2鉆井液化學(xué)課件

第二章鉆井液化學(xué)

鉆井液是指在旋轉(zhuǎn)鉆井工程中用作洗井的流體的總稱，原稱泥漿。是由不同液體、固體以及化學(xué)處理劑混合而成的多相分散體系（包括懸浮體、膠體、真溶液）。

鉆井液化學(xué)主要研究鉆井液的組成、性能、及其控制與調(diào)整，目的在于實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、快速、安全、經(jīng)濟(jì)地鉆井。第二章鉆井液化學(xué)鉆井液是指在旋轉(zhuǎn)鉆井工程中用1

鉆井液通過鉆桿與地層或鉆桿與套管之間的環(huán)形空間循環(huán)上返至地面，鉆井液性能的好壞直接關(guān)系到鉆井的成敗，人們常以鉆井液是鉆井的血液來比喻其重要性。充分顯示了泥漿在鉆井工作中的重要性。鉆井液通過鉆桿與地層或鉆桿與套管之間的環(huán)形空間循2第一節(jié)鉆井液的功能與組成一、鉆井液的功能

1、攜帶和懸浮鉆屑泥漿的一個(gè)基本功用，就是要把鉆頭破碎的巖屑從井底帶出井眼。當(dāng)接鉆桿換鉆頭或臨時(shí)停止循環(huán)時(shí)，泥漿又把井眼內(nèi)的鉆屑懸浮住，不致很快下沉，防止沉砂卡鉆的危險(xiǎn)。第一節(jié)鉆井液的功能與組成32、穩(wěn)定井壁

井壁穩(wěn)定、井眼規(guī)則是優(yōu)質(zhì)快速鉆井的基礎(chǔ)條件，也是泥漿措施的基本立足點(diǎn)。泥漿的組成必須對鉆遇的泥頁巖的水化膨脹和分散具有較強(qiáng)的抑制作用。同時(shí)，泥漿的濾失性能應(yīng)有利于在井壁上形成薄而韌、摩擦系數(shù)小的泥餅。2、穩(wěn)定井壁43、冷卻和沖洗鉆頭、潤滑鉆頭

鉆井過程中，鉆頭、鉆柱與地層摩擦產(chǎn)生大量的熱，但地層的溫度比鉆井液高，因而這些熱量很難被地層散發(fā)掉，必須用循環(huán)的鉆井液帶至地面散發(fā)掉，從而起到冷卻鉆頭和鉆桿的作用。鉆井液中加有各種潤滑劑或原油，能對鉆柱有一定程度的潤滑作用，從而降低鉆柱扭矩，延長鉆頭壽命。3、冷卻和沖洗鉆頭、潤滑鉆頭54、平衡地層壓力

調(diào)節(jié)鉆井液密度建立與地層壓力相適應(yīng)的液柱壓力，防止發(fā)生井噴、井長、井漏的井下復(fù)雜問題。

4、平衡地層壓力65、沖洗井底

鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流，噴向井底。高速噴出的鉆井液可將由于鉆井液壓力與地層壓力差而被壓持在井底的巖屑沖起，起沖洗井底的作用。5、沖洗井底鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流，75、沖洗井底

鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流，噴向井底。高速噴出的鉆井液可將由于鉆井液壓力與地層壓力差而被壓持在井底的巖屑沖起，起沖洗井底的作用。5、沖洗井底鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流86、懸浮巖屑和固體密度調(diào)整材料

鉆井液懸浮巖屑和固體密度調(diào)整材料的能力，可使鉆井液停止循環(huán)后易于再啟動。6、懸浮巖屑和固體密度調(diào)整材料鉆井液懸浮巖屑和固97、獲取地層信息

通過鉆井液攜帶出的巖屑，可以獲取許多地層信息，如油氣顯示、地層物性等。7、獲取地層信息通過鉆井液攜帶出的巖屑，可108、傳遞功率鉆井液可通過它在鉆頭水眼處形成的高壓射流，將鉆井液泵的功率傳至井底，提高鉆頭的破巖能力，加快鉆井速度。若用渦輪鉆具鉆井，鉆井液還可在高速流經(jīng)渦輪葉片時(shí)將鉆井液泵的功率傳遞給渦輪，帶動鉆頭，破碎巖石。8、傳遞功率鉆井液可通過它在鉆頭水眼處形成的11二、鉆井液的組成和分類1.鉆井液的組成

鉆井液是由不同的固體（如：粘土）、液體（如：水、油）與化學(xué)處理劑（如：丹寧）混合而成的多相分散體系-膠體懸浮體。即由分散介質(zhì)、分散相和鉆井液處理劑組成。二、鉆井液的組成和分類122、鉆井液的分類目前使用的鉆井液有兩種基本類型：水基鉆井液

連續(xù)相是水，水可以是淡水、海水、硬水、軟水等，內(nèi)相包括固體、液體和氣體。活性固體受化學(xué)劑處理以后可以控制鉆井液的性質(zhì)。油基鉆井液

連續(xù)相是油，內(nèi)相是水，水含量5~50%，含水10%以上的稱為油包水乳化泥漿，低于10%的稱為油基泥漿。2、鉆井液的分類13（1）油包水泥漿以柴油或原油作分散介質(zhì)，水及有機(jī)膨潤土或其它的親油粉末物質(zhì)作分散相，加乳化劑等處理劑配制而成。

特點(diǎn)：熱穩(wěn)定性高，有較好的防塌、潤滑效果，對油氣層的損害小，常用于超深井的高溫地段，鉆進(jìn)易塌地段。

（1）油包水泥漿14（2）油基泥漿

由柴油或原油和氧化瀝青或有機(jī)膨潤土及有關(guān)處理劑配成。

特點(diǎn)：對油層損害小，抗可溶性鹽浸的能力強(qiáng)。

大部分地區(qū)使用水基鉆井液。油基鉆井液由于成本高一般用于鉆高溫、復(fù)雜的水敏地層，鉆大斜度的定向井和水平井，或者水基鉆井液會使油層嚴(yán)重破壞的地層。（2）油基泥漿15三、鉆井液體系簡介1、自然鉆井液體系（1904—1921）

開始于1904年—1921年間，使用清水鉆井，不加任何處理劑。使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)復(fù)雜井下問題。三、鉆井液體系簡介162、細(xì)分散鉆井液體系（1921-）又稱Na-基泥漿，特點(diǎn)是粘土顆粒高度分散。在本階段中，由于人為地加入粘土來配制鉆井液，并加入一些化學(xué)分散劑如：純堿、燒堿、丹寧等，使粘土充分分散，大大改善了鉆井液性能。隨著井的加深，井溫的升高，此種鉆井液對地層的鹽類和粘土特別敏感，性能不穩(wěn)定，粘度和切力變化比較大。2、細(xì)分散鉆井液體系（1921-）173、粗分散鉆井液（1946-）

其特點(diǎn)是采用了多種無機(jī)鹽作粘土分散抑制劑如：CaCl2等，配合以耐鹽的降粘劑（稀釋劑）、降濾失劑而配制成粗分散體系，從而大大提高了其耐溫和抗各種侵污能力。如：粗分散的鈣處理泥漿、鹽水泥漿。3、粗分散鉆井液（1946-）184、不分散低固相聚合物鉆井液體系（1966-）

其特點(diǎn)是使用了有選擇性絮凝劑，如：聚丙烯酰胺及其衍生物，醋酸乙烯酯與順丁烯二酸酐的共聚物。它們可以對巖屑起包被作用，控制分散。配制時(shí)保持低固相含量（小于4%），因而大大提高了鉆速。4、不分散低固相聚合物鉆井液體系（1966-）19概括來講，泥漿類型從細(xì)分散的鈉基泥漿發(fā)展到粗分散的鈣處理泥漿、鹽水泥漿；從水基泥漿發(fā)展到油基泥漿、油包水乳化泥漿；從無機(jī)處理劑、一般有機(jī)處理劑發(fā)展到高分子化合物和表面活性劑。概括來講，泥漿類型從細(xì)分散的鈉基泥漿發(fā)展到粗分散的鈣處理泥漿20第二節(jié)鉆井液性能要求與調(diào)整一、鉆井液密度

定義：指單位體積內(nèi)鉆井液的質(zhì)量kg/m3。作用：主要用來調(diào)節(jié)鉆井液的靜液柱壓力，以平衡地層壓力，防止發(fā)生井噴、井塌。要求：必須根據(jù)所鉆地層的孔隙壓力、破裂壓力以及鉆井液的流變參數(shù)加以確定。調(diào)整：（1）提高密度采用合格的加重劑如：石灰石、重晶石；（2）降低密度可采用加水稀釋，或是氣體或加稀的處理劑。

第二節(jié)鉆井液性能要求與調(diào)整21二、鉆井液的固含量定義：泥漿中所含固相物質(zhì)的多少稱為泥漿的固相含量，一般用體積百分?jǐn)?shù)來表示。分類：根據(jù)鉆井液中固體的性質(zhì)可將其分為兩類：（1）活性固體。這些固體在水中水化分散，它們的物理化學(xué)性質(zhì)受水中離子和鉆井液處理劑的影響，如粘土。（2）惰性固體。這些固體不溶于水，它在水中也不水化分散，如：重晶石、石灰石等。二、鉆井液的固含量22鉆井液固含量對鉆速的影響

固相含量是影響鉆速最主要的因素，因而現(xiàn)代鉆井工藝中特別強(qiáng)調(diào)控制固相含量。

空氣和天然氣是鉆速最快的流體。水是鉆速最快的液體，當(dāng)水中加入固體物質(zhì)以后將導(dǎo)致鉆速下降。固相含量是影響鉆速最主要的因素，因而現(xiàn)代鉆井工藝中特別強(qiáng)調(diào)控制固相含量。固相中粘土比其它固體對鉆速的影響要大。

鉆井液固含量對鉆速的影響23三、鉆井液的酸堿度pH值：一般鉆井液的pH值控制在8.5~11.5之間。一些鉆井液的最佳控制是基于pH值。酚酞堿度：當(dāng)pH值降到8.3所需酸的數(shù)量稱為酚酞堿度，一般用Pm表示鉆井液的酚酞堿度。用Pf表示鉆井液濾液的酚酞堿度，單位是mL。其意義是：鉆井液中除OH-外還有CO32-、HCO3-，當(dāng)pH=8.3時(shí)，OH-+H+→H2O反應(yīng)完成，但HCO3-還存在：CO32-+H+→HCO3-。一般鉆井液控制存在1.3~1.5mL。三、鉆井液的酸堿度24甲基橙堿度

pH值降到4.3時(shí)所需酸的量稱為甲基橙堿度。鉆井液的甲基橙堿度用Mm表示，鉆井液濾液的甲基橙堿度用Mf表示。用途：當(dāng)pH=4.3時(shí)，H++HCO3-→H2O+CO2甲基橙堿度25為了對付地層Ca2+對鉆井液的造成的侵害（使泥漿的性能不穩(wěn)定，流動性和濾失性受到嚴(yán)重影響，稱之為鈣侵）。為此，可用石灰處理泥漿，輔助以其它處理劑配制鈣處理泥漿。對鉆井液進(jìn)行滴定以確定石灰石鉆井液體系內(nèi)可溶性和不溶性石灰的含量。對鉆井液濾液進(jìn)行滴定以確定石灰在鉆井液中的含量（Pf），不溶解石灰量可用Pm-Pf計(jì)算出來。通過pH酚酞堿度和甲基橙堿度可以計(jì)算出鉆井液中OH-,HCO3-、CO32-的濃度。常用氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉等物質(zhì)調(diào)節(jié)pH。為了對付地層Ca2+對鉆井液的造成的侵害（使泥漿的性能不穩(wěn)定26四、可溶性鹽類含量

總礦化度：是指鉆井液中水溶性無機(jī)鹽的總濃度含鹽量：指鉆井液中NaCl的含量含鈣量：指鉆井液中游離的Ca2+含量游離石灰含量：指在鉆井液中未溶解Ca(OH)2的含量四、可溶性鹽類含量27可溶性鹽含量對鉆井液性能的影響

（1）鉀鹽有抑制粘土膨脹及分散的作用，故可以減輕粘土含量高時(shí)對油層的損害，并可控制地層造漿，有利于防塌。（2）飽和鹽水鉆井液可抑制巖鹽的溶解，防止井塌，獲得規(guī)則的井眼。（3）但是配制較高含鹽量的鉆井液需消耗較多的處理劑費(fèi)用較大，且會加劇鉆具的腐蝕?？扇苄喳}含量對鉆井液性能的影響28針對具體情況，對鉆井液中各種鹽的含量有不同的要求。例如：淡水鉆井液含鹽量不得超過10kg/m3。而鉆鹽巖的鉆井液的含鹽量隨時(shí)保持飽含狀態(tài)，甚至可以過飽含。對于水敏層，含一定量的K+或NH4+的鉆井液有利于防塌。針對具體情況，對鉆井液中各種鹽的含量有不同的要求。例如：淡水29五、鉆井液的濾失性和造壁性

1、濾失性

在鉆井過程中，在液柱壓力與地層壓力差（以及濃度）的作用下，鉆井液的水向地層滲透的現(xiàn)象。2、造壁性

鉆井液在濾失水的同時(shí)，其中固體顆粒在井壁上形成一層濾餅，稱為造壁性。3、濾失量

鉆井液在一定的壓差下和溫度下，通過45.8±0.6cm2過濾面積的濾紙，經(jīng)過30min后濾液的數(shù)量稱為濾失量，單位是mL。五、鉆井液的濾失性和造壁性304、濾失量大造成的危害泥漿的失水量過大會引起：（1）水敏性泥頁巖的垮塌；（2）損害油、氣產(chǎn)層。（3）泥漿的失水量過大造成濾餅過厚進(jìn)而會引起起鉆具時(shí)提力增加，甚至遇卡；妨礙套管的順利下入，不利于固井時(shí)水泥與井壁的膠固，影響固井質(zhì)量。4、濾失量大造成的危害315、濾餅的質(zhì)量好的泥漿的濾餅一定要薄、致密、韌性好能經(jīng)受泥漿流循環(huán)時(shí)的沖刷，濾失量低。5、濾餅的質(zhì)量32A：濾餅面積（cm2）；K：濾餅的滲透率（達(dá)西）；：鉆井液濾液粘度（厘泊）；ΔP：壓差（Pa）；t：時(shí)間（s）；Cc：濾餅中固相的體積分?jǐn)?shù)；Cm：鉆井液中固相體積分?jǐn)?shù)；

6、影響鉆井液濾失量和濾餅質(zhì)量的因素

經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和物理模型簡化，鉆井泥漿的濾失量可用達(dá)西公式表示：A：濾餅面積（cm2）；6、影響鉆井液濾失量和濾餅質(zhì)量的因33其中固相含量系數(shù)、K主要由鉆井液固相含量、固相類型、顆粒分布以及水化分散程度有關(guān)，具體來講：（1）鉆井液中優(yōu)質(zhì)活性固體——膨潤土含量增加一般濾失量下降。然而鉆井液中固相含量增加會使鉆井液粘度升高，為了使鉆井液有好的流動性，不采用提高鉆井液固相含量的方法來降低濾失量。（2）降濾失劑如：CMC、磺甲基褐煤、酚醛樹酯、烯類單體聚合物等能堵塞濾餅的孔，降低K。其中固相含量系數(shù)、K主要由鉆井液34降濾失劑1、鉆井液濾失量過大的危害及使用降濾失劑的必要性（1）鉆井過程中鉆井液濾失量大，容易引起泥頁巖的水化膨脹、造漿和井漏井塌，造成井壁不穩(wěn)定；（2）鉆井液和濾液侵入地層引起粘土膨脹，堵塞地層油氣流通道損害產(chǎn)層。

降濾失劑35

（3）濾失量大的同時(shí)濾餅增厚，而濾餅增厚使井徑縮小，給旋轉(zhuǎn)的鉆具造成大的扭矩，容易造成卡鉆所以，鉆井液濾失量大，對快速、優(yōu)質(zhì)、安全鉆井可能帶來很大的危害，嚴(yán)重時(shí)可使井報(bào)廢。因此適當(dāng)?shù)亟档蜑V失量是鉆井液的性能要求，為此需加入降濾失劑。

（3）濾失量大的同時(shí)濾餅增厚，而濾餅增厚使井徑縮小，給旋轉(zhuǎn)36

2、形成低滲透率、濾失量小的濾餅的條件（1）合理的多級分散的顆粒分布

固相顆粒尺寸分布范圍寬所形成的濾餅的孔隙度比固相顆粒尺寸分布范圍窄所形成的濾餅的孔隙度低。固相顆粒尺寸逐漸地變化，而固相中小顆粒適當(dāng)?shù)亩?，這樣所形成的濾餅有低的孔隙度。（2）膠體顆粒的類型

如果膠體顆粒水化性好，則在壓力下容易變形，所形成的濾餅的滲透率自然降低。2、形成低滲透率、濾失量小的濾餅的條件37

3、降濾失劑的作用機(jī)理（1）護(hù)膠作用

降濾失劑一方面能吸附在粘土表面形成吸附層，以阻止粘土顆粒絮凝變大；另一方面能把在鉆井液循環(huán)攪拌下拆散的細(xì)粒穩(wěn)定下來，不再粘結(jié)成大顆粒。這樣能大大增加細(xì)小顆粒的比例，從而使鉆井液能形成薄而致密的濾餅，降低濾失量。這種作用稱為降濾失劑的護(hù)膠作用。（2）降濾失劑分子本身的堵孔作用

大部分有機(jī)高分子降濾失劑的分子尺寸在膠體顆粒的范圍內(nèi)，加入這些處理劑就增加了鉆井液中膠體的含量，它們對濾餅有堵孔作用，從而降低濾失量。

3、降濾失劑的作用機(jī)理38注意點(diǎn)：

降濾失劑在鉆井液中的濃度一定要足夠高。一方面利于將拆散的粘土顆粒包圍起來，另一方面，因水化基團(tuán)的水化而形成厚的水化膜，使粘土顆粒不易合并變大。

加入降濾失劑的濃度低于護(hù)膠作用所需要的濃度時(shí)，降濾失劑會引起鉆井液中的粘土顆粒更容易聚沉，這種作用稱為高分子的敏化作用。注意點(diǎn)：39常見的有機(jī)降濾失劑一、羧甲基纖維素鈉（Na-CMC）羧甲基常見的有機(jī)降濾失劑羧甲基40粉狀羧甲基纖維素鈉粉狀羧甲基纖維素鈉411、纖維素的結(jié)構(gòu)

纖維素是由許多環(huán)式葡萄糖單元或稱鏈節(jié)構(gòu)成的長鏈狀高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式可表示為：β-1,4-苷鍵1、纖維素的結(jié)構(gòu)β-1,4-苷鍵42羥甲基羥甲基432、Na-CMC的制備（1）堿化將除去雜質(zhì)的脫脂纖維素用約20%的NaOH處理，變成堿纖維素，其中的羥甲基反應(yīng)活性最高，由于堿化過程中有降解作用，使聚合度降低，故聚合度改用n。

2、Na-CMC的制備44（2）醚化（羧甲基化反應(yīng)）堿化完成后，加入醚化劑（ClCH2COONa和Na2CO3）在一定的溫度下反應(yīng)一段時(shí)間引入羧甲基，則生成水溶性的Na-CMC。

（2）醚化（羧甲基化反應(yīng)）45（3）老化將捏合機(jī)中醚化好的產(chǎn)物裝入容器中，在室溫下老化一段時(shí)間，使醚化反應(yīng)完全。（4）將老化好的Na-CMC干燥，粉碎后包裝。這就是現(xiàn)場使用的Na-CMC。

（3）老化463、Na-CMC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）聚合度（平均聚合度）一般棉纖維素的平均聚合度為1800-2000左右。由于制備過程中產(chǎn)生降解，所以Na-CMC的聚合度為200-600，仍屬長鏈大分子。Na-CMC的聚合度決定其水溶液的粘度，在相同的條件下，聚合度越高，水溶液粘度越大。3、Na-CMC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)47Na-CMC分為三個(gè)等級：高粘度的Na-CMC，在25℃時(shí)1%水溶液粘度為400-500mPa·s。一般用作低固相鉆井液的封堵劑和增稠劑；中粘Na-CMC，在25℃時(shí)2%水溶液粘度為50-270mPa·s。一般用作鉆井液降濾失劑，同時(shí)又提高鉆井液的粘度；低粘Na-CMC，在25℃時(shí)2%水溶液粘度小于50mPa·s，可用作鉆井液降濾失劑，但又不增加鉆井液的粘度。Na-CMC分為三個(gè)等級：48

（2）醚化度醚化度一般用醚化了的羥基數(shù)（即取代度）表示。例如每個(gè)葡萄糖鏈節(jié)上的三個(gè)羥基都醚化了，則取代度為3；如果兩個(gè)鏈節(jié)有一個(gè)羥基被醚化了，則取代度為0.5。另一種表示方法為百分?jǐn)?shù)，以每個(gè)鏈節(jié)上有一個(gè)羥基被醚化了則醚化度為100%，而每兩個(gè)鏈節(jié)上只有一個(gè)羥基被醚化時(shí)，則醚化度為50%。（2）醚化度49

（3）Na-CMC的抗無機(jī)電解質(zhì)的性能Na-CMC的堿金屬Na+、K+和堿土金屬Ca2+、Mg2+、…的鹽都可溶于水，而后者的溶解度比前者小。遇到重金屬離子Ag+和高價(jià)Al3+、Fe3+、Cr3+等生成沉淀，所以Na-CMC可用于含鹽的鉆井液和一般鈣基鉆井液，但CaCl2濃度過高會引起Na-CMC絮凝。（4）Na-CMC的抗溫性能因?yàn)镹a-CMC的分子鏈中有醚鍵，故抗溫性不好，在一般鉆井液中只能抗130-140℃。2鉆井液化學(xué)課件504、Na-CMC的降濾失機(jī)理主要是護(hù)膠作用和堵孔作用。在Na-CMC分子鏈中，羥基和醚氧主要是與粘土顆粒表面的官能團(tuán)氫鍵吸附，羧基鈉主要是引起水化的官能團(tuán)。降濾失劑能吸附在粘土表面形成吸附層，以阻止粘土顆粒絮凝變大，發(fā)揮護(hù)膠作用。大部分有機(jī)高分子降濾失劑的分子尺寸在膠體顆粒的范圍內(nèi)，它們對濾餅有堵孔作用，從而降低濾失量。4、Na-CMC的降濾失機(jī)理51二、褐煤類腐植酸含有多種官能團(tuán)，如羧基、酚羥基、醇羥基、甲氧基、羰基等。二、褐煤類腐植酸含有多種官能團(tuán)，如羧基、酚羥基、醇羥基、甲氧52性能特點(diǎn)

（1）分子內(nèi)是-C-C-健相連，還有苯環(huán)，所以熱穩(wěn)定性相當(dāng)好，最高可抗200℃溫度。

（2）抗鹽性不好，這是因?yàn)榉肿又泻恤然?/p>

性能特點(diǎn)

（1）分子內(nèi)是-C-C-健相連，還有苯環(huán)，所以熱穩(wěn)53（一）煤堿劑（NaC）——腐植酸鈉

煤堿劑是由褐煤粉加適量燒堿和水配制而成的，其中的主要有效成份為腐植酸鈉，是一種低成本的處理劑。

褐煤含有大量的腐植酸（20-80%），腐植酸難溶于水，易溶于堿，生成腐植酸鈉。

現(xiàn)場常用配方為:

褐煤:燒堿:水=15:(1-3):(50-200)

（一）煤堿劑（NaC）——腐植酸鈉

煤堿劑是54煤堿劑降濾失量的機(jī)理主要是護(hù)膠作用和堵孔作用。腐植酸鈉是含有多種官能團(tuán)的陰離子型大分子，通過氫鍵能吸附在粘土顆粒表面，羧酸鈉形成吸附水化層，提高了粘土顆粒的穩(wěn)定性，使鉆井液中粘土顆粒保持多級分散狀態(tài)，并有相對多的細(xì)顆粒，所以能形成致密的濾餅；另外高分子的堵孔作用，使濾餅更致密，從而降低濾失量。

煤堿劑降濾失量的機(jī)理55（二）磺甲基褐煤（有效組份是磺甲基腐植酸鈉）它是由甲醛和Na2SO3或NaHSO3在pH=9-11的條件下對褐煤進(jìn)行磺甲基化反應(yīng)制得。（二）磺甲基褐煤（有效組份是磺甲基腐植酸鈉）56(三)鉻褐煤（鉻腐植酸）

鉻腐植酸是Na2Cr2O7和褐煤的反應(yīng)物。其中腐植酸與Na2Cr2O7的重量比為3:1或4:1。兩者混合后在80℃以上反應(yīng)生成腐植酸的鉻螯合物，鉻腐植酸是其有效成份。反應(yīng)包括氧化（生成Cr3+）及螯合兩步。鉻腐植酸在水中有較大的溶解度，其抗鹽、抗鈣能力以及熱穩(wěn)定性也高于腐植酸鈉。

(三)鉻褐煤（鉻腐植酸）57磺甲基磺甲基磺甲基磺甲基58所得產(chǎn)品進(jìn)一步用Na2Cr2O7進(jìn)行氧化和螯合，生成的磺甲基腐植酸鉻處理鉆井液的效果更好。主要特點(diǎn)是熱穩(wěn)定性高，在200-220℃下它能有效地控制鉆井液的濾失量和粘度。其突出特點(diǎn)是抗鹽能力增強(qiáng)。

所得產(chǎn)品進(jìn)一步用Na2Cr2O7進(jìn)行氧化和螯合，生成的磺甲基59

由FCSL(木質(zhì)素磺酸鹽)

、鉻腐植酸和表面活性劑如司盤-80組成的“鉻腐植酸活性劑鉆井液”具有很好的熱穩(wěn)定性和防塌效果，現(xiàn)場曾在6280m的高溫深井（235℃）和易塌地層中作用防塌效果明顯說明鉆井液濾失量低由FCSL(木質(zhì)素磺酸鹽)、鉻腐植酸和表面60三、酚醛樹脂類

（一）磺甲基酚醛樹脂（SMP和SP）1、SMP的合成路線是：先在酸性條件下（pH=3-4）下使甲醛和苯酚（苯酚過量）反應(yīng)，生成適當(dāng)分子量的線型酚醛樹脂，再在堿性條件下加入磺甲基化試劑進(jìn)行磺化。適當(dāng)控制反應(yīng)條件，可得到磺化度較高和分子量較大的產(chǎn)品。特點(diǎn)是線型結(jié)構(gòu)，沒有交聯(lián)。三、酚醛樹脂類612鉆井液化學(xué)課件622、另一條合成路線：將苯酚、甲醛、Na2SO3/NaHSO3一次投料，在堿催化下，邊縮合邊磺化，生成磺甲基酚醛樹脂：2、另一條合成路線：將苯酚、甲醛、Na2SO3/NaHSO363

磺甲基酚醛樹脂具有如下特點(diǎn)：1、分子主鏈由亞甲基橋和苯環(huán)組成，故熱穩(wěn)定性高，可抗180-200℃高溫。2、因引入的磺酸基，其抗電解質(zhì)能力是很好。3、SMP、SP除具有降濾失能力外，還能改善濾餅的潤滑性。

磺甲基酚醛樹脂具有如下特點(diǎn)：64四、烯烴單體聚合物類（一）部分水解聚丙烯腈HPAN

1、合成及制備聚丙烯腈是由丙烯腈聚合而成的高分子聚合物，平均分子量從12.5-20萬，即平常所說腈綸（人造毛）。

四、烯烴單體聚合物類65

聚丙烯腈不溶于水、價(jià)格又高，所以將腈綸廢絲用堿水解后的產(chǎn)物作為鉆井液的處理劑：

分子鏈中-CN、-CONH2是吸附基，-COONa是水化基。聚丙烯腈不溶于水、價(jià)格又高，所以將腈綸廢絲用662、性能特點(diǎn)：（1）聚合度和水解度部分水解聚丙烯腈處理鉆井液的性能，主要取決于聚合度和水解度。聚合度較高的Na-HPAN，降濾失能力比較強(qiáng)，增加鉆井液粘度能力也較強(qiáng)。聚合度低的Na-HPAN，降濾失能力較低，增粘作用也差。水解度影響其水溶性，一般控制水解度在10-30%。

2、性能特點(diǎn)：67（2）Na-HPAN主鏈?zhǔn)?C-C-鍵，可抗240~250℃高溫，抗鹽能力較強(qiáng)，但抗鈣能力較弱，能用于中等Ca2+濃度的鈣處理鉆井液中。碰到高濃度的CaCl2鉆井液易生成絮狀沉淀。（3）腈基在井底的高溫堿性條件下水解生成-CONH2、進(jìn)一步水解生成-COONa，這樣緩和了高溫對整個(gè)分子鏈的作用，故而具有抗高溫性。此外，-CN還有抗菌作用。所以，在配制部分水解聚丙烯腈時(shí)往往少加一些堿，以便保留部分腈基和酰胺基。（2）Na-HPAN主鏈?zhǔn)?C-C-鍵，可抗240~250℃681、合成與制備在堿性條件下，聚丙烯酰胺與甲醛和亞硫酸鈉反應(yīng)得磺化聚丙烯酰胺：（二）磺化聚丙烯酰胺

1、合成與制備（二）磺化聚丙烯酰胺692、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)反應(yīng)是在加熱和堿性條件下進(jìn)行的，所以伴有CONH2的部分水解。分子鏈上有吸附基-CONH2、-CH2OH和水化基-COONa、-CH2SO3Na，四種基團(tuán)的比例不同，處理鉆井液的效果也不同。磺化聚丙烯酰胺的抗溫可達(dá)180-200℃-CH2SO3Na使其具有良好的抗鹽能力。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)70六、高分子化合物對溶膠的保護(hù)保護(hù)作用或護(hù)膠作用在溶膠中加入一定量的高分子化合物，能顯著提高溶膠對電解質(zhì)的穩(wěn)定性，這種作用稱為高分子的擴(kuò)膠作用。這是因?yàn)楦叻肿踊衔镂皆诹Ｍ令w粒表面形成一層分保護(hù)膠膜，雙電層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，它包圍了粘土顆粒，使其親水基伸的水中，并具有一定水化膜厚度，所以膠粒間相互接近的吸引力大大減小，從而增加了膠體的穩(wěn)定性。六、高分子化合物對溶膠的保護(hù)71

高分子絮凝劑可以使鉆井液中的鉆屑和劣土處于不分散的絮凝狀態(tài)，以便使用機(jī)械固控設(shè)備將其清除，較好地解決了分散型鉆井液體系中鉆屑、劣土的分散和在鉆井液中的積累問題。其結(jié)果是不僅提高了鉆速，還減少了鉆井過程中的許多復(fù)雜問題，較好地保護(hù)了油氣層。高分子絮凝劑可以使鉆井液中的鉆屑和劣土處于不72

這是因?yàn)楦叻肿訚舛鹊蜁r(shí)，其分子可以同時(shí)吸附在幾個(gè)粘土顆粒上形成多點(diǎn)吸附，通過塔橋的方式將幾個(gè)膠粒連結(jié)在一起，再由于高分子本身的鏈段旋轉(zhuǎn)、卷曲使膠粒聚集在一起而產(chǎn)生沉淀。這是因?yàn)楦叻肿訚舛鹊蜁r(shí)，其分子可以同時(shí)吸附在幾73第四節(jié)鉆井液化學(xué)添加劑鉆井工藝向高速、優(yōu)質(zhì)、超深井發(fā)展。鉆井液體系亦不斷發(fā)展，泥漿處理劑的種類也在不斷地增加和更新。美國泥漿處理劑已超過二百種，我國也發(fā)展了近百種。2鉆井液化學(xué)課件74按處理劑在泥漿中所起的作用不同，可將泥漿處理劑分成以下十五類：（1）堿度和pH值控制劑；（2）殺菌劑；（3）除鈣劑；（4）腐蝕抑制劑；（5）消泡劑；（6）乳化劑；（7）降濾失劑；（8）絮凝劑；按處理劑在泥漿中所起的作用不同，可將泥漿處理劑分成以下十五75（9）起泡劑；（10）堵漏劑；（11）潤滑劑；（12）頁巖穩(wěn)定劑；（13）稀釋劑和分散劑；（14）增粘劑；（15）加重劑。（9）起泡劑；76

一些常用和重要的處理劑可分為無機(jī)處理劑、有機(jī)處理劑和表面活性劑三大類。一、無機(jī)處理劑1、純堿(Na2CO3)

又名蘇打，水溶液呈堿性（PH=11.5）在水中電離和水解：Na2CO3=2Na++CO32-CO32-+H2O=HCO3-+OH-HCO3-+H2O=H2CO3+OH-

一些常用和重要的處理劑可分為無機(jī)處理劑、有機(jī)處77純堿在鉆井液中的功用：a.促使粘土的水化和分散，使鈣粘土變成水化、分散好的鈉粘土，起離子交換作用。配合稀釋劑配制鈉基泥漿。b.沉降Ca2+以處理鈣侵Ca2++Na2CO3

=CaCO3↓+2Na+

純堿在鉆井液中的功用：782、燒堿(NaOH)溶解時(shí)放熱，水溶液呈強(qiáng)堿性(pH=14)燒堿在鉆井液中的主要功用：a.用于控制鉆井液的pH值；b.控制Ca2+濃度，Ca2++2OH-→Ca(OH)2c.與丹寧、褐煤等有機(jī)物配成堿液，使其有效成份變?yōu)槿芙鈶B(tài)。2、燒堿(NaOH)793、石灰生石灰是CaO，吸水后變成熟石灰Ca(OH)2，在水中溶解度不大。在鉆井液中的功用：a.提供Ca2+,使粘土的分散能力保持適度的粗分散，配合稀釋劑、降濾失劑進(jìn)行鈣化處理，以得到性能穩(wěn)定、對可溶鹽侵污不敏感、對泥頁巖防塌性能較好的鈣處理鉆井液體系。b.提高鉆井液的堿度；c.配制石灰乳堵漏劑。

高溫下可能固化，超深井慎用。3、石灰高溫下可能固化，超深井慎用。804、石膏（CaSO4）石膏有生石膏和熟石膏兩種。生石膏CaSO4·2H2O，熟石膏CaSO4·1/2H2O，在水中的溶解度不大，微溶于水。功用：（1）處理泥漿提供Ca2+，配制粗分散體系的鈣處理泥漿，但不提供OH-.（2）加重劑。4、石膏（CaSO4）815、CaCl2

功用：氯化鈣能大量溶于水中且其溶解度隨溫度增加而增加，它比石灰、石膏的溶解度大得多?？捎脕砼渲品浪阅茌^好的高鈣泥漿。用CaCl2處理時(shí)常引起pH值降低，同時(shí)CaCl2泥漿的pH值不宜過高，才能保證Ca2+的有效濃度。5、CaCl2826、食鹽（NaCl

）功用：食鹽在鉆井液中的功用主要是用于配制飽和鹽水鉆井液，以對付巖鹽層和抑制井壁泥巖水化膨脹或坍塌。必須加高分子護(hù)膠劑才能配制成飽和鹽水鉆井液。6、食鹽（NaCl

）837、重鉻酸鈉（Na2Cr2O7·2H2O）又名紅礬，為紅色針狀結(jié)晶，有強(qiáng)氧化性。水溶液呈酸性，易溶于水Cr2O72-＋H2O=2CrO42-+2H+功用：在泥漿中重鉻酸鈉能與有機(jī)處理劑起復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，生成Cr3+。而Cr3+又能與各種多官能團(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），增強(qiáng)有機(jī)處理劑的功能（可以大幅度降低鉆井液粘度、調(diào)整切力）。7、重鉻酸鈉（Na2Cr2O7·2H2O）848、水玻璃（Na2SiO3，Na2O·xSiO2）又稱泡花堿，一般為粘稠的半透明液體，pH=11.5-12，能溶于水和堿性溶液。水玻璃在鉆井液中的功用：a.水玻璃加入到泥漿后，可以部分水解成溶膠，屬于無機(jī)高分子：Na2O·xSiO2+(y+1)H2O=xSiO2·yH2O+2NaOH硅溶膠可使部分粘土顆粒聚沉，從而保持較低的固相含量。8、水玻璃（Na2SiO3，Na2O·xSiO2）85b.水玻璃泥漿對泥頁巖的水化膨脹具有一定的抑制作用，所以有較好的防塌性能。c.當(dāng)水玻璃溶液的pH降至9以下時(shí)，整個(gè)溶液變成不流動的凝膠，利用這一特點(diǎn)，將混入水玻璃的泥漿打入預(yù)定井段進(jìn)行膠凝堵漏。

b.水玻璃泥漿對泥頁巖的水化膨脹具有一定的抑制作用，所以有較869、FeCl3FeCl3是棕褐色固體，易溶于水。其水溶液因水解呈現(xiàn)酸性：FeCl3

+H2O→Fe(OH)3

+HCl水解產(chǎn)物Fe(OH)3是親水性膠狀物，F(xiàn)e(OH)3膠粒帶正荷，易被帶負(fù)電的粘土顆粒吸附，從而使泥餅油滑、細(xì)而致密，可以降低濾失量。因?yàn)樗猱a(chǎn)生酸，所以使用時(shí)應(yīng)配合燒堿。FeCl3是勝利油田創(chuàng)造的“鐵膠泥漿”的處理劑。

9、FeCl38710、重晶石主要化學(xué)成份是BaSO4，純晶體為白色粉末。比重大，為4.3-4.6，現(xiàn)場使用的一般3.9-4.2，是常用的泥漿加重劑。它不溶于水、有機(jī)溶劑、酸或堿的溶液，是常用的泥漿加重劑。為了使它很好地懸浮在泥漿中，一般細(xì)度要求99.9%能通過200號篩。10、重晶石8811、石灰石主要成份是CaCO3，不溶于水，能溶于稀鹽酸。比重為2.2-2.9。磨成細(xì)末作泥漿加重劑。優(yōu)點(diǎn):不會堵死油氣層，因在油井酸化時(shí)可被溶去。缺點(diǎn)：比重較小11、石灰石8912、氯化鉀KCl外觀為白色立方晶體，常溫下比重為1.98，易溶于水，且溶解度隨溫度升高而增加。KCl是一種常用的無機(jī)鹽類頁巖抑制劑，具有較強(qiáng)的抑制頁巖滲透水化的能力。與聚合物配合使用，可配成具有強(qiáng)抑制性的鉀鹽聚合物防塌鉆井液。NH4Cl因相似的原因（NH4+直徑0.286nm)，具有與KCl幾乎相同的抑制效果，但鉆井液pH值較高時(shí)，NH4+易水解而失效。12、氯化鉀90二、有機(jī)處理劑按主要作用一般將有機(jī)處理劑分為稀釋劑、降濾失劑、絮凝劑和增粘劑。它們大多是水溶性高分子化合物。從來源看，可分為天然高分子及合成高分子。

二、有機(jī)處理劑911、稀釋劑30年代末：多聚磷酸鹽（低溫下效果較好，約65℃開始分解失效）40年代：丹寧（只適用于中深井，抗溫到110-120℃）50-60年代至今：鉻木質(zhì)素磺酸鹽（抗溫到150℃）80年代：磺化苯乙烯-馬來酸酐共聚物鈉鹽（SSMA）（具有非常好的熱穩(wěn)定性，抗鹽性，又有很好的稀釋和降濾失效果）國內(nèi)廣泛使用的是：鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽（FCLS）和SSMA。1、稀釋劑92鉆井液稠化原因a、由于晶格取代，粘土顆粒表面帶負(fù)電荷；又因斷鍵，粒土顆粒端部又帶部分正電荷，這樣粘土顆粒不同部位的帶電情況和水化程度就不同。一旦鉆井液受到無機(jī)電解質(zhì)的侵污時(shí)（NaCl、CaSO4……），由于它們擠壓雙電層結(jié)構(gòu)，粘土顆粒所帶凈負(fù)電荷減少，水化層進(jìn)一步變薄，粘土顆粒的這些部位即端——端、端一面容易相互吸引在一起。這種有斥有吸的作用結(jié)果，使鉆井液中粘土顆粒形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這樣網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能包注大量的自由水，這些自由水只能隨網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一起流動。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成后引起的后果是自由水的量減少了，因此鉆井液就稠化了。b、鉆井液固相含量增高，由于粘土顆粒距離縮短，有利粘土網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成；鉆井液稠化原因93常用的鉆井液稀釋劑a、多聚磷酸鹽（1)結(jié)構(gòu)常用的鉆井液稀釋劑94（2）稀釋劑作用機(jī)理多聚磷酸鹽分子結(jié)構(gòu)中有多個(gè)陰離子基團(tuán)，一部分陰離子基團(tuán)將帶正電荷的粘土顆粒反轉(zhuǎn)成帶負(fù)電荷，同時(shí)形成厚的水化層；另一部分陰離子基團(tuán)被粘土顆粒邊緣的斷鍵處的-Al+吸引或螯合，這樣清除了粘土顆粒端-端、端-面連接的根源，從而表現(xiàn)出良好的稀釋作用。（2）稀釋劑作用機(jī)理95（3）抗溫性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系多聚磷酸鹽分子結(jié)構(gòu)中有酯鍵，鉆井液是堿性環(huán)境，在堿性條件下可發(fā)生水解，溫度越高，水解越快。所以，多聚磷酸鹽作為泥漿稀釋劑的耐溫性不好，只適合于鉆進(jìn)淺井，逐步被耐溫性、抗鹽性能好的稀釋劑取代。（3）抗溫性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系96b、丹寧（NaT）丹寧存在于植物的根、莖、皮、葉、果殼或果實(shí)中，是多元酚的衍生物，屬弱的有機(jī)酸。我國四川、廣西、湖南一帶生產(chǎn)的是五倍子。b、丹寧（NaT）97丹寧是從五倍子浸提制取的。五倍子經(jīng)除蟲和研碎后，在水中煮沸，即可將丹寧提取出來，經(jīng)過提純和干燥，就可得到工業(yè)用丹寧。丹寧是從五倍子浸提制取的。五倍子經(jīng)除蟲和研碎98（1）結(jié)構(gòu)丹寧由五個(gè)雙五倍子酸與葡萄糖所形成的縮合物，分子式為C76H52O46，分子量為1701。（1）結(jié)構(gòu)99五倍子丹寧在水溶液中可以逐步地水解，生成雙五倍子酸。

五倍子丹寧在水溶液中可以逐步地水解，生成雙五倍子酸。100雙五倍子酸進(jìn)一步水解生成五倍子酸：雙五倍子酸進(jìn)一步水解生成五倍子酸：101在NaOH溶液中生成的是雙五倍子酸鈉和五倍子酸鈉，這兩種鹽對鉆井液都有稀釋作用。在NaOH溶液中生成的是雙五倍子酸鈉和五倍子酸鈉，這兩種鹽對102

（2）稀釋作用機(jī)理

雙五倍子酸鈉和五倍子酸鈉分子結(jié)構(gòu)中有多個(gè)陰離子基團(tuán)，一部分陰離子基團(tuán)被粘土顆粒邊緣的斷鍵處的-Al+吸引或螯合，另一部分陰離子基團(tuán)將帶正電荷的粘土顆粒反轉(zhuǎn)成帶負(fù)電荷，同時(shí)形成厚的水化層；這樣清除了粘土顆粒端-端、端-面連接的根源，放出自由水，從而起到稀釋作用。（2）稀釋作用機(jī)理103（3）結(jié)構(gòu)與抗鹽性能的關(guān)系由于結(jié)構(gòu)中含有羧基負(fù)離子，缺點(diǎn)是抗鹽性能差。遇到Ca2+或者M(jìn)g2+離子生成沉淀而失效。（4）現(xiàn)場使用將丹寧粉和燒堿按2:1或1:1、1:2等質(zhì)量比配合使用，濃度常用1/10或1/5。（3）結(jié)構(gòu)與抗鹽性能的關(guān)系104（5）丹寧栲膠丹寧栲膠由紅柳皮、落葉松樹皮等煮制成，含丹寧為20-70%。與燒堿配成栲膠堿液后，其中起稀釋作用的主要成份仍是丹寧酸鈉。丹寧栲膠與丹寧的作用相同，差別在于栲膠含糖類較多，在溫度較高時(shí)易發(fā)酵，引起鉆井液發(fā)泡、性能變壞，因此栲膠堿液只用于淺井和中深井。栲膠與燒堿的常用配比為2：1或3：1，濃度取1/10或1/5。（5）丹寧栲膠105（6）磺甲基丹寧(SMT)pH=9-10下丹寧與甲醛HCHO和亞硫酸氫鈉NaHSO3在堿性條件下反應(yīng)制得。用Na2Cr2O7處理得到的磺甲基丹寧鉻螯合物熱穩(wěn)性高，耐180-200℃，適用于高溫深井。（6）磺甲基丹寧(SMT)106磺酸基五倍子酸磺酸基五倍子酸107c、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽（FCLS）木質(zhì)素磺酸鹽是亞硫酸鹽造紙法中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。（1）制備方法含有大量木質(zhì)素磺酸鹽的亞硫酸紙漿廢液，經(jīng)過發(fā)酵制取酒精和濃縮成黑褐色液體后，在60-80℃下，加入預(yù)先配制好的FeSO4溶液和Na2Cr2O7溶液，在充分?jǐn)嚢柘路磻?yīng)約2小時(shí)，即成為液體的FCLS。為親水性高分子化合物，分子量2-10萬。c、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽（FCLS）（1）制備方法108（2）FCLS的主要結(jié)構(gòu)木質(zhì)素磺酸鹽的主要結(jié)構(gòu)單元：（2）FCLS的主要結(jié)構(gòu)109

FCLS的主要結(jié)構(gòu)：與金屬離子M的絡(luò)合、水解、羥橋作用?；撬峄糠纸j(luò)合，還有一部分游離的磺酸基負(fù)離子。FCLS的主要結(jié)構(gòu)：與金屬離子M的絡(luò)合、水解110（3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)由于FCLS分子中有磺酸基，所以：鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽是一種抗鹽抗鈣的有效稀釋劑，能用于淡、海水和鹽水鉆井液中，并可用于各種鈣處理鉆井液中。由于FCLS中Fe3+和Cr3+木質(zhì)磺酸鹽形成了穩(wěn)定的螯合物，所以：FCLS的熱穩(wěn)定性高，可以抗150℃以上的高溫。FCLS的水溶性取決于其磺化度，磺化度高則水溶性大。（3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)111（4)稀釋作用機(jī)理分子結(jié)構(gòu)中有多個(gè)陰離子基團(tuán)，一部分陰離子基團(tuán)被粘土顆粒邊緣的斷鍵處的-Al+吸引或螯合，另一部分陰離子基團(tuán)將帶正電荷的粘土顆粒反轉(zhuǎn)成帶負(fù)電荷，同時(shí)形成厚的水化層；這樣清除了粘土顆粒端-端、端-面連接的根源，放出自由水，從而起到稀釋作用。（4)稀釋作用機(jī)理112如果用K2Cr2O7代替Na2Cr2O7制備的FCLS還有抑制地層粘土水化分散的作用，這不僅有利于井壁的穩(wěn)定，還可以防止泥頁巖造漿引起的鉆井液的粘度、切力的上升。如果用K2Cr2O7代替Na2Cr2O7制備的FCLS還有113（5)現(xiàn)場使用現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)FCLS在130℃以上發(fā)生減效現(xiàn)象時(shí)，可加入少量Na2Cr2O7恢復(fù)其稀釋作用，這樣其穩(wěn)定性可提高到177℃，溫度超過177℃時(shí)FCLS發(fā)生不可逆降解。在鉆井液中FCLS的加入量超過3%時(shí)，其抑制粘土水化膨脹的作用顯著，加過量不損害鉆井液的性能，但成本增加。加入FCLS的鉆井液泥餅?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。使用時(shí)如果產(chǎn)生泡沫，可加少量的硬脂酸鋁、甘油聚醚等消泡劑，以消除泡沫。（5)現(xiàn)場使用114

(6)缺點(diǎn)：加入FCLS的鉆井液泥餅?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。使用時(shí)引起鉆井液發(fā)泡。另外，F(xiàn)CLS中鉻離子，在制造和使用FCLS時(shí)造成環(huán)境污染。(6)缺點(diǎn)：115d、烯烴單體低聚物類稀釋劑X-40系列稀釋劑X-40系列稀釋劑產(chǎn)品包括X-A40及X-B40兩種。1)X-A40是低分子量的聚丙烯酸鈉，平均分子量5000左右。分子的結(jié)構(gòu)式為：d、烯烴單體低聚物類稀釋劑116

2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):線性高分子，具有較高的負(fù)電荷密度，分子的主鏈?zhǔn)怯?C-C-鍵組成，所以它具有較高的熱穩(wěn)定性。它的抗溫能力可高達(dá)150℃以上。分子中具有羧基，所以抗鹽性能不好。2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):1173）X-B40是丙烯酸鈉與丙烯磺酸鈉的低分子量共聚物，其中丙烯磺酸鈉占單體總量的5-20%(mol)。平均分子量約2340。

3）X-B40是丙烯酸鈉與丙烯磺酸鈉的低分子量共聚物，其中丙1184）分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能分子的主鏈?zhǔn)怯?C-C-鍵組成，分子中具有苯環(huán)，所以它具有較高的熱穩(wěn)定性。由于分子中引進(jìn)了磺酸基SO3Na，X-B40的抗電解質(zhì)的能力優(yōu)于X-A40。4）分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能1195）X-40的稀釋機(jī)理：X-40系列聚合物作為鉆井液稀釋劑，主要是由它們的線型結(jié)構(gòu)及強(qiáng)陰離子基團(tuán)引起的，并且分子量較低，這樣可以在水基鉆井液中拆散由高聚物與顆粒之間形成的橋接網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到降低粘度、切力的目的。5）X-40的稀釋機(jī)理：120e、磺化苯乙烯與馬來酸酐的共聚物（SSMA）

e、磺化苯乙烯與馬來酸酐的共聚物（SSMA）1211)合成方法過氧化二苯甲酰BPO1)合成方法過氧化二苯甲酰BPO1222)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):線性高分子，具有較高的負(fù)電荷密度，分子中具有苯環(huán)，分子的主鏈?zhǔn)怯?C-C-鍵組成，所以它具有較高的熱穩(wěn)定性。它的抗溫能力可高達(dá)260℃。分子中具有磺酸基，SSMA抗鹽性能良好，是性能良好的稀釋劑。2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):123烯烴單體低聚物類稀釋劑分子量的要求：為了使稀釋劑分子能在粘土顆粒上形成多點(diǎn)吸附，并能給粘土顆粒帶來高的負(fù)電荷密度，要求稀釋劑分子有一定的分子量，但也不能太高，如聚合度過大反而會使粘度增大、切力增加。一般2000-6000。烯烴單體低聚物類稀釋劑分子量的要求：1243、絮凝劑1)聚丙烯酰胺（PAM）3、絮凝劑125PAM是水溶性的。分子量不同，其水溶性、水溶液粘度、絮凝、降濾失效果發(fā)生很大變化。分子量在200-400萬之間作為絮凝劑合適。PAM是水溶性的。分子量不同，其水溶性、水1262)部分水解的聚丙烯酰胺（PHP）控制PHP的分子量和水解度，可使PHP具有良好的選擇性絮凝效果，只除去鉆屑。（1）PAM的水解2)部分水解的聚丙烯酰胺（PHP）127PAM的水解度指PAM分子中的酰胺基水解成羧鈉基的百分?jǐn)?shù)。（2）影響PAM水解的因素溫度高、NaOH與PAM比例高、水解時(shí)間長，有利于水解反應(yīng)使水解度增高。水解方法：高溫水解和常溫水解。PAM的水解度指PAM分子中的酰胺基水解成羧128PAM：NaOH（摩爾比）=1：0.15時(shí)，水解度15%左右1：0.3時(shí)，水解度25%左右1：0.35時(shí)，水解度30%左右1：1.70時(shí)，水解度65%左右具體來講，如果需要配制濃度0.8%左右、水解度為30%左右的PHP溶液時(shí)，按PAM：NaOH(1:0.35)，加堿量再附加5-10%，加熱至沸點(diǎn)溫度下水解3-5小時(shí)便可。如果是常溫下水解，即25-30℃溫度下，則需5-7天。PAM：NaOH（摩爾比）=1：0.15時(shí)，水解度15%左右1293)丙烯酰胺與丙烯酸鈉的共聚物（80A-51）

由于生產(chǎn)工藝不同，80A-51比常規(guī)的PHP（分子量300萬、水解度30%），更適于作鉆井液的選擇性絮凝劑。3)丙烯酰胺與丙烯酸鈉的共聚物（80A-51）130

采用共聚法生產(chǎn)聚丙烯酰胺水解產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)是：原料成本下降20%-40%，反應(yīng)一步完成，丙烯酰胺與丙烯酸鈉的比例可以任意控制，不存在氨氣的回收或污染問題，所以在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面比水解法優(yōu)越。采用共聚法比較方便地獲得分子量大于300萬、水解度大于30%的產(chǎn)品，這種分子量更高、水解度更大的共聚物比部分水解聚丙烯酰胺有更強(qiáng)的絮凝和抑制頁巖膨脹的能力。采用共聚法生產(chǎn)聚丙烯酰胺水解產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)是：原料成本下降1314)醋酸乙烯酯--順丁烯二酸酐共聚物（VAMA）4)醋酸乙烯酯--順丁烯二酸酐共聚物（VAMA）132VAMA在堿性鉆井液中發(fā)生水解作用：

水解產(chǎn)物中-OH為吸附基，水化和帶負(fù)電基團(tuán)仍為-COONa。VAMA適用于作鉆井液的選擇性絮凝劑。

VAMA在堿性鉆井液中發(fā)生水解作用：水解產(chǎn)物中-133絮凝作用機(jī)理

有機(jī)高分子絮凝劑對固體顆粒的絮凝作用分三個(gè)步驟：1.吸附：一方面通過PAM、PHP、VAMA分子鏈上的-OH或-CONH2、與固體顆粒表面上的氧原子或氫氧原子團(tuán)形成氫鍵而發(fā)生吸附，另一方面PHP和VAMA分子鏈上的-COONa還可以與固體顆粒邊緣斷鍵處產(chǎn)生靜電吸附。絮凝作用機(jī)理1342.架橋：由于絮凝劑的分子鏈較長，分子鏈上有多個(gè)吸附基團(tuán)，所以一個(gè)長鏈上可以同時(shí)吸附多個(gè)固體顆粒，起到架橋作用。3.形成團(tuán)塊，團(tuán)塊下沉：當(dāng)架橋完成以后，由于高分子鏈本身的旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動，將固體小顆粒聚集在一塊，形成絮凝團(tuán)塊，在重力作用下絮團(tuán)下沉，從鉆井液中除去。2.架橋：由于絮凝劑的分子鏈較長，分子鏈上有多個(gè)吸附基團(tuán)，所135絮凝劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及影響絮凝因素1、絮凝劑的分子量作為絮凝劑的有機(jī)高分子，要求其分子量足夠大。因?yàn)橹挥蟹肿恿孔銐虼?，分子鏈才有足夠的長度，同一條鏈上才能形成多點(diǎn)吸附起架橋作用。一般來講PAN、HPAN的分子量小于100萬絮凝效果差，分子量在200-400萬之間絮凝效果好。但分子量過大絮凝效果反而差。分子量過大則溶解困難，分子容易蜷曲，絮凝效果反而差。絮凝劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及影響絮凝因素136

2.水解度或吸附基與水化基的比例關(guān)系對PAM來講，公認(rèn)的是水解度在30%左右絮凝能力最強(qiáng)。水解度太低，-COONa太少，不能使分子鏈充分伸展，不能將分子鏈上所有吸附基團(tuán)暴露出來，所以不利于吸附和架橋。如果水解度過大，—CONH2太少，又不利于對固體顆粒的吸附。2.水解度或吸附基與水化基的比例關(guān)系1373.鉆井液的pH值鉆井液pH在8.5左右較好。pH>9時(shí)，使PAM或PHP進(jìn)一步水解，影響-CONH2和-COONa的比例，會影響絮凝效果。如果pH太低，使許多-COONa變成-COOH，不利于分子伸展。3.鉆井液的pH值1384.絮凝劑的濃度任何有機(jī)高分子絮凝劑都有一最佳使用濃度。濃度太低，不足以將固體顆粒橋聯(lián)起來，濃度太高，反而會起護(hù)膠作用。通過實(shí)驗(yàn)來確定最佳使用濃度。4.絮凝劑的濃度139防塌劑（粘土穩(wěn)定劑）井塌是鉆井液工藝和鉆井工程上的一個(gè)重要問題，它解決得如何，直接關(guān)系到井下情況是否正常。影響鉆井速度和質(zhì)量，有時(shí)甚至關(guān)系到一口井的成敗。

井塌有地質(zhì)方面的原因、鉆井工程方面的原因、鉆井液的物理化學(xué)方面的原因。防塌劑（粘土穩(wěn)定劑）井塌有地質(zhì)方面的原因、鉆井工程方面的原因140一、井塌與鉆井液有關(guān)的物理化學(xué)原因分析泥頁巖中的粘土水化膨脹是引起井塌的主要原因。巖鹽的水化溶解造成巖鹽層的塌垮。頁巖吸水膨脹導(dǎo)致井塌一、井塌與鉆井液有關(guān)的物理化學(xué)原因分析頁巖吸水膨脹導(dǎo)致井塌141二、井塌的危害1.不能順利地正常鉆進(jìn)。2.造成卡鉆。3.使井徑擴(kuò)大，鉆屑帶不出來。4.由于井眼不規(guī)則，造成固井困難。5.嚴(yán)重時(shí)使井報(bào)廢。二、井塌的危害142三、防塌劑穩(wěn)定井壁的基本原理

（一）K+、NH4+等陽離子的防塌機(jī)理1.K+:

1)K+的固定作用，阻止了粘土的水化膨脹。2)K+的水化較弱，抑制粘土的水化膨脹。K+的水化直徑為0.76nm，相比之下Na+的水化直徑為1.12nm，K+的水化膜薄。三、防塌劑穩(wěn)定井壁的基本原理143

2.NH4+

NH4+離子也具有好的防塌效果。其原因與K+相似，一方面是NH4+的水化較弱，水化能低（NH4+72.5kcal/mol，Na+97kcal/mol）；另一方面，它具合適的離子半徑（0.286nm）。但由于NH4+不適合于在較強(qiáng)的堿性條件下使用，故其使用受到限制。

2.NH4+144（二）高聚物的防塌作用1.高聚物在井壁上形成多點(diǎn)吸附，形成縱橫交錯(cuò)的高分子膜，鞏固井壁。

聚丙烯酰胺PAM、PHP、磺化聚丙烯酰胺，都可以在井壁的粘土顆粒表面上，形成縱橫交錯(cuò)的大分子膜，增強(qiáng)井壁上泥頁巖的強(qiáng)度。另外，由于水化基團(tuán)的水化作用，有利于形成可壓縮性的濾餅，阻止自由水的地層滲透，防止粘土水化膨脹。

（二）高聚物的防塌作用聚丙烯酰胺PAM、P1452.高聚物分子的護(hù)膠和堵孔作用。3.瀝青類物質(zhì)在井壁上形成不滲透的油膜，減少鉆井液和濾液向地層滲透，防止井塌。

為了取得滿意的效果，通常是將抑制泥巖和頁巖水化膨脹、造漿的無機(jī)鹽與有機(jī)高分子配合使用。

2.高聚物分子的護(hù)膠和堵孔作用。為了取得滿意的效果，146四、常用的鉆井液防塌劑1.無機(jī)鹽類：KCl、(NH4)2SO42.高聚物類：聚丙烯酰胺（PAM）、部分水解聚丙烯酰胺（PHP）PAM和PHP分子量大于300萬，PHP水解度30％左右防塌效果好，以KOH代替NaOH水解，防塌效果更佳。四、常用的鉆井液防塌劑PAM和PHP分子量大147磺化聚丙烯酰胺（SPAM)磺化聚丙烯酰胺（SPAM)1483.瀝青類：磺化瀝青、氧化瀝青4.纖維素類：（1）Na-CMC;（2）聚陰離子纖維素;其結(jié)構(gòu)上同Na-CMC，只不過是其取代度高，一般為0.9~1.2，并且羧甲基在分子鏈上分布比較均勻。3.瀝青類：磺化瀝青、氧化瀝青149（3）羥乙基纖維素（HEC）（3）羥乙基纖維素（HEC）1505．褐煤類：（1)腐植酸鉀本品除對頁巖塌坍有好的抑制作用，還具有降粘、降濾失作用。缺點(diǎn)是抗鹽污染能力差。適用于淡水鉆井液，抗溫180℃。（2)磺甲基腐植酸鉀具有降濾失和防塌作用，抗鹽污染能力優(yōu)于腐植酸鉀。5．褐煤類：1516.丙三醇甘油加到水基鉆井液中對頁巖具有良好的穩(wěn)定作用，加入量在15-20%。與水分子競爭吸附在泥頁巖上，減少泥頁的水化膨脹。6.丙三醇152第五節(jié)鉆井液體系及其應(yīng)用自然鉆井液體系；細(xì)分散鉆井液體系；粗分散鉆井液體系；低固相聚合物鉆井液體系；不分散無固相；油基鉆井液體系。第五節(jié)鉆井液體系及其應(yīng)用153一、細(xì)分散泥漿最早使用的泥漿，目前，在許多場合已被粗分散泥漿和不分散低固相泥漿所代替了。但由于淡水是水源分布廣、淡水泥漿處理劑用量少、成本低，在一些地層中鉆進(jìn)尚能滿足需要。

1、鈉基泥漿配方示例鈉基粘土150kg/m3（8%）；Na2CO31.2~8kg/m3；稀釋劑（丹寧堿液6～12kg/m3）；降濾失劑（褐煤堿液3～7kg/m3）；淡水配成。一、細(xì)分散泥漿1542、鈉基泥漿的特點(diǎn)粘土在水中高度分散，并通過粘土的高度分散取得鉆井泥漿所需要的流變及降濾失性能。在人們使用鉆井液的早期，僅僅認(rèn)識到泥漿中的粘土顆粒應(yīng)該分散得細(xì)一些，以便具有一定的粘度攜帶鉆屑和控制失水量。然而，隨著石油工業(yè)的發(fā)展、鉆井?dāng)?shù)量、鉆井深度不斷增加，細(xì)分散體系的缺點(diǎn)就明顯暴露出來。2、鈉基泥漿的特點(diǎn)1553、鈉基泥漿的缺點(diǎn)：泥漿的粘度、切力不穩(wěn)定，容易迅速上升，特別是鉆泥頁巖層更是如此。因?yàn)V液是淡水，泥漿向井壁失水后容易使泥頁巖水化、膨脹、垮塌，使巖鹽溶解。因?yàn)V液為淡水，泥漿向油、氣層失水后容易使油、氣層中的粘土膨脹，降低油、氣層的滲透率，使油、氣流入井內(nèi)的阻力增大。對可溶性鹽類敏感，少量石膏、巖鹽就會使泥漿性能發(fā)生較大變化。3、鈉基泥漿的缺點(diǎn)：156二、粗分散泥漿——鈣處理泥漿、飽和鹽水泥漿1、鈣處理泥漿（1）鈣處理泥漿的產(chǎn)生和特點(diǎn)

在處理鈣侵的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通過預(yù)先鈣處理可以使泥漿表示出流動性好、粘土顆粒適度粗分散、體系穩(wěn)定，抗鹽抗污染能力增強(qiáng)。（2）鈣處理泥漿的優(yōu)點(diǎn)：流動性好、粘度、切力低、穩(wěn)定性高?？梢种颇囗搸r的水化膨脹、防止地層坍塌?？摄@進(jìn)石膏層和巖鹽層?？箿睾涂拐惩燎?，抗鈣侵抗鹽侵能力強(qiáng)。對油層滲透性損害小。

二、粗分散泥漿——鈣處理泥漿、飽和鹽水泥漿157（3）鈣處理鉆井液的配制原理

石灰、石膏、CaCl2或水泥加入泥漿中提供Ca2+，交換粘土表面的吸附的Na+，使粘土表面吸附的陽離子大部分變成Ca2+。

粘土的水化能力減弱，電位降低，粘土水化膜變薄。粘土顆粒形成一定的、適度的絮凝狀態(tài)，再配以鉆井液稀釋劑和濾失劑的作用下，使鉆井液的分散度保持穩(wěn)定，形成適度的粗分散體系。

（3）鈣處理鉆井液的配制原理158（4）鈣處理鉆井液的成份組成鈣源：石灰、石膏、CaCl2或水泥稀釋劑：將一定程度粗分散、絮凝狀態(tài)的粘土顆粒保護(hù)起來，防止進(jìn)一步絮凝。常用的稀釋劑有丹寧酸鈉、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽。燒堿：使鉆井液中OH-濃度增加，控制Ca2+濃度，調(diào)整pH值。降濾失劑：一般用褐煤堿液、Na-CMC、磺化聚丙烯酰胺等。（4）鈣處理鉆井液的成份組成159（5）基本配方及性能膨潤土80~150kg/m3NaOH（3~kg/m3）FCLS（6~9kg/m3）石灰（5~15kg/m3）Na-CMC（5~9kg/m3）水（5）基本配方及性能160（6）性能指標(biāo)d=1.15~1.20g/cm3漏井粘度25~30秒靜切力Q初/Q終0~1.0/1.0~4.0Pa、API濾失量5~10ml，濾餅厚度0.5~1.0mm，pH值11~11.5，含砂量小于1.0（6）性能指標(biāo)1612、飽和鹽水泥漿（1）飽和鹽水泥漿的產(chǎn)生和特點(diǎn)鉆井過程中遇到大段巖鹽層時(shí)，使用普通淡水鉆井液，會使鹽水大量溶于鉆井液中，造成鉆井液性能不穩(wěn)定，容易造成井塌。當(dāng)鉆上述地層或海洋鉆井時(shí)，利用鹽水配漿，其含鹽量一般大于12萬ppm至飽合前的濃度。2、飽和鹽水泥漿162（2）飽和鹽水泥漿的優(yōu)點(diǎn)可抑制水敏性粘土水化分散；抗鈣、抗鹽能力強(qiáng)，適用于鉆進(jìn)巖鹽層和深井。性能穩(wěn)定、流動性好。

（2）飽和鹽水泥漿的優(yōu)點(diǎn)163（3）飽和鹽水泥漿的配制原理飽和鹽水鉆井液中含有大量的NaCl，由于Na+增加，擠壓、雙電層、使電位下降，水化膜變薄，粘土絮凝成一定的大顆粒，由細(xì)分散體系變成粗分散體系。在此時(shí)加入一定的稀釋劑和降濾失劑，它們吸附在粘土顆粒周圍，將其保護(hù)起來形成穩(wěn)定的粗分散體系。（3）飽和鹽水泥漿的配制原理164（4）飽和鹽水泥漿應(yīng)用實(shí)例

某超深井在鉆厚巖鹽層時(shí)，在井漿中加純堿7%；蒙脫土1.5%；FCLS1.5%；燒堿0.3%；中等粘度的Na-CMC2%，加鹽至飽并加少許的K2Cr2O7防腐，把井漿轉(zhuǎn)化成飽含鹽水泥漿。（4）飽和鹽水泥漿應(yīng)用實(shí)例165（三）不分散無固相、低固相聚合物鉆井液

隨著研究的深入認(rèn)識到，泥漿的固相是影響鉆井速度和成本的關(guān)鍵因素。近代鉆井液工藝大力發(fā)展了固相控制技術(shù)，成功地在鉆井液中引入高分子絮凝劑，高聚物絮凝劑可以使泥漿中的鉆屑在泥漿中不分散，以便使用機(jī)械固控設(shè)備將其除去。

（三）不分散無固相、低固相聚合物鉆井液1661、不分散低固相鉆井液1）不分散低固相鉆井液的優(yōu)點(diǎn)：可以大幅度提高鉆井速度；固相含量低，又對泥頁巖和粘土具有不分散作用，可以保持井壁的穩(wěn)定。比重低、固相含量低，對油氣層的損害較輕。1、不分散低固相鉆井液1672）基本性能及配方我國各油田在地層較穩(wěn)定地區(qū)，正常壓力地層及3500米以內(nèi)的井，固控設(shè)備齊全時(shí)，大多使用下列配方：膨潤土：15~40kg/m3；純堿：1.2~3.2kg/m3；降濾失劑：NH4-HPAN2~8kg/m3

絮凝劑：K-PHP0.5~5kg/m3或80A-512）基本性能及配方1682、無固相鉆井液

在清水或鹽水中添加聚合物，使鉆屑在水中不分散，這樣幾乎全部鉆屑都能在地面被清除掉。成敗的關(guān)鍵在于防塌。（1）無固相鉆井液的優(yōu)點(diǎn)鉆速最快、鉆頭進(jìn)尺最高。（2）無固相鉆井液的配方PHP1~3%KCl1.0~5.0kg/m3鹽水1~2%2、無固相鉆井液169（四）油基鉆井液

以油作為連續(xù)相（分散介質(zhì)）的鉆井液稱為油基鉆井液

1、油基鉆井液的用途和特點(diǎn)

水基鉆井液的濾液進(jìn)入生產(chǎn)層，如產(chǎn)層含有水化粘土則會與濾液直接接觸造成粘土的水化分散，這些粘土分散后隨著流體進(jìn)入地層孔隙形成梗塞，而且阻止油、氣流進(jìn)入井內(nèi)，產(chǎn)生“土鎖”效應(yīng)，為了解決這一問題，發(fā)展起了油基鉆井液。（四）油基鉆井液170

2、油基鉆井液的優(yōu)點(diǎn)

具有性能穩(wěn)定、防塌效果好、抗污染能力強(qiáng)、有好的熱穩(wěn)定性和潤滑性適用于鉆深井，能很好地保護(hù)油氣層、無腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。2、油基鉆井液的優(yōu)點(diǎn)1713、油基泥漿的配制一般以柴油作為分散介質(zhì)，氧化瀝青為分散相，為了降低成本可用原油。瀝青粒子可在滲濾介質(zhì)表面形成致密的濾餅，而使失油量降到最低程度。除了瀝青外，還可以使用有機(jī)粘土、炭黑、石灰粉等作為分散相，它們可以通過吸附一些表面活性劑而在顆粒表面構(gòu)成溶劑化層，保持穩(wěn)定。3、油基泥漿的配制172油基泥漿的配方：0#柴油80%；氧化瀝青（軟化點(diǎn)120℃以上）20%；硬脂酸0.7%~1.3%；燒堿（固體）0.1%；水（用于配制10%的燒堿溶液）；石灰粉5~15％。

油基泥漿的配方：1734.油包水乳化泥漿的配制以柴油或原油作為分散介質(zhì)，水及有機(jī)粘土或其它親油性固體作為分散相，加乳化劑配制成穩(wěn)定的油包水乳化泥漿體系。關(guān)鍵是保持油包水乳狀液的穩(wěn)定。4.油包水乳化泥漿的配制174油包水乳化泥漿的示例：水油體積比（水/油）30︰70主乳化劑：石油磺酸鐵10%環(huán)烷酸7%助乳化劑：腐植酸酰胺3.5%油中可分散膠體：有機(jī)粘土2%

油包水乳化泥漿的示例：175xiexie!謝謝！xiexie!謝謝！176第二章鉆井液化學(xué)

鉆井液是指在旋轉(zhuǎn)鉆井工程中用作洗井的流體的總稱，原稱泥漿。是由不同液體、固體以及化學(xué)處理劑混合而成的多相分散體系（包括懸浮體、膠體、真溶液）。

鉆井液化學(xué)主要研究鉆井液的組成、性能、及其控制與調(diào)整，目的在于實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、快速、安全、經(jīng)濟(jì)地鉆井。第二章鉆井液化學(xué)鉆井液是指在旋轉(zhuǎn)鉆井工程中用177

鉆井液通過鉆桿與地層或鉆桿與套管之間的環(huán)形空間循環(huán)上返至地面，鉆井液性能的好壞直接關(guān)系到鉆井的成敗，人們常以鉆井液是鉆井的血液來比喻其重要性。充分顯示了泥漿在鉆井工作中的重要性。鉆井液通過鉆桿與地層或鉆桿與套管之間的環(huán)形空間循178第一節(jié)鉆井液的功能與組成一、鉆井液的功能

1、攜帶和懸浮鉆屑泥漿的一個(gè)基本功用，就是要把鉆頭破碎的巖屑從井底帶出井眼。當(dāng)接鉆桿換鉆頭或臨時(shí)停止循環(huán)時(shí)，泥漿又把井眼內(nèi)的鉆屑懸浮住，不致很快下沉，防止沉砂卡鉆的危險(xiǎn)。第一節(jié)鉆井液的功能與組成1792、穩(wěn)定井壁

井壁穩(wěn)定、井眼規(guī)則是優(yōu)質(zhì)快速鉆井的基礎(chǔ)條件，也是泥漿措施的基本立足點(diǎn)。泥漿的組成必須對鉆遇的泥頁巖的水化膨脹和分散具有較強(qiáng)的抑制作用。同時(shí)，泥漿的濾失性能應(yīng)有利于在井壁上形成薄而韌、摩擦系數(shù)小的泥餅。2、穩(wěn)定井壁1803、冷卻和沖洗鉆頭、潤滑鉆頭

鉆井過程中，鉆頭、鉆柱與地層摩擦產(chǎn)生大量的熱，但地層的溫度比鉆井液高，因而這些熱量很難被地層散發(fā)掉，必須用循環(huán)的鉆井液帶至地面散發(fā)掉，從而起到冷卻鉆頭和鉆桿的作用。鉆井液中加有各種潤滑劑或原油，能對鉆柱有一定程度的潤滑作用，從而降低鉆柱扭矩，延長鉆頭壽命。3、冷卻和沖洗鉆頭、潤滑鉆頭1814、平衡地層壓力

調(diào)節(jié)鉆井液密度建立與地層壓力相適應(yīng)的液柱壓力，防止發(fā)生井噴、井長、井漏的井下復(fù)雜問題。

4、平衡地層壓力1825、沖洗井底

鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流，噴向井底。高速噴出的鉆井液可將由于鉆井液壓力與地層壓力差而被壓持在井底的巖屑沖起，起沖洗井底的作用。5、沖洗井底鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流，1835、沖洗井底

鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流，噴向井底。高速噴出的鉆井液可將由于鉆井液壓力與地層壓力差而被壓持在井底的巖屑沖起，起沖洗井底的作用。5、沖洗井底鉆井液可在鉆頭水眼處形成高速的液流1846、懸浮巖屑和固體密度調(diào)整材料

鉆井液懸浮巖屑和固體密度調(diào)整材料的能力，可使鉆井液停止循環(huán)后易于再啟動。6、懸浮巖屑和固體密度調(diào)整材料鉆井液懸浮巖屑和固1857、獲取地層信息

通過鉆井液攜帶出的巖屑，可以獲取許多地層信息，如油氣顯示、地層物性等。7、獲取地層信息通過鉆井液攜帶出的巖屑，可1868、傳遞功率鉆井液可通過它在鉆頭水眼處形成的高壓射流，將鉆井液泵的功率傳至井底，提高鉆頭的破巖能力，加快鉆井速度。若用渦輪鉆具鉆井，鉆井液還可在高速流經(jīng)渦輪葉片時(shí)將鉆井液泵的功率傳遞給渦輪，帶動鉆頭，破碎巖石。8、