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1、三、油基钻井液 1. 定义：以油作为分散介质的钻井液。油水比在（5080）: (5020)油包水乳化钻井液最为常用。 固相颗粒悬浮在油中，水或盐水乳化在油中，即油是连 续相。(柴油+沥青/有机土+处理剂) 2. 优点： 防塌，有很强的抑制性； 润滑、防卡； 具有很好的热稳定性； 有很强的抗盐、钙的污 染能力； 能有效地减轻对油气层的伤害。 3. 缺点： 成本高； 机械钻速低； 影响测井资料解释； 对环境会产生污染； 配制工艺复杂。 4. 油基钻井液的类型与组成 普通油基钻井液： 柴油沥青有机土+混入的少量水（10%以内） 油包水乳化钻井液 柴油（或低毒矿物油）、淡水或盐水（10%-60%） 、
2、乳化剂、润湿剂、亲油胶体 低胶质油包水乳化钻井液 柴油、乳化水（15%左右）、乳化剂、润湿剂、少 量亲油胶体、石灰、加重材料 低毒油包水乳化钻井液 矿物油、乳化水（10%-60%）、乳化剂、润湿剂、 亲油胶体、石灰、加重材料 5. 油基钻井液适用范围 用作高温（200度以上）、超深井（5000m以上） 的钻井液； 用于极复杂地层（极易坍塌层、极易粘附卡钻地 层、软泥岩地层、盐膏泥互层）钻井； 用于油气层钻井，保护产能； 用于特殊工艺要求的井，如大斜度定向井和和大 位移井 6. 乳化剂的作用： 复合乳化剂在油一水界面形成具有一定强度和粘 度的膜，当液滴相碰时，不易合并变大，使乳状液 稳定。 降低
3、油水界面张力。 增加外相粘度，以增加水滴碰撞的阻力，从而提 高乳状液的稳定性。 使用离子型乳化剂时，带相同电性的乳化水滴更 稳定。 7. 润湿剂、亲油胶体作用： 润湿剂： 使重晶石和钻屑等亲水的固体粒子在油 基泥浆中从亲水变为亲油。 亲油胶体： 有机土、氧化沥青、褐煤粉、二氧化锰 等固体粒子。 8. 石灰、加重剂作用： 石灰 提供Ca2+有利于二元金属皂的形成，保证所添加的 乳化剂能充分地发挥效能； 维持油基钻井液的pH值在8.510之间，防止钻具腐 蚀； 有效地防止地层中CO2和H2S等酸性气体对钻井液的 污染。 加重材料 重晶石（适当加入润湿剂和乳化剂） 四、 气基钻井液 1. 定义：用高
4、速气体或天然气清除钻屑的钻井液 2. 分类： 空气或天然气钻井流体 雾状钻井流体 泡沫钻井流体 充气钻井液 3. 气基钻井液主要分散介质： 纯气体（空气、氮气、天然气） 泡沫钻井液（以水为连续相，气体为分散相） 4. 配置专用设备： 空气：压风机、空气冷却装置、输气管线和仪表、井口 挡砂装置、旋流除砂器等； 天然气：气源、旋转防喷器、气水分离器、针型阀等 泡沫钻井液：气体压缩机、泡沫发生器、高速离心除泡 装置、控制管汇及测量仪器仪表。 5. 泡沫钻井液控制参数： 对于气液两相泡沫，主要控制以下参数 液体体积分数 液体体积与一定温度（T）压力（P）下泡沫 总体积Vf(T,P)之比； 泡沫质量分数
5、 在一定温度压力下，气体体积与泡沫气体之比 ； 充气度 在大气条件下空气的排量与液体排量之比； 泡沫倍数 在大气条件下泡沫体积与液体体积的比。 6. 泡沫钻井液的特点 具有较高的环空返速，携带岩屑能力强； 液柱压力极低，约1.53.5MPa; 能够比较安全地对付废水、天然气和地层水； 钻出的岩屑十分清晰，便于分析； 能够较好地保护产层，减轻对产层地伤害。 7. 微泡沫钻井液的特点 在不注入空气和天然气的情况下产生均匀微小气 泡，产生比水低的钻井液密度。 l用于低压油气层及低压易漏层钻井。 五、合成基钻井液 1. 定义： 合成基钻井液体系是以人工合成化学品( 如酯类、醚类、合成烃类)为基液取代柴
6、油和 矿物油作为连续相，盐水为分散相，加入普通 油基钻井液中使用的相同添加剂如乳化剂 降 滤失剂和增黏剂等组成的一类油包水逆乳化分 散钻井液体系。 2. 优点： 合成基液易于降解，本身毒性较小，利于环境保护； 合成基液的闪点比矿物油高，发生火灾和爆炸的可能性小 ； 其凝固点比矿物油低，低温可泵送性好，可在寒冷地区使 用； 液相粘度比矿物油高，利于悬浮和携带钻屑， 热稳定性高，达200，高温时，仍能满足携屑的需要； 有较强的抑制性和井眼稳定性，以及较好的润滑性和携屑 性能，特别适 合于水平井、大斜度井、大位移井和多底井的 钻进； 钻井液常规性能稳定和易于控制， 在环境保护要求严格的地区钻井，可以
7、就地处理钻屑，而 节省费用； 对于某些特殊井，钻井综合成本低于油基和水基钻井完井 液， 对地质录井影响小，保护油气层的效果好。 3. 缺点：成本高。 六、钻井液处理剂的应用状况及发展趋势 新型油田化学品的研究在油田勘探开发 中占有十分重要的位置。上世纪70年代研究成 功磺化褐煤、磺化丹宁、磺化酚醛树脂及抗高 温聚合物，使钻井液抗温能力达到200以上 。部分水解聚丙烯酰胺等聚合物在钻井液中得 到应用后，形成了聚合物低固相不分散钻井液 体系，解决了钻井过程中的一系列复杂问题， 满足了高压喷射钻井对钻井液性能的要求，大 幅度提高了钻井速度。 概述 自上世纪80年代以来，国内外钻井液完 井液处理剂研究
8、开发速度较快，产品的更新 周期缩短。目前，钻井液用化学剂有18类， 国外有3000个，国内有260个商品牌号。 近几年，我国每年钻井近104口，进 尺约1500104m，钻井用化学品无论是品种 、应用量都占整个油田化学品的60%左右， 是油田化学产业中发展较快、品种较多、水 平较高、应用效果较好的一类产品。 表 钻井液用化学剂及代号 代号* 中文名称英文名称 DF-BA杀菌剂Bactericide DF-CO缓蚀剂Corrosion inhibitor DF-CR除钙剂Calcium removwe DF-DFO消泡剂defoamer DF-EM乳化剂emulsifier DF-FI降滤失剂F
9、ilter ewducer DF-FL絮凝剂flocculant DF-FO起泡剂Foaming agent DF-LO堵漏剂Lost circulation material DF-LU润滑剂Lubricant DF-PF解卡剂pipe-freeing agent DF-PHpH值控制剂pH control agent DF-SAA表面活性剂Surfactant(surface active agent) DF-SC页岩抑制剂Shale control agent DF-TH降粘剂Thinner DF-TS温度稳定剂Temperature stability agent DF-V增粘剂vis
10、cosifier DF-W加重剂Weighting material 注：*国内油田化学品行业代号。 钻井液处理剂的应用现状 1. 增粘剂 增粘剂是用量较大的一类处理剂。 作为钻井液完井液增粘剂，其功能绝非仅仅是 “增粘”、而同时具有调整钻井液动切力、静切力 、粘弹性和改善泥饼质量的作用。 目前，现场广泛使用的膨润土存在的缺点及发 生的问题引起人们的关注。为适应保护油气层、满 足定向井、水平井、深井钻井施工对增粘剂的使用 要求，必须研究开发新型增粘剂。 无机增粘剂类： l 层状混合金属氢氧化物(MMHmixed metal hydroxide)。 MMH的晶体构造随合成方法和化学成分的不同而
11、异，一般说，其单元晶层是由一层或数层为阴离子 基团所围绕的混合金属离子层相间重叠而成，其厚 度为(510)10-8Cm，有的可达8010-8Cm。在 MMH的层状结构中，没有足够的空间容纳等电量的 阴离子基团，因此，MMH晶体就带正电。层间吸附 很高的正电荷，粒子间存在静电斥力而不易聚结， 成为稳定的胶体。 MMH无毒，不污染环境；含有MMH的钻井液具 有很好的抗盐能力，可用于淡水、盐水和饱和盐水 钻井液体系；具有良好的耐高温能力；对储层渗透 率损害小，有利于保护油气层；能抑制地层粘土的 分散；剪切稀释特性较好；能显著提高钻井速度， 降低成本。 l 烷基改性水合氢氧化镁(SMHM)。 膨润土作
12、为增粘剂和降滤失剂有许多缺点，因 此有不少人试图探索新的无机增粘剂，SMHM就是其 中之一。它由天然矿物经加工改造而成，是膨润土 的替代产品。 l 有机增粘剂类： l 丙烯基乙烯基单体共聚物(HDE)： 丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺和甜菜碱的三元共聚物不仅 具有良好的抗盐能力，而且随盐浓度的增加而粘度升高。 在水溶聚合物支链上引入疏水基团，可提高其抗剪切能力 ；丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯酸三元共聚物是一种良好的 抗盐、抗温和抗剪切的增粘剂；丙烯酰胺或乙烯吡咯烷酮 与非离子型尿烷单体共聚，具有良好的抗盐、抗水解能力 ，其粘度比聚丙烯配胺高10倍。 l 丙烯胺(DAM)增粘剂： 相对这类产品有多种，但相对
13、分子质量往往偏高。当 相对分子质量在106以上时，在钻井液中起增粘的作用，可 以提高动切力和静切力，其作用效果与生物聚合物XC相当 。 l 天然高分子衍生物： 天然多糖改性衍生物有黄原胶、褐藻胶、长粒胶、半 乳甘露聚糖和天然多糖等。聚半乳甘露聚糖胶、苯醌和碳 酸钠的干混剂，可抗温80，不需调节pH值即可达到所需 要的触变性要求，且抗盐性能好。 纤维素是自然界中较丰富的一种天然有机聚合物。在 石油工业中使用的纤维素衍生物主要有CMC、聚阴离子纤维 素、HEC等。 由于CMC存在抗温、抗高价无机盐能力差等缺点，人们 着手对纤维素衍生物进一步进行改性，以CMC为骨架，与各 种烯烃基单体、丙烯磺酸盐单
14、体生成接枝共聚物，改进和 提高CMC的使用性能。多种极性基因的引入、增强了CMC吸 附在粘土颗粒上形成水化层的能力，加强了弹性的吸附水 化层的封堵作用。 两性离子聚合物类: 为解决阳离子聚合物和阴离子聚合物钻井液体系 存在的问题，开发了两性离子聚合物处理剂，该产品 兼具阳离子聚合物和阴离子聚合物的优点，达到了既 具有较强的抑制能力，又可改善钻井液性能的双重功 效。 合成两性离子聚合物的主要单体有：丙烯酰胺、 丙烯酸及阳离子单体(如二甲基二烯丙基氯化铵、2，3 环氧丙基三甲基氮化铵)。以AM、CMC、二甲基二烯 丙基氯化铵进行聚合后，具有较好的增粘、抑制粘土 水化膨胀性能、提高抗盐性能和生物降解
15、性能。 l2. 降滤失剂类 降滤失剂的用量在钻井处理剂商品中占据第二位。从 维护钻井液性能、保证钻井顺利施工、减少井下事故的发 生、保护油气层实际需要等方面起到重要的作用。 l 改性淀粉类降滤失剂： 改性淀粉类产品用于钻井液已有很长的历史，但由于 预胶化淀粉、羧甲基淀粉(CMS)等热稳定性差，受细菌作用 产生降解、发酵等不利因素限制了现场应用。 为充分利用改性淀粉抗盐性好，价格低的优势，国内 外对淀粉进行改性研究，对接枝单体进行优选。将烯烃类 单体接枝到淀粉分子中，能有效提高淀粉的抗盐、抗温性 和降滤失效果。 l 改性腐植酸类降滤失剂： 腐植酸是由分子大小不同、结构复杂的羟基、 羧基、芳香酸等
16、组成的混合物。由于腐植酸中含有 活性反应基团，常常被选作生产抗高温降滤失剂的 主要材料。腐植酸与甲醛、苯酚及其他物质共混缩 聚成大分子降滤失剂产品。该类产品具有良好的抗 温和抗盐能力，是良好的高温高压降滤失剂，抗温 能力达230。腐植酸也可以与烯烃类单体、水解聚 丙烯腈等进行接枝共聚，生成价格低廉、性能较好 的降滤失剂。 l 水解聚丙烯腈类降滤失剂 以工业废弃物腈纶废料经直接水解或接枝共聚，生产 钻井液处理剂。 l 腈纶废料水解产品： 包括水解聚丙烯腈钠盐、钾盐、钙盐及高温高压水解聚丙 烯腈铵盐等，是腊纶废料的主要改性产品。 优点：生产工艺简单、价格低廉；抗温性能好；相对分子 质量大小适中，并且含有大量的水化基因羧钠基等，降失 水
