聚合物钻井液
聚合物钻井液
聚合物钻井液买口（陕西省延安职业技术学院，延安，716000）摘要:随着石油工业的不断发展，钻遇的地层越来越复杂，路上钻井难度也越来越大，在外部条件不断变化的情况下，人们研制出了一种适合于大部分底层的钻井液聚合物钻井液。
是你试验及现场应用证明，该钻井液对页岩的水化膨胀有良好的抑制作用，具有良好的抗盐抗钙性能，能用于较深近段，使用时间长，能提高机械钻速，明显提高钻井成本。
本文主要对聚合物钻井液的机理和油田上的应用作了详细的描述。
关键字：阳离子聚合物钻井液，阴离子聚合物钻井液，两性离子聚合物钻井液正文：一、钻井液的功用钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
钻井液又称做钻井泥浆，或简称为泥浆。
钻井液的循环是通过循环泥浆泵来维持的。
偷漏泥浆泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，以清洗井底并携带岩屑。
然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，在到达地面后经排出管线流入泥浆池，再经各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入泥浆泵循环再用。
钻井液流经的各种管件、设备构成了一整套钻井液循环系统。
钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。
随着钻井难度的逐渐增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。
钻井液最基本的功用有以下几点：1、携带和悬浮岩屑2、稳定井壁和平衡地层压力3、冷却和润滑钻头、钻具4、传递水动力但是，钻井实践表明，作为一种优质的钻井液，又做到以上几点是不够的。
为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求；为了满足地质上的要求，所使用的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层的评价；此外，钻井液还对钻井人员及环境不发生伤害和污染，对井下工具及地面装备不腐蚀或尽可能减轻腐蚀。
一般情况下，钻井液成本只占钻井总成本的7%~10%，然而先进的钻井液技术往往可以成倍地节约钻时，从而大幅度地降低钻井成本，带来十分可观的经济效益。
主要钻井液类型
我国各油田主要钻井液类型一、无固相不分散聚合物钻井液●基本组成：聚丙烯酰胺或多元乙烯基共聚物类絮凝剂、无机盐等●特点：絮凝剂可有效地絮凝钻井过程所产生的岩屑。
●典型配方：（1）水+ 0.1~0.3% PHP + 0.1~0.2% CaCl2或0.5~1% KCl（2）水+ 0.07~0.14% CPAM + 0.1~0.3% TDC-15（低分子量有机阳离子）+ 0.2% CaCl2（3）水+ 0.1~0.3% FA-367 + 0.1~0.2% CaCl2或0.5~1% KCl●适用范围：层理裂隙不发育、正常孔隙压力与弱地应力、中等分散砂岩与泥岩互层；已下技术套管的低压、井壁稳定的储层等。
二、低固相聚合物钻井液●适用范围：用于钻进层理裂隙不发育的易膨胀、强分散或不易膨胀、强分散、软的砂岩与泥岩互层；已下技术套管的低压储层等。
1、阴离子聚合物钻井液●基本组成：多元乙烯基共聚物类、水解聚丙烯腈、部分水解聚丙烯酰胺等●特点：高分子量聚合物包被粘土或钻屑，并提供钻井液所需粘度、切力；中分子量和低分子量聚合物用于控制滤失量并控制粘度、切力。
●典型配方：膨润土浆+ 0.1~0.3% KPAM + 0.4~0.5% NPAN2、阳离子聚合物钻井液●基本组成：高分子量与低分子量阳离子聚合物，以及淀粉等●特点：阳离子聚合物具有极强的稳定页岩的能力，即强吸附、强抑制性；配合使用淀粉类处理剂调整滤失造壁性。
●典型配方：膨润土浆+ 0.4% SP-2（阳离子聚合物）+ 0.4% CSW-1（低分子量有机阳离子）+1% 改性淀粉3、两性离子聚合物钻井液●基本组成：高分子量和低分子量两性离子聚合物，有时配合加入阴离子聚合物●特点：利用聚合物中的阳离子基团增强体系的抑制性，同时大量的阴离子、非离子基团使体系保持稳定。
两性离子聚合物与各种处理剂具有很好的相容性。
●典型配方：膨润土浆+ 0.1~0.3% FA-367 + 0.05~0.2 %XY-27 + 1~3% 磺化沥青类产品三、聚磺钻井液●基本组成：高分子量聚合物（包括阴、阳、两性离子聚合物）、中分子量聚合物降滤失剂、磺化酚醛树脂类产品和沥青类产品等。
必看！钻井液三大体系和配方
必看！钻井液三大体系和配方一. 不分散聚合物体系不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。
常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。
1.不分散聚合物体系特点（1）具有很强的抑制性。
通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。
（2）具有较强的悬砂、携砂功能。
通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。
（3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。
（4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。
（5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井（6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。
2.配方3.技术关键1.加大包被剂用量（17-1/2” 井眼平均约3.5千克/米，12-1/4”井眼约3.0千克/米），并采用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被，抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。
2.控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳范围为30~45克/升）。
般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。
3.使用磺化沥青（2%）和超细碳酸钙（2%）改善和提供聚合物钻井液的泥饼质量。
4.使用足量的润滑剂RH-3(0.5%~0.8%)及防泥包剂RH-4（0.3%~0.5%），降低磨阻，防止钻头泥包。
5.使用适量的HPAN、双聚铵盐等中小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大/小分子聚合物的最佳比例2.5~3:1）,降低滤失，有利于形成优质泥饼。
泥浆材料检测与应用：水基钻井液-聚合物钻井液
任务三聚合物钻井液
教学目的与要求
知识目标：
1、掌握聚合物钻井液的定义
2、掌握聚合物钻井液的分类
3、掌握聚合物钻井液的特点
能力目标：
1、能够掌握聚合物钻井液的组成
2、能够区分聚合物钻井液的类型
3、能够明确不同聚合物钻井液的特点
素质目标
1、培养学生泥浆工的基本职业素质
教学重点与难点
重点：聚合物钻井液的基本知识
经过这些年的发展，聚合物钻井液已经了很大的发展，但是，这种体系在使用中还存在着以下问题有待于解决：
①钻屑容量仍不够大。当钻屑含量超过20%时，钻井液性能就明显变坏，因此对固控的要求仍很高。
②抗盐能力有限。由于受聚合物特性的限制，若矿化度超过100000mg/L，钻井液性能就开始恶化。虽然现场已有用于饱和盐水钻井液的实例，但从性能和成本上考虑，并不十分理想。
难点：几种聚合物钻井液的区别与联系
处理方法：讲授、举例
教学资源
多媒体课件、教材、黑板教学过程教步骤与内容教学方法/教具
导入新课
讲授+提问
聚合物钻井液概述
讲授
聚合物钻井液分类
讲授
小结
归纳+提问
作业
(1)什么是聚合物钻井液？
(2)聚合物钻井液的分类是什么？
教学评估
学生的课堂表现情况，作业完成情况
【本节小结】
课后
小结
第六章钻井液固控和聚合物钻井液.
（2）稀释法
稀释法既可用清水或其它较稀的流体 直接稀释循环系统中的钻井液 。
如果用机械方法清除有害固相仍达 不到要求,可用稀释的方进一步降低固 相含量,有时是在固控设备缺乏或出现 故障的情况下不得不采用这种方法。
优缺点：
优点：操作简便、见效快
缺点：在稀释的同时必须补充足够的处 理剂，如果是
钻 速
10% 固相含量
（2）固相颗粒直径 结论：亚微米颗粒（粒径<1μm）含量越高，
钻速越低。 原因：亚微米（粒径<1μm）颗粒含量越高，
固相分散度越大，η∞越大，钻速越小。
分散钻井液 钻 速
不分散钻井
液
（亚微米颗粒含量 0 、
大）
p
固相含量
说明：在所有影响钻速的因素中，固相是 最主要因素。原因就在于固相不但本身 对钻速有影响，同时还影响ρm 、 η∞ 、 Vsp。
2. 按固相性质分类
(1)活性固相 容易发生水化作用以及与液相中其它组 分发生反应，主要指膨润土。
（2）惰性固相 包括砂岩、石灰岩、长石、重晶石以及 造浆率极低的粘土等。除重晶石外，其 余的惰性固相均被认为是有害固相，即 固控过程中需清除的物质。
3. 按固相粒度分类
根据美国石油学会( API)规定的标 准，可将钻井液中的固相按粒度大小分 为三大类 ：
吸
CON
附
吸 附
H2
膨润土 （负电）
不 吸 附
钻屑（不带电或少 量负电）
吸 附
PHP A：
—（CH2C）H（——CH）2CH—
（ 负电）
COO
CON
Na
H2
3、抑制与防塌作用
钻井液种类简介
钻井液种类简介
1、聚合物无固相钻井液体系
特点是不含土相，固含低、机械钻速快，用于提高上部地层机械钻速。
处理剂以选择性絮凝处理机为主，常用PHP（0.05～0.15%）和K-PAM(0.05～0.3%)。
小于30度和无固相钻井液已不能适应的井段。
调整原则
随地层破碎程度增加，胶结性变差或裂缝发育，应在保持矿化度的前提下（防起泡）提高沥青类处理剂含量作封堵只用。
易塌区块辅以0.5～1.0%聚合醇或无渗透
抑制剂，加强体系的防塌抑制性。
3、聚磺钻井液体系
聚磺钻井液体系具有如下特点：1.利用KPAM、KPHP、PAC等高分子聚合物作为包被抑制剂，既能提高钻井液体系粘度，同时提供体系K+增强钻井液的抑制性。
2.
5、应充分水化配制钻井液用膨润土。
6、配制钻井液用处理剂应配成胶液缓慢加入，避免直接加入固体或粉末状处理
剂。
7、应控制好钻井液处理剂的加入比例、顺序和方法。
现场维护
1、充分发挥固控设备清除钻屑的效率。
2、需补充处理剂，应缓慢、均匀加入钻井液处理剂胶液，尽量避免直接加入处
理剂固体或干粉。
6。
水基钻井液—聚合物钻井液
知识点 2 优势
1 具有较高的剪切稀释作用和良好的触变性。 2 有效地抑制岩石的吸水分散作用，合理地控制钻井 液的流型，减少对井壁的冲刷。 3 对油气层的损害小，有利于发现和保护产层。 4 防止井漏发生。 5 钻井成本低。
项目一：水基钻井液
任务 03 聚合物钻井液
知识点 3 分类
项目八：水基钻井液
任务三：
聚合物钻井液
课程名称：泥浆材料检测与应用
知识点 01 聚合物钻井液简述 知识点 02 聚合物钻井液优势 知识点 03 聚合物钻井液分类
项目一：水基钻井液
任务 03 聚合物钻井液
知识点 1 定义
聚合物钻井液 将聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性 能的钻井液体系。
项目一：水基钻井液
ห้องสมุดไป่ตู้
聚合物钻井液分类： 阴离子聚合物钻井液 阳离子聚合物钻井液 两性离子聚合物钻井液
研究水溶性聚合物在油田钻井液中的应用
研究水溶性聚合物在油田钻井液中的应用
水溶性聚合物主要包括羧甲基纤维素钠（CMC）、聚丙烯酰胺（PAM）和聚丙烯酸钠（PAAS）等。
它们具有很好的水溶性和可控性，可以根据不同地层条件和工况要求进行调整。
在油
田钻井液中的应用主要有以下几个方面：
1. 降低钻井液的流变性能：水溶性聚合物可以通过吸附和吸水作用，增加钻井液的
黏度和黏弹性，有效降低套管空隙中的环剪切力，减少井下作业过程中的摩擦阻力，提高
钻井效率。
2. 改善孔隙介质稳定性：水溶性聚合物可以在孔隙介质表面形成一层可逆性吸附层，减少井壁渗漏和漏失；它们还能提高钻井液的过滤控制性能，减少沉降物的生成，防止漏
失和钻井液渗漏，提高井眼稳定性。
3. 提高泥浆的胶结能力：水溶性聚合物可以与其他胶结材料（如膨润土、碳酸钡等）相结合，形成胶结体系，增加泥浆的胶结能力，防止井壁垮塌和漏失，提高作业安全性。
4. 减少井壁损失：水溶性聚合物可以在井眼周围形成一层胶状膜，填充井壁裂隙，
减少井壁损失和渗漏。
5. 降低毒性和环境影响：水溶性聚合物具有低毒性和可生物降解的特点，对地下水
和环境的影响较小，符合环保要求。
水溶性聚合物在油田钻井液中的应用也存在一些问题。
其价格较高，增加了钻井液成本。
不同类型的水溶性聚合物在不同地层条件和工况要求下的应用效果可能存在差异，需
要进行深入的实验研究和工程应用验证。
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聚合物钻井液
买口
（陕西省延安职业技术学院，延安，716000）
摘要:随着石油工业的不断发展，钻遇的地层越来越复杂，路上钻井难度也越来越大，在外部条件不断变化的情况下，人们研制出
了一种适合于大部分底层的钻井液聚合物钻井液。
是你试验及
现场应用证明，该钻井液对页岩的水化膨胀有良好的抑制作用，具有良好的抗盐抗钙性能，能用于较深近段，使用时间长，能
提高机械钻速，明显提高钻井成本。
本文主要对聚合物钻井液
的机理和油田上的应用作了详细的描述。
关键字：阳离子聚合物钻井液，阴离子聚合物钻井液，两性离子聚合物钻井液
正文：
一、钻井液的功用
钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
钻井液又称做钻井泥浆，或简称为泥浆。
钻井液的循环是通过循环泥浆泵来维持的。
偷漏泥浆泵排出的高压钻井液
经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，以清洗井底并携带岩屑。
然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，在到达地面后经排出管线流入泥浆池，再经各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入泥浆泵循环再用。
钻井液流经的各种管件、设备构成了一整套钻井液循环系统。
钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。
随着钻井难度的逐渐增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。
钻井液最基本的功用有以下几点：
1、携带和悬浮岩屑
2、稳定井壁和平衡地层压力
3、冷却和润滑钻头、钻具
4、传递水动力
但是，钻井实践表明，作为一种优质的钻井液，又做到以上几点是不够的。
为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求；为了满足地质上的要求，所使用的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层的评价；此外，钻井液还对钻井人员及环境不发生伤害和污染，对井下工具及地面装备不腐蚀或尽可能减轻腐蚀。
一般情况下，钻井液成本只占钻井总成本的7%~10%，然而先进的钻井液技术往往可以成倍地节约钻时，从而大幅度地降低钻井成本，带来十分可观的经济效益。
而聚合物钻井液是以某些有絮凝和包
被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基钻井液。
由于这些聚合物的存在，体系所包含的各种固相颗粒可保持在较粗的粒度范围内，与此同时所钻出的岩屑也因及时受到包被保护而不易分散成微细颗粒。
其主要优点表现在：
（1）钻井液密度和固相含量低，因而钻进速度可明显提高，对油气层的损害程度也较小。
（2）剪切稀释特性强。
在一定泵排量下，环空流体的粘度、切力较高，因此具有较强的携带岩屑能力；而在钻头喷嘴处的高剪切速率下，流体流动阻力较小，有利于提高钻速。
（3）聚合物处理剂具有较强的包被和抵制分散的作用，因此有利于保持井壁稳定。
因此，自20世纪70年代以来，该类钻井液一直在国内外得到十分广泛的应用，并且其工艺技术不断得到完善和发展。
二、阳离子聚合物钻井液
1、大、小阳离子抑制机理
大阳离子带有阳离子基团，靠静电作用吸附在钻屑上，吸附力较强，它的相对分子质量较大，分子链足够长，因而桥联作用较好；大阳离子可降低钻屑的负电性，减少粘土层面间的静电排斥作用，容易形成密实凝体。
小阳离子靠静电作用可吸附在岩石表面，另外与岩屑层间可交换阳离子发生离子交换作用也可进入岩屑晶层间。
表面吸附的小阳离子的疏水基可形成疏水层，阻止水分子进入岩屑粒子内部，有效地抑制岩屑水化膨胀和分散；小阳离子所带的正电荷中和岩屑带
的负电荷，削弱岩屑粒子间的静电排斥作用，从而降低岩屑的分散趋势。
小阳离子作为一种有机盐，可以有效降低溶液活度，特别是有机阳离子由于未水化前离子半径较K+、NH4+大得多，根据电荷数相同的离子水化能与未水化时的离子半径成反比的理论，有机阳离子水化能较低，粘土将优先吸附水化半径相对较小的有机阳离子，交换出钠、钙离子以降低自身的水化活性。
由于大、小阳离子相对分子量的关系，小阳离子在钻屑上的吸附速度一般比大阳离子快，小阳离子首先吸附在新产生的钻屑上抑制其分散，随后大阳离子再吸附在钻屑上靠桥联作用形成絮凝体，经过沉降和固控设备有效清除钻屑絮凝体。
2、应用效果
阳离子钻井液中的大、小阳离子能有效地抑制泥页岩的水化分散和膨胀，保持钻井液较低的坂土和固相含量，钻遇温西上部地层时，泥浆性能平稳，维护处理量小。
3、结论与认识
1、阳离子聚合物钻井液抑制性强，井眼稳定，从而减少了井下复杂与事故，降低了井径扩大率，可以极大提高钻井综合效益，为解决吐哈油田第三系造浆段坂含、固相难控制问题提供了一条新思路。
2、阳离子聚合物钻井液固相容量限低，当坂含量超过60g/l时，泥浆流态变差，失水上升，有弱凝胶现象，可应用SF-260进行流态调节。
3．阳离子聚合物钻井液与常规处理剂配伍性好，应用前景广阔，与抗盐处理剂复配可以应用于吐哈西部盐膏区块的钻井施工。
三、阴离子聚合物钻井液
1.不分散低固相聚合物钻井液，该钻井液适合于钻进层理裂缝不发
育的易膨胀强分散地层或不易膨胀强分散软的砂岩与泥岩互层，已下技术套管的低压储层等。
2.无固相聚合物钻井液，该钻井液适于层理裂隙不发育正常孔隙压
力与弱地应力，中等分散砂岩与泥岩互层以及已下技术套管的低压、井壁稳定的储层等。
3.聚合物盐水钻井液，该体系包括饱和非饱和及盐水钻井液，主要
用在含盐膏的地层及海上钻井。
4.聚合物加重钻井液，该体系不能保证低固相的要求的性能指标，
其维护要点是使用选择性絮凝剂包被钻屑、抑制分散，通过加强固控尽可能地清除钻屑。
四、两性离子聚合物钻井液
1.特点：
1)抑制性强，剪切稀释特性好，能防止地层造浆，抗岩屑污染能力
较强。
2)用这种体系钻出岩屑成型，易于清除，有利于充分发挥固控效率。
3)与其他钻井液的配伍性较好。
4)节约钻井成本，极高经济效益。
2.使用维护注意事项：
a)FA367质量分数应达到0.3%以上，以以防止井塌。
b)应尽力控制虑失量在8ml以下，泥饼质量要坚韧致密，在此前
提下调节其性能。
3.两性离子聚合物钻井液现场应用：
1.两性离子聚合物钻井液在处理剂中的应用
1)增粘剂
2)降粘剂
3)包被抑制剂
4)降滤失剂
2.两性离子聚合物钻井液用作压裂液的添加剂
3.两性离子聚合物钻井液用做固井水泥外加剂
4.强化采油方面的应用
a)堵水调剖剂
b)驱油剂
总结：随着钻井新工艺、新技术的进步，特别是旋转复合导向钻井技术的推广和应用，钻井速度大幅度提高，常规钻井液体系因抑制岩屑分散能力弱，很难满足优快钻井的需要，因此聚合物钻井液在未来具有很好的前景，从总体上来说不但有一定的优越性，而且性价比比较的高。
另一方面环境保护已经成为当今社会所追求的一个热点，所以聚合物钻井液更加成为国内各大油田所追求的一种比较好钻井液系。
参考文献
【1】赵忠举徐同台卢淑芹，2004年国外钻井液的新进展【J】.北京：《钻井液与完井液》，2005年9月，第22
卷第5期
【2】杨振杰井壁失稳机理和几种新型防塌泥浆机理【J】.
河南《油田化学》1999年6月，第16卷第2期
【3】张敬辉薛玉志李海斌吕兆龙李斌非渗透抗压钻井液在渤930井泥岩裂缝易塌地层的应用【J】东营，《石
油钻采工艺》2006年2月，第28卷第1期
【4】刘向君叶忠斌陈一建梁利喜滤饼质量对井壁周围应力和井壁稳定性的影响【J】《石油钻采工艺》2002
年，（第24卷）第3期。