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。）
钻井液用抗高温抗盐降滤失剂通用技术要求 1 范围 本标准规定了钻井液用抗盐抗高温降滤失剂的要求、试验方法、检验规则、包装、标志、质量检验单及使用说明书。 本标准适用于以磺化褐煤为主要材料经过复配或反应制成的钻井液用抗盐抗高温降滤失剂的准入、采购、质量监督检验、入库验收和性能评价。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 6678 化工产品采样总则 GB/T 16783—1997 水基钻井液现场测试程序 SY/T 5490 钻井液试验用钠膨润土 3 要求 钻井液用抗盐抗高温降滤失剂应符合表1中规定的技术指标。 表1 技术指标 项目指标外观黑褐色颗粒或粉末 细度（筛孔0.59 mm筛余），％≤10.0 水分，％≤10.0 水不溶物，％≤15.0 pH值9～10 180℃/16h 淡水钻井液 表观粘度，mPa?s ≤15 高温高压滤失量，mL ≤30.0 盐水钻井液 表观粘度，mPa?s ≤35 高温高压滤失量，mL ≤35.0 4 试验方法 4.1 仪器设备和试剂 仪器设备和试剂包括： a）分析天平：分度值0.1 mg； b）高温高压失水仪； c）高温滚子炉； d）恒温干燥箱：控温精度±2℃； e）高速搅拌机:10000 r/min～12000 r/min； f）六速旋转粘度计：ZNN-D6型或同类产品； g）称量瓶：50 mm×30 mm； h）磨口瓶：500 mL； i）干燥器； 1
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
降滤失剂P(St-b-Am)/O-MMT的合成及性能研究3 屈沅治1,2 苏义脑2 孙金声2 (1.中国石油勘探开发研究院 2.中国石油钻井工程技术研究院) 摘 要 P(St-b-Am)/O-MMT是一种蒙脱土片层以纳米级分散在两亲性嵌段聚合物P (St-b-Am)基体中的纳米复合材料。以二硫代酯为链转移剂,偶氮二异丁腈为引发剂,在有机蒙脱土存在下,采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合法成功合成了P(St-b-Am)/O-MMT纳米复合材料,并进行了其结构表征。从钻井液添加剂的角度评价了P(St-b-Am)/O-MMT的性能,结果表明该材料热稳定性好,降滤失效果显著,具有良好的抑制性能,是一种性能优良的抗高温降滤失剂。 关键词 聚(苯乙烯-b-丙烯酰胺)(P(St-b-Am)) 蒙脱土 纳米复合材料 降滤失剂 抑制性能 钻井液技术是油气钻井工程技术的重要组成部分,其中处理剂是钻井液技术的核心和灵魂。由于钻井过程中,钻井液滤液的侵入会引起泥页岩水化膨胀,导致井壁不稳定和各种井下复杂情况的发生,钻遇产层时还会造成油气层损害,因此,降滤失剂是钻井液体系中不可或缺的处理剂之一,它通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的滤饼,尽可能地降低钻井液的滤失量,确保油气钻井的顺利进行。 本实验所合成的P(St-b-Am)/O-MMT是一种蒙脱土片层以纳米级分散在两亲性嵌段聚合物基体中的新型钻井液处理剂。它以二硫代酯(DTE)为链转移剂,偶氮二异丁腈(A I B N)为引发剂,在有机蒙脱土存在的条件下,采用可逆加成-断裂链转移(Reversible Additi on-Frag mentati on chain Trans2 fer,RAFT)法[1-5]合成,有机地将蒙脱土与两亲性嵌段聚合物的优良特性揉合在一起,使该材料在原有嵌段聚合物优良特性的基础上,明显地改善了聚合物的物理机械性能、热稳定性等。 1 实验部分 1.1 原料和试剂 苯乙烯(St):化学纯,广东汕头市西陇化工厂产 品,经5%Na OH洗涤至无色或淡黄色,再用蒸馏水洗涤至中性,用无水硫酸镁干燥后减压蒸馏,4℃下冰箱保存;丙烯酰胺(Am):分析纯,北京益利精细化学品有限公司产品,经CHCl 3 重结晶,除去阻聚剂;偶氮二异丁腈(A I B N)和十六烷基三甲基氯化铵(CT AC):分析纯,天津市福晨化学试剂厂产品;有机蒙脱土(O-MMT)由实验室制备;二硫代α-萘甲酸异丁腈酯(DTE)链转移剂由实验室合成[6-7]。 1.2 P(St-b-Am)/O-MMT的制备 1.2.1 PSt/O-MMT大分子链转移剂的合成 采用RAFT法合成PSt/O-MMT大分子链转移剂。在装有温度计、机械搅拌器的三口烧瓶中,加入预先计量好的St、O-MMT、DTE和A I B N,密封后, 经冷冻抽真空除去体系中的空气,充入N 2 ,循环3 次,N 2 保护下充分搅拌,于110℃的油浴中反应。反应一定时间后,用冰水浴冷却反应体系,将产物在甲醇中沉淀,过滤后真空干燥,得到PSt/O-MMT大分子链转移剂。 1.2.2 P(St-b-Am)/O-MMT的制备 56 石油与天然气化工 第37卷 第1期 CHE M I C AL EN G I N EER I N G O F O I L&GAS 3中国石油天然气股份有限公司科技风险创新基金项目(NO.060511-2-8)。
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
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
国内钻井液降滤失剂的应用与分析
第一章引言 在石油与天然气勘探开发的各项施工中，修井作业是一个重要环节。油气水井在自喷、抽油或注水注气过程中，随时可能发生故障，造成油井减产甚至停产。诸如：油井下沙堵、井筒内严重结蜡结盐、油层堵塞、渗透降低、油气水层互相串通、生产油层枯竭等油井本身的故障；油管连接脱扣、套管挤扁、断裂和渗漏等油井结构损坏；抽油杆弯曲、断裂或脱扣、抽油泵工作不正常等井下采油设备故障等。出现故障后，只有通过井下作业来排除故障，更换井下设备，调整油井参数，恢复油井的正常生产。 石油在当代社会各国发展占据着非常重要的地位，相应石油钻采技术也在不断地得到迅猛的发展。各种化学处理剂亦相继问世。我国石油钻采技术还处于相对落后的水平：一种在于没有好的化学处理剂；一种在于没有好的钻井技术；好的泥浆处理剂对石油钻采有相当重要的作用。 降滤失剂是泥浆处理剂的一种,是用以保证钻井液性能稳定，减少有害液体向地层滤失，以及稳定井壁、保证井径规则的重要泥浆处理剂。 降滤失剂主要通过以下几个机理发挥作用： ①全方位地堵塞泥饼中的毛细孔道使其光滑而致密； ②增加泥饼负电荷密度使其形成强有力的极化水层； ③吸附于粘土晶体颗粒侧面形成桥联缩小毛细孔径； ④增加滤液粘度； ⑤改变泥饼毛细孔的润湿性。 在日前使用的各种降滤失剂中，以预胶化淀粉为代表的一类主要表现为第①种机理，而以NH、HPAN和SMP—I为代表的强阴离子型主要表现为第②、③种机理，对第④种机理来说，CMC、PAC类不可忽视，但其它降滤失剂类型可忽略不计，只有沥青类才具有第⑤种机理。一般降滤失剂的作用机制往往是以某种机理为主，以其它机理为辅。如果根据降滤失剂分子结构特点，通过化学改性或适当复配，既保留降滤失剂作用机理的强项又弥补其作用机理的弱项，即可改善其降滤失效果。
钻井用泥浆
钻井液 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。 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。） 1833 年，一位名叫弗劳威勒 (Flauville) 的法国工程师有一次观察绳式顿钻钻井作业。作业进行中，钻井设备钻出了水。这时他意识到喷出的水对把钻屑从井中提出会非常有效。使用流动的液体从钻孔中清除钻屑的原理由此确立。他设想了一种装置，按照这一设想，泵将水沿钻杆的内侧送至钻孔内，而当水经钻杆和钻孔壁间的缝隙返回到地表后，就会将钻屑一并带出。此操作程序沿用至今。 1900 年，在德克萨斯州的 Spindletop 钻探油井期间，钻井工人驱赶一群牛趟过了一个灌满水的地坑。被牛趟过的水坑中就会形成泥浆，它是一种粘稠的、泥浆状的水和泥土的混合物，钻井工人用泵将它送入钻孔中。钻井液如今仍被称作泥浆，但工程师们已不再只依赖水和泥土作为钻井液的原料。他们对混合物的成分进行精心调配，以满足各种钻探条件下的具体需要。现代化的钻井液确实是油井的命脉。今天如果没有它们，就不可能钻出深井。 旋转钻探已基本上取代了绳式顿钻钻井。使用这种技术时，钻头位于旋转岩管的末端。钻探过程与使用手持式电钻或螺丝钻钻入一块木头的过程类似。不象钻木头那样只钻入几英寸或几厘米，现代油井可深达地下几千英尺或几千米。钻木时，钻屑沿孔道的螺旋槽被从钻孔中带出。这种方法对钻浅孔有效，却不适用于钻探深井。钻探深井时，钻屑是随循环泥浆一起被带到地表上。油井钻得越深，就愈加体现出钻井液的重要性。它的用途很广并可解决各种问题，而这些问题各处差异极大。 钻井液的类型及组成 钻井液按分散介质（连续相）可分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体等。 钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成。液相可以是水（淡水、盐水）、油（原油、柴油）或乳状液（混油乳化液和反相乳化液）。固相包括有用固相（膨润土、加重材料）和无用固相（岩石）。化学处理剂包括无机、有机及高分子化合物。
中国石油化工集团公司发布
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Q/SH 0047—2007 前 言 本标准由中国石油化工股份有限公司科技开发部提出并归口。 本标准起草单位：中原石油勘探局钻井工程技术研究院。 本标准主要起草人：王旭、杨小华、卢国林、周亚贤、位华。 I
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Q/SH 0047—2007 1 钻井液用抗高温抗盐降滤失剂通用技术要求 1 范围 本标准规定了钻井液用抗盐抗高温降滤失剂的要求、试验方法、检验规则、包装、标志、质量检验单及使用说明书。 本标准适用于以磺化褐煤为主要材料经过复配或反应制成的钻井液用抗盐抗高温降滤失剂的准入、采购、质量监督检验、入库验收和性能评价。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 6678—2003 化工产品采样总则 GB/T 16783—1997 水基钻井液现场测试程序 SY/T 5490 钻井液试验用钠膨润土 3 要求 钻井液用抗盐抗高温降滤失剂应符合表1中规定的技术指标。 表1 技术指标 项 目 指 标 外观 黑褐色颗粒或粉末 细度（筛孔0.59 mm 筛余），％ ≤ 10.0 水分，％ ≤ 10.0 水不溶物，％ ≤ 15.0 pH 值 9～10 表观粘度，mPa ?s ≤ 15 淡水钻井液 高温高压滤失量，mL ≤ 30.0 表观粘度，mPa ?s ≤ 35 180/16h ℃ 盐水钻井液 高温高压滤失量，mL ≤ 35.0 4 试验方法 4.1 仪器设备和试剂 仪器设备和试剂包括： a ）分析天平：分度值0.1 mg ； b ）高温高压失水仪； c）高温滚子炉； d）恒温干燥箱：控温精度±2℃； e）高速搅拌机:10000 r/min～12000 r/min；
计算公式 1、钻井液配制与加重的计算 （1）配制低密度钻井液所需粘土量 水 土水 泥土泥土 ） （ρ-ρρ-ρρ=V W 式中： 土W ---所需粘土重量，吨（t ）； 土ρ -- 粘土密度，克/厘米3（g/cm3） 水ρ -- 水的密度，克/厘米3（g/cm3） 泥ρ -- 欲配制的钻井液的密度，克/厘米3（g/cm3） 泥 V 欲配制的钻井液的体积，米3（m3） (2)配制低密度钻井液所需水量 土 土泥水ρ-=W V V 式中： 水V ---所需水量，米3（m3）； 土ρ -- 所用粘土密度，克/厘米3（g/cm3） 土 W -- 所用粘土的重量，吨（t ） 泥V -- 欲配制的钻井液的体积，米3（m3） （3）配制加重钻井液的计算 ①对现有体积的钻井液加重所需加重剂的重量 重 加原 重加原加 ） （ρ-ρρ-ρρ=V W
式中： 加W ---所需加重剂的重量，吨（t ）； 原ρ -- 原有钻井液的密度，克/厘米3（g/cm3） 重ρ -- 钻井液欲加重的密度，克/厘米3（g/cm3） 加ρ -- 加重剂的密度，克/厘米3（g/cm3） 原 V -- 原有钻井液的体积，米3（m3） ②配制预定体积的加重钻井液所需加重剂的重量 原 加原 重加重加 ） （ρ-ρρ-ρρ=V W 式中： 加W ---所需加重剂的重量，吨（t ）； 原ρ -- 原有钻井液的密度，克/厘米3（g/cm3） 重ρ -- 钻井液欲加重的密度，克/厘米3（g/cm3） 加ρ -- 加重剂的密度，克/厘米3（g/cm3） 重 V -- 加重后钻井液的体积，米3（m3） ③用重晶石加重钻井液时体积增加 2 1 224100(v ρ-ρ-ρ=.） 式中： v ---每100m3原有钻井液加重后体积增加量，米3（m3）； 1ρ -- 加重前钻井液的密度，克/厘米3（g/cm3） 2 ρ -- 加重后钻井液达到的密度，克/厘米3（g/cm3）
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
重庆科技学院 钻井液工艺学（论文）题目降滤失剂的应用现状与发展方向 院（系）化学化工学院 专业班级 学生姓名学号 指导教师职称 评阅教师职称 2013年4月25日
降滤失剂的应用现状与发展方向 摘要：降滤失剂在石油钻井中是用量最大且最重要的一类处理剂，它对维护钻井液性能稳定、安全高效钻井有着重要的作用。在这方面研究最多、发展最快，且在新型含磺酸基聚合物降滤失剂方面取得了可喜的进展。降滤失剂的研究约占钻井液处理剂的50%，这与降滤失剂在钻井液中所处的地位和钻井液所面临的新问题有关。 降滤失剂产品可分为两大类：颗粒材料和水溶性高分子材料。早期使用的是颗粒材料如膨润土、沥青、硅灰、花生壳、胶乳等，现在实际应用较少。目前，大部分降滤失剂均为水溶性的高分子与合成高分子及它们的改性产品［1-2］。近年来，很多新兴的降滤失剂不断被开发出来，例如聚合物/无机物纳米复合降滤失剂，以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为基料的多元聚合物，两性离子型共聚物降滤失剂AADM，新型膨润土接枝聚合物钻井液降滤失剂等。 1.天然材料及其改性产品 纤维素类改性产品以其价廉质优等特性一直受到重视，征对现场应用中出现的问题，近年来开展了一系列的研究，如对聚阴离子纤维素的进一步改性，提高了抗盐、抗钙、抗高温及降滤失能力并明显提高了增黏作用。选用锌类纳米材料ZZ作为纳米复合处理剂的原料，采用溶液共混法与乳液共混法为主、机械共混法为辅的共混方法制得的纳米改性材料CMC-ZZ［3］，改善了钻井液的护胶性能，降低了常温及常压滤失量，也能提高塑性黏度和动切力。 淀粉类改性产品多以醚化和接枝为主，可明显提高产品的抗温、抗盐能力，这方面的研究有以玉米淀粉为原料研制的两性离子型改性淀粉降滤失剂CSJ，其阴离子取代度为0.5-o.8，阳离子取代度为0.2-0.4，在淡水钻井液、正电胶钻井液和盐水钻井液中，均有较好的流变性能和降滤失性能，能保持增强正电胶钻井液的结构和流变特性，与正电胶钻井液具有良好的配伍性
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
1、降滤失剂(Filtrate Reducers) 用来降低钻井液的滤失量，如膨润土、褐煤、CMC、PAC、预胶化淀粉等。 2、增粘剂(Viscosifiers) 用来提高粘度以保证钻井液的更好的井眼清洁能力和悬浮固相能力，包括膨润土、CMC、PAC、凹凸棒土和高分子量聚合物等。 3、乳化剂(Emulsifiers) 用来使两种互不相溶的液体成为非均匀混合物(乳状液)。 包括：用于油基钻井液中的脂肪酸和胺基化学产品和用于水基钻井液中的清洁剂、脂肪酸盐、有机酸、水溶性表面活性剂等，可以是阴离子型、非离子型或阳离子型的化学产品。 4、页岩抑制剂(ShaleControl Inhibitors) 可溶性钙盐、钾盐等无机盐和一些有机化合物因降低页岩的水化作用而具有页岩抑制性。 5、堵漏材料(Lost Circulation Materials) 用来封堵漏失层，隔离井眼表面和地层，以便在随后作业中不会再造成钻井液的漏失。 6、表面活性剂(SurfaceActive Agents) 降低接触面(水-油、水-固体、水-空气等)之间的界面张力，可作为乳化剂、破乳剂、润湿剂、絮凝剂或解絮凝剂等使用。 高温稳定剂(TemperatureStability Agents)
用来提高钻井液在高温条件下的流变性能和滤失性能稳定性，并在高温条件下持续发挥其功能，例如丙烯酸盐聚合物、磺化聚合物和共聚物，以及褐煤、木质素磺酸盐和丹宁基添加剂等。 7、润滑剂(Lubricants) 用来降低钻井液的摩阻系数，以便降低扭矩和阻力；如各种油、合成基液体、石墨、表面活性剂、乙二醇、甘油以及其他化学产品。 8、加重材料(Weighting Material) 9、消泡剂(Defoamers) 用来减少钻井液发泡作用，特别是在盐水和饱和盐水钻井液中。 10、发泡剂(FoamingAgents) 通常作为表面活性剂在有水时发泡，发泡剂可使空气或天然气用于钻水层。 11、杀菌剂(Bactericides) 用来防止淀粉、生物聚合物等有机添加剂细菌降解。
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。
AMPS (ATBS) POLYMER MULTIFUNCTIONAL FLUID LOSS ADDITIVE CG610S-P SECTION 1: PRODUCT NAME PRODUCT NAME: AMPS (ATBS) polymer multifunctional fluid loss additive CG610S-P PRODUCT DESCRIPTION: Well cement fluid loss additive SECTION 2: HAZARDS IDENTIFICATION CHARACTERISTICS: Nonflammable and inexplosive. HEALTH HAZARDS: Irritate eye and skin slightly; Cause irritation of the mucosal and upper respiratory tract. ENVIROMENTAL HAZARDS: Slightly toxic to fish and animal. SPECIAL ATTENTION: None. SECTION 3: COMPOSITION/INFORMATION ON INGREDIENTS INGREDIENT NAME COMPOSITION CAS No. AMPS copolymer 98% Water 2% 7732-18-5 SECTION 4: FIRST AID MEASURES SKIN CONTACT: Put off contaminated clothing, rinse with soapy and clean flowing water. EYE CONTACT:Raise the eyelid. Rinse it with plenty of clean flowing water and physiological saline. Consult a doctor if irritation occurs. INGESTION:Drink plenty of water to induce vomiting; If be uncomfortable, consult a doctor please. INHALATION:Escape to fresh air; If have breathing difficulties, consult a doctor. SPECIAL ATTENTION:None. SECTION 5: FIRE-FIGHTING MEASURES FLAMMABILITY: See section 9(Physical and Chemical Properties). FIRE FIGHTING MEDIUM: Foam, dry powder, carbon dioxide, water. SPECIAL FIRE-FIGHTING EQUIPMENTS: None. SECTION 6: ACCIDENTAL RELEASE MEASURES PERSONAL PRECATIONALS: Use personal protective equipment recommended in Section 8 (Exposure Controls/Personal Protection). SPILL: Collect the most of leakage, clean the site of leakage. WASTE TREATMENT METHODS: Be properly buried or handled according to local environment requirement. PACKING TREATMENT METHODS: Transferred to the dumping site for proper disposal. SECTION 7: HANDLING AND STORAGE HANDLING: Keep the containers closed when not in use. Do not get in eyes, on skin. Wear proper personal protection. STORAGE ATTENTION: Stored in a dry cool place, prevented from the sun and rain, kept away from the heat and fire and incompatible materials. SPECIAL ATTENTION: None. SECTION 8: ESPOSURE CONTROLS AND PERSONAL PROTECTION ENGINEERING CONTROL: Provide exhaust ventilation or other engineering controls to keep the airborne concentrations of vapors or particles below their respective threshold limit value. RESPIRATORY PROTECTION: Wear dusk mask. SKIN PROTECTION: Wear standard protective clothing and gloves. EYE PROTECTION: Wear chemical splash goggles. SPECIAL ATTENTION: Smoking, food and water drinking are all forbidden.