内采 用 钻 屑 热 滚 回 收 率 法 和 岩 心 线 性 膨 胀 率 法， 评价了 Ｍ Ａ Ｐ Ｇ和 ＭＥ Ｇ的防 塌抑制 性 。模 拟现 场钻 井 液 中加 入 ５ ％ＭＡ Ｐ Ｇ后 ， 钻 屑 回收 提 高 率 明显 提 高 ；