鉆井液配漿材料與處理劑相關(guān)資料

第四章 鉆井液配漿材料與處理劑鉆井液技術(shù)的發(fā)展是隨著整個(gè)鉆井行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，對鉆井液的要求越來越高。實(shí)際上，鉆井液在很大程度上決定了鉆井的成敗。因此，人們常用“鉆井液是鉆井的血液”來形象地比喻其在鉆井作業(yè)中的重要作用。而鉆井液技術(shù)的發(fā)展直接受到鉆井液配漿材料和處理劑制約。我國鉆井液配漿材料和處理劑發(fā)展較晚，近年才有較大進(jìn)步。1972年，鉆井液材料及其處理劑不過21種，直至1975年也只不過30種（包括無機(jī)鹽）。1975 年以后開始飛速發(fā)展，到1983年底增至76種，1985年底達(dá)到166種。1993年增加到16類260種,總費(fèi)用達(dá)10.3億元。近幾年更是得到飛速發(fā)展，在有些劑種研究和開發(fā)方面與國外基本同步。據(jù)世界石油雜志每兩年公布一次全世界鉆井液完井液及修井液處理劑的品種、用途和廠家等報(bào)道，目前商品牌號(hào)就有2700多種，這還不包括前蘇聯(lián)、東歐和中國的產(chǎn)品。我國從80年代以來，鉆井液技術(shù)發(fā)展很快，鉆井液處理劑的類別和品種已與國外相當(dāng)，某些處理劑的性能還優(yōu)于國外的產(chǎn)品?？偟恼f來，鉆井液處理劑是鉆井液技術(shù)的關(guān)鍵、是核心，沒有新的處理劑就沒有新的鉆井液體系。第一節(jié) 鉆井液原材料配制鉆井液時(shí)所用的各種物質(zhì)稱為鉆井液材料，其中包括原材料及處理劑。鉆井液原材料是指那些用于配漿、用量較大構(gòu)成鉆井液的基本組分，臂如膨潤土、水、油和重晶石等。處理劑是指那些用于改善和穩(wěn)定鉆井液性能或?yàn)闈M足鉆井液某種特殊需要而加人鉆井液中的化學(xué)添加劑。它是鉆井液組分中的關(guān)鍵成分。隨著鉆井液技術(shù)的發(fā)展，處理劑的種類日益增多。一、鉆井液材料的分類鉆井液材料種類繁多，為了使用和研究的方便，有必要對它們予以分類。目前基本上有以下兩種分類方法。第一類分類方法是按鉆井液材料的化學(xué)性質(zhì)和組成分類。通常分為鉆井液原材料、無機(jī)處理劑、有機(jī)處理劑和表面活性劑四大類。這種方法容易掌握其主要組分和性質(zhì)，一般常為鉆井液研制單位和專業(yè)技術(shù)人員所使用。(1) 鉆井液原材料：粘土、水、油、加重材料等。(2) 無機(jī)處理劑：凡是用于鉆井液的無機(jī)化學(xué)藥劑均可劃入此類。按其它化學(xué)組分的不同尚可分為氯化物、硫酸鹽、堿類、碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和重鉻酸鹽等。應(yīng)該還包括混層金屬氫氧化物，即正電膠類。(3) 有機(jī)處理劑：凡是用于鉆井液的有機(jī)化合物均屬此類。通?？煞譃樘烊划a(chǎn)品、天然改性產(chǎn)品和有機(jī)合成化合物。按其化學(xué)組分又可分為下列幾類：腐殖酸類、纖維素類、木質(zhì)素類、丹寧酸類、丙烯酸鹽類、瀝青類、淀粉類和其它高聚物類，包括復(fù)合離子和陽離子聚合物。(4) 表面活性劑：陰、陽、非、兩性離子表面活性劑。第二類分類方法是按材料在鉆井液中所起的作用或功能分類。這種分類法的優(yōu)點(diǎn)是可以讓使用者按需采購，適應(yīng)性較強(qiáng)，多為鉆井液公司及生產(chǎn)廠家所采用。本章主要介紹第二種分類法。在1986年以前，國外把鉆井液材料分為16大類，得到了美國石油學(xué)會(huì)（API）和國際鉆井承包商協(xié)會(huì)（IADC）的認(rèn)可，但各鉆井液專業(yè)公司還另有自己的分類方法。依據(jù)我國國情并于國際接軌，吸取了國外分類方法的特點(diǎn)，于1986年經(jīng)原中國石油天然氣總公司鉆井液標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)研究決定把鉆井液材料按在鉆井液中的作用分為16類。 （1）降濾失劑：Filtration reducer: 減少鉆井液的液相向地層滲漏，褐煤、瀝青、淀粉、CMC、聚丙烯酰胺類等。（2）增粘劑：Viscosifier：提高鉆井液的粘度及切力，使其具有適宜的流變性及懸浮能力。膨潤土、水浮性聚合物、XC等。（3）乳化劑：emulsifier：使油水乳化產(chǎn)生乳狀液。（4）頁巖抑制劑：shale inhibitor：抑制泥巖水化、膨脹和坍塌，瀝青、KCL、KOH、CaCL2、陰、陽離子聚合物。（5）堵漏劑：Lost circulation materials 防止鉆井液漏失進(jìn)入地層，果木殼、云母、礦渣、DF-1（單向壓力封閉劑）。（6）降粘劑：thinner：降低體系的粘度和切力，使其具有合適的流變性，木質(zhì)素磺酸鹽類、褐煤類、丹寧或栲膠、聚丙烯酸鹽。（7）緩蝕劑：corrosion inhibitor 防止或減輕井下管柱和鉆具腐蝕。胺類：以以成膜胺類為主，季胺鹽醇胺、非胺類、磷酸酯、鋅的堿式鹽、氧化鐵粉。（8）粘土類：clay：主要用于提粘降失水、膨潤土、海泡石、有機(jī)土。（9）潤滑劑：lubricant：減少鉆具與井壁的摩擦阻力，降低扭矩，減少磨損和提高有效馬力，減少卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。動(dòng)植物油改性。 （10）加重劑：weighting agent：調(diào)節(jié)鉆井及完井液密度以控制液柱壓力，重晶石、鐵礦粉、石灰石。 （11）殺菌劑：bactericide：抑制多糖類聚合物的發(fā)酵及因細(xì)菌活動(dòng)引起多胺類、季胺鹽、醛類的腐蝕作用。 （12）消泡劑：defoamer：消除循環(huán)過程中產(chǎn)生的泡沫，低級(jí)醇（辛醇、異丁醇）、聚醚。 （13）泡沫劑：foaming agent：用于鉆井液中配制穩(wěn)定泡沫。 （14）絮凝劑：flocculatant：提高鉆井液切力，同時(shí)減少鉆井液中的微小AlCl3等，PAM、HPAM顆粒，防止鉆屑分散。 （15）解長劑：pipe-freeing agent ：抑制巖石礦物膨脹，降低磨阻增加潤滑性使鉆柱恢復(fù)活動(dòng)。 （16）其它：others（包括無機(jī)處理劑）。當(dāng)然，鉆井液處理劑的分類方法，還有IADC（國際承包協(xié)商會(huì)）和API法，大同小異，不在此一一講述了。十六類處理劑各有各的作用，但在配制和使用鉆井液時(shí)，并不同時(shí)使用這些處理劑，而僅僅根據(jù)需要使用其中幾種。另外，一個(gè)處理劑在鉆井液中同時(shí)具有幾種劑的作用。比如說：有的降失水劑同時(shí)兼有增粘或降粘作用，絮凝劑同時(shí)兼有增粘劑作用等等。本章我們重點(diǎn)介紹幾種無機(jī)處理劑和幾種重要有機(jī)處理劑：降粘劑、降濾失劑、頁巖抑制劑和絮凝劑。絮凝劑在聚合物鉆井液一章將作介紹，本章不再贅述。二、鉆井液原材料第一類分類方法中的鉆井液原材料包括粘土類、加重劑類和其他類的油和水等。它們的主要作用如下： （1）形成較穩(wěn)定的膠體； （2）接受各種化學(xué)劑處理，進(jìn)一步改善鉆井液性能，滿足鉆井液各種需要； （3）在井壁上形成泥餅，減少濾失量，穩(wěn)定井壁； 4）形成鉆井液的粘度、切力、懸浮固相，攜帶鉆屑； （6）調(diào)節(jié)鉆井液密度，控制地層壓力(一)、粘土粘土主要是由粘土礦物組成，許多粘土中還含有非晶質(zhì)的膠體礦物，如蛋白質(zhì)氫氧化鋁、氫氧化鐵等。有些粘土中還含有不定量的石英、長石等。通常認(rèn)為粘土是由極細(xì)的粘土礦物組成，其顆粒小于2u。在水中具有分散性、帶電性和離子交換性。粘土礦物就是通常構(gòu)成巖石和土壤細(xì)粒部分（2um）的主要成分的礦物。一般情況下粘土礦物是細(xì)分散的、含水的層狀構(gòu)造硅酸巖礦物和層鏈狀構(gòu)造硅酸巖礦物及含水的非晶質(zhì)硅酸巖礦物的總稱。通過對粘土進(jìn)行化學(xué)分析表明粘土主要含有氧化硅SiO2、氧化鋁Al2O3和水，還含有少量的鐵，堿金屬和堿土金屬。實(shí)際上粘土礦物就是含水的鋁硅酸鹽?？梢?，粘土這個(gè)術(shù)語包含三個(gè)方面的含義：作為一種不同粒度組合的晶體礦物；作為一種巖石類型；作為一種顆粒尺寸術(shù)語。從鉆井液技術(shù)觀點(diǎn)來看，粘土在水中的特性比它的化學(xué)組分顯得更為重要。在本書第四章對粘土礦物學(xué)與膠體化學(xué)特性以作了介紹，這一節(jié)僅限于粘土在鉆井液中的應(yīng)用。在引人失水儀評(píng)價(jià)鉆井液特性前，多用地面粘土制備鉆井液，這些粘土濾失特性極差，造成粘土沉積報(bào)廢，同時(shí)繼續(xù)用一些“低造漿率”粘土來提鉆井液密度至126gcm3）。在 50年代中期，試驗(yàn)室與現(xiàn)場研究證實(shí)粘土固相對鉆速有不良影響，由于這一發(fā)現(xiàn)，限制了劣質(zhì)粘土的使用?，F(xiàn)在，唯一大量在淡水鉆井液中使用的粘土為膨潤土。Grim和Niiren將膨潤土定義為任何一種具備蒙脫石的物理性質(zhì)，其成分以蒙脫石礦物為主的粘土礦物。膨潤土也曾被定義為含有不少于85%蒙脫石的細(xì)顆粒粘土礦物。下面分別介紹三種主要的粘土類型。1. 鈉膨潤土及鈣膨潤土，是配制水基鉆井液的基礎(chǔ)原料。其主要礦物成分是蒙脫石。一般要求1噸土可配制粘度為15mPa.S的鉆井液 16 m3。鈉膨潤土的造漿率較高，而鈣膨潤土則需要經(jīng)過改造處理才能使用。目前我國把水基鉆井液工藝技術(shù)所用的土分為三個(gè)等級(jí)：一級(jí)為符合API標(biāo)準(zhǔn)的鈉膨潤土；二級(jí)為改性土，經(jīng)過改性符合 OCMA（Oil ComPany Materialsl Association）標(biāo)準(zhǔn)要求；三級(jí)為較次的配漿土,僅用于性能要求不高的鉆井液,如堵漏用的鉆井液等。膨潤土加人淡水或淡水鉆井液里，有下列一個(gè)或多種作用:提高井眼的清潔能力；減少水滲人或?yàn)V失到滲透性地層;形成低滲透率的薄泥餅;在膠結(jié)不良的地層里，改善井眼的穩(wěn)定性;為了避免或克服井漏。當(dāng)然添加的量要根據(jù)特定的條件而變化,通常在115%之間。膨潤土作為一種鉆井液添加劑用量僅次于重晶石，列居第二。為了增加稠化效果，在加工期間把有機(jī)聚合物添加到膨潤土里面做成的產(chǎn)品，用于開鉆鉆井液、低固相鉆井液及那些運(yùn)輸費(fèi)用極高的場所里，用量相當(dāng)于 API規(guī)范膨潤土的一半以下。比較典型的聚合物是丙烯酸及其類似的產(chǎn)品衍生物。在粉碎前把選擇的聚合物與干燥的膨潤土相混合，聚合物的加量隨聚合物的不同而異，隨聚合物對特定膨潤土的效果而變化，但通常為膨潤土重量的0l 2，濃度更高可能效果不好，甚至有害。因?yàn)樵诖藯l件下，聚合物已變?yōu)樾跄齽┝恕?抗鹽粘土，包括海泡石、凹凸棒石及坡縷搞石，是鋁和鎂的水硅酸鹽。其晶體構(gòu)造為纖維狀或棒狀。這種土的特點(diǎn)是抗鹽且抗高溫，在鹽水甚至飽和鹽水中亦能配出具有相當(dāng)粘切的鉆井液，要求造漿率達(dá)到 1216 m3T，常用來鉆鹽巖層。海泡石鉆井液具有較高的耐溫特性，熱穩(wěn)定性好，其晶體結(jié)構(gòu)在350高溫下仍無變化。故常用來打地?zé)峋虺罹?。其缺點(diǎn)是濾失量大，必須配合濾失量降低劑才能使用。凹凸棒石具有纖維結(jié)構(gòu)。作為一種鉆井液材料，主要作為一種懸浮劑，在鹽水、鹵水里，用于提高鹽水及鹵水的切力。就化學(xué)組成而言，它是一種結(jié)晶的水化的硅酸鎂，一部分鎂被鋁鐵及其它元素所代替。顆粒針狀而晶體結(jié)構(gòu)是由鎂與鈣連結(jié)的硅氧雙鏈。電子顯微鏡顯示松散，針狀填充的毛刷狀堆積的外觀特點(diǎn)。 當(dāng)置于水里時(shí)，綠坡縷石不象膨潤土那樣膨脹，但為了使成捆板條式的晶體破裂需用強(qiáng)有力的攪拌使之分散。由圈閉水的任意結(jié)構(gòu)并以大面積吸附極性水分子而形成穩(wěn)定懸浮液。在鉆井液中主要是利用其懸浮性質(zhì)，它的懸浮性能不受溶解鹽的壞影響，事實(shí)上，在飽和NaCI溶液里比純水里的粘度還高。凹凸棒石無控制濾失作用。利用這個(gè)特征可制備高濾漿液，用于堵漏。從井內(nèi)除去鉆屑或懸浮加重鉆井液里的重晶石所需要的凹凸棒石量為1。海泡石是一種水合的硅酸鎂，與凹凸棒石相比含有較少的被置換的鋁，它產(chǎn)生于纖維的細(xì)長條板式顆粒里，它的晶體結(jié)構(gòu)類似于凹凸棒石，單元晶粒大一些，分子般尺寸的溝紋決定了它的吸附能力。鉆井作業(yè)中海泡石是鹽水膠凝劑。 高溫下海泡石穩(wěn)定性的報(bào)導(dǎo)促使CarnCy與Meyer研究海泡石在地?zé)峋@井液內(nèi)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)把淡水海泡石漿液加熱到400時(shí)，稠度只有適度的增加。為了促進(jìn)海泡石的分散，需用高剪切的裝置。在鉆井中，海泡石的作用有：代替鹽水鉆井液里的凹凸棒石；為了在井內(nèi)清除段塞代替石棉；用在含有膨潤土、氧化瀝青的組分中；作封隔液。在高溫下對海泡石穩(wěn)定性的進(jìn)一步研究表明：把鉆井液加熱到150以上時(shí)，海泡石就轉(zhuǎn)化成蒙脫石，在轉(zhuǎn)化中溫度是關(guān)鍵因素： 205， 24h轉(zhuǎn)換在10以上，氯化物或氫氧化鈉、氫氧化鈣或氫氧化鎂的存在對轉(zhuǎn)化影響不大。3.有機(jī)土有機(jī)土是由膨潤土或凹凸棒石制備的。將有機(jī)陽離子表面活性劑添加到粘土懸浮液中以銨基取代粘土表面鈉、鈣等陽離子，同時(shí)以碳?xì)滏溙鎿Q先前吸附的水分子，這樣粘土再也不被水濕潤，所以就沉淀出來。經(jīng)分離，沖洗與干燥而成有機(jī)土。通過陽離子交換過程親水粘土與脂肪胺鹽和季鉸鹽或堿反應(yīng)生成粘土一一有機(jī)產(chǎn)物，此種產(chǎn)物可以分散在油里以提供懸浮性能。 有機(jī)士在油基鉆井液中加量為640kgcm3，這取決于鉆井液的密度及濾失量要求范圍。在較高濾失的油基鉆井液里要使用較高的濃度，這種油基鉆井液要比一般油基鉆井液獲得更高的轉(zhuǎn)速。在北極地區(qū)可以采用有機(jī)土含量高達(dá)140kgm3的油基鉆井液。 為了提高油鉆井液的流變性而使用有機(jī)粘土，其缺點(diǎn)是塑性粘度、屈服值與切力全都增加了。加入氨基樹脂到有機(jī)士中，有可能在提高切力的同時(shí)，不使塑性粘度升高。（二）、加重劑 鉆井液的一個(gè)重要功能是控制地層流體壓力以防止井噴。有時(shí)必須提高密度以穩(wěn)定軟地層。任何比水密度大、對鉆井液性能沒有壞影響的物質(zhì)都可以加人鉆井液，并在一定程度上提高鉆井液密度。加重材料的選擇還受成本等因素限制。鹽的溶解度限制了它們的使用范圍，以及其它一些伴隨這些體系使用的問題。表51列出各種磨細(xì)的固相材料可以成功地用來提高鉆井液的密度。顯然加重劑的密度是最重要的，特別是極重的鉆井液。添加的固相所占有的體積在其使用中是一種限制因素。圖5l顯示了加重材料密度對加重鉆井液固相濃度的影響，例如，用一種密度為 4.2gcm3的材料將鉆井液加重到2.28 gcm3,其固相含量占體積的39.5%。而比較之下，使用密度為5.2gcm3的加重材料，固相含量僅占體積的3O。表5l鉆井液的加重材料一種物質(zhì)作為加重材料使用除了考慮化學(xué)惰性與密度外，還要來源廣泛，易加工成所需要的顆粒尺寸分布，而且應(yīng)當(dāng)相對地沒有磨損性，價(jià)格適度，并且對鉆工及環(huán)境無害。到目前為止，國內(nèi)外大量采用重晶石來提高鉆井液密度。1重晶石（barite） 純凈的重晶石（BaSO4。）含有58.8鋇，密度為4.5g/cm3。通常使用的重晶石含有雜質(zhì)，密度要低一些，大約在4.2g/cm3。國外稱為“heavy spar”或“tiff”是一種密度較低的重晶石，它含有像石英、隧石、硬石膏、隕石及各種硅酸鹽之類的其它礦物。此外，通常它含有幾種鐵礦物，其中有些增加產(chǎn)品的平均密度。重晶石是完全不溶于水的，并且不與鉆井液中的其它物質(zhì)反應(yīng)。CaSO4有時(shí)以石膏或硬石膏形式伴隨在重晶石里，它是淡水鉆井液的有害污染物。硫化物礦物，如黃鐵礦與閃鋅礦存在，可能與鉆井液或地層可溶性鹽起氧化反應(yīng)。重晶石的消耗量受需要控制的井底壓力、鉆井液的體積（由井眼直徑及井深決定）以及鉆井所費(fèi)的時(shí)間等因素的影響，其它的因素如鉆屑分離的效果、加重鉆井液的重復(fù)使用也影響重晶石的用量。 1923年，在加利福尼亞州的一口頓鉆鉆井中首先使用了重晶石。據(jù)報(bào)導(dǎo)為了控制氣浸和坍塌，鉆井液的密度升到1.44 g/cm3。 重晶石還有另一項(xiàng)功能，即制備重晶石在水中的漿液，密度可達(dá)2.65g/cm3，形成高密度段塞。這種漿液中重晶石最大濃度約2.1g/cm3。重晶石的最小濃度可以低至0.028g/cm3，但通常要高許多。中國海洋南海西部石油公司在南海海域高溫高壓氣井勘探過程中多次成功地使用了高密度重晶石塞。2鐵礦物 鐵礦物密度大，具有惰性，作鉆井液加重劑比較多主要有氧化鐵、菱鐵礦和鈦鐵礦。（1）氧化鐵 天然鐵的氧化物（主要是赤鐵礦粉Fe203）是用來提高鉆井液密度的首要材料。4O年代初期由于生產(chǎn)成本較低的重晶石供應(yīng)充分，加上鉆工反對黑紅色氧化物對他們皮膚與衣服的污染，因此，氧化鐵的使用停止了?，F(xiàn)在優(yōu)級(jí)重晶石的供應(yīng)減少了，而鐵的氧化物的使用不斷增加，它的優(yōu)點(diǎn)是具有比重晶石更大的密度（赤鐵礦粉是5.1g/cm3，而重晶石是4.5g/cm3）。由于赤鐵礦有較高的密度，在鉆井液中加重材料的體積要比相同重量的鉆井液體積小，因此可以得到較高的鉆速，鐵的氧化物比重晶石硬得多（赤鐵礦粉莫氏硬度為56，而重晶石莫氏硬度為3相比），優(yōu)點(diǎn)是磨損小，因而在鉆井過程中只產(chǎn)生很少的細(xì)顆粒，從而鉆井液粘度增加較小。另一方面，它遠(yuǎn)比重晶石腐蝕性大，對于泵及鉆頭的磨損比較嚴(yán)重，特別是用于水基鉆井液時(shí)。使用鐵的氧化物來增加低級(jí)重晶石的密度時(shí)磨損降低，因此需在實(shí)驗(yàn)室里用API標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行檢驗(yàn)。 鐵的氧化物的其它缺點(diǎn)是其潤濕性與發(fā)泡性增加，這是由于處理礦石時(shí)，使用的表面活性劑造成的。 一種薄片狀（金屬光澤的）赤鐵礦，叫做Itabirite，作為氧化鐵的主要來源來自巴西。叫它薄片結(jié)構(gòu)，是因?yàn)榉稚㈤_成薄片狀，從而使這種赤鐵礦很脆弱。如果規(guī)定赤鐵礦的最大顆粒尺寸是45微米，就可降低磨損。使用這種顆粒尺寸的赤鐵礦可以用120目或150目的振動(dòng)篩進(jìn)行固控，從而可以減加重材料的損失?，F(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)已證實(shí)使用較細(xì)的振動(dòng)篩可提高鉆速，因?yàn)殂@井液體系中的鉆屑含量很少。 德國的一種氧化鐵加重材料是由硫酸生產(chǎn)的殘余黃鐵礦焙燒而成。由黃鐵礦殘余經(jīng)淬火、中和、浸出與干燥制得。產(chǎn)品分為小于75微米的顆粒尺寸以及小于10微米的顆粒含量50的兩種規(guī)格。該產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)包括：密度4.71g/cm3；低的腐蝕性以及與天然鐵礦石相比磁性較低；85溶于鹽酸內(nèi)并與H2S反應(yīng)形成非腐蝕性、不溶性的多硫化物。（2）菱鐵礦菱鐵礦由FeCO3組成。其礦物通常含有少量氧化鐵、白云巖、方解石與石英。菱鐵礦易溶于熱鹽酸和甲酸，作為完井液，用它是很理想的。菱鐵礦的密度（3.73.9g/cm3）高于方解石。因此，用它加重在固相含量相同時(shí)可以得到較高密度的鉆井液。菱鐵礦可以作為水基鉆井液和油基鉆井液的加重劑，可以將鉆井液密度加到2.28g/cm3。修井液與礫石填充液可以用各種鹽水、聚合物以及方解石與碳酸鐵的混合物來制備，碳酸鐵單獨(dú)地作為加重材料使用，對砂巖巖心所做的試驗(yàn)表明酸化后滲透率恢復(fù)值較高。（3）鈦鐵礦 鈦鐵礦即 FeTiO3 ，棕黑色粉末，密度為4.55.1g/cm3，莫氏硬度 56。具有 Itabirite的優(yōu)點(diǎn)，可促進(jìn)快速鉆進(jìn)，而且具有較低磨蝕作用。Blomberg發(fā)現(xiàn)控制大于 45 微米的粒子含量小于 3以內(nèi)，可把磨蝕降低到能接受的程度。因?yàn)殁佽F礦是溶于酸的，來源也廣，適合用于修井液和完井液內(nèi)，。3碳酸鈣碳酸鈣即CaCO3，密度為2.7g/cm3，莫氏硬度為3。用石灰?guī)r或蛙殼磨碎得到。它比重晶石更易分散在油鉆井液里，易溶于酸。通常使用的重晶石有粗、中等和細(xì)顆粒三種規(guī)格。用碳酸鈣作為加重劑，因?yàn)樗哪囡灴梢杂名}酸處理清除掉。常用于油基鉆井液、修井液和完井液中。 具有不同等級(jí)的大理石或石灰?guī)r顆粒的高濾失漿液，可以有效地制止并漏，其尺寸分布是從能得到最大密度考慮的，為了維持高的濾失率，去除了極細(xì)顆粒（20目）。懸浮液（由水、鹽、凹凸棒石、硅藻土及重晶石構(gòu)成）具有較高的濾失速率。4.方鉛礦方鉛礦即PbS,密度為密度為7.47.7g/cm3，莫氏硬度2.5。僅用于制備特重鉆井液，以控制異常高壓井。我國云南、甘肅等地有方鉛礦。方鉛礦很貴，因此，在制備密度為密度為3.6g/cm3的鉆井液時(shí)與重晶石一起使用，密度高于3.8g/cm3的鉆井液可以單獨(dú)使用方鉛礦作為加重劑。方鉛礦質(zhì)量不穩(wěn)定,并且由于成礦原因,鉆井液難以維持在堿性環(huán)境，耗堿量大,維護(hù)困難。 正常鉆井液的加重劑一般不用方鉛礦。滇黔桂石油勘探局在官3井勘探過程中在研制密度為3.0g/cm3的高密度鉆井液時(shí)使用了方鉛礦。第二節(jié)無機(jī)處理劑按鉆井液標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的劃分方法，無機(jī)處理劑在其它類,常用的有9種。一 常用的無機(jī)處理劑1.純堿：純堿就是碳酸鈉，又叫蘇打，分子式為Na2CO3(sodium carbonate,又稱Soda ash，washing soda)。無水碳酸鈉為白色粉末，密度為2.5g/cm3，易溶于水，在接近36時(shí)溶解度最大，水溶液呈堿性,PH值為11.5），在空氣中易吸潮結(jié)成硬塊（晶體），存放時(shí)要注意防潮。純堿在水中容易電離和水解。其中電離和一級(jí)水解較強(qiáng)，所以純堿水中主要存在Na+、CO32-、HCO3-和OH-離子。 純堿能通過離子交換和沉淀作用使鈣粘土變?yōu)殁c粘土：Ca-粘土Na2CO3Na粘土十 CaCO3。從而有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入適量純堿可使新漿的失水下降，粘度、切力增大。但過量的純堿要產(chǎn)生壓縮雙電層的聚結(jié)作用，反使失水增大。其合適加量要通過造漿實(shí)驗(yàn)來確定。 此外，由于CaCO3的溶解度很小，在鉆水泥塞或鉆井液受到鈣侵時(shí)，加入適量純堿使Ca2+沉淀成CaCO3，從而使鉆井液性能變好。 含羧酸基官能團(tuán)（C00Na）的有機(jī)處理劑困鈣侵（或Ca2+濃度過高）而降低其處理效果時(shí)，一般可以用加人適量純堿的辦法恢復(fù)其作用。主要用途：用于除去造漿水，土或鉆井液中的鈣離子，以穩(wěn)定鉆井液性能，也可以用于鈣侵處理。2燒堿燒堿（caustic soda）即氫氧化鈉（sodium hydroxide），分子式為Na0H，是乳白色晶體，密度為222 g/cm3，易溶于水，溶解時(shí)放出大量熱。溶解度隨溫度升高而增大，水溶液呈強(qiáng)堿性（PH值為14），能腐蝕皮膚和衣服。燒堿容易吸收空氣中的水分和二氧化碳，并與二氧化碳作用生成碳酸鈉，存放時(shí)應(yīng)注意防潮加蓋。燒堿主要用于調(diào)節(jié)鉆井液的PH值，或者與丹寧、褐煤等酸性處理劑一起配合使用，使其有效成分溶解發(fā)揮作用。還可控制鉆井液中Ca2+濃度。3石灰生石灰是Cao（calcium oxide），吸水后變成熟石灰Ca（OH）2（hydroxide calcium）。在水中的溶解度很低，常溫下約為0.16,且隨溫度升高而降低。對皮膚及衣服有強(qiáng)腐蝕性。石灰可用于提供Ca2+控制粘土的水化分散能力使之保持適度的粗分散；配合降粘劑和降失水劑對鉆井液進(jìn)行鈣化處理，可得性能比較穩(wěn)定、抗可溶鹽侵污、對泥頁巖防塌性能較好的鈣處理鉆井液。但石灰鉆井液在高溫情況下可能產(chǎn)生固化，高溫、超深井慎用。 石灰還可配制石灰乳堵漏劑封堵漏層，也可用于油基鉆井液中形成鈣皂和除去水。4石膏 石膏化學(xué)名為硫酸鈣（calcium sulfate），分子式為CaSO4。有生石膏（gypsum，CaSO4.2H2O）和熟石膏(anhydrite,CaSO4)兩種。石膏是白色粉末，密度為2.312.32g/cm3，常溫下溶解度較?。s為0.2）。40以前，溶解度隨溫度增高而增大，40以后，溶解度隨溫度升高而降低，其溶解度大于石灰。吸濕后結(jié)成硬塊，存放時(shí)應(yīng)注意防潮。 在處理鉆井液上，石膏與石灰的作用大致相同，都是鈣處理的原材料，其差別在陰離子的影響不同，石膏提供的鈣離子濃度比石灰高一些，石膏處理會(huì)引起鉆井液PH值降低。5氯化鈣 氯化鈣（calcium chloride）分子式為CaCl2，氯化鈣通常含有六個(gè)結(jié)晶水，是無色大形斜方晶體，密度為1.68g/cm3，已潮解，能大量溶于水中（常溫下約為75），且其溶解度隨溫度增高而增大，比石灰、石膏的溶解度大得多，故可用來配制防塌性能較好的高鈣鉆井液。用CaCl2處理鉆井液時(shí)常常引起鉆井液PH值降低。6氯化鈉 氯化鈉（sodium chloride），俗名食鹽，分子式為NaCl。為白色晶體，常溫比重約為2.17g/cm3，純品不潮解，含MgCl2、CaCl2等雜質(zhì)的食鹽容易吸潮。在水中的溶解度較大（20時(shí)為36.0克/100克水），且其溶解度隨溫度升高略有增大（80時(shí)為38.4克100克水）。食鹽主要用來配制飽和鹽水鉆井液，以防巖鹽井段溶解成“大肚子”。還可用來提高鉆井液的礦化度，抑制井壁泥巖水化膨脹或坍塌。有時(shí)用于提高鉆井液的切力和粘度。7硅酸鈉硅酸鈉(sodium silicate)俗名水玻璃、泡花堿,分子式為Na2O.nSiO2，n稱為水玻璃的模數(shù)。模數(shù)n是二氧化硅與氧化鈉的分子比，n值不同，產(chǎn)品性質(zhì)不同。n值越大，堿性越弱。n值在3以上的稱為中性水玻璃，n值在3以下的稱為堿性水玻璃。水玻璃通常有固體水玻璃、水合水玻璃和液體水玻璃。固體水玻璃與少量水或蒸汽能發(fā)生水合作用而生成水合水玻璃。水合水玻璃易于溶解于水形成液體水玻璃。液體水玻璃一般為粘稠的半透明液體，隨所含雜質(zhì)不同可以呈無色，棕黃色或青綠色等，現(xiàn)場采用的水玻璃密度約為1.51.6g/cm3，PH為11512，能溶于水和堿性溶液，能與鹽水混溶，可用飽和鹽水調(diào)節(jié)水玻璃的粘度。水玻璃加人鉆井液，可以部分水解生成膠態(tài)沉淀： Na2O.nSiO2（Y1）H20nSiO2Y H202Na0H該膠態(tài)沉淀可使部分粘土顆粒（或粉砂等）聚沉，從而保持較低的固相含量和密度。此外，水玻璃對泥頁巖的水化膨脹有一定的抑制作用，故有較好的防塌性能。當(dāng)水玻璃溶液的PH降至9以下時(shí)，整個(gè)溶液會(huì)變成不流動(dòng)的凝膠。這是由于水玻璃發(fā)生縮合作用生成較長的帶支鍵的-Si-O-Si-鏈，這種長鏈能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而包住溶液中全部水。從調(diào)勻PH到膠凝所需的時(shí)間，隨PH不同而有很大的變化，可以從幾秒到幾十小時(shí)。利用這個(gè)特點(diǎn)，可以將混入水玻璃的鉆井液打入預(yù)定井段進(jìn)行膠凝堵漏。此外，水玻璃溶液遇Ca2+、Mg2+等高價(jià)離子會(huì)產(chǎn)生沉淀。Ca2+Na2O.nSiO2CaSiO32Na+使用中應(yīng)注意到這一特點(diǎn)。實(shí)際上，利用水玻璃這個(gè)特點(diǎn)可以使裂縫性地層裂縫愈合或提高井壁破裂壓力起到化學(xué)固壁的作用。硅酸鹽鉆井液體系在國內(nèi)外都使用過，并取得良好的效果。硅酸鹽鉆井液廉價(jià)，環(huán)境可接受，可以耐污染。高礦化度硅酸鹽鉆井液推薦用于鉆活性頁巖。8重鉻酸鈉 重鉻酸鈉（sodium dichromate）又叫紅礬鈉，分子式為Na2Cr2O7 2H20。重鉻酸鈉是紅色針狀晶體，常溫密度約為2.35g/cm3，易潮解，有強(qiáng)氧化性，易溶于水（25時(shí)溶解度為190克100克水），水溶液因水解作用呈現(xiàn)酸性： Cr2O72-H202CrO4- +2H+加堿時(shí)平衡右移，故在堿溶液中主要以CrO4-的形式存在。在鉆井液中CrO4-能與有機(jī)處理劑起復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，生成的Cr3+又能與多官能團(tuán)的有機(jī)處理劑形成絡(luò)合物（如木質(zhì)素磺酸鉻，鉻腐植酸）。少量鉻酸鹽能提高鐵鉻鹽鉆井液和煤堿劑鉆井液的熱穩(wěn)定性。有時(shí)也用作防腐劑。由于鉻酸鹽有毒，近幾年已限制使用。9六偏磷酸鈉 六偏磷酸鈉分子式為（NaP03）6，無色玻璃狀固體，常溫密度約為2.5g/cm3，有較強(qiáng)的吸濕性，潮解后會(huì)逐漸變質(zhì)。能溶于水，在溫水中溶解較快。溶解度隨溫度增高而增大，水溶液呈弱酸性（PH=6.06.8）。 六偏磷酸鈉遇少量Ca2+生成水溶性絡(luò)離子CaNa2（PO3）62-,遇大量Ca2+可生成C3a（PO3）6沉淀。在鉆井液發(fā)展的早期六偏磷酸鈉主要用作高粘土含量鉆井液的分散劑,近幾年已經(jīng)淘汰。二、無機(jī)處理劑在鉆井液中的作用機(jī)理綜上所述，無機(jī)處理劑在鉆井液中的作用機(jī)理主要分為以下幾個(gè)方面： （1）離子交換吸附。主要是粘土顆粒表面的 Na+與Ca2+交換。這一過程對改善粘土造漿性能、鉆井液的鈣侵及其處理、鈣處理鉆井液以及防塌等方面都很重要，對鉆井液性能的影響也較大。 （2）通過沉淀、中和、水解、絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)，除去有害離子，控制PH值，使有機(jī)處理劑變成能起作用的溶解態(tài)，形成螫合物等。 （3）壓縮雙電層的聚結(jié)作用。這是制備粗分散鉆井液的基礎(chǔ)，這在鹽水鉆井液、鹽侵及其處理中較重要，還可用來使鉆井液保持適度粗分散以調(diào)整鉆井液的流動(dòng)性能。第三節(jié) 降粘劑鉆井液在使用過程中由于溫度升高、鹽侵或鈣侵、固相含量增加或處理劑失效，鉆井液形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，導(dǎo)致鉆井液粘度、切力增加，使得鉆井液泵送困難、鉆屑難以除去或鉆井過程中激動(dòng)壓力過大等現(xiàn)象，造成鉆井事故。因此，必須加入降粘劑，降低體系的粘度和切力，使其具有合適的流變性。目前使用的鉆井液降粘劑根據(jù)作用機(jī)理可分為兩大類，下面分別作以介紹。分散型降粘劑這類降粘劑主要是高價(jià)陰離子，以天然聚合物改性產(chǎn)品為主，主要有丹寧類、木質(zhì)素磺酸鹽類1 丹寧類丹寧，是Tannins的譯音，即植物丹寧（vegetable tannins），又名鞣質(zhì)或植物鞣質(zhì)，是含于植物體內(nèi)的能將生皮續(xù)制成皮革的多元酚衍生物，屬于弱有機(jī)酸，在PH5時(shí)以沉淀形式析出。植物體內(nèi)的丹寧，通常是由不同的或相似的多種多元酚衍生物組成的復(fù)雜混合物。在很多植物的不同部分的細(xì)胞中都含有丹寧類化合物。由于含丹寧的植物種類不同，植物丹寧可以貯存在皮部、木質(zhì)部、葉、根部和果實(shí)中。我國植物資源豐富，含丹寧的植物較多。四川、湖南、廣西一帶盛產(chǎn)五倍子丹寧。四川、云南、陜西、河南一帶盛產(chǎn)橡碗拷膠?？侥z（regetable tannin extract）是用以丹寧為主要成分的植物性物料提取制成的濃縮產(chǎn)品。用含丹寧豐富的木材、樹皮或果殼等作原料，經(jīng)浸提、濃縮等過程研制成的拷膠，為棕黃到棕褐色的固體（粉狀、粒狀或塊狀）或漿狀體，是由許多不同物質(zhì)組成的復(fù)雜的混和物，其中主要的、有效的成分是丹寧。天然的植物丹寧一般為有色的非品形固體，能溶于水，也部分地溶于雨酮、乙酸乙脂、甲醇、乙醇等有機(jī)溶劑，但不溶于乙醚、石油醚、氯仿、二硫化碳、苯等溶劑、其水溶液呈酸性，味苦澀，有收斂性。它在堿溶液內(nèi)易氧化而顏色變深，與明膠、生物堿作用會(huì)產(chǎn)生沉淀，遇三價(jià)鐵離子呈有色（蘭或綠色）反應(yīng)。丹寧溶液呈膠體化學(xué)性質(zhì)。丹寧具有酚類物質(zhì)的通性，如鐵鹽顏色反應(yīng)、堿性條件下的氧化、易起芳環(huán)親電取代反應(yīng)、與重氮鹽或醛類相偶聯(lián)等。這些化學(xué)反應(yīng)是對丹寧進(jìn)行改性的基礎(chǔ)。丹寧分子在水中有締合現(xiàn)象，使分子量增加。且締合程度隨其在溶液中濃度的增大而增加；在1的水溶液中其分子量為 2500（士125），相當(dāng)于二聚物；在10及20的水溶液中其分子量各為4016及5450；在丙酮溶液中以單體形式存在。丹寧酸在水溶液可以水解，生成雙五倍子酸、五倍子酸（也叫沒食子酸）和葡萄糖。這些水解的酸性產(chǎn)物在NaOH溶液中生成雙五倍子酸鈉和五倍子酸鈉,通常統(tǒng)稱為丹寧酸鈉或丹寧堿液。它是鉆井液中較早使用的降粘劑。由于丹寧酸含有酯鍵，在NaOH溶液中易于水解，高溫水解加劇，降粘能力減弱。因此，丹寧堿液抗溫能力在100120之間，僅用于淺井或中深井，現(xiàn)在已很少使用。為了提高丹寧酸鈉的抗溫性，通過丹寧與甲醛和亞硫酸鈉進(jìn)行磺甲基化反應(yīng)制備了磺甲基丹寧（SMT），再進(jìn)一步與Na2Cr2O7發(fā)生氧化、螯合反應(yīng)制得磺甲基丹寧鉻絡(luò)合物。熱穩(wěn)定性、降粘性能明顯提高，抗溫可達(dá)180200。SMT成品為棕褐色粉末或細(xì)顆粒，吸水性強(qiáng)，易溶于水，水溶液呈堿性。在鉆井液中一般加051就獲得較好的稀釋效果?；羌谆庍m用的 PH值范圍在 911之間?？笴a2+可達(dá)1000g/l，而抗鹽性較差，當(dāng)含鹽量超過1時(shí)稀釋效果就大幅度下降。丹寧類降粘劑的作用機(jī)理：丹寧類降粘劑通過相鄰的雙酚羥基與片狀粘土顆粒的邊斷鍵處的Al3+通過螯合鍵進(jìn)行吸附，而剩余的-NaO和-COONa給粘土顆粒帶來較多的負(fù)電荷和水化層，增加了雙電層斥力和水化膜斥力，從而拆散和削弱了粘土顆粒間形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，粘土顆粒處于分散狀態(tài)，使粘度、切力下降，起到了降粘作用。2、木質(zhì)素磺酸鹽類木質(zhì)素磺酸鹽是木材酸法造紙殘留下來的一種黑色廢液。通常造紙廠供應(yīng)的廢液是一種巳濃縮的粘稠的棕黑色液體，其固體含量約為3550%，密度在1.26l.30gcm3。其主要成分為木質(zhì)素磺酸鈉，是處理鉆井液的有效組分。故紙漿廢液實(shí)質(zhì)上是木質(zhì)素經(jīng)亞硫酸鹽磺化而成的一種鈉鹽。 紙漿廢液處理鉆井液必須與燒堿配成各種不同比例的堿液才能見效，紙漿廢液與燒堿的比值一般在1：0.11:0.2之間，處理鉆井液時(shí)，必須按當(dāng)時(shí)鉆井液的性能來選擇堿比。一般加量較大（5%以上）。由于此種處理劑容易起泡，用量較大,抗溫性不夠理想等缺點(diǎn)，故目前巳很少單獨(dú)使用，為改性產(chǎn)品所代替。鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽(ferrochrome lignosulfonate)代號(hào)為FCLS,俗稱為鐵鉻鹽。它是由紙漿廢液，經(jīng)過發(fā)酵制取酒精后，濃縮到l.251.27g/cm3，再在6080左右，加入預(yù)先配制好的硫酸亞鐵溶液和重鉻酸鈉溶液,充分?jǐn)嚢?經(jīng)氧化、絡(luò)合反應(yīng)約2小時(shí)后過濾除去CaSO4，噴霧、干燥即可。鐵鉻鹽分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能的關(guān)系：（1）由于鐵鉻鹽分子中有磺酸基，F(xiàn)e2+和Cr3+與木質(zhì)素磺酸鹽又形成了較穩(wěn)定的螯合物，所以鐵鉻鹽是一種抗鹽、抗鈣的有效降粘劑；能用于淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中，并可用于各種鈣處理鉆井液中。 （2）因?yàn)榉肿又谢撬峄牧蛟又苯优c碳原子相連，加上鐵和鉻離子與木質(zhì)素磺酸之間有螯合作用（木質(zhì)素磺酸分子與金屬離子絡(luò)合時(shí)，一個(gè)分子同時(shí)有兩個(gè)官能團(tuán)與同一個(gè)離子絡(luò)合稱螯合），所以鐵鉻鹽的熱穩(wěn)定性很高，可以抗150以上的高溫。 （3）鐵鉻鹽的水溶性決定于其磺化度，磺化度高，水溶性大。 （ 4）鐵鉻鹽具有弱酸性，加入鉆井液時(shí)會(huì)引起鉆井液的PH降低，所以必須配合燒堿使用。 鐵鉻鹽對鉆井液的稀釋作用包括兩個(gè)方面，（1）吸附在粘土顆粒的斷鍵邊緣上形成吸附水化層，從而削弱粘土顆粒之間的邊一邊和邊一面連結(jié)，這樣就削弱或拆散空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，致使鉆井液的粘度和切力顯著降低。（2）鐵鉻鹽分子在泥、頁巖上的吸附，有抑制其水化分散的作用，這不僅有利于井壁穩(wěn)定，還可以防止泥頁巖造漿引起的鉆井液的粘度和切力上升。 室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)表明：（1）鐵鉻鹽抗溫在150180，可加入少量的Na2Cr2O7或K2Cr2O7可提高熱穩(wěn)定性。（2）在鉆井液中的加量0.31.0%之間。（3）鐵鉻鹽鉆井液的泥餅?zāi)Σ料禂?shù)較高，深井中使用時(shí)要注意混油和添加有效的潤滑劑；（4）使用時(shí)如果產(chǎn)生泡沫，可加少量硬脂酸鋁、甘油聚醚等消泡劑，以消除泡沫。（5）與堿配合使用，鉆井液PH 以911最好。盡管鐵鉻鹽是目前公認(rèn)為性能優(yōu)良的降粘劑，但仍存在不足。首先，使用時(shí)鉆井液的PH值要高稀釋效果才更好，這是不利于井壁穩(wěn)定的；其次，使用時(shí)引起鉆井液發(fā)泡；另外，鐵鉻鹽含重金屬鉻，在制造和使用過程中造成環(huán)境污染，這與環(huán)境保護(hù)的要求是相違背的。由于這一原因，國內(nèi)外已經(jīng)禁止使用鐵鉻鹽。3無鉻降粘劑類 由于鉻有毒，國內(nèi)外已經(jīng)禁止使用。國內(nèi)外研制了許多無鉻的降粘劑，作了許多研究工作。有用聚丙烯酰胺類與木質(zhì)素磺酸鹽接枝共聚，也有用其它高價(jià)金屬離子鹽類與木質(zhì)素磺酸鹽氧化、螯合的，但所有產(chǎn)品降粘、抗鹽、抗鈣和抗溫性能都不如鐵鉻鹽，也有用磺化褐煤類作降粘劑。 DESCO: 一種微紅一棕色的片狀固料，在從淡水一直到飽和鹽水中都能很快溶解，不必使用燒堿。DESCO是一種堿性物質(zhì)，它在比較寬的PH值范圍里都有效，不過對于控制流變性比較理想的PH值是9至11。 DESCO是無刺激性的，對海洋生物沒有不良的影響。它的熱穩(wěn)定使它成為高溫鉆井液的極好的稀釋劑。用DESCO稀釋的鉆井液，其性能在要求的溫度下老化后常常是有所改善的。 DESCO是一種高效的多用途的鉆井液稀釋劑，是為了滿足深井鉆井要求而研制的。它在現(xiàn)場鉆井液中的性能優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的數(shù)據(jù)。因?yàn)镈esco是一種除氧劑，它降低了鉆井鉆井液中的腐蝕作用。它可與所有普通使用的有機(jī)的鉆井鉆井液添加劑配合使用。例如，Desco可與Drispac、Soltex、褐煤及木質(zhì)素磺酸鹽一齊使用。 Desco是一種多用途的鉆井液調(diào)節(jié)劑，適用于所有的水基鉆井液。在淡水鉆井液中作為分散劑的效力是目前所用的其它稀釋劑的三倍有余。 CT34、CT35：復(fù)合鈦鐵木質(zhì)素磺酸鹽。以木質(zhì)素磺酸鹽為主要原料，用無毒高價(jià)金屬離子鈦、鐵和鋁等與木質(zhì)素磺酸鹽經(jīng)置換反應(yīng)、氧化反應(yīng)、中和反應(yīng)生成含有穩(wěn)定內(nèi)絡(luò)合物的CT34和CT35。適用于10 0150；降粘效果與FCLS相當(dāng)或略優(yōu)；處理費(fèi)用與FCLS接近，能與其它藥劑配伍。該降粘劑可以在中深并中取代目前國內(nèi)常用的鐵格木質(zhì)素磺酸鹽降粘劑，改善對環(huán)境的影響。具有理想的降粘、降切作用、對改善鉆并依流動(dòng)性、保證快速、安全鉆井發(fā)揮了直要作用而深受鉆井現(xiàn)場的重視。 有機(jī)硅降粘劑：有機(jī)硅降粘劑主要是利用有機(jī)硅生產(chǎn)過程中的下腳料與腐植酸鉀或木質(zhì)素磺酸鹽在一定溫度、堿性環(huán)境及催化劑作用下制備的縮聚產(chǎn)物。它既具有有機(jī)硅的強(qiáng)抑制性和高溫穩(wěn)定性、良好的潤滑性，又具有腐植酸類、木質(zhì)素磺酸鹽類處理劑的降粘、降失水作用。這類產(chǎn)品不僅抗溫降粘能力強(qiáng)且抑制性也很好。與硅穩(wěn)定劑復(fù)配使用時(shí)其降粘效果更好。硅穩(wěn)定劑是由有機(jī)硅和低分子量有機(jī)化合物制取的液態(tài)產(chǎn)品，用于改善泥餅質(zhì)量；并具有明顯的抑制能力和降粘效果。有機(jī)硅的主要成分為（CH3）2Si（OH）2或（CH3）Si（OH）3水解后縮合物。有機(jī)硅分子中的Si一OH鍵容易與粘土上的Si一OH鍵縮聚成SiOSi鍵，形成牢固的化學(xué)吸附，可在粘土表面上形成一層甲基朝外的吸附層，使粘土由親水表面反轉(zhuǎn)為親油表面，阻止或減緩了粘土表面和層間的水化作用；同樣也減弱了鉆井液中粘土顆粒間的相互作用力，削弱了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。因此有機(jī)硅不僅具有較好的抑制泥頁巖水化能力，而且也具有較好的鉆井液降粘能力和潤滑性能。遼河油田（MSO）、大港油田（GKHm）和江蘇油田等都使用了有機(jī)硅類降粘劑?？捎霉杷猁}、聚合物等一起使用，抗溫能力可達(dá)200以上，但抗鹽、抗鈣能力差。二、聚合物型降粘劑聚合物型降粘劑主要是低分子量的丙烯酸類或丙烯酰胺類聚合物，主要用于聚合物鉆井液。1 X40系列降粘劑：X40系列降粘劑產(chǎn)品包括XA40及XB40兩種。 XA40是低分子量聚丙烯酸鈉，其結(jié)構(gòu)式為： （-CH2CHCOONa-）n 在水溶液中采用氧化一還原引發(fā)體系，游離基鏈?zhǔn)骄酆现频靡后w產(chǎn)品，烘干后呈藍(lán)色顆粒或白色粉末。平均分子量為5，000左右。在鉆井液中加量為03時(shí)，可抗02CaSO；、03水泥、1NaCI，可抗150的高溫。 XB40是丙烯酸鈉與丙烯磺酸鈉的低分子量共聚物，其結(jié)構(gòu)式為： （-CH2CHCOONa-）x-（-CH2CHCH2SO3Na）y 其中丙烯磺酸鈉占總單體量的5一20mol。小角度光衍射法測得的重均分子量為2340，說明平均分子量相當(dāng)?shù)汀?XB40的聚合方法同XA40。由于在分子中引進(jìn)了一SO3Na，XB40的抗溫性和抗無機(jī)電解質(zhì)的能力都優(yōu)于XA4O。但成本比XA40高。如前所述，為了使降粘劑分子能在粘土顆粒上進(jìn)行多點(diǎn)吸附，并能給粘土顆粒帶來高的負(fù)電荷分布密度，要求降粘劑分子有一定的分子量；但不能高，否則會(huì)提高鉆井液的粘度。X40系列的稀釋機(jī)理：X40系列作為聚合物鉆井液的稀釋作用，主要是由它們的線型結(jié)構(gòu)及強(qiáng)陰離子官能團(tuán)引起的，但主要的是因它們的平均分子量低，這樣可以在水基鉆井液中拆散由高聚物與粘土顆粒之間形成的“橋接網(wǎng)架結(jié)構(gòu)”，達(dá)到降低粘度、降低切力的目的。若其聚合度過大，反而會(huì)使粘度、切力增加。2 XY-27：含有陰離子和陽離子基團(tuán)的兩性離子聚合物，屬于乙烯基單體多元共聚物。既是降粘劑又是抑制劑，它具有較強(qiáng)的降粘、抑制粘土水化膨脹的能力，既可用于聚合物鉆井液體系，而且對于分散型鉆井液體系在低濃度條件下優(yōu)于陰離子聚合物和分散型降粘劑。是目前使用量較大的一種聚合物降粘劑。幾乎全國各個(gè)油田都在使用。幾種降粘劑性能對比見表?；鶟{的組成：10%膨潤土+0.3%PAC141 兩性離子降粘劑降粘機(jī)理：在常規(guī)聚合物鉆井液中，陰離子型聚合物降粘劑一方面由于其分子量低，它通過與粘土粒子表面氫鍵吸附優(yōu)先吸附在粘土顆粒上，從而頂替掉原已吸附在粘土顆粒上的大分子主體聚合物，從而拆散了聚合物與粘土網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；另一方面，小分子量的降粘劑與主體聚合物大分子間的交聯(lián)作用，阻礙了聚合物與粘土間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，從而實(shí)現(xiàn)降粘作用。對兩性離子型聚合物降粘劑XY27來說，它的分子鏈中引人了陽離子和非離子基團(tuán)，使其在與粘土顆粒間的相互作用中增加了陽離子基因與粘土的靜電吸附，故XY27能比較高分子聚合物在粘土顆粒上更快更牢地吸附。而且XY27 的特有結(jié)構(gòu)致使與大分子之間的交聯(lián)或絡(luò)合機(jī)會(huì)增加，再加之分子鏈中擁有大量水化基團(tuán)，從而兩性離子聚合物降粘劑XY27的降粘效果優(yōu)于陰離子型合物。 兩性離子降粘劑抑制機(jī)理：分子鏈中的有機(jī)陽離子基團(tuán)通過靜電吸附于粘土表面，一方面中和了粘土表面負(fù)電荷，減弱粘土的水化趨勢，增強(qiáng)抑制，另一方面這種特殊分子結(jié)構(gòu)使聚合物鏈間更容易發(fā)生締合，從而使在具有較低分子量的時(shí)候，仍能對粘土顆粘進(jìn)行包被，不減弱體系抑制性。此外分子鏈中帶有大量的水化基因形成的水化膜，阻止自由水分子與粘土表面接觸和提高粘粒的抗剪切強(qiáng)度。有效地增強(qiáng)體系抑制性。這是集降粘同時(shí)又增強(qiáng)抑制的作用機(jī)理：兩性離子聚合物所具有的特殊結(jié)構(gòu)，使其能同各種類型處理劑相匹配或兼容，如可以配合使用磺化瀝青或磺化酚醛樹脂類等處理劑，改善泥餅質(zhì)量，提高封堵效果和抗溫能力。 降粘劑 XY27對鉆井液性能的影響:在加有FA367的膨潤土漿中，加入少量XY27，鉆井液粘度，切力就急劇下降，鉆井液濾失量降低，泥餅變得致密，且隨著XY27的加入，鉆井液抑制性非但沒有下降，反而增強(qiáng)了。XY27處理的鉆井液對不同類型粘土礦物的泥巖均具有較強(qiáng)的抑制性，回收率隨XY27加量增大而增高，現(xiàn)有的各種陰離子型降粘劑雖然具有較好的降粘效果，但均會(huì)引起鉆屑與膨潤土分散，削弱了鉆井液抑制性（從表 13可以看出，用 FCLS或 XB-40處理膨潤土漿，其顆粒平均直徑變小，比表面積增大），表 16列出用 FA367處理的膨潤土漿中加人 XY27后，隨其加量的增加鉆井液容納鉆屑的能力亦增強(qiáng)抗鉆屑污染能力增強(qiáng)。當(dāng) 0lXY27與 01FA367相配合時(shí)，鉆屑粉加量達(dá)20時(shí)，鉆井液粘度、切力仍然變化不大。3.磺化苯乙烯順丁烯二酸酐共聚物（sulfonated styrene maleic anhydride copolymer）：由苯乙烯、馬來酸酐、磺化試劑、溶劑（甲苯）、引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑（硫醇）通過共聚、磺化和水解后制得。分子量10005000，抗溫200以上。這種產(chǎn)品由于成本較高，僅在高溫油井或地?zé)峋褂?。第四?jié) 濾失控制劑鉆井液中液相在鉆井過程中侵入地層，造成泥頁巖水化、膨脹和垮塌，引起井下事故或損害產(chǎn)層。加入降失水劑的目的就是要形成好的濾餅，即滲透率低、柔韌、薄而致密的濾餅。濾餅的形成過程及濾失方程鉆井液濾失過程和濾失規(guī)律通常用濾失量和濾餅厚度來定量描述。實(shí)際上，在鉆井過程中鉆井液在鉆頭破碎井底巖石形成井眼的瞬間，鉆井液及其液相向地