鉆井液配漿原材料與處理劑

1、鉆井液濾失性能的調(diào)整方法課堂回顧：（1）使用膨潤(rùn)土造漿（2）加入適量純堿、燒堿或有機(jī)分散劑（3）加入CMC或其它聚合物以保護(hù)粘土顆粒（4）加入一些極細(xì)的膠體粒子1（1）邊界摩擦（2）干摩擦（無(wú)潤(rùn)滑摩擦）（3）流體摩擦2、鉆井作業(yè)中摩擦現(xiàn)象的特點(diǎn)3、鉆井液潤(rùn)滑性的主要影響因素課堂回顧：（1）粘度、密度和固相（2）濾失性、巖石條件、地下水和濾液pH值（3）有機(jī)高分子處理劑（4）潤(rùn)滑劑2（1）液體類，如礦物油、植物油、原油、表面活性劑等：在金屬、巖石和粘土表面形成吸附膜，使鉆柱與井壁巖石接觸（或水膜接觸）產(chǎn)生的固—固摩擦，改變?yōu)榛钚詣┓菢O性端之間或油膜之間的摩擦；（2）固體類，如石墨、塑料小球、玻璃小球等：將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦；（3）瀝青類處理劑：有效地涂敷在井壁上，在井壁上形成一層油膜。4、鉆井液潤(rùn)滑性能的評(píng)價(jià)方法課堂回顧：實(shí)際應(yīng)用的測(cè)試儀器：滑板式泥餅?zāi)ψ柘禂?shù)測(cè)定儀（MudCakeSluggishCoefficientmeter）、泥餅粘附系數(shù)測(cè)定儀（DifferentialStickingTester）、鉆井液極壓潤(rùn)滑儀（ExtremePressureandLubricityTester，簡(jiǎn)稱EP潤(rùn)滑儀）、潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)儀（LubricityEvaluationMonitor，簡(jiǎn)稱LEM潤(rùn)滑儀）、泥餅針人度計(jì)（FilterCakePenetrometer）、井眼摩擦模擬裝置以及多種卡鉆系數(shù)測(cè)定儀等。3第五章鉆井液配漿原材料與處理劑鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回鉆井液工藝原理電子教案—第5章4上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回本章要點(diǎn)：（1）鉆井液配漿原材料與常見(jiàn)處理劑有哪些；（2）鉆井液加重劑的用量計(jì)算；（3）鉆井液常用處理劑作用機(jī)理。鉆井液工藝原理電子教案—第5章5

隨著鉆井液體系更新，配漿原材料和處理劑的品種也不斷增加，處理劑的性能、質(zhì)量和技術(shù)水平實(shí)際上代表了鉆井液工藝技術(shù)的發(fā)展水平。鉆井液原材料和處理劑的種類品種繁多。為了使用和研究方便，有必要將它們進(jìn)行分類。目前主要有以下兩種分類方法。第一類分類方法是按其組成分類。通常分為鉆井液原材料、無(wú)機(jī)處理劑、有機(jī)處理劑和表面活性劑四大類。其中無(wú)機(jī)處理劑又可分為氯化物、硫酸鹽、堿類、碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和重鉻酸鹽和混合金屬層狀氫氧化物（即正電膠）類等。有機(jī)處理劑通常可分為天然產(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：腐植酸類、纖維素類、木質(zhì)素類、丹寧酸類、瀝青類、淀粉類和聚合物類等。前言6

第二類分類方法是按其在鉆井液中所起的作用或功能分類。我國(guó)鉆井液標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)根據(jù)國(guó)際上的分類法，并結(jié)合我國(guó)的具體情況，將鉆井液配漿材料和處理劑共分為以下16類，即（1）降濾失劑；（2）增粘劑；（3）乳化劑，使油水乳化產(chǎn)生乳狀液；（4）頁(yè)巖抑制劑；（5）堵漏劑；（6）降粘劑；（7）緩蝕劑；（8）粘土類；（9）潤(rùn)滑劑；（10）加重劑；（11）殺菌劑；（12）消泡劑；（13）泡沫劑；（14）絮凝劑；（15）解卡劑；（16）其它類等。前言7鉆井液工藝原理電子教案第第一節(jié)鉆井液配漿原材料

一、粘土類

膨潤(rùn)土：蒙脫石含量不少于85%的粘土礦物。分為三個(gè)等級(jí)：鈉膨潤(rùn)土、改性土和較次的配漿土。膨潤(rùn)土在淡水鉆井液中具有以下作用：（1）增加粘度和切力，提高井眼凈化能力；（2）形成低滲透率的致密泥餅，降低濾失量；（3）對(duì)于膠結(jié)不良的地層，可改善井眼的穩(wěn)定性；（4）防止井漏。8

二、加重材料1．常用的鉆井液加重材料（1）重晶石粉（Barite，4.2g/cm3）（2）石灰石粉（Limestone，2.7-2.9g/cm3）（3）鐵礦粉（Hematite，4.9-5.3g/cm3）和鈦鐵礦粉（Ilmenite，4.5-5.1g/cm3）（4）方鉛礦粉（Galena，7.4-7.7g/cm3）鉆井液工藝原理電子教案第第一節(jié)

鉆井液配漿原材料

92．加重材料用量的計(jì)算以重晶石為例，對(duì)于某一給定的鉆井液體系，確定加重材料用量的方法。加重前、后的體積關(guān)系可用下式表示：式中，V1、V2、VB：分別表示加重前、加重后的鉆井液體積和重晶石的體積，mB，ρB為重晶石的質(zhì)量和密度。與此同時(shí)，鉆井液在加重前、后的質(zhì)量關(guān)系其中：ρl和ρ2分別為加重前、后的鉆井液密度。由式（2），mB＝ρ2V2-ρlVl，將其代人式（1）可得到V2的計(jì)算求出V2后，重晶石用量可由下式求得：

mB=（V2-V1）

ρB

（1）

10

然而有時(shí)因受現(xiàn)場(chǎng)泥漿池容積的限制，加重前必須排掉一部分鉆井液，或者希望在加重之前先排掉一部分不加重鉆井液，以避免加重劑的浪費(fèi)，這種情況下，首先根據(jù)加重后可以容納的體積V2，用下式求出應(yīng)保留的原漿的體積： 然后仍用式（1）求出重晶石的用量。

（2）

例子：用重晶石（ρB=4.2g/cm3）把200m3鉆井液由密度ρ1=1.10g/cm3加重到ρ2=1.50g/cm3，并且每100kg重晶石需同時(shí)加入9L水以防止鉆井液過(guò)度增稠，試求：⑴若最終體積無(wú)限制，需加入重晶石多少噸？⑵若最終體積為200m3，需加入重晶石多少噸，放掉鉆井液多少方？

最終體積無(wú)限制，需加入重晶石133.8噸。最終體積為200m3，需加入重晶石110噸，放掉鉆井液36方。11鉆井液工藝原理電子教案第第一節(jié)鉆井液配漿原材料三、配漿水和油

在水基鉆井液中，水是分散介質(zhì)，大多數(shù)處理劑均通過(guò)溶解于水而發(fā)揮作用；在泡沫鉆井液中水也是作為連續(xù)相，空氣在起泡劑和穩(wěn)泡劑的作用下分散在水中；在油包水乳化鉆井液中，水是分散相，往往水中又含有一定量的無(wú)機(jī)鹽，如氯化鈉和氯化鈣等；在霧流體中，是作為分散相，成小顆粒狀分散于氣中。實(shí)踐證明，鉆井液性能與配漿水的性質(zhì)密切相關(guān)。多數(shù)情況下，為節(jié)約成本，都是就地取材，但是地區(qū)不同水質(zhì)相差很大，水中的各種雜質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽類、細(xì)菌和氣體等對(duì)鉆井液的性能有很大影響。

12鉆井液工藝原理電子教案第第一節(jié)鉆井液配漿原材料原油、柴油和低毒礦物油也是配制鉆井液時(shí)常用的原材料。在油基鉆井液中，常選用柴油和礦物油作為連續(xù)相。在水基鉆井液中，也?；烊胍欢康脑突虿裼停蕴岣咂錆?rùn)滑性能，并起降低濾失量的作用。在使用過(guò)程中，應(yīng)注意油品的粘度不宜過(guò)高，否則鉆井液的流變性不易調(diào)控。對(duì)于探井，應(yīng)考慮其熒光度對(duì)油氣顯示的影響。在選用原油時(shí)，應(yīng)考慮其凝固點(diǎn)以及石蠟、瀝青質(zhì)含量等，以免對(duì)油氣層造成不良的影響。13上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第二節(jié)無(wú)機(jī)處理劑一、常用的無(wú)機(jī)處理劑

1．純堿

2．燒堿

3．石灰

4、石膏

5.

氯化鈣

6．氯化鈉分類：Ca2+14上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第二節(jié)無(wú)機(jī)處理劑一、常用的無(wú)機(jī)處理劑

7．氯化鉀

8．硅酸鈉

9．重鉻酸鈉和重鉻酸鉀

10．酸式焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉11．混合金屬層狀氫氧化物15第三節(jié)粘土的水化膨脹作鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第二節(jié)無(wú)機(jī)處理劑二、無(wú)機(jī)處理劑在鉆井液中的作用機(jī)理

無(wú)機(jī)處理劑都是水溶性的無(wú)機(jī)堿類和鹽類，其中多數(shù)可提供陽(yáng)離子和陰離子，也有一些與水形成膠體或生成絡(luò)合物。它們?cè)阢@井液中的作用機(jī)理可歸納為以下方面：1．離子交換吸附（Na+與Ca2+）5．與有機(jī)處理劑生成可溶性鹽2．調(diào)控鉆井液的pH值3．沉淀作用（沉淀鈣、鎂離子）4．絡(luò)合作用（除去鈣、鎂離子等）6．抑制溶解的作用16第三節(jié)粘土的水化膨脹作鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)有機(jī)處理劑

一、降粘劑

降粘劑又稱為解絮凝劑和稀釋劑。鉆井液降粘劑的種類很多。根據(jù)其作用機(jī)理的不同，可分為兩種類型，即分散型稀釋劑和聚合物型稀釋劑。在分散型稀釋劑中主要有丹寧類和木質(zhì)素磺酸鹽類，聚合物型稀釋劑主要包括共聚型聚合物降粘劑和低分子聚合物降粘劑等。171、單寧類單寧酸鈉、磺甲基單寧鉆井液工藝原理電子教案第第三節(jié)有機(jī)處理劑

18

稀釋機(jī)理

單寧酸鈉苯環(huán)上相鄰的雙酚羥基可通過(guò)配位鍵吸附在粘土顆粒斷鍵邊緣的Al3+處，拆散結(jié)構(gòu)；而剩余的-ONa和-COONa均為水化基團(tuán)，它們又能給粘土顆粒帶來(lái)較多的負(fù)電荷和水化層，使粘土顆粒端面處的雙電層斥力和水化膜厚度增加，從而拆散和削弱了粘土顆粒間通過(guò)端—面和端—端連接而形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使粘度和切力下降。第三節(jié)有機(jī)處理劑

19（1）抗鹽抗鈣能；（2）熱穩(wěn)定性好；（3）水溶性好；（4）需pH=9-11稀釋機(jī)理：一是在黏土顆粒的斷建邊緣上形成吸附水化層，削弱黏土顆粒之間的端-面和端-端連接，從而削弱或拆散空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；二是鐵鉻鹽分子在泥頁(yè)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(yè)巖造漿所引起的鉆井液粘度和切力上升。2．木質(zhì)素磺酸鹽類鉆井液工藝原理電子教案第第三節(jié)有機(jī)處理劑

20

作用機(jī)理：X—40系列處理劑的之所以具有較強(qiáng)的稀釋作用，主要是由其線型結(jié)構(gòu)、低相對(duì)分子質(zhì)量及強(qiáng)陰離子基團(tuán)所決定的。一方面，由于其分子量低，可通過(guò)氫鍵優(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高分子聚合物，從而拆散了由高聚物與粘土顆粒之間形成的“橋接網(wǎng)架結(jié)構(gòu)”；另一方面，低分子量的降粘劑可與高分子主體聚合物發(fā)生分子間的交聯(lián)作用，阻礙了聚合物與粘土之間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形成，從而達(dá)到降低粘度和切力的目的。但若其聚合度過(guò)大，相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)高，反而會(huì)使粘度、切力增加。3．X-40系列降粘劑鉆井液工藝原理電子教案第第三節(jié)有機(jī)處理劑

4．XY-275．磺化苯乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物21

降濾失劑又稱為濾失控制劑、降失水劑。在鉆井過(guò)程中，鉆井液的濾液侵入地層會(huì)引起泥頁(yè)巖水化膨脹，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定和各種井下復(fù)雜情況，鉆遇產(chǎn)層時(shí)還會(huì)造成油氣層損害。加入降濾失劑的目的，就是要通過(guò)在井壁上形成低滲透率、柔韌、薄而致密的濾餅，盡可能降低鉆井液的濾失量。降濾失劑是鉆井液處理劑的重要?jiǎng)┓N，根據(jù)其來(lái)源主要分為纖維素類、腐植酸類、丙烯酸類、淀粉類和樹(shù)脂類等。二、降濾失劑鉆井液工藝原理電子教案第第三節(jié)有機(jī)處理劑

22（1）腐植酸的來(lái)源及基本組成

1．腐植酸類

（2）腐植酸的主要性質(zhì)

腐植酸雖難溶于水，其水溶液仍呈弱酸性。褐煤與燒堿的反應(yīng)生成的腐植酸鈉易溶于水。熱穩(wěn)定性很強(qiáng)。不抗鹽不抗鈣。鉆井液工藝原理電子教案第第三節(jié)有機(jī)處理劑

23①褐煤堿液（褐煤：堿：水=15:1-3:50-200）

（3）常用的腐植酸類降濾失劑②硝基腐植酸鈉（抗溫達(dá)200℃，抗鹽達(dá)20%）③鉻腐植酸（抗鹽抗溫能力加強(qiáng)）④磺甲基褐煤（SMC，抗溫達(dá)200℃，抗鹽能力較差）鉆井液工藝原理電子教案第第三節(jié)有機(jī)處理劑

24鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)有機(jī)處理劑

2．纖維素類

纖維素是由許多環(huán)式葡萄糖單元構(gòu)成的長(zhǎng)鏈狀高分子化合物，以纖維素為原料可以制得一系列鉆井液降濾失劑，其中使用最多的是鈉羧甲基纖維素（簡(jiǎn)稱CMC）和羥乙基纖維素（簡(jiǎn)稱HEC）。（1）鈉羧甲基纖維素降濾失機(jī)理a.吸附作用b.提粘和堵塞作用25分類：高粘CMC：聚合度＞700中粘CMC：聚合度約600低粘CMC：聚合度約500進(jìn)一步改性：加入抗氧劑，引入氰乙基。2、常用的鉆井液加重材料及用量計(jì)算課堂回顧：（1）重晶石粉（2）石灰石粉（3）鐵礦粉和鈦鐵礦粉（4）方鉛礦粉26（1）增加粘度和切力，提高井眼凈化能力；（2）形成低滲透率的致密泥餅，降低濾失量；（3）對(duì)于膠結(jié)不良的地層，可改善井眼的穩(wěn)定性；（4）防止井漏。1、粘土的概念及在鉆井液中的作用3、無(wú)機(jī)處理劑的種類、作用及其機(jī)理課堂回顧：（1）種類：純堿；燒堿；石灰；石膏；氯化鈣；氯化鈉；氯化鉀；硅酸鈉；重鉻酸鈉和重鉻酸鉀；酸式焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉；混合金屬層狀氫氧化物（2）作用機(jī)理：離子交換吸附；調(diào)控鉆井液的pH值；沉淀作用（沉淀鈣、鎂離子）；絡(luò)合作用（除去鈣、鎂離子等）；與有機(jī)處理劑生成可溶性鹽；抑制溶解的作用27（1）分散型稀釋劑和聚合物型稀釋劑：通過(guò)配位鍵吸附在粘土顆粒斷鍵邊緣處，拆散結(jié)構(gòu)；水化基團(tuán)又能給粘土顆粒帶來(lái)較多的負(fù)電荷和水化層，使粘土顆粒端面處的雙電層斥力和水化膜厚度增加，從而拆散和削弱了粘土顆粒間通過(guò)端—面和端—端連接而形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使粘度和切力下降；4、有機(jī)降粘劑及其作用機(jī)理課堂回顧：（2）聚合物型稀釋劑：一方面，由于其分子量低，可通過(guò)氫鍵優(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高分子聚合物，從而拆散了由高聚物與粘土顆粒之間形成的“橋接網(wǎng)架結(jié)構(gòu)”；另一方面，低分子量的降粘劑可與高分子主體聚合物發(fā)生分子間的交聯(lián)作用，阻礙了聚合物與粘土之間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形成，從而達(dá)到降低粘度和切力的目的。28（2）羥乙基纖維素（HEC）

在纖維素分子鏈上引入羥乙基，增加水溶性，降濾失機(jī)理與鈉羧甲基纖維素類似。鉆井液工藝原理電子教案第第三節(jié)有機(jī)處理劑

29（3）其他纖維素類降濾失劑國(guó)外Drispac中海油PF-PAC系列鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)有機(jī)處理劑

3．丙烯酸類聚合物

丙烯酸類聚合物是低固相聚合物鉆井液的主要處理劑類型之一。制備這類聚合物的主要原料有丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯磺酸等。根據(jù)所引入官能團(tuán)、相對(duì)分子質(zhì)量、水解度和所生成鹽類的不同，可合成一系列鉆井液處理劑。這里僅介紹較常用的降濾失劑水解聚丙烯腈及其鹽類、PAC系列產(chǎn)品和丙烯酸鹽SK系列產(chǎn)品。30（1）水解聚丙烯腈及其鹽類

聚丙烯腈是制造腈綸（人造羊毛）的合成纖維材料，目前用于鉆井液的主要是腈綸廢絲經(jīng)堿水解后的產(chǎn)物，外觀為白色粉末，代號(hào)為HPAN。聚丙烯腈是一種由丙烯腈合成的高分子聚合物。其他的有：水解聚丙烯腈鈣鹽（Ca-HPAN）水解聚丙烯腈銨鹽（NH4-HPAN）鉆井液工藝原理電子教案第第三節(jié)有機(jī)處理劑

31

（2）PAC系列產(chǎn)品

PAC系列產(chǎn)品是指各種復(fù)合離子型的聚丙烯酸鹽聚合物（PAC），實(shí)際上是具有不同取代基的乙烯基單體及其鹽類的共聚物，通過(guò)在高分子鏈節(jié)上引入不同含量的羧基、羧鈉基、羧胺基、酰胺基、磺酸基和羥基等共聚而成。該系列產(chǎn)品主要用于聚合物鉆井液體系。由于各種官能團(tuán)的協(xié)同作用，在各種復(fù)雜地層和不同的礦化度、溫度條件下均能發(fā)揮其作用。只要調(diào)整好聚合物分子鏈節(jié)中各官能團(tuán)的種類、數(shù)量、比例、聚合度及分子構(gòu)型，就可設(shè)計(jì)和研制出一系列的處理劑，可以滿足增粘、降粘或降濾失要求，目前應(yīng)用較多的是PAC-141（增粘降濾失，抗180℃、抗飽和鹽）、PAC-l42（增粘幅度較?。┖蚉AC-l43（適用于各種礦化度）等三種產(chǎn)品。鉆井液工藝原理電子教案第第三節(jié)有機(jī)處理劑

32（3）丙烯酸鹽SK系列產(chǎn)品

該系列產(chǎn)品為丙烯酸鹽的多元共聚物。其外觀為白色粉末，易溶于水，溶液呈堿性。主要用做聚合物鉆井液的降濾失劑。但不同型號(hào)的產(chǎn)品在性能上有所區(qū)別。SK-1可用于無(wú)固相完井液和低固相鉆井液，在配合用NaCl、CaCl2等無(wú)機(jī)鹽加重的過(guò)程中，主要起降濾失和增粘的作用。

SK-2是一種具有較強(qiáng)的抗鹽、抗鈣能力，不增粘的降濾失劑。SK-3主要用在當(dāng)聚合物鉆井液受到無(wú)機(jī)鹽污染后，作為降粘劑，同時(shí)可改善鉆井液的熱穩(wěn)定性（高溫穩(wěn)定性），降低高溫高壓濾失量。33鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)有機(jī)處理劑

4．樹(shù)脂類以酚醛樹(shù)脂為主體，經(jīng)磺化或引入其它官能團(tuán)而制得。

（1）磺甲基酚醛樹(shù)脂磺甲基酚醛樹(shù)脂（SMP-I，SMP-II）是一類抗高溫降濾失劑。合成：

其合成路線是先在酸性條件（pH=3-4）下使甲醛與苯酚反應(yīng)，生成線型酚醛樹(shù)脂；再在堿性條件下加入磺甲基化試劑進(jìn)行分步磺化；通過(guò)適當(dāng)控制反應(yīng)條件，可得到磺化度較高和相對(duì)分子質(zhì)量較大的產(chǎn)品。

它的另一種合成路線是：將苯酚、甲醛、亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉一次投料，在堿催化條件下，縮合和磺化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，最后生成磺甲基酚醛樹(shù)脂。34

（2）磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹(shù)脂縮合物（SLSP）該產(chǎn)品是磺化木質(zhì)素與磺甲基酚醛樹(shù)脂的縮合物，代號(hào)為SLSP。SLSP與磺甲基酚醛樹(shù)脂有相似的優(yōu)良性能，但在原來(lái)樹(shù)脂的基礎(chǔ)上引人了一部分磺化木質(zhì)素。所以SLSP在降低鉆井液濾失量的同時(shí)，還有優(yōu)良的稀釋特性。缺點(diǎn)是在鉆井液中比較容易起泡，必要時(shí)需配合加入消泡劑。（3）磺化褐煤樹(shù)脂SPNH（類同國(guó)外Resinex）35褐煤與腈綸廢絲通過(guò)接枝共聚和磺化制得，抗溫達(dá)220℃，抗鹽達(dá)10%，抗鈣達(dá)0.2%。鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)有機(jī)處理劑

5．淀粉類

淀粉（Starch）的結(jié)構(gòu)與纖維素相似，屬于碳水化合物，是最早使用的鉆井液降濾失劑之一。目前有羧甲基淀粉CMS，羥乙基淀粉HPS和抗溫淀粉DFD-140及中海油的float系列。

在某些鉆井液中，加入淀粉不僅可以降低濾失量，而且還有助于提高鉆井液中粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性。淀粉在淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中均可使用。淀粉的降濾失機(jī)理一方面是它吸收水分，減少了鉆井液中的自由水；另一方面是形成的囊狀物可進(jìn)入泥餅的細(xì)縫中，從而堵塞水的通路，進(jìn)一步降低了泥餅的滲透性。36鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)有機(jī)處理劑

三、增粘劑

增粘劑除了起增粘作用外，還往往兼作頁(yè)巖抑制劑（包被劑）、降濾失劑及流型改進(jìn)劑。因此，使用增粘劑常常有利于改善鉆井液的流變性，也有利于井壁穩(wěn)定。增粘劑種類很多。371．XC生物聚合物XC生物聚合物又稱做黃原膠，是由黃原菌類作用于碳水化合物而生成的高分子鏈狀多糖聚合物，相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá)5×106，易溶于水。是一種適用于淡水、鹽水和飽和鹽水鉆井液的高效增粘劑，加入很少的量（0.2%～0.3%）即可產(chǎn)生較高的粘度，并兼有降濾失作用。它的另一顯著特點(diǎn)是具有優(yōu)良的剪切稀釋性能，能夠有效地改進(jìn)流型（即增大動(dòng)塑比，降低n值）。用它處理的鉆井液在高剪切速率下的極限粘度很低，有利于提高機(jī)械鉆速；而在環(huán)形空間的低剪切速率下又具有較高的粘度，并有利于形成平板形層流，使鉆井液攜帶巖屑的能力明顯增強(qiáng)。382．羥乙基纖維素

羥乙基纖維素（代號(hào)HEC）是一種水溶性的纖維素衍生物。外觀為白色或淺黃色固體粉末。它無(wú)嗅、無(wú)味、無(wú)毒，溶于水后形成粘稠的膠狀液。

該處理劑是由纖維素和環(huán)氧乙烷經(jīng)羥乙基化制成的產(chǎn)品，主要在聚合物鉆井液中起增粘作用。其顯著特點(diǎn)是在增粘的同時(shí)不增加切力，因此在鉆井液切力過(guò)高致使開(kāi)泵困難時(shí)常被選用。增粘程度一般與時(shí)間、溫度和含鹽量有關(guān)，抗溫能力可達(dá)107～121℃。39鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)有機(jī)處理劑

四、頁(yè)巖抑制防塌劑

概括地講，處理劑在鉆井液中所起的作用主要有兩個(gè)：一是維持鉆井液性能穩(wěn)定，二是保持井壁穩(wěn)定。凡是能有效地抑制頁(yè)巖水化膨脹和分散，主要起穩(wěn)定井壁作用的處理劑均可稱做頁(yè)巖抑制劑，又稱防塌劑。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹幾種重要的有機(jī)防塌劑。401、瀝青類

（1）氧化瀝青

氧化瀝青為黑色均勻分散的粉末，難溶于水，多數(shù)產(chǎn)品的軟化點(diǎn)為150~160℃，細(xì)度為通過(guò)60目篩的部分占85%。主要在水基鉆井液中用做頁(yè)巖抑制劑，并兼有潤(rùn)滑作用，一般加量為l%~2%。此外，還可分散在油基鉆井液中起增粘和降濾失作用。41

（2）磺化瀝青

磺化瀝青的防塌機(jī)理：磺化瀝青中由于含有磺酸基，水化作用很強(qiáng)，當(dāng)吸附在頁(yè)巖晶層斷面上時(shí)，可阻止頁(yè)巖顆粒的水化分散；同時(shí)不溶于水的部分又能起到填充孔喉和裂縫的封堵作用，并可覆蓋在頁(yè)巖表面，改善泥餅質(zhì)量。但隨著溫度的升高，磺化瀝青的封堵能力會(huì)有所下降?；腔癁r青還在鉆井液中起潤(rùn)滑和降低高溫高壓濾失量的作用，是一種多功能的有機(jī)處理劑。（3）天然瀝青和改性瀝青42

2．鉀鹽腐植酸類（1）腐植酸鉀

腐植酸鉀（KHm）是以褐煤為原料，用KOH提取而制得的產(chǎn)品。外觀為黑褐色粉末，易溶于水，水溶液的pH值為9～l0。主要用做淡水鉆井液的頁(yè)巖抑制劑，并兼有降粘和降濾失作用。抗溫能力為180℃。

（2）硝基腐植酸鉀（MHP）43

（3）K21

防塌劑K21是硝基腐植酸鉀、特種樹(shù)脂、三羥乙基酚和磺化石蠟等的復(fù)配產(chǎn)品。黑色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。是一種常用的頁(yè)巖抑制劑，具有較強(qiáng)的抑制頁(yè)巖水化的作用，并能降粘和降低濾失量，抗溫可達(dá)180℃。

頁(yè)巖抑制劑類產(chǎn)品還有許多。例如，各種聚合物類和聚合醇類有機(jī)處理劑，硅酸鹽類、鉀鹽類、銨鹽類和正電膠等無(wú)機(jī)處理劑都是性能優(yōu)良的頁(yè)巖抑制劑。44第三節(jié)粘土的水化膨脹作鉆井液工藝原理電子教案第上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)有機(jī)處理劑

五、絮凝劑定義：使鉆井液固相顆粒聚結(jié)變大的化學(xué)劑2.分類：無(wú)機(jī)絮凝劑，有機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑按官能團(tuán)類型：非離子型、陰離子型、陽(yáng)離子型和兩性離子型按絮凝粘土顆粒種類：完全絮凝劑和選擇性絮凝劑45（1）聚丙酰胺（PAM），非離子型親水性高分子；（2）部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），在分子鏈中引入羧鈉基團(tuán)，屬陰離子型高分子電解質(zhì)，一般水解度為30%，具有選擇絮凝鉆屑的作用。（3）80A51，丙烯酰胺和丙烯酸鈉共聚物，分子量400-700萬(wàn)，陰離子型選擇性處理劑。（4）CPAM，陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺。

3.常見(jiàn)有機(jī)絮凝劑464、作用機(jī)理a.無(wú)機(jī)絮凝劑主要是一些無(wú)機(jī)鹽，如氯化鈉、氯化鈣等。作用機(jī)理：通過(guò)離子交換吸附壓縮雙電層，降低粘土顆粒表面電動(dòng)電位，水化膜變薄，使粘土顆粒產(chǎn)生絮凝。b.有機(jī)絮凝劑主要高分子聚合物（分子量＞300萬(wàn)）。非離子型和陰離子型絮凝劑主要是通過(guò)吸附、橋接、蜷曲、下沉機(jī)理；陽(yáng)離子絮凝劑除了搭橋機(jī)理以外，還具有電性中和，具有更快更高的絮凝效率。475、影響因素分子量：相對(duì)分子量300～600萬(wàn)，太小，分子鏈太短絮凝效果變差，小于1萬(wàn)，起到的主要作用就會(huì)是降粘作用，太高，則會(huì)影響在水中的溶解度；水解度，太低影響伸展，水溶性差，水解