氯化钙水基钻井液现状及展望1
氯化钙水基钻井液现状及展望
【摘要】文章论述了氯化钙水基钻井液的作用机理，综述了氯化钙水基钻井液研究和应用现状，分析了氯化钙水基钻井液用于页岩气开发过程中需要解决的主要问题。
【关键词】氯化钙水基钻井液作用机理研究进展页岩气开发
氯化钙水基钻井液是一种以Ca2+提供抑制性化学环境的钻井液。传统意义上的氯化钙钻井液其滤液中Ca2+浓度一般在1000～3500mg/L范围内，属于粗分散钻井液;随着储层保护、钻井提速及井壁稳定技术方面等对钻井液提出更高要求，出现了一种高浓度氯化钙无土相水基钻井液(氯化钙质量分数可达15%以上)。有研究指出，该类钻井液可以有效抑制泥页岩的水化膨胀，对于稳定地层十分有利，有望能够在页岩气开发过程中获得应用。鉴于此，本文通过梳理国内外氯化钙水基钻井液的研究和应用现状，把握氯化钙钻井液的发展趋势，并结合页岩气资源勘探开发对钻井液的技术需求，探讨采用氯化钙水基钻井液用于页岩气资源勘探开发的存在问题和解决方案。
一、氯化钙水基钻井液的作用机理
传统意义上的氯化钙钻井液一方面通过Na+/Ca2+交换将钠土转变为水化能力更(较)差的钙土，另一方面通过压缩粘土颗粒表面扩散双电层，引起粘土晶片面-面和端-面聚结，使得粘土颗粒分散度下降而实现钻井液获得化学抑制性。
高浓度氯化钙无土相水基钻井液，除了具有传统氯化钙钻井液的抑制机理外，更主要是通过降低钻井液活度实现抑制性。该理论认为泥页岩井壁表面与水基钻井液间存在一层非理想的半透膜，而某些无机盐的加入能够明显降低钻井液的活度进而提高半透膜效率、有利于井壁稳定。Talal M.等人利用压力传递装置较为系统地研究了不同条件下无机盐与泥页岩渗透压及泥页岩膜效率之间的关系。其研究结论认为，与Na+和K+相比，由于Ca2+拥有更大的离子水化半径和离子交换能力，因此在相同的水活度及泥页岩条件下，氯化钙溶液的对泥页岩产生的渗透压和膜效率明显高于KCl及NaCl等一价金属盐，更有利于保持泥页岩井壁的稳定。
二、氯化钙水基钻井液研究及应用现状
K.M.Turner等介绍一种在墨西哥湾深水成功应用的新型无固相氯化钙钻井液体系。该体系针对氯化钙质量分数为35%-38%时，常规聚合物悬浮剂和降失水剂基本失效的问题，研制出一种纤维素类处理剂取代预水化膨润土浆、凹凸棒石及大部分聚合物来提供良好的悬浮性能稳定性和剪切稀释性，同时通过添加一种蜡质处理剂、玉米淀粉及一定尺寸的碳酸钙来控制体系失水。现场采用密度约为1.36 g/cm3的该体系钻井液，其在井眼净化、页岩抑制及封堵渗透性砂层效果明显，并在无隔水导管钻进时成功的防止了墨西哥湾浅层流。
针对无固相氯化钙溶液的密度偏低，存在无法满足深井及高压地层的需要的问题，Brunner Mond公司采用加入硝酸钙的方法来增加氯化钙溶液的密度，氯化钙与硝酸钙的比在5：95-95：5之间，复配溶液的密度最低为1.35g/cm3，通常氯化钙和硝酸钙在复配液中
的总含量约为35%-70%，且复配液的结晶温度较低，在-10℃以上也不会结晶，适合在低温环境中应用。
钻井液体系和配方
钻井液体系和配方 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（171/2″井眼平均约3.5千克/米，121/4″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
低温油基钻井液抗污染能力研究
低温油基钻井液抗污染能力研究 摘要 对于在较低地层温度下的低密度油基钻井液的相关研究较少，对此选择了研究的一套低温油基泥浆体系。本文主要探讨了低温油基钻井液在无机盐、地层钻屑、海水污染条件下的性能变化情况，分析了导致体系性能变差的原因，揭示了现场应用可能影响钻井液稳定的一些因素，给出了有利于体系现场维护的一些合理建议。通过这些研究，说明该体系具有优良的稳定性和流变性，同时也为油基钻井液在水平井方面的应用做了较好的技术支撑。 关键词：油基 低温 钻井液 抗污染 破乳电压 引言 为了适应现场需要，满足较低密度下对油基钻井液性能的要求，通过室内大量实验研究，研制出具有较好流变性，电稳定性和滤失性能的低温油基钻井液体系，本文主要针对该体系的抗污染能力进行评价研究。 研究内容 低温油基钻井液体系基本配方：油水比：80：20 （油相：5＃白油；水相：20％CaCl 2 水溶液），配方：2%主乳＋1.5％辅乳＋1％润湿剂＋2％有机土＋2.5％MOTEX ＋1.5％碱度调节剂＋0.8％HSV -4，密度ρ＝1.20g/cm 3(碳酸钙加重)。 该体系基本性能如下： 表 1 从上表数据可以看出，低温油基钻井液体系具有很高的切力，PV 却只有24 mPa·s ，高温高压滤失量只有10.6ml ，破乳电压在600伏以上，具有较好的电稳定性。 为了检测体系的抗污染能力，分别对不同量NaCl 、CaCl 2、钻屑和海水侵入体系时的性能变化进行实验研究。 1.抗NaCl 污染实验 表 2 从上表数据分析来看，NaCl 侵入量的增加只对破乳电压略有影响，有降低体系电稳定性的作用，但是总的来看体系性能受NaCl 影响很小。体系具有很好的抗NaCl 污染的能力。 2. 抗CaCl 2污染实验 表 3 指标 A V mPa·s PV mPa·s YP Pa YP/PV Pa Ф6/Ф3 FL API ml FL HTHP ml Es V 滚前 35 21 14 0.667 12/11 848 滚后 40 24 16 0.656 13/12 3.4 10.6 1127 老化条件：80℃×16h HTHP 滤失实验条件：80℃×3.5MPa 测试温度： 40℃ NaCl 指标 A V mPa·s PV mPa·s YP Pa YP/PV Pa Ф6/Ф3 FL API ml Es V 0％ 滚后 39 26 13 0.500 10/9 3.4 1103 3％ 滚后 42 29 13 0.448 12/10 3.6 1053 5％ 滚后 42.5 28 14.5 0.518 13/11 3.6 926 10％ 滚后 41 27 14 0.518 11/10 3.8 849 15％ 滚后 42 27 14 0.500 11/9 3.2 671 老化条件：80℃×16h 测试温度： 40℃
塔里木常用钻井液体系简介
塔里木常用钻井液体系简介 塔里木常用的钻井液体系主要以水基钻井液体系为主，油基钻井液只在少数几口井使用，一是为开发而进行的油基钻井液取心做业，二是用来解决极为严重的井下复杂情况，总的归纳起来大致有以下几种：不分散聚合物体系，分散型聚合物体系（即塔里木聚合物磺化体系），钾基（抑制性）钻井液体系，饱和盐水钻井液体系，正电胶钻井液体系，油基钻井液体系，”三低”正电胶钻井液体系。 1. 不分散聚合物钻井液体系 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聚合物处理的水基钻井液。塔里木使用的不分散聚合物钻井液体系大致有三种；既多元聚合物体系，复合离子型聚合物体系，阳离子聚合物体系。 塔里木不分散聚合物钻井液体系特点： （1）具有很强的抑制性。通过使用足量的高分子聚合物作为 絮凝包被剂，实现强包被钻削，在钻削表面形成一层 光滑的保护膜，抑制钻削分散，使所钻出来的钻削基 本保持原状而不分散，以利于地面固控清除，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。通过控制适当的板土含量， 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 够获得良好得泥饼质量。 （4）该体系以其良好的剪切稀释特性使得钻头水眼小，环空 粘度大，有利于喷射钻井，能使钻头水马力充分发挥， 钻速提高。 （5）低密度。低固相有利于实现近平衡钻井，
（6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对地层所含粘土 矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。 2.配方(1).多元聚合物体系（2）.复合离子型聚合物 体系 材料名称加量材料名称 加量 扳土4% 扳土 4% KPAM PMNK 80A51任意两种0.6-1% FA-367 0.4-0.6% HPAN 0.15% XY-27 0.15% MAN101 0..1% JT-888 0.2-0.3 SAS 5.0% SAS 5.0 QS-2 2.0% QS-2 2.0% RH-3D 0.4-0.6% RH-4 0.3-0.5% RH-4 0.3-0.5% RH-3D 0.4-0.6 % （3）阳离子聚合物体系 材料名称加量 扳土4% SP-2 0.3-0.4% CSW-1 0.1%
钻井液组成及作用
钻井液（drilling fluid） 钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。 旋转钻井初期，钻井液的主要作用是把岩屑从井底携带至地面。目前，钻井液被公认为至少有以下十种作用： （1）清洁井底，携带岩屑。保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率。 （2）冷却和润滑钻头及钻柱。降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。 （3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。防止对油气层的污染和井壁坍塌。 （4）平衡（控制）地层压力。防止井喷，井漏，防止地层流体对钻井液的污染。 （5）悬浮岩屑和加重剂。降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻。 （6）在地面能沉除砂子和岩屑。 （7）有效传递水力功率。传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。 （8）承受钻杆和套管的部分重力。钻井液对钻具和套管的浮力，可减小起下钻时起升系统的载荷。 （9）提供所钻地层的大量资料。利用钻井液可进行电法测井，岩屑录井等获取井下资料。 （10）水力破碎岩石。钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。 钻井液的运用历史 很久以前，人们钻井通常是为了寻找水源，而不是石油。实际上，他们偶然间发现石油时很懊恼，因为它把水污染了！最初，钻井是为了获得淡水和海水，前者用于饮用、洗涤和灌溉；后者用作制盐的原料。直到19 世纪早期，由于工业化增加了对石油产品的需求，钻井采油才逐渐普及。 有记载的最早的钻井要追溯到公元前三世纪的中国。他们使用一种叫做绳式顿钻钻井的技术，实现方式是先使巨大的金属钻具下落，然后用一种管状容器收集岩石的碎片。中国人在这项技术上比较领先，中国也被公认为是第一个在钻探过程中有意使用流体的国家。此处所讲的流体是指水。它能软化岩石，从而使钻具更容易穿透岩石，同时有助于清除被称作钻屑的岩石碎片。（从钻孔中清除钻屑这一点非常重要，因为只有这样，钻头才能没有阻碍地继续深钻。）
钻井液受污染及性能调节
钻井液受污染及性能调节 一、实验目的和要求 1.了解钠盐或钙对淡水钻井液性能的影响规律。 2.掌握受污染钻井液性能调节的处理原则和调节方法。 二、实验仪器、药品 常规钻井液仪器一套，钻井液杯(1000ml)一个，电动搅拌器一台(公用)，药物天平一台(公用)，秒表、钢板尺各1，量筒(50ml)2个，pH试纸一盒，土粉、食盐、FCLS［２∶1(1/5)］，NaHm,石膏粉。 三、实验原理 在钻井过程中，地层岩石里的可溶性盐类(如石膏、岩盐、芒硝)及各种流体、钻屑等进入钻井液，使钻井液性能不能满足正常钻井的需要，称之为钻井液受浸或污染。我们这里主要讨论的是盐浸或钙浸对淡水钻井液性能的影响。 1.钙浸： 钻进石膏层和水泥塞时都会遇到钻井液受钙侵问题。石膏的化学成分是硫酸钙；水泥凝固产生氢氧化钙。虽然它们在水里的溶解度不高，但都将提供钙离子。即 CaSO４（固) → Ca＋＋＋SO4＝- Ca(OH)２（固) → Ca＋＋＋2OH- 而几百个ppm(百万分之一，如500ppm是指一百万份中有500份)的含钙量就足以使钻井液失去胶体性质。原因何在?
按照离子交换吸附的原理，由石膏或水泥提供的二价钙离子要置换吸附在粘土表面上的一价钠离子，使钠质粘土转变为钙质粘土。钙离子是二价的，它和粘土表面的吸附力量大于一价的钠离子，难于被呈极性的水分子“拉跑”，即不容易解离，因此，当钠质粘土转变为 钙质粘土后ζ电势减小，如图1所示。 图1 钙离子对粘土胶粒ζ电势的影响 粘土颗粒ζ电势的变小，使得阻止粘土颗粒聚结合并的斥力减小，聚结一分散平衡即向着有利于聚结的方向变化，这样，钻井液中粘土颗粒变粗，网状结构加强和加大(图2)，致 使钻井液的失水量、粘度、切力增大。 图2 平衡朝聚结方向变化，网状结构加强 钠质土转变为钙质土后，另一个变化是粘土颗粒的水化程度降低，水化膜变薄。据《粘土矿物学》(格里姆著)介绍，钙蒙脱石颗粒周围环绕将近四个分子层的吸附水(“非液体”)，钠蒙脱土仅仅三个，然而厚层的疏松的吸附水(“液体的”)在钙蒙脱土里却是很少的，分子力的作用在15的距离里突然中止了，在钠蒙脱土里定向水分子的距离大于100 (约40个水分子层)，如图3所示。粘土水化程度的这种改变，也是使钻井液受钙侵后失水量增大、泥 饼增厚，容易聚结合并、颗粒变粗、形成结构、使粘度急剧上升的一个原因。 图3 钠土和钙土水化程度示意图 对钙浸的处理，一般是加入稀释剂(如FCLS、丹宁酸钠)把已形成的网架结构拆散，使钻井液粘度下降；加入降失水剂(如NaHm、KHm)保护粘土颗粒使失水量下降，使钻井液性能 合乎钻进的需求。 2.盐浸： 当钻达岩盐层时钻井液会受盐侵；钻达盐水层钻井液性能不当时，会发生盐水侵；无论是盐侵、盐水侵都会使钻井液性能发生改变。盐对钻井液性能的影响(参见图4)：随着NaCl 加入量的增大钻井液中Na＋越来越多，这样就增加了粘土胶粒扩散双电层中阳离子的数目，使扩散层的厚度减小，即所谓的“压缩”了双电层，于是粘土胶粒的ζ电势降低(参见图5)。在这种情况下，粘土颗粒之间的电性斥力减小，钻井液体系从细分散向粗分散转变，水化膜变薄；由于粘土胶粒的热运动互相碰撞聚结合并的趋势增强，粘土颗粒之间形成絮凝结构，粘度、切力和失水量均上升。随着NaCl加入量的增大，“压缩”双电层的现象更加严重，
第二章 钻井液体系
第二章钻井液体系 目前，国内常用的钻井液体系分为水基、油基和含气钻井液三大系列。水基钻井液因使用方便、配制简单、价格低廉、对环境污染较小而应用广泛；油基钻井液由于其良好的抗泥页岩水化膨胀缩径性能而主要应用于泥页岩水化缩径严重的区块和对油气层保护要求较高的井；含气钻井液主要用于钻易漏的低压底层。 上世纪90年代又成功发展出合成基钻井液、超低渗透钻井液和不渗透钻井液并在大量井现场应用中取得良好的效果。合成基钻井液对环境污染更小，并具有部分油基钻井液的特性，能很好的保持井壁稳定；超低渗透钻井液和不渗透钻井液在防止地层损害和提高油气井产量上有较突出的效果而得到较广泛的应用； 各种钻井液体系是人们在钻井液技术发展过程中不断实践创造和完善的，不要死记硬背，生搬硬套，而应该对其熟练掌握、灵活应用，并在解决所遇到的各种钻井液问题中不断总结，积累并不断的加以完善。 一、膨润土浆（坂土浆） 1、膨润土浆是常用的水基钻井液的基础结构，用于代替清水开钻，形成泥饼以加固上部地层井壁防止冲坏基础和防止井漏；也用于储备钻井液，在钻井过程中各种事故复杂处理后钻井液量不足时用于做配制钻井液的基浆。 2、常规膨润土浆配方： （1）钠膨润土：水+ 0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3 纯碱+ 6-10% 钠膨润土 （2）钙膨润土：水+ 0.3-0.5%烧碱+ 8-12% 钙膨润土+ 纯碱（钙膨润土的6%）配置好水化24小时以后可加入0.1-0.3%的CMC-LV护胶降失水。 土是膨润土浆的基础结构，烧碱用于除去水中镁离子和调节膨润土浆PH值并促进膨润土水化，纯碱用于除去水中钙离子和促进膨润土水化；实际应用中，烧碱和纯碱的加量可根据配浆水中的钙镁离子含量来适当增减调节。 3、配置步骤 （1）清淘干净一个配浆罐，用清水清洗干净后装入配浆水（配浆水要求总矿化度小于1000mg/L）。 （2）软化配浆水：检测配浆水中钙镁离子含量，根据钙镁离子含量加入纯碱、烧碱除去配浆水中钙镁离子，软化水质，以提高膨润土的造浆率，使配制出的膨润土浆有较理想的粘度。 （3）室内小型实验，配制小样，检测小样性能。 （4）通过加重泵按实验合格的小样配浆，配浆前应用配浆水排替管线，配好后连续搅拌并用泵循环2-4小时，然后预水化24小时备用。 （5）如有必要，加入一定数量的护胶剂护胶，通常是加入0.1-0.3%CMC-LV或中小分子处理剂。 4、膨润土浆性能指标：
钻井液体系和配方
钻井液体系和配方 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人〃井眼平均约3.5千克/米,127 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。 6. 不使用稀释剂。 4. 推荐性能 5. 使用环境 主要用于解决遇巨厚地址年代较晚的第三系强胶性泥岩地层（粘土矿物以伊 利石为主，其次为绿泥石和高岭石及少量伊利石、蒙脱石混层2000以上的地层）时所遇到的井眼缩小导致起下钻阻卡严重等复杂问题。 分散型聚合物体系——聚合物磺化体系 聚合物磺化钻井液指的是以磺化处理剂及少量聚合物作为主要处理剂配制成而成的水基钻井液。 1.体系特点 1）具有良好的高温稳定性，抗温可高达180C以上，适用于深井段、超深井段钻井。 2）使用磺化沥青类页岩抑制剂稳定硬脆性泥岩、少量高分子聚合物稳定伊/ 蒙混层粘土矿物的机理来防止井壁坍塌。故具有一定防塌能力。
中国石油大学—无机电解质对钻井液的污染及调整
中国石油大学油田化学实验报告 实验日期: 成绩: 班级: 学号: 姓名: 教师: 同组者: 无机电解质对钻井液的污染及调整 一、实验目的 1、认识并掌握NaCl对钻井液污染后性能的变化规律。 2、了解NaCl对钻井液污染后性能的调整方法。 二、实验原理 1、钻井液盐侵后，压缩粘土的扩散双电层，其电位降低，水化膜变薄，粘土颗粒间形成网架结构，导致钻井液粘度、切力上升，失水增大。当盐侵到一定程度后，粘土颗粒面-面联结，粘土分散度明显降低，使粘度、切力转而下降，失水继续增大，见图1。 图1 钻井液性能随氯化钠加量的变化曲线 2、盐侵钻井液加入适量处理剂后，一是拆散较强的粘土网架结构，使钻井液处于适度絮凝状态，二是保护粘土颗粒使它保持适度尺寸，不至于结合变的过大，从而使钻井液滤失性能得到改善。 三、仪器与药品 高速搅拌机一台；六速旋转粘度计一台；打气筒失水仪一台；电子天平一台；秒表一只；吸管一支；牛角勺两把；量筒两支；pH试纸、泥浆500ml、NaCl、降失水剂、降粘剂等。 四、实验步骤 1、取泥浆450ml高搅5分钟后，测其六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值。
2、向步骤1完成后的泥浆中加入一定量的NaCl，高速搅拌15分钟后测六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值。 3、根据步骤2完成后的泥浆性能，加入适量的降粘剂和降失水剂，高速搅拌30分钟后测六速粘度、滤失量、泥饼厚度和pH值，使其性能得到恢复 五、数据处理 1、将所得数据及计算结果整理列表。 表1 数据记录表1 表2 污染实验数据班级汇总表 表3 计算结果整理列表 计算举例，以加量1.0%NaCl时的数据为例计算： 表观粘度 A V=0.5×φ600=0.5×16=8.0mPa·s 动切力 YP=0.511×(2×φ300-φ600)=0.511×(2×12-16)=4.088Pa 失水量等于实验中的滤失量。 2、绘出钻井液粘度、动切力以及失水量随NaCl加量的变化曲线，并简要解释。
钻井液思考题
第一章 1.钻井液的概念：钻井工程中所使用的一种工作流体。具有能满足钻井工程所需的各种功能。是一种分散相粒子（土、加重剂、油）多级分散在分散介质（水、油）中形成的溶胶—悬浮体。水基泥浆是粘土以小颗粒状态分散在水中形成的溶胶-悬浮体。 2.钻井液的基本功能：冷却和清洗钻头，提高钻头破岩效率；携带和悬浮钻屑、加重剂，保持井眼清洁；稳定井壁、平衡地层压力，防止塌、卡、漏、喷等各种井下事故复杂的发生；保护油气层；传递水马力； 3.钻井液在钻井工程中的作用：对钻井速度、钻井成本、油井产量、井下安全的影响 4.如何成为一名优秀的泥浆工程师：事业心与责任感、基础理论知识和专业技能、实践经验的积累、外语能力、钻井工程，石油地质相关知识。 5.泥浆工程师应掌握的专业技能:按照钻井液设计，独立完成一口井的钻井液现场施工；熟练掌握本油田各种泥浆体系组成、使用条件、配制方法和维护处理工艺；熟悉各种泥浆处理剂性能特点、加量、其相互间配伍性和使用条件；熟悉各种泥浆测试仪器的操作方法，并能熟练掌握泥浆性能的标准测试程序；能够正确分析判断井下与钻井液有关的各种事故、复杂情况，并提出合理、有效的处理方案；掌握本油田常用特殊泥浆（如：解卡液、堵漏泥浆、压井泥浆等）的配方和配制工艺；熟练掌握各种泥浆小型实验，并能对测试和实验数据作出正确的分析判断。 第二章 1.钻井液密度的概念，作用及设计原理？答：定义：钻井液单位体积的质量称为钻井液的密度，常用g/cm3单位表示。作用：调节钻井液静液柱压力，平衡地层孔隙压力，避免喷、漏、塌、卡等复杂情况的发生。设计依据：一般以地层孔隙压力为基准，易塌地层以地层坍塌压力作参考。设计原则：一般情况下，钻井液液柱压力要高于地层孔隙压力，即在地层孔隙压力值基础上附加一安全值。中石油颁布的标准为：油层附加 1.5--3.5MPa，气层附加3.0--5.0MPa。另一个标准为钻井液密度是在地层压力系数之上附加一安全值：油层附加0.05-0.10，气层附加0.07-0.15。 2.为什么钻井液密度要在地层压力之上增加一个附加值? 答：合理钻井液密度在数值上等于地层压力加安全附加值。安全附加值通常取决于起钻的抽汲压力，而抽吸压力除与起钻速度有关，也受钻井液流变性的影响。静切力越高抽吸压力越大，起钻抽喷的风险越大，附加的安全值就要求越高。 3.钻井液密度过高的危害？答：降低钻井速度，井漏和井卡，伤害油气层，增加钻井成本。 4.何为钻井液的流变性？有哪些流变参数？答：流变性是指钻井液流动和变形的特性。粘度，包括漏斗粘度T（S）、表观粘度A V(mPa.S)、塑性粘度PV(mPa.S)、切力，动切力（结构粘度）YP（Pa）、静切力（凝胶强度）G 0/G 10 （Pa）、流形指数n值，及稠度系数K值。 5. 6.合理流变参数的确定原则？答：在满足携砂和悬浮加重剂前提下，粘度、切力越低越好！ 7.API中压失水，HTHP失水的测定条件？答：API中压滤失量：在室温和7atm条件下，通过45.6 cm2过滤面积的滤纸，经历30分钟时流出的滤液量(cm3)。同时在滤纸表面沉积的固相厚度称为泥饼厚度，其致密性、韧度和光滑度称为泥饼质量。HTHP滤失量：在高温（90-200C。可调）和35atm条件下，通过22.8 cm2过滤面积的滤纸，经历30分钟时流出的滤液量×2(以cm3计)。同时在滤纸表面沉积的固相厚度称为泥饼厚度。 8.失水造壁性差有什么影响?答：失水大，泥饼厚会：污染油气层、厚泥饼引起压差卡钻、厚泥饼影响固井质量、瞬时失水大，钻速快、井壁坍塌，井眼缩径。 9.固相含量及分散度对钻井工程的影响？答：固相含量高，分散度高会降低机械钻速、钻井液性能差，引发事故复杂、影响固井质量、伤害油气层、钻井液抗污染能力差。
第六章 高密度饱和盐水钻井液
第六章高密度饱和盐水钻井液技术 第一节高密度饱和盐水钻井液概述 一、饱和盐水钻井液的作用和发展概况 凡NaCl含量超过1%（质量分数，Cl-含量约为6000 mg/l）的钻井液统称为盐水钻井液。一般将其分为以下三种类型： （一）欠饱和盐水钻井液 其Cl-含量自6000 mg/l直至饱和之前均属于此类。 （二）和盐水钻井液 是指含盐量达到饱和，即常温下NaCl浓度为3.15×105 mg/l（Cl-含量为1.89×105mg/l）左右的钻井液。注意NaCl溶解度随温度变化而变化。 （三）海水钻井液 是指用海水配制而成的含盐钻井液。体系中不仅含有约3×104 mg/l的NaCl，还含有一定量的Ca2+和Mg2+。 根据含盐量的多少，在国外出版的专著中又将盐水钻井液分为以下几种类型：含盐量在1%~2%时为微咸水钻井液，在2%~4%时为海水钻井液，在4%与近饱和之间时为非饱和盐水钻井液，在含盐量达最大值31.5%时则被称为饱和盐水钻井液。 如前所述，为了防止盐膏层发生塑性变形和盐溶而造成缩径或井塌等复杂情况的发生， —154—
提高所用钻井液的密度是非常有效和必要的，这一点已被国内外盐膏层钻井的实践所证实。例如，华北油田新家4井使用油包水乳化钻井液钻3630~4518m的盐膏层井段，当钻井液密度为1.90~1.95 g/cm3时，在盐岩或含盐膏泥岩处，起下钻均会遇阻。而钻井液密度提高至2.03~2.04g/cm3时，井下情况正常，下钻仅轻微遇阻，不需划眼就可通过。因此，为保证安全顺利钻穿盐膏层，必须提高钻井液密度至能够控制盐岩蠕变和塑性变形所需范围。所需密度应根据井深、井温及盐岩蠕变规律来确定，同时还要根据已钻井实际资料和岩心实测试验数据来进行修正，钻井过程中还需根据该井段的实际情况随时进行调整，以确保钻井作业的顺利进行。钻井液密度的具体确定方法和应用图版已在第四、五章详细介绍过，在此不再赘述。 一般情况下，盐的溶解是造成盐膏层钻井过程中各种井下复杂情况的主要原因。因此，要想顺利钻穿盐膏层，就必须采取有效的措施以控制盐的溶解速率。当钻遇盐岩层、盐膏层或盐膏与泥页岩互层时，盐的溶解会使钻井液的粘度、切力上升，滤失量剧增，因此会进一步增加盐膏层钻井的难度。若在钻井液中预先加入工业食盐，可使水基钻井液具有更强的抗盐能力和抑制性。由于饱和盐水钻井液矿化度极高，因此抗污染能力强，对地层中粘土的水化膨胀和分散有极强的抑制作用。钻遇盐膏层时，由于体系中的盐已达饱和，使盐的溶解受到抑制，因此可使盐膏层中盐的溶解减至最小程度，避免大肚子井眼的形成和井塌等复杂情况的发生，从而使井眼规则，确保钻井过程的顺利进行。 在20世纪80年代中期，我国就研究成功饱和盐水钻井液体系，使其顺利钻进盐膏层，基本解决了盐膏层的盐溶、缩径、井塌及卡钻等井下复杂情况。因此，现已形成了较成熟的饱和盐水钻井液体系和针对不同地层的饱和盐水钻井液配方。如胜利油田在新东风10井使用聚合物复合钾盐饱和盐水钻井液顺利通过含盐膏的红层，钻达5344.71m；青海油田在狮20井使用新型的三磺饱和盐水钻井液钻进；中原油田使用了磺化沥青三磺盐水钻井液钻进。这些井的钻井实践表明，只要根据地层实际情况对饱和盐水钻井液的配方进行适当调整，就可以顺利钻穿盐膏层。 对于高密度饱和盐水钻井液体系，不仅能尽可能减少盐岩的溶解，而且由于其“高密度”（2.0~2.5 g/cm3），因此可以有效控制盐岩的蠕变和塑性变形，从而解决了盐膏层两大主要原因引起的复杂情况。同时由于体系中加入了抗盐、抗高温和强抑制性的处理剂，如磺化酚醛树脂、氯化钾和硅酸盐等，因此可以保证井壁稳定，并可在深井和超深井中使用。 —155—
水基钻井液配方组合的回顾与展望
水基钻井液配方组合的回顾与展望 摘要：本文是对我国水基钻井液技术的发展的一篇综合分析及发展趋向。介绍及叙述了聚磺钻井液的形成过程、硬脆性泥页岩地层分析及处理措施、从半透膜机理发展出的4种新体系（聚多醇类，甲酸盐类，甲基葡糖苷，硅酸盐类）、无渗透钻井液、胺基钻井液配方的组成和处理剂的发展新技术，最后提出了几点展望意见。 关键词：水基钻井液配方组合回顾综述我国钻井液处理剂技术在几十年的 发展中有两次关键性的突破。一次是70年代在四川地区钻7000米的深井三磺钻井液处理剂的研制成功，解决了深井钻井的井壁稳定问题。另一次是80年代研制成功的多类型有机聚合物处理剂，解决了浅井膨胀性泥页岩地层的“井壁稳定”问题。通过多年摸索，最终形成了目前的“聚磺钻井液”模式和十几种常用的钻井液处理剂。 1聚磺钻井液的形成 上世纪50年代初我国的钻井液类型属于细分散型，不久(1952年)即开始向用钙（石灰、石膏）处理的粗分散阶段过渡；70年代中期，三磺处理剂（磺化丹宁，磺化酚醛树脂，磺化褐煤）的研制成功，为四川地区钻探7000米深井提供了保障，到现在仍为深井不可缺少的主要处理剂。80年代初全国开展了“不分散低固相聚合物”钻井液的攻关工作，以丙烯酰胺或丙烯腈为主要原料的产品如雨后春笋，很快研制出了十几个品种，最终解决了钻浅部地层（2500m以上）、富含蒙脱土地层的膨胀、缩径等问题，进而形成了以“聚合物钻井液”命名的钻井液。但是这一钻井液不能适应井深超过2500m的地层，当进入伊利石含量较多的硬脆性地层时，所用钻井液就不能“不分散”了，必须加入某些磺化物或分散性类处理剂。当时为了克服各地区使用钻井液时出现的问题，全国开展了各种探索攻关课题。80年代由原石油部钻井司组织了一个全国性的基础课题,即“钻进地层和油层岩石矿物组份和理化性能的研究及分区分层钻井液标准设计的研究”。这一课题有全国19个油田和一个科研单位参加，共分析了全国的2万多块泥页岩，历时8年，综合后拟定了我国的“钻进地层的分类方法”和各地区的“分区分层的标准钻井液设计”。当时的想法是通过深入全面的地层岩石矿物分析和理化性能分析，拟定各地区的钻井液标准配方,以解决当时各油田遇到的井壁稳定问题但是对各地区的标准钻井液设计进行综合分析后却意外地发现：尽管全国各油田所处地区不同，地层性质有差异,但在钻井液技术的对策方面却有明显的规律可循,而且惊人地相似。 2硬脆性泥页岩地层分析及处理措施 尽管已经形成了较成熟的水基钻井液配方组合模式（聚磺钻井液），但还是不能得心应手，时有事故发生。这时开展了全国性的硬脆性泥页岩稳定问题科研攻关工作（列入中石油总公司的研究课题）。（根据已发表的30多篇文献）有关硬脆性泥页岩的主要观点和建议归纳如下。 （1）“七五”期间，由原石油部钻井司组织开展了“钻进地层和油层岩石矿物组成和理化性能的研究及分区分层钻井液标准设计的研究”课题[1]，对全国19个油田的钻进地层和油层岩石矿物组成和理化性能作了全面、系统的剖面分
常用钻井液料及其功用
一、稀释剂 泥浆稀释剂，或分散剂，通过破碎粘土层边和面之间的附着而降低粘度（见图1）。稀释剂吸附粘土层，因此破坏了层间的引力。加入稀释剂可以降低粘度、切力和屈服值。 大多数的稀释剂都可以划分为有机材料或无机磷酸盐络合物。有机稀释剂包括木质素磺酸盐、木质素和丹宁。与无机稀释剂相比，有机稀释剂可用于高温条件下（铬酸盐也是很好的耐高温稀释剂，但是不适合用于环境敏感地区）。有机稀释剂通常会有助于滤失控制。 聚合；絮凝；（面对面）；（边对面）；（边对边）；解胶；抗絮凝 图. 1粘土颗粒的连接 无机稀释剂包括焦磷酸钠（SAPP）、四焦磷酸钠、四磷酸钠和六偏磷酸钠。无机稀释剂在低浓度情况下是有效的，但是通常只用于150oF的温度以下。它们的应用一般局限于氯化物浓度低和pH值低的淡水粘土泥浆。 长期以来，水被作为钻井泥浆的一种十分有效的稀释剂使用，其降粘效果是通过减少钻井液中的总体固相浓度来达到的。钻井作业中钻屑不断混进泥浆中，那么这些钻屑最终也需要用水进行稀释或者必须用机械的方式清除。 应当定期添加水到水基泥浆中，以补充渗漏到地层和在泥浆池中蒸发的水份。如果不补充水，那么由于固相浓度增加，粘度就会上升。而化学方式的降粘效果不佳。在没有添加重晶石或膨润土的情况下，塑性粘度的稳定上升就说明水分减少了。 磷酸盐是最早可以大批量供应的化学稀释剂之一。磷酸盐通过吸附粘土颗粒而起作用，因此，它能达到令人满意的电平衡和允许颗粒自由地悬浮在溶液中。磷酸盐的这种分散效果归因于轻度的阴性粘土片晶置换，它可使片晶相互排斥，最终这些断裂边缘的化合价趋于饱和。 在被严重污染的离子环境中，磷酸盐的使用是有限的。如果有自由的钙离子或镁离子存在，不论其数量多少，都将会形成磷酸盐的络合物或者不溶的金属离子磷酸盐。由于清除了可用的磷酸盐，这就限制了降粘能力。 表2列出了常用的用于现场钻井泥浆应用中的磷酸盐
钻井液是钻井的血液
钻井液是钻井的血液，就如同人体的血液一般，人如果没有血液就会死。 我国钻井液工艺技术的发展规律与国际上该项即使的发展规律基本相似。最初我国主要使用以钠基为基础的细分散钻井液，在井浅、地层较简单情况下，这类体系有其优越性，例如可以就地取材，成本低，密度可在较大范围内调整等。但钻遇复杂地层，如大段泥页岩层、厚岩盐层及其它可溶性盐类地层时，这来钻井液的抗污染能力差，很难维持比较稳定的性能，于是发展了以石灰、石膏及氯化钙为絮凝剂的钙处理钻井液及盐水钻井液。由于以上钻井液具有抗盐、钙侵、流动性好和性能稳定等优点，自20世纪60年代初开始，在我国逐渐得到了广泛应用。20世纪70年代初，我国成功地发展了低固相铁铬盐混油钻井液、褐煤氯化钙钻井液、褐煤石膏钻井液以及低固相弱酸性饱和盐水钻井液等，并且高分子有机处理剂已广泛应用于钻井液中。从20世纪70年代中期至80年代中期，我国钻井液技术有了很大的发展主要表现在：（1）适于钻深井、超深井的三磺钻井液在全国推广使用后，大大减轻了井下复杂情况，创下了钻超深井7175m的记录。（2）在此期间，低固相不分散聚合物钻井液技术在我国得到全面推广。开始时仅使用聚丙烯酰胺单一型聚合物絮凝剂，以后陆续研制成功不同基团、不同相对分子质量的聚合物处理剂。形成了多种聚合物钻井液体系。聚合物钻井液主要应用于井深4000m以内的井，在当时曾有力地配合了高压喷射钻井，大大地提高了钻井速度。并且由于聚合物处理剂具有良好的护壁作用，因此当时所研制的钾基聚合物钻井液曾在很大程度上解决了泥、页岩地层的坍塌问题。（3）80年代初期，研制成功了油包水乳化加重钻井液，并在华北、新疆和中原等油田得到成功应用，有效地解决了钻遇大段岩膏层和水敏性泥页岩地层时所遇到的各种问题。(4)钻井液处理剂、原材料品种迅速增加，质量不断提高。1978年，我国钻井液处理剂仅有40多种，1983年增至76种，1985年已达16个门类，共129种。从何80年代初开始，我国已着手制订钻井液处理剂和原材料质量标准。1986—1990年，我国钻井液工艺技术取得了长足的进步，从而大大缩短了我国与国际先进水平的差距。其中有代表性的成果包括：（1）在新的起点上对聚合物钻井液进行了全面、系统的研究，研制出两性离子聚合物钻井液和阳离子聚合物钻井液等新体系，并在全国许多油田推广使用，取得良好效果。在此期间，我国在总结前期的聚合物钻井液技术成功经验的同时，也指出了在使用聚合物钻井液过程中遇到的一些新问题。于是将聚合物处理剂的类型从阴离子扩展到阳离子、两性离子，并对大、中低相对分子质量聚合物处理剂及其复配作用在抑制性、降滤失、降粘作用机理方面进行了系统研究，在此基础上研制出以FA367、XY-27和JT888等处理剂组成的两性离子聚合物钻井液体系，和由盐离子包被剂、降滤失剂、降粘剂、防塌剂等组成的全阳离子聚合物钻井液体系。（2）为保护油气层，实现欠平衡压力钻井，发展了泡沫和充气钻井液技术。其中使用泡沫钻成的最深井的井深达到3232m。（3）为了有效地解决井壁失稳问题，系统地研究了各类钻井液及其处理剂与井壁稳定的关系，研制出了各种具有较强抑制性的防塌钻井液体系，并研制出可对付复杂盐膏层的饱和盐水钻井液和油包水乳化钻井液等。（4）子啊深井、超深井钻探作业中，研制出聚磺钻井液体系。该体系兼有聚合物钻井液和三磺钻井液的优点，既有很强的抑制性，又改善了高温干呀条件下钻井液的性能。同时还大大地减少了井下复杂情况的发生，提高了机械钻速；（5）保护油气层技术有了很大发展，研制并应用了3大类共11种不同类型的保护油气层的钻井液体系。1991—1995年，我国钻井液技术又上了一个新的台阶。具体体现在：（1）聚合物钻井液技术又有了新的进步。其中两性离子聚合物钻井液技术更加成熟，据
第6章钻井液设计
第8章钻井液设计 本章主要介绍了新疆地区常用的钻井液体系，结合A1-4井及探井资料，设计了A区块井组所使用的钻井液体系、计算了所需钻井液用量，提出了钻井液材料计划等。 8.1 钻井液体系设计 钻探的目的是获取油气，保护地层是第一位的任务，因此，搞好钻井液设计，首先必须以地层类型特性为依据，以保护地层为前提，才能达到设计的目的。 新疆地区常用钻井液体系简介[16]： (1)不分散聚合物钻井液体系：不分散聚合物钻井液体系指的是具有絮凝及包被作用的有机高分子聚合物机理的水基钻井液。该体系的特点是：具有很强的抑制性；具有强的携沙功能；有利于提高钻速；有利于近平衡钻井；可减少对油气层的伤害。 (2)分散性聚合物体系（即聚合物磺化体系）：聚合物磺化体系是指以磺化机理及少量聚合物作用机理为主配置而成的水基钻井液。该体系的特点是：具有良好的高温稳定性，使用于深井及超深井；具有一定的防塌能力；具有良好的保护油层能力；可形成致密的高质量泥饼，护壁能力强。 (3)钾基（抑制性）钻井液体系：该体系是以聚合物的钾，铵盐及氯化钾为主处理剂配制而成的防塌钻井液。它主要是用来对付含水敏性粘土矿物的易坍塌地层。该体系特点：对水敏性泥岩，页岩具有较好的防塌效果；抑制泥页岩造浆能力较强；对储层中的粘土矿物具有稳定作用；分散型钾基钻井液有较高的固相容限度。 (4)饱和盐水钻井液体系：该体系是一种体系中所含NaCl达到饱和程度的钻井液，是专门针对钻岩盐层而设计的一种具有较强的抑制能力，抗污染能力及防塌能力的钻井液。该体系特点：具有较强的抑制性，由于粘土在其中不宜水化膨胀和分散，故具有较强的控制地层泥页岩造浆的能力；具有较强的抗污染能力，由于它已被NaCl所饱和，故对无机盐的敏感性较低，可以抗较高的盐污染，性能变化小；具有较强的防塌能力，尤其再辅以KCL对含水敏性粘土矿物的页岩具有较强抑制水化剥落作用；可制止盐岩井段溶解成大肚子井眼。由于钻井液中氯化钠已达饱和，故钻遇盐岩时就会减少溶解，以免形成大井眼；缺点是腐蚀性较强。 (5)正电胶钻井液体系是一种以带正电的混合层状金属氢氧化物晶体胶粒(MMH或MSF）为主处理剂的新型钻井液体该体系的特点：具有独特的流变性;有利于提高钻井速度；对页岩具有较强的抑制性；具有良好的悬浮稳定性；有较
钻井液污染物及处理
钻井液污染物及处理 Ca2+/Mg2+的污染淡水粘土型泥浆受Ca2+/Mg2+的污染后粘 度和失水增加，Ca2+/Mg2+来源于配浆水层水 1. 硬石膏/石膏的污染(CaSO4/CaSO4. H2O) 石膏地层从只有几英寸到几千英尺厚不等，钻这种地层会引起泥浆絮凝和失水失控等问题，这是因为Ca2+浓度增大所引起的。如果石膏层不太厚，就用纯碱处理：CaSO4 + Na2CO3 CaCO3↓+ Na2SO4 可能需要添加抗高温淀粉或聚阴离子纤维素来控制失水，用铁络盐降粘度，若是巨厚的石膏层，可能要转换成与石膏相容的泥浆体系，这可以通过增加铁络盐、烧碱和降失水剂转换成石膏泥浆体系来达到。 1. Mg2+的污染若用海水作为配浆水便会遇到Mg2+的污染问题，污染的影响与Ca2+污染相似，Mg2+污染常用烧碱处理，体系中大部分的Mg2+在pH值大于10.5时沉淀下来：Mg2+ + 2NaOH Mg(OH)2↓+ 2Na+ (1. 0mg/lMg2+需0.00116 lb/bbl的NaOH) 水泥/石灰的污染 当固井作业或钻开水泥塞时便造成水泥污染，污染的严重性与污染时泥浆状态和水泥状态有关，泥浆状态包括固相含量、抗絮凝剂的浓度等，水泥状态指水泥的胶结程度，胶结差的水泥(有时叫绿水泥)比胶结好的水泥造成更严重的污染，水泥由几种复杂的钙化合物组成，这些化合物与水反应都会生成Ca(OH)2，100当量的水泥会生成79当量的Ca(OH)2，石灰会使淡水粘土型泥浆絮凝，引起粘度和失水的上升，处理Ca(OH)2的污染涉及到降低pH值和控制Ca2+的浓度。 1. 处理方法可用下述一种或几种方法结合来处理水泥污染： a. 废弃如果污染严重，处理不实际时，把污染最严重的那部分泥浆废弃不要或按石灰泥浆来处理。 b. 小苏打(NaHCO3)处理： 小苏打与Ca2+反应生成不溶的CaCO3，由于在钻水泥时pH值较高，Ca2+的浓度一般不超过200～400mg/l：Ca(OH)2 + NaHCO3 CaCO3↓+ NaOH + H2O (1.0mg/lCa2+需0.00074 lb/bbl的NaHCO3) 这反应只中和了一半的OH- ，另一半转变为NaOH，这会导致PH值升高，可通过有机酸(铁络盐或腐植酸)与小苏打一起加入来解决。c. 焦磷酸钠(SAPP)处理SAPP与Ca(OH)2反应生成不溶的CaP2O7：Ca(OH)2 + Na2P2O7 CaP2O7↓+ 2NaOH + H2O (1.0mg/lCa2+需0.00097 lb/bbl的SAPP) SAPP与Ca(OH)2的反应不够彻底，所以往往要加过量的SAPP，反应的结果同样也会造成PH值升高，如果井底温度大于175℃，SAPP会变成一种絮凝剂。 d. 有机酸(铁络盐或腐植酸)处理大约1 lb/bbl的Ca(OH)2可中和7～8 lb/bbl的有机酸。2. 处理方法的评价a. 纯碱除非能小心监测pH值的升高，否则不推荐用纯碱来处理水泥污染，因为纯碱与水泥反应没有OH-被中和会导致过高的pH值：Ca(OH)2 + Na2CO3 CaCO3↓+ 2NaOH b. 高温当温度大于250℃时，水泥污染的泥浆可能会固化，这时加入1～3lb/bbl的抗高温降絮凝剂(MIL-TEMP或MELANEX-T)便能稳定被污染泥浆的稳定性。 3 预处理用小苏打预处理泥浆能造成CO32-污染，所以一般预处理量不应超过0.5~0.75 lb/bbl。用有机酸铁络盐或腐植酸预处理会有助于缓冲pH值的升高。 氯化钠污染 盐污染可来源于配浆水、盐水侵、盐层或挥发盐层，从化学上讲可以是钠盐、钾盐、镁盐或钙盐或是这些盐的混合物，最普遍的是氯化钠。盐会絮凝淡水泥浆造成粘度和失水出现问题，如果盐污染更加严重或受二价离子(Ca2+、Mg2+)污染严重时，粘土颗粒的聚沉会导致粘度降低和失水量的进一步加大。处理方法：a. 由于盐无法用化学方法来使其沉淀，盐浓度的降低只能靠加清水稀释的方法解决，除了稀释外，还要添加降絮凝剂和降失水剂，可加铁络盐和烧碱来降絮凝，
钻井液
应用化学1205 秦玉文1201020504 国内外钻井液技术发展概述 一、国内外钻井液技术新发展概述 钻井液作为服务钻井工程的重要手段之一。从90年代后期钻井液的主要功能已从维护井壁稳定，保证安全钻进，发展到如何利用钻井液这一手段来达到保护油气层、多产油的目的。一口井的成功完井及其成本在某种程度上取决于钻井液的类型及性能。因此，适当地选择钻井液及钻井液处理剂以维护钻井液具有适当的性能是非常必要的。钻井液及钻井液处理剂经过80年代的发展高潮以后，逐渐进入稳定期，亦即技术成熟期。可以认为，由于钻井液及钻井液处理剂都有众多的类型及产品可供选择，因此现代钻井液技术已不再研究和开发一般钻井液及钻井液处理剂产品，而是在高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染等方面进行深入研究，以寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液及钻井液处理剂。 1．抗高温聚合物水基钻井液 所使用的聚合物在其C-C主链上的侧链上引入具有特殊功能的基团如：酰胺基、羧基、磺酸根（S03H）、季胺基等，以提高其抗高温的能力。不论是其较新的产品，如磺化聚合物Polydrill，或早己生产的产品如S.S.M.A.（磺化苯乙烯与马来酸酐共聚物）均是如此，并采取下列措施： ①利用表面活性剂的两亲作用来改善钻井液的抗温性； ②抗氧化剂可以大幅度提高磺化聚合物抗高温降滤失剂的高温稳定性能。 ③膨润土一直是水基钻井液的基础。但随着温度的升高和污染，它是最难控制和预测其性能的粘土矿物。而皂石和海泡石最重要的特征是随着温度的升高而转变为薄片状结构的富镁蒙脱石，比膨润土能更好的控制流变性和滤失量。 2．强抑制聚合物水基钻井液 随着钻井液的发展，研制成功了阳离子聚合物钻井液。这种抑制能力很强的新型钻井液与原阴离子的聚合物钻井液的本质区别就是在“有机聚合物包被剂”这一主剂上引入了阳离子基团即（-N一）基基团（如阳离子聚丙烯酰胺），另外又添加了一种分子量较小的季胺盐类，（如羟丙基三甲基氯化胺）。 另外，在PAM分子链上引入阳离子基团、疏水基团和AMPS（2-丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸），从而使改性的PAM赋予了新的性能。通过改性，使聚合物分子中的阳离子中和了粘土颗粒上的负电荷而减小静电斥力，使聚合物能在更多位置上与粘土发生桥链，对粘土能够起到很好的保护作用。由于分子链中含有疏水基团，使吸附在粘土表面的聚合物表现为憎水性质，故有利于阻止水分子的进入，从而能有效地抑制页岩的膨胀。 3．合成基油包水钻井液 合成基钻井完井液体系在组成上与传统的油基钻井液类似，主要由有机合成物基液、乳化剂、水相、加重剂和其它性能调节剂组成。其中有机合成物为连续相，水相为分散相，加重剂用于调节密度，乳化剂和其它调节剂用于分散体系的稳定及调节流变性。体系中常用的合成基液类型有酯类、醚类、聚-а-烯烃类和直链烷基苯类等，而尤以酯类用得最多，其次是聚-а-烯烃类。多元醇（Polyols）类和甲基多糖（Methyl Glucoside）类是合成基钻井完井液中广为使用的两种多功能添加剂，它们具有乳化、降滤失、润滑和增粘的功效，也可以单独作为多元醇钻井液和甲基多糖钻井液两种新体系的主要添加剂。合成基钻井液的乳化剂有专用的，如水生动物油乳化剂：但多数使用与普通油基钻井液相同的乳化剂，如脂肪酸钙、咪唑啉衍生物、烷基硫酸（酯）盐、磷酸酯、山梨糖醇酐酯类（Span）、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧