鉆井液工藝原理講義(第七章)

PAGEPAGE145第七章水基鉆井液體系簡(jiǎn)介§7-1分散鉆井液由淡水、配漿膨潤(rùn)土和各種分散劑（對(duì)粘土、鉆屑起分散作用的處理劑）配制而成的水基鉆井液稱為分散鉆井液。為了與鈣處理鉆井液相區(qū)別，有時(shí)又稱為細(xì)分散鉆井液或淡水鉆井液。它是油氣鉆井中最早使用并且使用時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)的一類(lèi)水基鉆井液。隨著鉆井液工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，雖然分散鉆井液的使用范圍已不如過(guò)去廣泛，但由于它配制方法簡(jiǎn)便、處理劑用量較少，成本較低，適于配制密度較大的鉆井液，某些體系還具有抗溫性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此仍在許多地區(qū)的一些井段上使用。特別是在鉆開(kāi)表層時(shí)，至今仍然普遍使用。一、分散鉆井液的組成1．膨潤(rùn)土及原漿的配制通常將以蒙脫石為主要成分的配漿土稱為膨潤(rùn)土(Bentonite)。主要作用：提高體系的塑性粘度、靜切力和動(dòng)切力，以增強(qiáng)鉆井液對(duì)鉆屑的懸浮和攜帶能力；同時(shí)降低濾失量，形成致密泥餅，增強(qiáng)造壁性，是分散鉆井液中不可缺少的配漿材料。膨潤(rùn)土逐漸分散在淡水中致使泥漿的粘度、切力不斷增加的過(guò)程稱為造漿，每噸粘土能配出表觀粘度為15mpa·s的鉆井液體積稱做粘土的造漿率。由于蒙脫石含量和陽(yáng)離子交換容量各不相同，來(lái)自不同產(chǎn)地的膨潤(rùn)土，其造漿效果往往有很大差別。但所有各類(lèi)粘土的造漿曲線都有一個(gè)共同點(diǎn)，即表觀粘度較低時(shí)，其值隨粘土含量的增加增長(zhǎng)緩慢；當(dāng)達(dá)到15mpa·s左右時(shí)，其值才隨粘土含量的增加而明顯上升。因此，常將通常配漿土的質(zhì)量是以造漿率來(lái)衡量的。因此，盡可能選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土配漿，對(duì)減少體系中的固相含量，提高鉆速有著十分重要的意義。在配置原漿時(shí)，還需要加入適量的純堿，以提高粘土的造漿率。純堿的加量以粘土中鈣離子的含量而異，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。一般約為粘土質(zhì)量的5％。加入純堿的目的是除去粘土中的部分鈣離子，將鈣質(zhì)粘土轉(zhuǎn)化為鈉質(zhì)粘土，從而使粘土顆粒的水化作用進(jìn)一步加強(qiáng)，分散程度進(jìn)一步提高。因此，在原漿中加入適量純堿，一般可以使表觀粘度增大、切力升高、濾失量降低。如果隨著純堿的加入濾失量增加，則純堿過(guò)量。2、分散劑和鉆井液的典型組成用于分散型鉆井液的降粘劑（分散劑）種類(lèi)較多，主要降粘劑有丹寧堿液、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、褐煤及其改性產(chǎn)品；主要降濾失劑有：鈉羧甲基纖維素CMC、聚陰離子纖維素、磺化褐煤或磺化酚醛樹(shù)脂；燒堿調(diào)節(jié)pH值；重晶石做加重劑。國(guó)內(nèi)深井、超深井使用的抗高溫鉆井液-三磺鉆井液配方：磺化丹寧或磺化栲膠、磺化褐煤、磺化酚醛樹(shù)脂。重鉻酸鉀和Span-80提高抗溫性。表6-1，2，3。二、分散鉆井液的特點(diǎn)分散鉆井液的主要特點(diǎn)是粘土在水中高度分散，正是通過(guò)高度分散的粘土顆粒使鉆井液具有所需的流變和降濾失性能。1、優(yōu)點(diǎn)：除配制方法簡(jiǎn)便、成本較低之外；泥餅較致密，韌性好，具有較好的護(hù)壁性，API濾失量和HTHP濾失量均相應(yīng)較低；固相容量高，適于配制高密度鉆井液，密度可高達(dá)2.00g／cm3以上；抗溫能力較強(qiáng)，比如以磺化栲膠、磺化褐煤和磺化酚醛樹(shù)脂為主處理劑的三磺鉆井液是我國(guó)常用于鉆深井的分散鉆井液體系，抗溫可達(dá)160-200℃。1977年，我國(guó)陸上最深的一口井——關(guān)基井就是使用這種體系鉆至72、缺點(diǎn)：分散鉆井液在使用、維護(hù)過(guò)程中存在難以克服的缺點(diǎn)和局限性：(1)性能不穩(wěn)定，容易受粘土和可溶性鹽類(lèi)的污染。鉆遇鹽膏層時(shí)，少量石膏、巖鹽就會(huì)使鉆井液性能發(fā)生較大的變化；(2)濾液的礦化度低，容易引起井壁附近的泥頁(yè)巖水化、松散、垮塌，并使井壁的巖鹽溶解，即鉆井液抑制性能差，不利于防塌；(3)體系中固相含量高，特別是粒徑小于1um的亞微米顆粒所占比例相當(dāng)高，因此對(duì)機(jī)械鉆速有明顯的影響，尤其不宜在強(qiáng)造漿地層中使用；(4)濾液侵入易引起粘土膨脹，因而不能有效地保護(hù)油氣層，鉆遇油氣層時(shí)必須加以改造才能達(dá)到要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在經(jīng)過(guò)充分的剪切作用之后，用木質(zhì)素磺酸鹽處理的分散鉆井液中亞微米顆粒約占全部固相顆?？倲?shù)的80％，而典型的不分散聚合物鉆井液中的亞微米顆粒僅占顆?？倲?shù)的13％。試驗(yàn)表明，亞微米顆粒要比大于1um的較大顆粒對(duì)鉆速的影響大12倍，可見(jiàn)使用分散性過(guò)強(qiáng)的鉆井液對(duì)提高鉆速是十分不利的。在實(shí)際應(yīng)用中，為了將分散性鉆井液中亞微米顆粒所占比例減至最小程度，一方面應(yīng)控制膨潤(rùn)土的加量，另一方面應(yīng)通過(guò)固控設(shè)備的使用，盡可能降低體系的總固相含量。膨潤(rùn)土的含量應(yīng)隨鉆井液密度和井溫的高低加以調(diào)整。密度和井溫越高，膨潤(rùn)土含量應(yīng)該越低。分散劑和NaOH的加量亦不宜過(guò)高，pH值一般應(yīng)控制在9.5-11.0范圍內(nèi)。此外，由于大多數(shù)分散劑的抗鹽性不夠強(qiáng)，故分散性鉆井液中應(yīng)保持較低的無(wú)機(jī)鹽含量。三、鉆井液的受侵及其處理鉆井過(guò)程中，常有來(lái)自地層的各種污染物進(jìn)人鉆井液中，使其性能發(fā)生不符合施工要求的變化，這種現(xiàn)象常稱為鉆井液受侵（受污染）。有的污染物嚴(yán)重影響鉆井液的流變和濾失性能，有的加劇對(duì)鉆具的損壞和腐蝕。當(dāng)污染嚴(yán)重時(shí)，只有及時(shí)地對(duì)配方進(jìn)行有效的調(diào)整，或者采用化學(xué)方法清除它們，才能保證鉆進(jìn)的正常進(jìn)行。其中最常見(jiàn)的是鈣侵、鹽侵和鹽水侵，此外還有Mg2+、CO32-、H2S和O2等造成的污染。1．鈣侵Ca2+可通過(guò)以下途徑進(jìn)入鉆井液：(1)石膏層；(2)鹽水層，因地層鹽水中一般含有Ca2+；(3)水泥塞，因水泥凝固后產(chǎn)生氫氧化鈣；(4)配漿水是硬水；(5)用石灰做鉆井液添加劑等。危害：除在鈣處理鉆井液和油包水乳化鉆井液的水相中需要一定濃度的Ca2+外，在其它類(lèi)型鉆井液中Ca2+均以污染離子存在。雖然CaSO4和Ca(OH)2在水中的溶解度都不高，但都能提供一定數(shù)量的Ca2+，試驗(yàn)表明，幾萬(wàn)分之一的Ca2+就足以使鉆井液失去懸浮穩(wěn)定性。其原因主要是由于Ca2+易與鈉蒙脫石中的Na+發(fā)生離子交換，使其轉(zhuǎn)化為鈣蒙脫石，而Ca2+的水化能力比Na+要弱得多，因此Ca2+的引人會(huì)使蒙脫石絮凝程度增加，致使鉆井液的粘度、切力和濾失量增大。處理方法：一是在鉆達(dá)含石膏地層前轉(zhuǎn)化為鈣處理鉆井液；二是使用化學(xué)劑將Ca2+清除。通常是根據(jù)濾液中Ca2+濃度，加入適量純堿除去鉆井液中的Ca2+，這種處理方法的好處是，既沉淀掉Ca2+，多出的Na+又將鈣蒙脫石轉(zhuǎn)變?yōu)殁c蒙脫石。但注意純堿不要加量過(guò)多，以免引起CO32-的污染。如果是水泥引起的污染，由于Ca2+和OH—同時(shí)進(jìn)入鉆井液，致使鉆井液的pH值偏高。這種情況下，最好用碳酸氫鈉(NaHCO3)或SAPP(即酸式焦磷酸鈉，Na2H2P207)清除Ca2+。2、鹽侵和鹽水侵當(dāng)鉆遇巖鹽層時(shí)，由于井壁附近巖鹽的溶解使鉆井液中NaCl濃度迅速增大，從而發(fā)生鹽侵；鉆達(dá)鹽水層時(shí)，若鉆井液的靜液壓力不足以壓住高壓鹽水流，鹽水便會(huì)進(jìn)入鉆井液發(fā)生鹽水侵。鉆井液的流變和濾失性能將發(fā)生較大的變化。（1）變化規(guī)律及作用機(jī)理：規(guī)律：粘度、切力先增加后減??；失水一直增大。作用機(jī)理：鉆井液中的粘土礦物由于晶格取代其顆粒表面帶有負(fù)電荷，吸附陽(yáng)離子形成擴(kuò)散雙電層。隨著進(jìn)入鉆井液的Na+濃度不斷增大，必然會(huì)增加粘土顆粒擴(kuò)散雙電層中陽(yáng)離子的數(shù)目，從而壓縮雙電層，使擴(kuò)散層厚度減小，顆粒表面的ξ電位下降。在這種情況下，粘土顆粒問(wèn)的靜電斥力減小，水化膜變薄，顆粒的分散度降低，顆粒之間端—面和端—端連接的趨勢(shì)增強(qiáng)。由于絮凝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，導(dǎo)致鉆井液的粘度、切力和濾失量均逐漸上升。當(dāng)Na+濃度增大到一定程度之后，壓縮雙電層的現(xiàn)象更為嚴(yán)重，粘土顆粒的水化膜變得更薄，致使粘土顆粒發(fā)生面—面聚結(jié)，分散度明顯降低，因而鉆井液的粘度和切力在分別達(dá)到其最大值后又轉(zhuǎn)為下降，濾失量則繼續(xù)上升。此時(shí)如不及時(shí)處理，鉆井液的穩(wěn)定性將完全喪失。當(dāng)NaCl濃度在3％左右時(shí)，分散鉆井液的粘度和切力分別達(dá)到最大值。但需注意，該分?jǐn)?shù)值以及最大值的大小都不是固定不變的，而與配漿土和使用的處理劑的性質(zhì)和用量有關(guān)。鹽侵的另一表現(xiàn)是隨含鹽量增加，鉆井液的pH值逐漸降低，其原因顯然是由于Na+將粘土中的H+及其它酸性離子小斷交換出去所致。（2）處理當(dāng)鉆井液受到鹽侵或鹽水侵之后，欲采取化學(xué)方法除去鉆井液中的Na+是十分困難的，因此目前常用的處理方法是及時(shí)補(bǔ)充抗鹽性強(qiáng)的各種處理劑，將分散鉆井液轉(zhuǎn)化為鹽水鉆井液。例如，降濾失劑CMC的分子鏈中含有許多羧鈉基(—COONa)。這是一種強(qiáng)水化基團(tuán)，并且電離后生成的羧基(—COO—)帶有負(fù)電荷，因而可以使被Na+壓縮雙電層所降低的C電位得到補(bǔ)償。因此，CMC的加入可有效地阻止粘土顆粒間相互聚并的趨勢(shì)，有助于保持鉆井液的聚結(jié)穩(wěn)定性，使其在鹽侵后仍然具有較小的濾失量。除CMC外，聚陰離子纖維素、磺化酚醛樹(shù)脂和改性淀粉等也是常用的抗鹽降濾失劑，鐵鉻鹽(FCLS)等是常用的抗鹽稀釋劑。海泡石和凹凸棒石等抗鹽粘土是用于配制鹽水鉆井液以及對(duì)付鹽侵、鹽水侵的優(yōu)質(zhì)材料，但由于我國(guó)受礦源的限制，至今未廣泛使用。3．二氧化碳污染在許多鉆遇的地層中含有CO2，當(dāng)其混入鉆井液后會(huì)生成HCO3—和CO32—，溶液呈弱酸性，鉆井液pH值下降。影響規(guī)律：流變參數(shù)，特別是動(dòng)切力受HCO3—和C032-的影響很大，尤其高溫下的影響更為突出。一般隨著HCO3—濃度增加動(dòng)切力呈上升趨勢(shì)；而隨著CO32—濃度增加，動(dòng)切力則先減后增。處理：由于經(jīng)這兩種離子污染后鉆井液性能很難用加入處理劑的方法加以調(diào)整，因此只能用化學(xué)方法將它們清除。通常加入適量Ca(OH)2即可清除這兩種離子，由于pH值的升高，體系中的出來(lái)的Ca2+除去CO32—。這兩者并不矛盾，恰恰表明在不同的受污染情況下，應(yīng)采取不同的處理方法。在容易引起CO2污染的井段，HCO3—和C032—對(duì)鉆井液性能的危害性明顯大于Ca2+，經(jīng)驗(yàn)證明，此時(shí)在鉆井液中始終保持50～75mg／l的Ca2+是適宜的。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CO32－4．硫化氫污染H2S主要來(lái)自含硫地層，此外某些磺化有機(jī)處理劑以及木質(zhì)素磺酸鹽在井底高溫下也會(huì)分解產(chǎn)生H2S。H2S對(duì)人有很強(qiáng)的毒性，在其濃度為800mg／L以上的環(huán)境中停留就可能因窒息而導(dǎo)致死亡。同時(shí)，H2S對(duì)鉆具和套管有極強(qiáng)的腐蝕作用?？偟母g過(guò)程可用下式表示：(臭雞蛋味)Fe+xH2S＝FeSx+xH2個(gè)關(guān)于腐蝕的機(jī)理，目前普遍認(rèn)為是由于氫脆的發(fā)生。H2S在其水溶液中分兩步電離，即當(dāng)pH＝8～11時(shí)：H2SH十+HS—當(dāng)pH>12時(shí)，則發(fā)生：HS—H十+S2—HS—+OH—S2—十H20由于H2S、HS—、S2—以及FeSx等的存在，電離出的H+會(huì)迅速地吸附在金屬表面，并進(jìn)而滲入金屬晶格內(nèi)，轉(zhuǎn)變?yōu)樵託?。?dāng)金屬內(nèi)有夾雜物、晶格錯(cuò)位現(xiàn)象或其它缺陷時(shí)(通常都比較嚴(yán)重)，原子氫便在這些易損部位聚結(jié)，結(jié)合成H2。由于該過(guò)程在瞬間完成，氫的體積驟然增加，于是在金屬內(nèi)部產(chǎn)生很大應(yīng)力，致使強(qiáng)度高或硬度大的鋼材突然產(chǎn)生晶格變形，進(jìn)而變脆產(chǎn)生微裂縫，通常將這一過(guò)程稱做“氫脆”。在拉應(yīng)力和鋼材殘余應(yīng)力的作用下，鋼材上因氫脆而引起的微裂縫很容易迅速擴(kuò)大，最終使鋼材發(fā)生脆斷破壞。因此，一旦發(fā)現(xiàn)鉆井液受到H2S污染，應(yīng)立即進(jìn)行處理，將其清除。目前一般采取的清除方法是加入適量燒堿，使鉆井液的pH值保持在10以上。當(dāng)pH值＝7.0時(shí)，H2S與NaOH之間的反應(yīng)如下：H2S+NaOH＝NaHS+H2O當(dāng)pH值＝9.5時(shí)，反應(yīng)為：NaHS+NaOH＝Na2S十H20此法的優(yōu)點(diǎn)是處理簡(jiǎn)便，但一旦鉆井液的pH值降低，生成的硫化物又會(huì)重新轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧瘹?。因此，為了使清除更為徹底，?yīng)在適當(dāng)提高pH值之后，再加入適量堿式碳酸鋅[Zn2(OH)2CO3]等硫化氫清除劑，其反應(yīng)式為：[Zn2(OH)2C03]+2H2S＝2ZnS+3H20+C025．氧的污染鉆井液中氧的存在會(huì)加速對(duì)鉆具的腐蝕，主要腐蝕形式：坑點(diǎn)腐蝕和局部腐蝕。即使是極低濃度的氧也會(huì)使鉆具的疲勞壽命顯著降低。鉆井液中的氧主要來(lái)自大氣，大氣含有的氧通過(guò)泥漿池、高壓泥漿槍和泥漿泵等設(shè)備在鉆井液的循環(huán)過(guò)程中被混人，其中一部分氧溶解在鉆井液中，直至飽和狀態(tài)。試驗(yàn)表明，氧的含量越高，腐蝕速度則越快。如果鉆井液中有H2S或C02氣體存在，氧的腐蝕速度會(huì)急劇增加。氧腐蝕的化學(xué)反應(yīng)式可表示為：4Fe+3022Fe203鉆井液中氧的清除首先應(yīng)考慮采取物理脫氧的方法，即充分利用除氣器等設(shè)備（其中主要除去鉆井液中氣泡），并在攪拌過(guò)程中盡量控制氧的侵入量。將鉆井液的pH值維持在10以上也可在一定程度上抑制氧的腐蝕，這是由于在較強(qiáng)的堿性介質(zhì)中，氧對(duì)金屬鐵產(chǎn)生鈍化作用，在鋼材表面生成一種致密的鈍化膜，因而腐蝕速率降低。然而解決鉆具氧腐蝕的最有效方法還是化學(xué)清除法，即選用某種除氧劑與氧發(fā)生反應(yīng)，從而降低鉆井液中氧的含量。常用的除氧劑有亞硫酸鈉(Na2SO3)、亞硫酸銨[(NH4)2SO3]，二氧化硫(SO2)和肼(N2H4)等，其中以使用亞硫酸鈉最為普遍。它們與氧之間的反應(yīng)可分別表示為：2Na2SO3十02＝2Na2S042(NH4)2SO3十02=2(NH4)2SO42S02+02+2H2O＝2H2SO4N2H4+02＝N2+2H206.清除污染物所需處理劑用量的確定在判斷出進(jìn)入鉆井液的是何種污染物，并已決定選用何種處理劑將其清除之后，剩下的問(wèn)題就是如何確定處理劑的用量。由于采取的是化學(xué)清除方法，因此確定處理劑用量的基本原則是：所用處理劑與污染物在鉆井液濾液中的當(dāng)量濃度應(yīng)保持相等。例6-1根據(jù)濾液分析結(jié)果，某鉆井液中Ca2+體積濃度為100mg／1，鉆井液的總體積為240m3。如果用加入Na2CO3的方法將Ca2+體積濃度降至50mg／l，試計(jì)算每降低1.0mg／1Ca2+，需往1m3鉆井液中加入Na2CO3的質(zhì)量，并計(jì)算該項(xiàng)處理所需添加Na2CO解：污染物與處理劑之間的反應(yīng)式為：Ca2++CO32—＝CaCO3§7-2鈣處理鉆井液鈣處理鉆井液是在使用分散鉆井液的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的具有較好的抗鹽、抗鈣污染能力和對(duì)泥頁(yè)巖水化具有較強(qiáng)抑制作用的一類(lèi)鉆井液。該類(lèi)鉆井液體系主要由含鈣離子的無(wú)機(jī)絮凝劑、降粘劑和降濾失劑組成。由于體系中粘土顆粒處于適度絮凝的粗分散狀態(tài)，因此又稱之為粗分散鉆井液。目前常用的無(wú)機(jī)絮凝劑有三種：石灰、石膏和氯化鈣。用石灰處理的鉆井液成為石灰鉆井液，石膏處理的鉆井液石膏鉆井液，同理氯化鈣鉆井液。為了進(jìn)一步增強(qiáng)其抑制性能，采用石灰和KOH聯(lián)合處理，又發(fā)展了一種新型的鉀石灰鉆井液。這四種鈣處理鉆井液都是以Ca2+提供抑制性化學(xué)環(huán)境，使鉆井液中的鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土，從而使粘土顆粒由高度分散轉(zhuǎn)變?yōu)檫m度絮凝。鈣處理鉆井液可在很大程度上克服細(xì)分散鉆井液的缺點(diǎn)，具有防塌、抗污染和在含有較多Ca2+時(shí)使性能保持穩(wěn)定的特點(diǎn)。一、鈣處理鉆井液的配制原理及特點(diǎn)Ca2+改變粘土分散度的作用機(jī)理，可以從以下兩方面來(lái)理解。一方面，Ca2+通過(guò)Na+／Ca2+交換，將鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土。鈣土水化能力弱，分散度低，故轉(zhuǎn)化后體系分散度明顯下降。轉(zhuǎn)化的程度取決于粘土的陽(yáng)離子交換容量和濾液中Ca2+的濃度。粘土的陽(yáng)離子交換容量越高，所吸附Ca2+的量就越大。同時(shí)，通過(guò)控制濾液中Ca2+的濃度，可以控制鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土的數(shù)量，從而控制鉆井液中粘土的分散度。另一方面，Ca2+本身是一種無(wú)機(jī)絮凝劑，會(huì)壓縮粘土顆粒表面的擴(kuò)散雙電層，使水化膜變薄，電動(dòng)電位下降，從而引起粘土晶片面—面和端—面聚結(jié)，造成粘土顆粒分散度下降。但是，如果只加入Ca2+，就相當(dāng)于細(xì)分散鉆井液受到鈣侵，使其流變和濾失性能均受到破壞。因此，鈣處理鉆井液在加人Ca2+的同時(shí)，還必須加入NaT、FCLS和CMC等分散劑。由于這類(lèi)分散劑的分子中含有大量的水化基團(tuán)，當(dāng)吸附在粘土顆粒表面后，會(huì)引起水化膜增厚，(電位增大，從而阻止粘土晶片之間的聚結(jié)和分散度降低。鈣處理鉆井液的配制原理，就是通過(guò)調(diào)節(jié)Ca2+和分散劑的相對(duì)含量，使鉆井液處于適度絮凝的粗分散狀態(tài)，從而使其性能能夠保持相對(duì)穩(wěn)定，并達(dá)到滿足鉆井工藝要求的目的。使鉆井液處于適度絮凝的粗分散狀態(tài)有兩條途徑：一是在分散鉆井液中同時(shí)加入適量的鈣鹽(或石灰)和分散劑；二是在受鈣侵后處于絮凝狀態(tài)的鉆并液中及時(shí)加入分散劑。在適度絮凝的粗分散狀態(tài)中，其絮凝和分散程度也有所區(qū)別，加人分散劑可使顆粒變細(xì)，絮凝程度降低；反之加鈣鹽則使顆粒變粗，絮凝程度提高。在鈣處理鉆井液?jiǎn)柺乐埃鴱V泛使用分散鉆井液。一旦受到鈣污染，分散鉆井液便立即失去其良好的流動(dòng)性，并且濾失量劇增，泥餅厚度增加，且結(jié)構(gòu)松散。在處理鈣污染的過(guò)程中人們發(fā)現(xiàn)，與原來(lái)的分散鉆井液相比，經(jīng)過(guò)處理的鈣污染鉆井液表現(xiàn)出有許多優(yōu)越性，如抑制性和抗鹽類(lèi)污染的能力增強(qiáng)等，于是就開(kāi)始有意識(shí)地配制和使用鈣處理鉆井液。最初使用石灰低鈣含量鉆井液(Ca2+含量為120～200mg／1)，后來(lái)又相繼出現(xiàn)了石膏中鈣含量鉆井液(Ca2+含量為300～500mg／1)和氯化鈣高鈣含量鉆井液(Ca2+含量為500mg／l以上)。優(yōu)點(diǎn)：與分散鉆井液相比，鈣處理鉆井液的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下方面：性能較穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗鈣污染、鹽污染和粘土污染的能力。固相含量相對(duì)較少，容易在高密度條件下維持較低的粘度和切力，有利于提高鉆速。能在一定程度上抑制泥頁(yè)巖水化膨脹；濾失量較小，泥餅薄且韌性好，有利于井壁穩(wěn)定。由于鉆井液中粘土細(xì)顆粒含量較少，對(duì)油氣層的損害程度相對(duì)較小。二、石灰鉆井液以石灰作為鈣源的鉆井液被稱為石灰鉆井液，影響其性能的關(guān)鍵因素是Ca2+濃度，而Ca2+濃度主要受到石灰溶解度的影響。1．石灰溶解度的影響因素石灰是一種難溶的強(qiáng)電解質(zhì)。它在水中的溶解度主要受溫度和溶液pH值的影響。石灰在水中溶解時(shí)放熱，因此隨溫度升高，石灰的溶解度反而減小，溶液中Ca2+濃度也相應(yīng)減小。溶解時(shí)發(fā)生以下反應(yīng)：Ca(OH)2Ca2++20H—其溶度積常數(shù)Ksp與離子濃度的關(guān)系為，Ksp＝[Ca2+][OH—]2可以根據(jù)溶度積常數(shù)Ksp與離子濃度的關(guān)系，計(jì)算不同pH值的飽和石灰溶液中Ca2+的濃度。但對(duì)于由多種組分組成的鉆井液來(lái)說(shuō)，Ca2+濃度與pH值之間的定量關(guān)系非常復(fù)雜。如不加NaOH，常溫下Ca2+體積濃度可達(dá)800mg／1；而加人5.7g／1NaOH之后，Ca2+體積濃度降至約130g／l（就是說(shuō)，隨著pH值的升高，鈣離子含量會(huì)迅速降低）。因此，對(duì)于石灰鉆井液，pH值對(duì)控制鉆井液的Ca2+濃度起很大作用。一般情況下，石灰鉆井液的pH值應(yīng)控制在11~12，使Ca2+含量保持在120—200mg／1的范圍內(nèi)。其儲(chǔ)備堿度，即體系中懸浮的石灰含量保持在3000—6000mg／l較為合適。若pH值過(guò)低，Ca2+含量增大，粘度與切力將超過(guò)允許范圍；若pH值過(guò)高，Ca2+含量很少，將失去鈣處理的意義。2．石灰鉆井液的推薦配方與性能石灰鉆井液的基本組成除適量的膨潤(rùn)土外，常用處理劑有鐵鉻鹽、單寧酸鈉、CMC、石灰和燒堿等。其中鐵鉻鹽和單寧酸鈉用做稀釋劑，CMC用做降濾失劑，石灰為絮凝劑，燒堿為pH值調(diào)節(jié)劑。目前單寧酸鈉常用抗溫性更強(qiáng)的磺化栲膠代替。有時(shí)也使用褐煤堿液、聚丙烯腈或淀粉作為降濾失劑。按照石灰用量及pH值的不同，常將石灰鉆井液分為高石灰和低石灰鉆井液。當(dāng)遇到有鹽、鈣污染或在造漿地層鉆進(jìn)時(shí)，經(jīng)常用高石灰鉆井液；另一方面，高石灰鉆井液在高溫下會(huì)發(fā)生固化，鉆井液急劇變稠，失去流動(dòng)性，因此在深井的深部井段鉆進(jìn)時(shí)，宜使用低石灰鉆井液。國(guó)外使用這種鉆井液曾鉆至井深4850m，我國(guó)大慶油田也J頃利鉆達(dá)4723m。3．石灰鉆井液的使用要點(diǎn)石灰鉆井液經(jīng)常是在原有分散鉆井液基礎(chǔ)上經(jīng)轉(zhuǎn)化而形成。轉(zhuǎn)化程序?yàn)椋合燃尤胍欢康乃越档凸滔嗪浚缓笸瑫r(shí)加入石灰、燒堿和稀釋劑。以上各組分的加量均需通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定，整個(gè)處理過(guò)程大約在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)完成。若需要，再補(bǔ)充適量降濾失劑。在維護(hù)工藝上，要特別注意掌握好幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，包括濾液中Ca2+濃度、pH值和儲(chǔ)備堿度(即鉆井液中未溶解的石灰含量)。此外，還應(yīng)注意高溫固化問(wèn)題。當(dāng)鉆達(dá)井底溫度超過(guò)135℃時(shí)石灰鉆井液可承受的鹽侵約為50000mg／1。隨著鹽的侵入，鉆井液的pH值降低，石灰溶解度提高，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大燒堿的用量，以限制體系中Ca2+的濃度，并使用鐵鉻鹽控制流變性能。石膏侵對(duì)石灰鉆井液的性能一般不會(huì)有大的影響。但在鉆人大段石膏地層時(shí)，鉆井液的粘度、切力及濾失量都會(huì)有所增加。正確的處理方法是，在鉆遇石膏層之前可先加適量燒堿進(jìn)行預(yù)處理以維持所需的Pf(濾液的酚酞堿度)值。當(dāng)鉆遇石膏層后，先不急于加石灰，待鉆井液的酚酞堿度值開(kāi)始出現(xiàn)下降時(shí)再行加入。此時(shí)若流變性和濾失量出現(xiàn)較大變化，可通過(guò)加入鐵鉻鹽和CMC等處理劑進(jìn)行控制。三、石膏鉆井液1．石膏鉆井液的特點(diǎn)選用石膏作為絮凝劑，分別用鐵鉻鹽和CMC作為稀釋劑和降濾失劑，維持pH值在9.5～10.5范圍內(nèi)，濾液中Ca2+含量約為600～1200mg／1，即可配制成石膏鉆井液。與石灰鉆井液相比較，石膏鉆井液具有以下特點(diǎn)：(1)由于石膏的溶解度比石灰大得多，因而石膏鉆井液具有比石灰鉆井液更高的Ca2+含量。這種情況下，鉆井液的絮凝程度必然增大，相應(yīng)地所需稀釋劑和降濾失劑的加量也應(yīng)有所增加，才能使性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求并保持穩(wěn)定。顯然，與石灰鉆井液相比，石膏鉆井液具有更強(qiáng)的抗鹽污染和石膏污染的能力。(2)與石灰相比，石膏的溶解度受pH值的影響較小。這樣，石膏鉆井液的pH值和堿度可維持較低，又由于Ca2+含量較高，因而更有利于抑制粘土的水化膨脹和分散，即防塌效果明顯優(yōu)于石灰鉆井液。因此，該類(lèi)鉆井液多用于鉆厚的石膏層和容易坍塌的泥頁(yè)巖地層。(3)石膏鉆井液具有比石灰鉆井液更高的抗溫能力，其發(fā)生固化的臨界溫度在175℃左右，明顯高于石灰鉆井液。據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，它可以在某些5000m2．石膏鉆井液的推薦配方與性能在這類(lèi)鉆井液中，石膏粉用做絮凝劑；分散劑的類(lèi)型與石灰鉆井液基本相似，然而在加量上與石灰鉆井液有所區(qū)別。例如，作為分散劑的鐵鉻鹽的加量明顯增加，而燒堿的加量卻明顯減少。除上述以鐵鉻鹽為主要分散劑的石膏鉆井液外，我國(guó)還成功地研制出一種由褐煤、燒堿、單寧、純堿和水組成的混合劑作為分散劑的石膏鉆井液。這種鉆井液的性能穩(wěn)定，在四川地區(qū)推廣應(yīng)用后，取得了較好的防塌效果。3．石膏鉆井液的使用要點(diǎn)與石灰鉆井液相似，石膏鉆井液也常由分散鉆井液轉(zhuǎn)化而成。轉(zhuǎn)化時(shí)，首先加入適量淡水，以防止鉆井液過(guò)稠，所需水量可根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。然后，在1-2個(gè)循環(huán)周期內(nèi)加人約4kg／m3的燒堿、10～15kg／m3的鐵鉻鹽和12-18kg／m3的石膏。在添加以上處理劑之后，再在1～2個(gè)循環(huán)周期內(nèi)加入3-4.5kg／m3的降濾失劑CMC。有時(shí)若要將高pH值鉆井液或石灰鉆井液轉(zhuǎn)化為石膏鉆井液，則需加更多的淡水進(jìn)行稀釋?zhuān)⑹嗪拖♂寗┑募恿窟m當(dāng)提高，此時(shí)不必再加入燒堿。對(duì)石膏鉆井液進(jìn)行維護(hù)時(shí)，除應(yīng)經(jīng)常檢測(cè)濾液中Ca2+含量和pH值外，還應(yīng)注意將鉆井液中游離的石膏含量控制在5～9kg／m3范圍內(nèi)。并根據(jù)流變參數(shù)和濾失量的變化，隨時(shí)對(duì)性能進(jìn)行必要的調(diào)整。四、氯化鈣鉆井液1．氯化鈣鉆井液的特點(diǎn)在這類(lèi)鈣處理鉆井液中，使用CaCl2作為絮凝劑，一般仍分別選用鐵鉻鹽和CMC等作稀釋劑和降濾失劑，并用石灰調(diào)節(jié)pH值，使pH值保持在9～10之間。美國(guó)和俄羅斯都使用過(guò)這種高鈣鉆井液，多用于易卡鉆、易坍塌的泥頁(yè)巖地層，其濾液中Ca2+濃度一般在1000～3500mg／1范圍內(nèi)。我國(guó)成功地將褐煤堿液應(yīng)用于該類(lèi)鉆井液中，形成了具有特色的褐煤—CaCl2鉆井液體系。氯化鈣鉆井液的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：由于體系中Ca2+含量很高，因此與前兩類(lèi)鈣處理鉆井液相比，它具有更強(qiáng)的穩(wěn)定井壁和抑制泥頁(yè)巖坍塌及造漿的能力。由于鉆井液中固相顆粒絮凝程度較大，分散度較低，因而流動(dòng)性好，固控過(guò)程中鉆屑比較容易清除，有利于維持較低的密度，可對(duì)提高機(jī)械鉆速及保護(hù)油氣層提供良好的條件。另一方面，正是由于Ca2+含量高，嚴(yán)重影響了粘土懸浮體的穩(wěn)定性，粘度和切力容易上升，濾失量也容易增大，從而增加了維護(hù)處理的難度。褐煤—CaCl2鉆井液體系在組成上有一個(gè)突出的特點(diǎn)，即褐煤粉的加量很大。褐煤中含有的腐植酸與體系中的Ca2+發(fā)生反應(yīng)，生成非水溶性的腐植酸鈣(可用符號(hào)CaHm2表示)膠狀沉淀。這種膠狀沉淀一方面使泥餅變得薄而致密，濾失量降低，提高鉆井液的動(dòng)塑比，其作用與膨潤(rùn)土相似；另一方面，它起著Ca2+儲(chǔ)備庫(kù)的作用，使濾液中濃度不至于過(guò)大，即CaHm2Ca2++2Hm—在鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)濾液中Caz+消耗以后，電離平衡會(huì)自動(dòng)向右移動(dòng)，使Ca2+及時(shí)得到補(bǔ)充，從而保證鉆井液的抑制能力和流變性能保持穩(wěn)定。2．褐煤—氯化鈣鉆井液的典型配方、性能及維護(hù)我國(guó)四川地區(qū)常用的褐煤—氯化鈣鉆井液典型配方及性能指標(biāo)如表6—8所示。不難看出，該體系中褐煤堿劑的加量很大(40-50%)，其中褐煤粉占有相當(dāng)大的比例，相對(duì)來(lái)講CaCl2的加量較小。這種體系常用于鉆大段含石膏的地層，如四川地區(qū)的三疊系含石膏碳酸巖鹽地層。其維護(hù)要點(diǎn)主要是掌握好鉆井液中CaCl2和煤堿劑的比例，經(jīng)驗(yàn)表明，一般維持在(1～1.1)：100為最佳。只要這種比例維持較好，并且固控措施得當(dāng)。五、鉀石灰鉆井液簡(jiǎn)介鉀石灰鉆井液是在石灰鉆井液基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種更有利于防塌的鈣處理鉆井液。由于石灰鉆井液存在著一些缺點(diǎn)，如高溫下容易發(fā)生固化，pH值較高以及強(qiáng)分散劑的使用不利于提高鉆井液的抑制性等，因此后來(lái)將鉀離子引入石灰鉆井液中，并將配方進(jìn)行改進(jìn)，形成了這種新的石灰防塌鉆井液體系。該類(lèi)鉆井液在組成上的改進(jìn)包括以下兩方面：用改性淀粉取代了原石灰鉆井液中使用的強(qiáng)分散劑鐵鉻鹽，從而使鉆井液中粘土和鉆屑的分散程度減弱，改性淀粉在井壁上的吸附有利于增強(qiáng)防塌效果。由于pH值和石灰含量均有所降低，因而克服了石灰鉆井液的高溫固化問(wèn)題。用KOH控制鉆井液的堿度，而不再使用NaOH，其優(yōu)點(diǎn)顯然在于通過(guò)引入K+，同時(shí)相應(yīng)地減少了體系中Na+的含量，提高了鉆井液的抑制性。近年來(lái)美國(guó)和俄羅斯均在某些地區(qū)推廣使用了這種鉆井液，1986年我國(guó)在遼河油田首先使用，后來(lái)在大港、玉門(mén)油田也普遍推廣使用，均有效地降低了井徑擴(kuò)大率，解決了井下的各種復(fù)雜問(wèn)題。§7-3鹽水鉆井液一、鹽水鉆井液的定義和分類(lèi)凡NaCl含量超過(guò)1％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Cl—含量約為6000mg／1)的鉆井液統(tǒng)稱為鹽水鉆井液。一般將其分為以下三種類(lèi)型：(1)一般鹽水鉆井液其含鹽量自1％直至飽和之前均屬此類(lèi)。(2)飽和鹽水鉆井液是指含鹽量達(dá)到飽和，即常溫下濃度為3.15*105mg／l(C1—含量為1.89*105mg／1)左右的鉆井液。注意NaCl溶解度隨溫度變化而變化。(3)海水鉆井液是指用海水配制而成的含鹽鉆井液。體系中不僅含有約3*104mg／l的NaCI，還含有一定量的Ca2+和Mg2+。根據(jù)含鹽量的多少，在國(guó)外出版的專(zhuān)著中又將鹽水鉆井液分為以下幾種類(lèi)型：含鹽量在1％-2％時(shí)為微咸水鉆井液，在2％～4％時(shí)為海水鉆井液，在4％與近飽和之間時(shí)為非飽和鹽水鉆井液，當(dāng)含鹽量達(dá)最大值31.5％時(shí)則被稱為飽和鹽水鉆井液。（鉆井液處理劑的評(píng)價(jià)也經(jīng)常以此為界限）二、鹽水鉆井液的配制原理及特點(diǎn)在鉆井過(guò)程中，經(jīng)常鉆遇大段巖鹽層、鹽膏層或鹽膏與泥頁(yè)巖互層。若使用分散鉆井液，則會(huì)有大量的NaCI和其它無(wú)機(jī)鹽溶解于鉆井液中，使鉆井液的粘度、切力升高，濾失量劇增。同時(shí)，鹽的溶解還會(huì)造成井徑擴(kuò)大，給繼續(xù)鉆進(jìn)帶來(lái)困難，并且會(huì)嚴(yán)重影響固井質(zhì)量。有時(shí)鉆遇高壓鹽水層時(shí)，鹽水的侵入對(duì)鉆井液性能也有很大影響。為了對(duì)付上述復(fù)雜地層，人們采取了在鉆井液中同時(shí)加入工業(yè)食鹽和分散劑的方法，使水基鉆井液具有更強(qiáng)的抗鹽能力和抑制性。通過(guò)大量室內(nèi)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，鹽水鉆井液和飽和鹽水鉆井液已得到不斷發(fā)展和完善，成為獨(dú)具特色的鉆井液類(lèi)型。與鈣處理鉆井液的配制原理相同，鹽水鉆井液也是通過(guò)人為地添加無(wú)機(jī)陽(yáng)離子來(lái)抑制粘土顆粒的水化膨脹和分散，并在分散劑的協(xié)同作用下，形成抑制性粗分散鉆井液的。在使用中要特別注意含鹽量的大小，一般應(yīng)根據(jù)含鹽的多少來(lái)決定所選用的分散劑的類(lèi)型和用量。鹽水鉆井液的pH值一般隨含鹽量的增加而下降，這一方面是由于濾液中的Na+與粘土礦物晶層間的H+發(fā)生了離子交換；另一方面則是由于工業(yè)食鹽中含有的MgCl2雜質(zhì)與濾液中的OH—反應(yīng)，生成Mg(OH)2沉淀，從而消耗了OH—所導(dǎo)致的結(jié)果。因此，在使用鹽水鉆井液時(shí)應(yīng)注意及時(shí)補(bǔ)充燒堿，以便維持一定的pH值。一般情況下，鹽水鉆井液的pH值應(yīng)保持在9.5-11.0之間。鹽水鉆井液的主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于礦化度高，因此這種體系具有較強(qiáng)的抑制性，能有效地抑制泥頁(yè)巖水化，保證井壁穩(wěn)定；不僅抗鹽侵的能力很強(qiáng)，而且能夠有效地抗鈣侵和抗高溫，適于鉆含巖鹽地層或含鹽膏地層，以及在深井和超深井中使用；由于其濾液性質(zhì)與地層原生水比較接近，故對(duì)油氣層的損害較輕；由于鉆出的巖屑不易在鹽水中水化分散，在地面容易被清除，因而有利于保持較低的固相含量；鹽水鉆井液還能有效地抑制地層造漿，流動(dòng)性好，性能較穩(wěn)定。缺點(diǎn)：維護(hù)工藝比較復(fù)雜；對(duì)鉆柱和設(shè)備的腐蝕性較大；配制成本相對(duì)較高。三、一般鹽水鉆井液應(yīng)用地層：配漿水本身含鹽量較高；鉆遇鹽水層時(shí)，淡水鉆井液體系不可能繼續(xù)維持；鉆遇含鹽地層或厚度不大的巖鹽層；抑制強(qiáng)水敏泥頁(yè)巖地層的水化等。在選擇鹽水鉆井液時(shí)，可能只涉及以上某些因素，但也可能包含所有因素。多數(shù)情況下鹽水鉆井液只用于某一特定的井段。比如，當(dāng)預(yù)先已知在某一深度有一較薄的巖鹽層時(shí)，可在進(jìn)入之前有準(zhǔn)備地將鹽和處理劑一并加入鉆井液中，使之轉(zhuǎn)化為鹽水體系。當(dāng)鉆過(guò)鹽層并下入套管之后，又可通過(guò)稀釋與化學(xué)處理，逐步恢復(fù)至淡水體系。鹽水鉆井液中含鹽量的多少一般根據(jù)地層情況來(lái)決定。顯然，含鹽越多，鉆井液的抑制性越強(qiáng)，對(duì)巖鹽層的溶解量越小，即越有利于井壁穩(wěn)定，但護(hù)膠的難度亦同時(shí)增大，配制成本也會(huì)相應(yīng)增加。因此，確定含鹽量是十分重要的。在配制鹽水鉆井液時(shí)，最好選用抗鹽粘土(海泡石、凹凸棒石等)作為配漿土，這類(lèi)粘土在鹽水中可以很好地分散而獲得較高的粘度和切力，因而配制方法比較簡(jiǎn)單。若用膨潤(rùn)土配漿，則必須先在淡水中經(jīng)過(guò)預(yù)水化，再加入各種處理劑，最后加鹽至所需濃度。實(shí)驗(yàn)表明，如果先將膨潤(rùn)土在淡水中經(jīng)過(guò)預(yù)水化，并在加鹽之前用適量分散劑進(jìn)行處理。此時(shí)膨潤(rùn)土仍表現(xiàn)出具有一定的水化性能，從而能有效地起到提高粘度、切力和降濾失的作用。鹽水鉆井液中常用的分散劑有鐵鉻鹽、CMC、褐煤堿液和聚陰離子纖維素等。由于各地區(qū)使用的配方及對(duì)性能的要求不盡相同，因此難以總結(jié)出其典型的配方及性能參數(shù)。目前國(guó)內(nèi)使用的最簡(jiǎn)單的體系為鐵鉻鹽鹽水鉆井液，其基本成分為1.5％～3％的膨潤(rùn)土、5％的固體食鹽、5％的鐵鉻鹽、1.5％的NaOH及一定量的重晶石。按以上配方可達(dá)到下列性能指標(biāo)：密度1.20g／cm3、漏斗粘度20～50s、濾失量3—6ml。另一種體系為CMC一鐵鉻鹽一表面活性劑鹽水鉆井液，主要用于井底溫度達(dá)150C左右的深井中。保持所需的含鹽量是該類(lèi)鉆井液維護(hù)處理的關(guān)鍵之所在。要做到這一點(diǎn)，需經(jīng)常向鉆井液中補(bǔ)充鹽或鹽水，并用AgNO3滴定法定時(shí)檢測(cè)濾液中的NaCl濃度。在維護(hù)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)含鹽量的高低和鉆井液性能的變化及時(shí)處理好降粘和護(hù)膠這兩方面的問(wèn)題。只有這樣，才能使鹽水鉆井液的流變參數(shù)和濾失量保持在合理的范圍，以滿足鉆井工程的要求。一般規(guī)律是，含鹽量越低，降粘問(wèn)題越突出；含鹽量越高，護(hù)膠問(wèn)題越重要。常用的降粘劑有鐵鉻鹽、單寧酸鈉和磺化栲膠等，需要護(hù)膠時(shí)則選用高粘CMC、聚陰離子纖維素及其它抗鹽聚合物降濾失劑和包被劑。四、飽和鹽水鉆井液飽和鹽水鉆井液是指NaCl含量達(dá)到飽和時(shí)的鹽水鉆井液體系。它主要用于鉆大段巖鹽層和復(fù)雜的鹽膏層，也可在鉆開(kāi)儲(chǔ)層時(shí)配制成清潔鹽水鉆井液使用。由于其礦化度極高，因此抗污染能力強(qiáng)，對(duì)地層中粘土的水化膨脹和分散有很強(qiáng)的抑制作用。鉆遇巖鹽層時(shí)，可將鹽的溶解減至最小程度，避免大肚子井眼的形成，從而使井徑規(guī)則。該類(lèi)鉆井液的配制方法是，在地面配好飽和鹽水鉆井液，鉆達(dá)巖鹽層前將其替人井內(nèi)，然后鉆穿整個(gè)巖鹽層。但也可采用另一種方法，即在上部地層使用淡水或一般鹽水鉆井液，然后提前在循環(huán)過(guò)程中進(jìn)行加鹽處理，使含鹽量和鉆井液性能逐漸達(dá)到要求，在進(jìn)入巖鹽層前轉(zhuǎn)化為飽和鹽水鉆井液。注意事項(xiàng)：如果巖鹽層較厚，埋藏較深，在地層壓力作用下巖鹽層容易發(fā)生蠕變，造成縮徑。此時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖鹽層的蠕變曲線，確定較合理的鉆井液密度，以克服因鹽層塑性變形而引起的卡鉆或擠毀套管。鹽層的蠕變曲線可通過(guò)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)得到。最好選用海泡石、凹凸棒石等抗鹽粘土配制飽和鹽水鉆井液。如選用膨潤(rùn)土，則體系中總固相和膨潤(rùn)土含量均不宜過(guò)高，以防止在配制過(guò)程中出現(xiàn)粘度、切力過(guò)高的情況。膨潤(rùn)土一般應(yīng)控制在50kg／m3左右；若該體系由井漿轉(zhuǎn)化而成，應(yīng)在加鹽前先將固相含量及粘度、切力降下來(lái)。因鹽的溶解度隨溫度上升而有所增加，故在地面配制的飽和鹽水，當(dāng)循環(huán)到井底就變得不飽和了。為了解決因溫差而可能引起的巖鹽層井徑擴(kuò)大的問(wèn)題，一種比較有效的方法是在鉆井液中加入適量的重結(jié)晶抑制劑，這樣在巖鹽層井段的井溫下使鹽達(dá)到飽和，當(dāng)鉆井液返至地面時(shí)，就可抑制住鹽的重結(jié)晶。飽和鹽水鉆井液有多種不同的配方。國(guó)外一般使用抗鹽粘土(如凹凸棒石)造漿并調(diào)整粘度和切力，用淀粉控制濾失量。但目前傾向于用各種抗鹽的聚合物降濾失劑(如聚陰離子纖維素)代替淀粉，以利于實(shí)現(xiàn)低固相。用抗鹽粘土配制飽和鹽水鉆井液的步驟如下：(1)在淡水中加入工業(yè)食鹽，即可得飽和鹽水。(2)在飽和鹽水中加入優(yōu)質(zhì)抗鹽粘土。(3)然后加入淀粉，一定要邊加邊攪拌。我國(guó)各油田已在鉆井實(shí)踐中形成了多種適合于本地區(qū)特點(diǎn)的飽和鹽水鉆井液配方，其中一種較為典型的配方及其性能指標(biāo)列于表6—11中。從表中可見(jiàn)，所選用的各種處理劑都具有較強(qiáng)的抗鹽性，加入紅礬和表面活性劑是為了提高體系的抗溫性能。從性能來(lái)看，該體系之所以需保持1.20g／cm3以上的密度，是為了克服由于鹽層蠕變而引起的塑性變形和縮徑。對(duì)飽和鹽水鉆井液的維護(hù)應(yīng)以護(hù)膠為主，降粘為輔。由于在該類(lèi)鉆井液中，粘土顆粒不易形成端—端或端—面連接的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而特別容易發(fā)生面一面聚結(jié)，變成大顆粒而聚沉，因此需要大量的護(hù)膠劑維護(hù)其性能，不然在使用中常會(huì)出現(xiàn)粘度、切力下降和濾失量上升的現(xiàn)象。保持性能穩(wěn)定對(duì)飽和鹽水鉆井液來(lái)說(shuō)是最關(guān)鍵的問(wèn)題，一旦出現(xiàn)以上異常情況，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充護(hù)膠劑。添加預(yù)水化膨潤(rùn)土也能起到提粘和降濾失作用，但加量不宜過(guò)大。五、海水鉆井液海水鉆井液與一般鹽水鉆井液的不同之處在于使用海水配漿。海水中除含有較高濃度的NaCl外，還含有一定濃度的鈣鹽和鎂鹽，其總礦化度一般為3.3％～3.7％，pH值在7.5-8.4之間，密度為1.03g／cm3。海水中各種鹽的含量見(jiàn)表6—12。顯然，海水鉆井液工藝技術(shù)得以發(fā)展的主要原因是為了滿足海洋鉆井的需要。在海上供給足夠的淡水不僅難度大，而且成本很高，因此最實(shí)際的辦法是使用海水配漿。既然海水的主要成分是NaCl，其礦化度處于不飽和范圍，因此海水鉆井液的作用原理和配制、維護(hù)方法與一般鹽水鉆井液基本相同。不同之處僅在于體系中Mg2+的含量較高，因而會(huì)對(duì)鉆井液性能產(chǎn)生較大影響。此外，一般鹽水鉆井液的含鹽量可隨時(shí)調(diào)整，比如鉆穿鹽層后可轉(zhuǎn)化為淡水鉆井液，而海水鉆井液由于受施工條件的限制，其礦化度一般不作調(diào)整。海水鉆井液的配方有兩種類(lèi)型。一種是先用適量燒堿和純堿將海水中的Ca2+、Mg2+清除，然后再用于配漿。其中燒堿主要用于清除Mg2+，而石灰主要用于清除Ca2+。這種體系的pH值應(yīng)保持在11以上，其特點(diǎn)是分散性相對(duì)較強(qiáng)，流變和濾失性能較穩(wěn)定且容易控制，但抑制性較差。另一種是在體系中保留Ca2+、Mg2+，顯然這種海水鉆井液的pH值較低，由于含有多種陽(yáng)離子，護(hù)膠的難度較大，所選用的護(hù)膠劑既要抗鹽，又要抗鈣、鎂，但這種體系的抑制性和抗污染能力較強(qiáng)。國(guó)外過(guò)去多使用凹凸棒石、石棉、淀粉配制和維護(hù)海水鉆井液，而目前傾向于使用黃原膠和聚陰離子纖維素等聚合物。由于聚合物的包被作用，可使井壁更為穩(wěn)定。通過(guò)合理地使用固控設(shè)備，機(jī)械鉆速也可明顯提高。我國(guó)使用的海水鉆井液配方與一般鹽水鉆井液相似。比如，較常用的鐵鉻鹽—CMC海水鉆井液的pH值在9～11范圍內(nèi)可維持其穩(wěn)定的性能。當(dāng)井較深時(shí)，可加入適量重鉻酸鉀以提高鉆井液的抗溫性能。必要時(shí)混入一定量的油品以改善泥餅的潤(rùn)滑性，并可在一定程度上降低濾失量?！?-4聚合物鉆井液聚合物鉆井液是自20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型鉆井液體系。廣義地講，凡是使用線型水溶性聚合物作為處理劑的鉆井液體系都可稱為聚合物鉆井液。但通常是將聚合物作為主處理劑或主要用聚合物調(diào)控性能的鉆井液體系稱為聚合物鉆井液。一、聚合物鉆井液概述1．發(fā)展概況聚合物鉆井液最初是為提高鉆井效率開(kāi)發(fā)研究的。研究資料指出：鉆井液的固相含量是影響鉆井速度的一個(gè)主要因素。所以，清水的鉆井速度應(yīng)最高。但當(dāng)時(shí)并沒(méi)有能夠有效清除鉆井液中固相的手段。直到1958年首次應(yīng)用了聚合物絮凝劑聚丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱PAM)后，才實(shí)現(xiàn)了真正的清水鉆井。PAM可同時(shí)絮凝鉆屑和蒙脫土，稱為完全絮凝劑。在鉆井液中加入極少量的PAM即可使鉆屑絮凝而全部除去。清水鉆井大大提高了鉆速，但因其攜帶鉆屑能力差，濾失量大，影響井壁穩(wěn)定等缺點(diǎn)，不能廣泛使用，只能用于地層特別穩(wěn)定的淺層井段。1960年，發(fā)現(xiàn)有兩類(lèi)高聚物，即部分水解聚丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱PHPA或PHP)和醋酸乙烯酯—馬來(lái)酸酐共聚物(簡(jiǎn)稱VAMA)，具有選擇性絮凝作用。它們可絮凝除掉劣質(zhì)土和巖屑，而不絮凝優(yōu)質(zhì)造漿粘土。同時(shí)，對(duì)鉆屑的分散具有良好的抑制能力，處理過(guò)的鉆井液體系中亞微米顆粒含量明顯低于其它類(lèi)型的水基鉆井液，這對(duì)提高鉆井速度是十分有益的。這類(lèi)新型的聚合物鉆井液體系稱為“不分散低固相聚合物鉆井液”。1966年，泛美石油公司在加拿大西部油田首次系統(tǒng)地使用了這種不分散低固相聚合物鉆井液，大幅度提高了鉆速。隨后，這種鉆井液體系在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，經(jīng)受了不同地層、不同井深和不同密度等方面的考驗(yàn)，在提高鉆井速度和降低鉆井成本等方面效果顯著，證明是一種技術(shù)先進(jìn)的鉆井液體系。1971年，在第八屆世界石油大會(huì)上，不分散低固相聚合物鉆井液的成功開(kāi)發(fā)被列為70年代初鉆井工藝最有影響的新進(jìn)展之一，表明對(duì)鉆井技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用是顯著的。為進(jìn)一步提高聚合物鉆井液的防塌能力，70年代后期發(fā)展了聚合物與無(wú)機(jī)鹽(主要是氯化鉀)配合的鉆井液體系，發(fā)現(xiàn)該體系對(duì)水敏性地層的防塌效果顯著。近20年來(lái)，聚合物處理劑的發(fā)展也很快，除帶陰離子基團(tuán)的處理劑如PHPA、VAMA、水解聚丙烯腈銨鹽(簡(jiǎn)稱NPAN)、聚丙烯酸鹽等以外，近期又開(kāi)發(fā)出帶陽(yáng)離子基團(tuán)的陽(yáng)離子聚合物和分子鏈中同時(shí)帶陰離子基團(tuán)、陽(yáng)離子基團(tuán)和非離子基團(tuán)的兩性離子聚合物處理劑，使聚合物鉆井液技術(shù)得到不斷發(fā)展和完善。目前，根據(jù)聚合物處理劑的離子特性，可將聚合物鉆井液分為陰離子聚合物鉆井液、陽(yáng)離子聚合物鉆井液和兩性離子聚合物鉆井液。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，聚合物鉆井液技術(shù)已在我國(guó)得到普遍推廣應(yīng)用。同時(shí)，還對(duì)聚合物處理劑的抑制性、降濾失和降粘等作用機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。目前，我國(guó)在各種聚合物鉆井液體系的基礎(chǔ)研究、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用方面，已接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。主要介紹不分散低固相聚合物鉆井液的組成、特點(diǎn)、涉及的基本理論以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等。2．聚合物鉆井液的特點(diǎn)與其它水基鉆井液相比，聚合物鉆井液優(yōu)點(diǎn)：7個(gè)(1)固相含量低，且亞微米粒子所占比例也低。這是聚合物鉆井液的基本特征，是聚合物處理劑選擇性絮凝和抑制巖屑分散的結(jié)果，對(duì)提高鉆井速度是極為有利的。大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和鉆井實(shí)踐均證明，固相含量和固相顆粒的分散度是影響鉆井速度的重要因素，隨著鉆井液中固相含量的增加和固相體積分?jǐn)?shù)增大，鉆井速度明顯下降，鉆頭用量增加（即鉆頭的磨損程度增加）。(2)具有良好的流變性，主要表現(xiàn)為較強(qiáng)的剪切稀釋性和適宜的流型。聚合物鉆井液體系中形成的結(jié)構(gòu)由顆粒之間的相互作用、聚合物分子與顆粒之間的橋聯(lián)作用以及聚合物分子之間的相互作用所構(gòu)成。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以聚合物分子與顆粒之間橋聯(lián)作用的貢獻(xiàn)為主。在高剪切作用下，橋聯(lián)作用被破壞，因而粘度和切力降低，所以聚合物鉆井液具有較高的剪切稀釋作用。由于這種橋聯(lián)作用賦予聚合物鉆井液具有比其它類(lèi)型鉆井液高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因而聚合物鉆井液具有較高的動(dòng)切力。同時(shí)，與其它類(lèi)型鉆井液相比，聚合物鉆井液具有較低的固相含量，粒子之間的相互摩擦作用相對(duì)較弱，因而聚合物鉆井液具有較低的塑性粘度。由于聚合物水溶液為典型的非牛頓流體，所以聚合物鉆井液一般具有較低的n值。當(dāng)然，在實(shí)際鉆井過(guò)程中，各流變參數(shù)需控制在適宜的范圍內(nèi)，過(guò)高和過(guò)低對(duì)鉆井工程都不利。為獲取平板型層流，一般應(yīng)控制τo/μp在0.36~0.48范圍內(nèi)。τo/μp太小，會(huì)導(dǎo)致尖峰型層流；若τo/μp太大，則τo增高，導(dǎo)致泵壓升高，動(dòng)力消耗增大。另外，聚合物鉆井液具有較強(qiáng)的觸變性。觸變性對(duì)環(huán)形空間內(nèi)鉆屑和加重材料在鉆井液停止循環(huán)后的懸浮問(wèn)題非常重要，適當(dāng)?shù)挠|變性對(duì)鉆井有利。鉆井液流動(dòng)時(shí)，部分結(jié)構(gòu)被破壞，停止循環(huán)時(shí)能迅速形成適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，均勻懸浮住固相顆粒，這樣不易卡鉆，下鉆也可一次到底。如果觸變性太大，形成的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度太高，則開(kāi)泵困難，易導(dǎo)致壓力激動(dòng)，對(duì)易漏地層可能憋漏。聚合物鉆井液的固相含量較低，結(jié)構(gòu)主要是聚合物與顆粒間的橋聯(lián)作用，既具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又不會(huì)太高，一般情況下，觸變性適宜，不會(huì)造成開(kāi)泵困難。但遇到固相含量過(guò)高時(shí)，則應(yīng)注意開(kāi)泵要慢，泵的閥門(mén)要由少到多逐漸加壓，避免造成壓力激動(dòng)。正是由于聚合物鉆井液具有較高的動(dòng)塑比，剪切稀釋性好，還具有較強(qiáng)的觸變性，以及在環(huán)形空間形成平板型層流等優(yōu)良性能，因此它懸浮和攜帶鉆屑的效果好，可有效地減少鉆屑的重復(fù)破碎，使鉆頭進(jìn)尺明顯提高。(3)鉆井速度高，如前所述，聚合物鉆井液固相含量低，亞微米粒子比例小，剪切稀釋性好，卡森極限粘度低，懸浮攜帶鉆屑能力強(qiáng)，洗井效果好，這些優(yōu)良性能都有利于提高機(jī)械鉆速。實(shí)踐表明，在相同鉆井液密度的條件下，使用聚丙烯酰胺鉆井時(shí)的機(jī)械鉆速明顯高于使用鈣處理鉆井液時(shí)的機(jī)械鉆速。(4)穩(wěn)定井壁的能力較強(qiáng)，井徑比較規(guī)則。只要鉆井過(guò)程中始終加足聚合物處理劑，使濾液中保持一定的含量，聚合物可有效地抑制巖石的吸水分散作用。合理地控制鉆井液的流型，可減少對(duì)井壁的沖刷。這些都有穩(wěn)定井壁的作用。在易坍塌地層，通過(guò)適當(dāng)提高鉆井液的密度和固相含量，可取得良好的防塌效果。(5)對(duì)油氣層的損害小，有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)產(chǎn)層。由于聚合物鉆井液的密度低，可實(shí)現(xiàn)近平衡壓力鉆井；由于固相含量少，可減輕固相的侵入，因而減小了損害程度。(6)可防止井漏的發(fā)生。對(duì)于不十分嚴(yán)重的滲透性漏失地層，采用聚合物鉆井液可使漏失程度減輕甚至完全停止。一方面，聚合物鉆井液的固相含量低，在不使用加重材料的情況下，鉆井液的液柱壓力就低得多，從而降低了產(chǎn)生漏失的壓力。另—方面，聚合物鉆井液在環(huán)形空間的返速較低，鉆井液本身又具有較強(qiáng)的剪切稀釋性和觸變性，因此鉆井液在環(huán)形空間具有一定的結(jié)構(gòu)，一般處于層流或改型層流的狀態(tài)，使鉆井液不容易進(jìn)入地層孔隙，即使進(jìn)入孔隙，滲透速度也很慢，鉆井液在孔隙內(nèi)易逐漸形成凝膠而產(chǎn)生堵塞。另外，聚合物分子在漏失孔隙中可吸附在孔壁上，連同分子鏈上吸附的其它粘土顆粒一起產(chǎn)生堵塞；當(dāng)水流過(guò)時(shí)，這些吸附在孔壁上的親水性大分子有伸向空隙中心的趨勢(shì)，形成很大的流動(dòng)阻力；鉆井液濾液粘度大，增加了滲流阻力。因此，綜合以上因素，聚合物鉆井液具有良好的防漏作用。當(dāng)遇到較大的裂縫時(shí)，可向鉆井液中加入水解度較高(50％一70％)的PHPA來(lái)提高鉆井液的粘度，并適當(dāng)提高鉆井液的pH值，可使漏失停止。這種堵漏措施不影響鉆進(jìn)，因而常形象地稱為“邊鉆邊堵”。當(dāng)遇到嚴(yán)重漏層時(shí)，可同時(shí)將泥沙混雜的粗泥漿與聚合物強(qiáng)絮凝劑溶液混合擠入漏層，利用聚合物的強(qiáng)絮凝作用使粗泥漿完全絮凝，被分離出的清水很快漏走，絮凝物則可留下來(lái)堵塞漏層。這種方法稱為聚合物絮凝堵漏。絮凝堵漏的缺點(diǎn)是絮凝物強(qiáng)度較低，有時(shí)堵漏效果不理想。這時(shí)可配合加入一些無(wú)機(jī)物或有機(jī)物交聯(lián)劑，與聚合物產(chǎn)生交聯(lián)形成不溶物，再與粘土結(jié)合產(chǎn)生強(qiáng)度很高的堵塞物質(zhì)，提高堵漏效果，稱之為聚合物交聯(lián)堵漏。(7)鉆井成本低。由于聚合物鉆井液的處理利用量較少，鉆井速度高，縮短了完井周期，因此可大幅度降低鉆井總成本。缺點(diǎn)：在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中遇到的、還需要進(jìn)一步研究解決一些問(wèn)題。（1）當(dāng)鉆速太快時(shí)，無(wú)用固相不能及時(shí)清除，難以維持低固相，在強(qiáng)造漿井段尤其如此；（2）對(duì)一些強(qiáng)分散地層，有時(shí)抑制能力也顯得不足，這時(shí)鉆井液的流變性變得難以控制，比如切力太高，導(dǎo)致鉆屑更不容易清除，產(chǎn)生惡性循環(huán)，不得不加入分散劑降低鉆井液結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以改善流動(dòng)性。這將以部分損害聚合物鉆井液的優(yōu)良性能為代價(jià)。3．不分散低固相聚合物鉆井液的性能指標(biāo)所謂“不分散”具有兩個(gè)含義：其一是指組成鉆井液的粘土顆粒盡量維持在l～30μm范圍內(nèi)，不要向小于1μm的方向發(fā)展，因?yàn)椋囼?yàn)和實(shí)踐表明，影響鉆速的主要顆粒粒徑≤2μm；其二是指混入鉆井液體系的鉆屑不容易分散變細(xì)。所謂“低固相”是指低密度固相(主要指粘土礦物類(lèi))的體積分?jǐn)?shù)要在鉆井工程允許的范圍內(nèi)維持到最低。通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和深人研究，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)不分散低固相聚合物鉆井液的性能指標(biāo)要求已有了明確的界定。(1)固相含量(主要指低密度的粘土和鉆屑，不包括重晶石)應(yīng)維持在4％(體積分?jǐn)?shù))或更小，大約相當(dāng)于密度小于1.06g／cm3。這是核心指標(biāo)，是提高鉆速的關(guān)鍵，應(yīng)盡力做到。(2)鉆屑與膨潤(rùn)土的比例不超過(guò)2：1。實(shí)踐證明，雖然鉆井液中的固相越少越好，但如果完全不要膨潤(rùn)土，則不能建立鉆井液所必需的各項(xiàng)性能，特別是不能保證凈化井眼所必需的流變性能，以及保護(hù)井壁和減輕儲(chǔ)層污染所必需的造壁性能。所以，應(yīng)含有一定量的膨潤(rùn)土，其加量在保證建立上述各項(xiàng)鉆井液所必需性能的前提下越低越好。一般認(rèn)為不能少于1％，l.3％-1.5％比較合適。(3)動(dòng)切力(Pa)與塑性粘度(mPa·s)之比控制在0.48左右。這是為了滿足低返速(如0.6m／s)攜砂的要求，保證鉆井液在環(huán)形空間實(shí)現(xiàn)平板型層流而規(guī)定的。(4)非加重鉆井液的動(dòng)切力應(yīng)維持在1.5—3Pa。動(dòng)切力是鉆井液攜帶鉆屑的關(guān)鍵參數(shù)，為保證良好的攜帶能力，首先必須滿足動(dòng)切力的要求。對(duì)加重鉆井液應(yīng)注意保證重晶石的懸浮。(5)濾失量控制應(yīng)視具體情況而定。在穩(wěn)定井壁的前提下，可適當(dāng)放寬，以利提高鉆速。在易坍塌地層，應(yīng)當(dāng)從嚴(yán)。進(jìn)入儲(chǔ)層后，為減輕污染也應(yīng)控制得低些。(6)優(yōu)化流變參數(shù)，若采用卡森模式，要求η∞＝3～6mpa·s，τc＝0.5～3Pa，Im(剪切稀釋指數(shù))＝300—600。(7)在整個(gè)鉆井過(guò)程中應(yīng)盡量不用分散劑。比較理想的不分散低固相聚合物鉆井液的性能見(jiàn)表6—16。4．聚合物處理劑的主要作用機(jī)理(1)橋聯(lián)與包被作用聚合物在鉆井液中顆粒上的吸附是其發(fā)揮作用的前提。當(dāng)一個(gè)高分子同時(shí)吸附在幾個(gè)顆粒上，而一個(gè)顆粒又可同時(shí)吸附幾個(gè)高分子時(shí)，就會(huì)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，聚合物的這種作用稱為橋聯(lián)作用。當(dāng)高分子鏈吸附在一個(gè)顆粒上，并將其覆蓋包裹時(shí)，稱為包被作用。橋聯(lián)和包被是聚合物在鉆井液中的兩種不同的吸附狀態(tài)。實(shí)際體系中，這兩種吸附狀態(tài)不可能?chē)?yán)格分開(kāi)，一般會(huì)同時(shí)存在，只是以其中一種狀態(tài)為主而已。吸附狀態(tài)不同，產(chǎn)生的作用也不同，如橋聯(lián)作用易導(dǎo)致絮凝和增粘等，而包被作用對(duì)抑制鉆屑分散有利。(2)絮凝作用當(dāng)聚合物在鉆井液中主要發(fā)生橋聯(lián)吸附時(shí)，會(huì)將一些細(xì)顆粒聚結(jié)在一起形成粒子團(tuán)，這種作用稱為絮凝作用，相應(yīng)的聚合物稱為絮凝劑。形成的絮凝塊易于靠重力沉降或固控設(shè)備清除，有利于維持鉆井液的低固相。所以，絮凝作用是鉆井液實(shí)現(xiàn)低固相和不分散的關(guān)鍵。根據(jù)絮凝效果和對(duì)鉆井液性能的影響，絮凝劑又可分為兩類(lèi)：一是全絮凝劑，能同時(shí)絮凝鉆屑、劣質(zhì)土和蒙脫土，如非離子型聚合物PAM就屬于此類(lèi)；二是選擇性絮凝劑，只絮凝鉆屑和劣質(zhì)土，不絮凝蒙脫土，如離子型聚合物PHPA、VAMA就屬于此類(lèi)。當(dāng)絮凝劑能提高鉆井液粘度時(shí)，稱為增效型選擇性絮凝劑，而對(duì)粘度影響不大時(shí)稱為非增效型選擇性絮凝劑。選擇性絮凝的機(jī)理是：鉆屑和劣質(zhì)土顆粒的負(fù)電性較弱，蒙脫土的負(fù)電性較強(qiáng)。選擇性絮凝劑也帶負(fù)電，由于靜電作用易在負(fù)電性弱的鉆屑和劣質(zhì)土上吸附，通過(guò)橋聯(lián)作用將顆粒絮凝成團(tuán)塊而易于清除；而在負(fù)電性較強(qiáng)的蒙脫土顆粒上吸附量較少，同時(shí)由于蒙脫土顆粒間的靜電排斥作用較大而不能形成密實(shí)團(tuán)塊，橋聯(lián)作用所形成的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還能提高蒙脫土的穩(wěn)定性。目前常用的絮凝劑是PHPA，其相對(duì)分子質(zhì)量和水解度是影響絮凝效果的主要因素。其中絮凝能力是用沉降實(shí)驗(yàn)中1／2沉降高度所對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1／2來(lái)表征的。t1／2值越小，絮凝能力越強(qiáng)。相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子鏈的有效鏈長(zhǎng)度越長(zhǎng)，絮凝能力越強(qiáng)。其水解度在30％左右時(shí)絮凝能力最強(qiáng)，這時(shí)吸附基團(tuán)(-CONH2酰胺基)和水化基團(tuán)(-COO—)的比例適當(dāng)，分子鏈最伸展。(3)增粘作用增粘劑多用于低固相和無(wú)固相水基鉆井液，以提高懸浮力和攜帶力。增粘作用的機(jī)理，一是游離(未被吸附)聚合物分子能增加水相的粘度，二是聚合物的橋聯(lián)作用形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)鉆井液的結(jié)構(gòu)粘度。常用的增粘劑有相對(duì)分子質(zhì)量較高的PHPA和高粘度型羧甲基纖維素(CMC)等。(4)降濾失作用鉆井液濾失量的大小主要決定于泥餅的質(zhì)量(滲透率)和濾液的粘度。降濾失作用主要是通過(guò)降低泥餅的滲透率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。聚合物降濾失劑的作用機(jī)理主要取決于以下幾方面：保持鉆井液中的粒子具有合理的粒度分布，使泥餅致密。聚合物降濾失劑通過(guò)橋聯(lián)作用與粘土顆粒形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對(duì)體系中所存在的一定數(shù)量的細(xì)顆粒起保護(hù)作用，在井壁上可形成致密的泥餅，從而降低濾失量。有時(shí)為了使體系中固體顆粒具有合理的粒度分布，可加入超細(xì)的惰性物質(zhì)如CaC03來(lái)改善泥餅質(zhì)量。另外，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可包裹大量自由水，使其不能自由流動(dòng)，有利于降低濾失量。提高粘土顆粒的水化程度。降濾失劑分子中都帶有水化能力很強(qiáng)的離子基團(tuán)，可增厚粘土顆粒表面的水化膜，在泥餅中這些極化水的粘度很高，能有效地阻止水的滲透。聚合物降濾失劑的分子大小在膠體顆粒的范圍內(nèi)，本身可對(duì)泥餅起堵孔作用，使泥餅致密。降濾失劑可提高濾液粘度，從而降低濾失量。(5)抑制與防塌作用聚合物在鉆屑表面的包被和吸附是阻止鉆屑分散的主要原因。包被能力越強(qiáng)，對(duì)鉆屑分散的抑制作用也越強(qiáng)。聚合物具有良好的防塌作用，其原因有以下兩個(gè)方面：一是長(zhǎng)鏈聚合物在泥頁(yè)巖井壁表面發(fā)生多點(diǎn)吸附，封堵了微裂縫，可阻止泥頁(yè)巖剝落；二是聚合物濃度較高時(shí)，在泥頁(yè)巖井壁上形成較為致密的吸附膜，可阻止或減緩水進(jìn)入泥頁(yè)巖，對(duì)泥頁(yè)巖的水化膨脹有一定的抑制作用。(6)降粘作用聚合物鉆井液的結(jié)構(gòu)主要由粘土顆粒與粘土顆粒、粘土顆粒與聚合物和聚合物與聚合物之間的相互作用組成，降粘劑就是拆散這些結(jié)構(gòu)中的部分結(jié)構(gòu)而起降粘作用的。降粘作用的機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面：降粘劑可吸附在粘土顆粒帶正電荷的邊緣上，使其轉(zhuǎn)變成帶負(fù)電荷，同時(shí)形成厚的水化層，從而拆散粘土顆粒間以“端—面”、“端—端”連接而形成的結(jié)構(gòu)，放出包裹著的自由水，降低體系的粘度。同時(shí)，降粘劑的吸附還可提高粘土顆粒的(電位，增強(qiáng)顆粒間的靜電排斥作用，從而削弱其相互作用。近期研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量較低的聚合物降粘劑(如SSMA、VAMA等)與鉆井液的主體聚合物(如PHPA)形成氫鍵絡(luò)合物時(shí)，因與粘土爭(zhēng)奪吸附基團(tuán)，可有效地拆散粘土與聚合物間的結(jié)構(gòu)，同時(shí)能使聚合物形態(tài)收縮，減弱聚合物分子間的相互作用，從而具有明顯的降粘作用。綜上所述，聚合物處理劑的作用機(jī)理與其它相對(duì)分子質(zhì)量較低的處理劑的作用機(jī)理有其共同之處，但也有很大的區(qū)別。通過(guò)對(duì)作用機(jī)理的深入研究，一方面可為今后新型處理劑的研制提供理論依據(jù)，另一方面可對(duì)聚合物處理劑在現(xiàn)場(chǎng)的合理使用起重要的指導(dǎo)作用。二、陰離子聚合物鉆井液1．主要處理劑陰離子聚合物鉆井液(AnionicPolymerDrillingFluids)處理劑的種類(lèi)繁多，下面主要介紹低固相不分散聚合物鉆井液中較常用的處理劑。(1)聚丙烯酰胺及其衍生物聚丙烯酰胺(Polyacrylamide)及其衍生物是用得最多且比較理想的一類(lèi)處理劑。除最常使用的PHPA外，還發(fā)展了其它各種類(lèi)型的處理劑。如德國(guó)的B40(丙烯酸和丙烯酰胺共聚物)和丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈共聚物；前蘇聯(lián)的MLTAS(甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺共聚物)、M14(甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯共聚物)和NAKPNC—20(甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯等共聚物加交聯(lián)劑)；英國(guó)的丙烯酸鹽、羥基丙烯酸鹽和丙烯酰胺共聚物；我國(guó)的PAC系列、SK系列和80A系列等。①聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱PAM)，相對(duì)分子質(zhì)量是影響聚合物性能的重要參數(shù)。隨聚丙烯酰胺相對(duì)分子質(zhì)量的增大，絮凝能力、提粘效應(yīng)、堵漏和防漏效果都會(huì)提高。鉆井液中使用的主要有三種相對(duì)分子質(zhì)量：一種是100萬(wàn)～500萬(wàn)，主要作為絮凝劑；再一種是10萬(wàn)～90萬(wàn)，為降濾失劑；第三種是10萬(wàn)以下，主要用在缺少優(yōu)質(zhì)粘土?xí)r作為穩(wěn)定劑，或與相對(duì)分子質(zhì)量較高的聚丙烯酰胺配合使用，作為選擇性絮凝和降濾失劑。由于缺少水化基團(tuán)，目前已很少使用聚丙烯酰胺，主要使用它的衍生物。優(yōu)點(diǎn)：一旦絮凝就不容易再度分散；缺點(diǎn)：用量較大，提粘與防塌效果均較差。②部分水解聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺部分水解聚丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱PHPA或PHP)由聚丙烯酰胺水溶液加堿水解制得。水解后的聚丙烯酰胺，其性質(zhì)會(huì)發(fā)生一系列變化。由于羧酸根基團(tuán)的親水性比酰胺基強(qiáng)，因此水解后分子鏈的親水性增強(qiáng)；由于羧酸根基團(tuán)之間的靜電排斥作用，分子鏈在水溶液中的伸展程度增大。水解度是影響PHPA性能的重要參數(shù)。水解度增大，分子鏈伸展，在鉆井液中橋聯(lián)作用增強(qiáng)，因而對(duì)劣質(zhì)土的絮凝作用會(huì)增強(qiáng)。但水解度過(guò)大時(shí)，由于在粘土顆粒上的吸附作用減弱，加上羧酸根基團(tuán)間的靜電排斥作用增強(qiáng)，對(duì)劣質(zhì)土的絮凝作用反而降低。實(shí)驗(yàn)證明，水解度30％左右時(shí)絮凝能力最強(qiáng)。水解度增加，水溶液的粘度增大，加入鉆井液后同樣會(huì)提高鉆井液的粘度，因而高水解度的PHPA用于提高鉆井液粘度、防止鉆井液漏失和用來(lái)堵漏、以及控制濾失量都比低水解度的好?，F(xiàn)場(chǎng)控制濾失量和提粘堵漏時(shí)就用水解度為60％一70％的PHPA，而絮凝時(shí)則用20％～40％的PHPA。I優(yōu)點(diǎn)：用量較少，提粘與防塌效果均比非水解聚丙烯酰胺好；缺點(diǎn)：絮凝物的結(jié)構(gòu)比較疏松，對(duì)濃度敏感，濃度過(guò)大絮凝效果變差。尤其是遇到含蒙脫土較多的水敏性地層時(shí)，絮凝效果就更差。水解聚丙烯腈(鈉鹽)聚丙烯腈水解聚丙烯腈鈉鹽水解聚丙烯腈(鈉鹽)是腈綸在堿水溶液中水解后的產(chǎn)物，是丙烯酸鈉、丙烯酰胺和丙烯腈的共聚物，因而也可由丙烯酸鈉、丙烯酰胺和丙烯腈三種單體共聚制得。一般產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量為12.5萬(wàn)一20萬(wàn)，平均聚合度n為2350～3760。聚丙烯腈不溶于水，不能直接用于處理鉆井液。鉆井液用水解聚丙烯腈(鈉鹽)是水溶性的，丙烯酸鈉鏈節(jié)數(shù)和丙烯酰胺鏈節(jié)數(shù)的和與總聚合度之比，稱為水解度。即（y+z）/（x+y+z）=(y+z)/n。水解聚丙烯腈(鈉鹽)主要用做降濾失劑。水解度和聚合度是影響降濾失效果的主要因素。實(shí)驗(yàn)證明，羧基含量在70％～80％時(shí)降濾失效果最好。因?yàn)樗舛冗^(guò)大，會(huì)影響在粘土上的吸附；而水解度過(guò)小，水化能力不夠強(qiáng)。因此，生產(chǎn)時(shí)控制適當(dāng)?shù)乃鈼l件是十分重要的。聚合度較高的水解聚丙烯腈(鈉鹽)的降濾失能力比較強(qiáng)，但增加鉆井液粘度的作用也比較強(qiáng)；聚合度較低的水解聚丙烯腈(鈉鹽)的降濾失能力比較弱，增加鉆井液粘度的作用也相應(yīng)較弱。由于測(cè)定聚合度比較復(fù)雜，一般選用1％的水解聚丙烯腈(鈉鹽)溶液的粘度作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)證明，1％水溶液的粘度在7—16mpa·s時(shí)，適用于控制低含鹽量和中等含鹽量的鉆井液的濾失量；粘度高于上述范圍時(shí)，適用于控制高含鹽量鉆井液的濾失量。水解聚丙烯腈(鈉鹽)除具有降濾失作用外，還對(duì)鉆井液的粘度有一定影響。一般對(duì)淡水鉆井液有增粘作用；而對(duì)鹽水鉆井液(含NaCl約從15000mg／1至近于飽和)有降粘作用。水解聚丙烯腈(鈉鹽)的抗鈉鹽能力較強(qiáng)，而抗鈣能力較弱。④水解聚丙烯腈銨鹽水解聚丙烯腈銨鹽(簡(jiǎn)稱NPAN或NH4—HPAN)是由腈綸廢料在高溫高壓下水解而制得的產(chǎn)品，水解度大約50％，相對(duì)分子質(zhì)量約為10萬(wàn)。結(jié)構(gòu)式（比較復(fù)雜）NPAN是一種抗高溫降濾失劑。由于可提供NH4+，抑制粘土分散的能力很強(qiáng)，因此也是一種較好的防塌劑。其使用濃度一般為0.3％～0.4％。⑤聚丙烯酸鈣聚丙烯酸鈣不溶于水，使用時(shí)必須加Na2CO3或NaOH，使分子中的羧酸鈣部分地轉(zhuǎn)化為羧酸鈉，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)分子中亦存在-COONa基。相對(duì)分子質(zhì)量和各基團(tuán)的比例是影響性能的重要因素?，F(xiàn)場(chǎng)常用的一個(gè)產(chǎn)品是以相對(duì)分子質(zhì)量150萬(wàn)～350萬(wàn)的聚丙烯酰胺為原料，在堿性環(huán)境中水解，當(dāng)水解度達(dá)60％以上后，加CaCl2溶液交聯(lián)聚沉而制得的。聚丙烯酸鈣是一種抗高Ca2+、Mg2+的降濾失劑，且具有改善鉆井液流變性的性能。+Na++1/2Ca2+聚丙烯酸鈣先轉(zhuǎn)化為聚丙烯酸鈉⑥磺甲基化聚丙烯酰胺磺甲基化聚丙烯酰胺(SPAM)是由聚丙烯酰胺在一定條件下，與甲醛、亞硫酸氫鈉反應(yīng)制得的。一般磺化度為70％左右。引入磺酸基，可明顯提高耐鹽能力和抗溫能力。因此，SPAM是一種性能良好的高溫降濾失劑，同時(shí)具有一定的防塌和改善鉆井液流變性的能力。如在密度為1.06g／cm3的膨潤(rùn)土原漿中加入3％的SPAM，可使動(dòng)塑比由0.6提高到3.64。我國(guó)聚合物處理劑發(fā)展很快，如相繼研制開(kāi)發(fā)了80A系列、SK系列和PAC系列處理劑，在現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用，取得良好效果。80A系列是由丙烯酸和丙烯酰胺共聚制得的系列特征粘度不同的高聚物，代表性的有80A44、80A46和80A51，具有降濾失和流變性調(diào)節(jié)等功能。SK系列是丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯磺酸鈉、羥甲基丙烯酸的共聚物，粉劑商品名為SK—I、SK—Ⅱ和SK—Ⅲ，抗高鹽和抗鈣鎂能力較強(qiáng)，是性能良好的降濾失劑和流型調(diào)節(jié)劑。PAC系列是具有不同取代基的乙烯基的共聚物，分子中帶有多種基團(tuán)，因而也稱為復(fù)合離子聚合物。通過(guò)調(diào)整官能團(tuán)的種類(lèi)、數(shù)量、比例、聚合度和分子構(gòu)型等，可分別制備出具有增粘、改善流型和降濾失等作用的處理劑。目前應(yīng)用較廣的有PACl41、PACl42和PACl43等。(2)醋酸乙烯酯—順丁烯二酸酐共聚物這是一種選擇性絮凝劑，對(duì)膨潤(rùn)土不絮凝，有的還可以增效。對(duì)鉆屑或劣質(zhì)土則迅速絮凝，故常稱為雙功能聚合物。其相對(duì)分子質(zhì)量在7萬(wàn)以下時(shí)，是很好的降粘劑，并具有較好的降濾失能力。（3）磺化苯乙烯－順丁烯二酸酐共聚物（簡(jiǎn)稱SSMA），其相對(duì)分子質(zhì)量一般為1000~5000。SSMA是一種優(yōu)良的降粘劑，具有很強(qiáng)的抗溫抗鹽能力。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，抗鹽可達(dá)飽和鹽水，抗溫可達(dá)260℃2．聚合物淡水鉆井液(1)無(wú)固相聚合物鉆井液試驗(yàn)表明，使用無(wú)固相聚合物鉆井液(又稱清水鉆井液)可達(dá)到最高的鉆速，但要實(shí)現(xiàn)無(wú)固相的清水鉆進(jìn)，必須注意解決以下三個(gè)方面的問(wèn)題：必須使用高效絮凝劑使鉆屑始終保持不分散狀態(tài)，在地面循環(huán)系統(tǒng)中發(fā)生絮凝而全部清除；要有一定的提粘措施，并能夠按工程上的要求，實(shí)現(xiàn)平板型層流并能順利地?cái)y帶巖屑；有一定的防塌措施，以保證井壁的穩(wěn)定。生物聚合物和聚丙烯酰胺及其衍生物是配制無(wú)固相鉆井液較理想的處理劑。使用聚丙烯酰胺及其衍生物作無(wú)固相鉆井液處理劑，要求其相對(duì)分子質(zhì)量應(yīng)大于100萬(wàn)，最好超過(guò)300萬(wàn)，水解度應(yīng)小于40％。非水解聚丙烯酰胺的優(yōu)點(diǎn)是，一旦絮凝就不容易再度分散；缺點(diǎn)是用量較大，提粘與防塌效果均較差。水解度在30％左右的PHPA則相反，用量較少，提粘與防塌效果均比非水解聚丙烯酰胺好；缺點(diǎn)是絮凝物的結(jié)構(gòu)比較疏松，對(duì)濃度敏感，濃度過(guò)大絮凝效果變差。尤其是遇到含蒙脫土較多的水敏性地層時(shí)，絮凝效果就更差。為了克服水解產(chǎn)物的缺點(diǎn)，常在鉆井液中加入適量無(wú)機(jī)離子，如可溶性鈣鹽、鉀鹽、銨鹽和鋁鹽等。這些無(wú)機(jī)鹽有助于絮凝分散好的粘土，同時(shí)可提高防塌能力?，F(xiàn)場(chǎng)配制與維護(hù)的要點(diǎn)如下：配聚合物溶液。先用純堿將水中的Ca2+除去(每除掉1mg／1的Ca2+，需純堿4.29g／m3)，以增加聚合物的溶解度，然后加入聚合物絮凝劑，一般加量為6kg／m3。處理清水鉆井液。將配好的聚合物溶液噴入清水鉆井液中，噴入位置可以在流管頂部或振動(dòng)篩底部。噴入速度取決于井眼大小和鉆速。促進(jìn)絮凝。加適量石灰或CaCI2，通過(guò)儲(chǔ)備池循環(huán)，避免攪拌，讓鉆屑盡量沉淀。適當(dāng)清掃。在接單根或起下鉆時(shí)，用增粘劑與清水配幾立方米粘稠的清掃液打人循環(huán)，以便把環(huán)空中堆積的巖屑清掃出來(lái)。只要保證上水池內(nèi)的清水清潔，即可獲得最大鉆速。(2)不分散低固相聚合物鉆井液由于無(wú)固相聚合物鉆井液對(duì)固控要求高，工藝較復(fù)雜，故經(jīng)常使用的是不分散低固相聚合物鉆井液。在該類(lèi)鉆井液中，如果使用的聚合物不同，鉆井液的性能則不同，在配制和維護(hù)措施上也有差異。下面介紹一種常規(guī)的配制和維護(hù)方法。①不分散低固相鉆井液的配制清洗鉆井液罐。配新漿應(yīng)徹底清除罐底沉砂。用純堿除去配漿水中的Ca2+。按以下配方配制基漿：17～23kg／m3的優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土或用量相當(dāng)?shù)念A(yù)水化膨潤(rùn)土漿，加0.02kg／m3的雙功能聚合物。必要時(shí)，加入0.3～1.5kg／m3的純堿，使膨潤(rùn)土充分水化。測(cè)定新配制的基漿性能，并調(diào)整到下述范圍內(nèi)：漏斗粘度：30~40s；塑性粘度：4~7mpa·s；動(dòng)切力：4Pa；靜切力(10”／10②不分散低固相鉆井液的維護(hù)為了維持鉆井液體積和降低鉆井液粘度以便于分離固相，要有控制地往體系中加水。維持pH值在7～9之間。鉆進(jìn)過(guò)程中要不斷補(bǔ)充聚合物，以補(bǔ)充沉除鉆屑時(shí)消耗的聚合物。為了維持低固相，在化學(xué)絮凝的同時(shí)，應(yīng)連續(xù)使用除砂器、除泥器，適當(dāng)使用離心機(jī)。如果要求提高粘度，可使用膨潤(rùn)土和雙功能聚合物，并通過(guò)小型實(shí)驗(yàn)確定其加量。為了降低動(dòng)、靜切力和濾失量，可使用聚丙烯酸鈉，應(yīng)通過(guò)小型實(shí)驗(yàn)確定其加量，或按0.3kg／m3的增量逐次加入聚丙烯酸鈉，必要時(shí)加水稀釋?zhuān)敝列阅苓_(dá)到要求。如果要用不分散聚合物鉆井液鉆水泥塞，在開(kāi)鉆前先用1.4kg／m3的碳酸氫鈉進(jìn)行預(yù)處理。如果鉆遇石膏層(CaS04)，應(yīng)加入碳酸鈉以沉除Ca2+。但應(yīng)注意防止處理過(guò)頭。如果鉆遇高膨潤(rùn)土地層(MBT高)，使用選擇性絮凝劑比使用雙功能聚合物的效果好。選擇性絮凝劑不會(huì)使膨潤(rùn)土或高M(jìn)BT地層粘土增效，因而不致于使粘度過(guò)高。如果有少量鹽水侵入，或者當(dāng)鉆遇巖鹽層時(shí)，只要鹽濃度不超過(guò)10000mg／l，不分散聚合物鉆井液可以繼續(xù)使用。若超過(guò)此濃度，為了維持所要求的鉆井液性能，可能需要加入預(yù)水化膨潤(rùn)土。在極端條件下，應(yīng)轉(zhuǎn)化為鹽水鉆井液。診斷和維護(hù)非加重低固相不分散聚合物鉆井液的要點(diǎn)見(jiàn)表6—17。(3)普通聚合物鉆井液所謂普通聚合物鉆井液是指不符合不分散低固相鉆井液標(biāo)準(zhǔn)的聚合物鉆井液。在某些地區(qū)，由于種種原因而缺乏優(yōu)質(zhì)配漿土，因而就比較難以配制出符合要求的低固相鉆井液。也有一些井，由于地層原因使鉆井液的固相含量偏高，或者由于各種污染(如粘土、巖鹽及其它高價(jià)陽(yáng)離子的侵入等)造成鉆井液的塑性粘度和動(dòng)切力偏高，這時(shí)也難以維持低固相狀態(tài)。在這種情況下，經(jīng)常使用強(qiáng)分散性降粘劑如鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽(FCLS)或丹寧酸鈉等來(lái)降低鉆井液的粘切，以滿足鉆井工程的需要。但對(duì)體系的不分散性有一定影響。當(dāng)缺少膨潤(rùn)土?xí)r，為盡量維持鉆井液的不分散性，也可采用相對(duì)分子質(zhì)量較高的PHPA和相對(duì)分子質(zhì)量較低的PHPA混合處理的方法，利用它們的協(xié)同作用保持鉆井液的低密度和低濾失量?；旌弦旱囊话闩渲品椒椋簩⑾鄬?duì)分子質(zhì)量較高的PHPA(分子量大于100萬(wàn)，水解度30％左右)配成1％的溶液；再將相對(duì)分子質(zhì)量較低的PHPA(分子量5萬(wàn)～7萬(wàn)，水解度30％左右)配成10％的溶液；將七份相對(duì)分子質(zhì)量較高的PHPA溶液和三份相對(duì)分子質(zhì)量較低的PHPA溶液混合即成。其中相對(duì)分子質(zhì)量較高的PHPA主要起絮凝鉆屑的作用，以維持低固相；而相對(duì)分子質(zhì)量較低的PHPA主要穩(wěn)定質(zhì)量較好的粘土顆粒，以提供鉆井液必需的性能。3．聚合物鹽水鉆井液不分散低固相聚合物鹽水鉆井液主要應(yīng)用于在含鹽膏的地層中鉆進(jìn)以及海上鉆井。這類(lèi)鉆井液最主要的問(wèn)題是濾失量較大，通常采取以下措施控制其濾失量：膨潤(rùn)土預(yù)水化。粘土在鹽水中不易分散，因此鉆井前將膨潤(rùn)土粉預(yù)先用淡水充分分散，并同時(shí)加入足夠的純堿，以除去高價(jià)離子和使鈣質(zhì)土轉(zhuǎn)化成鈉土。然后加入聚合物處理劑(如水解聚丙烯腈、聚丙烯酸鹽及CMC鈉鹽等)使鉆井液性能保持穩(wěn)定。這樣的鉆井液在沖人鹽水時(shí)，濾失量的上升幅度就會(huì)得到適當(dāng)控制。在鉆穿石膏層或其它鹽層時(shí)，預(yù)先向鉆井液中加入小蘇打(NaHC03)或純堿來(lái)抵抗陽(yáng)離子的聚沉作用。對(duì)于濾失量要求特別苛刻的井，也可以考慮加人適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)分散劑協(xié)助降低濾失量。采用耐鹽的配漿材料，如海泡石、凹凸棒石等。采用耐鹽的降濾失劑。目前耐鹽較好的降濾失劑有聚丙烯酸鈣、磺化酚醛樹(shù)脂、醋酸乙烯和丙烯酸酯的共聚物及CMC鈉鹽等