非開挖鉆井液基礎(chǔ)知識(二)

鉆井液基礎(chǔ)知識（二）三.鉆井液材料銳林非開挖1鉆井液材料鉆井液材料分類(按組成）1.泥漿原材料：指在配漿中用量較大的基本組分。如造漿粘土、水等。2.處理劑：指用于改善和穩(wěn)定泥漿性能或泥漿不滿足某種性能而需要加入的化學(xué)添加劑。包括有機處理劑、無機處理劑和表面活性劑。2鉆井液材料鉆井液材料分類(按起的作用或功能）

降濾失劑、增粘劑、乳化劑、頁巖抑制劑、堵漏劑、降粘劑、緩蝕劑、黏土類、潤滑劑、加重劑、殺菌劑、消泡劑、泡沫劑、絮凝劑、解卡劑等。

3粘土礦物粘土礦物基本概述粘土在水或油中分散形成泥漿，對泥漿流動性有強烈影響粘土礦物是由很小的各種顆粒大小的含水鋁硅酸鹽組成；粘土礦物由單元晶層構(gòu)造而成；粘土礦物有兩種晶體片：硅氧四面體片和鋁氧八面體片；礦物單元晶層由兩種晶體片相結(jié)合而成基本構(gòu)造單元；粘土礦物顆粒是片狀單元晶層基本構(gòu)造單元疊合而成；顆粒在水中會水化膨脹和分散；粘土顆粒在水中會聚結(jié)、絮凝、膠凝或解絮凝；粘土顆粒表面在水中帶有電荷，而且電荷分布不均勻；粘土顆粒在水中會有吸附作用、離子交換作用。4粘土礦物粘土礦物主要種類高嶺石族代表性礦物為高嶺石，埃洛石、地開石、珍珠陶土等，含高嶺石礦物為主的粘土稱為高嶺土。蒙脫石族代表性礦物為蒙脫石，綠脫石、拜來石、皂石等，含蒙脫石礦物為主的粘土稱為膨潤土或蒙脫土。水云母族代表性礦物為伊利石（伊利水云母），絹云母、水白云母等，含伊利石礦物為主的粘土稱為伊利土或水云母土。海泡石族代表性礦物為海泡石，凹凸棒石、坡縷縞石等，相應(yīng)的粘土分別稱為海泡石粘土、凹凸棒粘土和坡縷縞石粘土。5粘土礦物四種粘土礦物的性能比較

礦物

名稱化學(xué)成分晶胞結(jié)構(gòu)類型晶層排列晶胞間引力晶胞間距陽離子交換容量比重造漿性能高嶺石Al4[Si4O10][OH]81:1OH層與O層相對有氫鍵引力強7.23-52.58-2.67不易分散蒙脫石(Al1.67Mg0.33)[Si4O10]

[OH]2·nH2O2:1O層與O層相對分子間力弱9.6-21.480~1502.35-2.74易分散、造漿率高伊利石K<1(Al,Fe,Mg)2

[(Si,Al)4O10][OH]2·nH2O2:1OH層與O層相對，層間有K+引力較強10.010-402.65-2.69不易分散海泡石Mg8[Si12O30][OH]4(OH2)4

·8H2O2:1雙鏈狀

結(jié)構(gòu)——12.920-30——耐高溫

抗鹽6粘土礦物四種粘土礦物的性能比較結(jié)果蒙脫石是最好的泥漿配制材料；海泡石族在常溫等一般條件下造漿性能比蒙脫石差，但在耐高溫、抗鹽侵方面具有較好的穩(wěn)定性

；高嶺石與伊利石的造漿性能差，且都難以改性和用化學(xué)處理劑調(diào)節(jié)泥漿性能。

7粘土礦物粘土礦物的鑒定粘土礦物的鑒定是確定粘土礦物的種類，目的是檢查其是否屬于以蒙脫石為主要成分的膨潤土。礦物鑒定方法：差熱分析和失重分析法、X衍射法、紅外光譜法、化學(xué)分析法、電子掃描顯微鏡法；物化性能測定法：吸蘭量試驗、膨脹試驗、膠質(zhì)價試驗、pH值試驗、陽離子交換容量測定。

（注：各方法的工作原理及操作規(guī)范可查閱相關(guān)專業(yè)書籍，在此不作詳述，也可送樣至專業(yè)單位予以鑒定。）

8粘土礦物造漿粘土的評價綜合國內(nèi)外評價造漿膨潤土優(yōu)劣的測試項目包括：（1）蒙脫石含量；（2）膠質(zhì)價和膨脹倍數(shù)；（3）陽離子交換容量、鹽基總量和鹽基分量；（4）可溶性鹽含量；（5）造漿率；（6）流變特性和失水特性。9粘土礦物造漿粘土的評價我國所使用的膨潤土的技術(shù)指標項

目指標一級膨潤土二級膨潤土三級膨潤土Φ600讀值，mPa.s≥30.0≥30.0≥23.0濾失量，ml≤15.0≤17.0≤22.0動切力，Pa≤1.5×PV值≤3×PV值濕度，%≤10.0≤12.0濕篩分析（0.074mm篩余），%≤4.0≤4.010粘土礦物造漿粘土的評價我國所使用的抗鹽土（凹凸棒石和海泡石）的技術(shù)指標項

目指標一級土二級土Φ600讀值，mPa.s≥30≥23水分，%≤15.0≤15.0濕篩分析（0.074mm篩余），%≤8.0≤8.011粘土礦物粘土礦物評價指標之造漿率（1）造漿率是指配得表觀粘度為15×10-3Pa·s的泥漿時，每噸粘土造漿的立方數(shù)，計量單位為m3/t。它直接表示泥

漿造漿效率的高低，以此評價泥漿的宏觀性能。（2）鈉膨潤土的造漿率較高，可直接加水配漿；（3）鈣膨潤土造漿率較低，配漿時須加入一定量的純堿

（將其轉(zhuǎn)為鈉鈣膨潤土）來提高它的造漿率；（4）要求膨潤土的造漿率至少達到16m3/t。12粘土礦物（5）粘土造漿率質(zhì)量標準指標表（注：

ηp為泥漿的塑性粘度；我國目前采用國際上通用的API標準作為商品膨潤土的質(zhì)量標準。）

指標標準質(zhì)量標準指標對被測土的技術(shù)要求泥漿達到的性能指標造漿率(m3/t)水分含量(%)200目篩余量(%)API失水(ml)屈服值漏斗粘度(s)API標準<10<4<13.53×ηp(0.478Pa)->16OCMA標準<15<2.5<15-->16JBAS標準<10<4<153×ηp(0.478Pa)->16前蘇聯(lián)標準6~10含砂量<6————251513粘土礦物粘土—水相互作用的術(shù)語聚結(jié)：粘土被水濕潤之前的正常狀態(tài)，存在狀態(tài)是粘土晶層片面-面疊合；水化：水被粘土吸附的過程，導(dǎo)致粘土膨脹和分散；分散：粘土晶層片集合體（基本構(gòu)造單元）被水分散成更小的晶層片集合體或單個晶體片；絮凝：粘土晶層片結(jié)合成房子（搭架子）結(jié)構(gòu)，粘土片顆粒由端-端或端-面的相反電荷互相吸引；當粘土顆粒濃度足夠大時搭架子布滿整個三維空間，形成凝膠；反絮凝：由于粘土片端或面上的電荷被化學(xué)中和，絮凝的粘土顆粒重新拆開（拆散架子）；抑制：粘土在水中的分散被阻止；鹽和某些有機分子抑制頁巖和商品粘土。14粘土礦物影響粘土與水相互作用的因素電解質(zhì)（全部離子）降低粘土的水化和分散；鈣離子和鎂離子能強烈的促進粘土絮凝和聚結(jié)；木質(zhì)素磺酸鹽起到反絮凝的作用同時也抑制粘土進一步地水化和分散；多數(shù)高分子聚合物一般能穩(wěn)定粘土的分散狀態(tài)；有些高分子聚合物會引起粘土顆粒的絮凝；溫度升高時會引起粘土聚結(jié)，有時則會引起粘土分散。

15粘土礦物膨潤土通常把以蒙脫石為主要成分的土稱為膨潤土；四種粘土礦物中，蒙脫石是最好的泥漿配制材料；蒙脫石粘土易水化膨脹，分散性好，造漿率高；蒙脫石粘土“活性”大，接受處理的能力強，易改性或用化學(xué)處理劑調(diào)節(jié)泥漿性能；鉆井泥漿是粘土在水中的分散體系，從鉆井工程的工藝要求出發(fā)，需要選用以含膨潤土為主的鈉膨潤土作為造漿材料；

16粘土礦物膨潤土的用途用作配漿的原材料，與處理劑一起配成符合定向鉆施工要求的泥漿；形成低滲透率的泥餅，降低泥漿濾失量；提高泥漿粘度和切力，提高井孔的凈化能力；作為堵漏材料；在膠結(jié)不良的地層中，改善井孔的穩(wěn)定性。

17粘土礦物造漿粘土的選擇造漿粘土的來源有就地取土、地層造漿以及購買正規(guī)粘土粉產(chǎn)品；造漿粘土的選用應(yīng)綜合評價其技術(shù)可行性及經(jīng)濟合理性；造漿粘土的技術(shù)可行性應(yīng)放置首位，應(yīng)考慮：1.粘土的技術(shù)參數(shù)如造漿率等是否滿足要求；2.其配制的泥漿性能參數(shù)能否滿足規(guī)范及現(xiàn)場需要；3.根據(jù)地層及水質(zhì)條件（含鹽量等）選用膨潤土或者抗鹽土（凹凸棒土、海泡石）。在滿足技術(shù)條件的前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇價格低廉、取土方便快捷、供貨量和性能有保證、較為經(jīng)濟合理的粘土。

18鉆井液材料鉆井液處理劑分類(按起的作用或功能）

粘土類、降濾失劑、增粘劑、乳化劑、頁巖抑制劑、堵漏劑、降粘劑、緩蝕劑、黏土類、潤滑劑、加重劑、殺菌劑、消泡劑、泡沫劑、絮凝劑、解卡劑等。

19鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-粘土類類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量

粘

土

類鈉土一噸配表觀粘度為15mPa.S的泥漿16M3，密度為1.03~1.05一級為符合API標準的鈉膨潤土

提粘、降濾失、建造泥餅，造壁和防止井漏

水基鉆井液

3.5~5.5%二級為改性土符合OCMA標準的要求（鈣土）三級為較次的配漿土抗鹽土硫酸鎂有獨特的纖維結(jié)構(gòu)，海泡石族，凹凸棒石，山軟木

提粘、降濾失、形成泥餅

鹽水、飽和鉆井液

3.5~5.5%

有機土由膨潤土經(jīng)季銨鹽陽離子表面活性劑處理的親油膨潤土

提粘、降濾失、形成泥餅

油基鉆井液4.0~8.0%20鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-堿類類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量

堿類

氫氧化鈉NaOH與丹寧，褐煤等處理劑使之轉(zhuǎn)化為鈉鹽等有效成分，控制鈣處理劑鉆井液中鈣離子的濃度

調(diào)節(jié)PH值

水基鉆井液

純堿Na2CO3處理鈣侵、調(diào)節(jié)PH值需調(diào)節(jié)OH值時使用

小蘇打NaHCO3處理鈣侵需保持PH值時使用

氫氧化鉀KOH調(diào)節(jié)PH值、防塌鉀基鉆井液體系

氫氧化鈣Ca（OH）2處理鈣侵、調(diào)節(jié)PH值需保持PH值時使用

21鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-降濾失劑降濾失劑又稱濾失控制劑、降失水劑；鉆進過程中，鉆井液的濾液侵入地層會引起泥頁巖水化膨脹，嚴重時會導(dǎo)致井壁失穩(wěn)等各種井下復(fù)雜情況；加入降濾失劑的目的，就是要通過在孔壁上形成低滲透率、柔韌、薄而密的濾餅，盡可能降低鉆井液的濾失量。常用降濾失劑見下表。22鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-降濾失劑（一）類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量降濾失劑纖維素類低粘羧甲基纖維素鈉鹽CMC-LV0.8~0.9用于加重鉆井液降濾失

水基鉆井液0.1~0.3%中粘羧甲基纖維素鈉鹽CMC-MV0.8~0.85降濾失并適當提粘

水基鉆井液0.1~0.2%高粘羧甲基纖維素鈉鹽CMC-HV取代度是決定羧甲基纖維素水溶性、抗鹽、抗鈣能力的主要因素0.6~0.65

低固相鉆井液的懸浮劑、封堵劑和增稠劑

水基鉆井液23鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-降濾失劑（二）類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量降濾失劑腐殖酸類

褐煤堿液（煤堿劑）

主要成分是腐植酸鈉含有多種官能團形成吸附水化層，提高粘土顆粒的電位，增大顆粒間的機械阻力和靜電斥力，使其中的顆粒保持多級分散狀態(tài)，形成致密的泥餅

水基鉆井液腐植酸鉀K21，含有55%硝基腐植酸鉀還可以用于防塌鉆井液體系水基和油基鉆井液體系

磺甲基褐煤SMC有很好的熱穩(wěn)定性，在200~230度，能很好的控制其濾失量和粘度抗鹽能力差，但與磺甲基酚醛樹脂復(fù)合使用，其抗鹽能力可以大大提高

水基鉆井液

24鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-降濾失劑（三）類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量降濾失劑淀粉類

羧甲基淀粉CMS尤其在鉆鹽膏層時，可以使鉆井液性能穩(wěn)定，濾失量低，還具有防塌降濾失效果好，作用速度快，在提粘上對塑性粘度影響小，而對動切力影響大，有利于攜帶鉆屑

水基鉆井液0.3~0.5%改性淀粉DFD-2降濾失水基鉆井液0.3~0.5%

抗溫該性淀粉DFD-140含有陽離子和非離子基團降濾失好，抗溫較好4%的鹽水中可以達140度，在飽和鹽水抗130度

水基鉆井液0.3~0.5%羧丙基淀粉HPS非離子型高分子材料，對陽離子不敏感抗鹽、抗鈣能力強，在處理鈣污染時，比CMC效果好，和酸溶性暫堵劑QS-2陪成無粘土相暫堵型鉆井液在陽離子和兩性離子聚合物鉆井液中可更好的降低濾失量25鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-降濾失劑（四）類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量降濾失劑聚合物類水解聚丙烯晴鈉鹽水解度和聚合度是影響降失水的主要因素。HPAN水解度（70~80%）、聚合度越高其降失水性能越好，還可以提高鉆井液的粘度和切力降濾失，可以抗200度以上的高溫，其抗鹽能力較強，但抗鈣能力較差。但對鹽水鉆井液至飽和鹽水鉆井液有一定的降粘作用水基鉆井液其抗鈉鹽能力較強，但抗鈣能力較弱0.3~0.5%水解聚丙烯晴銨鹽

NPANA其能夠提供銨根離子固作防塌劑

不僅有降失水作用還有抑制粘土水化分散的作用，因此也可以作頁巖抑制劑

水基鉆井液0.3~0.5%

聚丙烯酸鈣聚丙烯酸鈣不溶于水，使用時和強堿反應(yīng)轉(zhuǎn)換為溶于水的鈉鹽聚丙烯酸鈣是一種抗高鈣、鎂的降失水劑，并且有改善鉆井液流變性的性能。

水基鉆井液

PAC系列產(chǎn)品由丙烯酸、丙烯酰胺

PAC141主要是增粘劑，也可以作降失水劑

水基鉆井液

26鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-增粘劑增粘劑主要用來提高泥漿的粘度和切力，從而提高泥漿的攜渣能力；通過增大膨潤土用量來提粘，會引起鉆井液固相含量增大，不利于實現(xiàn)低固相和提高機械鉆速；增粘劑均為高分子聚合物，其長分子鏈之間容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而能顯著提高鉆井液的粘度；增粘劑除起增粘作用外，還往往兼作頁巖抑制劑、降濾失劑及流型改進劑。常用增粘劑見下表：27鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-增粘劑類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量

增

粘

劑高粘羧甲基纖維素鈉鹽

CMC-HV

提粘、降濾失

水基鉆井液0.1~0.3%高粘聚陽離子纖維素

PAC-HV提粘、包被鉆屑、抑制泥頁巖水化膨脹分散具有較強的抗鹽、抗鈣、抗溫能力0.05~0.3%正電膠MMH正電膠鉆井液主處理劑正電膠鉆井液0.2~0.4%

羥乙基纖維素

HEC其重要的特點是：在增粘的同時不增加切力。增粘程度與時間、溫度和鹽的含量有關(guān)，107~121度鹽水鉆井液完水液0.1~0.5%28鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-降粘劑降粘劑又稱解絮凝劑或稀釋劑；鉆進過程由于鹽侵、鈣侵、固相含量增加或處理劑失效等原因造成泥漿粘度、切力增大；粘度、切力過大會造成開泵困難、鉆屑難以除去或鉆進過程中激動壓力過大等現(xiàn)象，嚴重時會造成孔內(nèi)事故；鉆井液使用和維護過程中，需要加入降粘劑，以降低體系的粘度、切力，使其具有適宜的流變性。常用降粘劑見下表：29鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-降粘劑類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量

降粘劑

鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽其磺化度越高，水溶性越大FCLS是一種抗鹽、抗鈣的有效降粘劑，能用于淡水、海水、飽和鹽水，用語各種鈣處理劑中。其熱穩(wěn)定性很高可以抗150度的高溫，加量較大時還有降失水性能。但是其主要缺點有：必須保持較高的PH值，這不利于井壁穩(wěn)定；還會發(fā)泡；其泥餅?zāi)Σ料禂?shù)較高，對環(huán)境有一定的污染。PH值大于9~110.3~1.0%

磺甲基丹寧SMT降粘切、降濾失

當用量較大時有一定的降失水作用是由于結(jié)構(gòu)的拆散和粘土雙層斥力及水化作用的增強，更有利于形成致密的泥餅抗鹽達1000mg/L，抗溫達180~200℃0.5~1.0%磺甲基栲膠SMK和磺甲基丹寧相似抗溫180度

復(fù)合離子型聚合物稀釋劑

XY-27降低粘度、抑制粘土水化膨脹的能力不分散聚合物鉆井液0.1~0.3%30鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-頁巖抑制劑凡是能有效抑制頁巖水化膨脹和分散，起穩(wěn)定井壁作用的處理劑均可成為頁巖抑制劑。類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量

頁巖抑制劑氯化鉀KCL抑制泥頁巖水化、膨脹、分散，有較強抑制頁巖滲透水化能力水基鉆井液〉3.0%小陽離子NW-1抑制泥頁巖水化、膨脹、分散水基鉆井液0.1~0.3%小陽離子CSW-1抑制泥頁巖水化、膨脹、分散水基鉆井液0.1~0.3%

鉀鹽腐植酸類腐植酸鉀（KHm）淡水鉆井液頁巖抑制劑并兼有降粘合降濾失的作用抗溫180度1~3%硝基腐植酸鉀與腐植酸鉀相似其與磺化酚醛樹脂的縮合物是一種無熒光防塌劑代號（MHK）適合探井使用

防塌劑K21是一種頁巖抑制劑，具有較強的抑制頁巖水化的作用，并能降粘合降濾失作用抗溫180度

31鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-潤滑劑潤滑劑主要用來降低泥漿的摩擦系數(shù)和潤滑系數(shù)，減小鉆具扭矩，防止鉆具壓差卡鉆，降低泥漿流動阻力，防止鉆頭泥包等；原油、柴油在水基泥漿中使用，可提高潤滑性能和降低濾失量；使用過程中，油品粘度不宜過高，以防止流變性不易調(diào)控潤滑劑的種類繁多，可分為固體和液體兩大類。常用潤滑劑見下表：32鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-潤滑劑類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量

潤滑劑潤滑劑RH-3降低摩阻、增強潤滑性水基鉆井液0.3~0.5%潤滑劑DH-1降低摩阻、增強潤滑性水基鉆井液0.3~0.5%潤滑劑KRH-3降低摩阻、增強潤滑性水基鉆井液0.3~0.5%低熒光潤滑劑DH-4降低摩阻、增強潤滑性水基鉆井液0.3~0.5%固體潤滑劑塑料小球降低摩阻、增強潤滑性適用于各種體系鉆井液0.5~1.0%固體潤滑劑玻璃為珠降低摩阻、增強潤滑性適用于各種體系鉆井液0.5~1.0%33鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-清潔劑、解卡劑類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量

清潔劑

清潔劑

RH-4清潔鉆具，防止泥包

水基鉆井液0.2~0.5%

清潔劑

D.D清潔鉆具，防止泥包

水基鉆井液0.1~0.2%

解卡劑

粉狀解卡劑

SR-301

解除壓差粘附卡鉆與柴油、水攪拌可配制成各種密度的解卡液

IDF非加重型解卡液

IDFREE解除壓差粘附卡鉆與柴油、水攪拌可配制成各種密度的解卡液2.5~4.0%34鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-堵漏劑堵漏材料亦稱堵漏劑；主要用來封堵漏失地層段，以恢復(fù)泥漿的正常循環(huán)；依據(jù)作用機理可分為：橋接堵漏材料、高失水堵漏材料、暫堵材料、化學(xué)堵漏材料和無機凝膠堵漏材料。常用堵漏劑見下表：35鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-堵漏劑類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量

堵漏劑

云母MICA耐熱、酸、堿的片狀堵漏材料孔隙性、滲透性漏失地層2%

蛭石VERMICULITE熔點很高的粒狀堵漏材料孔隙性、滲透性

漏失地層1~2%

貝殼粉CONCH可酸溶的粒狀堵漏材料孔隙性、滲透性漏失地層1~2%

棉子殼COTTONSEED

粒狀堵漏材料

1~2%

核桃殼WALNUTSHELL粒狀堵漏材料

1~2%狄賽爾Z-DTR

堵漏孔隙性、滲透性漏失地層3~4%單向壓力封閉劑DF-1

堵漏孔隙性、滲透性

漏失地層2~3%36鉆井液處理劑常用鉆井液處理劑-其他類別名

稱

代

號主要用途適用條件或限制加

量其他

氯化鈉NaCl

調(diào)節(jié)鹽度、無固相加重、水泥促凝或緩凝

水基鉆井液、無固相鉆井液等

按需氯化鈣CaCl2油包水鉆井液活度調(diào)節(jié)，無固相加重，用于配制防塌性能較好的高鈣鉆井液，但常引起PH值降低

油包水鉆