钻井液课程报告

中国地质大学本科生课程报告

课程名称钻井液工艺学

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目录

1.国外抗高温水基钻井液 (4)

1.1SIV钻井液体系 (5)

1.2 海泡石钻井液 (5)

1.3 皂石-海泡石聚合物钻井液体系 (5)

1.4低胶体钻井液体系 (6)

1.5高固相抗絮凝聚合物钻井液体系 (6)

1.6分散性褐煤-聚合物钻井液 (6)

2.国内的研究现状 (7)

2.1 磺化钻井液 (8)

2.2 聚磺钻井液 (8)

2.3 有机硅氟聚合物抗高温钻井液体系 (9)

2.4 抗高温高密度海泡石钻井液体系 (9)

2.5 耐温耐盐共聚物钻井液 (9)

3.课程感悟 (9)

抗高温水基钻井液简介

随着石油工业的发展和全球对石油需求的增加，油气勘探的深度在不断增加，深井、超深井的钻探规模也在越来越大。在钻井的过程中，由于低温梯度和压力梯度的存在，井眼越深，钻井的技术难度越大，对于钻进液的要求也就越高。

在高温条件下，钻井液处理剂会发生降解、交联、发酵、失效等变化，从而使钻井液性能发生剧变，并且不易调整和控制，严重时将导致钻井作业无法正常进行；为了平衡高的地层压力，钻井液必须具有很高的密度。这种情况下，发生压差卡钻及井漏、井喷等井下复杂情况的可能性会大大增加，要保持钻井液良好的流变性和较低的滤失量亦会更加困难。鉴于环保、安全以及荧光和成本问题，目前用于深井钻探的钻井液倾向于采用水基钻井液体系。本文通过阅读相关文献材料，结合上课所讲内容，简单介绍几种国内外抗高温水基钻井液：

1.国外抗高温水基钻井液

国外深井、超深井钻井起步较早，上个世纪60 年代，研究成功了抗盐、抗钙和抗150℃～170℃的铁铬盐降粘剂；70 年代，研究成功了磺化褐煤、磺化丹宁、磺化酚醛树脂以及它们与磺化褐煤的缩合、复合物，这类处理剂的抗温能力大部分在180℃～200℃之间；同时，也研制出改善高温流变性的低分子量聚丙烯酸盐和降高温高压滤失量的中分子量聚丙烯酸盐。由于褐煤类产品高温氧化降解，钻井液被盐和钙污染后增稠，降滤失效果下降；聚丙烯酸盐类不含铬，热稳定性好，但抗二价阳离子能力差；磺化酚醛树脂类必须和磺化褐煤类配合使用效果明显，但抗温和抗盐效果有限。为此国外钻井液工作者在80 年代进行了广泛而深入地研究，研制出了HT-Polymer、Pyro Trol、Kem Seal等。目前

国外成功应用于现场的深井、超深井钻进液有：

1.1SIV钻井液体系

SIV钻井液体系是一种独特的钻井液体系。这种钻井液体系的主要成分SIV 是一种由钠、锂、镁和氧组成的合成多层硅。SIV 是一种白色粉末，其结构类似于天然的膨胀性微晶高岭石粘土，热稳定性高达370℃。其特点是杂质含量低，剪切后粘度恢复快，包被能力强，抗高温能力强；水溶液透明度高，对钻屑和岩心的损害很小。这种钻井液体系在233℃的温度下仍然保持良好的粘度，不发生高温絮凝等问题。

1.2 海泡石钻井液

海泡石是一种富含纤维质和镁的粘土矿物，其结构与坡缕石相似。海泡石的特点是其颗粒为条状，随着温度的升高而转变为薄片状结构的富镁蒙脱石（Stevensite )，使得海泡石比凹凸棒土能更好地控制流变性和滤失量，更适合用于抗高温钻井液中。使用海泡石的钻井液配方是由Carney和Meyer 1975年第一次设计的。海泡石粘土基浆能抗电解质，有较高的热稳定性，高的胶凝强度和优良的抗剪切能力。在高温静止情况下，海泡石基浆能保持可逆的胶体结构，在剪切条件下粘度不降低。另外，海泡石是通过增加基浆的屈服值来增粘的，与基浆的塑性粘度无关。海泡石钻井液抗温能力高，在238℃条件下仍具有较好的性能。

1.3 皂石-海泡石聚合物钻井液体系

皂石-海泡石聚合物钻井液体系主要由皂石、海泡石、高相对分子质量聚合物降滤失剂、低相对分子质量聚合物解絮凝剂等组成。这种钻井液体系可用各种

类型的水（淡水、海水和盐水）配浆，在260℃（500℉）条件下仍具有良好的流变性和较低的滤失量，且具有良好的抗污染（盐、钙、镁、碳酸盐等）能力，并易于测试、维护和处理。

1.4低胶体钻井液体系

低胶体水基钻井液热稳定性达260℃，当温度达204℃，钻井液的稠度不会增加。这种钻井液在高温下与油基钻井液的流变性一样。该钻井液的突出特点就是在配制过程中，膨润土的用量要随井温和钻井液的密度增加而逐渐减小，并且钻井液中主要加入木质素铬、褐煤和树脂、高温滤失控制剂和液体稳定剂、聚合物增粘剂。这种钻井液对固相含量要求严格。

1.5高固相抗絮凝聚合物钻井液体系

这种钻井液体系主要是由一种聚合物增粘剂、一种聚合物解絮凝剂和一种聚合物降滤失剂组成的，用重晶石进行加重，用氢氧化钠来控制钻井液的pH值。这种钻井液体系的密度可高达2.51g/cm3，在温度为177℃（350℉）的条件下能保持良好的流变性。这种钻井液能抗钙、镁和钠等离子的污染，也能抗碳酸盐、水、油和各种气体的污染。而且这种钻井液对钻屑含量限制不大。

1.6分散性褐煤-聚合物钻井液

分散性褐煤-聚合物钻井液体系一直广泛应用于墨西哥湾的钻井中，可用于各种井下条件。其主要组成为：膨润土、烧碱、石灰、聚阴离子纤维素（PAC）、褐煤-聚合物分散剂、褐煤-聚合物降滤失剂、铬褐煤、褐煤-树脂降滤失剂、天然沥青基处理剂、低相对分子质量共聚物解絮凝剂、阴离子型磺化聚合物降滤失剂、氯化钠、重晶石，且每种处理剂性能单一。在密度高达2.088 g/cm3、井底温度

高达212.8 ℃的情况下，钻井液性能稳定，满足钻井和其它工程的要求。并且钻井液具有较强的抗污染能力和抑制能力，对环境无影响。

2.国内的研究现状

国内上个世纪70 年代以罗平亚院士为代表的一批学者研究开发出一系列抗高温处理剂。诸如：磺甲基褐煤（SMC）、磺化酚醛树脂（SMP-1、SMP-2）及酚醛树脂与腐殖酸的缩和物（SPNH）等抗高温降滤失剂，以及磺化丹宁（SMT）、磺化栲胶（SMK）铁格木质素磺酸盐（FCLS）等抗高温降粘剂，从而以此为基础研制出了抗高温深井钻井液体系。目前，这些处理剂仍被广泛地应用于深井钻井中。随后一些学者围绕磺化类处理剂的合成路线和作用机理，通过对天然高分子物质进行改性，相继开发出磺化木质素磺甲基酚醛树脂（SLSP）、褐煤与聚合物接枝的特种树脂SHR、SPX、SCUR、改性G-SPNH、改性SMP、两性离子型磺化酚醛树脂APR和磺化沥青SAS、FT-1等抗高温降滤失剂，磺化木质素类及木质素络合物PFC、MBGM-1、XG-1等降粘剂。

80年代，形成了以PAC-141为代表的丙烯酸多元共聚物降滤失剂，诸如：水解聚丙烯腈钠盐和水解聚丙烯腈钙盐。这类聚合物为线型高分子化合物，其主链及亲水基与主链的连接键均为C-C键，热稳定性好，但在降滤失的同时有增粘和絮凝作用，主要适用于低固相不分散钻井液体系。

进入90年代以后，聚合级AMPS（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）的问世和国产化，使国内学者开始进行钻井液用AMPS共聚物的研究，并取得了一定的成效。其中以中原油田王中华为代表的一些学者先后用AMPS与丙烯酰胺、丙烯酸等单体共聚研制出多种耐温抗盐降滤失剂和降粘剂，其中一些产品已在现场