第二节 钻井液处理剂--钻井液降滤失剂综述

CMC的降失水机理
第一：是由于其可以增加钻井液中细的 粘土颗粒的数量,增加水化膜的厚度,提高 粘土颗粒的电动电位起到护胶作用。 第二： CMC 可有效提高钻井液的滤液粘 度以及本身的堵孔作用。
CMC性能及使用特点
由于 CMC 良好的降滤失效果，及增加钻井 液及滤液粘度的作用 , 在上部井眼使用会导 致井径较小，在下部井眼使用常引起钻屑粘 附上部井眼井壁，导致起下钻不畅通。因此, 一般井使用CMC应在进入沙河街组地层以后, 并且每次加量不宜过大。上部地层由于特殊 情况被迫使用 CMC 时 , 应在井下恢复正常后 用低粘、切，高失水的钻井液充分冲洗井眼, 使井径适当扩大，井壁干净。醚化度 0.800.85 的 LV-CMC 适用于高矿化度水泥浆体系 , 具有抗盐抗钙效果好 , 流变性易控制等优点。
LY-1为低分子量的烯类单体的三元共聚物， 由腈纶粉、烧碱、植物油等高温反应而成。 由于在碳链上引进了酰胺基、腈基、羟基、 羧钠基和磺酸钠基等吸附基团和水化基团， 在结构上保证了较好的抗温和抗无机盐的 能力。
抗盐抗高温降滤失剂LY-1
LY-1的降滤失机理、特点和加量
LY-1的降滤失作用首先是通过各基团之间的协同作 用，给粘土颗粒带来了厚的水化膜，提高了粘土颗 粒的电动电位，保证了形成致密的压缩性好的泥饼。 其次是提高了钻井液滤液粘度，达到了降失水的目 的。LY-1在淡水钻井液中加量0.5-1%，盐水钻井液中 加量1-2%，饱和盐水钻井液中的加量2-3%。LY-1具 有加量较小、抗盐效果好、抗高温能力强、降滤失 效果明显等特点。
聚合物降滤失剂FI-J16
聚合物降滤失剂是以铵盐、橡粉为原料的一 种多元共聚物类降滤失剂。其主体聚合物呈 非离子性质，因此可以用于多种钻井液体系， 对钻井液的电性质影响较小。
聚合物降滤失剂的特点及使用方法
淡水钻井液中的加量 0.3%-0.5%, 在 4% 盐水钻 井液中的加量 1.0%-2.0% 。具有加量少、降滤 失效果好、降粘效果明显的优点。但该降滤 失剂存在着抗盐效果较差、不抗高温的缺点， 不适合深井使用。
SMP的使用方法
SMP 单独做为降滤失剂的加量是 3%-5% ，其中 SMP-2用于盐水钻井液时其加量是5%-8%，SMP1 有增粘作用， SMP-2 略微降粘， SMP 与褐煤类 降失水剂如 SMC 或褐煤碱液共同使用可大大增 强其降失水效果，这一方面是由于复配后 SMP 在粘土表面的吸附量可增加5-6倍，第二是褐煤 类处理剂与 SMP 发生交联，增强降失水效果。 因 此 建 议 在 垂 深 超 过 2500 米 的 井 才 开 始 使 用 SMP，并配合褐煤类降失水剂以免造成浪费。
高温高压降失水剂SCUR（褐煤类）
褐煤类降失水材料主要利用褐煤中的腐植酸,腐植 酸不是单一的化合物,而是一种复杂的、相对分子量 不均一的羟基苯羧酸的混合物，难溶于水，溶于烧 碱溶液生成腐植酸钠作为降滤失剂的有效成分。腐 植酸分子基本骨架为碳链和碳环结构，热稳定性好， 抗温能力强。但遇钙、镁侵时生成沉淀失效。 SCUR是由风化褐煤与碳酰胺衍生物接枝、缩聚、 磺化而成。该类处理剂具有较好的降滤失作用和一 定的降粘效果。其作用机理是SCUR吸附于粘土颗粒 表面形成吸附水化层，同时提高粘土的电动电位， 增加钻井液中粘土细颗粒数量，改善泥饼质量。其 次SCUR增大粘土颗粒聚结的机械阻力和静电压力， 防止粘土聚结达到降失水降粘的目的。
LY-1存在的不足
由于 LY-1 良好的降滤失效果并能较大地提高 钻井液及滤液的粘度，易导致钻屑糊井壁， 因此首次使用应在进入沙河街组地层以后， 如无特殊情况每次处理量不易超过钻井液总 量的 0.2%。此外LY-1存在着抗 Cа2+、 Mg2+等高 价无机盐能力差 ,处理盐水侵等情况时流变性 能难控制等问题,同时,现在LY-1原材料的紧缺, 影响了该类处理剂的质量和使用。
改性淀粉降滤失剂
改性淀粉的结构与纤维素相似，是由植 物淀粉经改性而成，主要是在淀粉的主 链上引入羧甲基、羟基、羟丙基及阳离 子等基团，改进了淀粉的性能。淀粉做 为降滤失剂其降失水机理与CMC类似。
改性淀粉降滤失剂的特点与加量
由于原材料价格低廉，因此改性淀粉价格较低， 但在降滤失方面却有许多优点：它加量少，抗无机 盐效果好，降失水作用明显。在淡水钻井液中加量 0.3-0.5%,在4%盐水钻井液中加量0.6-0.8%,饱和盐 水钻井液中加量1-1.5%,并且其抗Ca2 +、Mg2+等高 价无机盐效果好,并且淀粉可根据需要改性成增粘 型或微增粘型，满足流变性调整的需要。同时该类 处理剂属非离子型,可适用于各种钻井液体系。
腐殖酸结构

SCUR的性能特点及使用方法
SCUR在泥浆中的加量为1%-3%，抗温达 180°C以上，但其抗无机盐的性能较差，可 适用淡水钻井液或矿化度小于4%的盐水钻井 液。同时，它对泥饼的润滑性能略有影响， 稍增加泥饼的磨擦系数。其它褐煤（腐植酸） 类产品性能使用与其相似，褐煤（腐植酸） 经过磺化等处理改性抗温可达230°C，抗无 机盐的能力也大大提高。
第四、降滤失剂分子本身的堵孔作用。 有机高分子降滤失剂的分子尺寸在胶体 颗粒范围内，加入这些外理剂后，它们 一方面是分子的长链楔入滤饼的间隙中， 另一方面长链分子卷曲成球状，堵塞滤 饼微孔隙，使滤饼薄而致密，从而降低 滤失量。
羟甲基纤维素钠盐（Na-CMC）
CMC 是由棉花纤维用 20%NaOH 处理后，加入氯乙酸 钠进行醚化反应而成。由于其聚合度的不同又分高 粘、中粘、低粘三种。 一般CMC聚合度在200-600左右,取代度0.60-0.90。 CMC分子链中羟基、醚基是吸附基团，羟钠基为水 化基团。 CMC抗温一般130℃，经过改性可提高抗温能力 20℃~30℃,低粘CMC具有良好的抗盐、抗钙的能力, 并且对钻井液流变性影响小，常用于处理盐水侵或 盐水钻井液。
褐煤树脂SPNH
SPNH 是由磺化褐煤、磺化酚醛树脂和腈 钠盐在一定温度压力等条件下复配而成。 SPNH能抗矿化度<15%的盐，抗高温效果好， 有一定的降粘作用 ，降滤失效果明显 。 SPNH在淡水中的加量1-2%，在盐水中加量 3-5% 。褐煤树脂既具有酚醛树脂的抗盐抗 高温（ 220°C ）效果，又具有磺化褐煤的 降粘作用，并且加量较 SMP 略有降低，是 低矿化度（<10%）钻井液较理想的降失水 材料。
PAC-141
PAC-141是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸钠、 丙烯酸钙的四元共聚物。它在降滤失的同时， 还兼有增粘作用,并且还能调节流型,改进钻 井液的剪切稀释性能。该处理剂抗温180°C,
抗盐至饱和。
PAC-142
PAC-142是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯 磺酸钠的共聚物。它在降滤失的同时，其增 粘幅度比PAC141小，主要是在淡水、海水、 饱和盐水钻井液中做降滤失剂。该处理剂在 淡水钻井液中加量0.2-0.4%,饱和盐水钻井液 加量1-1.5% 。
改性淀粉降滤失剂的不足
改性淀粉存在的主要问题是抗温效 果较差（抗温能力小于140°C ）、 易被生物发酵变质、易发泡、分子 链不稳定易失效等。
PAC系列处理剂
PAC系列产品是指各种复合离子型的聚丙烯 酸盐（ PAC）的聚合物，在高分子链节上引 入不同含量的羧基、羧钠基、羧胺基、酰胺 基、腈基、磺酸基和羟基。由于各官能团的 协同作用，该系列聚合物在各种复杂地层和 不同矿化度、温度条件下都能发挥作用。
磺甲基酚醛树脂（SMP）
SMP是在酸性条件下使甲醛苯酚生 产成线性酚醛树脂,再在碱性条件下 加入磺甲基化试剂进行分步磺化制 得。
SMP的结构及性能特点
SMP分子结构有如下特点（1）分子链由亚甲基桥和 苯环构成引入磺酸基故热稳定性高，可抗180℃200℃高温。（2）由于引入磺酸基，其抗无机电解 质的能力强。其中SMP-1可适用于矿化度小于10万 PPM的钻井液体系，SMP-2可适用于盐水钻井液、 饱和盐水钻井液体系，抗钙达2000PPm。SMP能有 效降低钻井液的高温高压失水，明显改善泥饼质量， 增强钻井液的热稳定性。同时，它还有较好的润滑 和防塌作用。
第二节 钻井液降滤失剂
钻井液滤失量的重要性
钻井液滤失量大易引起页岩的膨胀和垮塌， 造成井壁不稳定。钻井液和滤液侵入地层， 引起粘土膨胀，堵塞地层油气流通道，损害 产层。在滤失量增大的同时滤饼也增厚，而 厚滤饼使井径缩小，造成钻具扭矩大，起钻 抽汲，下钻遇阻，固井质量差等问题。因此， 适当低的滤失量是钻井液的重要性能之一。
降滤失剂的作用原理
第一、护胶作用。为了形成渗透率低的泥饼， 要求钻井液中粘土颗粒粒径有合适的大小分 布，同时要求有较多的细颗粒。降滤失剂的 护胶作用在于（1）吸附在粘土表面形成吸附 层，以阻止粘土颗粒絮凝变大；（2）能把在 钻井液循环搅拌下所拆散的细颗粒通过吸附 稳定下来，不再粘结成大颗粒。这样增加了 细颗粒的比例，有利于形成致密泥饼。
海水钻井液降滤失SR-1
SR-1是由丙烯酸单体聚合改性而成 的烯类单体聚合物。适用于淡水、 海水、饱和盐水等多种钻井液体系。
SR-1的使用方法和特点
SR-1 具有加量少（在海水中加量为 0.5-1% ） , 降滤失效果好,抗无机盐能力强的特点,并在盐 水钻井液中具有一定的降粘、降切作用 , 抗温 可达160 °C 。合成的丙烯酸类产品均具有良 好的抗盐效果,加量少,且可以根据钻井液流变 性的要求调整处理剂这方面的性能。
丙烯酸盐SK系列处理剂
SK系列产品是丙烯酸盐的多元共聚物,主要用 做聚合物钻井液的降滤失剂。SK-1可用于无 固相或低固相钻井液，在盐水钻井液中，主 要起降滤失和增粘的作用。SK-2具有较强的 抗盐、抗钙能力，是一种不增粘的降滤失剂。 SK-3主要用于在聚合物钻井液受无机盐污染 后，作为降粘剂，同时可改善钻井液的热稳 定性，降低高温高压滤失量。
第二、提高滤液粘度可以降低滤失量。滤失 量与钻井液滤液粘度的0.5次方成反比。有机 降滤失剂加入钻井液后提高了滤液粘度,使滤 失量降低。第三增加钻井液中粘土颗粒的水 化程度,可以降低滤失量。降滤失剂吸附在钻 井液中的粘土颗粒上,使其水化程度增加颗粒 的水化膜增厚,形成的滤饼在高压下易变形,滤 饼的渗透率降低。