鉆井液基礎(chǔ)知識(shí)

處理粘付卡鉆

在鉆井過程中，鉆具在井下即不能轉(zhuǎn)動(dòng)又不能上下活動(dòng)而被卡死的現(xiàn)象稱為卡鉆。若井塌、井漏、井噴和鉆遇復(fù)雜地層等各種井下復(fù)雜情況和事故處理不當(dāng)，最后都可能導(dǎo)致卡鉆?？ㄣ@一旦發(fā)生，輕則延誤鉆井時(shí)間，重則使井報(bào)廢，給鉆井工程帶來極大損失。粘附卡鉆（壓差卡鉆）1、粘附卡鉆的現(xiàn)象這種卡鉆的發(fā)生頻率最高，造成的損失也最大。粘附卡鉆發(fā)生后，鉆具即不能轉(zhuǎn)動(dòng)，也不能上提下放，或者活動(dòng)范圍很?。ㄣ@具有伸縮性）。鉆具雖不能活動(dòng)，但鉆井液可以循環(huán)，泵壓升高也不顯著。

2、粘附卡鉆發(fā)生的原因（1）若鉆進(jìn)過程中方位角發(fā)生變化，產(chǎn)生井斜，或在定向井中，鉆具因重力作用而與井壁接觸，且接觸距離和面積很大，易發(fā)生粘附卡鉆。（2）若井段上有滲透性地層，井內(nèi)液柱壓力與地層壓力之間的壓差加劇了接觸距離和面積，易發(fā)生粘附卡鉆。（3）若鉆具在井內(nèi)靜止時(shí)間較長，易發(fā)生粘附卡鉆。

3、影響粘附卡鉆的因素（1）泥餅粘滯性系數(shù)越大，粘附力和摩擦阻力越大，越易引起粘附卡鉆。（2）鉆具與井壁的接觸面積越大，粘附力也越大，越易引起粘附卡鉆。（3）鉆井液密度越大，造成的液柱壓力越大，與地層壓力產(chǎn)生的壓差越大，越易引起粘附卡鉆。

4、預(yù)防粘附卡鉆的主要措施（1）在確保不發(fā)生井噴的前提下，盡可能降低鉆井液密度。（2）保持鉆井液性能良好、均勻、穩(wěn)定，鉆井液的濾失量特別是高溫高壓濾失量要小，泥餅要薄而堅(jiān)韌致密且有低滲透性和良好可壓縮性。

（3）對(duì)于直井，要盡可能把井打直，避免井斜角過大和方位角劇變。注意活動(dòng)鉆具，減少鉆具與井壁的接觸時(shí)間。（4）采用優(yōu)質(zhì)鉆井液，在鉆井液中混油或加入潤滑劑，降低泥餅?zāi)Σ料禂?shù)同時(shí)要使用好固相控制設(shè)備，降低鉆井液的含砂量。（5）減小巖屑床的厚度。對(duì)于大位移井和水平井，依據(jù)所鉆井斜角大小，選用合適的鉆井液流變參數(shù)以及合理的環(huán)空返速，盡量減小巖屑床的厚度。

5、解卡對(duì)策若遇粘附卡鉆，可首先配合泡油、解卡液等上提下放轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具。在浸泡解卡時(shí)，首先計(jì)算卡點(diǎn)深度，然后計(jì)算浸泡劑（油、解卡液等）用量實(shí)際用量要比計(jì)算用量多30%為宜。當(dāng)上述方法無效時(shí)，可考慮倒扣套銑爆炸松扣等方法。準(zhǔn)備工作

(1)穿戴好勞保用品.(2)備好備足解卡劑、稀釋劑、絮凝劑、燒堿等。

（3）檢查固控設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。（4）檢查地面循環(huán)設(shè)備。

（5）備好固井車。（6）鉆井液全套性能測試儀器。操作步驟（1）進(jìn)行鉆井液固相控制，清除鉆井液的有害固相。

（2）在地層空隙壓力允許的條件下，盡量降低鉆井液密度，降低井內(nèi)靜液壓力。

（3）進(jìn)一步調(diào)整鉆井液性能，加入稀釋劑、降濾失劑，降低鉆井液密度、切力和濾失量，提高濾餅質(zhì)量，適當(dāng)提高pH值。（4）計(jì)算卡點(diǎn)深度。

（5）計(jì)算解卡劑用量。（6）用固井車將解卡劑打入卡點(diǎn)位置，并觀察泵壓變化。（7）解卡劑每隔15min開泵頂一次，每次約200L鉆井液，并適當(dāng)活動(dòng)鉆具。（8）解卡后小排量開泵，注意觀察泵壓變化，配合上下活動(dòng)鉆具，并將解卡劑替出。

（9）解卡劑替出后要充分循環(huán)處理鉆井液，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

技術(shù)要求（1）進(jìn)行鉆井液固相控制應(yīng)配合加入選擇性絮凝劑。（2）卡點(diǎn)應(yīng)找準(zhǔn)并防止卡點(diǎn)上移。（3）在處理鉆井液的基礎(chǔ)上打入解卡劑。（4）解卡后防止開泵過猛和大幅度活動(dòng)鉆具。

（5）浸泡一段時(shí)間后上下活動(dòng)鉆具仍不能解卡，可考慮重新泡解卡劑。處理井塌

第一節(jié)井壁不穩(wěn)定的機(jī)理和對(duì)策

井壁不穩(wěn)定是指鉆井或完井過程中的井壁坍塌、縮徑、地層壓裂等三種基本內(nèi)型。一、井壁不穩(wěn)定地層的類型與井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象1、井壁不穩(wěn)定地層的類型鉆井過程中所鉆遇的地層,如泥頁巖、砂質(zhì)或粉砂質(zhì)泥巖、流砂、泥質(zhì)砂巖或粉砂巖、礫石、煤層、巖漿層、碳酸鹽巖等均可發(fā)生井壁不穩(wěn)定。但井塌大多發(fā)生在泥頁巖地層中,約占90%以上。縮徑大多發(fā)生在蒙脫石含量高、含水量大的淺層泥巖、鹽膏層、含鹽膏軟泥巖、高滲透性砂巖或粉砂巖、瀝青等類地層中。

井塌可能發(fā)生在各種巖性、不同粘土礦物種類及含量的地層中；但嚴(yán)重井塌往往發(fā)生在下述地層中。1、層理裂隙或破碎的各種巖性地層。2、孔隙壓力異常的泥頁巖。3、處于強(qiáng)地因力作用的地區(qū)。4、厚度大的泥巖層。5、生油層。6、傾角大易發(fā)生井斜的地層等。

2．井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象（1）井塌的現(xiàn)象鉆井或完井過程中發(fā)生井塌他會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象：①返出鉆屑尺寸增大，數(shù)量增多并混雜。②泵壓增高且不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象，并可憋漏地層。③扭矩增大，蹩鉆嚴(yán)重，停轉(zhuǎn)盤打倒車。④上提鉆具遇卡，下放鉆具遇阻，結(jié)黨恩、下鉆下不到底，遇阻劃眼，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生卡鉆或無法劃到底。⑤井徑擴(kuò)大，出現(xiàn)糖葫蘆井眼，測井與阻卡。（2）縮徑的現(xiàn)象當(dāng)鉆井過程中地層發(fā)生縮徑時(shí)，由于井徑小于鉆頭直徑，會(huì)出現(xiàn)扭矩增大、蹩鉆等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)盤無法轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至被卡死；上提鉆具或起鉆遇卡，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生卡鉆。（3）壓裂現(xiàn)象當(dāng)鉆井液的循環(huán)壓力大于地層的破裂壓力時(shí)，就會(huì)壓裂地層，使地層出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致泵壓下降，鉆井液漏入地層，井筒中液柱壓力下降。如液柱壓力降至上部地層的坍塌壓力或孔隙壓力之下，就可能發(fā)生井塌或井噴等井下復(fù)雜情況。二、井壁不穩(wěn)定的原因分析井壁不穩(wěn)定的實(shí)質(zhì)是力學(xué)不穩(wěn)定。當(dāng)井壁巖石所受的應(yīng)力超過其本身的強(qiáng)度就會(huì)發(fā)生井壁不穩(wěn)定。起原因十分復(fù)雜，就其主要原因可歸納為力學(xué)因素、物理化學(xué)因素和工程措施等三個(gè)方面，但后兩個(gè)因素最終均因影響井壁因力分布和井壁巖石的力學(xué)性能而造成井壁不穩(wěn)定。1、力學(xué)因素(1)原地應(yīng)力狀態(tài)原地應(yīng)力狀態(tài)是指在發(fā)生工程擾動(dòng)之前就已經(jīng)存在于地層內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài),也簡稱為低應(yīng)力.。（2）地層被鉆開后所引起的井眼圍巖應(yīng)力的變化。（3）造成井壁力學(xué)不穩(wěn)定的原應(yīng)。①鉆進(jìn)坍塌地層時(shí)鉆井液密度低于地層坍塌壓力的當(dāng)量鉆井液密度②起鉆時(shí)的抽吸作用造成作用于井壁的鉆井液壓力低于地層坍塌壓力。③井噴或井漏導(dǎo)致井筒中液柱壓力低于地層坍塌壓力。④鉆井液密度過低不能控制鹽巖層、含鹽膏軟泥巖和高含水軟泥巖的塑性變形。⑤鉆井液密度過高鉆井過程中，如所采用的鉆井液密度過高，大大超過地層的孔隙壓力，就會(huì)對(duì)井壁形成較大壓差，從而會(huì)有更多鉆井液濾液進(jìn)入地層，加劇地層中粘土礦物水化，引起地層孔隙壓力增加及圍巖強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致地層坍塌壓力增大。當(dāng)坍塌壓力的當(dāng)量密度超過鉆井液密度，井壁就會(huì)發(fā)生力學(xué)不穩(wěn)定，造成井壁坍塌。2、物理化學(xué)因素（1）地層的巖性井壁不穩(wěn)定可以發(fā)生在各種巖性的地層中。對(duì)井壁穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的主要組分是地層中所含的粘土礦物。

(2)鉆井液濾液對(duì)地層的侵入當(dāng)?shù)貙颖汇@開后，在井筒中鉆井液與地層孔隙流體之間的壓差、化學(xué)勢差和地層毛細(xì)管力的驅(qū)動(dòng)下，鉆井液濾液進(jìn)入井壁地層，引起地層中粘土礦物水化膨脹，導(dǎo)致井壁不穩(wěn)定。（3）粘土的水化地層中的粘土礦物與水接觸發(fā)生水化膨脹是由兩種水化所造成，即表面水化和滲透水化。地層水化膨脹對(duì)井壁穩(wěn)定的影響：A．孔隙壓力升高鉆井液濾液進(jìn)入地層后，由于壓力傳遞和濾液與地層粘土礦物之間通過水化作用產(chǎn)生水化應(yīng)力，均會(huì)引起井壁地層孔隙壓力的升高。B．近井壁地帶地層力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化鉆井液濾液進(jìn)入地層后，會(huì)引起地層中含水量升高，從而導(dǎo)致地層的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列的變化。

綜上所述，由于地層中所含的粘土礦物吸水發(fā)生水化膨脹，產(chǎn)生水化應(yīng)力，改變了井筒周圍的孔隙壓力與應(yīng)力分布從而引起井壁巖石強(qiáng)度降低，地層坍塌壓力發(fā)生變化。當(dāng)井壁巖石所受到的周向應(yīng)力超過巖石的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生井壁不穩(wěn)定。井壁不穩(wěn)定是物理化學(xué)因素與力學(xué)因素共同作用所導(dǎo)致的結(jié)果。

3、鉆井工程措施鉆井工程措施也是影響井壁穩(wěn)定一個(gè)重要因素。（1）井內(nèi)壓力激動(dòng)過大鉆井過程中，如果起下鉆速度過快、鉆井液靜切力過大、開泵過猛、鉆頭泥包等原因，均可能發(fā)生強(qiáng)的抽吸作用，產(chǎn)生過高的抽吸壓力，從而降低鉆井液作用于井壁的壓力，造成井塌。（2）井內(nèi)液柱壓力大幅度降低鉆井過程中如果發(fā)生井噴、井漏或起鉆沒灌滿鉆井液均可能造成井內(nèi)液柱壓力大幅度下降，造成井壁巖石受力失去平衡而導(dǎo)致井塌。(3)鉆井液對(duì)井壁的沖蝕作用(4)井身質(zhì)量不好。如井眼方位變化大，狗腿度過大，易造成應(yīng)力集中，加劇井塌的發(fā)生。（5）對(duì)井壁過于嚴(yán)重的機(jī)械碰擊。鉆井易塌底層時(shí)，如鉆速過高、起鉆用鉆盤卸扣，由于鉆具劇烈碰，即井壁從而加速井塌。

三、穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施及其確定方法1．穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施（1）選用合理的鉆井液密度，保持井壁力學(xué)穩(wěn)定。為了保持井壁穩(wěn)定，必須依據(jù)所鉆地層的坍塌壓力與破裂壓力來確定鉆井液密度，保持井壁處與力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，防止井壁發(fā)生坍塌或塑性變形。①坍塌壓力的計(jì)算及影響因素地層坍塌壓力的影響因素：(5)適用于大斜度的定向井和水平井。

(6)適用于敏感的生產(chǎn)層,能減少對(duì)儲(chǔ)油層的損害。A、地應(yīng)力的影響由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等原因使地殼物質(zhì)產(chǎn)生內(nèi)因力效應(yīng)，這種應(yīng)力稱為地應(yīng)力。可用三個(gè)主地應(yīng)力（上覆地層壓力、最大水平主地應(yīng)力和最小水平主地應(yīng)力）來表示。地應(yīng)力是造成井壁巖石破壞的根本力源。井壁總是沿著最小地應(yīng)力方向坍塌，其坍塌壓力不僅與地應(yīng)力大小有關(guān)，而且與地應(yīng)力的非均勻性有關(guān)。B、地層強(qiáng)度的影響地層坍塌是由于井壁巖石所受到的應(yīng)力超過巖石的強(qiáng)度而應(yīng)起的，因而坍塌壓力與地層強(qiáng)度密切相關(guān)。C、孔隙壓力的影響地層的坍塌壓力與破裂壓力均隨孔隙壓力的增加而增大。D、地層滲透性的影響E、井徑擴(kuò)大率的影響F、地層破碎程度的影響G、井斜角和方位角的影響井塌壓力隨方位角的增大而增大。H、鉆井液的組成和性能的影響

（2）優(yōu)選防塌鉆井液類型與配方，采用物理化學(xué)方法阻止或抑制地層的水化作用采用物理化學(xué)方法來阻止或抑制地層的水化作用的主要技術(shù)措施有：①提高鉆井液的抑制性；②用物理和化學(xué)方法封堵地層的層理和裂隙；③提高鉆井液對(duì)地層的膜效率，降低鉆井液活度使其等于或小與地層水的活度；④提高鉆井液的粘度，降低鉆井液高溫高壓濾失量和泥餅滲透率，盡量減少鉆井液濾液經(jīng)入地層的量。

國內(nèi)外常用的防塌鉆井液有以下幾中類型：油基鉆井液、飽和鹽水鉆井液、KCl鉆井液、鈣處理鉆井液、聚合物（包括聚丙烯酰胺、鉀銨基聚合物、兩性離子聚合物、陽離子聚合物、聚磺等）的鉆井液、硅基鉆井液和聚合醇（或多元醇）鉆井液。下面我重點(diǎn)介紹鉀鈣基鉆井液體系和幾種常用處理劑的防塌機(jī)理：鉀鈣基鉆井液體系具有良好的穩(wěn)定井眼的功能，特別是在頁巖井段穩(wěn)定井眼能力更為突出。其原理是：頁巖主要由蒙脫石、伊利石高嶺土、和祿泥石等組成。蒙脫石主要以鈣和鈉作為補(bǔ)償陽離子，離子交換作用強(qiáng)，易水化膨脹。而伊利石以鉀離子作為補(bǔ)償陽離子，鹽基交換能力弱，但在發(fā)生鹽基交換時(shí)，對(duì)鉀離子顯示出高度的選擇性，水化膨脹程度低。鉀鈣基聚磺鉆井液有大量鈣離子，鈣離子有較大的水化半徑，能充分與粘土中的鈉離子交換，使蒙脫石晶格內(nèi)無水化的空間。

鈣離子為兩價(jià)離子，有較強(qiáng)的靜電作用，能與粘土緊密地連接在一起。鈣離子還可以與頁巖中的二氧化硅起作用使粘土轉(zhuǎn)化為非膨脹性的鈣硅酸鹽，使井壁穩(wěn)定。此外，鈣離子優(yōu)先與鉀離子在水化粘土顆粒上發(fā)生鹽基交換。所以，鉀鈣基鉆井液中的鈣離子能減少鉀離子的消耗量，使更多的鉀離子進(jìn)入頁巖而有利與井壁穩(wěn)定。

1、瀝青類的防塌機(jī)理封堵地層中層理裂隙，阻止水浸入是穩(wěn)定井壁的主要措施之一，瀝青產(chǎn)品具有這種特殊的性能。當(dāng)其使用溫度低于軟化點(diǎn)時(shí)呈固態(tài)，而接近軟化點(diǎn)時(shí)變軟，能發(fā)生塑性流動(dòng)，在一定壓差作用下被擠入頁巖微裂縫、孔隙和層面中，從而降低鉆井液的濾失量和總的侵入量，阻止頁巖沿微裂縫及層面滑動(dòng)和破碎。此外，瀝青還能覆蓋在井壁上形成一層致密的薄膜，阻止鉆井液沖蝕井壁。

2、聚合醇穩(wěn)定泥頁巖的作用機(jī)理濁點(diǎn)又稱霧點(diǎn)，指對(duì)非離子表面活性劑水溶液加熱，溶液變混濁時(shí)的溫度。濁點(diǎn)理論認(rèn)為，當(dāng)鉆井液的井底循環(huán)溫度高于濁點(diǎn)時(shí)，發(fā)生相分離。不溶解的聚合物能封堵泥頁巖的孔喉，阻止鉆井液濾液進(jìn)入地層。同時(shí)，相分離作用是聚合醇分子粘附在頁巖表面上，形成涂層進(jìn)一步抑制了濾液的侵入，從而穩(wěn)定井壁。1、井壁不穩(wěn)定地層的類型：1)、井塌大多發(fā)生在泥頁巖地層，約占90%以上；2)、縮徑大多發(fā)生在蒙脫石含量高、含水量大的淺層泥巖、鹽膏層、含鹽膏軟泥巖、高滲透性砂巖或粉砂巖、瀝青等地層；3)、嚴(yán)重井塌發(fā)生在下列地層中：①、層理裂縫發(fā)育或破碎的各種巖性地層；②、孔隙壓力異常的泥頁巖；③、處于強(qiáng)地應(yīng)力作用的地層；④、厚度大的泥巖層；⑤、生油層；⑥、傾角大易發(fā)生井斜的地層等。2、井塌的現(xiàn)象：①、返出鉆屑尺寸增大，數(shù)量增多并混雜；②、泵壓增高且不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)憋泵，甚至憋漏地層；③、扭矩增大，蹩鉆嚴(yán)重，停轉(zhuǎn)盤打倒車；④、上提遇卡，下放遇阻，接單根下鉆不到井底，遇阻劃眼，嚴(yán)重時(shí)卡鉆或劃眼不到井低；⑤、井徑擴(kuò)大，測井遇阻卡。3、井徑不穩(wěn)定的原因：

1)、力學(xué)因素：①、原地應(yīng)力狀態(tài)：未鉆井前，地層內(nèi)部的應(yīng)力。

a、上覆地層壓力；

b、水平地應(yīng)力。

②、地層被鉆開后所引起的井眼圍巖應(yīng)力狀態(tài)的變化；③、造成井壁力學(xué)不穩(wěn)定的原因：井壁力學(xué)穩(wěn)定的必要條件：P液＞P地。2)、物理化學(xué)因素：①、地層的巖性(組分)；②、鉆井液濾液對(duì)地層的侵入；③、粘土的水化→吸水膨脹；

3)、鉆井工程措施：①、合理的鉆井液密度；②、優(yōu)選鉆井液類型與配方；③、合理的鉆井液性能：粘切、失水、濾餅質(zhì)量；④、合理的工程措施。(二)、準(zhǔn)備工作：選擇、匹配屏蔽暫堵劑（1）配制聚合物溶液。先用純堿將水中的鈣粒子除去，以增加聚合物的濃度，然后加入聚合物絮凝劑，一般加量為6kg/m3.（2）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。（3）促進(jìn)絮凝。加適量石灰或氯化鈣，通過儲(chǔ)備池循環(huán)，避免攪拌，讓鉆屑盡量沉淀。（4）適當(dāng)清掃。在接單根或起下鉆時(shí)，用增粘劑與清水配數(shù)方粘稠的清掃液注入井內(nèi)循環(huán)，以便把環(huán)空中堆積的鉆屑清掃出來。只要保證上水池內(nèi)的清水清潔，即可獲得最大鉆速。

四、不分散低固相聚合物鉆井液的特點(diǎn)及使用

五、不分散聚合物加重鉆井液的特點(diǎn)及使用特點(diǎn)在用重晶石粉加重的不分散聚合物鉆井液中，聚合物的作用主要是絮凝和包被鉆屑，增效膨潤土，包被重晶石，減少粒子間的摩擦。由于重晶石對(duì)聚合物的吸附，在處理加重鉆井液時(shí)，聚合物的加量應(yīng)高于非加重鉆井液，加入重晶石時(shí)一般也相應(yīng)加入適量聚合物。加入量應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)拉確定。配制井漿的轉(zhuǎn)化，一般要求加重鉆井液的鉆屑體積含量不超過4%，劣質(zhì)土與膨潤土之比接近于1：1配制新漿維護(hù)關(guān)鍵是盡可能地清除鉆屑，一是加強(qiáng)機(jī)械凈化，二是重視化學(xué)處理。原則（1）為了保持鉆井液體積，可以適當(dāng)稀釋鉆井液以清除鉆屑，在鉆進(jìn)中，適量加水，切忌過量。（2）根據(jù)鉆速快慢，按需要補(bǔ)加選擇性絮凝劑。（3）盡量利用固控設(shè)備清除鉆屑。（4）維持劣質(zhì)土與膨潤土的比值在3：1以下。

六、陽離子聚合物鉆井液的處理劑（一）主要的陽離子聚合物處理劑1、泥頁巖抑制劑（俗稱小陽離子）也稱粘土穩(wěn)定劑，是環(huán)氧丙基三甲基氯化銨，國內(nèi)商品名為NW-1，有液體和干粉兩個(gè)劑型。相對(duì)分子質(zhì)量為152萬2、絮凝劑（大陽離子）是季銨鹽，穩(wěn)定性好，如陽離子聚丙烯酰胺（CPAM，簡稱大陽離子），相對(duì)分子質(zhì)量在100萬左右。主要作用是絮凝鉆屑，清除無用固相，保持聚合物鉆井液低固相的特征。同時(shí)也有較強(qiáng)的抑制鉆屑分散的能力3、小陽離子抑制劑和絮凝劑的協(xié)同作用小陽離子的主要作用是抑制鉆屑分散，大陽離子的主要作用是絮凝鉆屑，在現(xiàn)場使用中，大陽離子的一般加量為0.2-0.4%，小陽離子的一般加量為0.2-0.5%，濾液中陽離子的含量為20moi/L4、陽離子聚合物與陰離子聚合物的相溶性。（二）陽離子聚合物鉆井液的特點(diǎn)（1）陽離子聚合物鉆井液是以高分子陽離子聚合物作為絮凝劑，以小陽離子聚合物作為粘土穩(wěn)定劑的一種新型鉆井液體系，具有良好的抑制鉆屑分散和穩(wěn)定井壁的能力。（2）在防止起鉆遇卡，下鉆遇阻及防止鉆頭泥包，等方面具有較好的效果。（3）流變性能比較穩(wěn)定，維護(hù)間隔時(shí)間較長。（4）具有較好的抗鹽和抗鈣、鎂等高價(jià)金屬陽離子污染的能力。（5）具有較好的抗膨潤土和鉆屑污染的能力。（6）與氯化鉀-聚合物鉆井液相比，它不會(huì)影響電測資料的解釋。七、兩性離子聚合物鉆井液1、兩性離子聚合物鉆井液的處理劑該體系主要有兩種處理劑，一是強(qiáng)力包被劑，商品名為FA系列，二是降粘劑，商品名為XY系列，XY系列特點(diǎn)，（1）相對(duì)分子質(zhì)量較?。?萬）（2）分子鏈中同時(shí)具有陽離子基團(tuán)（10-40%）、陰離子基團(tuán)（20-60%）和非離子基團(tuán)（0-40%）主要作用是降低鉆井液結(jié)構(gòu)粘度和非結(jié)構(gòu)粘度，能增強(qiáng)鉆井液的抑制能力。兩性離子聚合物強(qiáng)力包被劑FA系列是相對(duì)分子質(zhì)量較大（100萬-250萬）的線型聚合物處理劑，主要作用是抑制鉆屑分散，增加鉆井液粘度和降低濾失量，常稱為兩性離子聚合物鉆井液的主處理劑，其中，F(xiàn)A-367是目前常用的產(chǎn)品。

2、兩性離子聚合物鉆井液的特點(diǎn)（滲透率恢復(fù)值高于分散性鉆井液）(1)用這種體系鉆出的巖屑成形,棱角分明,內(nèi)部是干的,易于清除,有利于充分發(fā)揮固控設(shè)備的效率。(2)抑制性強(qiáng),剪切稀釋特性好,并能防止地層造漿,抗巖屑污染能力明較強(qiáng)，為實(shí)現(xiàn)不分散低固相創(chuàng)造了條件。(3)FA367和

XY-27與現(xiàn)有其他處理劑相容性好,可以配制成低、中、高不同密度的鉆井液,用于淺、中、深不同井段。在高密度鹽水鉆井液中應(yīng)用具有獨(dú)特的效果。(4)XY-27加量少,降粘效果好,見效快,鉆井液性能穩(wěn)定的周期長,基本上解決了在造漿地層大沖大放的問題,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)約鉆井成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。

但是,這種體系在使用中還存在著問題一是鉆屑容量限還不夠大,當(dāng)鉆屑容量限超過20%時(shí),鉆井液性能就顯著變壞,因此對(duì)固控的要求仍然很高二是抗鹽能有限，若礦化度超過100000mg/L,鉆井液性能就開始惡化雖然現(xiàn)場已有用于飽和鹽水鉆井液的實(shí)例，但性能和成本上考慮,并不十分理想。3、現(xiàn)場應(yīng)用

兩性復(fù)合離子聚合物處理劑已在無固相鹽水體系、低固相不分散體系、低密度混油體系、暫堵型完井液和高密度(達(dá)2.32g/cm3)鹽水鉆井液中應(yīng)用,均取得了良好效果。

例如低固相不分散體系主要由

FA367、XY-27和JT41組成該體系具有密度低，防塌能力強(qiáng)性能參數(shù)穩(wěn)定以及適合于流變參數(shù)優(yōu)選優(yōu)控等特點(diǎn)。具體配方為:6%預(yù)水化膨潤土般土漿+0.3%FA367+0.4%XY-27+0.3%JT41這種兩性離子聚合物鉆井液在使用和維護(hù)方面應(yīng)注意的原則是:(1)FA367的濃度應(yīng)達(dá)到0.3%以上,以防止井塌。(2)濾失量控制在8以下。

(3)pH值控制在8-8.5范圍內(nèi)當(dāng)

pH值大于9時(shí),XY-27的降粘效果會(huì)明顯下降。(4)以性能正常為原則來調(diào)節(jié)

FA367和

XY-27的比例。加重鉆井液可以不加FA367(5)應(yīng)以維護(hù)為主,處理為輔,堅(jiān)持用膠液等濃度維,切忌大處理。(6)非加重的鉆井液的膠液比例為：H2O:FA367:XY-27=100:1:0.5。遇強(qiáng)造漿地層，XY-27的量應(yīng)加倍。

(7)加重鉆井液的膠液比例為：H2O:XY-27:SK-2(或PAC141)=100:2.5:2.5，密度大于2.08時(shí),處理劑用量應(yīng)加倍。

(8)最大限度地用好固控設(shè)備八、鹽水鉆井液1、鹽水鉆井液的主要處理劑降粘劑可主要用來降低鉆井液的粘度和切力,改善鉆井液的流變性質(zhì)。降切途徑是減少粘土顆粒形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可能性,降粘的本質(zhì)是減少內(nèi)摩擦阻力和拆散局部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此,降粘劑要易溶解于水,受鹽的影響不大,并具有熱穩(wěn)定性下面介紹一下常用的降粘劑。（1）單寧堿液(NaT):又叫單寧酸鈉,是由有機(jī)弱酸單寧與燒堿(NaOH)配制而成。根據(jù)鉆井液的不同需要,所需單寧和燒堿的質(zhì)量比不同,單寧與燒堿用量之比可為2:1、1:1等,單寧堿液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可為1/5、1/10等。

單寧堿液是鉆井液良好的降粘劑,能改善鉆井液流變性能,抗溫達(dá)110-120℃。若遇高濃度無機(jī)鹽類,則會(huì)發(fā)生鹽析作用而產(chǎn)生沉淀,故不適用于飽和鹽水或高鈣鉆井液，使用單寧堿液時(shí)，pH值應(yīng)維持在堿性范圍。

（2）磺甲基單寧(SMT):是一種改性的降粘劑它是由提純的單寧在

pH值為9~10的條件下，與甲醛(HCHO)和亞硫酸氫鈉(NaHS03)進(jìn)行磺甲基化制得的。單寧作為良好的降粘劑可直接加入到鉆井液中由于磺甲基化作用,大大提高了單寧的抗穩(wěn)能力,抗溫可達(dá)180~200℃由于抗鹽，抗鈣能力較差,故不宜在飽和鹽水或高鈣鉆井液中使用。（3）磺甲基拷膠(SMK):是由提純的拷膠在堿性條件下進(jìn)行磺甲基化制得,其主要成分與磺甲基單寧相同。它為棕褐色粉末或細(xì)顆粒,易溶于水,其水溶解性呈堿性。磺甲基拷膠作為良好的降粘劑可直接加入到鉆井液中由于磺甲基化作用,其抗溫可達(dá)180℃，由于它抗鹽、抗鈣能力較差,故不宜在飽和鹽水或高鈣鉆井液中使用。2、降濾失劑（1）鈉羧甲基纖維素(NamCMC或

CMC):簡稱接甲基纖維素。(2)水解聚丙烯晴(HPAN):具有良好的降濾失作用、增粘作用和絮凝作用，它的抗鹽能力很強(qiáng),但抗鈣能力較差,不能在高鈣鉆井液中使用。它的抗溫性能很好,可達(dá)220-240℃。(3)煤堿液(NaC):又叫腐植酸堿液,可以由褐煤(其主要成分是腐植酸)與燒堿作 用而制得使用時(shí)褐煤與燒堿的比例，可根據(jù)腐植酸的含量和使用要求而定。.

褐煤:燒堿:煤堿液=15:1:100或3:1:100。

煤堿液易溶于水,是鉆井液的良好的降濾失劑,抗鹽性能好,抗溫可達(dá)180 在堿性條件下使用效果最佳。(4)磺甲基褐煤(SMC):又叫磺化褐煤,它是用甲醛(HCOH)和亞硫酸氫鈉(NaHS03)在堿性條件(pH=9~11)下,對(duì)褐煤進(jìn)行磺甲基化反應(yīng)制得的產(chǎn)物。磺甲基褐煤的成品為褐色粉末狀或顆粒狀,易溶于水,使用時(shí)可直接加入到鉆井液中，可在20O-220℃的高溫下有效地降低鉆井液的粘度、切力和濾失量。由于它抗鹽、抗鈣能力較差,故不宜在飽和鹽水或高鈣鉆井液中使用。(5)磺甲基酚醛樹脂(SMP):又叫磺化酚醛樹脂。抗溫均達(dá)18O-200℃。液體的磺甲基酚醛樹脂為棕紅色粘稠狀流體,固體產(chǎn)晶為棕揭色粉末,配合磺甲基單寧、磺甲基褐煤及鐵鉻鹽一起使用，在180~200℃的高溫下,仍能使淡水直至飽和鹽水鉆井液具有合適的濾失量和流變降低高性能，而且它降低高溫高壓濾失量的效果尤其明顯。2、鹽水鉆井液的主要特點(diǎn)(1)由于礦化度高,因此鹽水鉆井液具有較強(qiáng)的抑制性,能有效地抑制泥頁巖的水化膨脹,保持井壁定,防止坍塌。尤其在克服泥頁巖的水化膨脹、坍塌和掉塊方面，效果顯著。(2)鹽水鉆井液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，適用于鉆含巖鹽地層或含鹽膏地層,以及在深井和超探井中使用。 (3)由于鉆出的巖屑不易在鹽水中水化分,在地面容易被清除,因此鹽水鉆井液有利于保持較低的固相含量。(4)鹽水鉆井液能有效地抑制地層造漿,流動(dòng)性好,性能穩(wěn)定,懸浮能力強(qiáng)

。(5)由于鹽水鉆井液濾液性質(zhì)與地層原生水比較接近,故對(duì)油氣層的損害較輕。但該類鉆井液的維護(hù)工藝比較復(fù)雜,對(duì)鉆柱和設(shè)備的腐蝕性較大,鉆井液配制成本較高。

3、鹽水鉆井液的調(diào)整和處理(1)由于鹽水鉆井液要不斷觀察，如有情況變化應(yīng)及時(shí)進(jìn)行鉆井液全套性能的測量和水樣分析由于鹽水鉆井液的使用類型不同,對(duì)含鹽量的要求也不同,要根據(jù)CI含量的變化及時(shí)調(diào)整，以保證鉆井液性能和含鹽量符合要求。(2)一般情況下,鹽水鉆井液要經(jīng)常補(bǔ)充燒堿水實(shí)踐證明，鹽水鉆井液pH值在9.O–11范圍內(nèi)，鉆井液流動(dòng)性好,濾失量小,性能穩(wěn)定。當(dāng)

pH值大于11.0時(shí),鉆頭易泥包。在鉆進(jìn)過程中，鹽水鉆井液的

pH值會(huì)不斷下降。（3）鉆井液的降濾失劑主要是

Na-CMC,其作用效果不如在淡水或鈣處理鉆井液中效果好，并且隨含鹽量的增加而作用效果不斷下降,因此應(yīng)適時(shí)補(bǔ)充

Na-CMC,以維持鹽水鉆井液的濾失量。（4）根據(jù)鹽水鉆井液的含鹽量的要求,要經(jīng)常補(bǔ)充

NaC1。（5）當(dāng)鉆井液產(chǎn)生氣泡較多時(shí),可能是由于缺乏燒堿水而導(dǎo)致pH值偏低之故。若補(bǔ)充燒堿水值已達(dá)到要求,鉆井液仍有氣泡,并且嚴(yán)重影響鉆井液性能,則可加除泡劑除泡。

第二節(jié)鹽水鉆井液的分類介紹（一）海水鉆井液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灘、海洋鉆井的需要,在海灘、海洋這些地區(qū)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,經(jīng)濟(jì)方便。海水中除含有濃度較高的

NaC1以外,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%,通常以3.5%作為世界海水的總礦化度的平均值,海水

pH值在7.4-8.4之間,密度為1.03。渤海灣地區(qū)的海水總礦化度為3.0%左右。海水中的主要成分是

NaC1,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方法與一般鹽水鉆井液基本相同。在維護(hù)處理方面,降粘和護(hù)肢問題都存在。其不同之處在于體系中

MgZ+的含量較高,因而對(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,而海水鉆井液一般直接采用天然海水來配制,其礦化度一般不做調(diào)整海水鉆井液的配方有兩種:一種是先用適量石灰和燒堿對(duì)海水進(jìn)行預(yù)處理,將海水中的鈣和鎂離子清除,然后再用于配漿。其中燒堿主要用于清除鎂離子,而石灰主要用于清除鈣離子。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鈣離子和鎂離子,顯然這種海水鉆井液的

pH值較低，由于含有多種陽離子,護(hù)膠的難度較大,所選用的護(hù)膠劑既要抗鹽又要抗鈣和鎂。但這種體系的抑制性和抗污染能力較強(qiáng)。我國目前使用的海水鉆井液配方與一般鹽水鉆井液相似。比如,較常用的單寧堿液-CMC

海水鉆井液的pH值在9~11范圍內(nèi)可維持性能的穩(wěn)定。當(dāng)井較深時(shí),可加人適量重鉻酸鉀，以提高鉆井液的抗溫性能。必要時(shí)混人一定量的油品以改善泥餅的潤滑性，并且在一定程度上降低濾失量。（二）、一般鹽水鉆井液一般情況下,鹽水鉆井液的含鹽量自1%直至飽和之前控制在5%~7%

其含鹽量的高低要根據(jù)鉆穿地層的需要來確定。一般鹽水鉆井液主要應(yīng)用于以下情況:(1)配漿水本身含鹽量較高；(2)鉆遇鹽水層時(shí),淡水鉆井液體系不可能繼續(xù)維持；(3)鉆遇含鹽地層或厚度不大的巖鹽層以及為了抑制水敏性泥頁巖地層的水化分散。配制

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單。若用膨潤土配漿，則必須先在淡水中經(jīng)過預(yù)水化,再加入各種處理劑,最后加鹽至所需濃度否則,膨潤土直接加到較高濃度的鹽水中不容易發(fā)生水化,而是類似于一種惰性固體,無法再起到造漿和降濾失的作用。鹽水鉆井液常用的處理劑有鐵鉻鹽、

CMC、褐煤堿液和陰離子纖維素等。由于各地區(qū)使用的配方及對(duì)性能的要求不太一樣,因此難以總結(jié)出其典型的配方及性能參數(shù)目前，使用的較簡單的體系為鐵鉻鹽鹽水鉆井液,其基本組成為1.5%的膨潤+5%的固體食鹽+1%的鐵鉻鹽1.5%的NaOH及一定量的重晶石,按此配方得到的鹽水鉆井液可達(dá)到下列性能指標(biāo)：密度1.20,漏斗粘度20-50s,濾失量3~6mL。另一種體系為

CMC-鐵鉻鹽-表面活性劑鹽水鉆井液，主要用于井底溫度達(dá)150℃左右的深井中。

維護(hù)：一般鹽水鉆井液維護(hù)處理的關(guān)鍵是保持體系中所需的含鹽量,要做到這一點(diǎn),需經(jīng)常向鉆井液中補(bǔ)充食鹽或鹽水,并用

AgN03滴定法定時(shí)檢測濾液中的C1離子質(zhì)量濃度，在維護(hù)過程中,應(yīng)根據(jù)含鹽量的高低和鉆井蔽性能的變化及時(shí)處理好降粘和護(hù)這兩方面的問題。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,以滿足鉆井工藝的要求。一般規(guī)律是,含鹽量越低,降粘問題越突出；含鹽量越高,護(hù)膠問題越重要，常用的降粘劑有鐵鉻鹽,單寧酸鈉、拷膠堿液和磺化拷膠等需要護(hù)膠時(shí)常選用高粘

CMC、煤堿液、磺甲基褐煤以及其他抗鹽聚合物降濾失劑和包被劑,如水解聚丙烯晴等。需注意的是，基于環(huán)保問題,鐵鉻鹽在現(xiàn)場已極少使用,最好用其他稀釋劑代替。

3、飽和鹽水鉆井液

飽和鹽水鉆井液的濾液含鹽量達(dá)到了飽和狀態(tài),即常溫下含鹽量達(dá)

31.5%(Cl離子質(zhì)量濃度為1.89xl05mg/L)左右(注意

NaCl溶解度隨溫度變化而變化)。這種鉆井液體系由于礦化度極高,因此除具有性能穩(wěn)定、抗污染、抗溫能力很強(qiáng)、對(duì)地層中粘土的水化膨脹和分散有很強(qiáng)的抑制作用外,防止可溶性鹽類(如巖鹽層)地層的溶解是其最突出的特點(diǎn),這是其它水基鉆井液所不能比擬的。故一般用于鉆進(jìn)大段巖鹽地層或鉆進(jìn)含鹽量較高的鹽水層,以防止巖鹽的溶解而形成大肚子井眼和鹽水層的污染。

飽和鹽水鉆井液在使用時(shí)可采用三種方式。其一是在巖鹽層用淡水鉆井液鉆開，使巖鹽不斷溶解于鉆井液中,在溶解的同時(shí)進(jìn)行處理,直到鉆井液中含鹽量達(dá)到飽和；同時(shí)用鐵鉻鹽、CMC等處理劑調(diào)整好所需性能,即可得到飽和鹽水鉆井液,然后用此鉆井液鉆穿巖鹽層。其二是在上部地層使用淡水鉆井液,進(jìn)人巖鹽層前將淡水鉆井液在地面進(jìn)行加鹽及加有關(guān)處理劑，使含鹽量和鉆井液性能均達(dá)到要求,從而轉(zhuǎn)化為飽和鹽水鉆井液。其三是在地面預(yù)先配制好鹽水鉆井液,在鉆進(jìn)巖鹽層前一次替人井內(nèi),然后鉆穿巖鹽層。

在維護(hù)和處理飽和鹽水鉆井液時(shí)應(yīng)注意以下問題:

（1）如果巖鹽層較厚,埋藏較深,在地層壓力作用下使鉆開的巖鹽層容易塑性變形。此時(shí)巖鹽層的塑性變形曲線,確定較合理的鉆井液密度,以克服因巖鹽層塑性變形而引起的縮徑卡鉆和擠壞套管。（2）最好使用海泡石、凹凸棒石等抗鹽粘土配制飽和鹽水鉆井液。若選用膨潤土,則首先進(jìn)行預(yù)水化,但體系中總固相和膨潤土含量都不宜太高,以防止在配制過程中出現(xiàn)粘度、切力過高的情況。膨潤土質(zhì)量濃度一般維持在5Omg/l。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和切力降下來。（3）因鹽的溶解度隨溫度上升而有所增加,所以,在地面配制的飽和鹽水鉆井液當(dāng)循環(huán)到井底時(shí)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溶解擴(kuò)大的問題,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含鹽量達(dá)到飽和，被返至地面時(shí),就可抑制住鹽的重結(jié)晶而保持原來的含鹽量。處理和處理飽和鹽水鉆井液,應(yīng)采取護(hù)膠為主、降粘為輔的辦法。由于在該類鉆井液中,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-面聚結(jié)而變成大顆粒聚沉，因此，需要大量的護(hù)膠劑維護(hù)其性能,否則會(huì)在使用過程中出現(xiàn)粘度、切力下降和濾失量上升等現(xiàn)象，若遇以上異常情況,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充護(hù)膠劑如CMC等,同時(shí)配合護(hù)膠劑如燒堿水等。添加預(yù)水化潤土也能起到提粘和降濾失作用,但加量不宜過大。在維護(hù)處理時(shí)還應(yīng)注意,若進(jìn)入巖鹽層后,鉆井液因處理不好,表現(xiàn)為切力過高、流動(dòng)性較差時(shí),可加入鐵鉻鹽等降粘。同時(shí)要經(jīng)常用飽和鹽水和護(hù)膠劑進(jìn)行補(bǔ)充處理維護(hù),使鉆井液含鹽量始終處于飽和狀態(tài)和性能始終達(dá)到要求。九、泡沫鉆井液1、泡沫鉆井液的作用與特點(diǎn)泡沫鉆井液主要分為兩類:一類是硬膠泡沫,它是由氣體、粘土、穩(wěn)定劑發(fā)泡劑配成的穩(wěn)定性比較強(qiáng)的分散體系；另一類是穩(wěn)定泡沫,它是由空氣(氣體)、液體、發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑配成的分散體系。其特點(diǎn)是:(1)在低壓地層中使用,所產(chǎn)生的液柱壓力比地層壓力低,可以實(shí)現(xiàn)負(fù)壓差鉆井，有利于保護(hù)油氣層。(2)對(duì)巖心和巖屑減少污染,有利于地質(zhì)地層分析。

(3)機(jī)械鉆速快,能延長鉆頭使用壽命。

(4)可在易漏地層鉆進(jìn)。

(5)應(yīng)用于缺水或永凍地區(qū)鉆進(jìn)。

二、泡沫鉆井液的組成1.氣相

氣相多為空氣、天然氣、氯氣和二氧化碳?xì)?。由于空氣和天然氣易燃、易爆不安全，所以通常用氮?dú)夂投趸細(xì)狻?/p>

二氧化碳?xì)馊芙饽芰?qiáng),易發(fā)生化學(xué)反應(yīng),泡沫穩(wěn)定性差,不適于泡沫水泥。2.液相

液相有水基、醇基、烴基和酸基,國內(nèi)主要使用水基液相。

水基液相包括淡水、鹽水或地層水。地層水及鹽水配制的泡沫,有助于防止地層粘土膨脹,因此,水基泡沫液相中常加人氯化鉀或有機(jī)抑制劑、羥基鋁、陽離子粘土穩(wěn)定劑。3.發(fā)泡劑

一種好的發(fā)泡劑應(yīng)具備以下特點(diǎn):(1)起泡性能好,泡沫基液與氣體接觸后可產(chǎn)生大量泡沫。

(2)泡沫穩(wěn)定性好,長時(shí)間、高溫下都很穩(wěn)定。

(3)抗活染能力強(qiáng),配伍性好,遇到原油、鹽水、碳酸鹽及各種化學(xué)處理劑均能保持性能穩(wěn)定。(4)凝固點(diǎn)低,具有生物降解能力,毒性小。

(5)泡沫基液用量少,來源廣,成本低。

(6)發(fā)泡劑的HLB值在9-15范圍內(nèi)。

3、泡沫鉆井液的性能（1）泡沫質(zhì)量

泡沫質(zhì)量指在一定的溫度和壓力下,單位體積的泡沫中所含氣體的體積,換言之,泡沫質(zhì)量與氣體加液體的總量或氣體體積與泡沫總體積之比。最佳泡沫質(zhì)量為

0.75-0.98或含液量為2%-25%。泡沫質(zhì)量直接決定著泡沫的穩(wěn)定性和流變性。（2）泡沫的懸浮性和攜砂能力

懸浮性受靜切力的影響,攜砂能力受動(dòng)切力和粘度的影響。動(dòng)切力與活性劑類型及泡沫濕度有關(guān)，清洗能力與攜砂能力有關(guān),且取決于環(huán)空流速。（3）泡沫的濾失性能泡抹濾失性能的因素有:A滲透率:當(dāng)巖樣滲透率增加兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí),濾失系數(shù)增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。B粘度:液相粘度增加,濾失系數(shù)明顯下降。C泡沫中的增稠劑有造壁性,對(duì)濾失性有一定影響,尤其是泡沫質(zhì)量及壓差等一些參數(shù)發(fā)生變化時(shí),影響更明顯。D溫度:溫度增加,濾失性緩慢增加。（4）泡沫的腐蝕性泡沫有較強(qiáng)的腐蝕性,應(yīng)盡可能使用不銹鋼部件或有內(nèi)涂層；停鉆后用清水清洗工具、設(shè)備，加入防腐劑,提高pH值至9-12范圍,也可防腐。（5）發(fā)泡劑的毒性發(fā)泡劑的毒性與表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)和濃度有關(guān)。陽離子毒性最大,陰離子次之,非離子最小。（6）泡沫的穩(wěn)定性泡沫的穩(wěn)定性,是指其持久性。它取決于兩點(diǎn):一是液膜能否保持一定的強(qiáng)度、較緩慢的排液速度和對(duì)外界各種影響而保持不變的能力；二是氣體透過液膜的性質(zhì)。4、泡沫鉆井液的流變性及其影晌（1）泡沫鉆井液的流變性泡沫質(zhì)量在0.55~0.96范圍內(nèi),賓漢塑性模式、冪律假塑性模式和屈服值冪律模式都可以用于泡沫的流變性

（2）影響因素a剪切速率:在低剪切速率下,泡沫具有冪律假塑性流體特性；在高剪切速率下，有賓漢流體特性。b泡沫質(zhì)量:泡沫質(zhì)量一定時(shí),有效粘度隨剪切速率的增加而增加。當(dāng)井低泡沫質(zhì)量不低于0.55時(shí),低密度、高粘度和攜帶能力強(qiáng)的所有泡沫和洗井作業(yè)都能在層流狀態(tài)下進(jìn)行。

C溫度與壓力:泡沫的表現(xiàn)粘度不穩(wěn)地隨溫度的升高而下降,但到某一極限時(shí)，變化很小了；泡沫的高溫穩(wěn)定性取決于表面活性劑的類型和濃度,不受膠凝濃度的影響，在低剪切速率下,增加壓力會(huì)顯著增加泡沫流體的表現(xiàn)粘度；在高剪切速率下,這種作用明顯變小。5、泡沫流體裝置泡沫鉆井裝直

泡沫鉆井裝置共有六大部件組成,即

PC-160型泡沫車、數(shù)據(jù)采集車、配液供液系統(tǒng)、井口裝置和地面連接管線。

十、充氣鉆井液

充氣鉆井液是以氣體為分散相,液體為連續(xù)相,并加人穩(wěn)定劑使之成為氣液混合且穩(wěn)定的體系,用來進(jìn)行鉆井作業(yè)。

1、充氣鉆井渡的作用及使用范圍 (1)適用于低壓油氣藏、低壓易漏地層的鉆探和開發(fā)。

(2)有利于對(duì)低壓油氣藏、低壓易漏層油氣的保護(hù)。

(3)能有效地降低鉆井液液柱壓力,實(shí)現(xiàn)平衡鉆井。

(4)有很好的流變性能和攜砂能力。

(5)井徑規(guī)則,機(jī)械鉆速高。

2、充氣鉆井液的組成充氣鉆井液主要是由清水、增粘劑、降濾失劑、封堵劑和粘土穩(wěn)定劑組成。三、充氣鉆井液的性能

(1)密度范圍在0.6~1.0,其抗溫能力可達(dá)到所鉆井深的溫度。

(2)充氣鉆井液基液要有較好的質(zhì)量、較低的切力、易充氣脫氣、氣泡均勻穩(wěn)定，不分散等特性,且基液能反復(fù)泵送。(3)具有良好的攜砂能力和流變參數(shù),合適的n值,且施工要順利,電測要一次成(4)當(dāng)溫度升高時(shí),相同氣液比的充氣鉆井液的塑性粘度下降、動(dòng)切力增加。氣液比增加時(shí),塑性粘度與動(dòng)切力升高。

4、充氣鉆井液的設(shè)備混合器：用于氣體與鉆井液混合。 (2)攜砂液混合器:在先期防砂井,且密度小于

1.0的井中使用。(3)計(jì)量儀表:控制與計(jì)量液量和氣量。(4)地面管匯:連接與控制液體與氣體的流量。5充氣鉆井液的應(yīng)用

充氣鉆井液因?yàn)榫哂忻芏鹊?、粘度高、體積大、隔熱性好、攜砂清攪能力強(qiáng)等特點(diǎn),在石油鉆探開發(fā)等方面有較廣泛的應(yīng)用。在20世紀(jì)80年代以氮?dú)馀渲频臍怏w鉆井液應(yīng)用于壓裂酸化等增產(chǎn)措施中,近年來以二氧化碳(C02)氣配制的氣體鉆井液在壓裂方面發(fā)揮了很好的作用。

十一、油基鉆井液

油基鉆井液是指以油作為連續(xù)相的鉆井液。在長期實(shí)踐、發(fā)展、完善過程中，總結(jié)出來常用的以柴油為連續(xù)相的兩種油基鉆井液即全油基鉆井液和油包水乳化鉆井液，在全油基鉆井液鉆井液中,水是無用的組分,其含水量不應(yīng)超過7%；而在油包水乳化鉆井液中,水作為必要的組分均勻地分散在柴油中,其含水量一般為10%~60%。第-節(jié)全油基鉆井液全油基鉆井液是以柴油為分散介質(zhì),以氧化瀝青作為分散相配制而成的特種鉆井液，其中，水和粘土是無用組分,故不含(或含量很少)水和粘土。一、全油基鉆井液的特點(diǎn)及注意事項(xiàng)全油基鉆井液的特點(diǎn)(1)全油基鉆井液一般不受可溶性鹽類(如NaC1、NaS04等)和高價(jià)陽離子的影響和污染。(2)密度調(diào)節(jié)范圍廣,可采用密度低于1.O的鉆井液鉆進(jìn)低壓油氣層,而水基鉆井液就辦不到。(3)可保持井壁穩(wěn)定、井徑規(guī)則,井下復(fù)雜情況出現(xiàn)的幾率少。(4)具有低凝固點(diǎn),高溫下不稠化、不聚結(jié),有良好的熱穩(wěn)定性。(5)潤滑性能良好,能夠潤滑鉆頭、鉆具,延長鉆頭、鉆具的使用壽命,并可改善鉆井液質(zhì)量、增加濾餅潤滑性、降低濾餅粘附系數(shù)、防止粘附卡鉆。(6)尤其突出的是不損害油氣層,并且在鉆進(jìn)過程中能夠獲得比較真實(shí)的地下地質(zhì)資料。全油基鉆井液的不足(1)使用全油基鉆井液,對(duì)于觀察油氣顯示比較困難,不如水基鉆井液那樣顯而易見。(2)全油基鉆井液配制工藝嚴(yán)格、復(fù)雜,維護(hù)、處理艱苦、麻煩。(3)全油基鉆井液成本高,勞動(dòng)條件較差。配制與處理過程中應(yīng)注意的問題(1)全油基鉆井液與水基鉆井液不同,在配制和使用過程中要嚴(yán)防著火,循環(huán)循環(huán)系統(tǒng)和鉆臺(tái)周圍必須嚴(yán)禁煙火,并應(yīng)配備配套的消防工具。(2)要防止全油基鉆井液受水侵,所以鉆井液槽、鉆井液池、儲(chǔ)備池罐最好用鐵制且加蓋。(3)鉆井泵活塞和闊上的膠皮配件最好是耐油橡膠做成,否則會(huì)很快被油腐蝕變形而報(bào)廢。(4)要求所用振動(dòng)篩的篩網(wǎng)面積要比一般使用的大一些,循環(huán)過程中應(yīng)經(jīng)常地用鋼絲刷刷洗。(5)切忌不能用除砂器等其他固相控制設(shè)備。2、全油基鉆井液的用途(1)用于鉆進(jìn)油層全油基鉆井液用于鉆進(jìn)油層,尤其是低壓油、氣層更為有利。因其分散相是油，與油層中油、氣親油的毛細(xì)通道是同類型的,因此避免了水基鉆井液帶來的所有損害,有利于產(chǎn)油和試油。(2)用于油層或重要地層取心

(3)用于鉆進(jìn)復(fù)雜地層泥頁巖及各種含鹽類的地層,在水基鉆井液中容易水化膨脹分散和溶解,以致造成井塌、大肚子井眼、井壁不穩(wěn)定及某些井下事故。若使用全油基鉆井液鉆進(jìn),泥頁巖及含各種鹽類的地層在油相中呈不水化分散、不溶解的惰性狀態(tài)存在,避免或減少了使用水基鉆井液時(shí)的不利因素。(4)用于超深井全油基鉆井液熱穩(wěn)定性好,抗溫能力很強(qiáng),因此可用于深井或超深井中。（280度）(5)用于定向井和水平井全油基鉆井液潤滑性好,能形成潤滑性能好、質(zhì)量高的濾餅,大幅度減少摩擦阻力,因此，可用于大斜度的定向井、水平井中。3、全油基鉆井液的組成

(1)連續(xù)相全油基鉆井液的連續(xù)相是柴油,如同水基鉆井液的連續(xù)相是水一樣。柴油中的主要成分是芳香烴和石蠟烴,瀝青質(zhì)易溶解于芳香烴難溶于石蠟烴。因此,選擇芳香和石蠟在柴油中的含量，就可以控制瀝青在柴油中的分散性。油基鉆井液使用的柴油,其芳香烴含量一般為5%-10%，最大不能超過20%,其石蠟烴含量在40%左右為好。柴油可以作為油基鉆井液的密度、粘度和切力等性能的控制劑。(2)分散相全油基鉆井液的分散相是有機(jī)土、氧化瀝青等,統(tǒng)稱為親油膠體。在早期使用的全油基鉆井液中，使用氧化瀝青較普遍,它可將油基鉆井液的API濾失量降低為零,高溫高壓濾失量也在5以下。它的最大缺點(diǎn)是對(duì)提高鉆速不利,因此在目前常用的油基鉆井液配方中，已對(duì)其限制使用。目前使用最普遍的是有機(jī)土。有機(jī)土可以使油基鉆井液的性能像水基鉆井液那樣很方便的調(diào)整。有機(jī)土是由親水的膨潤土與季銨鹽類陰離子表面活性劑發(fā)生相互作用后制成的親油粘土。所選擇的季銨鹽必須有很強(qiáng)的潤濕反轉(zhuǎn)作用。目前常用的有十二烷基三甲基溴化銨等。有機(jī)土很容易分散在油中,起提粘和懸浮重晶石的作用。(3)穩(wěn)定劑(皂化劑)常用的穩(wěn)定劑為硬脂酸鈉皂,是由工業(yè)硬脂酸與NaOH配制而得。它可增加鉆井液的粘度和切力,有利于懸浮重晶石。也可用其他表面活性劑作為穩(wěn)定劑。(4)熱穩(wěn)定劑全油基鉆井液中所用的熟石灰[Ca(OH)2]一般作為熱穩(wěn)定劑。隨著溫度的上升,分子熱運(yùn)動(dòng)加劇,可使油基鉆井液穩(wěn)定劑硬脂酸鈉皂的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)沿薄弱環(huán)節(jié)斷裂逐漸破碎成為單一的皂分子,從而使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)破壞,油基鉆井液的穩(wěn)定性也顯著變差。若加入適量熟石灰，使部分穩(wěn)定劑由鈉皂變?yōu)殁}皂,則可提高油基鉆井液網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,從而增加油基鉆井液的穩(wěn)定性。生石灰、食鹽也可作為防水劑。由于它們加入油基鉆井液后可使水乳化，并使鉆井液的水相具有一定的礦化度，減少了水相在油基鉆井液中的危害。(5)加重劑使用童晶石粉或石灰石(CaC03)粉作為油基鉆井液的加重劑。

4、全油基鉆井液的配制工藝

(1)配制柴油有機(jī)土漿將有機(jī)土加入到80~90℃的柴油中,在攪拌器內(nèi)攪拌1.5~2h,使有機(jī)土完全分散，制成柴油有機(jī)土漿。（2）皂化在配制好的柴油有機(jī)土漿中,于溫度70~80℃的條件下加入硬脂酸和燒堿水，攪拌2h使其充分皂化,使油液形成一定結(jié)構(gòu)。皂化后油液具有一定的切力。（3）消化加人生石灰或食鹽,束縛進(jìn)入柴油有機(jī)土漿中的水相,提高油基鉆井液的穩(wěn)定性，使配成的的油基鉆井液濾失量小于1mL。(4)加重加入重晶石粉,充分?jǐn)嚢?.5~2h,使油基鉆井液的密度達(dá)到鉆井要求。(5)注意的問題配制過程中,所有處理劑必須按加量比例嚴(yán)格稱量。加生石灰和燒堿水時(shí)，溫度必須控制在75℃以下,否則消化時(shí)易發(fā)生外溢。5、全油基鉆井液穩(wěn)定性的判斷油基鉆井液與水基鉆井液不同,穩(wěn)定性問題是油基鉆井液的重要問題。其穩(wěn)定性的好壞，大致可由下列標(biāo)準(zhǔn)判斷:(1)初切力必須大于零或某一數(shù)值,切力允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng),但不能有持續(xù)降低的趨勢。(2)由于鉆進(jìn)過程中鉆屑和粘士的侵入,鉆井液密度會(huì)升高,若使用固相控制設(shè)備（不能使用除砂器、除泥器、離心分離機(jī)等）予以不斷清除,則密度應(yīng)比較穩(wěn)定,不會(huì)有大幅度變化，若密度下降,說明油基鉆井液的穩(wěn)定性不好。油基鉆井液的穩(wěn)定性通常采用相當(dāng)于井底溫度條件下靜止24h,容器上、下密度的差值不得超過0.05的方法來檢驗(yàn)。(3)油基鉆井液的濾失量一般為零,最大不超過1mL。若超過lmL，說明油基鉆井液的穩(wěn)定性不好。(4)油基鉆井液的含水量通常在1%~3%范圍內(nèi),最大不能超過7%。第二節(jié)油包水就乳化鉆井液

由于油包水乳化鉆井液又稱為反相乳化鉆井液或逆乳化鉆井液,它是以油作為連續(xù)相（外相）以水分散成穩(wěn)定的不連續(xù)的細(xì)小水滴作為不連續(xù)相(又稱分散相或內(nèi)相),并添如適量的添加劑（如乳化劑、潤濕劑、親油膠體和加重劑等）,形成一個(gè)穩(wěn)定的乳狀液體系,這個(gè)體系稱油包水乳化鉆井液。乳化鉆井液體系有兩類:水分散在油中稱油包水乳化鉆井液,寫作水/油,代號(hào)W/O；油分散在水中稱為水包油乳化鉆井液(如混袖鉆井液),也叫正乳化鉆井液,寫作油/水,代號(hào)O/W自包水。1、油包水乳化鉆井液的特點(diǎn)油包水乳化鉆井液具有全油基鉆井液的一切特性,故其特點(diǎn)也基本相同。(1)

由于連續(xù)相是油,對(duì)泥頁巖不水化膨脹,所以可應(yīng)用于任何易出問題的泥頁巖中鉆進(jìn)，包括水化性能極強(qiáng)和水化性能差但容易破碎、垮塌的頁巖中鉆進(jìn)。(2)由于潤滑性能很好,所以應(yīng)用于經(jīng)常發(fā)生壓差卡鉆的地層中鉆進(jìn)。(3)由于潤滑性能很好,故經(jīng)常用于鉆進(jìn)大斜度定向井和水平井。

(4)在各種污染物質(zhì)使得水基鉆井液難以對(duì)付的地層中鉆進(jìn)。這是由于油包水乳化鉆井液的連續(xù)相是油,不受碳酸鹽、硫化氫、硬石膏、食鹽或水泥的影響,具有很強(qiáng)的抗污染能力和容納鉆屑的能力。（判斷題，鉆進(jìn)巖鹽、鹽膏層不能使用油包水乳化鉆井液）錯(cuò)(5)由于抗溫性能很好,可達(dá)200℃以上,所以應(yīng)用于在井底溫度過高致使水基鉆井液難以對(duì)付的地層中鉆進(jìn)。(6)因?yàn)榕c其他類型的鉆井液相比,油包水乳化鉆井液對(duì)儲(chǔ)油層損害是相當(dāng)小的,所以應(yīng)用于鉆進(jìn)敏感的生產(chǎn)層,(水敏性)并且對(duì)低壓油氣層的保護(hù)更為有利。(7)與全油基鉆井液相比,不僅安全,而且成本低?？梢钥刂朴鸵旱幕钚?能更有效地防止泥頁巖坍塌。2、油包水乳化鉆井液的組成(1)油相油相是油包水乳化鉆井液的連續(xù)相(外相),也稱基油。目前使用的基油為柴油(非冰凍期，常用0號(hào)柴油)和各種低毒礦物油。柴油用做基油時(shí)應(yīng)具備以下條件:(a)為確保安全,其閃點(diǎn)和燃點(diǎn)應(yīng)分別在82℃和93℃以上。(b)由于柴油中所含的芳香烴對(duì)鉆井設(shè)備的橡膠部件有較強(qiáng)的腐蝕作用,因此芳香烴含量不宜過高,通常要求其苯胺點(diǎn)在60℃以上。苯胺點(diǎn)是指等體積的油和苯胺相互溶解時(shí)的最低溫度。苯胺點(diǎn)越高,表明烷烴含量越高,芳香烴含量越低。(c)為了使乳狀液的密度不至于降得太低,并降低鉆井成本,應(yīng)盡量減少油相體積和增加水相體積,油相體積分?jǐn)?shù)一般不超過70%。用油量越少,用水量越多,說明配制乳狀液的技術(shù)水平越高,乳化劑的乳化作用越強(qiáng)。2)水相水相是油包水乳化鉆井掖的分散相(內(nèi)相),它可以是淡水、海水、鹽水或飽和鹽水。但通常使用一定量CaCl或NaCI的鹽水,其主要目的是:(a)有利于乳化,以提高乳狀液的穩(wěn)定性。(b)有利于控制水相的活度,以防止或減弱泥頁巖地層的水化膨脹,保持井壁穩(wěn)定。(c)有利于提高油包水乳化鉆井液的抗無機(jī)鹽類污染的能力。(d)增加密度,因?yàn)橐欢ǖV化度的水比淡水密度要大。(3)乳化劑正確地選擇和使用乳化劑,是形成穩(wěn)定的油包水乳化鉆井液的關(guān)鍵。乳化劑一般均采用表面活性劑,其作用機(jī)理一般認(rèn)為有三個(gè)方面:一是在油水界面上形成有一定強(qiáng)度的吸附膜；二是降低油水界面張力；三是增加外相粘度。上述三方面均可阻止分散相液滴聚集變大，從而使乳狀液保持穩(wěn)定。其中以吸附膜的強(qiáng)度最為重要,被認(rèn)為是乳狀液能否保持穩(wěn)定的決定性因素。根據(jù)作用機(jī)理,在選擇起乳化作用的表面活性劑時(shí),要求其分子結(jié)構(gòu)滿足以下要求(a)活性劑中非極性基的碳鏈要有一定的長度,一般碳原子數(shù)為10-20個(gè)。(b)碳鏈?zhǔn)钦龢?gòu)的。(c)不同類型的乳狀液要求用不同類型的活性劑。當(dāng)乳化劑是親油性的表面活性劑時(shí),HLB值(親水親油平衡值)應(yīng)小于7,(,HLB值3.5-6)則形成油包水型乳狀液；當(dāng)乳化劑是親水性的表面活性劑時(shí),HLB值值應(yīng)大于7,則形成水包油型乳狀液。在油包水乳化鉆井液中,常用的乳化劑有:高級(jí)脂肪酸的二價(jià)金屬皂，如硬脂酸鈣,烷基苯磺酸鈣,司盤-80等。有些親油性固體粉末也可作乳化劑,如有機(jī)膨潤土、石墨等,但形成的乳狀液穩(wěn)定性較差。(4)潤濕劑

潤濕劑主要是對(duì)鉆井液中的重晶石和鉆屑顆粒起潤濕作用,即由親水固體顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油固體顆粒,以保證重晶石懸浮在鉆井液中和保證鉆屑攜帶到地面上來。一般要求油包水乳化鉆井液中潤濕劑的HLB值在7-9范圍內(nèi)。目前常用的潤濕劑有季胺鹽、卵磷脂和石油磺酸鹽等。（5）親油膠體或油中可分散膠體親油膠體是油包水乳化鉆井液的添加劑。正是由于這種親油膠體的出現(xiàn)。使油包水乳化鉆井液如同水基鉆井液一樣,可自如地、準(zhǔn)確地調(diào)整其性能。親油膠體通常有氧化瀝青、膨潤土、親油褐煤及皂類等,它們可作為增稠劑及降濾失劑。有機(jī)膨潤土的增稠效果最好，皂類次之,氧化瀝青更次之。（6）加重劑鉆井液需要加重時(shí),通常使用加重劑,如重晶石、石灰石等。但在加重過程中必須使用潤濕劑和乳化劑,將重晶石顆粒及時(shí)由親水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油,從而提高分散和懸浮效果3、油包水乳化鉆井液的配制工藝配方優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原則(1)要有很強(qiáng)的針對(duì)性。例如,用于鉆高溫深井時(shí),油水比例必須較高，并選用耐高溫的乳化劑和潤濕劑；用于鉆進(jìn)泥頁巖嚴(yán)重井塌地層時(shí),應(yīng)選用活度平衡的配方，而對(duì)環(huán)保要求嚴(yán)格的地區(qū)和海上,則必須選用以無毒礦物油作為油相的鉆井液配方。(2)應(yīng)能滿足地質(zhì)、鉆井工程和保護(hù)油氣層對(duì)鉆井液各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求。例如，隨著高溫條件下的粘度、切力降低,在配方中必須有足量的抗溫性能強(qiáng)的親油膠體,以保證鉆井液有較強(qiáng)的攜帶鉆屑能力；為提高鉆速,可使用不含瀝青類產(chǎn)品的低膠質(zhì)鉆井液配方,使濾失量適當(dāng)放寬，而在鉆遇油氣層時(shí),則應(yīng)嚴(yán)格控制濾失量,并且不宜使用親油性很強(qiáng)的表面活性劑。(3)原料來源比較容易,且成本較低。推薦的配方及配制程序(1)非離子型體系。(2)陽離子型體系。使用中應(yīng)注意的問題所有油品要嚴(yán)格按規(guī)定的性能進(jìn)行檢查,實(shí)際使用的閃點(diǎn)要求在100~110℃以上,苯胺閃點(diǎn)在70℃以上。按地層的實(shí)際情況,確定油包水乳化鉆井液的水相活度。配制工藝一定要參照室內(nèi)實(shí)驗(yàn)情況,制定出細(xì)致的施工設(shè)計(jì)方案。對(duì)油水比例,對(duì)乳化劑、潤濕劑、高溫穩(wěn)定劑、可分散肢體等添加物質(zhì)的加入量,對(duì)加人程序、加溫幅度等,都要有明確的規(guī)定。對(duì)鹽水的加入方法也要有明確的規(guī)定。

4、油包水乳化鉆井液的性能要求(1)流變性油包水乳化鉆井液是水和親油性固體顆粒分散在油相中形成的多相分散體系,影響其流變性能的因素及影響程度與水基鉆井液有較大區(qū)別。主要表現(xiàn)在:一是除親油膠體能夠增粘外，乳狀液中的油水比例對(duì)粘度、切力也有較大影響；二是在一定溫度下若壓力增加,其表觀粘度也明顯增大；三是體系的乳化穩(wěn)定性對(duì)流變參數(shù)也有直接影響。（2）密度通常使用的加重劑是重晶石和碳酸鈣。重晶石能將油包水乳化鉆井液的密度提高到2.64,而碳酸鈣只能提至1.68。不使用加重材料,而采取調(diào)整油水比例和改變水相密度的方法也能在一定程度上控制乳狀液的密度。無機(jī)鹽是用來增加水相密度的主要物質(zhì)，最常用的鹽為CaCl和NaCl。（3）堿度

pH值一般保持在8.5~10.5范圍內(nèi)。原因一是油包水乳化鉆井被中的乳化劑在pH=8.5-10.5時(shí)效果最好,石灰是控制pH值的無機(jī)處理劑。原因二是油包水乳化鉆井液易受H2S、C02的污染,這兩種氣體都是弱酸性的低pH值氣體,它可改變?nèi)榛瘎┑娜芙舛?，并可改變體系的pH值,使乳狀被流動(dòng)性變差,濾失量增加。原因三是石灰同其他電解質(zhì)一樣,可作為離子化合物使用。（4）濾失量濾失量低,濾液主要是油而不是水,這是油包水乳化鉆井液在性能方面的一個(gè)重要特點(diǎn)，也是油包水乳化鉆井液適于鉆強(qiáng)水敏性易坍塌復(fù)雜地層以及能夠有效地保護(hù)油氣層的主要原因。通常情況下,只要具有良好的乳化穩(wěn)定性,其API濾失量可調(diào)整至接近于0，HPHP濾失量也不超過10。若濾失量不斷增加,就需要加處理劑進(jìn)行處理；若濾液含水,則應(yīng)立即加乳化劑進(jìn)行處理。（5）乳狀液的電穩(wěn)定性油包水乳化鉆井液的核心問題是必須確保乳狀液的穩(wěn)定性。目前,衡量乳狀液穩(wěn)定性的定量指標(biāo)是破乳電壓,測量乳狀液破乳電壓的實(shí)驗(yàn)稱為電穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。在油包水乳化鉆井液中,油作為連續(xù)相是不導(dǎo)電的。因此,將電極插入并施以較低電壓時(shí),不會(huì)產(chǎn)生電流，但加大電壓直至乳狀液破乳時(shí),電流計(jì)便會(huì)指示有電流產(chǎn)生。使乳狀液破乳所需的最低電壓稱為破乳電壓。雖然破乳電壓越高,鉆井液越穩(wěn)定。通常要求油包水乳化鉆井液的破乳電壓不得低于400V。實(shí)際上,許多性能良好的乳化鉆井液,其破乳電壓都在2000V以上，油包水乳化鉆井液一旦出現(xiàn)穩(wěn)定性變差,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充乳化劑和潤濕劑,并注意調(diào)整好油水比例。使原有的乳化穩(wěn)定性盡快恢復(fù)。（6）團(tuán)相含量油包水乳化鉆井液對(duì)固相含量的要求與水基鉆井液相似,無用固相應(yīng)盡可能地清除。

第十二、深井水基鉆井液

按國際上鉆井行業(yè)比較一致的劃分標(biāo)準(zhǔn),井深在4570m以上的井稱為深井,井深在6100m以上的稱為超深井。顯然,井越深,技術(shù)難度越大。因此,國際上通常將鉆探深度及深井鉆速作為衡量鉆井技術(shù)水平的重要標(biāo)志。鉆井實(shí)踐表明,鉆井液的質(zhì)量和性能對(duì)于確保深井和超深井的安全快速鉆進(jìn)起著十分關(guān)鍵的作用。常用的深井鉆井液有水基鉆井液和油基鉆井液兩大類（一）、深井的特殊作業(yè)條件水基鉆井液。1、高溫井溫隨著井的深度增加而升高。按一般地溫梯度計(jì)算,5000m深井井底溫度為150~180℃；7000-8000m深的井,井底溫度為230-265℃；15000m深井井底溫度可達(dá)450-480℃,井越深,地層年代越老,越可能出現(xiàn)溫度異常。故實(shí)際情況一般只會(huì)高于上述井溫。2、高壓深部地層常出現(xiàn)壓力非常高的油氣層、鹽水層,常需密度為2.0以上的鉆井液,對(duì)維護(hù)鉆井液性能增添了困難。3、地層復(fù)雜井越深,鉆遇地層就越復(fù)雜,且深井經(jīng)常在大段裸眼中鉆進(jìn),造成井壁穩(wěn)定的困難。4、化學(xué)污染嚴(yán)重鉆深井，常遇到大段石膏層、巖鹽層、鹽水層、芒硝層等無機(jī)鹽類的地層,造成鉆井液污染嚴(yán)重，性能變壞。5、鉆井工藝復(fù)雜井越深,井身剖面、鉆具程序、套管程序越復(fù)雜,且深部井眼直徑小、泵壓高、排量小,攜砂難度大。

（二）、深井水基鉆井液應(yīng)具備的特點(diǎn)

1、具有抗高溫的能力。這就要求在進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí),必須優(yōu)選出各種能夠抗高溫的處理劑,例如，褐煤類產(chǎn)品(抗溫240℃)就比木質(zhì)素類產(chǎn)品(抗溫170℃)有更高的抗溫能力。2、在高溫條件下對(duì)粘土的水化分散具有較強(qiáng)的抑制能力。在有機(jī)聚合物處理劑中,陽離子聚合物就比帶有羧鈉基的陰離子聚合物具有更強(qiáng)的抑制性。3具有良好的高溫流變性。在高溫下能否保證鉆井液具有很好的流變性和攜帶、懸浮巖屑的能力至關(guān)重要。對(duì)于深井加重鉆井液,尤其應(yīng)加強(qiáng)固控,并控制膨潤土含量以避免高溫增稠，當(dāng)鉆井液密度在2.O以上時(shí),膨潤土含量更應(yīng)嚴(yán)格控制。必要時(shí)可通過加入生物聚合物等改進(jìn)流型,提高攜屑能力；加入抗高溫的稀釋劑控制靜切力。4、具有良好的潤滑性。當(dāng)固相含量很高時(shí),防止卡鉆尤為重要。此時(shí)可通過加人抗高溫的液體或固體潤滑劑、混油等措施來降低摩擦阻力。（三）、高溫對(duì)鉆井液中粘土的影響

深井的特殊作業(yè)條件中,以溫度的影響最大,所以深井水基鉆井液需要解決的主要問題是抗高溫。高溫對(duì)鉆井液中粘土的影響1.高溫分散作用鉆井液中的粘土顆粒在高溫作用下,分散度增加、顆粒濃度增多、比面積增大的現(xiàn)象稱為高溫分散。產(chǎn)生高溫分散的原因主要是由于高溫使粘土礦物片狀微粒的熱運(yùn)動(dòng)加劇，一方面增強(qiáng)了水分子滲入粘土晶層內(nèi)部的能力,另一方面使粘土表面的陽離子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，導(dǎo)致擴(kuò)散雙電層增厚,電動(dòng)電位提高,更有利于分散。影響高溫分散的因素主要有:一是粘土的種類。在常溫下越容易水化的粘土，高溫分散作用也越強(qiáng)。二是溫度及作用時(shí)間。顯然，溫度越高,作用時(shí)間越長,高溫分散作用也就越顯著。三是pH值。由于OH-的存在有利于粘士的水化,因此,pH值升高,高溫分散作用增強(qiáng)四是一些高價(jià)無機(jī)陽離子,如鈣、鎂、鋁、鐵等的存在,不利于粘土水化,因而它們對(duì)粘土的高溫分散具有抑制作用。高溫分散作用對(duì)鉆井液性能的影響有兩個(gè)方面:一方面是高溫增稠,即鉆井液在高溫條件下粘度、切力和動(dòng)切力上升,這是高溫分散的必然結(jié)果,與粘土的數(shù)量有關(guān)。另一方面，是高溫膠凝,即當(dāng)粘土含量達(dá)到一定數(shù)值時(shí),高溫分散造成鉆井液中粘土顆粒濃度很大,在高溫作用下彼此粘結(jié),形成布滿整個(gè)容積的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),喪失了流動(dòng)性,此現(xiàn)象稱為高溫膠凝。2.高溫表面鈍化作用鉆井液中的粘土顆拉經(jīng)受高溫作用后,表面活性顯著降低的現(xiàn)象稱為高溫表面鈍化。溫表面鈍化現(xiàn)象可引起鉆井液性能的高溫減稠和高溫固化。（四）、高溫對(duì)鉆井液處理劑的影響1.高溫降解有機(jī)高分子化合物受高溫作用而裂解的現(xiàn)象稱為高溫降解。對(duì)于鉆井液處理溫降解應(yīng)包括高溫使高分子主鏈斷裂和使親水基團(tuán)與主鏈斷裂兩個(gè)方面。前者大大降低處理劑的相對(duì)分子質(zhì)量,甚至失去高分子化合物的特性。后者會(huì)使高分子處理劑的親水性降低。二者都使處理劑抗污染能力和效能顯著降低,甚至完全失效。影響處理劑高溫降解的主要因素:一是處理劑的分子結(jié)構(gòu)。凡是含有在溶液中易被氧化和水解的鍵的處理劑分子都容易發(fā)生高溫降解,如含有醚鍵。二是pH值、剪切作用等，高的pH值往往會(huì)促進(jìn)降解的發(fā)生,強(qiáng)烈的剪切作用也會(huì)加劇分子鏈的斷裂。三是溫度和作用的時(shí)間，溫度越高,高溫下作用時(shí)間越長,越易發(fā)生降解。高溫降解必然降低甚至破壞處理劑的效能,以致影響鉆井液性能。一是鉆井液濾失量增大,泥餅增厚,pH值下降。二是若稀釋劑高溫降解后,易出現(xiàn)高溫增稠,甚至膠凝或固化，粘度劇烈上升；當(dāng)增稠劑高溫降解后,而粘土含量又不高時(shí),易出現(xiàn)高溫減稠,粘度下降。2.高溫交聯(lián)

在高溫作用下,處理劑分子中存在的各種不飽和鍵和活性基團(tuán)會(huì)促使分子之間發(fā)生各種反應(yīng),彼此相互連接,從而使相對(duì)分子質(zhì)量增大,這種現(xiàn)象稱為高溫交聯(lián)。由于反應(yīng)的結(jié)果使相對(duì)分子質(zhì)量增大,因此可將其看作是與高溫降解相反的一種作用。例如,鐵鉻鹽、腐植酸及衍生物、栲膠類和合成樹脂類等處理劑的分子中含有大量的可供發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的宮能團(tuán)和活性基團(tuán)，這樣便為分子