钻井液配浆原材料与处理剂解析

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1、1、钻井液滤失性能的调整方法 课堂回顾： （1）使用膨润土造浆 （2）加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂 （3）加入CMC或其它聚合物以保护粘土颗粒 （4）加入一些极细的胶体粒子 1 （1）边界摩擦 （2）干摩擦（无润滑摩擦） （3）流体摩擦 2、钻井作业中摩擦现象的特点 3、钻井液润滑性的主要影响因素 课堂回顾： （1）粘度、密度和固相 （2）滤失性、岩石条件、地下水和滤液pH值 （3）有机高分子处理剂 （4）润滑剂 2 （1）液体类，如矿物油、植物油、原油、表面活性剂等：在金属、岩石和 粘土表面形成吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触（或水膜接触）产生的固固 摩擦，改变为活性剂非极性端之间或油膜之间的

2、摩擦； （2）固体类，如石墨、塑料小球、玻璃小球等：将滑动摩擦转化为滚动摩 擦； （3）沥青类处理剂：有效地涂敷在井壁上，在井壁上形成一层油膜。 4、钻井液润滑性能的评价方法 课堂回顾： 实际应用的测试仪器：滑板式泥饼摩阻系数测定仪（Mud Cake Sluggish Coefficient meter）、泥饼粘附系数测定仪（Differential Sticking Tester ）、钻井液极压润滑仪（Extreme Pressure and Lubricity Tester，简称 EP润滑仪）、润滑性能评价仪（Lubricity Evaluation Monitor，简称 LEM润滑仪）、

3、泥饼针人度计（Filter Cake Penetrometer）、井眼摩擦 模拟装置以及多种卡钻系数测定仪等。 3 第五章 钻井液配浆原材料 与处理剂 钻井液工艺原理电子教案 第 上一内容下一内容 回主目录O返回 钻井液工艺原理电子教案第5章 4 上一内容下一内容 回主目录O返回 本章要点： （1）钻井液配浆原材料与常见处理剂有哪些 ； （2）钻井液加重剂的用量计算； （3）钻井液常用处理剂作用机理。 钻井液工艺原理电子教案第5章 5 随着钻井液体系更新，配浆原材料和处理剂的品种也不断增加，处理 剂的性能、质量和技术水平实际上代表了钻井液工艺技术的发展水平。 钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多

4、。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。 前言 6 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

5、料和 处理剂共分为以下16类，即（1）降滤失剂；（ 2）增粘剂；（3）乳化剂，使油水乳化产生乳状液；（4）页岩抑制 剂 ；（5）堵漏剂；（6）降粘剂；（7）缓蚀剂；（8）粘土类；（9 ）润滑剂；（10）加重剂；（11）杀菌剂；（12）消泡剂；（13）泡 沫剂；（14）絮凝剂；（15）解卡剂；（16）其它类等。 前言 7 钻井液工艺原理电子教案 第 第一节 钻井液配浆原材料 一、粘土类 膨润土：蒙脱石含量不少于85%的粘土矿物。 分为三个等级：钠膨润土、改性土和较次的配浆土。 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；

6、 （3）对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性； （4）防止井漏。 8 二、加重材料 1常用的钻井液加重材料 （1）重晶石粉（Barite，4.2g/cm3） （2）石灰石粉（Limestone，2.7-2.9g/cm3） （3）铁矿粉（Hematite，4.9-5.3g/cm3）和钛铁矿粉（Ilmenite，4.5 -5.1g/cm3） （4）方铅矿粉（Galena，7.4-7.7g/cm3） 钻井液工艺原理电子教案 第 第一节 钻井液配浆原材料 9 2加重材料用量的计算 以重晶石为例，对于某一给定的钻井液体系，确定加重材料用量的方 法。加重前、后的体积关系可用下式表示： 式中，V1、V2、

7、VB：分别表示加重前、加重后的钻井液体积和重晶石 的体积，mB，B为重晶石的质量和密度。与此同时，钻井液在加重前、 后的质量关系 其中：l和2分别为加重前、后的钻井液密度。 由式（2），mB2V2-lVl，将其代人式（1）可得到V2的计算 求出V2后，重晶石用量可由下式求得： mB=（V2-V1） B （1 ） 10 然而有时因受现场泥浆池容积的限制，加重前必须排掉一部分 钻井液，或者希望在加重之前先排掉一部分不加重钻井液，以避免 加重剂的浪费，这种情况下，首先根据加重后可以容纳的体积V2， 用下式求出应保留的原浆的体积： 然后仍用式（1）求出重晶石的用量。 （2） 例子：用重晶石（B=4.2

8、g/cm3）把200 m3钻井液由密度1=1.10g/cm3 加重到2=1.50g/cm3，并且每100kg重晶石需同时加入9L水以防止钻井液 过度增稠，试求： 若最终体积无限制，需加入重晶石多少吨？ 若最终体积为200 m3，需加入重晶石多少吨，放掉钻井液多少方？ 最终体积无限制，需加入重晶石133.8吨。最终体积为200m3，需加入重 晶石110吨，放掉钻井液36方。 11 钻井液工艺原理电子教案 第 第一节 钻井液配浆原材料 三、配浆水和油 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

9、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。 12 钻井液工艺原理电子教案 第 第一节 钻井液配浆原材料 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

10、高，否则钻井液 的流变性不易调控。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。 13 上一内容下一内容 回主目录O返回 第二节 无机处理剂 一、常用的无机处理剂 1纯碱 2烧碱 3石灰 4、石膏 5. 氯化钙 6氯化钠 分类： Ca2+ 14 上一内容下一内容 回主目录O返回 第二节 无机处理剂 一、常用的无机处理剂 7氯化钾 8硅酸钠 9重铬酸钠和重铬酸钾 10酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠 11混合金属层状氢氧化物 15 第三节 粘土的水化膨胀作钻井液工艺原理电子教案 第 上一内容下一内容 回主目录O返回 第二节

11、无机处理剂 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 （Na+与Ca2+） 5与有机处理剂生成可溶性盐 2调控钻井液的pH值 3沉淀作用（沉淀钙、镁离子） 4络合作用（除去钙、镁离子等） 6抑制溶解的作用 16 第三节 粘土的水化膨胀作钻井液工艺原理电子教案 第 上一内容下一内容 回主目录O返回 第三节 有机处理剂 一、降粘剂 降粘剂又称为解絮凝剂和稀释剂。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

12、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。 17 1、单宁类 单宁酸钠、磺甲基单宁 钻井液工艺原理电子教案 第 第三节 有机处理剂 18 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。 第三节 有机处理剂 19 （1）抗盐抗钙能；（2）热

13、稳定性好；（3）水溶性好；（4）需pH=9-11 稀释机理：一是在黏土颗粒的断建边缘上形成吸附水化层，削弱黏土颗粒 之间的端-面和端-端连接，从而削弱或拆散空间网架结构；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。 2木质素磺酸盐类 钻井液工艺原理电子教案 第 第三节 有机处理剂 20 作用机理：X40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

14、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。 3X-40系列降粘剂 钻井液工艺原理电子教案 第 第三节 有机处理剂 4XY-27 5磺化苯乙烯-马来酸酐共聚物 21 降滤失剂又称为滤失控制剂、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

15、、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，根据其来源 主要分为纤维素类、腐植酸类、丙烯酸类、淀粉类和树脂类等。 二、降滤失剂 钻井液工艺原理电子教案 第 第三节 有机处理剂 22 （1）腐植酸的来源及基本组成 1腐植酸类 （2）腐植酸的主要性质 腐植酸虽难溶于水，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。 热稳定性很强。 不抗盐不抗钙。 钻井液工艺原理电子教案 第 第三节 有机处理剂 23 褐煤碱液（褐煤：碱：水=15:1-3:50-200） （3）常用的腐植酸类降滤失剂 硝基腐植酸钠（抗温达200，抗盐达20%） 铬腐植酸（抗盐抗温能力加强） 磺甲基褐煤（SMC，抗温达200，抗盐能力较差） 钻井液工艺原理电子教案 第 第三节 有机处理剂 24 钻井液工艺原理电子教案 第 上一内容下一内容 回主目录O返回 第三节 有机处理剂 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（简称CMC）和羟乙