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。
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。
不分散低固相聚合物钻井液
不分散低固相聚合物钻井液不分散低固相聚合物钻井液不分散低固相泥浆由淡水、膨润土和高聚物组成，聚合物可以是聚丙烯酰胺及其衍生物，如80A系列、SK 系列、PAC系列，也可以是两性离子聚合物如FA367等。
通过大量现场实践和深入研究，目前国内外钻井液界对不分散低固相钻井液的性能指标要求已经有了明确的认识，以下几项主要指标，基本上可以反映出这种钻井液的主要特性。
(1)固相含量(主要指低密度固体-膨润土和钻屑)，一般不超过5%(体积比)，大约相当于原浆密度小于1.06g/cm3。
这是不分散低固相的核心目标，是提高钻速的关键。
(2)岩屑膨润土含量之比(以亚甲蓝法测定数值为准)，即D/B值，不超过2：1。
虽然钻井液中的固相是越少越好，但是完全不要膨润土，则不能建立钻井液所必须的各种性能，特别是不能保证净化井眼所必需要的流变性能，以及保护井壁和减轻油层污染所必需的造壁性能。
因此，必须有一定量的膨润土。
其用量以保证建立上述各项钻井液所必需的性能为准，不能少于1%，1.3~1.5%比较合适。
钻屑的量当然最好为零，在钻井过程中要做到钻屑绝对不分散，全部被清除，实际上并不现实。
钻屑量不超过膨润土的2倍是实际上可以接受的范围。
(3)动切力(Pa)与塑性粘度(mPa.s)的比值为0.48。
这是为了满足低返速(如0.6m/s)带砂的要求。
保证钻井液在环空中实现平板型层流而规定的(4)对非加重钻井液来说，动切力应维持在1.5~3Pa。
动切力是钻井液携带岩屑的关键因素，为保证钻井液具有较强的携带能力，仅仅控制动塑比是不够的，首先必须满足动切力的要求才有意义。
(5)滤失控制应具体情况具体分析。
在稳定地层，应适当放宽，以利提高钻速。
在坍塌地层应当从严，进入油层后，为减轻污染应控制得尽量低些。
钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井研究与应用
钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井研究与应用1. 引言1.1 研究背景钾钙基聚合物钻井液是近年来在油田钻井工程中得到广泛应用的一种新型钻井液体系。
其具有良好的稳定性、高渗透性和环境友好性等特点，使其成为取代传统钻井液的一种重要选择。
在玛湖35井的钻井工程中，钾钙基聚合物钻井液的应用已经取得了一定的成效，为提高钻井作业的效率和安全性提供了有效保障。
目前对于钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井的研究与应用还比较有限，有待进一步深入研究与探讨。
本次研究旨在探讨钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井的研究与应用情况，从实验方法、实验结果、应用效果和影响因素分析等方面进行深入研究，以期为钾钙基聚合物钻井液在其他油田钻井工程中的应用提供参考和借鉴。
通过对钾钙基聚合物钻井液的特点和适用性进行全面评估，可以更好地发挥其在钻井工程中的作用，为我国油田钻井技术的提升和创新提供技术支持和理论指导。
1.2 研究目的研究目的是针对玛湖35井钻井过程中存在的问题，通过使用钾钙基聚合物钻井液，探讨其在该井中的应用效果及影响因素。
具体目的包括：优化钻井液配方，提高钻井效率和成功率；探索钾钙基聚合物钻井液对井壁稳定性的影响，减少钻井事故的发生；研究钻井液对地层孔隙结构及水层压力的影响，为井底减压及地层保护提供理论依据；研究钻井液的环保性能，减少对环境的影响。
通过以上研究目的，进一步探讨钾钙基聚合物钻井液在玛湖35井中的应用价值，为今后钻井工作提供经验和指导。
1.3 研究意义钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井研究与应用具有重要的研究意义。
随着石油工业的发展，对钻井液的性能要求也越来越高。
钾钙基聚合物钻井液是一种新型的钻井液体系，具有优良的性能，能够有效降低钻井作业的风险，提高钻井效率，保障井下安全生产。
在玛湖35井的研究与应用过程中，钾钙基聚合物钻井液体系的优越性能得到了充分验证，为该地区的钻井作业提供了可靠的技术支持。
深入研究钾钙基聚合物钻井液体系在玛湖35井的应用效果及影响因素，有助于更好地理解其作用机理，为今后的钻井液研究和应用提供有益的参考和借鉴。
聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究
聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究一、绪论1. 研究背景和意义2. 相关研究概述3. 研究目的和意义二、聚合物对钻井液性能的影响1. 聚合物在钻井液中的作用机理2. 不同结构、性质的聚合物对钻井液性能的影响3. 聚合物添加量对钻井液性能的影响三、聚合物种类对钻井液体系性能的影响1. 阴离子聚合物的影响2. 阳离子聚合物的影响3. 复配聚合物的影响四、聚合物与其他添加剂的协同作用对钻井液体系性能的影响1. 聚合物与黏土抑制剂的协同作用2. 聚合物与润滑剂的协同作用3. 聚合物与泡沫剂的协同作用五、影响聚合物对钻井液体系性能影响因素的探讨1. 温度的影响2. pH值的影响3. 钻井液体系中其他成分的影响六、结论与展望1. 结论2. 存在的问题与不足3. 展望未来研究方向一、绪论1. 研究背景和意义随着石油工业的不断发展和进步，越来越复杂和恶劣的采油条件给钻井液系统的研究和应用带来了更高的要求。
钻井液系统的性能决定了钻井过程的顺利与否，而聚合物在钻井液中的应用已经成为了摆脱钻井液性质限制，提高钻井液系统性能的重要方法之一。
聚合物是高分子化合物，在聚合物/钻井液体系中具有各种独特的物理化学性质，从而对钻井液的黏度、流动性、含液量、过滤性、稳定性和抑制性等物理化学性能产生影响，其中添加量及其结构性质都将影响其对钻井液性能的影响。
“聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究”可以为安全、稳定、高效的钻井作业提供重要的理论和实践基础。
2. 相关研究概述聚合物在钻井液中的应用已经成为研究的热点之一，前人的研究表明，聚合物的种类、结构、分子量以及添加量都对钻井液的性能产生影响。
目前，已有关于聚合物对钻井液性能的研究大致可分为以下几类：（1）聚合物对钻井液黏度的影响。
研究表明，聚合物的添加量和分子量双重影响着钻井液的黏度，其中阴离子聚合物比阳离子聚合物的黏度效果更好。
（2）聚合物对钻井液过滤性的影响。
聚合物的添加可以有效地提高钻井液的过滤性能，减少钻井液在地层中的失液量，延长钻头使用寿命。
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典型技术： 不分散低固相钻井液 气体钻井 保护油气层的完井液
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2、我国钻井液技术突出发展的几个阶段
（1）钙处理钻井液阶段（60年代-70年代）
特点：
利用：无机盐CaO、NaCl提高井壁稳定性； 利 用 ： FCLS、NaC、CMC 及 一 些 表 面 活 性 剂
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采用钻井液原则
第四系
Q
1872
独山子组 N1d
3326
N1t
塔西河组
3837
沙湾组
N1S 4172
原则
上部地层：多聚少分 只聚不磺（分）
少下聚部多地磺层或：者多分少聚 只或磺者不：聚只分不聚
安集海河组 E2-3a 5080
紫泥泉子组 E1-2z 5500
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二、分散性钻井液及其处理剂
钻井液性能的维持和实现是靠处理剂在钻 井液中对粘土粒子的分散作用实现的。
吸附键
水化膜厚
分子结构
吸附量
表面晶型
7
一、钻井液及处理剂的发展
现代钻井技术对钻井液的要求：
辅助钻井提高钻井速度。 保证钻井井下安全，防止钻井过程中各种 复 杂问题发生，如井塌、卡钻、井喷、井漏 等。 保护油气层，提高油气井产量。
钻井液及其处理剂正是在不断满足钻井工程要 求的基础上发展起来的。
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钻井液应用规律和效能评价
聚结为主或是分散为主始终贯穿在钻井液技术实施过 程中，从而得到不同的技术方案、思路，相应地，采 用不同的处理剂系列。 （2）“专”与“配”的矛盾
“专”是指在一类聚合物分子上，利用分子结构设 计，获得所需要作用效果的处理剂。“配” 是指利用 多种处理剂的协同复配作用达到某些作用效果。
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a.“聚”类处理剂：主要指抑制剂，包括无机盐 和有机聚合物类。
特点：
1、处理剂主要起分散作用，给钻井液带来分 散环境，对所有粘土粒子均起分散作用。
2、内部结构：以卡片式房子结构为主，即： E—E、E—F。
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（2）快速发展时期—细分散泥浆阶段
主要解决问题： 泥浆性能的稳定 井壁稳定
典型技术： 性能测定仪器研制出来 使用膨润土、单宁、烧碱、褐煤
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（3）高速发展阶段—粗分散泥浆阶段
主要解决问题： 石膏、盐污染 温度影响
典型技术： 各种盐水、钙处理泥浆 油基泥浆 处理剂品种16大类
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（4）聚合物不分散钻井液阶段
维持钻井液性能的稳定。
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（2）三磺钻井液阶段（70年代后期）
主要用在深井。
三磺处理剂：SMP、SMC、SMK（老三磺），有效地降低
钻井液高温高压失水，进而提高井壁稳定性。 用这类处理剂成功钻成我国最深的两口井：关基井
（7175米）、女基井（6011米）。 ——有人称这是我国钻井液技术的第一大进步。
② 波谱、红外、紫外、质谱。
5
引言
处 理 剂 的 分 子 结 构
影
响吸附作
用
的
因 素
粘 土 表
面
晶
型
处
交换性阳离子 理剂所处介质环
境
以上众多关系中，任意寻找或研究两
者的关系即为作用机理研究。
6
性能
粘土分散状态
表面状态 处理剂作用
流变性
造壁性 分散度
级配
粒子结合
Zeta电位
特点：抑制蒙脱土含量较高地层的水化、膨
胀、造浆，有利于钻井时地层的稳定。（主要 是上部地层）
缺点：不利于钻井液性能的稳定。
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b.“分”类处理剂：主要是磺化聚合物、褐煤、 纤维素及淀粉等。
特点：有利于钻井液性能稳定，使钻井液成
为稳定胶体并具有钻井工程所需要的流变性和 造壁性。
缺点：对地层的稳定有时不利。
基团：（-N+-） 如：阳离子聚丙烯酰胺、羟丙基三甲基氯化胺。
两性离子聚合物钻井液：聚合物分子结构上引入阳离
子和阴离子两种基团。如FA-367、XY-27等。 ——有人称这是我国钻井液技术的第三大进步。
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3、钻井液及处理剂发展趋势
钻井液在发展过程中必须解决两个不能回避的问题：
（1）“聚”与“分”的矛盾 对于所钻井的地层，为了快速、安全钻进，究竟是
3
引言
分 散 度 （ 土 量 相 同 时 ，为 粒 子 浓 度 ）
分散状态 多级分散粒子的级配
粒
子
的
结 合结粒
合 度
方
式
、
形
式
、
程
度
其中，分沉散降状法态：测重定力沉方降法：2：～100μm 离心沉降：0.01～20μm
① 粒度分显微布镜：法沉：光降学天显平微镜，：库0.8尔～特150计μ数m 器，激光 粒电度子仪显微，镜光：散<0.射8 μ粒m度仪等；
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（3）聚磺钻井液阶段（70年代末-80年代）
聚磺钻井液：聚合物钻井液+三磺钻井液。
即：在三磺水基钻井液基础上引入阴离子型 丙烯酰胺类聚合物抑制剂。
——有人称这是我国钻井液技术的第二大进 步。
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（4）阳离子、两性离子聚合物钻井液阶段（80年代末 -90年代）
阳离子聚合物钻井液：聚合物分子结构上引入阳离子
聚合物钻井液
Polymer Drilling Fluids
本课程主要内容
一、钻井液及处理剂发展情况 二、分散性钻井液及其处理剂 三、聚合物钻井液及其处理剂 四、抗温抗盐处理剂简介
2
引言
钻井液性能的微观本质是什么？ 水基钻井液组成：水+土+化学处理剂
本 质：分散相（粘土）的分散状态决定钻井
液性能。 量的体现：土含量加上分散状态数值大小。
评价的原则：满足优质、安全、低成本钻井、完井和环保要
求。 a.是否有利于井壁岩石稳定 b.是否有利于钻井液性能稳定 c.是否有利于保护油气储层 d.是否有利于提高钻井速度 f.是否有利于环境保护 正确地掌握钻井液应用规律和采用准确的方法评价钻井
液效能，对于建立钻井液体系和指导应用至关重要。
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1、钻井液工艺的发展
② 电镜分析。 透射电镜：0.001～5 μm
光散射法：0.02～2000 μm
4
引言
然而，分散状态由粘土粒子表面状态决定。
表
面状
态
水
与
化膜
处理
剂
在
粘
土
表
面 的作 用相Fra bibliotek关吸附键
处理剂作用 （吸附作用）
吸附量 吸附后的状态
吸附后的电荷
吸附作用测定方法：
① 主要测吸附量、厚度；
（1）初步形成时期 —— 18881928年； （2）快速发展时期 —— 19281948年； （3）高速发展时期 —— 19481965年； （4）科学化时期 —— 1965年现在。
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（1）初步发展时期—自然造浆阶段
主要解决问题： 携带钻屑 控制地层压力
典型技术： 水+钻屑+地面土 使用重晶石、铁矿粉（>1920年)