中外常用钻井液处理剂名称对照及主要用途
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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 1.0-3.02.0-3.0纯碱促进膨润土水化和控制Ca2+含量﹤150mg/l2、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 5.0-15.0CMC 降失水剂 2.0-4.0PAC①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 5.0-20.0SMP②高温降失水剂 5.0-20.0RH-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6-14SMC 降粘剂,降失水剂6-14KHm 降粘剂,降失水剂6-14CMC 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6-14SPNH 高温降失水剂5-15 用于>3500m的井SMP 高温降失水剂5-15RH-3 润滑剂10-30烧碱PH调节3-84、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40-605、KCl聚合物钻井液的配方材料和处理剂功用用量(kg/m3)备注KCl 提供K+ 70-110KOH 调节PH,提供K+ 8-15包被增稠剂PHPA,M.W.=3×106按实际需求供选择PHPA,M.W.=(0.包被增稠剂8~1.2) ×107KPAM 包被增稠剂10-20NH4-HPAN 降粘剂,降失水剂3-6PAC 降失水剂3-6CMC 降失水剂3-6供选择SPNH 高温降失水剂5-20 用于>3500m MMH 胶凝剂3-5 供选择XC 胶凝剂3-5RH-3 润滑剂15-30FT-1 井壁稳定5-206、聚合物—磺酸盐—MMH钻井液的配方材料和处理剂功用用量(kg/m3)备注K-PAM 包被增稠剂6-10PAC-141 包被增稠剂6-10 供选择FA-367 包被增稠剂6-10NH4-HPAN 降粘剂,降失水剂3-8PAC 降失水剂3-6CMC 降失水剂3-7 供选择SPNH 高温降失水剂5-15用于>3500m SMP 高温降失水剂5-15SMT 高温降粘剂5-15XY-27 降粘剂3-8MMH 胶凝剂3-6烧碱调节PH 3-5 调节PH=9~10.5 RH-3 润滑剂15-20FT-1 井壁稳定15-207、聚合物—MMH钻井液的配方材料和处理剂功用用量(kg/m3)备注K-PAM 包被增稠剂6-10PHPA 包被增稠剂6-10FA-367 包被增稠剂6-10 供选择HPAN 降粘剂,降失水剂3-6PAC 降失水剂3-6 供选择CMC 降失水剂3-6XY-27 降粘剂3-8MMH 胶凝剂3-5烧碱调节PH 3-5RH-3 润滑剂15-20FT-1 井壁稳定5-208、聚合醇钻井液配方型号材料和处理剂功用用量(kg/m3)备注I型PAC-141 包被增稠剂 1.5-3.52200~3500m时使用NH4-HPAN 降粘剂,降失水剂 5.0-8.0PAC 降失水剂 2.5-4.0聚合醇井壁稳定和润滑剂 3.0-5.0II型FA-367 包被增稠剂 1.5-3.03500m或更深的井使用PAC 降失水剂 2.5-4.0SMP 高温降失水剂15.0-25.0SMT 降粘剂15.0-30.0聚合醇井壁稳定和润滑剂 3.0-5.09、硅基钻井液配方材料和处理剂功用用量(kg/m3)备注KPAM 包被增稠剂4-6硅酸盐页岩抑制剂40-80FCLS 降粘剂3-8 供选择NH4-HPAN 降粘剂,降失水剂3-8PAC 降失水剂4-6 供选择CMC 降失水剂4-6MMH 胶凝剂3-5XY-27 降粘剂3-8 供选择FT-1 井壁稳定5-20 供选择10、甲酸盐钻井液配方材料和处理剂功用用量(kg/m3)备注KPAM 包被增稠剂10-15 供选择PAC-141 包被增稠剂10-15MMH 胶凝剂3-5XC 胶凝剂20-30PAC 降失水剂4-6 供选择CMC 降失水剂4-6SMP 高温降失水剂20-40 用于深井磷酸三丁酯消泡剂2-5加重材料加重剂根据需要10、解卡剂配方材料名称配方A 配方B规格用量规格用量柴油0#或10# 100m3 0#或70# 100 m3氧化沥青软化点150℃80目粉状12t 软化点150℃80目粉状20t有机土80-100目 1.6t 胶体率90% 3t油酸酸价190-205碘价60-100 1.8t 酸价190-205碘价60-1002t快T 渗透力为标准的100±5%1.6t 1.6 石灰120目 3.0 120目40t 烷基苯/ /2.0t SPAN-80 / / 0.5t 水 5.0m3 1/50重铬酸钠溶液 5.0 m3重晶石200目密度≥4.20g/cm3 加至需要的密度200目密度≥4.20g/cm3加至需要的密度11 / 11。
钻井液常⽤处理剂的作⽤机理(⼀)概要钻井液常⽤处理剂的作⽤机理(⼀)钻井液处理剂⽤于改善和稳定钻井液性能,或为满⾜钻井液某种性能需要⽽加⼊的化学添加剂。
处理剂是钻井液的核⼼组分,往往很少的加量就会对钻井液性能产⽣很⼤的影响。
钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多,为了使⽤和研究⽅便将按其功能进⾏分类。
根据2006年API钻井液处理剂分类⽅法,将钻井液处理剂分为降滤失剂、增粘剂、乳化剂、页岩抑制剂、堵漏材料、降粘剂、腐蚀抑制剂、表⾯活性剂、润滑剂/解卡剂、加重剂、杀菌剂、消泡剂、泡沫剂、絮凝剂、除钙剂、pH控制剂、⾼温稳定剂、⽔合物控制剂。
共计18类。
其中润滑剂/解卡剂合并,另外增加了⽔合物控制剂我国钻井液标准化委员会根据国际上的分类法,并结合我国的具体情况,将钻井液配浆材料和处理剂分为16类,分别为粘⼟类、加重剂、碱度控制剂、降滤失剂、降粘剂、增粘剂、页岩抑制剂、絮凝剂、润滑剂、解卡剂、杀菌剂、缓蚀剂、乳化剂、堵漏剂、发泡剂、消泡剂。
这16类处理剂所起的作⽤不同,但在配制和使⽤钻井液是,并不同时使⽤这些处理剂,⽽是根据现场需要选择其中的⼏种。
下⾯对这16种处理剂进⾏介绍。
1 粘⼟类粘⼟的本质是粘⼟矿物。
粘⼟矿物是细分散的含⽔的层状硅酸盐和含⽔的⾮晶质硅酸盐矿物的总称。
粘⼟矿物是整个粘⼟类⼟或岩⽯的性质,它是最活跃的组分。
晶质含⽔的层状硅酸盐矿物:⾼岭⽯、蒙脱⽯、伊利⽯、绿泥⽯等;含⽔的⾮晶质硅酸盐矿物:⽔铝英⽯、硅胶铁⽯等。
1.1 粘⼟矿物的两种基本构造单元1.1.1 硅氧四⾯体与硅氧四⾯体晶⽚硅氧四⾯体:有⼀个硅原⼦与四个氧原⼦,硅原⼦在四⾯体的中⼼,氧原⼦在四⾯体的顶点,硅原⼦与各氧原⼦之间的距离相等,其结构见右图。
图1硅氧四⾯体结构硅氧⾯体晶⽚:指硅氧四⾯体⽹络。
硅氧四⾯体⽹络由硅氧四⾯体通过相临的氧原⼦连接⽽成,其⽴体结构见右图。
图2 硅氧四⾯晶⽚结构图1.1.2 铝氧⼋⾯体与铝氧⼋⾯体晶⽚铝氧⼋⾯体:六个顶点为氢氧原⼦团,铝、铁或镁原⼦居于⼋⾯体中央(如右图所⽰)。
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。
第三章钻井液处理剂第一节无机处理剂参见《泥浆工艺原理》p66~69。
最常用的有Na2CO3(配浆)、NaOH(调Ph)、Ca(OH)2(钙处理钻井液)、CaCl2、NaCl、BaSO4、(NaPO3)6(六偏磷酸钠,降粘剂)等。
第二节稀释剂定义:用来降低钻井液粘度和切力以改善流动性的物质。
钻井液一般是一种塑性流体,粘度一般是指塑性粘度。
定义:钻井液层流时,网状结构的破坏速度等于恢复速度,悬浮粒子之间、悬浮粒子与液相之间以及液相之间的内摩擦力。
计算:PV=Φ600—Φ300(mPa.s)表观粘度(视粘度,有效粘度):某一流速梯度下,流体的剪切应力与流速梯度的比值。
计算:A V=Φ600/2(mPa.s)。
动切应力:钻井液层流时,网状结构的破坏速度等于恢复速度,破坏单位网状结构所需要的力。
YP=0.511(Φ300—PV)(Pa)。
一、钻井液稠化的原因1、固相颗粒过多钻屑侵入并分散,引起固相颗粒增加,体系粘度增加。
此时稀释剂不能调节粘度,只能加强固控处理或加水稀释。
2、体系形成网状结构粘土颗粒形状不规则,表面性质不均匀(如层面带负电,端面可正可负),导致颗粒端—端、端—面连接,形成网状结构,当颗粒足够多时,形成连续的空间网状结构,钻井液稠化,粘度、切力上升。
可用稀释剂来调节,拆散网状结构。
3、聚合物钻井液中聚合物的结构及粘度一个聚合物长分子吸附多个粘土颗粒并形成结构;聚合物溶液本身有粘度。
加入小分子量有机物降粘剂,如磺化苯乙烯—马来酸酐(SSMA)、醋酸乙烯酯—马来酸酐共聚物(V AMA)、XY-27等。
4、无机电解质的影响无机盐离子压缩双电层,Zeta电位减小,斥力减小,易形成网状结构。
使用抗盐的稀释剂,如:铁铬盐(FCLS)等。
二、稀释机理1、传统降粘机理(1)拆散结构每一种处理剂均有吸附基团(静电引力、分子间力、氢键、配位键、螯合)和水化基团(-COONa、-ONa、-SO3Na),吸附基团优先吸附在粘土颗粒边缘断键处,将正电荷变为负电荷,同时水化基团水化,使水化膜增厚,斥力增大,拆散或削弱粘土颗粒间的端—端、端—面连接,拆散或削弱了钻井液的网状结构,粘、切下降。
1 / 15 中外常用钻井液处理剂名称对照及主要用途 表1 粘土类 通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 优质膨润土 API钻井级搬土 天然钠质土 M-I GEL AQUAGEL MILGEL Wyoming Bentonit 水基钻井液中提粘,降滤失建造泥饼及堵漏
未处理天然膨润土 试验用钠膨润土 MILGEL NT AQUAGEL GOLD SEAL 水基钻井液中得粘,降滤失建造泥饼
经处理过的高造浆膨润土,增效搬土 SUPER-COL QUIK-GEL KWIK-THIN 水基钻井液中提粘,表层钻井快速增粘剂
OCMA搬土 行标二级膨润土 MIL-BEN 水基钻井液中提粘,降滤 失建造泥饼 累托石粘土 累托土 水基钻井液中提粘,降滤失建造泥饼 山软木土 凹凸棒石抗盐 SALT WATERGEL ZEOGEL SALT GEL At tapulgite 盐水钻井液中提粘,建造泥饼及堵漏
海泡石粘土 海泡石 (HL—ZI,HL—ZⅡ) Geo Gel Thermogel DUROGEL 盐水钻井液和高温井钻井液提粘,其他钻井液 也适用 高岭土 钻井液用评价土 英国评价土 钻井液试验用
有机粘土 (见油基钻井液的添加剂类) 油基钻井液中提粘, 降滤失建造 泥饼 表2 加重材料 通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 API级重晶石粉 (BaSO4) 重晶石粉 MIL-BAR M-I BAR BAROID 各种钻井液加重剂或配 重晶石英钟浆封堵又 喷又漏 铁矿粉 氧化铁粉 镜铁矿粉 钒钛铁矿粉 钛铁矿粉 DENSIMIX BARODENSE FER-OX IDWATR 各种钻井液中加重及 封堵又喷又漏
碳酸钙粉(CaCO3) 石灰石粉 碳酸钙粉 W.O.30 BARACARB LO-WATE LDCARB 75 酸溶性加重剂
重晶石与赤铁矿混合物 BAR-PLUS 各种钻井加重材料及 封堵又喷又汛 2 / 15
通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 方铅矿粉(PbS) 方铅矿粉 硫化铅 Super-Wate Galena 各种钻井液的加重剂, 可加重 至密度 酸溶液性高密度加重材料 Siderite W.O.35 主要用于完井液加重
各种无机盐 氯化钠,氯化钙,溴 化钙,溴化锌等 NaCl,CaCl2 CaBr2,ZnBr2 用于无固相完井液加重
表3 增粘剂 通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 生物聚合物 黄孢胶 黄原胶 XC聚合物 FLOWZAN XCD New-Vis BARAZAN 各种水基钻井液增粘提高携砂能力
高分子量纤维衍生物 的混合物 羧甲基羟乙基纤维 CT-91 INSTAVIS 水基钻井液增粘 高粘度聚阴离子纤维素 高粘度聚阴离子纤维素 PAC DRISPAC-R Polypac-HV MIL-pac HV 水基钻井液增粘剂 及包被剂和降失水
高粘度羧甲基纤维素 高粘CMC CMC-HV HV-CMC ZJT-1 CMC-HV IDF RHEOPOL MILPARK CMCHV CELLEX(HV) 水基钻井液增粘和降失水
羟 乙基纤维素 HEC W O 2IL LIQUI-VIS IDHEC IDHEC-L 完井液盐水增粘剂
石绵纤维 石绵 HN-1,SM-1 改性石绵 FLOSAL SUPER VISBESTOS VISQUICK 水基钻井液增粘剂 混合聚合物 PMN-2 PMN-2 POLY-STAR FOLY-MIX W O/23 POLYMER 404 水基钻井液增粘
胍胶及衍生物 胍胶 羟乙基田莆粉 LO LOSS SMCX Solvitex SG-100 GGPFSD-3 完井液和低固本体系 增粘剂 清扫液增粘剂 快速配制高粘度开钻钻井液 3 / 15
通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 丙烯酰胺与丙酸盐多元共聚物或甲叉聚丙烯酰胺 80A51 PAC 141 PHMP 水基钻井液增粘剂及包被剂
化学改性甜菜淀粉 PYRO-VIS 水基体系增粘降滤失 混合金属层状氢氧化物 MMH,MA-01 MSF-1,MLH-2 正电胶 MMH 水基正电钻井液增粘
表4 降粘剂 通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 酸式焦磷酸纳 酸式焦磷酸盐 SAPP 低钙钻井液分散剂以及处理水泥污染 四磷酸纳 四磷酸纳 STP OILFOS BARAFOS 低钙钻井液降粘剂以及降失水
铁铬木质素磺酸盐 FCLS-FC 无铬木质素磺酸盐 M-9,MC UNI-CAL Q-BROXIN SPERSENE 水基钻井液降粘剂,无污染钻井液降粘剂
磺化单宁 改性单宁 磺甲基化单宁,SMT,KTN,NaT DESCO,DESCO CF TANNEX, TANCO 水基钻井液降粘剂或者抗高温降粘剂
褐煤衍生物 铬褐煤 硝基腐植酸纳 硝基腐植酸钾 腐植酸铁铬 OSHM-K,CrHM OSAM-K, SMC XP-20 CC-16 LIGCON COUSTILIG 水基钻井液高温降粘剂及降失水
合成聚合物高温降粘剂(马来酸酐共聚物) SSMA MIL-TEMP, SSMA THERMA-THIN MELANEX-T IDSPERSE HT 抗高温水基钻井液降粘剂
聚合物降粘剂 (低聚物降粘剂) GN-1 XA-40 XB-40 NEW-THIN THERMA-THIN TACKLE IDTHIN 500 水基钻井液降粘剂 4 / 15
通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 复合离子多元共聚物降粘剂 GD-18, JT-900 XY-27, PSC90-6 PAC145 MIL THIN THIN-X CPD 水基钻井液降粘剂
树皮提取物 栲胶,改性栲胶 SMK,FSK 磺化栲 胶 831 Q-B-T MIL-QUEBRACHO 石灰钻井液和淡水钻井液降粘剂
褐煤产物或苛性褐煤等 腐植酸钠,NAHM 腐植酸钾 无铬磺化褐煤 GSMC PFC CARBONOX TANNATHIN LIGCO CAUSTI-LIG K-LIG XKB-LIG 水基钻井液降粘剂和乳化剂及辅助降失水剂或页岩抑制剂
磷酸衍生物 羟乙基叉二膦酸氨基三甲叉膦酸乙二胺四甲叉膦酸盐,EDTMP(S) 水基钻井液降粘剂 丙烯酸聚合物 PAA,PAAS 聚丙烯酸钠 淡水钻井液降粘剂 硅稀释剂 HJN-301 GX-1 水基钻井液降粘剂 氧化木质素衍生物 MIL-KEM LIGNOX RD-2000 IDF PLOYLIG 水基钻井液降粘剂
表5 降滤失剂 通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 5 / 15
通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 预胶化淀粉或羧甲基淀粉,聚合淀粉,羟丙基淀粉 PDF-FLO PDF-FLOHTR DFD-Ⅱ DFD-140 GD 10-2 CMS LSS-1 LS-2 CMS-Na, STP MILSTARCH IMPERMEX MY-OL-JEL IDFOL LT PERMA-LOSE HT DEXTRID POLY-SAL IDFLO THERMAPAC UL 水基钻井液降滤失剂,多数不会发酵,有些产品使用时要添加杀菌剂
低粘度聚阴离子纤维素 DRISPAC-SL MIL-PAC LV POLYPAC-LV IDF-FLR XL 水基钻井液降滤失剂 及包被剂,不增粘
低粘度钠羧甲基纤维素中粘度钠羧甲基纤维素 CMC-LV CMC MV-CMC CMC LOVIS CMC-LV CELLEX MILPARK CMC LV 水基钻井液降滤失剂
AMPS/AAM共聚物 乙烯酰胺/乙烯磺酸盐共聚物 VSVA KEM-SEAL THERMA-CHEK IDFLD HTR 水基钻井液高温降滤失剂
AMPS/AM共聚物 PYRO-TROL PLOY RX IDF POLYTEMP DRISCAL D 水基钻井液高温高压降滤失剂
腐植酸树脂 SPNH, PSC SPC, SHR SCUR, HUC CHEMTROL X DURENEX RESINEX BARANEX 水基钻井液抗高温降滤失剂
褐煤产物 NaC, GN-J Na-Hm Na-NHm LIGCO, LPC CARBONOX LIGCON 淡水钻井液降滤失剂 聚丙烯酸衍生物或聚丙烯酸盐 Na-HPAN HPAN Ca-HPAN CPAN, CPA NH4-HPAN NPAN,PT-1 NEW-TROL POLYAC SP-101 IDF AP 21 CYPAN WL-100 淡水钻井液降滤失剂适用于无钙低固相非分散体系 6 / 15
通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 磺甲基酚醛树脂 磺化木素与树脂等 SMP-1 2 SCSP SLSP 水基钻井液降高温降滤失剂
乙烯基单体多元共聚物 PAC 143, CPF CPA-3, SK-IDⅢ PAC-142, DHL-1 PAC-143 水基钻井液降滤失剂
复合离子聚合物 阳离子聚合物 JT-888, JT-900 CHSP-1 PAL 高温 水基钻井液降滤失剂
复合纤维素 QH-COC 水基钻井液降滤失剂 其他 S-88, NP924 SG-1, PSC90-4 HMF-Ⅱ, A-903 SPC TSP 水基钻井液抗高温降滤失剂
表6 絮凝剂 通称或主要成份 中国名称 外国名称 主要用途 部分水解聚丙烯酰胺(液状) PDF-PLUS(L) NEW-DRILL IDBOND POLY-PLUS 配制不分散低固相体系页包被抑制剂
部分水解聚丙烯酰胺(粉状) PDF-PLUS PHP PHPA NEW-DRILL HP NEW-DRILL PLUS EZ MUD DP IDBOND P 配制不分散低固相体系并作页岩包被抑制剂
搬土增效剂 GELEX X-TEND Ⅱ DV-POLYMER 354 增加粘土造成浆率 配制低固相体系
阳离子聚丙烯酰胺 ZXW-Ⅱ APS-725 PHPA-500 强絮凝包被剂 聚合氯化铝 碱式氯化铝 SEG-2 碱式氯化铝 无机强絮包被剂 聚丙烯酰胺 PAM PAM 强絮凝包被剂