(优选)第二节钻井液处理剂钻井液降滤失剂

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）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

钻井液处理剂名称对照及主要用途

发布：多吉利来源：

钻井液处理剂名称对照及主要用途

表1 粘土类

通称或主要成份中国名称外国名称主要用途

优质膨润土

API钻井级搬土天然钠质土 M-I GEL

AQUAGEL

MILGEL

Wyoming Bentonit 水基钻井液中提粘，降滤失建造泥饼及堵漏

未处理天然膨润土试验用钠膨润土 MILGEL NT

AQUAGEL

GOLD

SEAL 水基钻井液中得粘，降滤失建造泥饼

经处理过的高造浆膨润土，增效搬土 SUPER-COL

QUIK-GEL

KWIK-THIN 水基钻井液中提粘，表层钻井快速增粘剂

OCMA搬土行标二级膨润土 MIL-BEN 水基钻井液中提粘，降滤失建造泥饼

累托石粘土累托土水基钻井液中提粘，降滤失建造泥饼

山软木土

凹凸棒石抗盐 SALT WATERGEL

ZEOGEL SALT GEL

At tapulgite 盐水钻井液中提粘，建造泥饼及堵漏

海泡石粘土海泡石

（HL—ZI，HL—ZⅡ） Geo Gel

Thermogel

DUROGEL 盐水钻井液和高温井钻井液提粘，其他钻井液

也适用

高岭土钻井液用评价土英国评价土钻井液试验用

有机粘土（见油基钻井液的添加剂类）油基钻井液中提粘，

降滤失建造泥饼

表2 加重材料

通称或主要成份中国名称外国名称主要用途

API级重晶石粉

（BaSO4) 重晶石粉 MIL-BAR

M-I BAR

BAROID 各种钻井液加重剂或配

重晶石英钟浆封堵又

喷又漏

铁矿粉氧化铁粉

镜铁矿粉

钒钛铁矿粉

钛铁矿粉 DENSIMIX

BARODENSE

FER-OX

IDWATR 各种钻井液中加重及

封堵又喷又漏

碳酸钙粉（CaCO3）石灰石粉

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。

中外常用钻井液处理剂名称对照及主要用途

表1 粘土类

通称或主要成份中国名称外国名称主要用途

优质膨润土

API钻井级搬土天然钠质土 M-I GEL

AQUAGEL

MILGEL

Wyoming Bentonit 水基钻井液中提粘，降滤失建造泥饼及堵漏

未处理天然膨润土试验用钠膨润土 MILGEL NT

AQUAGEL

GOLD

SEAL 水基钻井液中得粘，降滤失建造泥饼

经处理过的高造浆膨润土，增效搬土 SUPER-COL

QUIK-GEL

KWIK-THIN 水基钻井液中提粘，表层钻井快速增粘剂

OCMA搬土行标二级膨润土 MIL-BEN 水基钻井液中提粘，降滤失建造泥饼

累托石粘土累托土水基钻井液中提粘，降滤失建造泥饼

山软木土

凹凸棒石抗盐 SALT

WATERGEL

ZEOGEL SALT GEL

At tapulgite 盐水钻井液中提粘，建造泥饼及堵漏

海泡石粘土海泡石

（HL—ZI，HL—ZⅡ） Geo Gel

Thermogel

DUROGEL 盐水钻井液和高温井钻井液提粘，其他钻井液

也适用

高岭土钻井液用评价土英国评价土钻井液试验用

有机粘土（见油基钻井液的添加剂类）油基钻井液中提粘，

降滤失建造泥饼

表2 加重材料

通称或主要成份中国名称外国名称主要用途

API级重晶石粉

（BaSO4) 重晶石粉 MIL-BAR

M-I BAR

BAROID 各种钻井液加重剂或配

重晶石英钟浆封堵又

喷又漏

铁矿粉氧化铁粉

镜铁矿粉

钒钛铁矿粉

钛铁矿粉 DENSIMIX

BARODENSE

FER-OX

IDWATR 各种钻井液中加重及

封堵又喷又漏

碳酸钙粉（CaCO3）石灰石粉

碳酸钙粉 75 酸溶性加重剂

重晶石与赤铁矿混合物 BAR-PLUS 各种钻井加重材料及

中外常用钻井液处理剂名称对照及主要用途解读

中外常用钻井液处理剂名称对照及主要用途

表1 粘土类

通称或主要成份中国名称外国名称主要用途

优质膨润土

API钻井级搬土天然钠质土 M-I GEL

AQUAGEL

MILGEL

Wyoming Bentonit 水基钻井液中提粘，降滤失建造泥饼及堵漏

未处理天然膨润土试验用钠膨润土 MILGEL NT

AQUAGEL

GOLD

SEAL 水基钻井液中得粘，降滤失建造泥饼

经处理过的高造浆膨润土，增效搬土 SUPER-COL

QUIK-GEL

KWIK-THIN 水基钻井液中提粘，表层钻井快速增粘剂

OCMA搬土行标二级膨润土 MIL-BEN 水基钻井液中提粘，降滤失建造泥饼

累托石粘土累托土水基钻井液中提粘，降滤失建造泥饼

山软木土

凹凸棒石抗盐 SALT

WATERGEL

ZEOGEL SALT GEL

At tapulgite 盐水钻井液中提粘，建造泥饼及堵漏

海泡石粘土海泡石

（HL—ZI，HL—ZⅡ） Geo Gel

Thermogel

DUROGEL 盐水钻井液和高温井钻井液提粘，其他钻井液

也适用

高岭土钻井液用评价土英国评价土钻井液试验用

有机粘土（见油基钻井液的添加剂类）油基钻井液中提粘，

降滤失建造泥饼

表2 加重材料

通称或主要成份中国名称外国名称主要用途

API级重晶石粉

（BaSO4) 重晶石粉 MIL-BAR

M-I BAR

BAROID 各种钻井液加重剂或配

重晶石英钟浆封堵又

喷又漏

铁矿粉氧化铁粉

镜铁矿粉

钒钛铁矿粉

钛铁矿粉 DENSIMIX

BARODENSE

FER-OX

IDWATR 各种钻井液中加重及

封堵又喷又漏

碳酸钙粉（CaCO3）石灰石粉

碳酸钙粉 W.O.30

BARACARB

LO-WATE

LDCARB 75 酸溶性加重剂通称或主要成份中国名称外国名称主要用途

抗高温钻井液降滤失剂的合成与性能评价

摘要：随着环保要求的提高，具有优良抗温抗盐性能磺化钻井液体系使用受限，现有的聚合物降滤失剂在抗高温、抗复合盐时降滤失性能差，无法满足现场施工需求。选用单体：丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、改性土进行三元共聚。合成条件：反应体系pH值8-9，反应温度38℃。生产工业样品进行测试评价，并在河南油田开展现场应用。现场应用表明，研制生产的抗温抗盐聚合物钻井液降滤失剂WL-1对存在高温、盐、钙、芒硝污染条件下,加入0.3-0.5%即可显著降低钻井液滤失量。

关键词：钻井液；抗温抗盐；降滤失剂；性能分析

一、抗高温降滤失剂制备

1.试剂及仪器实验药品

2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)(分析纯，上海瀚思化工有限公司)，丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)(分析纯，天津市大茂化学试剂厂)，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)(分析纯，郑州阿尔法化工有限公司)，亚硫酸氢钠、无水乙醇(分析纯，天津市永大化学试剂有限公司)，过硫酸铵、氢氧化钠(分析纯，天津博迪化工股份有限公司)、去离子水(实验室自制)。

1.1实验仪器

数显恒温水浴锅（HH-S24S，山东鄄城华鲁电热仪器有限公司）；数显电子恒速搅拌器（江苏金坛山雨仪器厂）；分析天平（上海菁海仪器有限公司）；电热鼓风干燥箱（上海树立仪器仪表有限公司）；滚子加热炉（青岛胶南分析仪器厂）；变频高速搅拌机（青岛恒泰达机电设备有限公司）；六速旋转黏度计（青岛恒泰达机电设备有限公司）；API中压滤失仪（青岛胶南分析仪器厂）；泥饼黏附系数测定仪（青岛胶南分析仪器厂）；玻璃器皿。

1.2实验方法

以AM为主链，利用水溶液聚合法将AMPS、AA、DMC进行聚合，得到抗高温降滤失剂AMPS/AA/AM/DMC。取适量AMPS、AA、DMC溶于水中。配制质量分数为20%的氢氧化钠溶液，控制体系的pH值。加入一定量的AM，搅拌溶解后升温。依次加入定量的引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，在恒温水浴中静止反应3h。初步得到的产品用无水乙醇反复洗涤三次，然后放入100℃的恒温干燥箱中烘干得到最终产品。

泥浆药品及性能

常用钻井液药品及其性能

一、无机处理剂

1、碱类处理剂

（1）氢氧化钠：又名烧碱、苛性碱，分子式NaOH，相对分子质量40.00。它是一种乳白色的晶体，常温下密度为：2.0~2.2g/cm3,熔点为318℃。易溶于水，溶解时放热，溶解度随温度升高而增大。水溶液呈强碱性，pH值为14，对皮肤和衣服有强腐蚀性，也溶于酒精和甘油中，难溶于醚、烃类，易吸潮，从空气中吸收CO2容易变成Na2CO3。在水溶液中全部电离。

在钻井液中的作用如下：

1）提供OH-,调节钻井液的pH值。

2）提供Na+，促进粘土水化分散。

3）与某些有机处理剂配合使用，既提高pH 值又改善性能。

4）单独使用NaOH溶液可提高钻井液粘度、切力。

5）在钙处理钻井液中，可控制石灰的溶解度和钙离子浓度。

（2）氢氧化钾：又名苛性钾。分子式KOH，相对分子质量56.0。为白色半透明晶体，常温密度为2.04g/cm3,熔点为360℃。易溶于水，溶解时强烈放热，水溶液呈强碱性，pH值为14，有较强的腐蚀性，也溶于酒精和甘油，难溶于醚及烃类，易从空气中吸收CO2生成K2CO3。在水溶液中全部电离。

在钻井液中的作用如下：

1）调节pH值。

2）具有良好的防塌作用。

3）还可与某些有机处理剂水解生成钾盐，如聚丙烯腈钾等。

（3）氢氧化钙：又名熟石灰、消石灰，分子式Ca(OH)2,相对分子质量74.10。为白色粉末，常温下密度为2.08~2.24g/cm3,吸潮性强，易吸收空气中的CO2变成CaCO3，在水中溶解度小，溶解度随着温度升高而降低。碱性较强，对皮肤和织物有腐蚀性。

在钻井液中的作用如下：

1）提供Ca2+离子，抑制粘土水化分散。

2）提供提供OH-离子，提高钻井液的pH值。

3）配制石灰乳堵漏剂。

2、盐类处理剂

（1）碳酸钠：又名纯碱、苏打。分子式Na2CO3，相对分子质量106.00。为白色粉末或细粒，常温下密度为2.5g/cm3左右，熔点为852℃，易溶于水，水溶液pH值为11.6。在空气中易结成硬块。在水溶液中水解产生Na+、OH—、HCO3—和少量CO32—离子。在钻井液中作用如下：

钻井用化学材料

一、钻井液的作用

钻井液又称“泥浆”是由各种油田化学剂（约19类）混合组成的流体。当钻进至油、气层时所用的钻井液为“完井液”。修井作业时所用的化学剂配成的流体称为“修井液”。基本功能有：钻井液具有平衡地层压力、冷却润滑钻头、冲洗井底、携带岩屑、辅助破坏岩层、悬浮岩屑、保护井壁等作用。保证优质快速钻进。对于开发，保护油气层。对于勘探，发现并保护油气层。

二、钻井液的类型

水基钻井液：

无固相饱和盐水钻井液

低固相不分散钻井液（钾铵聚合物、三磺、两性复合离子、阳离子、正电胶等）

油基钻井液：

油基液、油包水乳化液、低胶性油基液、无毒油基液

气体型（空气、雾、泡沫、充气）钻井液

钻井液材料分为十六大类。

1.粘土类

作用：主要用来配制原浆，亦有增加粘切、降低滤失量的作用。

主要材料：膨润土（主要以蒙脱石为主）、抗盐土（主要为凹凸棒石及海泡石土）、有机土（钠土经阳离子型表面活性剂处理的人造土）。 2.加重材料

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。

主要材料：

重晶石粉：以硫酸钡为主要成分的天然矿石，经过机加工而成细度适宜的粉末状产品。

石灰石粉：以碳酸钙为主要成分的天然矿石，经过机械加工而成细度适度的粉末产品。

钛铁矿粉：以氧化钛与四氧化三铁为主要成份。

3.增粘剂

作用：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，增加胶凝强度以形成高流阻。

主要材料：黄孢胶、黄原胶、羧甲基纤维素CMC、羟乙基纤维素HEC、正电胶、石棉、胍胶等。

4.降粘剂

作用：主要用来改善钻井液的流动性，例如粘度、切力，以增加可泵性、减少摩阻等。

主要材料：酸式焦磷酸盐、四磷酸钠、铁铬盐、木质磺酸盐类、单宁、腐植酸钾、丙烯酸聚合物、硅稀释剂、氧化木质素衍生物等。

5.降滤失剂

作用：主要用来降低钻井液的滤失量。

主要材料：淀粉类、低粘度聚阴离子纤维素、钠羧甲基纤维素、共聚物类、聚丙烯腈衍生物或聚丙烯盐、树脂类、复全合纤维素等。

超低渗透钻井液降滤失剂FLG的合成研究

第８卷第２期　重庆科技学院学报（自然科学版）　２００６年６月　

超低渗透钻井液降滤失剂ＦＬＧ的合成研究　

江小玲马进　

（重庆科技学院，重庆４０００４２）　

摘　要：超低渗透钻井液降滤失剂ＦＬＧ是一种以植物衍生物为主的混合物，该降滤失剂加人后。可使常规钻井液成为　

超低渗透钻井液，该降滤失剂耐温、抗盐，对环境污染小，是一种新型的降滤失剂。　

关键词：超低渗透钻井液；降滤失剂；砂床滤失量；瓜胶；合成　

中图分类号：ＴＥ２５４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１９８０（２００６）０２－０００４—０３　

近年来，国外提出了一种超低渗透钻井液技术．　

以解决钻遇深井长裸眼大段复杂泥页岩和多套压力　

层系或压力衰竭地层时易发生的漏失、卡钻、坍塌和　

油层损害等技术难题，该技术的提出使降滤失剂产　

品研究和滤失性能的评价方法得到了更新。超低渗　

透钻井液是通过在常规钻井液中加入新型降滤失剂　

而形成的，同时采用砂床代替滤纸作为滤失介质进　

行滤失试验，更为真实地摸拟井下情况。本文研究了　

超低渗透钻井液降滤失剂ＦＬＧ的合成．并采用砂床　

作滤失介质对其降滤失效果进行评价。　

１　试验方法　

１．１降滤失剂ＦＬＧ的合成　

在三颈瓶中加人烃类溶剂和司盘系悬浮稳定　

剂，充分搅拌分散后，加入瓜胶、丙烯酸钠、丙烯酰胺　

和醋酸乙烯酯混合溶液。通氮气ｌＯｍｉｎ。加入引发剂、　

交联剂，在６０～８０℃下反应３ｈ。保持反应温度，将一定　

量的聚合醇和不溶金属氧化物加人三颈瓶中。搅拌　

使其充分附着在珠状的聚合物表面（防止珠状聚合　

物粒子粘连），冷却过滤，在８０℃下干燥、粉碎，再混　

人一定量的聚合物降粘剂．制得灰白色粉状混合物　

产品ＦＬＧ。　

１　Ｉ２降滤失剂ＦＬＧ性能评价　

１．２．１钻井液配制　

在１　０００ｍ］水中加．２，．４０ｇ钠膨润土．高速搅拌　

５ｍｉｎ，室温下陈化２４ｈ，得淡水基浆；在４００ｍｌ基浆中　

加人氯化钠４．０ｇ，高速搅拌２０ｒａｉｎ，密闭养护４ｈ，得盐　水基浆；在基浆中加人１％降滤失剂ＦＬＧ，高速搅拌　

第2讲降滤失剂

油田化学剂课程讲稿

授课题目（教学章、节或主题）：第2讲钻井液处理剂－降滤失剂

授课方式

（请打√）理论课√ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其他□ 课时

安排 2

教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

1 掌握降滤失剂的作用原理及主要品种

2 熟悉钻井液的主要功能

3 了解降滤失剂的研究进展

教学重点、难点及关键知识点：

本节课的重点与难点是在钻井过程中使用降滤失剂的必要性，以及降滤失剂性能、种类及其作用原理。要讲述清楚钻井液滤失的必然性及危害性，通过具体实例说明降滤失剂的作用原理。

方法及手段

板书

教学基本内容（教学过程）改进设想

1 钻井液及其功能

2 钻井液的滤失及其危害

3 降滤失剂的作用原理

4 常用的降滤失剂

- 1 - 油田化学剂课程讲稿

第一章钻井用化学剂 Chemicals for drilling

包括钻井液处理剂和固井水泥外加剂。

§1-1 钻井液及其功能

钻井：钻开一条使地下流体（油气）被采集到地面上来的通道。（API）

钻井液：用于钻井，具有多种功能以满足钻井工作需要的循环流体。

钻井液处理剂：能调节钻井液性能的化学剂。

一钻井液组成及类型

钻井液由分散介质、分散相、钻井液处理剂组成。分散介质可是水或油；分散相通常是黏土（膨润土：一种蒙脱石含量不少于85%的粘土矿物）也可以是油、水或气体；处理剂可根据需要进行添加，通常有18类（降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂、消泡剂、乳化剂、絮凝剂、起泡剂、杀菌剂、缓蚀剂、润滑剂、解卡剂、pH控制剂、表面活性剂、除钙剂、温度稳定剂、增粘剂、堵漏材料、加重材料）。

钻井液大多是由水＋黏土＋处理剂配制而成，俗称泥浆，又称钻井血液，是钻井工艺技术发展不可缺少的，也是发展最迅速的组成部分。

清水→自然泥浆→细分散泥浆→粗分散泥浆→低固相泥浆→无固相泥浆

1 水基钻井液

⑴ 分散钻井液