国内外钻井液技术发展概述
(2012-05-2711:05:36)摘要：本文主要论述了国内外钻井液的发展状况及发展趋势，介绍了近年来国内外发展起来的16种新型钻井液技术，国内外钻井液技术仍以抗高温、高压、深井复杂地层的钻井液技术为主攻目标，指出了钻井液处理剂的发展方向是高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染，并寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液体系及钻井液处理剂。对钻井液技术发展进行了展望，由于深井、复杂井、特殊工艺井以及特殊储藏的开发、环境保护的重视，对钻井液完井液的要求越来越高，所以抗高温、高压、深井复杂地层、油气层保护仍是钻井液完井液技术发展的重要方向。
关键词：钻井液技术发展
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P OLYDRILL，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（P OLYOLS）类和甲基多糖（M ETHYL G LUCOSIDE）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（S PAN）、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯脂肪醇醚（平平加类）等。
该钻井完井液体系已应用了上千口井，取得了井眼稳定、井下安全提高钻速、有利于保护环境和油气层等较好的效果和效益。
4．有机盐盐水钻井液
有机盐钻井液完井液的核心是高密度和强的抑制性它是基于低碳原子（C1—C6）碱金属（第一主族）有机酸盐、有机酸铵盐、有机酸季铵盐的钻井液完井液体系。优点为：
①配方简单：一种主处理剂有机盐构成一个钻井液体系；
②类油基特点：该钻井液是一种高浓度有机物连续相流体；
③抑制性强：能够有效地抑制储层泥岩胶结物的水化膨胀和水化分散，有利于井壁稳定、井眼规则，有效地保护油气层；
④低固相，高密度；
⑤有利于提高机械钻速；
⑥无毒、无害、易生物降解、无生物富集，有利于保护环境。
有机盐钻井液完井液技术机理分析：
有机盐钻井液完井液的五种作用机理都能有效地抑制泥岩水化膨胀、水化分散，有利于井壁稳定和油气层保护。
1）、类油基钻井液性质：
有机盐钻井液中较长链有机酸根浓度较高，呈有机物连续相性质，可达到趋近于油基钻井液的抑制能力，可有效抑制粘土、钻屑的分散和膨胀，同时有利于保护油气层。
2）、水的活度较低：
有机盐钻井液中有机盐含量较高，可束缚大量自由水，水活度低（例如：15%水溶液水的活度为0.85），粘土颗粒、钻屑在其中浸泡时水化应力较低，在其中的分散趋势被强烈抑制，同时能够有效地抑制储层泥岩胶结物的水化膨胀、水化分散，有利于保护油气层。
3）、阳离子吸附和阳离子嵌入机理：
有机盐钻井液中含大量的K＋、NH4＋、NR4＋可通过化学键吸附于带负电的粘土颗粒表面，也可嵌入粘土颗粒晶格内，增大粘土颗粒的水化阻力，起到抑制其分散、膨胀的作用，同时有利于保护油气层。
4）、有机酸根阴离子吸附机理：
有机盐钻井液中大量的有机酸根阴离子可吸附于带正电的粘土颗粒端面上，阻止水进入粘土颗粒，抑制其表面水化及渗透水化，同时有利于保护油气层。
5）、有机盐钻井液的滤失造壁性分析：
有机盐钻井液中大量的有一定链长的有机酸根阴离子，可与土结合形成薄而韧的泥饼，从而有效地保护井壁和降低滤失量，也有利于保护油气层。
钻井液的典型配方：
有机盐水溶液(1.00-2.30G/CM3)综合考虑抑制性、流变性、价格等因素，首先确定有机盐基液的密度：
烧碱N A OH0.1-0.2%+降滤失剂R EDU11-2%降失水+无萤光白沥青NFA-250.5-2%改善泥饼质量
注：根据现场具体情况，有时需要加入包被剂IND10、提切剂V ISCO1、黄原胶X C、聚合醇PGCS-1。5．甲酸盐类水基钻井液
甲酸盐钻井液是国外90年代研制并使用的一种新型钻井液。将甲酸与氢氧化钠或氢氧化钾在高温高压下反应制成碱性金属盐如甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯配制成甲酸盐类水基钻井液。甲酸盐盐水钻井液体系是在盐水钻井液和完井液基础上发展起来的，因而除具有盐水钻井液的特点外，还具有其独特的优点。
甲酸盐的优点：
（1）由于其强抑制性，可有效地抑制泥页岩的水化膨胀和分散，也有利于减少钻井液对油气层的损害。
（2）易生物降解，不会造成对环境的污染。
（3）钻具、套管等金属材料在这种钻井液中的腐蚀性小，有利于延长它们的使用寿命。
（4）不需要加重材料就可以配制高密度钻井液，甲酸纳和甲酸钾盐类的水溶液密度分别为L.34G/CM3和1.60G/CM3，甲酸铯水溶液密度可高达2.3G/CM3不仅有利于提高机械钻速，而且有利于保护油气层。
（5）这种钻井液体系的低粘度、高动态瞬时滤失量有利于提高机械钻速。
（6）这种钻井液体系具有良好的抗高温、抗污染的能力，并可以降低所使用的各类添加剂在高温条件下的水解和氧化降解的速度。
甲酸盐盐水具有作为深井和小井眼钻井的无固相钻井液的特性：
（1）在高温下能维持携屑。
（2）在高温下能阻止固相沉降。
（3）降低了压差卡钻的可能性（滤饼很薄）。
（4）在长且狭窄的井筒中具有低的当量循环密度。
（5）可以向钻井液马达和钻头传送最大的动力。
（6）与油层的矿物和油层中的液相相容。
（7）与完井设备的硬件和人造橡胶相容。
（8）符合环保要求而且易被生物降解。
6．硅酸盐钻井液
钻井液中添加了对页岩抑制性最好的可溶性硅酸盐。这种硅酸盐钻井液体系已用于钻水敏性页岩地层、分散性白垩岩地层和含伊利石的地层。硅酸盐钻井液的抑制能力比任何水基钻井液都高，实际上已达到油基钻井液的抑制能力。
1）硅酸盐的化学性质
硅酸盐是一种无机材料，是由碳酸盐与二氧化硅混合后加热生成的。硅钠比是硅酸钠最重要的物理性能。改变S I O2、N A2O和H2O的比例能控制硅酸钠的化学和物理性能。硅钠比决定了硅酸钠的下列特性：
（1）固相和粉末的溶解度；
（2）硅酸盐的反应能力；
（3）诸如粘度等物理性能。
室内试验证明，高硅钠比的硅酸盐具有更高的抑制效率。在一般情况下，硅钠比为2.6的硅酸盐就能达到基本的抑制能力。
2）钻井液配方和特性
典型的硅酸盐钻井液配方见表1。体系普遍使用黄原胶和聚阴离子纤维素来达到要求的流变性和控制滤失。硅基钻井液在P H值为11～12.5时稳定性最好。高P H值可防止溶解硅的聚合。因此，需要添加硅酸钠来达到要求的P H值。P H值下降是硅酸盐耗损的信号。要添加硅酸盐来维持钻井液的抑制性。钻井液中硅酸盐的浓度可用试验和从硅酸钠的浓度计算出来。可通过直接把硅酸钠加到钻井液中或通过预混合加到钻井液中的方式来维持理想的浓度。
表1硅酸盐钻井液配方
当可溶性硅酸盐与页岩表面接触时，P H值下降并且与页岩中的两价离子（C A＋2和M G＋2）反应，在页岩表面形成一道可以防止滤液和颗粒侵入地层的屏障。
当使用硅酸盐钻井液钻进时，要注意下列问题：
（1）由于钻井液的抑制性强，所以钻屑等固相对钻井液的流变性可能不会产生影响；
（2）在钻屑吸收钻井液的滤液之前，新配制的钻井液具有较高的滤失量；
（3）钻进时，重要的是要定时记录泵入和返出钻井液中的硅酸盐含量，以便监测硅酸盐的消耗率和确定是否需要对钻井液进行处理；
（4）硅酸盐钻井液的高抑制性保持了钻屑的完整性，需要钻井液具有较高的屈服值和较低的剪切粘度以保证井眼的清洁能力，同时振动筛的负荷也要比使用普通钻井液高；
（6）由于硅酸盐与钙和镁反应产生沉淀物，所以钻井液体系的硬度为零；
（7）硅酸盐钻井液的P H值一般为11.0～12.5。钻井液的P H值是从硅酸盐含量推导出来的，所以钻井液的碱度（P M和P F）是监测硅酸盐含量的有效方法。P M为10～30，而P F为8～25。在钻进时P H 值和碱度下降归咎于硅酸盐消耗。要通过加入硅酸钠来维持P H值和碱度。在通常情况下，不需要通过加氢氧化钾和氢氧化钠来维持P H值。
（8）硅酸盐是一种金属材料的防腐剂，所以不需要往钻井液中加防腐剂。在盐饱和体系中游离态氧的含量非常少，硅酸盐与铁反应生成一种可防止发生化学反应的硅酸盐包被物。
硅酸盐钻井液可以有效地抑制页岩。钻进时要把钻井液的P H值控制在11～12.5。
使用硅酸盐钻井液时，固控设备对维持钻井液特性和降低钻井液成本起决定性作用，因此要选择处理量大的固控设备。
7．用减轻剂配制低密度钻井液
钻进低压地层时，为减少漏失和对油气层的损害，采用密度小于1.0G/CM3的钻井液。目前使用的密度小于0.83G/CM3的钻井液都含有气，而密度低于1.0—0.83G/CM3的钻井液均含油。油会对录井资料产生影响，而使用泡沫、充气、氮气等会增加钻井成本，还会造成钻具腐蚀、摩阻高、MWD无法使用等问题。因而需研制降低钻井液密度的新材料。美国能源部（DOE）研究出一种新的低密度钻井液，所使用的空心玻璃以有工业化产品，此产品被其它行业用作涂料、凝胶和其它液体增量剂。空心玻璃球密度为0.38G/CM3，破裂强度达到21～28MP A，该球基本上是不可压缩的，常规的现场固控设备和离心泵都不会破坏空心玻璃球。在钻井液中加入空心玻璃球，润滑系数和滤失量均下降，塑性粘度和动切力增大，但可通过加入降粘剂进行调整以满足钻井工程的需要。该钻井液中的空心玻璃球可通过重力分离方法进行回收。
8．新型微泡钻井液
新型微泡钻井液是在标准微泡钻井液的基础上研制出一种新型微泡钻井液。标准的微泡钻井液使用使用粘土和聚合物使钻井液产生独特的流变性和提高微泡的韧性，基液钻井液密度在发泡以前密度为1.00～1.02G/CM3。而新型微泡钻井液体系是使用乳状液和聚合物来使钻井液达到理想的流变性和稳定微泡，基液钻井液密度在发泡以前密度为0.80～0.90G/CM3。
表2和表3为普通微泡钻井液的组份和新型微泡钻井液的组份。这两种钻井液都含有增粘剂、P H控制剂、微泡发生剂、微泡稳定剂和漏失控制剂。
表2普通微泡钻井液体系的配方
表3新型微泡钻井液体系的配方
新型微泡钻井液的流变性与标准微泡钻井液基本一样，但新型微泡钻井液具有更好的井眼清洁能力和更低当量循环密度。
9．多功能钻井液
这种钻井液在钻进时能有效地增加地层的抗压裂强度，既可以用于页岩地层，也可以用于砂岩地层。
该方法实际上允许井壁上形成小的裂缝，然后用桥堵颗粒在井壁裂缝的开口处堵塞裂缝。这种桥塞必须是低渗的，而且能提供压力封隔。在井壁上或井壁附近桥堵裂缝增加了井壁周围的环形应力，这种方法叫做应力屏蔽效应。在钻进时，通过不断往钻井液中加适量的颗粒材料，使钻井液连续产生这种作用。把这种钻井液叫做多功能钻井液。
假设地层在压力下产生径向裂缝与裂缝的尺寸和地层的硬度呈函数关系，那么可列出下式：
＝××
式中：为裂缝内的过度压力（过度压力是指压力超过最低实地应力）；W为裂缝宽度；R为裂缝半径；E为地层的杨氏模量；V为地层的泊松比。
上式是以压裂理论为基础的。多功能钻井液是利用桥堵颗粒堵塞裂缝的开口来控制裂缝。裂缝的过度压力被桥堵颗粒所施加的机械应力替代。所以不能直接利用上式来计算应力屏蔽效应对井眼强度的影响。但上式有助于了解参数的重要性。
利用上式进行了敏感性分析，并观察到了一些有用的现象：
（1）当裂缝宽度小到1MM，而裂缝的半径范围为1M时，井眼强度可增加到1000PSI；
（2）短裂缝或有支撑的长裂缝最好，如果有支撑的裂缝很长，裂缝很容易再次裂开，而且当裂缝拓宽后才能达到同样的强度；
（3）软岩石需要较大的裂缝宽度；
（4）上式对地层的泊松比不是很敏感。
在渗透性岩石之中使用桥堵颗粒并不好，因为钻井液可以穿过桥堵颗粒，进入岩石裂缝中从而侵入基岩。在裂缝中不能形成压力而且裂缝不能扩大。即便如此，在裂缝壁上也会形成滤饼。当裂缝初步形成时，桥塞后面的压力降会进一步产生作用，提高裂缝横截面的应力并导致桥塞后面的裂缝闭合，这就是桥塞稳定地层的方法。
如果钻井液中所含的颗粒太小不能在裂缝口附近形成桥塞，那么裂缝将被裂缝内的滤饼密封。如果密封/桥堵缓慢，通过应力屏蔽效应会使裂缝延伸得太长。这种情况已在现场得到证实。
诸如页岩等低渗岩石，需要桥塞具有极低的渗透率以防止压力穿透进入裂缝和拓宽裂缝。使用超低滤失钻井液加固井眼已有专利技术，在页岩段使用已取得很好的效益。
使用时要认真考虑桥堵颗粒穿过页岩地层的驱动力。最初钻井液进入裂缝，桥堵颗粒在裂缝口处沉积，但需要控制穿过桥塞的压差。
在压裂技术实验室使用特制的设备进行了裂缝密封试验。试验时使用的是圆筒型岩心试样，利用钻井液的压力使岩心产生裂缝。试验结果指出，碳酸钙和石墨的混合物是降低钻井液侵入裂缝最好的材料之一。试验还指出，裂缝宽度是无法控制的。为测试多功能钻井液，他们专门设计了一套试验装置。用这套试验设备在系列条件下研究了岩石渗透率、钻井液类型、温度、钻井液注入压力、钻井液密度、桥塞颗粒类型、桥塞颗粒含量、桥塞颗粒的尺寸分布、钻井液滤失量和裂缝宽度等参数。通过试验研究得出下列结论：
（1）钻井液中应加入颗粒尺寸为1 M到裂缝宽度的桥堵颗粒；
（2）对低密度钻井液来说，选择最佳颗粒尺寸分布的理想填充理论是有用的；
（3）以高颗粒含量为最佳，最低含量不应低于15PPB（相当于0.015MG/KG，1PPB=0.001MG/KG）；（4）在某些试验中，在高达3000～4000PSI（约相当于21～28兆帕的压力，1PSI=6.895K P A）的过平衡压力下穿过地层密封了裂缝；
（5）钻井液密度不是桥堵成功的关键。
10．新型钻井液加重材料
四氧化锰具有密度大（4.8G/CM3）、粒径小、颗粒呈球形的特点。由于球形颗粒的粒间摩擦很小，塑性粘度大幅度降低。虽然四氧化锰的密度比重晶石大得多，但其颗粒的尺寸却比重晶石小得多，这意味着这些颗粒可以被弱结构的钻井液所支撑，同时在较低的屈服值下不会增加沉降的风险。
这种加重材料可以提高钻井液的流变性能，同时降低加重材料发生沉降的趋势。可在高温/高压井和小井眼中使用。对于高温/高压井，减轻沉降趋势和降低塑性粘度能大幅度降低钻井时间，同时这种加重钻井液能减少井下漏失。
11．防漏技术与封堵技术的发展.
在原堵漏物料（LCM）的基础上又提出了防漏物料（L OSS P REVENTION E MATEDAL）（LPM）这一名词。另外在降低失水量材料的研制方面，打破了过去"吸附"为基础的理论，而提出以"封堵"为基础的理论。例如己应用的超细碳酸钙，单封等均具有降失水和堵漏作用。近期国外文献中又提出了用聚合物使之在固定的级配细颗粒下，制成具有可溶、部分溶、不溶三种状态同时存在的产品，具有很好的防漏作用，还开发了一些如膨胀性填料（EXPANDED AGGREGATES，一种在高温427-982℃条件下处理后的多孔性矿物材料），微粒水泥LCMSS（L OST-CIRCULATION SQUEEZEIYSTEMS）等新产品。据称这类产品不仅可起到防漏的效果，而且还可增强井壁强度，使破裂压力提高3.0-6.6PPG。B AROID公司的新产品（S TEEL SEAL）既有很好的防漏作用又有很好的润滑性。
12．废弃钻井液的处理
1）废弃钻井液固液分离技术
对废弃钻井液进行固液分离的关键技，应分两步走。一是用井场废水对废弃钻井液进行稀释，将其固相含量降至10％以下，投入化学处理剂脱稳，泵人离心机，同时加入高分子量有机絮凝剂，提高固液分离效果，排出水再进行二次化学混凝处理，使水质指标达到控制要求。二是对钻井污水直接进行化学脱稳和离心分离，排出水再进行二次混凝处理。废弃钻井液经处理后，悬浮物、COD的去除率大于99％，油类去除率大于97％，外排水各项污染物浓度达到GB8978一1996污水综合排放一
级标准，分离出来的泥渣含水量为40％～60％。泥渣可成型堆放，自然干燥3D后，含水量可降至24％，泥渣浸出液中有害污染物含量未超标。
2）钻井液固化技术
依据化学剂的作用原理，研究出废弃钻井液固化剂必须由4种试剂（凝聚剂A、助凝剂比胶结剂C 和胶结剂D）复配而成。凝聚剂A用来中和废弃钻井液的碱性，使溶液呈中性；并彻底破坏废弃钻井液的胶体体系，使废弃钻井液化学脱稳脱水；该剂与废弃钻井液中许多不同形式的有机阴离子基团交联，导致废弃钻井液中的残留有机物和固相颗粒形成稳定的絮凝体，从而有效地减少了溶液中有机物的浓度，保证废弃钻井液固化后达到很好的COD去除率，另外它还与废弃钻井液中重金属离子生成多合羟基金属离子的配合物，并沉淀于固化物晶格中，从而有效地减少了废弃钻井液中的重金属含量。
助凝B主要对废弃钻井液中的粘土颗粒和有机物起吸附絮凝作用，同时参与废弃钻井液固化体系整体晶格的形成。
胶结剂C和D将凝聚剂A和助凝剂B处理后的絮凝体进一步胶结包裹起来，使之形成一个具有很好抗水浸泡能力和一定强度的固化体。
废弃钻井液进行固化处理证明，固化处理是可行的。固化处理后，3～5D即可得到干燥的固化体。废弃钻井液被固化后的浸出液无色无味，清澈透明。COD值均小于300MG/L，含油量在2MG/L以下，P H值为7～8，均符合工业废水排放标准。被固化废弃钻井液的浸出液经检测达到国家排放标准。13．环保型正电性钻井液完井液技术
长期以来，井壁稳定问题一直是引起钻井工程中井下复杂情况的重要原因之一。正电性钻井液完井液就是针对这一难题研制的一种电性大于或等于零的新型钻井液完井液体系，该体系中带正电的处理剂与地层中的粘土类进行化学、物理吸附以及静电吸附，在井壁与钻屑上产生富集效应，因而具
有极强的抑制能力、包被能力和好的保护油气层效果，并能有效的提高机械钻速。正电性钻井液完井液体系经多口井的现场应用表明，该体系具有极强的抑制防塌能力，开发前景广阔。
14．生物酶可解堵钻井液
该体系利用生物酶能够对侵入地层和粘附在井壁上的暂堵材料进行生物降解的特殊性能，在钻开产层前几十米，通过选择加入特殊的复配生物酶制剂和相应的钻井液处理剂，使在近井壁形成一个渗透率几乎为零的屏蔽层，到达暂堵的效果。钻进结束后，该层中的暂堵材料在生物酶的催化作用下发生生物降解，由长链大分子变成了短链小分子，粘度逐渐下降，先前形成的泥饼自动破除，产层孔隙中的阻塞物消除，从而使地下流体通道畅通，恢复油层渗透率。
该项目成功解决石油钻井护壁防渗与保护储层渗透性的矛盾，不仅能有效消除泥饼对油层的损害，也能消除滤液侵入地层造成的损害，降解滤液中聚合物高分子，降低储层污染和伤害，满足环保要求。
15．纳米钻井液处理剂的研究与开发
钻井液的发展历史是紧紧围绕着粘土颗粒的分散状态而发展的。钻井液中添加各种处理剂是为了使粘土保持合适的颗粒状态，分散的粘土颗粒表面聚集了大量的负电荷，并且具有很大的比表面。在过去常加入无机电解质，尤其是高价阳离子，降低粘土的比表面和表面负电荷。现代钻井液技术发展了阳离子有机处理剂及无机正电胶和有机正电胶，这些处理剂都使粘土的水分散性基本丧失而起到稳定粘土的作用。但粘土在钻井液的颗粒直径一般为0.01UM～4UM，具有较大的比表面，要使钻井液体系的负电荷进一步降低，就需要开发出一种呈正电、比表面更大的钻井液处理剂，从而使钻井液具有更优良的抑制能力和润滑性、更好的油层保护能力。现代纳米高新技术的新发展，为解决当前钻井液技术难题提供了一种科学新途径。纳米材料又称为超细颗粒材料，是由纳米粒子组成，一般是指尺寸在1—100纳米之间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有非常大的比表面积和很高的表面活性以及特殊的宏观物理性质。胜利油田钻井泥浆公司开发出的新型纳米钻井
液处理剂，填补了纳米技术在钻井液完井液中的应用空白。该产品现已进行了中试生产400多吨，在油田垦东405—平1、渤深6区块、大王北地区等二十多口井上进行了应用，均取得了成功。二、钻井液技术发展展望
随着油田勘探开发的不断深入，施工难度也将更大，特别是深井、复杂井、特殊工艺井以及特殊储藏的开发、环境保护的重视，对钻井液完井液的要求越来越高，抗高温、高压、深井复杂地层、油气层保护仍是钻井液完井液技术发展的重要方向。
（一）．钻井液技术理论
1．重视钻井液的油气层保护性能
在钻井液研究目的上，不仅仅研究钻井液与钻井效率的关系，而是把钻井效率和油层保护看得同等重要。加强油层保护的研究。
2．重视钻井液技术与相关学科的交叉
把胶体化学、物理化学、高分子物理与化学等与纳米科学的理论应用到钻井液中，扩宽钻井液的范围。
3．钻井液体系设计更趋于定量化和智能化
在钻井液新体系的设计理论上，不仅仅是靠经验、靠推测来进行研究，而是把经验推测与坚实的基础理论应用看得同等重要；重视配制的准确性，加强计算机在钻井液设计的应用，使钻井液体系设计趋于定量化和智能化。
（二）．钻井液新技术
1．渗透膜钻井液技术
这种技术在理论上认为，在水基钻井液中，通过加入一到几种成膜剂，可以使钻井液体系在泥页岩等类地层井壁表面形成较高质量的膜，这样可阻止钻井液滤液进入地层，从而在保护油气层和稳定井壁方面发挥类似油基钻井液的作用。
国外M—I钻井液公司对页岩的膜效率进行过比较系统的研究，并取得了一些成果，比如他们研究认为，在水基钻井液中可以形成三种类型的膜：Ⅰ型膜（水基钻井液成膜）、Ⅱ型膜（封堵材料成膜）和Ⅲ型膜（合成基和逆乳化钻井液成膜），其中Ⅱ型膜的膜效率最高，并认为，各种类型膜的渗透机理是完全不同的。
就能形成膜的钻井液种类来讲有：合成基钻井液、硅酸盐钻井液、逆乳化钻钻井液和聚合醇类钻井液等。
据报道，目前，国外CSIRO和B AROID公司已联合开发研制了具有高膜效率的新型水基钻井液，在现场使用获得较好的效果。国内已研制出BTM-1水基钻井液成膜剂，具有良好的半透膜效能，抑制泥页岩水化膨胀、分散能力较硅酸盐、聚合物钻井液强。
2．正电性钻井液技术
目前常用的钻井液处理剂大多数为负电性，少数由天然的或有机高分子改性的处理剂为中性，仅有极少数处理剂为正电性处理剂，所以以上处理剂配制的、我国现有的各种钻井液体系，基本上都属于阴离子体系，钻井液体系的Z ETA电位小于零。如果使钻井液体系的Ξ电位大于零，这不仅有利于抑制地层粘土的水化膨胀和分散，提高钻井液的抗盐、抗污染能力，而且正电性钻井液体系的形成能解决“钻井稳定性”与“地层稳定性”及保护油气层之间的矛盾，对油气层的保护，提高原油产量具有重要意义。
胜利油田与中石化石油勘探开发研究院、山东大学等单位合作承担的科研项目《正电性钻井液正电钻井液体系研究及在保护油气层中的应用》已经按时完成，并顺利通过中国石化科技开发部组织的项目鉴定，鉴定委员会认为总体技术水平居国际领先水平。
3．纳米处理剂基础上的钻井液技术
通常将纳米尺寸范围定义为1～100NM，处于团簇（尺寸小于1NM的原子聚集体）和亚微米级体系之间，其中纳米微粒是该体系的典型代表。由于纳米微粒尺寸小、比表面积大，表面原子数、表面能
和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出四大效应：小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规粒子的新奇特性，展示了广阔的应用前景。
从均着眼于如何改变钻井液体系中组份的物理化学性质来达到目的，有目的地从纳米技术的角度来对钻井液技术进行研究，探索纳米技术在钻井液完井液领域中的应用。由胜利石油管理局、中国石化石油勘探开发研究院和山东大学共同承担了中国石化科技开发部《纳米技术在钻井液完井液中的应用研究》项目，通过此项攻关研究，达到以下目标：（1）研究成功正电纳米钻井液处理剂；（2）研究成功一种新型纳米润滑剂；（3）形成一种新型防塌保护油层钻井液体系和新型纳米润滑工艺技术。
目前，该项研究的室内工作已全部结束，取得一些阶段性成果，所研制的中试产品性能达到了合同的要求。在研究出的新材料基础上形成的钻井液体系，经在多口井中进行试验，取得了明显的效果。4．深井、超深井钻井液技术
目前，油气勘探开发区域不断拓宽，逐渐由浅层向深层、由简单地层向复杂地层发展，由于储层埋藏相对较深、地层压力变化大、岩性复杂多变，钻探较为困难，时效低，成本高。深井、超深井钻井液技术存在的主要问题：
1）深井、超深井井下温度和压力高、地层复杂，温度可达250℃以上，密度可达2.6G/CM3以上；2）使用高密度钻井液钻进时，钻井液流动性差、泥饼厚、滤失量大、固相清除困难、钻井液性能难以维护；
3）随着井深的增加，地温越来越高，钻井液在井底高温条件下，处理剂降解加快，失水大幅度增加，造成钻井液粘度增加或固化，井壁不稳定等。
5．盐膏层钻井液技术
钻遇超高压盐水层、复杂的盐膏层和膏泥岩，常规钻井液体系难以解决钻井液高固相含量、滤液高矿化度、性能不稳定、滤失量过高等技术难题，在钻井施工过程中经常发生盐膏层蠕变，井壁不稳定、易喷易漏、起下钻遇阻和易卡钻等井下复杂事故，同时由于地层盐溶解造成井径扩大，严重影响井身质量，给油气钻探带来极大的困难，严重阻碍着油气勘探进程。
6．绿色环保钻井液技术
为了满足对环境保护越来越严格的要求，必须发展绿色环保钻井液技术，以满足在环境敏感地区的勘探开发需要。
7．综合自控钻井液技术
此技术包括固控设备自控监视器、钻井液处理剂自动加料器、主要钻井液性能连续检测器。（三）．油气层保护技术
1．研究不损害油气层的钻井液
从发展的趋势来看，今后钻井液与完井液将合为一体。由于油气层特性各不相同，保护油气层的技术措施具有很强的针对性，不可能存在对所有油气层均不发生损害的钻井液完井液。因而必须进一步研究对油气层敏感性和潜在损害因素的快速预测软件、对油气层不发生损害的钻井完井液、设计保护油气层技术措施的专家系统。
2．研究新型的暂堵剂和解堵剂
1）暂堵技术
研究新型的暂堵剂和暂堵技术，即能有效的暂堵，又能易解除。
2）解堵技术
研究有效无损害的解堵剂和解堵技术。
（四）．钻井液技术达到的水平
1．钻井液体系方便化
一种处理剂就是一种钻井液体系，在实际使用中，针对不同条件的储层等情况，只要按一定比例与水混合，就可成为及时配成基本满足要求、且性能稳定的钻井液。钻井现场只要另配备少数几种其它的添加剂，就可以满足日常维护和对钻井液性能特殊的要求。
钻井液体系方便化，至少带来以下几个方面的好处：（1）大大减少了钻井液材料的运输费用和材料损耗；（2）简化了钻井现场配浆程序；（3）稳定、提高和保证了钻井液的性能；（4）体系日常维护简单，工作量减少；（5）其它好处。
2．钻井液处理剂和体系多功能化
钻井液体系中钻井液处理剂的减少，就意味着钻井液处理剂的多功能化。这种多功能化，并不是传统意义上的多功能化，传统认为一种处理剂，如中粘CMC可能既是增粘剂，也是降失水剂，同时是润滑剂，但新出现的处理剂比之综合功能要强得多，这种处理剂可能就是一种适于多种储层和多种施工条件的处理剂，只要与水相混就成为完整的钻井液体系。
3．钻井液处理剂和体系颗粒将纳米化
纳米技术的特点在于当材料的颗粒达到纳米级范围，将使材料呈现四大效应，四大效应的出现，将给纳米钻井液处理剂带来一些意想不到的优异性能，从而大大改善和提高钻井液的使用性能。
目前我们努力把钻井液处理剂纳米化的主要出发点是：钻井液材料剂颗粒的细化，必然使其比表面积增大，这样就大大增加了与其它物质发生吸附反应的机会和程度。实际上，这只是利用了纳米材料四大效应中的一大效应，显然，真正纳米钻井液材料的性能表现还不仅限于此。
4．钻井液体系将具有真正意义上的强抑制性能
例如正电性钻井液体系，其抑制地层中页岩膨胀的机理，就是与带负电的粘土颗粒形成结构紧密的复合体，从而有效地防止了粘土颗粒膨胀。使钻井液整体表现为强抑制性。
再如NIF钻井液，如能真的实现零渗透，将从根本上切掉使地层中粘土膨胀的基本条件：水的渗入，从而使井壁化学和物理性能保持原始状，从而使储层或地层受到保护，保证了井壁的稳定和储层的清洁。
5．钻井液体系将越来越具备高新技术特色
钻井液技术，作为一种应用技术，在人们印象中，似乎不太能与高新技术挂上钩，但近几年来，钻井液技术的发展越来呈现出高新技术的特点。
例如，纳米技术，与生物技术和信息技术一起，被誉为二十一世纪的三大高新技术。纳米技术在钻井液完井液中的应用，必将使钻井液技术表现为高新技术特色。
再如，化学成膜理论，也是物理化学领域研究热点之一，膜理论在水基钻井液中的应用，也会增加水基钻井液研究的高新技术色彩。
6．钻井液性能评价将出现体现高新技术特色的新标准
现在国内外对钻井液性能评价，更多体现的是它的宏观使用性能。尚不能充分体现钻井液特殊性能和微观性能，有时达不到准确评价的目的。
新的钻井液产品的出现，必然需要由相应的新标准去界定、判断和评价，如纳米钻井液材料的纳米尺度和性能验证、水基钻井液膜效率的准确定量测定方法等等。
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
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。）
钻井液配方大全 1、常见膨润土浆配方 材料和处理剂功用用量（kg/m3）膨润土增稠25-50 烧碱控制PH值0.7-1.5 CMC（选用）降滤失 1.0-3.0 2.0- 3.0 纯碱促进膨润土水化和 控制Ca2+含量﹤150mg/l
2、FCLS（铁铬木质素磺酸盐）钻井液配方 材料和处理剂功用用量（kg/m3）FCLS 降粘剂 5.0-15.0 CMC 降失水剂 2.0-4.0 PAC①降失水剂 2.0-4.0 淀粉类衍生物①降失水剂10.0-15.0 SPNH②高温降失水剂 5.0-20.0 SMP②高温降失水剂 5.0-20.0 RH-3 润滑剂10.0-30.0 烧碱PH调节 1.0-3.5 备注：①可代替和协同CMC使用； ②用于3500m或更深的深井。
3、钙基钻井液配方 材料和处理剂功用用量（kg/m3）备注石灰提供Ca2+10-20 用于石灰钻井液石膏提供Ca2+11-18 用于石膏钻井液FCLS 降粘剂3-12 供选择SMT 降粘剂，降失水剂6-14 SMC 降粘剂，降失水剂6-14 KHm 降粘剂，降失水剂6-14 CMC 降失水剂3-8 供选择PAC 降失水剂3-8 淀粉类衍生物降失水剂6-14 SPNH 高温降失水剂5-15 用于＞3500m的井SMP 高温降失水剂5-15 RH-3 润滑剂10-30 烧碱PH调节3-8
4、含盐量为8%-12%的盐水钻井液配方 材料和处理剂 功 用 用量（kg/m 3） 备 注 NaCl 提供NACL 按实际需求 FCLS 降粘剂 4-8 供选择 SMT 降粘剂，降失水剂 8-15 SMC 降粘剂，降失水剂 8-15 SMK 降失水剂 10-20 CMC 降失水剂 8-12 PAC 降失水剂 4-8 淀粉类衍生物 降失水剂 10-15 SPNH 高温降失水剂 10-20 用于＞3500m SMP-2 高温降失水剂 10-20 RH-3 润滑剂 15-30 烧碱 PH 调节 5-12 FT-1 井壁稳定 5-20 Defoam 消泡剂 0.1-0.3 QS-2 桥堵剂 40-60
常用钻井液材料 一膨润土类一、组成 膨润土是岩浆岩或变质岩中硅酸盐矿物（如长石）风化沉积形成的，其组成为 1、粘土矿物：蒙脱石、高岭石、伊利石和海泡石，钻井用膨润土主要粘土矿物为蒙脱石，含量在70%以上。 2、砂子：石膏、石英、长石、云母、氧化铁等含量越小越好。 3、染色物：木屑、树叶及腐质物起染色作用，膨润土有红色、黄色、紫色等不同颜色，就是这个原因。 4、可溶性盐类：碳酸盐、硫酸盐和氯化物等。 二、分类 膨润土分为钙基膨润土钠基膨润土和改性膨润土三种。 1、钙基膨润土：造浆率8-12立方米每吨。 2、钠基膨润：造浆率15-18立方米每吨。 3、改性膨润土：通过加入纯碱、烧碱、羧甲基纤维素、低分子量聚丙烯酰胺等无机盐和有机分散剂来提高膨润土的造浆率，达到钠基膨润土性能指标。 三、作用及用途 1、堵漏：黄土层漏失、基岩裂隙漏失都需要用来配浆堵漏。 2、护壁：在井壁上形成泥饼，减少钻井液内的水份向井壁渗透，起到保护井壁稳定的作用。
3、携砂：配制一定数量的高比重大粘度的膨润土泥浆定期打入井内，将井内掉块、岩屑顺利携带出井外，保持井内干净。 4、配治塌泥浆：井壁长时间浸泡发生垮塌，常规泥浆仍不能维护井壁时，就要加膨润土以提高比重、切力、粘度达到稳定井壁之目的。 5、配加重泥浆：遇到涌水或高压油气层时，都需在泥浆中加膨润土来平衡地层压力。 6、配完井液和封闭浆：为顺利测井，完钻时需配完钻液；在易塌井段需配封闭浆，这些都需加膨润土。 四、影响膨润土性能的因素 1、原矿质量：原矿石蒙脱石含量高低是影响膨润土性能最重要的因素，蒙脱石含量越高，膨润土造浆率相应地就高。 2、粒度：粒度越细造浆率相应的就越高，反之亦然。 3、添加剂：合理地加入分散剂，会明显改善膨润土的性能。 4、水质：膨润土在高矿化度和酸性中水造浆率会明显降低甚至不造浆。 五、简单测试 1、造浆率：1吨膨润土配制出胶体率95%以上的泥浆的体积。如造浆率15立方米每吨，就是在100克水中加6.67克膨润土搅拌30分钟倒入试管（100毫升）中，24小时胶体率在95%以上。 2、漏斗粘度：用马氏漏斗测其粘度，一般不低于28秒。 3、失水量：用ANS气压失水仪测失水量。一般不大于
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%)。 适用范围：1. 适合于地质情况熟悉的非高地层倾角（≤30°）无流体显示的非易塌构造或区块，主要用于表层的快速钻进。2. 适合于井漏严重、非易塌层位、无流体显示的各构造短时间的强钻。 2、聚合物钻井液体系 聚合物具有很强的包被抑制能力，可以防止粘土矿物进一步水化，防止钻井液性能变差，有利于携带钻屑，保持井壁稳定。 适用范围。 1. 非高地层倾角井的表层易水化分散的泥页岩井段，既有利于防塌，又能适当提高机械钻速。 2. 中深井井段出现恶性纵向裂缝漏失，而上部裸眼井段又易因清水浸泡出现垮塌情况下，作为井底清水强钻时覆盖易塌层的钻井液。 3. 适用于44 4.5mm井眼段大于200m，或311.2mm井眼段1000-2500m，地层倾角小于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. 加入分散型磺化系列处理剂提高钻井液体系的降滤失性能，如加入磺化沥青改善泥饼质量提高护壁能力。 3. 聚磺钻井液体系配制和转化方便。 适用范围 1. 高压力系数的易塌层钻进，能在防塌的基础上适当地提高机械钻速。 2．深井段高温、高密度条件下的易塌层钻进。 3. 适合于非特殊工艺的深井，有利于提高机械钻速，适合于川东地区所有区块。 钻井液现场配制与维护 1、检查井场钻井液材料质量检验单等有关资料，保证钻井液材料的质量。 2、配制钻井液前必须清洗钻井液罐。 3、若需要，必须处理配浆用水。 4、应按钻井液设计要求配制钻井液，并确保其性能达到设计要求。
加重材料 指标 名称主要成份分子式密度数目可配最高密度 石灰石粉碳酸钙 CaCO3 2.7-2.9 200 1.68 超细粉碳酸钙 CaCO3 2.8-3.1 600 1.80 重晶石粉硫酸钡 BaSO4 3.9-4.2 200 2.3 活性重晶石粉硫酸钡 BaSO4 3.9-4.2 200 3.1 铁矿粉氧化铁 Fe2O3 4.9-5.3 150 4.0 方铅矿粉硫化铅 PbS 7.4-7.7 150 5.2 三无机盐类 一、碳酸钠 1、物理性质 碳酸钠（Na2CO3）又称纯碱、打，白色粉末结晶，密度2.5，易溶于水，水溶液呈碱性，在空气中易吸潮结块，要注意防潮。 2、化学性质 a、电离： Na2CO3=2Na +＋ CO32– b、水解： CO32– + H2O = HCO3– + OH– HCO3– + H2O = H2CO3 + OH– c、沉淀钙离子、镁离子 Ca2++ CO32–= CaCO3↓ Mg2++ CO32–= MgCO3↓↓ 3、作用
沉淀膨润土中的钙离子、镁离子，改善水化性能，促进膨润土分散造浆，降低泥浆的失水，提高泥浆的粘度和切力，改善泥饼的质量。 4、加量 准确加量应根据膨润土质量通过实验确定，一般为膨润土重量的5%。 5、测试 1%水溶液PH值大于12为合格品。 二、氢氧化钠 1、物理性质 氢氧化钠又称烧碱、火碱或苛性钠。白色结晶，有液体、固体片状三种产品，纯度从50%至99%不等，密度2-2.2，易吸潮，有强烈的腐蚀性，暴露在空气中，会吸收CO2，变成Na2CO3。 2、作用 a、调节泥浆PH值。 b、促使膨润土分散造浆。 c、加快有机处理机溶解。 3、加量 根据产品纯度和需要决定加量，一般加量为泥浆的 0.1%—0.5%. 4、测试
1、聚丙烯酰胺钾盐 K-PAM 又称之为聚丙烯酸钾，产品为白色或淡黄色末状，是一种含羧钾聚丙烯酰胺衍生物，是很强的抑制页岩分散剂，具有控制地层造浆的作用并兼有降失水、改善流型及增加润滑性等功能。在钻井液中包被、提粘，使用于各种泥浆体系，有较好的防塌作用。它能改善井液的流变性并能有效地包被钻屑，抵制地层造浆，钾离子的存在，能防止软泥。岩和硬脆性泥液岩的水化和剥落，起到稳定井壁的作用，具有较好的降失水作用，与其它处理剂配伍性好， 2、PAC—141是一种新型泥浆处理剂。可适用于各种水基泥浆体系,具有改善泥浆流型、提高剪切稀释能力、降低失水量、控制钻屑分散、稳定井壁、调节泥浆粘度和胶体稳定性等作用。 3、NH4-HPAN是淡黄色粉末，具有一定的抗温和抗盐能力。并且具有耐光、耐腐蚀的功能，由于NH4+在页岩中的镶嵌作用，具有一定的防塌效果。该产品有较强降低钻井液降滤失量和高温高压滤失量，抗温能力强，抗热稳定性好等作用，具有一定的抑制粘土水化和防塌能力，同事具有较好的抗盐以及抗污染的能力。 4、聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生成分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理剂。其混凝作用表现如下：a、水中胶体物质的强烈电中和作用。b、水解产物对水中悬浮的优良架桥吸附作用。c、对溶解性的选择性吸附作用。 5、 XY27在钻井液中用作降粘剂（或叫絮凝剂）。在它的分子链中引入了一定比例的阳离子、阴离子、非阴离子官能团。由于阳离子基团的存在，大大提高了XY27抑制泥页岩分散、膨胀的能力，并能提高钻井液体系的抑制性。因此，XY27不仅能显著降低钻井液的粘度，而且能使钻井液的粘度保持稳定，表现出较强的抗岩屑污染能力。 6、氢氧化钠是白色的固体，极易溶解于水，呈碱性，可用于调节泥浆ph值。 7、高效润滑剂RH-3是专为钻井润滑设计的复合型润滑剂，添加到钻井液中可明显提高其抑止性和润滑性，添加本品后钻探阻力小，进尺快，可防止缩径泥包钻头、压差卡钻，有利于提高钻进效率，防止井塌，延长钻头寿命。⑴高润滑性，润滑系数降低率可达80%以上。⑵优良的抗磨性和极压性能。⑶抗高温，可在250 ℃以上应用。⑷高安全性，闪点在80℃以上，一般工作环境中无燃爆危险。 ⑸绿色环保，本品无毒，可生物降解，环境友好。⑹与基浆配伍性好，膨润土产地、性能的变化不影响润滑效果。⑺分散性好，在浆体中分散均匀，润滑平稳。 8、磺化沥青是棕褐色易碎薄片或流动性粉末，由于含有磺酸基，水化作用很强，当吸附在页岩界面上时，可阻止页岩颗粒的水化分散起到防塌作用。同时，不溶于水的部分又能填充孔喉和裂缝起到封堵作用，并可覆盖在页岩界面，改善泥饼质量。磺化沥青在钻井液中还起润滑和降低高温高压滤失量的作用，1是一种堵漏、防塌、润滑、减阻、抑制等多功能的有机钻井液处理剂。2、润滑减阻，降低钻具的提升能力和扭距延长钻头使用期，预防和解除卡钻；3、形成薄而坚韧的泥饼强化井壁。控制高温失水；4、控制泥浆的高温剪切强度；5、可与其它泥浆处理剂复配使用。推荐加量1-6%。
《钻井液工艺原理》综合复习资料 一、名词解释 1、晶格取代（P29最后一段） 在粘土结构中某些原子被其它化合价不同的原子取代而晶格骨架保持不变的作用。 2、压差卡钻（P402倒数第三段） 压差卡钻又称泥饼粘附卡钻,是指钻具在井中静止时,在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用下,将钻具紧压在井壁上而导致的卡钻。 3、剪切稀释特性（P65最后一段） 塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性。 4、油气层损害（P409第一段） 任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象，均称为油气层损害。 5、塑性粘度（P60第一段） 在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值。钻井液中的塑性粘度是塑性流体的性质，不随剪切速率而变化；反映了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱。 6、胺点 在标准实验条件下，石油产品与等体积的苯胺，在相互溶解形成单一液相时的最低温度，叫苯胺点。 7、造浆率（P147第一段） 常将1t粘土所能配出的表观粘度为15mPa?s的钻井液体积称为造浆率。 8、泥饼粘附卡钻（P402倒数第三段） 压差卡钻又称泥饼粘附卡钻,是指钻具在井中静止时,在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用下,将钻具紧压在井壁上而导致的卡钻。
9、水敏性损害（P420倒数第三段） 水敏性损害是指当进入油气层的外来流体与油气层中的水敏性矿物不相配伍时，将使得这类矿物发生水化膨胀和分散从而导致油气层的渗透率降低。 10、静切力（P59最后一段） 塑性流体不是加很小的剪切应力就开始流动，而是必须加一定的力才开始流动，这种使钻井液开始流动所需的最低切应力，称为静切力。 11、乳状液（） 一种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形成的分散体系。 钻井液是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。（P1） 12、钻井液碱度（P9第六段） 碱度是指溶液或悬浮体对酸的中和能力。 二、问答题 1、为什么要求钻井液具有较好的剪切稀释性（P65最后一段、P66第三 段） 剪切稀释性用动塑比来表示，动塑比越高表示钻井液剪切稀释性越强，为了保持在高剪切速率下有效地破岩和低剪切速率下携带钻屑（必须要求高的动塑比）钻头钻时阻力小，还空中能够悬浮钻屑。 2、为什么选择蒙脱土作钻井液配浆土？（P30最后一段） 蒙脱石晶层上、下面皆为氧原子，各层之间以分子间力连接，连接力弱，水分子易进入晶层之间，引起晶格膨胀。而且由于晶格取代作用，蒙脱石带有较多的负电荷，能吸附等量电荷的阳离子。水化的阳离子进入晶层之间，致使C轴方向上的间距增加。因此蒙脱石是膨胀型黏土矿
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
(土粉) 泥浆粉的性能：奈普顿泥浆粉是一种先进的国外技术的进口产品，是一种水溶性，易混合的粉末颗粒聚合物，在水中充分溶解后成半透明糊状，粘度大，该浆在孔内沉淀杂质速度非常快，钻具在孔内钻进时，泥浆总是保持清澈透明，钻具钻杆表面干净，在孔内由于钻具连续运动，化学泥浆和水混合的越均匀粘度就越强，凝聚力也就越快，就是泥浆回到泥浆池内也没一点杂质沉淀。在孔壁周围行成了一层薄透明糊状保护层。无毒无污染，它通用于桩基钻进和地下连续墙等基础工程施工。它具有保持钻孔稳定；可配置高粘度泥浆；便于重复利用；废浆易于降解处理；回用率高；能提高桩基磨擦承载力，能提高钻屑粘聚能力利于钻屑快速清出钻孔的特点。 2、泥浆粉优势：固壁性强，孔内沉渣凝聚力强，沉淀速度快，人员劳动强度低，无污染，制浆快，无浪费，易保存，不易变质，使用简单直接均匀溶解水中即可。而使用膨润土又要通过机械搅拌，人员搬运，尘土飞扬，污染大，易浪费，长时间堆积如山，易变质等，泥浆制作最少也得两人以上才能完成泥浆拌和。 3、泥浆粉用量：配浆用水PH值调整至8—10后加入—㎏/1000L。 4、泥浆粉使用方法：在现场通常按照化学泥浆㎏：5立方清水进行配比，在配比过程中,手感稍有粘度起线丝状即可；纯碱或碱粉的配比﹪—﹪。再利用空气压缩机将气压放入池内进行泥浆充分均和即可。 碳酸钠（纯碱）化学式为Na2CO3，俗名纯碱，又称苏打、碱灰，一种重要的化工基本原料，纯碱工业的主产品。通常为白色粉末，高温下易分解，易溶于水，水溶液呈碱性。纯碱在潮湿的空气里会潮解，慢慢吸收二氧化碳和水，部分变为碳酸氢钠，所以包装要严，否则会吸潮结块，碳酸钠与水生成Na2CO3·10H2O，Na2CO3·7H2O，Na2CO3·H2O三种水合物，其中Na2CO3·10H2O最为稳定，且溶于水的溶解热非常小。多应用于照相行业，其商品名称为碳氧。 Na2CO3·10H2O又称晶碱，以前，晶碱常用于家庭洗涤和洗羊毛，故又称“洗濯碱”①。过去，我国民间习惯使用既能洗衣又能发面的“块碱”，那是用纯碱加大量水搅拌制成的（另加有一些小苏打（NaHCO3），其含水量在50%以上。碳酸钠溶于水时呈吸热反应，在空气中易风化。Na2CO3·7H2O不稳定，仅在～36℃范围内才能从碳酸钠饱和溶液中析出。碳酸钠是弱酸强碱盐。用化学方法制出的Na2CO3比天然碱纯净，人们因此称它为“纯碱”。纯碱的用途很广，
油基钻井液 一、油基钻井液发展概述 1、定义及类型 油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。 两种油基钻井液——全油基钻井液和油包水乳化钻井液。在全油基钻井液中，水是无用的组分，其含水量不应超过10%；而在油包水钻井液中，水作为必要组分均匀地分散在柴油中，其含水量一般为10~60%。 2、油基钻井液的优缺点 与水基钻井液相比较，油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。 目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取 心液等。 油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多，使用时往往会对井场附近的生态环境造成严重影响。 为了提高钻速，从20世纪70年代中期开始，较广泛地使用了低胶质油包水乳化钻井液。 为保护环境，适应海洋钻探的需要，从80年代初开始，又逐步推广使用了以矿物油作为基油的低毒油包水乳化钻井液。 3、油基钻井液的发展阶段
二、油基钻井液的组成 1、基油(BaseOil) 油包水乳化钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量的乳化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等所形成的稳定的乳状液体系。 ?在油包水乳化钻井液中用作连续相的油称为基油，目前普遍使用的基油为柴油(我国常使用零号柴油)和各种低毒矿物油。 ?为确保安全，其闪点和燃点应分别在82℃和93℃以上。 ?由于柴油中所含的芳烃对钻井设备的橡胶部件有较强的腐蚀作用，因此芳烃含量不宜过高，一般要求柴油的苯胺点在60℃以上。苯胺点是指等体积的油和苯胺相互溶解时的最低温度。苯胺点越高，表明油中烷烃含量越高，芳烃含量越低。 ?为了有利于对流变性的控制和调整，其粘度不宜过高。 各种基油的物理性质 注：Mentor26、Mentor28、Escaid110、LVT和BP8313均为常用矿物油的代号。 2、水相(WaterPhase)： ?淡水、盐水或海水均可用作油基钻井液的水相。但通常使用含一定量CaCl2
常用钻井液材料 一膨润土类 一、组成 膨润土是岩浆岩或变质岩中硅酸盐矿物（如长石）风化沉积形成的，其组成为 1、粘土矿物：蒙脱石、高岭石、伊利石和海泡石，钻井用膨润土主要粘土矿物为蒙脱石，含量在70%以上。 2、砂子：石膏、石英、长石、云母、氧化铁等含量越小越好。 3、染色物：木屑、树叶及腐质物起染色作用，膨润土有红色、黄色、紫色等不同颜色，就是这个原因。 4、可溶性盐类：碳酸盐、硫酸盐和氯化物等。 二、分类 膨润土分为钙基膨润土钠基膨润土和改性膨润土三种。 1、钙基膨润土：造浆率8-12立方米每吨。 2、钠基膨润：造浆率15-18立方米每吨。 3、改性膨润土：通过加入纯碱、烧碱、羧甲基纤维素、低分子量聚丙烯酰胺等无机盐和有机分散剂来提高膨润土的造浆率，达到钠基膨润土性能指标。 三、作用及用途 1、堵漏：黄土层漏失、基岩裂隙漏失都需要用来配浆堵漏。 2、护壁：在井壁上形成泥饼，减少钻井液内的水份向井壁渗透，起到保护井壁稳定的作用。 3、携砂：配制一定数量的高比重大粘度的膨润土泥浆定期打入井内，将井内掉块、岩屑顺利携带出井外，保持井内干净。 4、配治塌泥浆：井壁长时间浸泡发生垮塌，常规泥浆仍不能维护井壁时，就要加膨润土以提高比重、切力、粘度达到稳定井壁之目的。 5、配加重泥浆：遇到涌水或高压油气层时，都需在泥浆中加膨润土来平衡地层压力。 6、配完井液和封闭浆：为顺利测井，完钻时需配完钻液；在易塌井段需配封闭浆，这些都需加膨润土。 四、影响膨润土性能的因素 1、原矿质量：原矿石蒙脱石含量高低是影响膨润土性能最重要的因素，蒙脱石含量越高，膨润土造浆率相应地就高。 2、粒度：粒度越细造浆率相应的就越高，反之亦然。 3、添加剂：合理地加入分散剂，会明显改善膨润土的性能。 4、水质：膨润土在高矿化度和酸性中水造浆率会明显降低甚至不造浆。 五、简单测试 1、造浆率：1吨膨润土配制出胶体率95%以上的泥浆的体积。如造浆率15立方米每吨，就是在100克水中加6.67克膨润土搅拌30分钟倒入试管（100毫升）中，24小时胶体率在95%以上。 2、漏斗粘度：用马氏漏斗测其粘度，一般不低于28秒。 3、失水量：用ANS气压失水仪测失水量。一般不大于 18ml/30min。 4、含砂量：将100克膨润土加到1000克水中搅拌30分钟，再加1000克水搅拌30分钟静止30分钟。将沉淀物上面的泥浆全倒掉，然后用水再洗两次，把最后的砂子烘干，称其重量，即膨润土含砂量，含砂量小于5%为合格品。 二加重材料
国内外钻井液技术发展概述 (2012-05-2711:05:36)摘要：本文主要论述了国内外钻井液的发展状况及发展趋势，介绍了近年来国内外发展起来的16种新型钻井液技术，国内外钻井液技术仍以抗高温、高压、深井复杂地层的钻井液技术为主攻目标，指出了钻井液处理剂的发展方向是高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染，并寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液体系及钻井液处理剂。对钻井液技术发展进行了展望，由于深井、复杂井、特殊工艺井以及特殊储藏的开发、环境保护的重视，对钻井液完井液的要求越来越高，所以抗高温、高压、深井复杂地层、油气层保护仍是钻井液完井液技术发展的重要方向。 关键词：钻井液技术发展 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P OLYDRILL，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：
第十一章钻井液材料和添加剂
第十一章泥浆配浆材料和处理添加剂配浆材料是指在配浆中用量较大的基本部分，如：膨润土、水、油、加重剂。 处理添加剂是指用于改善、调节钻井液性能的化学添加剂，一般用量很少。分无机处理剂和有机处理剂两大类。国内生产的泥浆配浆材料和处理添加剂分为19类，包括粘土类、加重材料、碱类、增稠/包被剂、降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂、胶凝剂、润滑剂、清洁剂、发泡剂、杀菌剂、堵漏剂、解卡剂、缓蚀剂、消泡剂、乳化剂、油基泥浆添加剂、无机添加剂、及其他类。 一、粘土类 1、膨润土： 含蒙脱石不少于85%，一般要求1吨膨润土至少能配制出粘度 15mPa.S的钻井液16m3,膨润土分钠膨润土和钙膨润土两种。钙膨润土需要加入纯碱转化为钠膨润土后方可使用（纯碱用量为钙膨润土的6%）。膨润土是水基钻井液的重要配浆材料。用来配制水基泥浆和提高其粘度和动切力。塔里木常用的是184团土和夏子街土，这两种均为钠膨润土，一般配制6-10% 的膨润土浆就能配得较高稠度的膨润土浆。配浆水要求为氯根小 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
于1000mg/L的淡水，配浆前还应根据水质检测的Ca2+、Mg2+含量加入适量的烧碱和纯碱来除去水中的Ca2+、Mg2+。 2、抗盐、耐高温黏土： 主要成分为海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石等黏土矿物。抗盐黏土配制的钻井液，一般形成的泥饼质量不好，必须配合使用降滤失剂。主要用于盐水泥浆体系。 3、有机土： 用季铵盐类阳离子表面活性剂处理后制成的亲油膨润土。用于配制油基钻井液。 二、加重材料 1、重晶石： 重晶石是一种最普遍使用的泥浆加重材料，主要成分是粉碎得很细的硫酸钡（BaSO4）粉末, 纯净的重晶石为白色粉末状，工业产品因杂质不同而呈淡粉色、褐色、灰色、微黄色，密度4.2g/cm3，粒度97%能通过200目筛，符合API 13 A标准，用于提高水基或油基泥浆的密度，用于加重密度小于2.3g/cm3的钻井液。 2、石灰石粉： 石灰石粉是钻井泥浆、完井液、修井液可酸溶的加重材料，产品为白色粉末状，因杂质不同而略带微红和微黄色，粒度97%能通过200目筛，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3
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
聚 乙 烯 醇 在 钻 井 液 中 的 应 用 班级：10油田化学三班 姓名：李涛涛
聚乙烯醇，英文名称2： polyvinyl alcohol，viny)alcohol polymer，poval，简称PVA，分子式： [C2H4O]n 摘要：主要讲述了聚乙烯醇胶乳对油井水泥浆的失水、稠化性能、游离水和水泥石抗压强度等参数的影响。结果表明，胶乳加量增大时，油井水泥浆的失水量迅速变小，稠化时间延长，初始稠度减小，游离水得到有效的控制，水泥石的抗压强度减小而柔性增大。试验证明，聚乙烯醇胶乳通过成膜、吸附、水化等作用能有效地控制油井水泥浆的液相运移情况，调节其稠化性能，改善水泥石的物理力学性能。自行设计了一套测定水泥石胶结强度的装置，实验证明所提出的测定方法是可行的。 首先聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性聚合物,分子中有大量的羟基存在。因此,可以把它作为油井水泥降失水剂的原料。文章研究了在不同的聚合度和醇解度的PVA作为油井水泥降失水剂的滤失性能,研究发现PVA17-88是以PVA作为油井水泥降失水剂的最好原料。并对PVA17-88作为油井水泥降失水剂与分散剂和消泡剂的配伍性、耐温、抗盐以及水泥浆的综合性能进行了系统的研究。 高分子聚合物材料作为油井水泥外加剂在油田固井工程中的应用,其地位日益突出,对提高固井质量起到了重要的作用.该文较详强的介绍了固井工程与油井水泥外加剂的关系以及相关的概念,综述了前人的研究成虹,研制出了新型聚合物胶乳水泥体系,同时设计了相应的特种实验仪器.该文重点研究了水溶性聚合物-聚乙烯醇作为油井水泥外加剂的一些行为特征,同时研究了配套组分对聚合物水泥浆体系的性能影响.聚乙烯醇水溶液与硼砂在碱性条件下交联是该文 研究应用的最基本原理之一,聚乙烯醇与硼砂交联形成了一定的网状结构,加入的有机酸组分参加进一步的交联,使之形成了立体柔性的网状交联结构,这种结构吸附到水泥颗粒上,阻碍和束缚了水泥浆中自由水的运移,同时这种交联吸附性质使水泥浆体系在压差作用下能够在滤失界的目的,减少了水泥石的表观和 内部体积由于失水而造成的收缩,同时也对地层流体的外窜起到了封堵作用,保证了水泥浆在井下的正常凝固.另外聚乙烯醇与其他组分的配合作用,使水泥浆体系还具备了"直角稠化","零自由水"和剪切稀释等特性.该文发展了油田固井工程中的防窜理论,在水泥外加剂的研究方面达到了一个新的水平.在现场试验和推广应用过程中为解决大庆油田的高压层固井、水平井固井,地矿部浅气层固井和渤海海上深层气层固井问题起到了重要作用. 聚乙烯醇用作石油及天燃气钻井、固井过程中的降失水添加剂增强水泥浆保水作用防止水泥浆在渗透性地层中先期脱水，对缓凝时间和抗压强度影响小，并有效防止气窜用作石油及天然气钻井过程中的防塌添加剂，能有效阻止钻井液滤液浸入泥页岩，从而达到防止井壁失稳甚至井壁坍塌的作用聚乙烯醇的抑制防塌性能是长久有效。聚乙烯醇等是我国近年来研究应用最广的堵水调剖剂，包括合成聚合物、自然改性聚合物、生物聚合物等。它们的共同特点是溶于水，在水中有优良的增粘性，线性大分子链上都有极性基团，能与某些多价金属离子或有机基团（交联剂）反应，天生体型的交联产物冻胶，粘度大幅度增加，失往活动性和水溶性，显示较好的粘弹性。 聚丙烯酰胺的大量应用，给化学堵水调剖技术开创了新局面。将聚丙烯酰胺水解后溶于水，混进甲醛或306树脂（多羟基的三聚氰胺酰化物），在酸性条件下，缩聚天生冻胶。本剂适合层间或层内纵向渗透率差异较大但油层无裂缝
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
1烧碱：调节钻井液的PH值。现场钻井液都是碱性，加入烧碱减少钻具腐蚀和防止钻井液发酵，以及稳定地层。 2纯碱：加入适量的纯碱可使泥浆的滤失量下降，粘度、切力增大。但过量的纯碱会导致粘土颗粒发生聚结，使钻井液性能受到破坏.其合适加量需通过造浆实验来确定。（此外，在钻水泥塞或钻井液受到钙侵时，加人适量纯碱使Ca2+沉淀成CaCO3，从而也可使钻井液性能变好） 3低荧光封堵防塌剂：能够稳定井壁、降低钻井液粘度和滤失量，具有很好的封堵防塌效果。4固体乳化剂：用于钻井液混油作业和地层原油浸入时起乳化作用 5降粘降失水剂：可以减少泥浆的中压失水和高温高压失水，有利于提高泥饼质量和降低泥浆粘度及水分含量，从而提高泥浆的流变性。 6聚丙烯酰胺干粉：是一种线性的高分子聚合物,易溶于水,其水溶液几近透明的粘稠液体，加入泥浆中可以提高泥浆的絮凝度 7聚合物降失水剂：热稳定性好，抗温性能强，抗温可达1400C；降失水效果好，所处理泥浆流变特性好，具有一定的抑制粘土水化分散及防塌能力；淡水钻井液中，有降失水兼轻微的增粘作用；盐水钻井液中，有降失水兼轻微的增粘作用。 8膨润土：在钻井中用的水基泥浆就是膨润土在水中分散成细小的颗粒而形成的分散体系。在油连续相泥浆中也使用膨润土，如果将膨润土用有机铵盐进行活化处理就成了亲油的有机膨润土，可用在油包水乳化泥浆中做油中可分散胶体，提高油包水乳化泥浆的粘度、切力，降低其滤失量，增强它的悬浮能力和稳定性。 9青石粉：有助于改善钻井液性能的固相（钻井液中加重剂、岩屑及黏土等固体颗粒所组成的体系称为固相），加重泥浆。 10重晶石粉：在一些油、气井钻探时，一般使用的钻井泥浆、粘土比重为2.5左右，水的比重为1，因此泥浆比重较低，有时泥浆重量不能与地下油、气压力平衡，则造成井喷事故。在地下压力较高的情况下，就需要增加泥浆比重，往泥浆中加入重晶石粉是增加泥浆比重的有效措施。还可以降低泥浆的温度，冷却钻头，带走切削下来的碎屑物，润滑钻杆，封闭孔壁，控制油气压力，防止油井自喷。 11水解聚丙烯腈铵盐NPAN：被广泛用于石油系统钻探技术中的一种泥浆处理剂，是起到降失水剂的作用，且具有抗盐能力强的优点。 12：羧甲基纤维素钠盐MV-CMC：其具有优良的水溶性、粘胶性、乳合性、扩散性、抗酶性及稳定性，在钻井中常作为泥浆材料，提高泥浆的粘度处理钻井液。