第六章鉆井液配漿原材料

第六章鉆井液配漿原材料第一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五上一內(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)理第二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五隨著鉆井液體系的不斷更新，配漿原材料和處理劑的品種也在不斷地增加，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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1972年我國(guó)鉆井液材料和處理劑總共只有21種，1975年以后開始取得突破性進(jìn)展，到1983年底增至76種，1993年增加到16類共260種。近幾年在各種新型聚合物、正電膠和聚合醇等高效處理劑的研究方面，又分別取得了新的進(jìn)展。一般來講，鉆井液配漿原材料是指在配漿中用量較大的基本組分，處理劑則是指用于改善和穩(wěn)定鉆井液性能，或?yàn)闈M足鉆井液某種性能需要而加人的化學(xué)添加劑。處理劑是鉆井液的核心組分，往往很少的加量就會(huì)對(duì)鉆井液性能產(chǎn)生極大的影響。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。第三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一類分類方法是按其組成分類。通常分為鉆井液原材料、無機(jī)處理劑、有機(jī)處理劑和表面活性劑四大類。其中無機(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?？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。第四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五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。這16類處理劑所起的作用各不相同，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)需要使用其中的幾種。有時(shí)，一種處理劑在鉆井液中同時(shí)具有幾種作用。例如，有的降失水劑同時(shí)兼有增粘或降粘作用，絮凝劑同時(shí)兼有增粘劑的作用等。本章將以上兩種分類方法結(jié)合起來，除介紹常用的配漿原材料和無機(jī)處理劑外，重點(diǎn)介紹幾類重要的有機(jī)處理劑，即降粘劑、降濾失劑、頁(yè)巖抑制劑、絮凝劑和堵漏劑等。第五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五鉆井液工藝原理電子教案第二章第一節(jié)鉆井液配漿原材料

一、粘土類

膨潤(rùn)土是水基鉆井液的重要配漿材料。有的文獻(xiàn)將膨潤(rùn)土定義為具有蒙脫石的物理化學(xué)性質(zhì)，含蒙脫石不少于85％的粘土礦物。評(píng)價(jià)膨潤(rùn)土好壞的標(biāo)準(zhǔn)是造漿率，即每噸膨潤(rùn)土可以配制粘度為15mpa·s的鉆井液的體積數(shù)，m3。一般要求1t膨潤(rùn)土至少能夠配制出粘度為15mpa·s的鉆井液16m3。鈉膨潤(rùn)土的造漿率一般較高，而鈣膨潤(rùn)土則需要通過加入純堿使之轉(zhuǎn)化為鈉膨潤(rùn)土后方可使用。目前我國(guó)將配制鉆井液所用的膨潤(rùn)土分為三個(gè)等級(jí)：一級(jí)為符合API標(biāo)準(zhǔn)的鈉膨潤(rùn)土；二級(jí)為改性土，經(jīng)過改性符合OCMA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。由于無機(jī)鹽對(duì)膨潤(rùn)土的水化分散具有一定的抑制作用，因此膨潤(rùn)土在淡水和鹽水中的造漿率不同，鹽水造漿率一般要低一些。將膨潤(rùn)土先在淡水中預(yù)水化，然后再加入鹽水中，可以提高其在鹽水中的造漿率。第六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五膨潤(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。

海泡石、凹凸棒石和坡縷縞石是較典型的抗鹽、耐高溫的粘土礦物，主要用于配制鹽水鉆井液和飽和鹽水鉆井液。用抗鹽粘土配制的鉆井液一般形成的泥餅質(zhì)量不好，濾失量較大。因此，必須配合使用降濾失劑。海泡石有很強(qiáng)的造漿能力，用它配制的鉆井液具有較高的熱穩(wěn)定性。此外，海泡石還具有一定的酸溶性(在酸中可溶解60％左右)，因此，在保護(hù)油氣層的鉆井液中，還可用做酸溶性暫堵劑。在我國(guó)，由于目前這幾種抗鹽粘土的礦源相對(duì)較少，因此在鉆井液中的應(yīng)用尚不普遍。

有機(jī)土是由膨潤(rùn)土經(jīng)季銨鹽類陽(yáng)離子表面活性劑處理而制成的親油膨潤(rùn)土。有機(jī)土可以在油中分散，形成結(jié)構(gòu)，其作用與水基鉆井液中的膨潤(rùn)土類似。第七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

二、加重材料1．常用的鉆井液加重材料加重材料又稱加重劑，由不溶于水的惰性物質(zhì)經(jīng)研磨加工制備而成。為了對(duì)付高壓地層和穩(wěn)定井壁，需將其添加到鉆井液中以提高鉆井液的密度。加重材料應(yīng)具備的條件是自身的密度大，磨損性小，易粉碎；并且應(yīng)屬于惰性物質(zhì)，既不溶于鉆井液，也不與鉆井液中的其它組分發(fā)生相互作用。鉆井液的常用加重材料有以下幾種：

(1)重晶石粉重晶石粉是一種以BaSO4為主要成分的天然礦石，經(jīng)過機(jī)械加工后而制成的灰白色粉末狀產(chǎn)品。按照API標(biāo)準(zhǔn)，其密度應(yīng)達(dá)到4.2g/cm3，粉末細(xì)度要求通過200目篩網(wǎng)時(shí)的篩余量<3.0％。重晶石粉一般用于加重密度不超過2.30g/cm3的水基和油基鉆井液，它是目前應(yīng)用最廣泛的一種鉆井液加重劑。第八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)石灰石粉(Limestone)

石灰石粉的主要成分為CaCO3，密度為2.7～2.9g/cm3。易與鹽酸等無機(jī)酸類發(fā)生反應(yīng)，生成CO2、H2O和可溶性鹽，因而適于在非酸敏性而又需進(jìn)行酸化作業(yè)的產(chǎn)層中使用，以減輕鉆井液對(duì)產(chǎn)層的損害。但由于其密度較低，一般只能用于配制密度不超過1.68g/cm3

的鉆井液和完井液。(3)鐵礦粉(Hematite)和鈦鐵礦粉(Ilmenite)

前者的主要成分為Fe2O3，密度4.9～5.3g/cm3；后者的主要成分為TiO2?Fe2O3，密度4.5~5.1g/cm3。均為棕色或黑褐色粉末。因它們的密度均大于重晶石，故可用于配制密度更高的鉆井液。此外，由于鐵礦粉和鈦鐵礦粉均具有一定的酸溶性，因此可應(yīng)用于需進(jìn)行酸化的產(chǎn)層。由于這兩種加重材料的硬度約為重晶石的兩倍，因此耐研磨，在使用中顆粒尺寸保持較好，損耗率較低。但另一方面，對(duì)鉆具、鉆頭和泥漿泵的磨損也較為嚴(yán)重。在我國(guó)，鐵礦粉是用量?jī)H次于重晶石的鉆井液加重材料。第九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五(4)方鉛礦粉(Galena)

方鉛礦粉是一種主要成分為PbS的天然礦石粉末，一般呈黑褐色。由于其密度高達(dá)7.4～7.7g/cm3，因而可用于配制超高密度鉆井液，以控制地層出現(xiàn)異常高壓。由于該加重劑的成本高、貨源少，一般僅限于在地層孔隙壓力極高的特殊情況下使用。如我國(guó)滇黔桂石油勘探局在官-3井使用方鉛礦，配制出密度為3.0g/cm3的超高密度鉆井液。第十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2．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）

第十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五然而有時(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，這樣就不會(huì)造成加重劑的浪費(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）如：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水以防止鉆井液過度增稠，試求：⑴若最終體積無限制，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。第十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五鉆井液工藝原理電子教案第二章第一節(jié)配漿原材料三、配漿水和油

水是配制各種鉆井液都不可缺少的基本組分。

在水基鉆井液中，水是分散介質(zhì)，大多數(shù)處理劑均通過溶解于水而發(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)、無機(jī)鹽類、細(xì)菌和氣體等對(duì)鉆井液的性能有很大影響。例如：無機(jī)鹽：會(huì)導(dǎo)致膨潤(rùn)土的造漿率降低，以及鉆井液的濾失量增大；細(xì)菌：淀粉類處理劑發(fā)酵，聚合物處理劑容易降解，細(xì)菌的大量繁殖還會(huì)對(duì)油氣層造成損害；氣體的存在則會(huì)加劇鉆具的腐蝕等。二氧化碳的氣蝕、碳酸腐蝕等。因此，配制鉆井液時(shí)必須預(yù)先了解配漿水的水質(zhì)，不合格的水需經(jīng)過適當(dāng)處理后才能使用。第十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五自然界的水分類

1、按來源分：地面水和地下水；

2、按其酸堿性分：酸性水、中性水和堿性水；

3、按所含無機(jī)鹽的類別分：NaCl型、CaCl2型、MgCl2型、Na2SO4型和NaHCO3型水等。在鉆井液工藝中，根據(jù)水中可溶性無機(jī)鹽含量的多少，一般將配漿水分為以下三類：含鹽量較少(總鹽度低于10000mg／1)的淡水，鉆井液稱做淡水鉆井液；含鹽量較多的鹽水，與之對(duì)應(yīng)鉆井液稱作鹽水鉆井液；含鹽量達(dá)飽和的飽和鹽水，與之對(duì)應(yīng)鉆井液飽和鹽水鉆井液。此外，常將含Ca2+、Mg2+較多的水稱為硬水。第十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

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。在使用過程中，應(yīng)注意油品的粘度不宜過高，否則鉆井液的流變性不易調(diào)控。此外，還應(yīng)考慮油晶的價(jià)格和對(duì)環(huán)境可能造成的影響。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。第十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案第二章第二節(jié)鉆井液的酸堿度

1、增加鉆井液中粘土的分散程度2、適當(dāng)控制Ca2+、Mg2+等離子的存在狀態(tài)3、減輕鉆具腐蝕，鐵的活性比氫強(qiáng)，容易與氫離子發(fā)生反應(yīng)造成腐蝕4、一些處理劑的要求，在弱堿性狀態(tài)才能充分發(fā)揮作用。鉆井液的酸堿性直接影響鉆井液中粘土的分散程度、處理劑的性能發(fā)揮，以及Ca2+、Mg2+等離子的存在狀態(tài)等，另外，鉆井液的酸堿性與它的流變性和對(duì)鉆具的腐蝕性密切相關(guān)。鉆井液的pH值一般保持在8～10之間，弱堿性，為什么？第十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五為什么說能夠適當(dāng)控制Ca2+、Mg2+等離子的存在狀態(tài)?pH值與維持堿性離子之間的關(guān)系，維持堿性的離子包括：氫氧根、碳酸氫根、碳酸根等。具有如下關(guān)系：第十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五堿度：鉆井液濾液中和酸（堿）的能力

Pf—酚酞堿度

Mf—甲基橙堿度

酚酞堿度：以酚酞作為酸堿指示劑時(shí)，滴定每毫升鉆井液濾液所需的標(biāo)準(zhǔn)酸（0.01mol/L硫酸）的毫升數(shù)?；颍旱味亢辽@井液濾液pH為8.3時(shí)，消耗的標(biāo)準(zhǔn)酸的毫升數(shù)。

甲基橙堿度：以甲基橙作為酸堿指示劑時(shí)，滴定每毫升鉆井液濾液所需的標(biāo)準(zhǔn)酸（0.01mol/L硫酸）的毫升數(shù)?；颍旱味亢辽@井液濾液pH為4.3時(shí)，消耗的標(biāo)準(zhǔn)酸的毫升數(shù)。

酸堿度與碳酸根、碳酸氫根的關(guān)系

a.Pf=0,只有HCO3－

b.Pf=Mf,只有OH－

c.2Pf=Mf,只有CO32－

d.酸堿度調(diào)節(jié)：鉆井液酸堿性調(diào)節(jié)主要是通過純堿和燒堿，碳酸鈉和氫氧化鈉。第十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)無機(jī)處理劑一、常用的無機(jī)處理劑

無機(jī)處理劑屬其它類

1．純堿

學(xué)名碳酸鈉，又稱蘇打粉，分子式為Na2CO3。白色粉末，密度為2.5g／cm3，易溶于水。易吸潮結(jié)塊，注意防潮，水溶液呈堿性(pH值為11.5)，在水中容易電離和水解。其中電離和一級(jí)水解較強(qiáng)，所以純堿水溶液中主要存在Na+、C032—、HCO3－和OH－離子，其反應(yīng)式為：

Na2CO3＝Na++CO32－

CO32—+H2O＝HCO3—+OH—

純堿能通過離子交換和沉淀作用使鈣粘土變?yōu)殁c粘土，即

Ca—粘土+Na2CO3——Na—粘土+CaCO3第十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五作用：A.改善粘土的水化分散性能，因此加入適量純堿可使新漿的濾失量下降，粘度、切力增大。B.過量的純堿會(huì)導(dǎo)致粘土顆粒發(fā)生聚結(jié)，使鉆井液性能受到破壞。C.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，即含羧鈉基官能團(tuán)(—COONa)的有機(jī)處理劑在遇到鈣侵(或Ca2+濃度過高)而降低其溶解性時(shí)，一般可采用加人適量純堿的辦法恢復(fù)其效能。稱之為鹽析第二十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2．燒堿燒堿即氫氧化鈉，分子式為NaOH。

特性：外觀乳白色晶體，密度2.0～2.2g/cm3，易溶于水，溶解時(shí)放出大量的熱。水溶液呈強(qiáng)堿性。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。

作用：

a.主要用于調(diào)節(jié)鉆井液的pH值；

b.與丹寧、褐煤等酸性處理劑一起配合使用，使之分別轉(zhuǎn)化為丹寧酸鈉、腐植酸鈉等有效成分；

c.還可用于控制鈣處理鉆井液中Ca2+的濃度等。第二十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3．石灰生石灰即氧化鈣，分子式為CaO。吸水后變成熟石灰，即氫氧化鈣Ca(OH)2

。

特性：在水中的溶解度較低，常溫下為0.16％，其水溶液呈堿性。并且隨溫度升高溶解度降低。

作用：

a.在鈣處理鉆井液中，石灰用于提供Ca2+，以控制粘土的水化分散能力，使之保持在適度絮凝的狀態(tài)；

b.在油包水乳化鉆井液中，CaO用于使烷基苯磺酸鈉等乳化劑轉(zhuǎn)化為烷基苯磺酸鈣，并調(diào)節(jié)pH值。

注意事項(xiàng)：在高溫條件下石灰鉆井液可能發(fā)生固化反應(yīng)，使性能不能滿足要求，因此在高溫深井中應(yīng)慎用。此外，石灰還可配成石灰乳堵漏劑封堵漏層。第二十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、石膏石膏的化學(xué)名稱為硫酸鈣，分子式為CaSO4。有熟石膏(CaS04·2H20)和無水石膏(CaS04)兩種。特性：石膏是白色粉末，密度為2.31～2.32g／cm3。常溫下溶解度較低(約為0.2％)，但稍大于石灰。40℃以前，溶解度隨溫度升高而增大；40℃以后，溶解度隨溫度升高而降低。吸濕后結(jié)成硬塊，存放時(shí)應(yīng)注意防潮。

作用：在鈣處理鉆井液中，石膏與石灰的作用大致相同，都用于提供適量的Ca2+。其差別在于石膏提供的鈣離子濃度比石灰高一些，此外用石膏處理可避免鉆井液的pH值過高。第二十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.氯化鈣氯化鈣的分子式為CaCl2，特性：無水氯化鈣的吸水性極強(qiáng)，通常含有六個(gè)結(jié)晶水。其外觀為無色斜方晶體，密度為1.68g／cm3，易潮解，且易溶于水(常溫下約為75％)。溶解度極大。作用：其溶解度隨溫度升高而增大。在鉆井液中，CaCl2主要用于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pH值降低。分類：

Ca2+第二十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五6．氯化鈉氯化鈉俗名食鹽，分子式為NaCl

特性：為白色晶體，常溫下密度約為2.20g／cm3。純晶不易潮解，但含MgCl2和CaCI2等雜質(zhì)的工業(yè)食鹽容易吸潮。常溫下在水中的溶解度較大(20℃時(shí)為36.0g／100g水)，且隨溫度升高，溶解度略有增大。

作用：食鹽主要用于配制鹽水鉆井液和飽和鹽水鉆井液，以防止巖鹽井段溶解，并抑制井壁泥頁(yè)巖水化膨脹。此外，為保護(hù)油氣層，還可用于配制無固相清潔鹽水鉆井液，或作為水溶性暫堵劑使用。7．氯化鉀氯化鉀的分子式為KCl

特性：外觀為白色立方晶體，常溫下密度為1.98g／cm3，熔點(diǎn)為776℃。易溶于水，且溶解度隨溫度升高而增加。

作用：KCl是一種常用的無機(jī)鹽類頁(yè)巖抑制劑，具有較強(qiáng)的抑制頁(yè)巖滲透水化的能力。若與聚合物配合使用，可配制成具有強(qiáng)抑制性的鉀鹽聚合物防塌鉆井液。與聚合醇配和使用，能夠明顯提高聚合醇的防塌能力，另外，鉀離子的防塌能力與陰離子有關(guān)。第二十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五8．硅酸鈉硅酸鈉俗名水玻璃或泡花堿，分子式為Na2O·nSiO2，式中n稱為水玻璃的模數(shù)，即二氧化硅與氧化鈉的分子個(gè)數(shù)之比。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。

分類：水玻璃通常分為固體水玻璃、水合水玻璃和液體水玻璃等三種。現(xiàn)場(chǎng)使用的水玻璃的密度為1.5~1.6g/cm3，pH值為11.5～12，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。水玻璃在鉆井液中可以部分水解生成膠態(tài)沉淀，該膠態(tài)沉淀可使部分粘土顆粒(或粉砂等)聚沉，從而使鉆井液保持較低的固相含量和密度。水玻璃對(duì)泥頁(yè)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值降至9以下時(shí)，整個(gè)溶液會(huì)變成半固體狀的凝膠。利用這一特點(diǎn)，可以將水玻璃與石灰、粘土和燒堿等配成石灰乳堵漏劑，注入已確定的漏失井段進(jìn)行膠凝堵漏。因此，水玻璃是一種堵漏劑。此外，水玻璃溶液遇Ca2+、Mg2+和Fe3+等高價(jià)陽(yáng)離子會(huì)產(chǎn)生沉淀。所以，用水玻璃配制的鉆井液一般抗鈣能力較差，也不宜在鈣處理鉆井液中使用。但它可在鹽水或飽和鹽水中使用。研究表明，利用水玻璃這個(gè)特點(diǎn)，還可使裂縫性地層的一些裂縫發(fā)生愈合或提高井壁的破裂壓力，從而起到化學(xué)固壁的作用。

硅酸鹽鉆井液是最重要的防塌鉆井液體系之一，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用中均取得很好的效果。配制硅酸鹽鉆井液的成本較低，且對(duì)環(huán)境無污染。第二十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五11．混合金屬層狀氫氧化物混合金屬層狀氫氧化物(簡(jiǎn)稱為MMH)由一種帶正電的晶體膠粒所組成，常稱為正電膠。對(duì)粘土水化有很強(qiáng)的抑制作用，與膨潤(rùn)土和水所形成的復(fù)合體具有獨(dú)特的流變性能。

MMH主要是由二價(jià)金屬離子和三價(jià)金屬離子組成的具有類似于水滑石的層狀結(jié)構(gòu)的氫氧化物。

電荷來源：同晶置換和離子交換吸附。同晶置換和晶格取代作用相同，晶體結(jié)構(gòu)不變，其中部分元素或離子被其它元素或離子所取代的現(xiàn)象。與粘土顆粒所不同的是，MMH是高價(jià)陽(yáng)離子取代了低價(jià)陽(yáng)離子（主要是三價(jià)陽(yáng)離子取代二價(jià)陽(yáng)離子），而粘土則是低價(jià)陽(yáng)離子取代高價(jià)陽(yáng)離子。所以產(chǎn)生的效果截然相反。離子交換吸附：高pH值時(shí)溶液奪取MMH羥基上的氫而帶負(fù)電，低pH值時(shí)，溶液提供氫粒子而帶正電。第二十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案第二章上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第三節(jié)無機(jī)處理劑二、無機(jī)處理劑在鉆井液中的作用機(jī)理

無機(jī)處理劑都是水溶性的無機(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．離子交換吸附主要是粘土顆粒表面的Na+與Ca2+之間的交換。這一過程對(duì)改善粘土造漿性能、配制鈣處理鉆井液以及防塌等方面都很重要，對(duì)鉆井液性能的影響也較大。例如，在配制預(yù)水化膨潤(rùn)土漿時(shí)，常加入適量Na2CO3。其目的是，通過Na+濃度的增加，使之能夠與鈣蒙脫土顆粒表面的Ca2+發(fā)生交換，從而使粘土的水化和造漿性能提高，分散成更小的顆粒，表現(xiàn)為鉆井液的粘度、切力升高，濾失量降低；相反地，若在分散鉆井液中加人適量Ca(OH)2和CaSO4等處理劑，隨濾液中Ca2+濃度的提高，一部分Ca2+會(huì)與吸附在粘土顆粒上的Na+發(fā)生交換，致使鉆井液體系轉(zhuǎn)變?yōu)檫m度絮凝的粗分散狀態(tài)，從而控制粘土的水化與分散。第二十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五每種鉆井液體系均有其合理的pH值范圍。然而在鉆進(jìn)過程中，鉆井液的pH值會(huì)因發(fā)生鹽侵、鹽水侵、水泥侵和井壁吸附等各種原因而發(fā)生變化，其中pH值趨于下降的情況更為常見。因此，為了使鉆井液性能保持穩(wěn)定，應(yīng)隨時(shí)對(duì)pH值進(jìn)行調(diào)整。添加適量的燒堿等無機(jī)處理劑是提高pH值的最簡(jiǎn)單的方法，而使用酸式焦磷酸鈉(SAPP)、CaSO4或CaCI2等無機(jī)處理劑時(shí)，則會(huì)使鉆井液的pH值有所下降。2．調(diào)控鉆井液的pH值第二十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五如果有過多的Ca2+或Mg2+侵入鉆井液，將會(huì)削弱粘土的水化和分散能力，破壞鉆井液的性能。此時(shí)，可先加入適量燒堿除去Mg2+，然后用適量純堿除去Ca2+。這種沉淀作用還可用來使某些因受到污染而失效的有機(jī)處理劑恢復(fù)其作用。例如褐煤堿液和水解聚丙烯腈，如遇鈣侵會(huì)分別生成難溶于水的腐植酸鈣和聚丙烯酸鈣。此時(shí)，可以加入適量純堿，使上述處理劑恢復(fù)其作用效果，這是由于所生成的CaCO3的溶解度比腐植酸鈣和聚丙烯酸鈣的溶解度小得多，因而可使處理劑的鈣鹽重新轉(zhuǎn)變?yōu)殁c鹽。3．沉淀作用第三十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五利用某些無機(jī)處理劑的絡(luò)合作用，同樣可以有效地除去鉆井液中的Ca2+、Mg2+等污染離子。例如，在受到鈣侵的鉆井液中加入足量的六偏磷酸鈉，則可通過下面的絡(luò)合反應(yīng)除去Ca2+：

Ca2+十(NaP03)6＝[CaNa2(PO3)6]2-+4Na+

該反應(yīng)所生成的絡(luò)離子[CaNa2(PO3)6]2-相當(dāng)穩(wěn)定，將Ca2+束縛起來，相當(dāng)于從鉆井液的濾液中除掉了Ca2+。對(duì)于用褐煤堿液或鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽等處理的鉆井液，還可以利用絡(luò)合反應(yīng)提高其抗溫性能。例如，加入少量重鉻酸鹽可使上述鉆井液的熱穩(wěn)定性明顯提高，其中主要作用機(jī)理是氧化和絡(luò)合。通過絡(luò)合能有效地抑制腐植酸鈉和鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽的熱分解。4．絡(luò)合作用第三十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

在鉆遇巖鹽和石膏地層時(shí)，常使用鹽水鉆井液和石膏處理的鉆井液；對(duì)于大段的鹽膏層，甚至使用飽和鹽水鉆井液。其目的一是為了增強(qiáng)鉆井液抗污染的能力，二是為了抑制和防止上述可溶性巖層的溶解，使井徑保持規(guī)則。由于許多有機(jī)處理劑，如丹寧、腐植酸等在水中溶解度很小，不易吸附在粘土顆粒上，因而不能發(fā)揮其效能。只有通過加入適量燒堿才使之轉(zhuǎn)化為可溶性鹽，如單寧酸鈉和腐植酸鈉，才能充分發(fā)揮其效能。這也是鉆井液應(yīng)始終保持堿性環(huán)境的一個(gè)重要原因。5．與有機(jī)處理劑生成可溶性鹽6．抑制溶解的作用第三十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案第二章上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第四節(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。鉆井液在使用過程中，常常由于溫度升高、鹽侵或鈣侵、固相含量增加或處理劑失效等原因，使鉆井液形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，鉆井液粘度、切力增加。若粘度、切力過大，則會(huì)造成開泵困難、鉆屑難以除去或鉆井過程中激動(dòng)壓力過大等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致各種井下復(fù)雜情況。因此，在鉆井液使用和維護(hù)過程中，經(jīng)常需要加入降粘劑，以降低體系的粘度和切力，使其具有適宜的流變性。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。第三十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1、單寧類

(1)單寧的來源和性質(zhì)單寧又稱鞣質(zhì)，是一大類多元酚的衍生物，屬于弱有機(jī)酸。用天然植物提取、制備的工業(yè)用單寧具有以下性質(zhì)：

a.為帶色的非晶形固體?？扇苡谒蝗苡谟袡C(jī)溶劑。

b.其水溶液呈酸性。

c.單寧酸鈉在高濃度無機(jī)鹽溶液中會(huì)發(fā)生鹽析或生成沉淀。因此，單寧堿液的抗鹽、鈣能力較差。

d.由于丹寧酸含有酯鍵，在NaOH溶液中易于水解。降粘能力減弱。因此，丹寧堿液抗溫能力在100～120℃之間，僅用于淺井或中深井。

e.丹寧分子在水中有締合現(xiàn)象，且締合程度隨其濃度的增大而增加。

f.單寧酸在水溶液中也可以發(fā)生水解，生成雙五倍子酸和葡萄糖。雙五倍子酸進(jìn)一步水解，可生成五倍子酸。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，統(tǒng)稱為丹寧酸鈉或丹寧堿液，即單寧在鉆井液中的有效成分，簡(jiǎn)化符號(hào)為NaT。第三十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五為了提高單寧酸鈉的使用效果，通過單寧與甲醛和亞硫酸鈉進(jìn)行磺甲基化反應(yīng)可制備磺甲基丹寧(SMT)。第三十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)單寧的稀釋機(jī)理單寧酸鈉苯環(huán)上相鄰的雙酚羥基可通過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。第三十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五由于降粘劑主要在粘土顆粒的端面起作用，因此用量一般較少。當(dāng)加大其用量時(shí)，單寧堿液也會(huì)在一定程度上起降濾失的作用。這是由于隨著結(jié)構(gòu)的拆散和粘土顆粒雙電層斥力和水化作用的增強(qiáng)，有利于形成更為致密的泥餅。因此，單寧類降粘劑主要是通過拆散粘土顆粒網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而起降粘作用的。也就是說，降低的主要是動(dòng)切力，而對(duì)塑性粘度的影響較小。若要降低塑性粘度，應(yīng)主要通過加強(qiáng)鉆井液固相控制來實(shí)現(xiàn)。單寧酸鈉的上述稀釋機(jī)理是具有代表性的，其它分散型降粘劑的作用機(jī)理均與之相似。第三十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

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廢液。通常造紙廠供應(yīng)的紙漿廢液是一種已濃縮的粘稠的棕黑色液體，其中固體含量約為35％-50％，密度為1.26～1.30g／cm3。其主要成分為木質(zhì)素磺酸鈉。

(1)鐵鉻鹽的制備及化學(xué)組成鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽俗稱鐵鉻鹽，代號(hào)為FCLS。它的制備過程是：在紙漿廢液經(jīng)過發(fā)酵提取酒精后，將其濃縮至1.25～1.27g／cm3，在60-80℃溫度下加入預(yù)先配制好的硫酸亞鐵和重鉻酸鈉溶液，在充分?jǐn)嚢柘陆?jīng)氧化、絡(luò)合反應(yīng)約2h后，過濾除去CaSO4，再經(jīng)噴霧干燥而制得的產(chǎn)品。第三十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五由于鐵鉻鹽分子中有磺酸基，F(xiàn)e3+和Cr3+與木質(zhì)素磺酸鹽又形成了相當(dāng)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。因?yàn)榉肿又谢撬峄牧蛟又苯优c碳原子相連，F(xiàn)e3+和Cr3+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)合稱為螯合)，所以鐵鉻鹽的熱穩(wěn)定性很高，可以抗150℃以上的高溫。鐵鉻鹽具有弱酸性，加入鉆井液時(shí)會(huì)引起鉆井液的pH值降低，因此需配合燒堿使用。一般情況下，應(yīng)將鐵鉻鹽鉆井液的pH值控制在9-11的范圍內(nèi)。(2)鐵鉻鹽的性質(zhì)第三十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五稀釋機(jī)理包括兩個(gè)方面：一是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端—面和端—端連接，從而削弱或拆散空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，致使鉆井液的粘度和切力顯著降低；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。

缺陷：性能優(yōu)良的降粘劑，其主要缺點(diǎn)有：pH值較高，這是不利于井壁穩(wěn)定的；有時(shí)容易引起鉆井液發(fā)泡，因此常需配合使用硬脂酸鋁、甘油聚醚等消泡劑；鐵鉻鹽鉆井液的泥餅?zāi)Σ料禂?shù)較高，在深井中使用時(shí)往往需要混油或添加一些潤(rùn)滑劑。還有很重要的一點(diǎn)，即鐵鉻鹽含重金屬鉻，在制備和使用過程中均會(huì)造成一定的環(huán)境污染，對(duì)人體健康不利。因此，目前國(guó)內(nèi)外都在致力于研制能夠替代鐵鉻鹽的無鉻降粘劑。(3)鐵鉻鹽的稀釋機(jī)理及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用第四十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

X—40系列降粘劑產(chǎn)品包括X—A40及X—B40兩種。

X—A40是相對(duì)分子質(zhì)量較低的聚丙烯酸鈉。其平均相對(duì)分子質(zhì)量為5000左右。可抗鹽抗鈣，并可抗150℃的高溫。

X—B40是丙烯酸鈉與丙烯磺酸鈉的相對(duì)分子質(zhì)量較低的共聚物。

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。但若其聚合度過大，相對(duì)分子質(zhì)量過高，反而會(huì)使粘度、切力增加。3．X—40系列降粘劑第四十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五分子量：約為2000的兩性離子聚合物稀釋劑功能團(tuán)：陽(yáng)離子基團(tuán)、陰離子基團(tuán)和非離子基團(tuán)，屬于乙烯基單體多元共聚物。主要特點(diǎn)：既是降粘劑又是頁(yè)巖抑制劑。與分散型降粘劑相比，加量少(通常為0.1％~0.3％)就能取得更好的降粘效果，同時(shí)還有一定的抑制粘土水化膨脹的能力。

XY—27經(jīng)常與兩性離子包被劑FA—367（或PMHA-II）及兩性離子降濾失劑JT—888等配合使用，構(gòu)成目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的兩性離子聚合物鉆井液體系。同時(shí)，它在其它鉆井液體系，包括分散鉆井液體系中也能有效地降粘。兩性離子聚合物稀釋劑還兼有一定的降濾失作用，能同其它類型處理劑互相兼容，如可以配合使用磺化瀝青或磺化酚醛樹脂類等處理劑，以改善泥餅質(zhì)量，提高封堵效果和抗溫能力。

4．XY—27第四十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

降粘機(jī)理：由于在XY—27的分子鏈中引入了陽(yáng)離子基團(tuán)，能與粘土發(fā)生離子型吸附，又由于是線性相對(duì)分子質(zhì)量較低的聚合物，故它比高分子聚合物能更快、更牢固地吸附在粘土顆粒上。而且XY—27的特有結(jié)構(gòu)使它與高聚物之間的交聯(lián)或絡(luò)合機(jī)會(huì)增加，從而使其比陰離子聚合物降粘劑有更好的降粘效果。兩性離子降粘劑還具有一定的抑制頁(yè)巖水化的作用，這是因?yàn)榉肿渔溨械挠袡C(jī)陽(yáng)離子基團(tuán)吸附于粘土表面之后，一方面中和了粘土表面的一部分負(fù)電荷，削弱了粘土的水化作用；另一方面這種特殊分子結(jié)構(gòu)使聚合物鏈之間更容易發(fā)生締合，因此，盡管其相對(duì)分子質(zhì)量較低，仍能對(duì)粘土顆粒進(jìn)行包被，不減弱體系抑制性。此外，分子鏈中大量水化基團(tuán)所形成的水化膜，可阻止自由水分子與粘土表面的接觸，并提高粘土顆粒的抗剪切強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，在含有FA—367的膨潤(rùn)土漿中，只需加入少量XY—27，鉆井液的粘度、切力就急劇下降，且濾失量降低，泥餅變得致密。還發(fā)現(xiàn)隨其加量增加，鉆井液容納鉆屑的能力明顯增強(qiáng)。第四十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五降濾失劑又稱為濾失控制劑、降失水劑。在鉆井過程中，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)其來源主要分為纖維素類、腐植酸類、丙烯酸類、淀粉類和樹脂類等。由于其品種繁多，下面僅選擇每一類中具有代表性的產(chǎn)品進(jìn)行介紹。二、降濾失劑第四十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五(1)腐植酸的來源及基本組成腐植酸(HunficAcid)主要來源于褐煤。褐煤是一種未成熟的煤，燃燒值比較低，有效成分是腐植酸，好的褐煤腐植酸含量可達(dá)70～80％。腐植酸結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的、相對(duì)分子質(zhì)量不均一。

主要功能團(tuán)：酚羥基、羧酸基、醇羥基、醌基、甲氧基和羰基等，由于分子量較大，一般難溶于水，但易溶于堿溶液，生成腐植酸鈉是作為鉆井液降濾失劑的有效成分。水化作用較強(qiáng)的羧鈉基等水化基團(tuán)，使腐植酸鈉不但具有很好的降濾失作用，還兼有一定降粘作用。

1．腐植酸類第四十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五腐植酸雖難溶于水，但由于含有羧基和酚羥基，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，但腐植酸鈉的含量與所使用的燒堿濃度有關(guān)。燒堿不足，腐植酸不能全部溶解；燒堿過量，又使腐植酸聚結(jié)沉淀，反而使腐植酸鈉含量降低。因此，當(dāng)使用褐煤堿液作降濾失劑時(shí)，必須將燒堿的濃度控制在合適的范圍內(nèi)。由于腐植酸分子的基本骨架是碳鏈和碳環(huán)結(jié)構(gòu)，因此其熱穩(wěn)定性很強(qiáng)。有的報(bào)導(dǎo)說，它在232℃的高溫下仍能有效地控制淡水鉆井液的濾失量。腐植酸鈉能與Na+、Ca2+生成難溶的腐植酸鹽沉淀而失效，所以它不抗鹽不抗鈣。

(2)腐植酸的主要性質(zhì)第四十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五①褐煤堿液褐煤堿液是褐煤粉加適量燒堿和水配制而成，其有效成分為腐植酸鈉。除了起降濾失作用外，還可兼作降粘劑?，F(xiàn)場(chǎng)常用的配方為：褐煤：燒堿：水＝15：(1～3)：(50～200)。主要根據(jù)褐煤中腐殖酸的含量確定燒堿加量。

褐煤堿液降濾失機(jī)理：含有多種官能團(tuán)的陰離子型大分子腐植酸鈉吸附在粘土顆粒表面形成吸附水化層，同時(shí)提高粘土顆粒的電動(dòng)電位，因而增大顆粒聚結(jié)的機(jī)械阻力和靜電斥力，提高鉆井液的聚結(jié)穩(wěn)定性，使其中的粘土顆粒保持多級(jí)分散狀態(tài)，并有相對(duì)較多的細(xì)顆粒，所以能形成致密的泥餅。此外，粘土顆粒上的吸附水化膜具有堵孔作用，使泥餅更加致密。(3)常用的腐植酸類降濾失劑第四十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五用濃度為3N的稀HNO3與褐煤在40~60℃下進(jìn)行氧化和硝化反應(yīng)，可制得硝基腐植酸，再用燒堿中和可制得硝基腐植酸鈉。制備時(shí)，兩者的配比為腐植酸：HNO3＝1：2。該反應(yīng)使腐植酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量降低，羧基增多，并將硝基引入分子中。硝基腐植酸鈉具有良好的降濾失和降粘作用。其突出特點(diǎn)：一是熱穩(wěn)定性高，抗溫可達(dá)200℃以上；二是抗鹽能力比褐煤堿液明顯增強(qiáng)，在含鹽20％～30％的情況下仍能有效地控制濾失量和粘度。其抗鈣能力也較強(qiáng)，可用于配制不同pH值的石灰鉆井液。②硝基腐植酸鈉第四十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五鉻腐植酸是褐煤與重鉻酸鹽（Na2Cr2O7或K2Cr2O7）反應(yīng)后的生成物，在80℃以上的溫度下，分別發(fā)生氧化和螯合兩步反應(yīng)。氧化使腐植酸的親水性增強(qiáng)，同時(shí)Cr2072-（6價(jià)）被還原成Cr3+；然后再與氧化腐植酸或腐植酸進(jìn)行螯合。增加在水中的溶解度，其抗鹽、抗鈣能力也比腐植酸鈉強(qiáng)（基本上不抗鹽、鈣）鉻腐植酸既有降濾失作用，又有降粘作用。具有很高的熱穩(wěn)定性和較好的防塌效果。由于Cr3+的存在對(duì)環(huán)境和人身健康有一定影響，現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)很少使用。③鉻腐植酸第四十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五褐煤與甲醛、Na2SO3(或NaHSO3)在pH為9~11的條件下進(jìn)行磺甲基化反應(yīng)，可制得磺甲基褐煤，其代號(hào)為SMC。所得產(chǎn)品進(jìn)一步用Na2Cr207進(jìn)行氧化和螯合，生成的磺甲基腐植酸鉻處理效果會(huì)更好?；羌谆鶊F(tuán)，與煤堿劑相比，磺甲基褐煤的降濾失效果更進(jìn)一步增強(qiáng)?；羌谆置菏俏覈?guó)用于深井的“三磺”處理劑之一。其主要特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，在200~230℃的高溫下能有效地控制淡水鉆井液的濾失量和粘度。其缺點(diǎn)是抗鹽效果較差，在200℃單獨(dú)使用時(shí)，抗鹽不超過3％。但與磺甲基酚醛樹脂配合處理時(shí)，抗鹽能力可大大提高。如果我們用KOH提取腐植酸，或者KOH和NaOH按一定比例配和，則產(chǎn)物中含有腐殖酸鉀，鉀離子具有晶格固定作用，因此，井壁穩(wěn)定能力會(huì)大大增強(qiáng)。④磺甲基褐煤第五十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五褐煤類產(chǎn)品是一類重要的降粘降率失劑，同時(shí)也是一種很好的防塌劑。但是目前現(xiàn)場(chǎng)使用的該類產(chǎn)品參差不齊，質(zhì)量有好有壞。主要原因有：偷工減料、技術(shù)檢測(cè)、生產(chǎn)工藝不確定。

腐殖酸的提取方法將原材料直接作為產(chǎn)品；干混，將褐煤和一定量的燒堿混勻，作為產(chǎn)品，讓原材料到井下再反應(yīng)，也具有一定的降粘降濾失效果；用NaOH或KOH提取，用量必須根據(jù)腐殖酸的含量來確定，同時(shí)需要加溫98℃。需要一定的反應(yīng)設(shè)備；用NaOH提取，加熱反應(yīng)一定時(shí)間，加入水解聚丙烯腈銨鹽，產(chǎn)品的降粘降濾失效果較好，同時(shí)具有較好的抗溫性，抗150℃高溫。

NaOH或KOH提取，然后加入甲醛和亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉混合溶液，進(jìn)行磺甲基化，得到磺甲基褐煤，抗溫可達(dá)180℃。用NaOH或KOH提取，然后加入甲醛和亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉混合溶液，進(jìn)行磺甲基化，再加入重鉻酸鉀或重鉻酸鈉，進(jìn)行氧化、螯合等一些復(fù)雜反應(yīng)，生成鉻腐植酸，抗溫可達(dá)200℃。（4）生產(chǎn)工藝第五十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

干燥方式干混，不用任何干燥，直接生成產(chǎn)品。

自然干燥，將褐煤與堿液的反應(yīng)產(chǎn)物晾曬在太陽(yáng)光下，自然干燥然后收集粉碎，干燥速度慢，受天氣條件限制，生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)規(guī)模不可能太大，但成本非常低。

耙式干燥，類似于北方人睡覺用的炕，下面通蒸汽，利用蒸汽的熱量將產(chǎn)品干燥。干燥速度較快，不受天氣條件限制，需消耗一定量的能源，同時(shí)仍需要粉碎。

噴霧干燥，需要設(shè)備包括：旋風(fēng)分離器、干燥塔、熱風(fēng)爐、空氣壓縮機(jī)鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)等，產(chǎn)品一次成型，產(chǎn)品含水量穩(wěn)定（一般小于10％），性能穩(wěn)定，顆粒細(xì)度可調(diào)，可低于200目。生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)規(guī)模可以很大，生產(chǎn)成本較高。第五十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案第二章上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第四節(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)鈉羧甲基纖維素的物理特性純凈的鈉羧甲基纖維素為白色纖維狀粉末，具有吸濕性，溶于水后形成膠狀液。是一種廣泛使用的性能良好的降濾失劑。(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性質(zhì)在由纖維素制成鈉羧甲基纖維素的過程中，除了聚合度明顯降低之外，另一變化是將-CH2COONa(鈉羧甲基)通過醚鍵連接到纖維素的葡萄糖單元上去。通常將纖維素分子每一葡萄糖單元上的3個(gè)羥基中，羥基上的氫被取代而生成醚的個(gè)數(shù)稱做取代度或醚化度。研究表明，決定鈉羧甲基纖維素性質(zhì)和用途的因素主要有兩個(gè)：一是聚合度n，二是取代度d。第五十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五聚合度是指組成每個(gè)鈉羧甲基纖維素分子的環(huán)式葡萄糖的鏈節(jié)數(shù)。聚合度是決定其相對(duì)分子質(zhì)量和水溶液粘度的主要因素。取代度是決定鈉羧甲基纖維素的水溶性、抗鹽和抗鈣能力的主要因素。（3）分類不同聚合度的CMC水溶液的粘度有很大差別。聚合度越高，其水溶液的粘度越大。工業(yè)上常根據(jù)其水溶液粘度大小，將CMC分為三個(gè)等級(jí)，即：高粘CMC：在25℃時(shí)，2％水溶液的粘度為400~500mpa·s。一般用做懸浮劑、封堵劑及增稠劑。其取代度約為0.6~0.65，聚合度大于700。中粘CMC：在25℃時(shí)，2％水溶液的粘度為50～270mpa·s。既起降濾失作用，又可提高鉆井液的粘度。其取代度約為0.8～0.85，聚合度為600左右。低粘CMC：在25℃時(shí)，2％水溶液粘度小于50mpa·s。主要用做降濾失劑。其取代度約為0.8～0.9，聚合度為500左右。從原理上說，葡萄糖環(huán)鏈節(jié)上的三個(gè)羥基都可以醚化，但以第一羥基的反應(yīng)活性最強(qiáng)。取代度一般用被醚化的羥基數(shù)表示，最大值為3。如果兩個(gè)鏈節(jié)上只有一個(gè)羥基被醚化了，則取代度為0.5。取代度小于0.3時(shí)不溶于水，小于0.5時(shí)難溶于水，在0.5以上時(shí)水溶性隨取代度增加而增大。通常用做鉆井液處理劑的CMC的取代度在0.65-0.85之間。取代度為0.80～0.85的高水溶性CMC適用于處理高礦化度鉆井液。第五十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五屬于陰離子型聚電解質(zhì)，鈉羧甲基纖維素分子中羧鈉基(-COONa)上的Na+在水溶液中易電離，生成帶有-COO-基團(tuán)的長(zhǎng)鏈狀的多價(jià)陰離子。影響因素：聚電解質(zhì)水溶液的許多性質(zhì)與其分子在溶液中的形態(tài)有關(guān)，容易受到pH值、無機(jī)鹽和溫度等因素的影響。

a.pH值在CMC的濃度較低時(shí)，其水溶液的粘度受pH值的影響較大。在等當(dāng)點(diǎn)(pH=8.25)附近，其水溶液粘度最大。因?yàn)榇藭r(shí)羧鈉基上的Na+大多處于離解狀態(tài)，-COO-之間的靜電斥力使分子鏈易于伸展，所以表現(xiàn)為粘度較高。當(dāng)溶液的pH值過低時(shí)，羧鈉基(-COONa)將轉(zhuǎn)化為難電離的羧基(-COOH)，不利于鏈的伸展；當(dāng)溶液的pH值過高時(shí)，-COO-中的電荷受到溶液中大量Na+的屏蔽作用，使分子鏈的伸展也受到抑制。因此，過高和過低的pH值都會(huì)使CMC水溶液的粘度有所降低，在使用中應(yīng)注意保持合適的pH值。（4）特性及其影響因素第五十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五由于外加無機(jī)鹽中的陽(yáng)離子阻止-COONa上的Na+解離，因此會(huì)降低其水溶液的粘度。而且，無機(jī)鹽與CMC的加入順序?qū)φ扯认陆档姆扔泻艽笥绊?。從?shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，若將CMC先溶于水，再加NaCl，則粘度下降的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于先加NaCl，然后再加CMC時(shí)下降的幅度。其原因是CMC在純水中離解為聚陰離子，-COO—互相排斥使分子鏈呈伸展?fàn)顟B(tài)，再者分子中的水化基團(tuán)已經(jīng)充分水化，此時(shí)即使加入無機(jī)鹽，去水化的作用不會(huì)十分顯著，所以引起粘度下降的幅度會(huì)小些；與此相反，將CMC溶于NaCl溶液時(shí)，不僅Na+會(huì)阻止-COONa上的Na+解離，電荷屏蔽作用促使CMC分子鏈發(fā)生卷曲，而且在鹽溶液中，水化基團(tuán)的水化受到一定限制，分子鏈的水化膜斥力會(huì)有所削弱，所以隨NaCl含量增加，溶液濃度迅速下降。b.無機(jī)鹽c.溫度隨溫度升高，CMC水溶液的粘度逐漸降低。這是由于在高溫下分子鏈的溶劑化作用會(huì)明顯減弱，使分子鏈容易變得彎曲。第五十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

CMC在鉆井液中電離生成長(zhǎng)鏈的多價(jià)陰離子。其分子鏈上的羥基和醚氧基為吸附基團(tuán)，而羧鈉基為水化基團(tuán)。羥基和醚氧基通過與粘土顆粒表面上的氧形成氫鍵或與粘土顆粒斷鍵邊緣上的Al3+之間形成配位鍵使CMC能吸附在粘土上；而多個(gè)羧鈉基通過水化使粘土顆粒表面水化膜變厚，粘土顆粒表面電動(dòng)電位的絕對(duì)值升高，負(fù)電量增加，從而阻止粘土顆粒之間因碰撞而聚結(jié)成大顆粒(護(hù)膠作用)，并且多個(gè)粘土細(xì)顆粒會(huì)同時(shí)吸附在CMC的一條分子鏈上，形成布滿整個(gè)體系的混合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高了粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定性，有利于保持鉆井液中細(xì)顆粒的含量，形成致密的濾餅，降低濾失量。(5)鈉羧甲基纖維素的降濾失機(jī)理a.吸附作用具有高粘度和彈性的吸附水化層對(duì)泥餅的堵孔作用和CMC溶液的高粘度也在一定程度上起降濾失的作用。b.提粘和堵塞作用第五十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五在CMC的生產(chǎn)或使用過程中摻人某些抗氧劑。例如常用的有機(jī)抗氧劑有乙醇胺、苯胺、己二胺等，無機(jī)抗氧劑有硫化鈉、亞硫酸鈉、硼砂、水溶性硅酸鹽和硫磺等。這些抗氧劑復(fù)配使用可以將CMC的抗溫性提高20～30℃；用甲醛使CMC適度交聯(lián)以提高其抗溫性等。（6）改性產(chǎn)品a.提高抗溫性在CMC分子中引入某些基團(tuán)。例如，CMC與丙烯腈反應(yīng)引入氰乙基后，再加入NaHS03引入磺酸基，所得產(chǎn)品的抗鹽能力有明顯提高，同時(shí)抗溫能力也可得到一定改善。b.提高抗鹽性第五十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（7）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。（8）纖維素類降粘劑的使用特性降濾失效果明顯，同時(shí)具有一定增粘作用?？果}性較好，特別是羥乙基纖維素可以抗NaCl至飽和，但都不抗鈣?？箿匦圆?，高溫會(huì)使纖維素溶液粘度迅速降低，而且有降解和發(fā)酵的趨勢(shì)，一般抗溫在100～120℃，加入抗氧劑，能夠提高一些。在鹽溶液中的粘度和抗溫性會(huì)大大降低，如羥乙基纖維素在30％的NaCl溶液中只能抗90℃。第五十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案第二章上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第四節(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。第六十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

(1)水解聚丙烯腈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。它的平均聚合度，大約為2350～3760，一般產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量為12.5萬～20萬。聚丙烯腈不溶于水，不能直接用于處理鉆井液。只有經(jīng)過水解生成水溶性的水解聚丙烯腈之后，才能在鉆井液中起降濾失作用。由于水解時(shí)所用的堿、溫度和反應(yīng)時(shí)間不同，最后所得的產(chǎn)物及其性能也會(huì)有所差別。第六十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五在95～100℃溫度下，聚丙烯腈在NaOH溶液中容易發(fā)生水解，生成的水解聚丙烯睛常用代號(hào)Na-HPAN表示。水解聚丙烯腈可看做是丙烯酸鈉、丙烯酰胺和丙烯腈的三元共聚物。水解反應(yīng)后產(chǎn)物中的丙烯酸單元和丙烯酸胺單元的總和與原料的平均聚合度之比(x+y)／(x+y+z)稱為該水解產(chǎn)物的水解度。其分子鏈中的腈基(-CN)和酰胺基(-CONH2)為吸附基團(tuán)，羧鈉基(-COONa)為水化基團(tuán)。腈基在井底的高溫和堿性條件下，通過水解可轉(zhuǎn)變?yōu)轷０坊?，進(jìn)一步水解則轉(zhuǎn)變?yōu)轸肉c基。因此，在配制水解聚丙烯腈鉆井液時(shí)，可以少加一點(diǎn)燒堿，以便保留一部分酰胺基和腈基，使吸附基團(tuán)與水化基團(tuán)保持合適的比例。實(shí)際使用中也證明水解聚丙烯腈的水解接近完全時(shí)，降濾失性能下降。第六十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五同類產(chǎn)品介紹：除Na-HPAN外，目前常用的同類產(chǎn)品還有水解聚丙烯腈鈣鹽(Ca-HPAN)、水解聚丙烯腈銨鹽(NH4-HPAN)、水解聚丙烯腈鉀鹽（K-HPAN）。Ca-HPAN具有較強(qiáng)的抗鹽、抗鈣能力，在淡水鉆井液和海水鉆井液中都有良好的降濾失效果。NH4-HPAN除了降濾失作用外，還具有抑制粘土水化分散的作用，因此常用做頁(yè)巖抑制劑，同時(shí)具有一定降粘效果。K-HPAN的抑制防塌效果就更加突出。水解聚丙烯腈處理鉆井液的性能，主要取決于聚合度和分子中的羧鈉基與酰胺基之比(即水解程度)。聚合度較高時(shí)，降濾失性能比較強(qiáng)，并可增加鉆井液的粘度和切力；而聚合度較低時(shí)，降濾失和增粘作用均相應(yīng)減弱。由于Na-HPAN分子的主鏈為-C-C-鍵，還帶有熱穩(wěn)定性很強(qiáng)的腈基，因此可抗200℃以上高溫。該處理劑的抗鹽能力也較強(qiáng)，但抗鈣能力較弱。當(dāng)Ca2+濃度過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生絮狀沉淀。第六十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

(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、腈基、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、PAC-l42和PAC-l43等三種產(chǎn)品。第六十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

PAC-l41是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸鈉和丙烯酸鈣的四元共聚物。它降濾失的同時(shí)，還兼有增粘作用，并且還能調(diào)節(jié)流型，改進(jìn)鉆井液的剪切稀釋性。該處理劑能抗180℃的高溫，抗鹽可達(dá)飽和。

PAC-l42是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈和丙烯磺酸鈉的四元共聚物。在降濾同時(shí)增粘，其增粘幅度比PAC-l41小。主要在淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中用做降濾失劑。

PAC-l43是由多種乙烯基單體及其鹽類共聚而成的水溶性高聚物，相對(duì)分子質(zhì)量為150萬-200萬，分子鏈中含有羧基、羧鈉基、羧鈣基、酰胺基、腈基和磺酸基等多種官能團(tuán)。該產(chǎn)品為各種礦化度的水基鉆井液的降濾失劑，并能抑制泥頁(yè)巖水化分散。第六十五頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

(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。例如，SK-1可用于無固相完井液和低固相鉆井液，在配合用NaCl、CaCl2等無機(jī)鹽加重的過程中，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，降低高溫高壓濾失量。第六十六頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案第二章上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第四節(jié)有機(jī)處理劑

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

(1)磺甲基酚醛樹脂磺甲基酚醛樹脂(SMP-I，SMP-II)是一種抗高溫降濾失劑。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脂。第六十七頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五磺甲基酚醛樹脂分子的主鏈由亞甲基橋和苯環(huán)組成，又引入了大量磺酸基，故熱穩(wěn)定性強(qiáng)，可抗180-200℃的高溫。因引入磺酸基的數(shù)量不同，抗無機(jī)電解質(zhì)的能力會(huì)有所差別。目前使用量很大的SMP-I型產(chǎn)品可用于礦化度小于1×105mg／L的鉆井液，按氯化鈉計(jì)算15％，而SMP-II型產(chǎn)品可抗鹽至飽和，同時(shí)具有一定的抗鈣能力，是主要用于飽和鹽水鉆井液的降濾失劑。此外，磺甲基酚醛樹脂還能改善濾餅的潤(rùn)滑性，對(duì)井壁也有一定的穩(wěn)定作用。第六十八頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五

(2)磺化木質(zhì)素磺甲基酚醛樹脂縮合物(SLSP)該產(chǎn)品是磺化木質(zhì)素與磺甲基酚醛樹脂的縮合物，代號(hào)為SLSP。合成SLSP的反應(yīng)一般分兩步進(jìn)行。首先合成磺甲基酚醛樹脂，其原料和反應(yīng)步驟同前，第二步再與磺化木質(zhì)素縮合得到SLSP。

SLSP與磺甲基酚醛樹脂有相似的優(yōu)良性能，但在原來樹脂的基礎(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。該產(chǎn)品的投產(chǎn)還有助于解決造紙廢液引起的環(huán)境污染問題，成本也有所下降。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。第六十九頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五(3)磺化褐煤樹脂

磺化褐煤樹脂是褐煤中的某些官能團(tuán)與酚醛樹脂通過縮合反應(yīng)所制得的。在縮合反應(yīng)過程中，為了提高鉆井液的抗鹽、抗鈣和抗溫能力，還使用了一些聚合物單體或無機(jī)鹽進(jìn)行接枝和交聯(lián)。該類降濾失劑中比較典型的產(chǎn)品有國(guó)外常用的Resinex和國(guó)內(nèi)常用的SPNH。

SPNH是以褐煤和腈綸廢絲為主要原料，通過采用接枝共聚和磺化的方法制得的一種含有羥基、羰基、亞甲基、磺酸基、羧基和腈基等多種官能團(tuán)的共聚物。SPNH主要起降濾失作用，但同時(shí)還具有一定的降粘作用。具有較強(qiáng)的抗溫、抗鹽和抗鈣能力，據(jù)報(bào)道其抗溫可達(dá)230℃，且不會(huì)發(fā)生膠凝?？偟膩砜?，其性能優(yōu)于同類的其它磺化處理劑。第七十頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案第二章上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第四節(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。淀粉從谷物或玉米中分離出來，它在50℃以下不溶于水，溫度超過55℃以上開始溶脹，直至形成半透明凝膠或膠體溶液。加堿也能使它迅速而有效地溶脹。其它化學(xué)性質(zhì)與纖維素相似，同樣可以進(jìn)行酯化、醚化、羧甲基化、接枝和交聯(lián)反應(yīng)，從而制得一系列改性產(chǎn)品。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。第七十一頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五淀粉在使用時(shí)，鉆井液的礦化度最好大一些，并且pH值最好大于11.5，否則淀粉容易發(fā)酵變質(zhì)。若這兩個(gè)條件均不具備時(shí)，可在鉆井液中加入適量的防腐劑。在高溫下，淀粉容易降解，效果變差。如果溫度超過120℃，淀粉將完全降解而失效，故它不能用于深井或超深井中。高礦化度體系對(duì)細(xì)菌侵蝕有抑制作用，國(guó)內(nèi)外在溫度較低、礦化度較高的環(huán)境下，已廣泛使用淀粉作為降濾失劑。在飽和鹽水鉆井液中，淀粉是經(jīng)常使用的一種降濾失劑。第七十二頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五羧甲基淀粉(CarboxymethylStarch)是淀粉的改性產(chǎn)品，代號(hào)為CMS。在堿性條件下，淀粉與氯乙酸發(fā)生醚化反應(yīng)即制得羧甲基淀粉。從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況看，CMS降濾失效果好，而且作用速度快。在提粘方面，對(duì)塑性粘度影響小，而對(duì)動(dòng)切力影響大，因而有利于攜帶鉆屑。并且由于價(jià)格便宜，選用它作降濾失劑可降低鉆井液成本。尤其是鉆鹽膏層時(shí)，可使鉆井液性能穩(wěn)定，濾失量低，并具有防塌作用。改性淀粉也更適于在鹽水鉆井液中使用，尤其在飽和鹽水鉆井液中效果最好。羥丙基淀粉(HydroxyPropylStarch)的代號(hào)為HPS。在堿性條件下，淀粉與環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷發(fā)生醚化反應(yīng)，便制得羥乙基淀粉或羥丙基淀粉。由于這種改性淀粉的分子鏈節(jié)上引入了羥基，其水溶性、增粘能力和抗微生物作用的能力都得到了顯著的改善。羥丙基淀粉為非離子型高分子材料，對(duì)高價(jià)陽(yáng)離子不敏感，抗鹽、抗鈣污染能力很強(qiáng)。在處理Ca2+污染的鉆井液時(shí)，比CMC效果更好。HPS可與酸溶性暫堵劑QS-2等配制成無粘土相暫堵型鉆井液，有利于保護(hù)油氣層。在陽(yáng)離子型或兩性離子型聚合物鉆井液中，HPS可有效地降低鉆井液的濾失量。此外，HPS在固井、修井作業(yè)中可用來配制前置隔離液和修井液等。第七十三頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五抗溫淀粉DFD-140是一種白色或淡黃色的顆粒，分子鏈節(jié)上同時(shí)含有陽(yáng)離子基團(tuán)和非離子基團(tuán)，而不含陰離子基團(tuán)。DFD-140抗溫性能較好，在4％鹽水鉆井液中可以穩(wěn)定到140℃，在飽和鹽水鉆井液中可以穩(wěn)定到130℃。并且可與幾乎所有水基鉆井液體系和處理劑相配伍。綜上所述，降濾失劑的種類和品種很多，性能和生產(chǎn)成本也各不相同，在進(jìn)行鉆井液配方設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)地層情況和鉆井的要求，合理選用降濾失劑。還有一些近年來研制的較新產(chǎn)品，如陽(yáng)離子聚合物降濾失劑和兩性離子聚合物降濾失劑等。第七十四頁(yè)，共九十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案第二章上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回第四節(jié)有機(jī)處理劑

三、增粘劑在“鉆井液流變性”一章已詳細(xì)闡述了鉆井液流變性與攜帶巖屑的關(guān)系。為了保證井眼清潔和安全鉆進(jìn)，鉆井液的粘度和切力必須保持在一個(gè)合適的范圍。當(dāng)粘度過低時(shí)，一種方法是通過增大膨潤(rùn)土含量來提粘。但在聚合物鉆井液中，該法會(huì)引起鉆井液的低密度固相含量增大，不利于實(shí)現(xiàn)低固相和提高機(jī)械鉆速，對(duì)油氣層保護(hù)也有不利影響。因此，經(jīng)常采用添加增粘劑的方法。增粘劑均為高分子聚合物，由于其分子鏈很長(zhǎng)，在分子鏈之間容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此能顯著地提高鉆井液的粘度。增粘劑除了起增粘作用外，還往往兼作頁(yè)巖抑