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1、任务4 聚合物钻井液的配制学习目标：1.会配制聚合物抑制性钻井液；2.能够熟练阐述阳离子、阴离子和两性离子聚合物钻井液的相关知识；3.能够准确使用页岩抑制剂。技能训练：一.配制聚合物抑制钻井液1.准备工作 (1)穿戴好劳保用品； (2)备足钻井液处理剂、高分子聚合物、NaOH、CMC、PHP、膨润土等；(3)检查水源，固控设备、搅拌器、钻井液枪运转是否正常； (4)检查配制罐、储备罐； (5)钻井液全套性能测试仪、pH试纸等。2.操作步骤 (1)计算配制钻井液所需处理剂用量和膨润土的用量。 (2)首先在注入定量水的配制罐中加入膨润土并充分搅拌，使膨润土充分水化。 (3)在配制罐中加入高分子聚合
2、物及所用处理剂，充分搅拌均匀。 (4)测定钻井液性能及pH值。 (5)将配好的钻井液打入储备罐。 (6)清洗全部仪器。 3.技术要求必须注意PHP在钻井液中的含量，应根据地层的不同而异：东营组以上地层，钻井液中PHP保持0.10.15的含量，沙河街组地层保持0.20.3的含量；NaOH加入量以保持要求的pH值为准。二.使用页岩抑制剂1.准备工作 (1)穿戴好劳保用品。 (2)准备好页岩抑制剂，如聚丙烯酸钾、水解聚丙烯腈钾盐、腐殖酸钾、磺化沥青和水分散沥青、无机盐(KCI、NaCl)、KOH等。 (3)ZNN-D6型旋转粘度计一套，ZNS-3型滤失仪一套。 (4)检查水源、搅拌器、钻井液枪等。
3、2.操作步骤 (1)了解页岩抑制剂的特点。 (2)分析处理剂的机理，选择处理剂的种类。 (3)在基浆中做处理配合小型实验。 (4)处理钻井液。 (5)测量处理后的钻井液性能。 (6)记录处理剂的用量和效果。 (7)清洗测定仪器并摆放整齐。 3.技术要求 (1)聚丙烯酸钾(KHPAM)在淡水或盐水钻井液中使用。 (2)水解聚丙烯腈钾盐(KPAN)适用于淡水和不含钙的盐水钻井液中，抗温170。 (3)腐殖酸钾(KHm)适用于深井淡水钻井液，有一定的降粘作用。 (4)磺化沥青(FT-342、FT-1)和水分散沥青(SR-401)用作地层微裂缝和破碎带的封闭剂。 (5)无机盐类主要是降低页岩表面渗透水
4、化，控制膨胀。 (6)性能测定应侧重于钻井液滤失量和滤饼质量。基础知识：1.聚合物钻井液的概念 聚合物钻井液是自20世纪70年代初发展起来的一种新型钻井液体系。广义上讲，凡是使用线型水溶性聚合物作为处理剂的钻井液体系可称为聚合物钻井液。但通常是将聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性能的钻井液体系称为聚合物钻井液。2.聚合物钻井液的特点(1)固相含量低，且亚微粒子所占比例也低。这是聚合物钻井液的基本特征，是聚合物处理剂选择性絮凝和抑制钻屑分散的结果，对提高钻井速度是极为有利的。(2)具有较强的触变性、较强的剪切稀释特性和适宜的流型，即在环形空间中形成平板型层流。因此聚合物钻井液悬浮和携带岩屑的
5、效果好，可有效地减少钻屑的重复破碎，使钻头进尺明显提高。(3)钻井速度快。(4)由于聚合物可有效地抑制泥页岩的吸水分散作用，所以稳定井壁的能力较强，井径比较规则。(5)由于聚合物钻井液的密度低，可实现近平衡压力钻井；由于固相含量少，可减少固相的侵入，因而对油气层的损害小，有利于发现和保护产层。(6)具有良好的防渗透性漏失的作用。(7)由于聚合物钻井液的处理剂用量较少，钻井速度快，缩短了完井周期，因此可大幅度降低钻井总成本。3.聚合物钻井液的性能指标聚合物钻井液所谓“不分散”具有两个含义：一是指组成钻井液的粘土颗粒直径尽量维持在130。二是指混入这种钻井液体系的钻屑不容易分散变细。所谓“低固相”
6、，是指低密度固相(主要指粘土矿物类)的体积分数要在钻井工程允许的范围内维持到最低。(1)固相含量(主要指低密度的粘土和钻屑，不包括重晶石)应维持在4(体积分数)或更小，大约相当于密度1.06 g/cm3。(2)钻屑与膨润土的比例不超过2:1，膨润土含量一般维持在1.31.5比较合适。(3)动切力(Pa)与塑性粘度(mPas)之比控制在0.48左右，这是为了满足低返速(如0.6m/s)携砂的要求，保证钻井液在环形空间实现平板型层流。(4)非加重钻井液的动切力应维持在1.53 Pa。动切力是钻井液携带钻屑的关键参数，为保证良好的携带能力，首先必须满足动切力的要求，对加重钻井液应注意保证重晶石的悬浮
7、。(5)滤失量控制应视具体情况而定。在稳定井壁的前提下可适当放宽，以利于提高钻速；在易坍塌地层，应当从严。进入储油气层后，为减轻污染也应控制得低一些。(6)优化流变参数。(7)在整个钻井过程中应尽量不用分散剂。4. 阴离子聚合物钻井液的知识 1).聚合物淡水钻井液 无固相聚合物钻井液 使用无固相聚合物钻井液(又称清水钻井液)可达到最高钻速，但必须注意解决三个问题：一是必须使用高效絮凝剂使钻屑始终保持不分散状态；二是要有一定的提粘措施，并能按工程上的要求实现平板型层流并能顺利地携带岩屑：三是有一定的防塌措施，以保证井壁的稳定。生物聚合物和聚丙烯酰胺及其衍生物是配制无固相钻井液较理想的处理剂，要求
8、其相对分子质量应大于100万，最好超过300万，水解度应小于40。 现场配制与维护的要点如下： a配制聚合物溶液。先用纯碱将水中的Ca2+除去，以增加聚合物的溶解度，然后加入聚合物絮凝剂，一般加量为6 kg/m3。 b处理清水钻井液。将配好的聚合物溶液喷入清水钻井液中，喷人位置可以在流管顶部或振动筛底部，喷入速度取决于井眼大小和钻速。 c促进絮凝。加适量石灰或CaCl2，通过储备池循环，避免搅拌，让钻屑尽量沉淀。 d适当清扫。在接单根或起下钻时，用增粘剂与清水配数方粘稠的清扫液注入井内循环，以便把环空中堆积的岩屑清扫出来。只要保证上水池内的清水清洁，即可获得最大钻速。 不分散低固相聚合物钻井液
9、 配制方法如下： a配新浆前应彻底清除钻井液罐底的沉砂；b用纯碱除去配浆水中的Ca2+；c用1723 kgm3的优质膨润土或用量相当的预水化膨润土浆，加0.02 kg/m3的双功能聚合物，配制好基浆；d必要时加入0.35 kg/m3的纯碱，使膨润土充分水化；e测定新配制的基浆性能，并调整到下述范围内：漏斗粘度：3040 s；塑性粘度：47 mPa.s；动切力：4 Pa；静切力：(12)/(13)Pa；API滤失量：1530 mL。维护要点如下： a.为了维持钻井液体积和降低钻井液粘度以便于有效地分离固相，要有控制地往体系中加水；b.每5根立柱掏一次振动筛下面的沉砂池，经常掏洗钻井液罐以清除沉砂
10、，掏洗的次数应根据钻速而定；c.维持pH值在79之间；d.钻进过程中要不断补充聚合物，以补充沉除钻屑所消耗的聚合物；e.为了保持低固相，在化学絮凝的同时，应连续使用除砂器、除泥器，适当使用离心分离机；f.如果要求提高粘度，可使用膨润土和双功能聚合物，并通过小型实验确定其加量；g.为了降低动切力、静切力和滤失量，可使用聚丙烯酸钠，应通过小型实验确定其加量，或按0.3 kg/cm3的增量逐次加入聚丙烯酸钠，必要时加水稀释，直到性能达到要求；h.如果用不分散聚合物钻井液钻水泥塞时，在开钻前先用1.4 kg/m3的碳酸氢钠进行预处理。如果钻遇石膏(CaS04)层，应加入碳酸钠以沉除Ca2+，但切记防止
11、处理过头；i.如果钻遇高膨润土含量的地层，使用选择性絮凝剂比使用双功能聚合物的效果好；j.如果有少量盐水侵入，或者当钻遇岩盐层时，只要盐浓度不超过10 000 mg/L，不分散聚合物钻井液可以继续使用。若超过此浓度，为了维持所要求的钻井液性能，可加入预水化膨润土。在极端条件下，应转化为盐水钻井液。 普通聚合物钻井液 所谓普通聚合物钻井液是指不符合不分散低固相钻井液标准的聚合物钻井液。为了尽量维持钻井液的不分散性，在缺少膨润土时可采用相对分子质量较高的PHPA和相对分子质量较低的PHPA混合处理的方法，利用它们的协同作用保持钻井液的低密度和低滤失量。 混合液的一般配制方法为：将相对分子质量较高的
12、PHPA(相对分子质量大于100万，水解度30左右)配成1的溶液，再将相对分子质量较低的PHPA(相对分子质量5万。7万，水解度30左右)配成10的溶液，按前者与后者的比例为7：3将两种溶液混合即成。其中相对分子质量较高的PHPA主要起絮凝钻屑的作用，以维持低固相；而相对分子质量较低的PHPA主要是稳定质量较好的粘土颗粒，以提供钻井液必需的性能。 2).聚合物盐水钻井液 不分散低固相聚合物盐水钻井液主要应用于在含盐膏的地层中以及海上钻井。这类钻井液最主要的问题是滤失量较大，通常采取如下措施控制其滤失量： (1)膨润土预水化。粘土在盐水中不易分散，因此钻井前将膨润土预先用淡水充分分散，并同时加入
13、足够的纯碱，以除去高价离子和使钙质土转化为钠土，然后加入聚合物处理剂(如水解聚丙烯腈、聚丙烯酸盐及CMC钠盐等)，使钻井液性能保持稳定。 (2)选用耐盐的配浆材料，如海泡石、凹凸棒石等。 (3)选用耐盐的降滤失剂。目前耐盐较好的降滤失剂有聚丙烯酸钙、磺化酚醛树脂、醋酸乙烯和丙烯酸酯的共聚物及CMC钠盐等。 (4)预处理水。所用化学剂的种类及用量都要根据水型及含盐量而定。一般含Mg2+多的水用NaOH处理，含Ca2+多的水用纯碱处理。3).不分散聚合物加重钻井液 在用重晶石加重的不分散聚合物钻井液中，聚合物的作用主要是絮凝和包被钻屑、增效膨润土、包被重晶石，减少离子间的摩擦。由于重晶石对聚合物的
14、吸附，在处理加重钻井液时聚合物的加量应高于非加重钻井液，加入重晶石时一般也相应加入适量聚合物。加入量应通过实验来确定。配制方法(1)井浆的转化。一般要求待加重钻井液的钻屑体积含量不超过4，劣质土与膨润土之比接近于1：l。 (2)配制新浆。若井浆的钻屑含量和劣膨比（劣质土：膨润土）不符合要求，重新配制不分散加重钻井液。维护要点 维护好不分散聚合物加重钻井液的关键是尽可能地清除钻屑。要实现这一点，一是要选择合适的机械固控设备，并有效地使用；二是要重视化学处理，采用选择性絮凝剂，能包被钻屑并抑制其分散，以便于机械装置在地面上更容易地清除钻屑。5. 阳离子聚合物钻井液的知识1）概念和组成：阳离子聚合物
15、钻井液是以大相对分子质量的阳离子聚合物(简称大阳离子)作包被絮凝剂，以小相对分子质量的有机阳离子(简称小阳离子)作泥页岩抑制剂，并配合降滤失剂、增粘剂、降粘剂、封堵剂和润滑剂等处理剂配制而成。由于阳离子聚合物分子带有大量正电荷，在粘土或岩屑上有很强的吸附力，故阳离子聚合物钻井液具有优良的流变性、抑制性、稳定井壁能力、携带岩屑能力和防卡、防泥包等能力，在保证井下安全、提高钻速和保护油气层等方面都显示出优越性。 2）特点 (1)阳离子聚合物钻井液是以高分子阳离子聚合物作为絮凝剂，以小分子阳离子聚合物作为粘土稳定剂的一种新型水基钻井液体系，具有良好的抑制钻屑分散和稳定井壁的能力。 (2)在防止起钻遇卡、下钻遇阻及防止钻头泥包等方面具有较好效果。 (3)流变性能比较稳定，维护间隔时间较长。 (4)具有较好的抗高温、抗盐和抗钙、镁等高价金属阳离子污染的能力。 (5)具有较好的抗膨润土和钻屑污染的能力。 (6)与氯化钾一聚合物钻
