钻井液配浆材料与处理剂
一般来讲，钻井液配浆原材料是指在配浆中用量较大的基本组分，例如膨润土、水、油和重晶石等。处理剂则是指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人的化学添加剂。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极大的影响。但配浆原材料与处理剂之间并无严格的界限，有的文献将配浆原材料也归类在处理剂中。
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，有必要将它们进行分类。目前主要有以下两种分类方法。
第一类分类方法是按其组成分类。通常分为钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。其中无机处理剂又可分为氯化物、硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和重铬酸盐和混合金属层状氢氧化物(即正电胶)类等。有机处理剂通常可分为天然产品、天然改性产品和有机合成化合物。按其化学组分又可分为下列几类：腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类和聚合物类等。
第二类分类方法是按其在钻井液中所起的作用或功能分类。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共分为以下“类，即(1)降滤失剂(Filtration Reducer)；(2)增粘剂(Viscosifier)；
(3)乳化剂(Emulsifier)使油水乳化产生乳状液；(4)页岩抑制剂(Shale inhibitor)；(5)堵漏剂(lost Circulation Material)；(6)降粘剂(Thinner)；(7)缓蚀剂(Corrosion inhibitor)；(8)粘土类(Clay)；(9)润滑剂(Lubricant)；(10)加重剂(Weighting Agent)；
(11)杀菌剂(Bactericide)；(12)消泡剂(Defoamer)；(13)泡沫剂(Foaming Agent)；(14)絮凝剂(Flocculant)；(15)解卡剂(Pipe-Freeing Agent)；(16)其它类(Others)等。
这16类处理剂所起的作用各不相同，但在配制和使用钻井液时，并不同时使用这些处理剂，而仅仅根据需要使用其中的几种。有时，一种处理剂在钻井液中同时具有几种作用。例如，有的降失水剂同时兼有增粘或降粘作用，絮凝剂同时兼有增粘剂的作用等。本章将以上两种分类方法结合起来，除介绍常用的配浆原材料和无机处理剂外，重点介绍几类重要的有机处理剂，即降粘剂、降滤失剂、页岩抑制剂、絮凝剂和堵漏剂等。
钻井液配浆原材料
一、粘土类
膨润土是水基钻井液的重要配浆材料。有的文献将膨润土定义为具有蒙脱石的物理化学性质，含蒙脱石不少于85％的粘土矿物。评价膨润土好坏的标准是造浆率，即每吨膨润土可以配制粘度为15mpa·s的钻井液的体积数，m3。一般要求1 t膨润土至少能够配制出粘度为15mpa·s的钻井液16m3。钠膨润土的造浆率一般较高，而钙膨润土则需要通过加入纯碱使之转化为钠膨润土后方可使用。目前我国将配制钻井液所用的膨润土分为三个等级：一级为符合API标准的钠膨润土；二级为改性土，经过改性符合OCMA标准要求；三级为较次的配浆土，仅用于性
能要求不高的钻井液。
由于无机盐对膨润土的水化分散具有一定的抑制作用，因此膨润土在淡水和盐水中的造浆率不同，盐水造浆率一般要低一些。将膨润土先在淡水中预水化，然后再加入盐水中，可以提高其在盐水中的造浆率。
膨润土在淡水钻井液中具有以下作用：(1)增加粘度和切力，提高井眼净化能力；(2)形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；(3)对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；(4)防止井漏。
海泡石、凹凸棒石和坡缕缟石是较典型的抗盐、耐高温的粘土矿物，主要用于配制盐水钻井液和饱和盐水钻井液。用抗盐粘土配制的钻井液一般形成的泥饼质量不好，滤失量较大。因此，必须配合使用降滤失剂。海泡石有很强的造浆能力，用它配制的钻井液具有较高的热稳定性。此外，海泡石还具有一定的酸溶性(在酸中可溶解60％左右)，因此，在保护油气层的钻井液中，还可用做酸溶性暂堵剂。在我国，由于目前这几种抗盐粘土的矿源相对较少，因此在钻井液中的应用尚不普遍。
有机土是由膨润土经季铵盐类阳离子表面活性剂处理而制成的亲油膨润土。有机土可以在油中分散，形成结构，其作用与水基钻井液中的膨润土类似。关于有机土的性能及应用将结合油基钻井液再进行讨论。
二、加重材料
1．常用的钻井液加重材料
加重材料(Weighting Material)又称加重剂，由不溶于水的惰性物质经研磨加工制备而成。为了对付高压地层和稳定井壁，需将其添加到钻井液中以提高钻井液的密度。加重材料应具备的条件是自身的密度大，磨损性小，易粉碎；并且应属于惰性物质，既不溶于钻井液，也不与钻井液中的其它组分发生相互作用。
钻井液的常用加重材料有以下几种：
(1)重晶石粉(Barite)
重晶石粉是一种以BaSO4为主要成分的天然矿石，经过机械加工后而制成的灰白色粉末状产品。按照API标准，其密度应达到4.2g/cm3，粉末细度要求通过200目筛网时的筛余量<3.0％。重晶石粉一般用于加重密度不超过2.30 g/cm3的水基和油基钻井液，它是目前应用最广泛的一种钻井液加重剂。
(2)石灰石粉(Limestone)
石灰石粉的主要成分为CaCO3，密度为2.7～2.9 g/cm3。易与盐酸等无机酸类发生反应，生成CO2、H2O和可溶性盐，因而适于在非酸敏性而又需进行酸化作业的产层中使用，以减轻钻井液对产层的损害。但由于其密度较低，一般只能用于配制密度不超过1. 68 g/cm3 (14ppg)的钻井液和完井液。
(3)铁矿粉(Hematite)和钛铁矿粉(Ilmenite)
前者的主要成分为Fe2O3，密度4.9～5.3 g/cm3；后者的主要成分为TiO2?Fe2O3，密度4.5~5.1 g/cm3。均为棕色或黑褐色粉末。因它们的密度均大于重晶石，故可用于配制密度更高的钻井液。如果将某种钻井液加重至某一给定的密度，当选用铁
矿粉时，加重后钻井液中的固相含量(常用体积分数表示)显然要比选用重晶石时低一些。例如，用密度为4.2 g/cm3的重晶石将某种钻井液加重到2.28 g/cm3，其固相含量为39.5％；而使用密度为5.2 g/cm3的铁矿粉将该钻井液加至同样密度时，固相含量仅为30.0％。加重后固相含量低有利于流变性能的调控和提高钻速。此外，由于铁矿粉和钛铁矿粉均具有一定的酸溶性，因此可应用于需进行酸化的产层。
由于这两种加重材料的硬度约为重晶石的两倍，因此耐研磨，在使用中颗粒尺寸保持较好，损耗率较低。但另一方面，对钻具、钻头和泥浆泵的磨损也较为严重。在我国，铁矿粉是用量仅次于重晶石的钻井液加重材料。
(4)方铅矿粉(Galena)
方铅矿粉是一种主要成分为PbS的天然矿石粉末，一般呈黑褐色。由于其密度高达7.4～7.7 g/cm3，因而可用于配制超高密度钻井液，以控制地层出现异常高压。由于该加重剂的成本高、货源少，一般仅限于在地层孔隙压力极高的特殊情况下使用。如我国滇黔桂石油勘探局在官-3井使用方铅矿，配制出密度为3.0g/cm3的超高密度钻井液。
三、配浆水和油
水是配制各种钻井液都不可缺少的基本组分。在水基钻井液中，水是分散介质，大多数处理剂均通过溶解于水而发挥作用；在泡沫钻井液中水也是作为连续相，空气在起泡剂和稳泡剂的作用下分散在水中；在油包水乳化钻井液中，水是分散相，往往水中又含有一定量的无机盐，如氯化钠和氯化钙等。在雾流体中，是作为分散相，成小颗粒状分散于气中。
实践证明，钻井液性能与配浆水的性质密切相关。多数情况下，为节约成本，都是就地取材，但是地区不同水质相差很大，水中的各种杂质、无机盐类、细菌和气体等对钻井液的性能有很大影响。
例如：无机盐：会导致膨润土的造浆率降低，以及钻井液的滤失量增大；
细菌：淀粉类处理剂发酵，聚合物处理剂容易降解，细菌的大量繁殖还会对油气层造成损害；
气体的存在则会加剧钻具的腐蚀等。二氧化碳，气蚀、碳酸因此，配制钻井液时必须预先了解配浆水的水质，不合格的水需经过适当处理后才能使用。
自然界的水分类
1、按来源分：地面水和地下水；
2、按其酸碱性分：酸性水、中性水和碱性水；
3、按所含无机盐的类别分：NaCl型、CaCl2型、MgCl2型、Na2SO4型和
NaHCO3型水等。
在钻井液工艺中，根据水中可溶性无机盐含量的多少，一般将配浆水分为以下三类：含盐量较少(总盐度低于10 000mg／1)的淡水，钻井液称做淡水钻井液含盐量较多的盐水，与之对应钻井液称作盐水钻井液
含盐量达饱和的饱和盐水，与之对应钻井液饱和盐水钻井液。
此外，常将含Ca2+、Mg2+较多的水称为硬水。
原油、柴油和低毒矿物油也是配制钻井液时常用的原材料。在油基钻井液中，常选用柴油和矿物油作为连续相。在水基钻井液中，也常混入一定量的原油或柴油，以提高其润滑性能，并起降低滤失量的作用。在使用过程中，应注意油品的粘度不宜过高，否则钻井液的流变性不易调控。此外，还应考虑油晶的价格和对环境可能造成的影响。对于探井，应考虑其荧光度对油气显示的影响。在选用原油时，应考虑其凝固点以及石蜡、沥青质含量等，以免对油气层造成不良的影响。
无机处理剂
按钻井液标准委员会制订的分类方法，无机处理剂被划分在其它类。无机处理剂的数量较多，本节仅介绍较常用的几种。
一、常用的无机处理剂
1．纯碱
学名碳酸钠(Sodium Carbonate)，又称苏打粉(Soda Ash)，分子式为Na2CO3。
白色粉末，密度为2.5g／cm3，易溶于水。易吸潮结块，注意防潮
水溶液呈碱性(pH值为11.5)，
在水中容易电离和水解。其中电离和一级水解较强，所以纯碱水溶液中主要存在Na+、C032—、HCO3－和OH－离子，其反应式为：
Na2CO3＝Na++CO32－
CO32—+H2O＝HCO3—+OH—
纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土，即
Ca—粘土+Na2CO3——Na—粘土+CaCO3
作用：A. 改善粘土的水化分散性能，因此加入适量纯碱可使新浆的滤失量下降，粘度、切力增大。
B. 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。
C. 在钻水泥塞或钻井液受到钙侵时，加入适量纯碱使Ca2+沉淀成CaCO3，从而使钻井液性能变好，即含羧钠基官能团(—COONa)的有机处理剂在遇到钙侵(或Ca2+浓度过高)而降低其溶解性时，一般可采用加人适量纯碱的办法恢复其效能。
2．烧碱
烧碱(Caustic Soda)即氢氧化钠(Sodium Hydroxide)，分子式为NaOH。
特性：外观乳白色晶体，密度 2.0～2.2g/cm3，易溶于水，溶解时放出大量的热。水溶液呈强碱性。烧碱容易吸收空气中的水分和二氧化碳，并与二氧化碳作用生成碳酸钠，存放时应注意防潮加盖。
作用：a. 主要用于调节钻井液的pH值；b. 与丹宁、褐煤等酸性处理剂一起配合使用，使之分别转化为丹宁酸钠、腐植酸钠等有效成分 c. 还可用于控制钙处理钻井液中Ca2+的浓度等。
3．石灰
生石灰即氧化钙(Calcium Oxide)，分子式为CaO 。吸水后变成熟石灰，即氢氧化钙Ca(OH)2 (Calcium Hydroxide)。
特性：在水中的溶解度较低，常温下为0.16％，其水溶液呈碱性。并且随温度升高溶解度降低。
作用：a. 在钙处理钻井液中，石灰用于提供Ca 2+，以控制粘土的水化分散能力，使之保持在适度絮凝的状态；b. 在油包水乳化钻井液中，CaO 用于使烷基苯磺酸钠等乳化剂转化为烷基苯磺酸钙，并调节pH 值。
注意事项：在高温条件下石灰钻井液可能发生固化反应，使性能不能满足要求，因此在高温深井中应慎用。此外，石灰还可配成石灰乳堵漏剂封堵漏层。
4、石膏
石膏的化学名称为硫酸钙(Calcium Sulfate)，分子式为CaSO 4。有熟石膏(Gypsum ，CaS04·2H 20)和无水石膏(Anhydrite ，CaS04)两种。
特性：石膏是白色粉末，密度为2.31～2.32g ／cm 3。常温下溶解度较低(约为0.2％)，但稍大于石灰。40℃以前，溶解度随温度升高而增大；40℃以后，溶解度随温度升高而降低。吸湿后结成硬块，存放时应注意防潮。
作用：在钙处理钻井液中，石膏与石灰的作用大致相同，都用于提供适量的Ca 2+。其差别在于石膏提供的钙离子浓度比石灰高一些，此外用石膏处理可避免钻井液的pH 值过高。
5. 氯化钙
氯化钙(Calcium Chloride)的分子式为CaCl 2，
特性：无水氯化钙的吸水性极强，通常含有六个结晶水。其外观为无色斜方晶体，密度为1.68 g ／cm 3，易潮解，且易溶于水(常温下约为75％)。溶解度极大。
作用：其溶解度随温度升高而增大。在钻井液中，CaCl 2主要用于配制防塌性能较好的高钙钻井液。用CaCl 2处理钻井液时常常引起pH 值降低。
分类：?????2
CaCl 石膏
石灰
Ca 2+ 6．氯化钠
氯化钠(Sodium Chloride)俗名食盐，分子式为NaCl ，
特性：为白色晶体，常温下密度约为2.20g ／cm 3。纯晶不易潮解，但含MgCl 2和CaCI 2等杂质的工业食盐容易吸潮。
常温下在水中的溶解度较大(20℃时为36.0g ／100g 水)，且随温度升高，溶解度略有增大。
作用：食盐主要用于配制盐水钻井液和饱和盐水钻井液，以防止岩盐井段溶解，并抑制井壁泥页岩水化膨胀。此外，为保护油气层，还可用于配制无固相清洁盐水钻井液，或作为水溶性暂堵剂使用。
7．氯化钾
氯化钾(Potassium Chloride)的分子式为KCl，
特性：外观为白色立方晶体，常温下密度为1.98 g／cm3，熔点为776℃。易溶于水，且溶解度随温度升高而增加。
作用：KCl是一种常用的无机盐类页岩抑制剂，具有较强的抑制页岩渗透水化的能力。若与聚合物配合使用，可配制成具有强抑制性的钾盐聚合物防塌钻井液。与聚合醇配和使用，能够明显提高聚合醇的防塌能力，另外，钾离子的防塌能力与阴离子有关。
8．硅酸钠
硅酸钠(Sodium Silicate)俗名水玻璃或泡花碱，分子式为Na2O·nSiO2，式中n 称为水玻璃的模数，即二氧化硅与氧化钠的分子个数之比。n值越大，碱性越弱。n值在3以上的称为中性水玻璃，n值在3以下的称为碱性水玻璃。
分类：水玻璃通常分为固体水玻璃、水合水玻璃和液体水玻璃等三种。固体水玻璃与少量水或蒸汽发生水合作用而生成水合水玻璃。水合水玻璃易溶解于水变为液体水玻璃。液体水玻璃一般为粘稠的半透明液体，随所含杂质不同可以呈无色、棕黄色或青绿色等。
现场使用的水玻璃的密度为1.5~1.6g/cm3，pH值为11.5～12，能溶于水和碱性溶液，能与盐水混溶，可用饱和盐水调节水玻璃的粘度。水玻璃在钻井液中可以部分水解生成胶态沉淀，其反应式为：
Na20·nSi02十(y+1)H2O—nSiO2·yH20+十2NaOH
该胶态沉淀可使部分粘土颗粒(或粉砂等)聚沉，从而使钻井液保持较低的固相含量和密度。水玻璃对泥页岩的水化膨胀有一定的抑制作用，故有较好的防塌性能。
当水玻璃溶液的pH值降至9以下时，整个溶液会变成半固体状的凝胶。其原因是水玻璃发生缩合作用生成较长的带支键的一Si—O—Si一链，这种长链能形成网状结构而包住溶液中的全部自由水，使体系失去流动性。随着pH值的不同，其胶凝速度(即调整pH直至形成胶凝所需时间)有很大差别，可以从几秒到几十小时。利用这一特点，可以将水玻璃与石灰、粘土和烧碱等配成石灰乳堵漏剂，注入已确定的漏失井段进行胶凝堵漏。因此，水玻璃是一种堵漏剂。
此外，水玻璃溶液遇Ca2+、Mg2+和Fe3+等高价阳离子会产生沉淀，与Ca2+的反应可用下式表示：
Ca2++Na20·nSi02——CaSiO3+ 2Na+
所以，用水玻璃配制的钻井液一般抗钙能力较差，也不宜在钙处理钻井液中使用。但它可在盐水或饱和盐水中使用。研究表明，利用水玻璃这个特点，还可使裂缝性地层的一些裂缝发生愈合或提高井壁的破裂压力，从而起到化学固壁的作用。
硅酸盐钻井液是最重要的防塌钻井液体系之一，在国内外应用中均取得很好的效果。配制硅酸盐钻井液的成本较低，且对环境无污染。其井壁稳定机理有以
下四个方面:
(1)硅酸盐进入地层孔隙形成三维凝胶结构和不溶沉淀物，快速在井壁处
堵塞泥页岩孔隙和微裂缝，阻止滤液进入地层，同时减少了压力穿透
作用；
(2)硅酸盐抑制泥页岩中粘土矿物的水化膨胀和分散; KCl/聚合物/硅酸
盐体系(代号KPS)各处理剂间的协同作用，使粘土产生脱水而收缩，
使泥页岩的结构强度提高；
(3)硅酸盐可能与泥页岩中的粘土矿物发生反应，生成类似氟石的非晶质
的联结非常致密的新矿物，增强井壁的稳定性；
(4)氯化钠或氯化钾的协同增效作用。可溶性硅酸盐溶液还具有抗腐蚀性
能，能有效地抑制非膨胀粘土矿物悬浮液pH值升高时界面上硅石的
溶解，保持聚结晶体里的晶间凝结力。
9．重铬酸钠和重铬酸钾
重铬酸钠(Sodium Dichromate)又叫红矾钠，分子式为Na2Cr207·2H20。
特性：其外观为红色或橘红色针状晶体，常温下密度为2.35g／cm3，有强氧化性，易溶于水（25℃时溶解度为190g／(100g水)）。重铬酸钾(Potassium Dichromate)又称红矾钾，分子式为K2Cr207。外观为橙红色三斜晶体，常温下密度为2.68g／cm3，有强氧化性，不潮解，易溶于水（25℃时溶解度为96.9g／(100g水)）这两种重铬酸盐的化学性质相似，其水溶液均可发生水解而呈酸性，其化学反应式为Cr2072-+H20——（可逆）2Cr042-+2H+
加碱时平衡右移，故在碱溶液中主要以Cr042—的形式存在。在钻井液中CrO42—能与有机处理剂起复杂的氧化还原反应，生成的Cr3+极易吸附在粘土颗粒表面，又能与多官能团的有机处理剂生成络合物(如木质素磺酸铬、铬腐植酸等)。在抗高温深井钻井液中，常加入少量重铬酸盐以提高钻井液的热稳定性，有时也用做防腐剂。但铬酸盐有毒，因而限制了它的广泛使用。
10．酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠
酸式焦磷酸钠(Sodium Acid Pyrophosphate)的分子式为Na2H2P205，代号；SAPP，无色固体，由磷酸二氢钠加热制得。10％Na2H2P205，水溶液的pH值为14.8。六偏磷酸钠的分子式为(NaPO3)6。
特性：外观为无色玻璃状固体，有较强的吸湿性，易溶于水。在温水中溶解较快。溶解度随温度升高而增大，10％(NaP03)6水溶液的pH值为6.8。
作用：在钻井液技术发展的早期，磷酸盐类处理剂曾经是用于钻井液的主要稀释剂之一。不仅对高粘土含量引起的絮凝，而且对Ca2+、Mg2+引起的絮凝均有良好的稀释作用。它们遇较少量Ca2+、Mg2+时，可生成水溶性络离子；遇大量Ca2+、Mg2+时，可生成钙盐沉淀。Na2H2P207特别对消除水泥和石灰造成的污染有很好的
效果，因为用它既能除去Ca2+，又能使钻井液的pH值适度降低。
磷酸盐类稀释剂的主要缺点是抗温性差，超过80'C时稀释性能急剧下降，这是由于它们在高温下会转化为正磷酸盐，成为一种絮凝剂。因此，一般在深部井段，应改用抗温性较强的其它类型的稀释剂。正是由于这一原因，近年来该类稀释剂已较少使用。
11．混合金属层状氢氧化物
混合金属层状氢氧化物(Mixed Metal Layered Hydroxide Compounds，简称为MMH)由一种带正电的晶体胶粒所组成，常称为正电胶。目前，其产品有溶胶、浓胶和胶粉等三种剂型。实验表明，该处理剂对粘土水化有很强的抑制作用，与膨润土和水所形成的复合体具有独特的流变性能。
MMH主要是由二价金属离子和三价金属离子组成的具有类似于水滑石的层状结构的氢氧化物。胶体粒子呈现出规则的六角片状、四方片状和不规则片状。层间距：0.77nm，类水美石片厚0.47nm，所以层间通道在0.29～0.30nm。层间距与通道的大小与层间的阴离子直径有关。
电荷来源：同晶置换和离子交换吸附。同晶置换和晶格取代作用相同，晶体结构不变，其中部分元素或离子被其它元素或离子所取代的现象。与粘
土颗粒所不同的是，MMH是高价阳离子取代了低价阳离子（主要是三价
阳离子取代二价阳离子），而粘土则是低价阳离子取代高价阳离子。所以
产生的效果截然相反。离子交换吸附：高pH值时溶液夺取MMH羟基上
的氢而带负电，低pH值时，溶液提供氢粒子而带正电。
二、无机处理剂在钻井液中的作用机理
无机处理剂都是水溶性的无机碱类和盐类，其中多数可提供阳离子和阴离子，也有一些与水形成胶体或生成络合物。它们在钻井液中的作用机理可归纳为以下方面：
1．离子交换吸附
主要是粘土颗粒表面的Na+与Ca2+之间的交换。这一过程对改善粘土造浆性能、配制钙处理钻井液以及防塌等方面都很重要，对钻井液性能的影响也较大。例如，在配制预水化膨润土浆时，常加入适量Na2CO3。其目的是，通过Na+浓度的增加，使之能够与钙蒙脱土颗粒表面的Ca2+发生交换，从而使粘土的水化和造浆性能提高，分散成更小的颗粒，表现为钻井液的粘度、切力升高，滤失量降低；相反地，若在分散钻井液中加人适量Ca(OH)2和CaSO4等处理剂，随滤液中Ca2+浓度的提高，一部分Ca2+会与吸附在粘土颗粒上的Na+发生交换，致使钻井液体系转变为适度絮凝的粗分散状态，从而控制粘土的水化与分散。
2．调控钻井液的pH值
每种钻井液体系均有其合理的pH值范围。然而在钻进过程中，钻井液的pH 值会因发生盐侵、盐水侵、水泥侵和井壁吸附等各种原因而发生变化，其中pH值
趋于下降的情况更为常见。因此，为了使钻井液性能保持稳定，应随时对pH值进行调整。添加适量的烧碱等无机处理剂是提高pH值的最简单的方法，而使用酸式焦磷酸钠(SAPP)、CaSO4或CaCI2等无机处理剂时，则会使钻井液的pH值有所下降。
3．沉淀作用
如果有过多的Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，破坏钻井液的性能。此时，可先加入适量烧碱除去Mg2+，然后用适量纯碱除去Ca2+。这种沉淀作用还可用来使某些因受到污染而失效的有机处理剂恢复其作用。例如褐煤碱液和水解聚丙烯腈，如遇钙侵会分别生成难溶于水的腐植酸钙和聚丙烯酸钙。此时，可以加入适量纯碱，使上述处理剂恢复其作用效果，这是由于所生成的CaCO3的溶解度比腐植酸钙和聚丙烯酸钙的溶解度小得多，因而可使处理剂的钙盐重新转变为钠盐。
4．络合作用
利用某些无机处理剂的络合作用，同样可以有效地除去钻井液中的Ca2+、Mg2+等污染离子。例如，在受到钙侵的钻井液中加入足量的六偏磷酸钠，则可通过下面的络合反应除去Ca2+：
Ca2+十(NaP03)6＝[CaNa2(PO3)6]2-+4Na+
该反应所生成的络离子[CaNa2(PO3)6]2-相当稳定，将Ca2+束缚起来，相当于从钻井液的滤液中除掉了Ca2+。
对于用褐煤碱液或铁铬木质素磺酸盐等处理的钻井液，还可以利用络合反应提高其抗温性能。例如，加入少量重铬酸盐可使上述钻井液的热稳定性明显提高，其中主要作用机理是氧化和络合。通过络合能有效地抑制腐植酸钠和铁铬木质素磺酸盐的热分解。
5．与有机处理剂生成可溶性盐
由于许多有机处理剂，如丹宁、腐植酸等在水中溶解度很小，不易吸附在粘土颗粒上，因而不能发挥其效能。只有通过加入适量烧碱+使之转化为可溶性盐，如单宁酸钠和腐植酸钠，才能充分发挥其效能。这也是钻井液应始终保持碱性环境的一个重要原因。
6．抑制溶解的作用
在钻遇岩盐和石膏地层时，常使用盐水钻井液和石膏处理的钻井液；对于大段的盐膏层，甚至使用饱和盐水钻井液。其目的一是为了增强钻井液抗污染的能力，二是为了抑制和防止上述可溶性岩层的溶解，使井径保持规则。
以上介绍的是无机处理剂最基本的作用机理，它们之间往往是互相联系的。
有机处理剂
一、降粘剂
降粘剂又称为解絮凝剂(Deflocculants)和稀释剂(Thinners)。钻井液在使用过程中，常常由于温度升高、盐侵或钙侵、固相含量增加或处理剂失效等原因，使钻井液形成的网状结构增强，钻井液粘度、切力增加。若粘度、切力过大，则会造成开泵困难、钻屑难以除去或钻井过程中激动压力过大等现象，严重时会导致各种井下复杂情况。因此，在钻井液使用和维护过程中，经常需要加入降粘剂，以降低体系的粘度和切力，使其具有适宜的流变性。钻井液降粘剂的种类很多。根据其作用机理的不同，可分为两种类型，即分散型稀释剂和聚合物型稀释剂。在分散型稀释剂中主要有丹宁类和木质素磺酸盐类，聚合物型稀释剂主要包括共聚型聚合物降粘剂和低分子聚合物降粘剂等。
1、单宁类
(1)单宁的来源和性质
单宁(Tannins)又称鞣质，是一大类多元酚的衍生物，属于弱有机酸。
用天然植物提取、制备的工业用单宁具有以下性质：
①为带色的非晶形固体。可溶于水，但不溶于无水乙醇、乙醚、氯仿和
苯等溶剂。
②单宁为弱酸(由酚羟基引起)，其水溶液呈酸性。
③单宁酸钠在高浓度的NaCl、CaCl2、Na2SO4等无机盐溶液中会发生盐
析或生成沉淀。因此，单宁碱液的抗盐、钙能力较差。
④由于丹宁酸含有酯键，在NaOH溶液中易于水解。降粘能力减弱。因
此，丹宁碱液抗温能力在100～120℃之间，仅用于浅井或中深井。
⑤丹宁分子在水中有缔合现象，且缔合程度随其浓度的增大而增加。
⑥单宁酸在水溶液中也可以发生水解，生成双五倍子酸<或称双没食子酸)
和葡萄糖。双五倍子酸进一步水解，可生成五倍子酸。
这些水解的酸性产物在NaOH溶液中生成双五倍子酸钠和五倍子酸钠，统称为丹宁酸钠或丹宁碱液，即单宁在钻井液中的有效成分，简化符号为NaT。
为了提高单宁酸钠的使用效果，通过单宁与甲醛和亚硫酸钠进行磺甲基化反应可制备磺甲基丹宁(SMT)。
还可再进一步与Na2Cr2O7发生氧化与螯合反应制得磺甲基单宁的铬螯合物。这两种产品的热稳定性和降粘性能比单宁酸钠有明显提高，抗温可达180~200℃。
磺甲基丹宁产品为棕褐色粉末或细颗粒，易溶于水，水溶液呈碱性。在钻井液中一般加0.5％～l％就获得较好的稀释效果。其适用的pH值范围在9～11之间。抗Ca2+可达1 000g／l，而抗盐性较差，当含盐量超过l％时稀释效果就明显下降。
(2)单宁的稀释机理
单宁酸钠苯环上相邻的双酚羟基可通过配位键吸附在粘土颗粒断键边缘的Al3+处，拆散结构；而剩余的-ONa和-COONa均为水化基团，它们又能给粘土颗粒带来较多的负电荷和水化层，使粘土颗粒端面处的双电层斥力和水化膜厚度增加，从而拆散和削弱了粘土颗粒间通过端—面和端—端连接而形成的网架结构，使粘度和切力下降。
因此，单宁类降粘剂主要是通过拆散粘土颗粒网架结构而起降粘作用的。也就是说，降低的主要是动切力，而对塑性粘度的影响较小。若要降低塑性粘度，应主要通过加强钻井液固相控制来实现。单宁酸钠的上述稀释机理是具有代表性的，其它分散型降粘剂的作用机理均与之相似。
由于降粘剂主要在粘土颗粒的端面起作用，因此用量一般较少。当加大其用量时，单宁碱液也会在一定程度上起降滤失的作用。这是由于随着结构的拆散和粘土颗粒双电层斥力和水化作用的增强，有利于形成更为致密的泥饼。
2．木质素磺酸盐类
木质素磺酸盐是木材酸法造纸残留下来的一种废液。通常造纸厂供应的纸浆废液是一种已浓缩的粘稠的棕黑色液体，其中固体含量约为35％-50％，密度为1.26～1.30g／cm3。其主要成分为木质素磺酸钠。
(1)铁铬盐的制备及化学组成
铁铬木质素磺酸盐俗称铁铬盐，代号为FCLS。它的制备过程是：在纸浆废液经过发酵提取酒精后，将其浓缩至1.25～1. 27g／cm3，在60-80℃温度下加入预先配制好的硫酸亚铁和重铬酸钠溶液，在充分搅拌下经氧化、络合反应约2h后，过滤除去CaSO4，再经喷雾干燥而制得的产品。
由于木质素的化学组成和结构相当复杂，到目前为止也尚未完全搞清。但研究表明，木质素磺酸的主要结构单元可用下式表示：离子一般不易电离出来，因此不易以单个离子参与粘土颗粒表面的离子交换。
(2)铁铬盐的性质
①由于铁铬盐分子中有磺酸基，Fe3+和Cr3+与木质素磺酸盐又形成了相当
稳定的螯合物，所以铁铬盐是一种抗盐、抗钙的有效降粘剂；能用于
淡水、海水和饱和盐水钻井液中，并可用于各种钙处理钻井液中。
②因为分子中磺酸基的硫原子直接与碳原子相连，Fe3+和Cr3+与木质素磺
酸之间有螯合作用(木质素磺酸分子与金属离子络合时，一个分子同时
有两个官能团与同一个离子络合称为螯合)，所以铁铬盐的热稳定性很
高，可以抗150℃以上的高温。
③铁铬盐的水溶性与其磺化度有关。磺化度越高，水溶性则越大。
④铁铬盐具有弱酸性，加入钻井液时会引起钻井液的pH值降低，因此需
配合烧碱使用。一般情况下，应将铁铬盐钻井液的pH值控制在9-11
的范围内。
(3)铁铬盐的稀释机理及现场应用
稀释机理包括两个方面：一是在粘土颗粒的断键边缘上形成吸附水化层，从而削弱粘土颗粒之间的端—面和端—端连接，从而削弱或拆散空间网架结构，致使钻井液的粘度和切力显著降低；二是铁铬盐分子在泥页岩上的吸附，有抑制其水化分散的作用，这不仅有利于井壁稳定，还可以防止泥页岩造浆所引起的钻井液粘度和切力上升。
在过去相当长的一段时期，以铁铬盐为代表的木质素磺酸盐是国内外使用量最大的一类降粘剂。室内试验和现场使用经验表明，其抗温、抗盐和抗钙性能均比单宁酸类降粘剂要强得多。铁铬盐抗温可达150～180℃，如果加入少量的Na2Cr2O7或K2Cr2O7可进一步和氯化钙钻井液中。铁铬盐在钻井液中的加量一般为0.3％～1.0％，加量较大时兼有降滤失作用。
缺陷：性能优良的降粘剂，其主要缺点有：pH值较高，这是不利于井壁稳定的；有时容易引起钻井液发泡，因此常需配合使用硬脂酸铝、甘油聚醚等消泡剂；铁铬盐钻井液的泥饼摩擦系数较高，在深井中使用时往往需要混油或添加一些润滑剂。还有很重要的一点，即铁铬盐含重金属铬，在制备和使用过程中均会造成一定的环境污染，对人体健康不利。因此，目前国内外都在致力于研制能够替代铁铬盐的无铬降粘剂。
3．X—40系列降粘剂
X—40系列降粘剂产品包括X—A40及X—B40两种。X—A40是相对分子质量较低的聚丙烯酸钠。
该处理剂是先在水溶液中经游离基链式聚合制成液态产品，烘干后呈浅蓝色颗粒或白色粉末。其平均相对分子质量为5 000左右。在钻井液中加量为0.3％时，可抗0.2％CaSO4和1％NaCl，并可抗150℃的高温。
X—B40是丙烯酸钠与丙烯磺酸钠的相对分子质量较低的共聚物。
作用机理：X—40系列处理剂的之所以具有较强的稀释作用，主要是由其线型结构、低相对分子质量及强阴离子基团所决定的。一方面，由于其分子量低，可通过氢键优先吸附在粘土颗粒上，从而顶替掉原已吸附在粘土颗粒上的高分子聚合物，从而拆散了由高聚物与粘土颗粒之间形成的“桥接网架结构”；另一方面，低分子量的降粘剂可与高分子主体聚合物发生分子间的交联作用，阻碍了聚合物与粘土之间网架结构的形成，从而达到降低粘度和切力的目的。但若其聚合度过大，相对分子质量过高，反而会使粘度、切力增加。
4．XY—27
分子量：约为2 000的两性离子聚合物稀释剂
功能团：阳离子基团、阴离子基团和非离子基团，属于乙烯基单体多元共聚物。
主要特点：既是降粘剂又是页岩抑制剂。与分散型降粘剂相比，加量少(通常为0.1％~0.3％)就能取得更好的降粘效果，同时还有一定的抑制粘土水化膨胀的能力。
XY—27经常与两性离子包被剂FA—367（或PMHA-II）及两性离子降滤失剂J丁—888等配合使用，构成目前国内广泛使用的两性离子聚合物钻井液体系。同时，它在其它钻井液体系，包括分散钻井液体系中也能有效地降粘。
两性离子聚合物稀释剂还兼有一定的降滤失作用，能同其它类型处理剂互相兼容，如可以配合使用磺化沥青或磺化酚醛树脂类等处理剂，以改善泥饼质量，提高封堵效果和抗温能力。
降粘机理是：由于在XY—27的分子链中引入了阳离子基团，能与粘土发生离子型吸附，又由于是线性相对分子质量较低的聚合物，故它比高分子聚合物能更快、更牢固地吸附在粘土颗粒上。而且XY—27的特有结构使它与高聚物之间的交联或络合机会增加，从而使其比阴离子聚合物降粘剂有更好的降粘效果。
两性离子降粘剂还具有一定的抑制页岩水化的作用，这是因为分子链中的有机阳离子基团吸附于粘土表面之后，一方面中和了粘土表面的一部分负电荷，削弱了粘土的水化作用；另一方面这种特殊分子结构使聚合物链之间更容易发生缔合，因此，尽管其相对分子质量较低，仍能对粘土颗粒进行包被，不减弱体系抑制性。此外，分子链中大量水化基团所形成的水化膜，可阻止自由水分子与粘土表面的接触，并提高粘土颗粒的抗剪切强度。
试验表明，在含有FA—367的膨润土浆中，只需加入少量XY—27，钻井液的粘度、切力就急剧下降，且滤失量降低，泥饼变得致密。还发现随其加量增加，钻井液容纳钻屑的能力明显增强。
5．磺化苯乙烯—马来酸酐共聚物
磺化苯乙烯—马来酸酐共聚物(Sulfonated Styrene—Maleic Anhydride Copo—lymer)是由苯乙烯、马来酸酐、磺化试剂、溶剂(甲苯)、引发剂和链转移剂(硫醇)通过共聚、磺化和水解后制得的，其代号为SSMA。相对分子质量为1 000～5 000，抗温可达200℃以上。它是一种性能优良的抗高温稀释剂，国外已在高温深井中广泛使用。但这种产品的成本较高，我国应用比较少。
6、硅氟类降粘剂和有机硅类稀释剂
二、降滤失剂
降滤失剂又称为滤失控制剂(Filtration Control Agent)、降失水剂。在钻井过程中，钻井液的滤液侵入地层会引起泥页岩水化膨胀，严重时导致井壁不稳定和各种井下复杂情况，钻遇产层时还会造成油气层损害。加入降滤失剂的目的，就是要通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量。降滤失剂是钻井液处理剂的重要剂种，主要分为纤维素类、腐植酸类、丙烯酸类、淀粉类和树脂类等。由于其品种繁多，下面仅选择每一类中具有代表性的产品进行介绍。
1．腐植酸类
(1)腐植酸的来源及基本组成
腐植酸(Hunfic Acid)主要来源于褐煤。褐煤是一种未成熟的煤，燃烧值比较低，有效成分是腐植酸，好的褐煤腐植酸含量可达70～80％。
腐植酸结构非常复杂的、相对分子质量不均一。
主要功能团：酚羟基、羧酸基、醇羟基、醌基、甲氧基和羰基等，由于分子量较大，一般难溶于水，但易溶于碱溶液，生成腐植酸钠是作为钻井液降滤失剂的有效成分。
水化作用较强的羧钠基等水化基团，使腐植酸钠不但具有很好的降滤失作用，还兼有降粘作用。
(2)腐植酸的主要性质
腐植酸虽难溶于水，但由于含有羧基和酚羟基，其水溶液仍呈弱酸性。褐煤与烧碱的反应生成的腐植酸钠易溶于水，但腐植酸钠的含量与所使用的烧碱浓度有关。烧碱不足，腐植酸不能全部溶解；烧碱过量，又使腐植酸聚结沉淀，反而使腐植酸钠含量降低。因此，当使用褐煤碱液作降滤失剂时，必须将烧碱的浓度控制在合适的范围内。
由于腐植酸分子的基本骨架是碳链和碳环结构，因此其热稳定性很强。有的报导说，它在232℃的高温下仍能有效地控制淡水钻井液的滤失量。
腐植酸钠能与Ca2+生成难溶的腐植酸钙沉淀而失效，所以它不抗盐不抗钙。
(3)常用的腐植酸类降滤失剂
①褐煤碱液
褐煤碱液是褐煤粉加适量烧碱和水配制而成，其有效成分为腐植酸钠。除了起降滤失作用外，还可兼作降粘剂。
现场常用的配方为：褐煤：烧碱：水＝15：(1～3)：(50～200)。主要根据褐煤中腐殖酸的含量确定烧碱加量。
褐煤碱液降滤失机理：含有多种官能团的阴离子型大分子腐植酸钠吸附在粘土颗粒表面形成吸附水化层，同时提高粘土颗粒的电动电位，因而增大颗粒聚结
的机械阻力和静电斥力，提高钻井液的聚结稳定性，使其中的粘土颗粒保持多级分散状态，并有相对较多的细颗粒，所以能形成致密的泥饼。此外，粘土颗粒上的吸附水化膜具有堵孔作用，使泥饼更加致密。
②硝基腐植酸钠
用浓度为3N的稀HNO3与褐煤在40—60℃下进行氧化和硝化反应，可制得硝基腐植酸，再用烧碱中和可制得硝基腐植酸钠。制备时，两者的配比为腐植酸：HNO3＝1：2。该反应使腐植酸的平均相对分子质量降低，羧基增多，并将硝基引入分子中。
硝基腐植酸钠具有良好的降滤失和降粘作用。其突出特点：一是热稳定性高，抗温可达200℃以上；二是抗盐能力比褐煤碱液明显增强，在含盐20％～30％的情况下仍能有效地控制滤失量和粘度。其抗钙能力也较强，可用于配制不同pH值的石灰钻井液。
③铬腐植酸
铬腐植酸是褐煤与重铬酸盐（Na2Cr2O7或K2Cr2O7）反应后的生成物，在80℃以上的温度下，分别发生氧化和螯合两步反应。氧化使腐植酸的亲水性增强，同时Cr2072-（6价）被还原成Cr3+；然后再与氧化腐植酸或腐植酸进行螯合。增加在水中的溶解度，其抗盐、抗钙能力也比腐植酸钠强（基本上不抗盐、钙）铬腐植酸既有降滤失作用，又有降粘作用。具有很高的热稳定性和较好的防塌效果。
④磺甲基褐煤
褐煤与甲醛、Na2SO3(或NaHSO3)在pH为9—11的条件下进行磺甲基化反应，可制得磺甲基褐煤，其代号为SMC。所得产品进一步用Na2Cr207进行氧化和螯合，生成的磺甲基腐植酸铬处理效果会更好。
磺甲基水化基团，与煤碱剂相比，磺甲基褐煤的降滤失效果更进一步增强。磺甲基褐煤是我国用于深井的“三磺”处理剂之一。其主要特点是具有很强的热稳定性，在200—230℃的高温下能有效地控制淡水钻井液的滤失量和粘度。其缺点是抗盐效果较差，在200℃单独使用时，抗盐不超过3％。但与磺甲基酚醛树脂配合处理时，抗盐能力可大大提高。（磺甲基酚醛树脂的性能评价过程就需要首先加入5％SMC，然后加入5％SMK，再加5％SMP，最后再加15％或30％的盐） 如果我们用KOH提取腐植酸，或者KOH和NaOH按一定比例配和，则产物中含有腐殖酸钾，钾离子具有晶格固定作用，因此，井壁稳定能力会大大增强。
2．纤维素类
纤维素是由许多环式葡萄糖单元构成的长链状高分子化合物，以纤维素为原料可以制得一系列钻井液降滤失剂，其中使用最多的是钠羧甲基纤维素(Sodium Carboxy methyl Cellulose)，简称CMC和羟乙基纤维素，简称HEC。
(1)钠羧甲基纤维素的物理特性
纯净的钠羧甲基纤维素为白色纤维状粉末，具有吸湿性，溶于水后形成胶状液。是一种广泛使用的性能良好的降滤失剂。
(2)结构特点和性质
在由纤维素制成钠羧甲基纤维素的过程中，除了聚合度明显降低之外，另一变化是将-CH2COONa(钠羧甲基)通过醚键连接到纤维素的葡萄糖单元上去。通常将纤维素分子每一葡萄糖单元上的3个羟基中，羟基上的氢被取代而生成醚的个数称做取代度或醚化度。研究表明，决定钠羧甲基纤维素性质和用途的因素主要有两个：一是聚合度n，二是取代度d。
聚合度是指组成每个钠羧甲基纤维素分子的环式葡萄糖的链节数。
聚合度是决定其相对分子质量和水溶液粘度的主要因素。
取代度是决定钠羧甲基纤维素的水溶性、抗盐和抗钙能力的主要因素。
（3）分类
在相同的浓度、温度等条件下，不同聚合度的CMC水溶液的粘度有很大差别。聚合度越高，其水溶液的粘度越大。工业上常根据其水溶液粘度大小，将CMC分为三个等级，即：
高粘CMC：在25℃时，2％水溶液的粘度为400~500mpa·s。一般用做低固相钻井液的悬浮剂、封堵剂及增稠剂。其取代度约为0.6~0.65，聚合度大于700。
中粘CMC：在25℃时，2％水溶液的粘度为50～270mpa·s。用于一般钻井液，既起降滤失作用，又可提高钻井液的粘度。其取代度约为0.8～0.85，聚合度为600左右。
低粘CMC：在25℃时，2％水溶液粘度小于50mpa·s。主要用做加重钻井液的降滤失剂，以免引起粘度过大。其取代度约为0.8～0.9，聚合度为500左右。
从原理上说，葡萄糖环链节上的三个羟基都可以醚化，但以第一羟基的反应活性最强。取代度一般用被醚化的羟基数表示，最大值为3。如果两个链节上只有一个羟基被醚化了，则取代度为0.5。取代度小于0.3时不溶于水，小于0.5时难溶于水，在0.5以上时水溶性随取代度增加而增大。通常用做钻井液处理剂的CMC 的取代度在0.65-0.85之间。取代度为0.80～0.85的高水溶性CMC适用于处理高矿化度钻井液。
（4）特性及其影响因素
属于阴离子型聚电解质，钠羧甲基纤维素分子中羧钠基(-COONa)上的Na+在水溶液中易电离，生成带有-COO-基团的长链状的多价阴离子。
影响因素：聚电解质水溶液的许多性质与其分子在溶液中的形态有关，容易受到pH值、无机盐和温度等因素的影响。
a.pH值
在CMC的浓度较低时，其水溶液的粘度受pH值的影响较大。在等当点(pH=8.25)附近，其水溶液粘度最大。因为此时羧钠基上的Na+大多处于离解状态，-COO-之间的静电斥力使分子链易于伸展，所以表现为粘度较高。当溶
液的pH值过低时，羧钠基(-COONa)将转化为难电离的羧基(-COOH)，不利于链的伸展；当溶液的pH值过高时，-COO-中的电荷受到溶液中大量Na+的屏蔽作用，使分子链的伸展也受到抑制。因此，过高和过低的pH值都会使CMC 水溶液的粘度有所降低，在使用中应注意保持合适的pH值。
b.无机盐
由于外加无机盐中的阳离子阻止-COONa上的Na+解离，因此会降低其水溶液的粘度。而且，无机盐与CMC的加入顺序对粘度下降的幅度有很大影响。
从实验结果可以看出，若将CMC先溶于水，再加NaCl，则粘度下降的幅度远远小于先加NaCl，然后再加CMC时下降的幅度。其原因是CMC在纯水中离解为聚阴离子，-COO—互相排斥使分子链呈伸展状态，再者分子中的水化基团已经充分水化，此时即使加入无机盐，去水化的作用不会十分显著，所以引起粘度下降的幅度会小些；与此相反，将CMC溶于NaCl溶液时，不仅Na+会阻止-COONa上的Na+解离，电荷屏蔽作用促使CMC分子链发生卷曲，而且在盐溶液中，水化基团的水化受到一定限制，分子链的水化膜斥力会有所削弱，所以随NaCl含量增加，溶液浓度迅速下降。
c.温度
随温度升高，CMC水溶液的粘度逐渐降低。这是由于在高温下分子链的溶剂化作用会明显减弱，使分子链容易变得弯曲。
(5)钠羧甲基纤维素的降滤失机理
a.吸附作用
CMC在钻井液中电离生成长链的多价阴离子。其分子链上的羟基和醚氧基为吸附基团，而羧钠基为水化基团。羟基和醚氧基通过与粘土颗粒表面上的氧形成氢键或与粘土颗粒断键边缘上的Al3+之间形成配位键使CMC能吸附在粘土上；而多个羧钠基通过水化使粘土颗粒表面水化膜变厚，粘土颗粒表面电动电位的绝对值升高，负电量增加，从而阻止粘土颗粒之间因碰撞而聚结成大颗粒(护胶作用)，并且多个粘土细颗粒会同时吸附在CMC的一条分子链上，形成布满整个体系的混合网状结构，从而提高了粘土颗粒的聚结稳定性，有利于保持钻井液中细颗粒的含量，形成致密的滤饼，降低滤失量。
b.提粘和堵塞作用
具有高粘度和弹性的吸附水化层对泥饼的堵孔作用和CMC溶液的高粘度也在一定程度上起降滤失的作用。
（6）改性产品
a.提高抗温性
在CMC的生产或使用过程中掺人某些抗氧剂。例如常用的有机抗氧剂有乙醇胺、苯胺、己二胺等，无机抗氧剂有硫化钠、亚硫酸钠、硼砂、水溶性硅酸盐和硫磺等。这些抗氧剂复配使用可以将CMC的抗温性提高20～30℃；用甲醛使CMC适度交联以提高其抗温性等。
b.提高抗盐性
在CMC分子中引入某些基团。例如，CMC与丙烯腈反应引入氰乙基后，再加入NaHS03引入磺酸基，所得产品的抗盐能力有明显提高，同时抗温能力也可得到一定改善。
（7）羟乙基纤维素(HEC)
在纤维素分子链上引入羟乙基，增加水溶性，降滤失机理与钠羧甲基纤维素类似。
（8）纤维素类降粘剂的使用特性
●降滤失效果明显，同时具有一定增粘作用。
●抗盐性较好，特别是羟乙基纤维素可以抗NaCl至饱和，但都不抗钙。
●抗温性差，高温会使纤维素溶液粘度迅速降低，而且有降解和发酵的趋势，
一般抗温在100～120℃，加入抗氧剂，能够提高一些。
●在盐溶液中的粘度和抗温性会大大降低，如羟乙基纤维素在30％的NaCl
溶液中只能抗90℃。
（9）其他
除CMC外，还有一些其它的纤维素类降滤失剂。如国外产品Drispac是一种相对分子质量较高的聚阴离子纤维素，容易分散在所有的水基钻井液中，从淡水直至饱和盐水钻井液均可适用。在低固相聚合物钻井液中，Drispac能够显著地降低滤失量并减薄泥饼厚度，并对页岩水化具有较强的抑制作用。与传统的CMC相比，Drispac的抗温性能和抗盐、钙性能都有明显的提高。据报导，在国外Drispac 的使用温度已达到204℃。我国研制生产的聚阴离子纤维素，其抗盐、抗钙性能和增粘、降滤失能力均比CMC有所增强。
3．丙烯酸类聚合物
丙烯酸类聚合物是低固相聚合物钻井液的主要处理剂类型之一。制备这类聚合物的主要原料有丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯磺酸等。根据所引入官能团、相对分子质量、水解度和所生成盐类的不同，可合成一系列钻井液处理剂。这里仅介绍较常用的降滤失剂水解聚丙烯腈及其盐类、PAC系列产品和丙烯酸盐SK系列产品。
(1)水解聚丙烯腈
聚丙烯腈(Polyacrylonitrile)是制造腈纶(人造羊毛)的合成纤维材料，目前用于钻井液的主要是腈纶废丝经碱水解后的产物，外观为白色粉末，密度1.14-1.15g／cm3，代号为HPAN。聚丙烯腈是一种由丙烯腈合成的高分子聚合物。
它的平均聚合度，大约为2350（书中为235）～3760，一般产品的平均相对分子质量为12.5万～20万。聚丙烯腈不溶于水，不能直接用于处理钻井液。只有经过水解生成水溶性的水解聚丙烯腈之后，才能在钻井液中起降滤失作用。由于水解时所用的碱、温度和反应时间不同，最后所得的产物及其性能也会有所差别。
在95～100℃温度下，聚丙烯腈在NaOH溶液中容易发生水解，生成的水解聚
丙烯睛常用代号Na-HPAN表示。水解聚丙烯腈可看做是丙烯酸钠、丙烯酰胺和丙烯腈的三元共聚物。水解反应后产物中的丙烯酸单元和丙烯酸胺单元的总和与原料的平均聚合度之比(x+y)／(x+y+z)称为该水解产物的水解度。其分子链中的腈基(-CN)和酰胺基(-CONH2)为吸附基团，羧钠基(-COONa)为水化基团。腈基在井底的高温和碱性条件下，通过水解可转变为酰胺基，进一步水解则转变为羧钠基。因此，在配制水解聚丙烯腈钻井液时，可以少加一点烧碱，以便保留一部分酰胺基和腈基，使吸附基团与水化基团保持合适的比例。实际使用中也证明水解聚丙烯腈的水解接近完全时，降滤失性能下降。
水解聚丙烯腈处理钻井液的性能，主要取决于聚合度和分子中的羧钠基与酰胺基之比(即水解程度)。聚合度较高时，降滤失性能比较强，并可增加钻井液的粘度和切力；而聚合度较低时，降滤失和增粘作用均相应减弱。
由于Na-HPAN分子的主链为-C-C-键，还带有热稳定性很强的腈基，因此可抗200℃以上高温。该处理剂的抗盐能力也较强，但抗钙能力较弱。当Ca2+浓度过大时，会产生絮状沉淀。
同类产品介绍：除Na-HPAN外，目前常用的同类产品还有水解聚丙烯腈钙盐(Ca-HPAN)、水解聚丙烯腈铵盐(NH4-HPAN)、水解聚丙烯腈钾盐（K-HPAN）。Ca-HPAN具有较强的抗盐、抗钙能力，在淡水钻井液和海水钻井液中都有良好的降滤失效果。NH4-HPAN除了降滤失作用外，还具有抑制粘土水化分散的作用，因此常用做页岩抑制剂，同时具有一定降粘效果。K-HPAN的抑制防塌效果就更加突出。
(2)PAC系列产品
PAC系列产品是指各种复合离子型的聚丙烯酸盐聚合物(PAC)，实际上是具有不同取代基的乙烯基单体及其盐类的共聚物，通过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、磺酸基和羟基等共聚而成。该系列产品主要用于聚合物钻井液体系。由于各种官能团的协同作用，在各种复杂地层和不同的矿化度、温度条件下均能发挥其作用。只要调整好聚合物分子链节中各官能团的种类、数量、比例、聚合度及分子构型，就可设计和研制出一系列的处理剂，可以满足增粘、降粘或降滤失要求，目前应用较多的是PAC-141、PAC-l42和PAC-l43等三种产品。
PAC-l41是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸钠和丙烯酸钙的四元共聚物。它降滤失的同时，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。该处理剂能抗180℃的高温，抗盐可达饱和。
PAC-l42是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈和丙烯磺酸钠的四元共聚物。在降滤同时增粘，其增粘幅度比PAC-l41小。主要在淡水、海水和饱和盐水钻井液中用做降滤失剂。
PAC-l43是由多种乙烯基单体及其盐类共聚而成的水溶性高聚物，相对分子质量为150万-200万，分子链中含有羧基、羧钠基、羧钙基、酰胺基、腈基和磺酸基等多种官能团。该产品为各种矿化度的水基钻井液的降滤失剂，并能抑制泥页
岩水化分散。
(3)丙烯酸盐SK系列产品
该系列产品为丙烯酸盐的多元共聚物。其外观为白色粉末，易溶于水，溶液呈碱性。主要用做聚合物钻井液的降滤失剂。但不同型号的产品在性能上有所区别。例如，SK-1可用于无固相完井液和低固相钻井液，在配合用NaCl、CaCl2等无机盐加重的过程中，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主要用在当聚合物钻井液受到无机盐污染后，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。
4．树脂类
以酚醛树脂为主体，经磺化或引入其它官能团而制得。
(1)磺甲基酚醛树脂
磺甲基酚醛树脂(SMP-I，SMP-II)是一种抗高温降滤失剂。
合成：
●其合成路线是先在酸性条件(pH＝3-4)下使甲醛与苯酚反应，生成线型酚
醛树脂；再在碱性条件下加入磺甲基化试剂进行分步磺化；通过适当控制
反应条件，可得到磺化度较高和相对分子质量较大的产品。
●它的另一种合成路线是：将苯酚、甲醛、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠一次投料，
在碱催化条件下，缩合和磺化反应同时进行，最后生成磺甲基酚醛树脂。
磺甲基酚醛树脂分子的主链由亚甲基桥和苯环组成，又引入了大量磺酸基，故热稳定性强，可抗180-200℃的高温。因引入磺酸基的数量不同，抗无机电解质的能力会有所差别。目前使用量很大的SMP-I型产品可用于矿化度小于1×105mg ／L的钻井液，按氯化钠计算15％，而SMP-II型产品可抗盐至饱和，同时具有一定的抗钙能力，是主要用于饱和盐水钻井液的降滤失剂。此外，磺甲基酚醛树脂还能改善滤饼的润滑性，对井壁也有一定的稳定作用。
(2)磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物(SLSP)
该产品是磺化木质素与磺甲基酚醛树脂的缩合物，代号为SLSP。合成SLSP 的反应一般分两步进行。首先合成磺甲基酚醛树脂，其原料和反应步骤同前，第二步再与磺化木质素缩合得到SLSP。
SLSP与磺甲基酚醛树脂有相似的优良性能，但在原来树脂的基础上引人了一部分磺化木质素。所以SLSP在降低钻井液滤失量的同时，还有优良的稀释特性。该产品的投产还有助于解决造纸废液引起的环境污染问题，成本也有所下降。
缺点是在钻井液中比较容易起泡，必要时需配合加入消泡剂。
(3)磺化褐煤树脂
磺化褐煤树脂是褐煤中的某些官能团与酚醛树脂通过缩合反应所制得的产
1.3.4页岩抑制剂 实际上，钻井液中所用的所有的处理剂在钻井过程中的主要作用只有两个，一个作用是维护钻井液性能稳定，另一个作用是保证井眼稳定。这种起稳定井眼作用的处理剂就称之为页岩抑制剂，又称页岩抑制剂。页岩抑制剂的作用是防止页岩水化膨胀和分散引起的井壁坍塌、破裂和掉块，以防造成钻井事故。 1.3.5.1钻井液和泥页岩的水化作用 钻井液对泥页岩的化学作用，最终可以归结到对井壁岩石力学性能参数、强度参数以及近井壁应力状态的改变。泥页岩吸水一方面改变井壁岩石的力学性质，使岩石强度降低；另一方面产生水化膨胀，体积增加，若这种膨胀受到约束便会产生膨胀压，从而改变近井壁的应力状态。如何将钻井液对泥页岩的化学作用带来的力学效应定量化，并将其同纯力学效应结合起来研究井壁稳定问题；F.K.Mody 和A.H.Hale 认为，钻井液和泥页岩间存在的活度差驱使钻井液中的自由水进入泥页岩，从而使近井壁地带的孔隙压力增高，岩石强度降低。井内水进入泥页岩主要受钻井液与泥页岩井壁间的孔隙压力差和化学势差的控制。 钻井液与泥页岩间化学势差引起的孔隙压力变化为： 式中：λ-有效半透膜系数，R -气体常数，T -绝对温度，V -水的偏莫尔体积，A S 、A m -分别为泥页岩和钻井液的水活度，P -钻井液液柱压力，P p -远场孔隙压力，?μ-化学势差。 如果?μ大于零，即井眼水化学势大于孔隙水化学势，井眼水就可以进入岩石孔隙内，从而使泥页岩吸水后产生水化膨胀，且井壁的孔隙压力增大，岩石的强度降低，不利于井壁稳定。反之，泥页岩产生解吸脱水，使井壁的孔隙压力减小，岩石强度增大，有利于井壁的稳定。因此，从活度平衡的理论出发，要求降低钻井液中水的活度。这可以通过控制调节钻井液中不同盐的含量或使用特殊的处理剂来改变钻井液中水的活度。钻井液中水的活度可以通过实验来测定出来，而泥页岩中水的活度却较难确定，一般可以通过地层条件下泥页岩的含水量来测定。具体做法是：用已知不同活度的溶液在恒湿气中与页岩达到活度平衡后（至少静置15天），测定页岩的吸水量，再绘制该页岩的吸水量与其活度的等温关系曲线。在已知地层水成分和矿化度的情况下，将岩样置于恒湿器中与溶液达到活度平衡后测定页岩的含水量。然后和曲线相对照即可得出页岩中水的活度。 不过该模型只反映了井壁岩石与钻井液直接接触所产生的水化现象，而未能描述井壁内岩体中水化过程的应力变化。 p m s P P P A A V RT -=?±==?)/ln(λμ
常用泥浆药品及作用 一、聚合物类 1、聚丙烯酰胺（PAM） 作用：主要用来絮凝钻井液中过多的粘土细微颗粒及清除钻屑，从而使钻井液保持低固相，它也是一种良好的包被剂，可使钻屑不分散，易于清除，并有防塌作用。 2、聚丙烯酸钾（K-PAM） 作用：主要用来抑制页岩中所含粘土矿物的水化膨胀和分散而引起的井塌。 3、螯合金属聚合物（CMP）作用：用来提高聚合物体系粘度兼防塌作用。 4、钻井液用成膜树脂防塌剂（BLC-1）作用：用来控制聚合物体系失水，增加润滑性从而达 到防塌的目的。 5、高粘乙烯基单体共聚物防塌降失水剂（BLA-MV） 作用：用来控制聚合物体系失水，提高粘度，封堵页岩孔隙从而达到防塌的目的。 6、增粘降失水剂（KF-1） 作用：用来提高聚合物体系液相粘度，提高泥浆的携带岩屑能力。 7、非极性防卡润滑剂（BLR-1） 作用：主要用来提高钻井液体系的润滑性，降低摩阻系数，增加钻头的水马力以及防止粘卡。 二、细分散类作用：主要用来配制原浆，亦有增加粘切、降低滤失的作用。 1、羧甲基纤维素钠盐（CMC） 作用：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，提高粘度，降低失水。 2、烧碱(NaOH) 作用：调节钻井液PH值，促进白土水化分散。 4、纯碱（Na2CO3） 作用：调节钻井液PH值，促进白土水化分散,沉降钻井液中过多的钙离子。 5、防塌润滑剂（FT-342或FT-1）作用：防塌，改善钻井液的流动性和泥饼质量。 6、硅氟防塌降虑失剂（SF）作用：防塌降失水，改善钻井液的流动性和泥饼质量。 7、封堵护壁增粘剂（改性石棉）（SM-1）或（XK-1）作用：提高低固相钻井液的动切力。 8、硅氟稀释剂(SF-150) 作用：主要用作稀释改善细分散钻井液体系的流动性 三、堵漏剂 1、单向压力封堵剂（DF-A）作用：主要用作渗透性漏失地层的堵漏。 2、综合堵漏剂（HD-I、II）作用：主要用作裂缝性漏失地层的堵漏。 3、桥塞堵漏剂（QD-I、II）作用：主要用作裂缝性漏失地层的堵漏。 四、加重剂 1、石灰石粉（CaCO3） 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。可用来配制密度不 超过1.30g/cm3的钻井液。 2、重晶石粉（BaSO4） 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。可用来配制密度 2.00g/cm3以上的钻井液。 常见膨润土浆配方
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
水基钻井液及处理剂作用机理 蒲晓林 课程简介 本课程是“泥浆工艺原理”、“深井泥浆”的后续课程，是根据钻井液化学研究方向总结、整理的课程。着重从钻井液工艺性能和胶体化学的角度讲述钻井液处理剂作用原理。 1．课程特点 （1）课程目前还在完善中。 ①国外：对处理剂应用阐述多，作用机理研究少，在此研究领 域还没有这样一门专门课程； ②国内：近年来文章多，文献报道多，但不系统，各说各的； ③关于此方面的研究：大都以产品、专利出现，有关理论研究 的报道较少，尤其是许多研究还触及到许多商业秘密。因此，许多单位从机理出发，从理论出发去开发产品不多，缺乏理论指导。例如：中山大学、天津大学、山东大学、成都科大。 全国：产品成系列的仅两家：我院和勘探开发研究院。 根本原因：机理不清楚，研究失去方向。 （2）本课程主要从钻井液的发展和类型的角度讲述处理剂的作用机理。使学者掌握各种处理剂在不同钻井液条件下的作用原理和用途。 2．课程主要任务 ①分析、揭示水基钻井液作用机理，学习进一步深入研究这种作用机理的方法和思路；②讲述目前主要使用的国内外钻井液处理剂的作用机理。引导机理研究入手，力求把处理剂研究、研制理论化、条理化，为有目的地、有针对性地研制处理剂和研究新型
钻井液体系创造条件； ③从研究机理入手，掌握使用规律。更好地指导产品应用和质量提高，把处理剂研制、生产和应用规律有机地结合起来。3．课程的主要内容和思路 （1）核心内容 ●处理剂作用机理及其对钻井液宏观性能的影响； ●处理剂作用性质和作用效果的实验研究方法。 （2）处理剂研究的一般思路 ①从钻井工程对钻井液性能要求出发研究处理剂 适应钻井工程、地质勘探及其技术发展，钻井液性能应具备的性能要求；钻井工程、地质勘探技术发展同钻井液技术发展的相互促进关系。 ②考虑如何选用处理剂实现钻井液作用效能 通过什么样的（运用）处理剂，起什么作用，作用规律（机理）是什么？ 具有实现钻井液作用效能，处理剂应具有的性质， ——如水溶性、抗盐性和抗温性，同粘土的作用规律等等。 ③钻井液性能、作用效能要求与处理剂分子结构的关系 处理剂分子结构组成、分子量、分子链型、基团种类、比例、处理剂分子构象等等。 ——最终落实到处理剂的分子结构设计。 ④处理剂的合成、研制 要实现处理剂分子结构设计，所需的化学途径、合成工艺路线、合成条件。 ⑤处理剂应用规律和效能评价 处理剂效能评价的原则：满足优质、安全、低成本钻井、完井
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。 3、聚丙烯酸盐类处理剂： 不分散低固相泥浆中采用的一种双作用的泥浆处理剂～选择性絮凝剂：对无用固相絮凝，而对有用固相增效。理想的选择性絮凝是不易达到的。但是我们选用聚丙烯酸盐类处理剂，在钻探实践中收到良好的技术经济效益。具有流变性好、防塌，润滑性好等优点。其中： 部分水解聚丙烯酰胺（PHP）：本产品为白色或淡黄色粉末，水溶性好，能抑制泥页岩的水化作用和提高钻井液的粘度，是钻井液用强力包被剂。 水解聚丙烯腈胺盐(NH4-HPAN)：是一种钻井液用降滤失剂；含有-COOH、-COONH4、-CONH2、-CN等基团，分子量在10000～50000之间，有降低高压差失水的特殊功能和良好的热稳定性，能改善钻井液流变性，抑制粘土水化分散，具有一定的抗盐能力；由于NH4在页岩中的镶嵌作用，具有一定的防塌效果聚丙烯晴钠盐(HPAN)：优良的降失水剂，能大幅度低失水而粘度效应很小，反絮凝作用小，能与PHP配合使用，抗盐、抗钙能力强，可作用海水，饱和盐水泥浆的降失水剂、且热稳定性好，可作高温降失水剂， 聚丙烯晴钙盐（CPAN）：为腈基、酰胺基、羧钙基、羧钠基等共聚物。主要用于不分散低固相聚合物钻井液的降滤失剂，并能改善泥饼质量，抗温、抗钙、盐污染及改善流型等作用。 磺化聚丙烯酰胺（SPAM）为磺化体，具有耐温、降失水、减阻作用，降摩擦效果良好。广泛用作煤田、油田钻井的降失水剂和油田防塌剂。在现场应用中可解决其它泥浆类型未能解决的坍塌、掉块及局部黄铁矿高离子污染的问题 4、纤维素类 羧甲基纤维素钠(CMC)：有高粘、中粘，低粘不同品种。高粘CMC主要用于增粘，而中粘、低粘CMC用于降失水。
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
钻井液配浆材料与处理剂 一般来讲，钻井液配浆原材料是指在配浆中用量较大的基本组分，例如膨润土、水、油和重晶石等。处理剂则是指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人的化学添加剂。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极大的影响。但配浆原材料与处理剂之间并无严格的界限，有的文献将配浆原材料也归类在处理剂中。 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，有必要将它们进行分类。目前主要有以下两种分类方法。 第一类分类方法是按其组成分类。通常分为钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。其中无机处理剂又可分为氯化物、硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和重铬酸盐和混合金属层状氢氧化物(即正电胶)类等。有机处理剂通常可分为天然产品、天然改性产品和有机合成化合物。按其化学组分又可分为下列几类：腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类和聚合物类等。 第二类分类方法是按其在钻井液中所起的作用或功能分类。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共分为以下“类，即(1)降滤失剂(Filtration Reducer)；(2)增粘剂(Viscosifier)； (3)乳化剂(Emulsifier)使油水乳化产生乳状液；(4)页岩抑制剂(Shale inhibitor)；(5)堵漏剂(lost Circulation Material)；(6)降粘剂(Thinner)；(7)缓蚀剂(Corrosion inhibitor)；(8)粘土类(Clay)；(9)润滑剂(Lubricant)；(10)加重剂(Weighting Agent)； (11)杀菌剂(Bactericide)；(12)消泡剂(Defoamer)；(13)泡沫剂(Foaming Agent)；(14)絮凝剂(Flocculant)；(15)解卡剂(Pipe-Freeing Agent)；(16)其它类(Others)等。 这16类处理剂所起的作用各不相同，但在配制和使用钻井液时，并不同时使用这些处理剂，而仅仅根据需要使用其中的几种。有时，一种处理剂在钻井液中同时具有几种作用。例如，有的降失水剂同时兼有增粘或降粘作用，絮凝剂同时兼有增粘剂的作用等。本章将以上两种分类方法结合起来，除介绍常用的配浆原材料和无机处理剂外，重点介绍几类重要的有机处理剂，即降粘剂、降滤失剂、页岩抑制剂、絮凝剂和堵漏剂等。 钻井液配浆原材料 一、粘土类 膨润土是水基钻井液的重要配浆材料。有的文献将膨润土定义为具有蒙脱石的物理化学性质，含蒙脱石不少于85％的粘土矿物。评价膨润土好坏的标准是造浆率，即每吨膨润土可以配制粘度为15mpa·s的钻井液的体积数，m3。一般要求1 t膨润土至少能够配制出粘度为15mpa·s的钻井液16m3。钠膨润土的造浆率一般较高，而钙膨润土则需要通过加入纯碱使之转化为钠膨润土后方可使用。目前我国将配制钻井液所用的膨润土分为三个等级：一级为符合API标准的钠膨润土；二级为改性土，经过改性符合OCMA标准要求；三级为较次的配浆土，仅用于性
常用处理剂的名称及主要作用
2 纯碱Na2CO 3 改善水质、土质、沉除钙离子。 3 烧碱NaOH 提高动切力、提高PH值。 4 随钻堵漏剂ZD-1 预堵漏、堵漏。 5 复合堵漏剂HD-1 堵漏。 6 羧甲基纤维素钠盐(高) HV-CMC 提高粘切、与钙离子产生沉淀。 7 羧甲基纤维素钠盐(低) LV-CMC 降低滤失量，改善泥饼质量，与钙离子产生沉淀。 8 复合离子丙烯酸盐SD-17W 抗钙、提粘切、絮凝抗温。
9 阳离子沥青粉CAS-2000 防塌。 10 钻井用特种性能调整剂SD-21 降低滤失量，抗污染。 11 防塌润滑剂SD-20 防塌、润滑、降粘度、降滤失量。 12 水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN 降滤失量，改善流型。 13 悬浮性水解聚丙烯酰胺DPHP 不分散低固相体系页包被抑制剂絮凝剂 14 磺化酚醛树脂SMP 抗污染、抗高温降滤失量，尤其是高温高压滤失量，改善泥饼质量。 15 阳离子褐煤PMC 抗污染、抗高温降滤失量，尤其是高温高压滤失量，改善泥饼质量。 16 钻井液强包被剂FA367 絮凝剂。 17 石灰石粉CaCO3 加重、堵漏、预堵漏。 18 腐植酸钾KHm 防塌、降粘度、降滤失量、能容纳较高的固相含量。 19 氯化钾KCL 用于钾基钻井液中含量要大于90%，提供钾离子能容纳较高的固相含量。 20 正电胶干粉MMH 防塌、提高动切力。 21 锯末堵漏。 22 水泥堵漏。 23 麦秸堵漏。 24 红胶泥堵漏。 25 磺化单宁SMT 抗高温、抗污染、稀释、除钙离子。 26 黄河二号HSHY 抗高温、抗污染、稀释、除钙离子。 27 氢氧化钾KOH 提供钾离子，提高PH值。 28 水解聚丙烯腈钾盐K-HPAN 防塌、降滤失量、调整流型、用于钾基钻井液。 29 聚丙烯酸钾KPAM 防塌、絮凝。 30 聚丙烯酰胺PAM 絮凝。 31 无荧光封堵防塌剂TDW-2 抗高温，封堵防塌，稳定井壁，降滤失量，能容纳较高的固相含量。 32 磺化褐煤SMC 抗污染、抗高温降滤失量，尤其是高温高压滤失量，改善泥饼质量。 33 多功能处理剂降滤失量、润滑、防塌。 34 多功能固体润滑剂HFT-102 降滤失量、润滑、防塌。 35 SL-1 降滤失量。 36 SL-2 降滤失量、提粘切。 37 原油润滑、解除卡钻。 38 石灰CaO 处理碳酸根、碳酸氢根污染。
钻井液性能要求及处理剂类型和作用 一般而言，煤田地质勘探采用金刚石绳索取芯钻进在稳定岩层可使用清水作钻井液。而对各种不稳定岩层,如各种水敏岩层、破碎岩层、特别是对于深孔、长孔段的不稳定岩层,则必须采用泥浆作钻井液。由于金刚石岩心钻探内外管间隙小、钻头转速高、钻头价格贵,因此对泥浆提出了一些特殊要求。 金刚石绳索取芯钻进用钻井液，主要要求润滑性、流变性、滤失性、固相含量等项指标。并据此来选择钻井液类型、添加剂种类和工艺措施。 金刚石钻进要求钻井液有好的润滑性是不言而喻的。为发挥钻头的破岩效率，特别是使用孕镶钻头，要求高转速，只有泥浆润滑性能好，才能减少钻头磨损，提高钻头进尺；减少钻杆磨损和钻杆折断事故，降低功率消耗。不管用清水还是用泥浆作钻井液，都要重视其润滑性指标。 为保护孔壁和有效排除钻屑，要求钻井液有较好的流变性。以前用漏斗粘度来衡量流动性能是不够的。金刚石钻探的特点，要求钻井液通过小间隙处流动阻力小，即粘度小；而在大断面处粘度高，对孔壁冲刷小。 我们在金刚石绳索取芯钻探中应用流变学的理论解决生产实际问题，选择流变性能好的泥浆，取得较好满意的效果。 要使泥浆有较好的护壁能力，必须注意其滤失性能。失水量过大是造成泥页岩，盐类地层、破碎地层的膨胀、溶蚀、剥蚀、坍塌的主要根源。 在这些地层要求失水量低,金刚石钻进环空间隙很小，泥饼厚度过大是很不利的。此外，滤液的成分对护壁有重要影响。滤液中含有盐类离子、高分子材料等抑制性成分，即使失水量大一些，护壁能力也很好。因此，对滤失性能要注意失水量、泥饼厚度及滤液成分三个方面。为控制失水常加入多种降失水剂。 固相含量过高，尤其是钻屑含量过高，给钻进工作带来很多问题，如钻速下降、钻头寿命降低，设备磨损加快、孔内事故多。固相含量的多少和类型，直接影响到钻井液的流变性、滤失性和润滑性。 煤田金刚石绳索取钻进通常用低固相泥浆，固相含量可由比重观测。一般要求固相含量(体积)在4%以内，泥浆比重在1.06以下。 控制固相的方法有二；一是采用物理、化学的方法，即使用具有选择性絮凝的处理剂对钻屑起絮凝作用，而对搬士起增效的作用，或使用具有抑制性的处理剂，抑制钻屑的分散；二是采用机械的方法控制固相，安装机械净化设备。岩心钻探不能采用石油钻井的净化设备，必须按本身的特点发展净化装置。 一人工钠土、处理剂类型和作用
第二章钻井液处理剂 一、稀释剂 （1）稀释剂是指能解除钻井液稠化的化学剂。钻井液稠化的主要原因是钻井液中固相颗粒过多及粘土颗粒形成网架结构。在含有聚合物的钻井液中，聚合物长链分子和粘土颗粒作用，或聚合物分子间相互作用形成网架结构也会引起钻井液粘切增大。无机电机质的污染，使粘土颗粒水化层变薄也易形成空间网架结构导致钻井液增稠。（2）稀释剂的作用机理 稀释剂的稀释作用首先是通过试剂吸附在粘土颗粒的边-端面上，拆散或削弱了粘土颗粒形成的网架结构达到稀释作用。同时，由于稀释剂具有较强的吸附能力及与聚合物分子形成化和物等作用，可使吸附在粘土颗粒上的长链聚合物分子解吸，从而起到稀释的作用。 单宁碱液 单宁存在于植物的根、茎、叶、皮、果壳和果实中，是多元酚的衍生物，属弱有机酸。单宁水解生成的双五倍子酸、五倍子酸在NaOH溶液中生成双五倍子酸钠、五倍子酸钠，统称为单宁酸钠或单宁碱液，在钻井液中起降粘作用。 单宁碱液的降粘机理 单宁类降粘剂主要是通过拆散结构而起到降粘的作用，它主要降低动切力，对塑性粘度影响较小，其它分散型降粘剂的作用机理均与之相似。 由于降粘剂主要在粘土的端面上起作用，因此与降滤失剂相比，一般
用量较少。 单宁类降粘剂的特点 单宁碱液在高浓度的无机盐溶液中会发生盐析或生成沉淀，失去降粘效果,其抗盐、抗钙能力差。单宁酸钠含有脂键，高温下易断裂,其抗温能力在100~120°C。 为提高单宁酸钠的使用效果，常通过磺甲基化制得磺甲基单宁（SMT），其抗温能力在180~200°C，加量0.5 ~1%,抗钙达1000ppm,抗盐效果差,小于1%。 铁铬木质素磺酸盐（FCLS） 简称铁铬盐，是有含有大量木质素磺酸盐的纸浆废液制成。由于铁铬盐分子中含有磺酸基，Fe3+和Cr3 +与木质素磺酸盐形成了稳定的螯合物。所以FCLS是一种具有抗盐、抗钙能力强的稀释剂，其热稳定性高，可抗150?以上的高温。由于铁铬盐具有弱酸性，因此必须配合烧碱使用才能发挥良好的稀释作用。 FCLS的使用及存在的问题 在钻井液中FCLS的加量为0.3-1%，加量较大时其降滤失的作用较显著。铁铬盐钻井液泥饼磨擦系数较高，在用水中钙，镁含量较高时易产生泡沫，可用少量硬脂酸铝、甘油聚醚等消泡剂以消泡，也可用原油消泡。铁铬盐稀释效果好，抗盐、抗高温能力强。但使用时需要PH值较高（>10），不利于井壁稳定，另外铁铬盐含重金属铬,在制造和使用过程中易污染环境,对人身体有害因此被逐步淘汰。 水解聚丙烯腈铵盐（NH4-NPAN）
磺化酚醛树脂SMP 【中文名称】磺化酚醛树脂SMP；泥浆处理剂SMP 【英文名称】sulfonated phenolic resin SMP 【性状】 玫瑰红透明粘稠液体。 【溶解情况】 可溶于10微升/升盐水。水不溶物<3%。水含量<7%。 【用途】 是水溶性树脂，能耐高温、降失水，同时有防塌、控制粘度的作用，抗盐性能也好。用作油田钻井泥浆的降失水剂。 【制备或来源】 由苯酚、甲醛与亚硫酸氢钠进行缩合和磺化，再与水进行树脂化和络合反应制得。 【其他】 粘度（80℃，涂-4杯）〉80秒，固体含量〉45%，pH值10。 钻井液处理剂大全 1、造浆材料 2、加重剂 3、降失水剂 4、增粘剂 5、页岩抑制剂 6、降粘剂 7、絮凝剂 8、润滑剂 9、抗高温剂10、堵漏剂 11、杀菌剂12、消泡剂13、解卡剂14、缓蚀剂15、其它 一、造浆材料 代号名称组成功能推荐加 量% 膨润土 （bentonite） 蒙脱石 通称坂土，以其吸附的阳离子而 分为钠土(sodium bentonite)和钙 土(caleium bentonite)，天然钠土很 少，多经Na2CO3或NaOH改造成 人工钠土(modified bentonite)。钠 土在淡水中水化而分散成较细胶 粒，形成低渗透泥饼，降低失水， 3.5～5.5
粘土片表面带负电荷而其端边带 正电荷浮想形成卡片状网状结 构，产生一定结构强度，提高粘 切（静电引力作用），不宜用于饱 和盐水钻井液。 NV-1 人工钠土蒙脱石同上 3.5～5.5 累托石 3.5～5.5 HL-Z 抗盐土凹凸棒石土，海泡 石土，富含镁的纤 维状粘土矿物 表面电荷浓度低比表面积亦低其 悬浮体流变特性主要取决于其长 纤维条间力学的干扰作用而不是 颗粒间静电引力产生的。 4～6 评价土高岭石用于评价CMC,CMS等产品性能 ZAL-1，2 AT 801 812 821 4602 有机土 （organophilic clay） 是在油中分散的亲 油性粘土，是钠土 经过阳离子型表面 活性剂处理使其表 面性能改变为亲油 的特种土 作油基钻井液，油包水钻井液配 浆材料，调节其粘切稳定胶体降 低失水，用作油基组分解卡剂 2～8 JFF 聚腐复合泥浆 粉 二、加重剂 代号名称组成功能推荐加 量% BaSO4重晶石BaSO4白色粉末常温密度4.2～4.6g/cm3,可将 钻井液密度配到2.0g/cm3以上 CaCO3石灰石粉CaCO3, 白色粉末常温密度2.2～2.9 g/cm3，不溶 于水而可溶于含CO2的水，生 成Ca(HCO3)2。可溶于盐酸等 无机酸，常用于油基钻井液或 完井液的加重剂，以减轻对油 层的污染 PbS 方铅矿粉 （硫化 铅） PbS，铅灰色，性脆易碎，密度大 硬度低 常温密度7.5～7.6 g/cm3，不溶 于水和碱而可溶于酸，利于油 井酸化 Fe3O4磁铁矿粉 （四氧化 三铁） Fe3O4，黑色微带蓝色，有强磁性常温密度4.9～5.9 g/cm3，不溶 于水、乙醇和乙醚而可溶于 酸，使用时应消磁，但硬度太
钻井液处理剂 为了满足钻井工艺的要求，单靠使用清水和机械设备来调整和控制钻井液性能是远远不够的，必须在钻井液使用各种各样的化学处理剂。就生产中常用的钻井液无机处理剂，有机处理剂和表面活性剂有如下类型： 一、无机处理剂 1、氢氧化钠（NaOH），氢氧化钠俗名烧碱、苛性钠，常温下密度为2.0—22g/cm3,易容于水，溶解时放出大量的热，溶解度随温度升高而增大，水溶解呈强碱性PH值为14。使用时应注意安全，防止腐蚀皮肤和衣服，NaOH易潮，与空气的CO2作用生成NaOH，存放应注意防潮，NaOH是强碱，主要用来调解钻井液的PH值，与有些有机物配合使用，如与单宁成单宁碱液，与聚丙稀睛进行水解得到水解聚丙稀睛等，另外NaOH还沉除有害的Ca2+Mg2+. 2、氯化钠（NaCI）俗名食盐，为白色晶体，密度为2。17g/cm3易溶于水，水溶液为中性，溶解度随温度的升高略有增大，纯品NaCI不潮解，含MaCI2 CaCI2等杂质的NaCI易吸潮NaCI主要用来配制盐水钻井液和饱和盐水钻井液，以防止岩盐井段的溶解，保持井径规则，NaCI还可用来提高钻井液的矿化度，抑制页岩地层的水化膨胀，防止坍塌。 3、氢氧化钾(KOH)俗名苛性钾，是一种半透明晶体，常温下密度为2.04g/cm3易溶于水，溶解时强烈放热，水溶液呈强碱性，PH值为14，有较强的腐蚀作用，KOH极易吸收空气中 的水分和CO2生成K2CO3 KOH即能用来调节钻井液的PH值又能提供K+。K+，有良好的 防塌作用，因此钾盐钻井液被广泛的应用，此外KOH可用来与某些有机处理剂进行水解作用，生成钾盐，如聚丙稀酸钾、聚丙稀睛钾等。 3、碳酸钠（Na2CO3）俗名纯碱、苏打、无沫，Na2CO3为白色粉末，密度为2.5g/cm3。易溶于水，水溶液呈碱性，PH值为11.5。Na2CO3易吸收空气中的水分结成硬块，吸收空气中的CO2变成Na2CO3 Na2CO3在钻井液中通过离子交换和沉淀作用，使钙质膨润土变为钠质膨润土，目前配制钻井液多用钙质膨润土，因此在配制钻井液时需加入一定量Na2CO3， 目的就是为了改善膨润土水化分散性能，提高膨润土造浆率，另外，Na2CO3可用来除掉石 膏或水泥浸入到钻井液中的Ca2+，改善钻井液的性能。
钻井液处理剂管理规定 第一章总则 第一条为规范钻井液处理剂的管理模式，避免不合格的钻井液处理剂进入现场，规范钻井液处理剂供井渠道，保障井下安全，维护公司的经济利益，特制定本规定。 第二条本规定适应 第二章计划与组织 第三条每月20日，根据下月生产进度情况，计划下月钻井液处理剂的名称与数量，报供应站并与供应站进行对接。 第四条供应站根据技术提供的处理剂计划，列计划报主管供应领导审批后，报供应处组织进货。 第五条在处理剂入库后，供应站通知技术发展部到库房抽样质检。 第六条技术发展部负责钻井液处理剂的检测，并将检测结果通知供应站。供应站依据检测结果，对不合格产品进行退货或调换处理，严禁不合格产品出库进入现场。安全部门组织第三方抽检监督。 第七条技术发展部负责钻井液处理剂现场使用效果资料的收集整理，对室内检测合格而现场使用效果不好的处理剂，及时反馈给供应站。 第三章领料与验收 第八条钻井队领取钻井液处理剂时，应填写领料计划单，一式两份，上报技术发展部审批。 第九条技术发展部根据井队生产情况进行审批，审批后留一份计划单以备案。钻井队材料员持审批后的计划单到供应站领取。 1
第十条距供应站基地路途较远的井队，钻井队将计划单传至技术发展部，技术发展部审批后，送传至供应站，供应站负责货物组织与送井。 第十一条严禁不经审批，不经过供应站组织将钻井液处理剂直达现场，否则供应站不予结算。 第十二条加重剂及特殊材料直达井场，但是必须有计划、由供应站组织。同时，供应站负责直达料数量的抽查工作，技术发展部负责直达料质量检验工作，钻井队对直达料的验收必须严格把关，须泥浆组长、材料员、井队干部三人签字认可。 第十三条供应站出库的处理剂到达现场后，由钻井队泥浆组长或工程师负责货物的验收，并在料单上签字，而后交平台经理签字盖章。 第四章使用与保管 第十四条钻井队泥浆组长或泥浆工程师，在处理钻井液性能时要依据小型试验，不能凭经验和感觉，盲目使用处理剂，造成处理剂的浪费。小型试验和处理剂使用要有记录和台帐。 第十五条钻井液处理剂到达现场后，要下垫上盖，妥善保管，不能因为保管不善造成包装破损和处理剂性能失效。 第十六条钻井液处理剂不能用于非钻井液处理，如垫路、堵水等。 第五章问责 第十七条公司安全部门定期或不定期组织第三方抽检，发现问题追究相关人员责任；甲方或上级部门抽检发现问题，将追究技术部门质检责任。 第十八条供应站不能将不合格、未检验的处理剂出库并送达现场，若出现一次，将追究供应站主管领导和计划员责任。 第十九条任何单位或个人不能与处理剂供应商直接接触，未经审批、绕开供应站将处理剂直达现场，一经发现，将视情节情况，追究 2
常用泥浆处理剂 聚丙烯酰胺（PAM） 非离子型（PAM）阴离子型（PHP）阳离子型（DA） 阴离子型适用于浓度较高并且带有正电荷的无机悬浮物，溶液呈酸性或中性。非离子型适用于有机、无机混合状态的悬浮物，分离溶液呈酸性或中性。 作用：用作钻井泥浆材料的絮凝剂，增稠和稳定的添加剂，可减少钻头的摩擦阻力，提高钻速和进度。抑制水敏性粘土膨胀，也具有防塌效果，使用时先配制成稀溶液，用量（0.1%～0.01%）。 聚合物增粘剂（80A51） 它是丙烯酸盐的共聚物作用:具有增粘絮凝、改变流型降滤失，又可以抑制页岩分散，抗无机离子污染抗温性，它不但适用于低固相不分散聚合物钻井液体系，也可使用于分散型钻井液体系。淡水用量：0.2%～0.4% 盐水用量：0.5%～1.0% 羧甲基纤维素钠盐CMC（阴离子型聚电解质）由氯乙酸钠与碱纤维素反应制得 高粘（HV-CMC）中粘（MV-CMC）低粘（LV-CMC） 碱性中性淡水用量0.3～0.6% 盐水用量0.7%～0.9%，作用：增粘降滤失剂作用，它的长分子链能与多个粘土颗粒吸附，能增大泥饼的胶结性，能抑制页岩水化膨胀和巩固井壁的作用，不易腐蚀变质，具有悬浮和乳化的作用，良好的粘结性和抗盐能力。 腐殖酸钾（KHm） 作用：页岩抑制剂，降粘、降失水和防塌的作用，抗温可达180℃。加入量（1%~~3%）。水解聚丙烯晴铵盐 是由腈纶丝高温高压下水解制得淡黄色粉末，具有一定的抗温和抗盐能力，具有耐
光、耐腐蚀的功能，有一定的防塌效果，与聚丙烯钾盐共同使用可以增强降粘作用，可与多种处理剂配合使用（0.5%~1.5%）乙烯基单位多元共聚物PAC-141是一种多功能高分子聚合物，白色或微黄色流动粉末无毒无腐蚀易溶于水，具有较强的抗盐、抗钙镁和高温能力主要用于低固相不分散聚合物水基钻井液流变参数，提高剪切稀释能力，降低滤失量、包被钻屑和抑制分散。 磺化沥青粉（FF1） 它水化作用很强，当吸附在页岩界面上可以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由能填充孔喉核裂缝起到封堵作用，并可覆盖在页岩界面改善泥饼质量，它在钻井液中还起到润滑和降低高温高压下失水量的作用，用量（1%~4%） 防塌钻井液的性能要求 具有低失水（减少水敏性地层水化膨胀压力）、高的滤液粘度、高的矿化度、适当的粘度和适当的密度。对孔壁岩层破碎、压力大的钻孔，钻井液的密度要高，加大液柱压力才能平衡侧压力，高的滤液粘度是为了减少进入泥页岩的水量和增大水在泥页岩中的渗流阻力。 丙烯衍生物多元共聚物是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯磺酸钠等多元单体共聚物（PAC-143）。作用：水基钻井液的降滤失剂兼有增粘作用，有较好的剪切稀释特性，用量淡水（0.2%~0.5%） 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