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1、第二章第二章 钻井用化学剂钻井用化学剂Additive for Drilling Fluid钻井用化学剂n n从勘探找油到油气田开发的各个阶段，根从勘探找油到油气田开发的各个阶段，根据任务据任务目的目的和和作用作用的不同，要钻的不同，要钻各种类型各种类型的井的井n n探井、资料井、生产井、注入井探井、资料井、生产井、注入井钻井用化学剂2.1 钻井液及其功能钻井液及其功能1、定义：、定义： 钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面，钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面，维持钻井操作正常进行的流体称为维持钻井操作正常进行的流体称为钻井液钻井液钻井用化学剂钻井用化学剂2. 钻井液的功能钻井液的功能携带和
2、悬浮钻屑携带和悬浮钻屑冷却和清洗钻头、净化井底冷却和清洗钻头、净化井底平衡地层压力平衡地层压力获取井下信息获取井下信息钻井用化学剂3、钻井液的类型、钻井液的类型水基钻井液水基钻井液淡水钻井液淡水钻井液含盐量含盐量含盐量含盐量1%,1%,含钙量含钙量含钙量含钙量120mg/l120mg/l盐水钻井液盐水钻井液水水+ +膨润土膨润土+ +化学处理剂化学处理剂钻井用化学剂3、钻井液的类型、钻井液的类型水基钻井液水基钻井液淡水钻井液淡水钻井液无固相钻井液无固相钻井液水水+ +化学处理剂化学处理剂 钙处理钻井液钙处理钻井液 低固相钻井液低固相钻井液混油钻井液混油钻井液盐水钻井液盐水钻井液钻井用化学剂3、
3、钻井液的类型、钻井液的类型n n油基钻井液油基钻井液 油包水乳化钻井液油包水乳化钻井液 -逆乳化钻井液逆乳化钻井液 热稳定性、防塌效果比较好热稳定性、防塌效果比较好 对油气层损害小对油气层损害小钻井用化学剂油基钻井液油基钻井液 oil-base drilling fluidn n 油基钻井液油基钻井液 由柴油和沥青和有关的化学剂配制而成由柴油和沥青和有关的化学剂配制而成 对油气层损害小，抗可溶盐侵污能力强对油气层损害小，抗可溶盐侵污能力强钻井用化学剂复习:n钻井液：钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到钻井液：钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面，维持钻井操作正常进行的流体地面，维持钻井操作正常进行
4、的流体n钻井液的功能：携带和悬浮钻屑；稳定井壁；钻井液的功能：携带和悬浮钻屑；稳定井壁；冷却和清洗钻头、净化井底；平衡地层压力；冷却和清洗钻头、净化井底；平衡地层压力；获取井下信息获取井下信息n钻井液的类型：钻井液的类型：水基钻井液水基钻井液、油基钻井液、油基钻井液钻井用化学剂2.2 钻井液处理剂钻井液处理剂2.2.1 稀释剂稀释剂 -降低钻井液粘度和切力的化学降低钻井液粘度和切力的化学剂剂 1、钻井液稠化的原因、钻井液稠化的原因 钻井液中固相颗粒含量过多钻井液中固相颗粒含量过多 粘土颗粒形成网状结构粘土颗粒形成网状结构钻井用化学剂钻井用化学剂n n当当钻井液固相含量增高钻井液固相含量增高，由
5、于颗粒间的距离，由于颗粒间的距离缩短，有利于粘土网状结构的形成缩短，有利于粘土网状结构的形成n n聚合物钻井液中，由于聚合物钻井液中，由于聚合物长链分子与粘聚合物长链分子与粘土颗粒作用或聚合物分子间相互作用土颗粒作用或聚合物分子间相互作用，也可，也可以形成网状结构以形成网状结构钻井用化学剂2、稀释剂作用原理、稀释剂作用原理n n以丹宁碱液为例：以丹宁碱液为例：Al粘土片Al钻井用化学剂n n拆散和削弱了网状结构，释放出包裹的自由拆散和削弱了网状结构，释放出包裹的自由水，同时也减小了粘土颗粒运动时相互之间水，同时也减小了粘土颗粒运动时相互之间的摩擦力，从而起到稀释作用。的摩擦力，从而起到稀释作用
6、。钻井用化学剂磺化苯乙烯顺酐共聚物磺化苯乙烯顺酐共聚物钻井用化学剂SSMA在粘土颗粒边缘上吸附，拆散网状结构在粘土颗粒边缘上吸附，拆散网状结构与体系中的水解聚丙烯酰胺形成聚合物络合物与体系中的水解聚丙烯酰胺形成聚合物络合物钻井用化学剂五倍子丹宁结构式五倍子丹宁结构式3、常用的稀释剂、常用的稀释剂丹宁碱液丹宁碱液钻井用化学剂3、常用的稀释剂、常用的稀释剂n n丹宁碱液丹宁碱液双五倍子酸双五倍子酸五倍子酸五倍子酸钻井用化学剂3、常用的稀释剂、常用的稀释剂n n丹宁碱液丹宁碱液-抗盐能力较差抗盐能力较差n n栲胶碱液栲胶碱液 -温度高易发酵，引起钻井液发泡，温度高易发酵，引起钻井液发泡，只适用浅井和
7、中深井只适用浅井和中深井钻井用化学剂3、常用的稀释剂、常用的稀释剂n n丹宁碱液丹宁碱液丹宁碱液丹宁碱液- -抗盐能力较差抗盐能力较差抗盐能力较差抗盐能力较差n n栲胶碱液栲胶碱液栲胶碱液栲胶碱液n n磺甲基丹宁磺甲基丹宁磺甲基丹宁磺甲基丹宁-热稳定性好，适用于高温、深井热稳定性好，适用于高温、深井热稳定性好，适用于高温、深井热稳定性好，适用于高温、深井 但抗盐性较差但抗盐性较差但抗盐性较差但抗盐性较差n n铁铬木质素磺酸盐铁铬木质素磺酸盐铁铬木质素磺酸盐铁铬木质素磺酸盐 钻井用化学剂稀释作用：稀释作用： 形成吸附水化层，削弱或拆散空间网状结构形成吸附水化层，削弱或拆散空间网状结构 抑制泥页岩
8、的水化膨胀和分散作用抑制泥页岩的水化膨胀和分散作用钻井用化学剂缺点：缺点：n n在在130以上发生减效以上发生减效 n n在在177 以上发生不可逆降解以上发生不可逆降解n n易发泡，有污染易发泡，有污染钻井用化学剂3、常用的稀释剂、常用的稀释剂n n丹宁碱液丹宁碱液n n栲胶碱液栲胶碱液n n磺甲基丹宁磺甲基丹宁n n铁铬木质素磺酸盐铁铬木质素磺酸盐 n n聚合物稀释剂聚合物稀释剂 钻井用化学剂A。聚丙烯酸钠。聚丙烯酸钠在钻井液中的加入量为在钻井液中的加入量为在钻井液中的加入量为在钻井液中的加入量为0.3%0.3%0.3%0.3%时，可抗时，可抗时，可抗时，可抗0.2%0.2%0.2%0.2
9、%硫酸钙和硫酸钙和硫酸钙和硫酸钙和1%1%1%1%的氯化钠，并可抗的氯化钠，并可抗的氯化钠，并可抗的氯化钠，并可抗150150150150的高温的高温的高温的高温钻井用化学剂B B：丙烯酸钠与丙烯磺酸钠共聚物：丙烯酸钠与丙烯磺酸钠共聚物：丙烯酸钠与丙烯磺酸钠共聚物：丙烯酸钠与丙烯磺酸钠共聚物钻井用化学剂C：丙烯酸钠与（：丙烯酸钠与（2-甲基甲基-2-丙烯酰胺基）丙磺丙烯酰胺基）丙磺酸钠共聚物酸钠共聚物可抗可抗可抗可抗260260260260的高温的高温的高温的高温钻井用化学剂D：磺化苯乙烯顺酐共聚物：磺化苯乙烯顺酐共聚物 可抗可抗400400以上以上的的高温，是一种最有高温，是一种最有发展前景
10、发展前景的环保稀的环保稀释剂释剂 具有线型结构和强阴离子基团具有线型结构和强阴离子基团可与主体聚合物交联，阻碍网状结构的生成可与主体聚合物交联，阻碍网状结构的生成钻井用化学剂2.2.2降滤失剂降滤失剂 Filtrate reducer for drilling fluidn n在钻井过程中，由于压差的作用，钻井液的在钻井过程中，由于压差的作用，钻井液的水分水分不可避免不可避免地通过井壁滤失到地层中，造地通过井壁滤失到地层中，造成钻井液失水成钻井液失水n n因此需加降滤失剂来控制钻井液的滤失量因此需加降滤失剂来控制钻井液的滤失量钻井用化学剂钻井液配制时需注意钻井液配制时需注意:n n钻井液中必须
11、有大、中、小各种颗粒，并有钻井液中必须有大、中、小各种颗粒，并有合理的分布合理的分布n n 钻井用化学剂钻井液配制时需注意钻井液配制时需注意:n n钻井液中必须有大、中、小各种颗粒，并有钻井液中必须有大、中、小各种颗粒，并有合理的分布合理的分布n n胶体颗粒类型胶体颗粒类型-颗粒扁平、水化性好，则在颗粒扁平、水化性好，则在压力下容易变形压力下容易变形 钻井用化学剂1、降滤失剂作用原理、降滤失剂作用原理n n稳定胶体颗粒作用稳定胶体颗粒作用-护胶作用护胶作用羧甲基纤维素与粘土颗粒的吸附方式羧甲基纤维素与粘土颗粒的吸附方式钻井用化学剂护护胶胶作作用用钻井用化学剂1、降滤失剂作用原理、降滤失剂作用原
12、理n n稳定胶体颗粒作用稳定胶体颗粒作用-护胶作用护胶作用n n提高滤液粘度提高滤液粘度n n降滤失剂的堵孔作用降滤失剂的堵孔作用钻井用化学剂2、常用的降滤失剂、常用的降滤失剂n nA：羧甲基纤维素：羧甲基纤维素-Na-CMC钻井用化学剂n n相对分子质量越高，水溶液粘度越大相对分子质量越高，水溶液粘度越大n n取代度的高低是决定取代度的高低是决定CMC水溶性的主要因素水溶性的主要因素n nCMC是一种抗盐、抗温能力较强的降滤失剂，是一种抗盐、抗温能力较强的降滤失剂，也有一定的抗钙能力也有一定的抗钙能力钻井用化学剂腐殖酸碱液腐殖酸碱液腐殖酸碱液腐殖酸碱液不溶物不溶物不溶物不溶物溶解物溶解物溶解
13、物溶解物（黄腐酸）（黄腐酸）（黄腐酸）（黄腐酸）棕腐酸棕腐酸棕腐酸棕腐酸黑腐酸黑腐酸黑腐酸黑腐酸乙醇乙醇乙醇乙醇钻井用化学剂作为降滤失剂使用的主要有：作为降滤失剂使用的主要有：煤碱剂（煤碱剂（NaC)铬褐煤（铬腐殖酸）铬褐煤（铬腐殖酸）硝基腐殖酸硝基腐殖酸磺甲基褐煤磺甲基褐煤钻井用化学剂C：树脂类降滤失剂：树脂类降滤失剂磺甲基酚醛树脂（磺甲基酚醛树脂（SMP、SP） 抗盐能力与热稳定性很强，抗温可达抗盐能力与热稳定性很强，抗温可达220 磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物（磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物（SLSP）磺化褐煤树脂磺化褐煤树脂钻井用化学剂D：改性淀粉：改性淀粉 羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、
14、羟丙基淀粉羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉E: 水解聚丙烯腈水解聚丙烯腈钻井用化学剂2.2.3 絮凝剂絮凝剂 根据絮凝剂对钻井液中根据絮凝剂对钻井液中粘土和钻屑粘土和钻屑的作用情的作用情况，可以分为况，可以分为:n n完全絮凝剂完全絮凝剂n n增效型增效型选择性絮凝剂选择性絮凝剂n n非增效型非增效型选择性絮凝剂选择性絮凝剂钻井用化学剂几种典型的高分子絮凝剂几种典型的高分子絮凝剂:pp聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 絮凝絮凝+ +降滤失降滤失钻井用化学剂部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）水解度水解度-聚丙烯酰胺分子中酰胺基水聚丙烯酰胺分子中酰胺基水 解成钠羧基的解成钠羧基的百分数百分数钻
15、井用化学剂几种典型的高分子絮凝剂几种典型的高分子絮凝剂:n n聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 絮凝絮凝+降滤失降滤失n n部分水解的聚丙烯酰胺部分水解的聚丙烯酰胺n n醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯顺丁烯二酸酐共聚物（顺丁烯二酸酐共聚物（VAMA）钻井用化学剂2.2.4 页岩抑制剂页岩抑制剂1、井壁坍塌的原因、井壁坍塌的原因 页岩水化膨胀页岩水化膨胀 非膨胀性页岩裂解非膨胀性页岩裂解 -高岭石和伊利石吸水后会引起层高岭石和伊利石吸水后会引起层间裂解间裂解钻井用化学剂2、常用的页岩抑制剂、常用的页岩抑制剂n n无机盐无机盐-效果最好的是效果最好的是KCl、(NH4)2SO4n n高分子化合物高分子化合物 聚丙烯酰胺
16、聚丙烯酰胺 CMC 磺化沥青磺化沥青钻井用化学剂2.2.5 其他处理剂其他处理剂n n增粘剂增粘剂-黄原胶、羟乙基纤维素黄原胶、羟乙基纤维素n n乳化剂乳化剂-硬脂酸钙、烷基苯磺酸钙、失水硬脂酸钙、烷基苯磺酸钙、失水山梨糖醇单油酸酯山梨糖醇单油酸酯n n起泡剂起泡剂n n消泡剂消泡剂十二烷基苯磺酸钠、月桂醇硫酸钠、脂肪醇十二烷基苯磺酸钠、月桂醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、甜菜碱聚氧乙烯醚硫酸钠、甜菜碱异辛醇、失水山梨糖醇三油酸酯、聚二甲基硅异辛醇、失水山梨糖醇三油酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚钻井用化学剂2.3 固井水泥外加剂固井水泥外加剂n
17、n固井是油井建设中的重要环节固井是油井建设中的重要环节n n固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥钻井用化学剂钻井用化学剂2.3 固井水泥外加剂固井水泥外加剂n n固井是油井建设中的重要环节固井是油井建设中的重要环节n n固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥钻井用化学剂n n油井水泥的主要作用油井水泥的主要作用: 隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层钻井用化学剂2.3 固井水泥外加剂固井水泥外加剂n n固井是油井建设中的重
18、要环节固井是油井建设中的重要环节n n固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥钻井用化学剂n n油井水泥的主要作用油井水泥的主要作用: 隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层钻井用化学剂2.3.1 油井水泥油井水泥 Oil Well Cement 常用的油井常用的油井水泥为硅酸水泥为硅酸盐水泥盐水泥钻井用化学剂2.3 固井水泥外加剂固井水泥外加剂n n固井是油井建设中的重要环节固井是油井建设中的重要环节n n固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥固井作业可以分为两部
19、分：下套管和注水泥钻井用化学剂n n油井水泥的主要作用油井水泥的主要作用: 隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层钻井用化学剂2.3.1 油井水泥油井水泥 Oil Well Cement 常用的油井常用的油井水泥为硅酸水泥为硅酸盐水泥盐水泥钻井用化学剂油井水泥的主要成分：油井水泥的主要成分：成分成分成分成分化学式化学式化学式化学式代号代号代号代号含量（含量（含量（含量（%）铝酸三钙铝酸三钙铝酸三钙铝酸三钙硅酸三钙硅酸三钙硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙硅酸二钙硅酸二钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙3CaO.Al3CaO.Al2 2OO3 33CaO.SiO3CaO.SiO2 22CaO.SiO2CaO.SiO2 24CaO.Al4CaO.Al2 2OO3 3.Fe.Fe2 2OO3 3C C3 3A AC C4 4S SC C2 2S SC C4 4AFAF8 8535324248 8钻井用化学剂2.3 固井水泥外加剂固井水泥外加剂n n固井是油井建设中的重要环节固井是油井建设中的重要环节n n固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥钻井用化学剂
