聚合物钻井液的配制
主要钻井液类型
我国各油田主要钻井液类型一、无固相不分散聚合物钻井液●基本组成：聚丙烯酰胺或多元乙烯基共聚物类絮凝剂、无机盐等●特点：絮凝剂可有效地絮凝钻井过程所产生的岩屑。
●典型配方：（1）水+ 0.1~0.3% PHP + 0.1~0.2% CaCl2或0.5~1% KCl（2）水+ 0.07~0.14% CPAM + 0.1~0.3% TDC-15（低分子量有机阳离子）+ 0.2% CaCl2（3）水+ 0.1~0.3% FA-367 + 0.1~0.2% CaCl2或0.5~1% KCl●适用范围：层理裂隙不发育、正常孔隙压力与弱地应力、中等分散砂岩与泥岩互层；已下技术套管的低压、井壁稳定的储层等。
二、低固相聚合物钻井液●适用范围：用于钻进层理裂隙不发育的易膨胀、强分散或不易膨胀、强分散、软的砂岩与泥岩互层；已下技术套管的低压储层等。
1、阴离子聚合物钻井液●基本组成：多元乙烯基共聚物类、水解聚丙烯腈、部分水解聚丙烯酰胺等●特点：高分子量聚合物包被粘土或钻屑，并提供钻井液所需粘度、切力；中分子量和低分子量聚合物用于控制滤失量并控制粘度、切力。
●典型配方：膨润土浆+ 0.1~0.3% KPAM + 0.4~0.5% NPAN2、阳离子聚合物钻井液●基本组成：高分子量与低分子量阳离子聚合物，以及淀粉等●特点：阳离子聚合物具有极强的稳定页岩的能力，即强吸附、强抑制性；配合使用淀粉类处理剂调整滤失造壁性。
●典型配方：膨润土浆+ 0.4% SP-2（阳离子聚合物）+ 0.4% CSW-1（低分子量有机阳离子）+1% 改性淀粉3、两性离子聚合物钻井液●基本组成：高分子量和低分子量两性离子聚合物，有时配合加入阴离子聚合物●特点：利用聚合物中的阳离子基团增强体系的抑制性，同时大量的阴离子、非离子基团使体系保持稳定。
两性离子聚合物与各种处理剂具有很好的相容性。
●典型配方：膨润土浆+ 0.1~0.3% FA-367 + 0.05~0.2 %XY-27 + 1~3% 磺化沥青类产品三、聚磺钻井液●基本组成：高分子量聚合物（包括阴、阳、两性离子聚合物）、中分子量聚合物降滤失剂、磺化酚醛树脂类产品和沥青类产品等。
第六章钻井液固控和聚合物钻井液.
（2）稀释法
稀释法既可用清水或其它较稀的流体 直接稀释循环系统中的钻井液 。
如果用机械方法清除有害固相仍达 不到要求,可用稀释的方进一步降低固 相含量,有时是在固控设备缺乏或出现 故障的情况下不得不采用这种方法。
优缺点：
优点：操作简便、见效快
缺点：在稀释的同时必须补充足够的处 理剂，如果是
钻 速
10% 固相含量
（2）固相颗粒直径 结论：亚微米颗粒（粒径<1μm）含量越高，
钻速越低。 原因：亚微米（粒径<1μm）颗粒含量越高，
固相分散度越大，η∞越大，钻速越小。
分散钻井液 钻 速
不分散钻井
液
（亚微米颗粒含量 0 、
大）
p
固相含量
说明：在所有影响钻速的因素中，固相是 最主要因素。原因就在于固相不但本身 对钻速有影响，同时还影响ρm 、 η∞ 、 Vsp。
2. 按固相性质分类
(1)活性固相 容易发生水化作用以及与液相中其它组 分发生反应，主要指膨润土。
（2）惰性固相 包括砂岩、石灰岩、长石、重晶石以及 造浆率极低的粘土等。除重晶石外，其 余的惰性固相均被认为是有害固相，即 固控过程中需清除的物质。
3. 按固相粒度分类
根据美国石油学会( API)规定的标 准，可将钻井液中的固相按粒度大小分 为三大类 ：
吸
CON
附
吸 附
H2
膨润土 （负电）
不 吸 附
钻屑（不带电或少 量负电）
吸 附
PHP A：
—（CH2C）H（——CH）2CH—
（ 负电）
COO
CON
Na
H2
3、抑制与防塌作用
环保型多羟基聚合物海水钻井液研制及应用
在 对 处 理剂 进 行 性 能 筛 选 的 基 础上 ，利 用 正交
的综 合 性 能 。考 虑 到性 能 和 材 料 成 本 两个 方 面 的 因
素 ，确 定 多羟基 聚合 物 Ｓ 一 ０ 最佳 加量 为 ２ Ｄ ３２ ％。
１ 聚 合物 包被 剂优 选 ． ２
９ ． ７６
９５． ９
２ Ｄ ３２３ ％Ｓ 一 ０ ＋ ％￣ 酸钠
表 ２ 多 羟 基 聚 合 物 对 钻 井液 性 能 影 响 表
收 稿 日期 ：２ ｌ— ３ ０ ００ ０—５
作者简介 ：
洪 军 （９ ７ ） １５ 一 ， 级 『 帅 ，从 佴
气 苻 竹 Ｉ ＝ Ｅ ｍａ ： ｄ ７ （ｓ ｊ ． — ｉ ｃ ｘ０ｃ ｌ ｚ
水 ＋ ％膨 润 土 ＋ ． Ｄ ２ １ Ａ １ １ ２ Ｊ １ ２ ６ ０２ ％Ｓ 一 ＋ ％Ｐ Ｃ ４ ＋ ％Ｓ一 ＋ ％
Ｓ Ｎ ３ Ｙ Ｆ ３ Ｄ ３ ２ ￣ 重 剂 。该 配 方 以增 黏 Ｐ Ｈ＋ ％Ｌ Ｆ ＋ ％Ｓ 一 ０ ＋ ［ １ 剂 Ｐ Ｃ ４ 和 Ｓ 一 为 主 控制 钻 井 液 黏 度 和 切 力 ，以 Ａ １１ Ｄ ２ 降滤 失 剂 Ｓ 一 、Ｓ ＮＨ和 强力 封 堵 剂 Ｌ Ｆ 控 制钻 井 Ｊ１ Ｐ ＹＦ 液滤 失 量 ，以多 羟 基 聚 合 物 Ｓ 一 ０ 提 供 强 抑 制 性 ， Ｄ ３２
天然气技术 ／ ４３
第４ 卷
彭 洪 军 ，环 保 型 多 羟 基 聚 合 物 海 水 钻 井 液 研 制 及 应 用
第２ 期
防 塌 剂具 有 很 好 的 协 同作 用 ；聚合 物 井 浆 中加 人 多
羟 基 聚 合 物 后 ，黏 度 与 切 力 变 化 较 小 ，滤 失 量 降 低 ，体 积 无 明 显 变 化 。 以上 实 验 结 果说 明 ，多 羟基
常用钻井液配方
气体是连续介质，液体是分散相的分 散体系。在井内水量较多的情况下，原用 的空气循环钻井转变为这种循环体系。 钻井泡沫 分散相是大量气体、连续相是少量液 体构成的分散体系。
它在悬携
岩屑能力等诸多方面比空气钻井优越。 充气钻井液 在钻井液中加入发泡剂、稳泡剂，经 剧烈混合后形成大量微小泡沫高度分散在 钻井液中的低密度钻井液体系。
聚合物起的作用是：
增粘或增稠。聚合物的分子量愈大， 则溶液的粘度愈高。 降滤失。聚合物通过与无机盐的适度 交联可降低溶液的滤失量。 为降滤失常加入中小分子的聚合物，如 CMC，HPAN等。
絮凝作用。聚合物如聚丙烯酰胺等对 混进溶液的岩屑有较好的絮凝作用，使溶 液在使用过程中能维持无固相或尽量低的 固相含量。 防塌作用。聚合物与无机盐一起，通 过多点吸附架桥，化学活度平衡等在孔壁 上成膜而对孔壁起抑制防塌作用。
1、剪切稀释性：
表观粘度随剪切速率增大而降低的特 性。 原因是，环形空间：γ低，η a大，有利于携 带钻屑；钻头水眼： γ 大，η a小，有利于 水力破岩 。
2、清水应用领域： 在稳定性很好且不漏失的岩石中钻进，不用 钻井液而用清水作为钻井液； 在一些漏失严重地层中，当地表水源非常丰 富时，用清水顶漏钻进，这对用其它钻井液来说 是不可能的； 在一些富含粘土的地层中钻井，清水水化井 壁地层而形成自然造浆，若井深不大，钻井期间 不会明显垮孔，则用清水自然造浆是最为经济有 效的措施。
2.配方
3.技术关键
1）使用少量高分子聚合物KPAM(或 PMNK、80A51、SP-2、FA-367等)作为抑 制剂，增强体系的抑制性，抑制泥页岩层 层理裂缝水化分散。 2）使用磺化沥青FT-1填充、封堵、涂 敷层理面及微裂缝，巩固井壁，抑制 泥页 岩水化分散。
四种常规钻井液配方设计
四种常规钻井液配方及特点
1．不分散聚合物钻井液
主要特点：
(1)密度低，压差小，故钻速快；
(2)亚微米颗粒的含量较低，在10%以内，而分散钻井液可达70%以上；
(3)高剪切速率下的粘度较低，故钻速快；
(4)具有较强的携砂能力。
该类钻井液触变性较好，剪切稀释特性较强。
(5)可保持井眼的稳定性。
(6)可保护油气层，减轻损害。
表1 不分散聚合物钻井液配方与性能
2．钾基钻井液
主要特点：
(1)对水敏性泥岩、页岩具有较好的防塌效果；
(2)抑制泥页岩能力较强；
(3)钻井液细颗粒含量比较低，对油层的粘土矿物起稳定作用；
(4)分散型钾基钻井液有较高的固相容度限。
表2 钾基钻井液配方及性能
3．分散钻井液体系
表3 分散型三磺钻井液推荐配方及性能
4．钙处理钻井液
表4 石灰钻井液推荐配方及性能
表5 石膏钻井液配方及性能
根据不同的要求选择不同的钻井液，各有特点。
聚合物型无固相钻井液的实验研究
从水 解 聚丙烯 腈 （ ｖ ｙ） 聚 乙烯 醇 （ Ｖ 、 ｎＡ 、 Ｐ Ａ）
表 １ Ｌ （ 三水平 四 因素 正交 实验表 ，３ ）
注 ： 因素的影响水平指与水的质量百分 比。 各
表 ２ 浆液 Ｌ （ ３ ）正 交试验 安排及 其实验 结果
不散
不散
散开 不散 不散 不 散
酰胺（ 子量 Ｍ ＝ ０ ７０万 ， 分 ３０～ ０ 水解 度 Ｈ＝３ ％左 ０
聚 丙 烯 酰 胺 （ Ａ ） 部 分 水 解 聚 丙 烯 酰 胺 ＰＭ 、 （ 玎Ａ 等含 有 一０ 一Ｃ ｝’ Ｍ） Ｈ、 Ｎ、一 Ｏ Ｈ２ Ｃ Ｎ 、一Ｃ Ｏ Ｏ —
Ｎ 官能 团水 溶性 高分 子 聚 合 物 中优选 钻 井 液 主 ａ
物无 固相钻井液 主剂 与交联剂组 分 ， 试 了钻井 液 测
测定 ， 理 确 定 水 溶 性 高 分 子 聚 合 物 无 固相 钻 合 井液 的配 方 比 例 ， 该 类 钻 井 液 各 项 性 能 指标 使
达到 最佳 。
第 一批正 交 实 验方 案 采 用 Ｌ （ 三 水 平 四 。 ３） 因素正交 实验 表 ， 选 钻井 液 的 主剂 与 交 联剂 的 优
需 要解决 的主要 技术难题之一 Ｊ 。 实践证 明， 选用 固壁性 能好 的聚合物类 无 固相 钻井液是确保 复杂地层 孑 壁 稳定性 、 高钻孔 工程 Ｌ 提 质量和钻进效率 、 降低生产成本 的最 有效途径之一 。 聚合物型无 固相 钻 井液 一般 由水溶 性 高分 子 聚合
基金项 目： 江苏省大学生实践 创新训练工程项 目（ １ ３９ Ｊ０ ０ ） ０
牧 稿 日期 ：０ ０１．９ ２ １．２０
理裂 隙发 育 、 矿层蚀 变 带、 遇水 膨胀 （ 敏性 ） 水 等复 杂地层 ， 岩土层孔壁 极不稳定 ， 该类 容易发 生坍塌 、 漏失 、 块 、 钻 、 钻 、 斜 、 心 困难 等 钻 孔 事 掉 卡 埋 井 取 故 。如何确保 复杂 地层 孔壁 的稳定 性是 钻 井工 程
钻井液体系和配方
钻井液体系和配方一. 不分散聚合物体系不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。
常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种：及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。
1.不分散聚合物体系特点（1）具有很强的抑制性。
通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。
（2）具有较强的悬砂、携砂功能。
通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。
（3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。
（4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。
（5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井（6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。
2.3.1.加大包被剂用量（171/2″井眼平均约3.5千克/米，121/4″井眼约3.0千克/米），并采用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被，抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。
2.控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳范围为30～45克/升）。
般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。
3.使用磺化沥青（2%）和超细碳酸钙（2%）改善和提供聚合物钻井液的泥饼质量。
4.使用足量的润滑剂RH-3(0.5%～0.8%)及防泥包剂RH-4（0.3%～0.5%），降低磨阻，防止钻头泥包。
5.使用适量的HPAN、双聚铵盐等中小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大/小分子聚合物的最佳比例2.5～3:1）,降低滤失，有利于形成优质泥饼。
钻井液 第2章 聚合物钻井液20100304
钻井液体系则应注意保持重晶石的悬浮。
(6)滤失量以保持井壁稳定，井下正常为宜。 (7)在整个钻井过程中，基本不用有机分散剂。
三、不分散低固相聚合物钻井液组成和性能指标
3、不分散钻井液体系处理剂的选用原则
(1)采用单一的处理剂是不可能满足不分散性钻井液所需
性能的要求，应将处理剂复配使用； (2)复配的基本原则应该是大分子(分子量为200万以上) 与中、小分子(分子量为60万以内)相结合。
二、达到不分散低固相的措施
(3)絮凝效果评价
a、形成一定清液所需要的时间； b、找最佳絮凝值C佳。
V1 d 1 D V 2 d 2 V1
式中：V1絮凝剂溶液体积； d1絮凝剂溶液比重； D絮凝剂百分含量； V2钻井液体积； d2钻井液比重。
C 佳
相同聚合物不同盐基絮凝能力大小为：K+>NH4+>Na+>Ca2+ 如：K-PAM>Na-PAM等。
类型
除砂器（Desander） 除泥器（Desilter） 超级旋流器
工作原理 影响因素
流量(压力) 尺寸 处理量 底流密度 底流形状
主要参数
3）离心机（Decanting centrifuges）
结构组成
外筒、内筒、离心泵、电机
类型
标准离心机 高速离心机
只要C和保持很低，即使使用低B，仍能获得大的钻速。
一、钻井液组成、性能对钻速的影响
4、固相含量
固含 、P液钻速。 (1)惰性固相(加重剂)，对钻速影响小； (2)岩屑、劣质土，对钻速影响居中； (3)活性土、高造浆率土(粘土类)，对钻速的影响大。 小于1微米的固相颗粒对钻速影响为粗颗粒的13倍，故钻井 液中亚微米颗粒越多，钻速降低得越严重。
钻井液体系和配方
钻井液体系和配方不分散聚合物体系不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。
常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种：及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。
1. 不分散聚合物体系特点（1）具有很强的抑制性。
通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。
（2）具有较强的悬砂、携砂功能。
通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。
（3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。
（4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。
（5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井（6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。
2. 配方3. 技术关键1.加大包被剂用量（17人〃井眼平均约3.5千克/米,127 4〃井眼约3.0千克/米），并采用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被, 抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。
2. 控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳范围为30〜45克/升）。
般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。
3. 使用磺化沥青（2%和超细碳酸钙（2%改善和提供聚合物钻井液的泥饼质量。
4. 使用足量的润滑剂RH-3（0.5%〜0.8%）及防泥包剂RH-4（0.3%〜0.5%）,降低磨阻，防止钻头泥包。
5. 使用适量的HPAN双聚铵盐等中小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大/ 小分子聚合物的最佳比例2.5〜3:1 ），降低滤失，有利于形成优质泥饼。
第2章 聚合物钻井液
二、达到不分散低固相的措施
(2)选择性絮凝剂
PHP水解度H=30%时，絮凝效果最好。
Hn、0/p、水眼略有上升； 分子量M水眼、0/p、n变化不正常。
粘土：水化膜厚，带负电量大 膨润土：水化膜厚，带负电量大
不易吸附于PHP上(电性斥力大)
岩屑：水化膜薄，带负电量小，易吸附于PHP上(电性斥力小)。
六、聚合物钻井液的缺点
1、钻速快时，固相不能及时清除； 2、配制容易，维护困难； 3、在大多数情况下，固控设备不能配套； 4、受聚合物特性限制，抗温能力有限； 5、静切力大，电测困难； 6、静滤失量与滤饼质量之间难以兼顾，滤饼虚； 7、在造浆地层，不易真正实现低固相。 所以，在国外聚合物钻井液只占20%，一般情况下， 对于软地层(即：V钻>22.86m/h的地层)，因为岩屑多，不 宜使用聚合物钻井液。
五、聚合物钻井液的优点
1、无用固相少，钻井液密度低，压差小； 2、岩屑较粗，固相体积含量较小； 3、由于聚合物的增效作用，使膨润土造浆率高，因而膨润土可 以很低，亚微米颗粒含量少； 4、剪切稀释特性好，钻头水眼处的粘度低； 5、具有较强的携砂能力，有利于井眼清洁； 6、由于聚合物的抑制和包被作用，可以保持较好的井眼稳定性； 7、能减少油气层损害，有利于保护生产层。 8、能抗高温。
一、聚合物钻井液的定义：
广义上地讲，凡是使用线型水溶性聚合物作处理剂 的钻井液体系都可成为聚合物钻井液。
二、聚合物钻井液的分类：
1、按照活性固相含量高低分： 清水或盐水、油水乳状液、低固相聚合物钻井液(包括加重和非 加重低固相聚合物钻井液)。 2、按照聚合物品种分： 单一丙烯酰胺聚合物钻井液、多种大分子金属盐复合聚合物钻井 液、阳离子聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液。 3、从使用角度分： 聚合物快速钻井液、聚合物防塌钻井液、保护油气层的钻井完 井液、聚合物深井钻井液等。
聚合物钻井液
降粘剂与分散剂的区别
降粘剂特点
只能在端面，不能在表 面和层间作用。 用量少，逐次使用效果 下降。 用量多时，吸附在平面 起另外作用。 不增加粘土粒子浓度。
分散剂特点
促使粘土粒子对面 分开。 使已经分开的保持 稳定。 增加粘土粒子浓度。
38
■ 降粘剂的评价方法
采用降粘率的概念进行相对评价：
90
钻井液中加入降滤失剂后，泥饼渗透率为：10-7μm2。 ② 用内部空间网状结构对自由水的束缚降低失水。 ③ 提高液相粘度，增加液相流动阻力来降低失水。
26
钻井液稠化原因
当钻井液中固相含量高和外界污染改变粘土表面性质时， 极易形成：边 — 边、边 — 面联结的空间网架结构，
从而造成： • 钻井液结构粘度增加； • 网状结构包住大量自由水，流动阻力增加。
27
水基钻井液流变性表达式
联立Einstein和Hiemenz以及Binhanm公式，可
得x ：s G 0(1 k khS) G
吸附键
水化膜厚
分子结构
吸附量
表面晶型
7
一、钻井液及处理剂的发展
现代钻井技术对钻井液的要求：
辅助钻井提高钻井速度。 保证钻井井下安全，防止钻井过程中各种复 杂问题发生，如井塌、卡钻、井喷、井漏等。 保护油气层，提高油气井产量。
钻井液及其处理剂正是在不断满足钻井工程要 求的基础上发展起来的。
8
钻井液应用规律和效能评价
安丘膨润土吸附降粘剂前后C轴间距变化
吸附前C轴间距
FCLS 1.519nm
六偏磷酸钠 (NaPO3)6
1.519nm
十二烷基三 甲基溴化铵
1.519nm
吸附后C轴间距 1.523nm 1.550nm
常用钻井液配方
（4）由于过多的OH-可以分散剥落页岩， 影响防塌效果，故应维持pH 值在8～10之 间。 （5）应控制较低的API滤失量（<5毫 升），尤其HTHP滤失量不能超过 15毫升。 （6）应控制好交流性，降低激动压力， 增加携岩能力，以便维持较低的反速，避 免冲刷地层过剧而引起易塌地层剥落。
4.推荐性能
5.使用环境
（1）主要用于水敏性强的易塌页岩层。 （2）适应温度:不分散型150℃；分散型 可达到180℃左右。故前者 用于钻3500～ 4000米深井用，而后者可用于钻6000米深 井。 （3）不分散型较适用于正常压力地层； 分散型可配较高的密度而用 于异常压力地 区。
（4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水 眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化 钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。 （5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压 力钻井 （6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液 对底层所含粘土矿物有抑 制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。
4）使用足量的润滑剂RH-3(0.5%～ 0.8%)及防泥包剂RH-4（0.3%～0.5%）， 降低磨阻，防止钻头泥包。 5）使用适量的HPAN、双聚铵盐等中 小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大/ 小 分子聚合物的 最佳比例2.5～3:1）,降低滤 失，有利于形成优质滤饼。 6）不使用降粘剂。
1、剪切稀释性：
表观粘度随剪切速率增大而降低的特 性。 原因是，环形空间：γ低，η a大，有利于携 带钻屑；钻头水眼： γ 大，η a小，有利于 水力破岩 。
2、清水应用领域： 在稳定性很好且不漏失的岩石中钻进，不用 钻井液而用清水作为钻井液； 在一些漏失严重地层中，当地表水源非常丰 富时，用清水顶漏钻进，这对用其它钻井液来说 是不可能的； 在一些富含粘土的地层中钻井，清水水化井 壁地层而形成自然造浆，若井深不大，钻井期间 不会明显垮孔，则用清水自然造浆是最为经济有 效的措施。
常用钻井液配方
常用钻井液配方中原石油工程板块员工学习课件 钻井液工（技师） 中原石油勘探局钻井三公司 开发人：刘俊章
目 录? 一、不分散聚合物体系? 二、分散型聚合物体系—聚合物磺化体系 ? 三、钾基（抑制性）钻井液体系
常用钻井液配方? 一、不分散聚合物体系?不分散聚合物钻井液体系指的是经过 具有絮凝及包被作用的有机高分子聚合物 处理的水基钻井液。
2）控制适当的般土含量以获得良好的 流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳范 围 为30～45克/升）。
般土含量的控制以淡水 预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井 浆中。
? 3）磺化沥青（2%）和超细碳酸钙 （2%）改善和提供聚合物钻井液的滤饼 质 量。
? ?
4）使用足量的润滑剂RH-3(0.5%～ 0.8%)及防泥包剂RH-4（0.3%～0.5%）， 降低磨阻，防止钻头泥包。
? 二、分散型聚合物体系—聚合物磺化体系?聚合物磺化钻井液指的是以磺化处理 剂及少量聚合物作为主要处理剂配制成而 成的水基钻井液。
? 1.体系特点 ? 1）具有良好的高温稳定性，抗温可高 达180℃以上，适用于深井段、超深井 段钻 井。
2）使用磺化沥青类页岩抑制剂稳定硬 脆性泥岩、少量高分子聚合物稳定伊/ 蒙混 层粘土矿物的机理来防止井壁坍塌。
?
? 4.推荐性能 ?
? 5.使用环境（1）主要用于水敏性强的易塌页岩层。
故具 有一定防塌能力。
? 3）在进入产层前通过使用磺化沥青及 超细碳酸钙运用屏蔽暂堵保护油层技 术进 行改造后，具有良好的保护诸层功能。
?
4）可容纳较多的固相，适合配置高密 度的钻井液密度可高达2.0克/厘米3 。
? 5）含有大量的分散剂，故亚微米固相 颗粒含量可达70%以上，对机械钻速有 一 定的影响。
常用钻井液配方
3、化学溶液钻井液是无粘土钻井液的主体类 型，它是由无机盐和不同种类的聚 合物组合而成，化学溶液具有一定的流变特性和 降滤失特性。 无机盐起的作用是： 与有机聚合物进行适度交联，以提高溶液的 粘度，降低溶液的滤失量； 调节溶液的矿化度，以平衡地层的化学活度， 抑制地层的膨胀分散或破碎坍塌； 调节溶液的pH值。
应用领域
在无水、缺水、干旱、沙漠、永冻地 区钻井； 在低压地层中钻进； 向井底输送气体，实现井底气动冲击 碎岩。
谢谢！
（4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水 眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化 钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。 （5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压 力钻井 （6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液 对底层所含粘土矿物有抑 制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。
2）使用磺化沥青类页岩抑制剂稳定硬 脆性泥岩、少量高分子聚合物稳定伊/ 蒙混 层粘土矿物的机理来防止井壁坍塌。故具 有一定防塌能力。 3）在进入产层前通过使用磺化沥青及 超细碳酸钙运用屏蔽暂堵保护油层技 术进 行改造后，具有良好的保护诸层功能。
4）可容纳较多的固相，适合配置高密 度的钻井液密度可高达2.0克/厘米3 。 5）含有大量的分散剂，故亚微米固相 颗粒含量可达70%以上，对机械钻速有 一 定的影响。 6）可形成较致密的高质量滤饼，护壁 能力强。
4.推荐性能
5.使用环境
（1）主要用于水敏性强的易塌页岩层。 （2）适应温度:不分散型150℃；分散型 可达到180℃左右。故前者 用于钻3500～ 4000米深井用，而后者可用于钻6000米深 井。 （3）不分散型较适用于正常压力地层； 分散型可配较高的密度而用 于异常压力地 区。
聚合物钻井完井液
• (5)滤失量控制应视具体情况而定。在稳定 井壁的前提下，可适当放宽，以利提高钻 速。在易坍塌地层，应当从严。进入储层 后，为减轻污染也应控制得低些。 • (6)优化流变参数，若采用卡森模式，要求 η∞＝3～6mPa· s，τC＝0.5～3Pa，Im(剪切 降粘指数)＝300～600。 • (7)在整个钻井过程中应尽量不用分散剂。
• 选择性絮凝的机理是：钻屑和劣质土颗粒 的负电性较弱，蒙脱土的负电性较强。选 择性絮凝剂也带负电，由于静电作用易在 负电性弱的钻屑和劣质土上吸附，通过桥 联作用将颗粒絮凝成团块而易于清除；而 在负电性较强的蒙脱土颗粒上吸附量较少， 同时由于蒙脱土颗粒间的静电排斥作用较 大而不能形成密实团块，桥联作用所形成 的空间网架结构还能提高蒙脱土的稳定性。 下图是完全絮凝与选择性絮凝示意图。
• 3．钻井速度高。如前所述，聚合物钻井液 固相含量低，亚微米粒子比例小，剪切降 粘性好，卡森极限粘度低，悬浮携带钻屑 能力强，洗井效果好，这些优良性能都有 利于提高机械钻速。在相同钻井液密度的 条件下，使用聚丙烯酰胺钻井时的机械钻 速明显高于使用钙处理钻井液时的机械钻 速。
• 4．稳定井壁的能力较强，井径比较规 则。只要钻井过程中始终加足聚合物 处理剂，使滤液中保持一定的含量， 聚合物可有效地抑制岩石的吸水分散 作用。合理地控制钻井液的流型，可 减少对井壁的冲刷。这些都有稳定井 壁的作用。在易坍塌地层，通过适当 提高钻井液的密度和固相含量，可取 得良好的防塌效果。
（三）、聚合物处理剂的主要作用机理
• 1、桥联与包被作用 • 聚合物在钻井液中颗粒上的吸附是其发挥作用的 前提。当一个高分子同时吸附在几个颗粒上，而 一个颗粒又可同时吸附几个高分子时，就会形成 网络结构，聚合物的这种作用称为桥联作用。当 高分子链吸附在一个颗粒上，并将其覆盖包裹时， 称为包被作用。桥联和包被是聚合物在钻井液中 的两种不同的吸附状态。实际体系中，这两种吸 附状态不可能严格分开，一般会同时存在，只是 以其中一种状态为主而已。吸附状态不同，产生 的作用也不同，如桥联作用易导致絮凝和增粘等， 而包被作用对抑制钻屑分散有利。
聚合物钻井液的配制
任务4 聚合物钻井液的配制学习目标：1.会配制聚合物抑制性钻井液；2.能够熟练阐述阳离子、阴离子和两性离子聚合物钻井液的相关知识；3.能够准确使用页岩抑制剂。
技能训练：一.配制聚合物抑制钻井液1.准备工作(1)穿戴好劳保用品；(2)备足钻井液处理剂、高分子聚合物、NaOH、CMC、PHP、膨润土等；(3)检查水源，固控设备、搅拌器、钻井液枪运转是否正常；(4)检查配制罐、储备罐；(5)钻井液全套性能测试仪、pH试纸等。
2.操作步骤(1)计算配制钻井液所需处理剂用量和膨润土的用量。
(2)首先在注入定量水的配制罐中加入膨润土并充分搅拌，使膨润土充分水化。
(3)在配制罐中加入高分子聚合物及所用处理剂，充分搅拌均匀。
(4)测定钻井液性能及pH值。
(5)将配好的钻井液打入储备罐。
(6)清洗全部仪器。
3.技术要求必须注意PHP在钻井液中的含量，应根据地层的不同而异：东营组以上地层，钻井液中PHP 保持0.1％～0.15％的含量，沙河街组地层保持0.2％～0.3％的含量；NaOH加入量以保持要求的pH值为准。
二.使用页岩抑制剂1.准备工作(1)穿戴好劳保用品。
(2)准备好页岩抑制剂，如聚丙烯酸钾、水解聚丙烯腈钾盐、腐殖酸钾、磺化沥青和水分散沥青、无机盐(KCI、NaCl)、KOH等。
(3)ZNN-D6型旋转粘度计一套，ZNS-3型滤失仪一套。
(4)检查水源、搅拌器、钻井液枪等。
2.操作步骤(1)了解页岩抑制剂的特点。
(2)分析处理剂的机理，选择处理剂的种类。
(3)在基浆中做处理配合小型实验。
(4)处理钻井液。
(5)测量处理后的钻井液性能。
(6)记录处理剂的用量和效果。
(7)清洗测定仪器并摆放整齐。
3.技术要求(1)聚丙烯酸钾(KHPAM)在淡水或盐水钻井液中使用。
(2)水解聚丙烯腈钾盐(KPAN)适用于淡水和不含钙的盐水钻井液中，抗温170℃。
(3)腐殖酸钾(KHm)适用于深井淡水钻井液，有一定的降粘作用。
(4)磺化沥青(FT-342、FT-1)和水分散沥青(SR-401)用作地层微裂缝和破碎带的封闭剂。
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任务4 聚合物钻井液的配制学习目标：1.会配制聚合物抑制性钻井液；2.能够熟练阐述阳离子、阴离子和两性离子聚合物钻井液的相关知识；3.能够准确使用页岩抑制剂。
技能训练：一.配制聚合物抑制钻井液1.准备工作(1)穿戴好劳保用品；(2)备足钻井液处理剂、高分子聚合物、NaOH、CMC、PHP、膨润土等；(3)检查水源，固控设备、搅拌器、钻井液枪运转是否正常；(4)检查配制罐、储备罐；(5)钻井液全套性能测试仪、pH试纸等。
2.操作步骤(1)计算配制钻井液所需处理剂用量和膨润土的用量。
(2)首先在注入定量水的配制罐中加入膨润土并充分搅拌，使膨润土充分水化。
(3)在配制罐中加入高分子聚合物及所用处理剂，充分搅拌均匀。
(4)测定钻井液性能及pH值。
(5)将配好的钻井液打入储备罐。
(6)清洗全部仪器。
3.技术要求必须注意PHP在钻井液中的含量，应根据地层的不同而异：东营组以上地层，钻井液中PHP 保持0.1％～0.15％的含量，沙河街组地层保持0.2％～0.3％的含量；NaOH加入量以保持要求的pH 值为准。
二.使用页岩抑制剂1.准备工作(1)穿戴好劳保用品。
(2)准备好页岩抑制剂，如聚丙烯酸钾、水解聚丙烯腈钾盐、腐殖酸钾、磺化沥青和水分散沥青、无机盐(KCI、NaCl)、KOH等。
(3)ZNN-D6型旋转粘度计一套，ZNS-3型滤失仪一套。
(4)检查水源、搅拌器、钻井液枪等。
2.操作步骤(1)了解页岩抑制剂的特点。
(2)分析处理剂的机理，选择处理剂的种类。
(3)在基浆中做处理配合小型实验。
(4)处理钻井液。
(5)测量处理后的钻井液性能。
(6)记录处理剂的用量和效果。
(7)清洗测定仪器并摆放整齐。
3.技术要求(1)聚丙烯酸钾(KHPAM)在淡水或盐水钻井液中使用。
(2)水解聚丙烯腈钾盐(KPAN)适用于淡水和不含钙的盐水钻井液中，抗温170℃。
(3)腐殖酸钾(KHm)适用于深井淡水钻井液，有一定的降粘作用。
(4)磺化沥青(FT-342、FT-1)和水分散沥青(SR-401)用作地层微裂缝和破碎带的封闭剂。
(5)无机盐类主要是降低页岩表面渗透水化，控制膨胀。
(6)性能测定应侧重于钻井液滤失量和滤饼质量。
基础知识：1.聚合物钻井液的概念聚合物钻井液是自20世纪70年代初发展起来的一种新型钻井液体系。
广义上讲，凡是使用线型水溶性聚合物作为处理剂的钻井液体系可称为聚合物钻井液。
但通常是将聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性能的钻井液体系称为聚合物钻井液。
2.聚合物钻井液的特点(1)固相含量低，且亚微粒子所占比例也低。
这是聚合物钻井液的基本特征，是聚合物处理剂选择性絮凝和抑制钻屑分散的结果，对提高钻井速度是极为有利的。
(2)具有较强的触变性、较强的剪切稀释特性和适宜的流型，即在环形空间中形成平板型层流。
因此聚合物钻井液悬浮和携带岩屑的效果好，可有效地减少钻屑的重复破碎，使钻头进尺明显提高。
(3)钻井速度快。
(4)由于聚合物可有效地抑制泥页岩的吸水分散作用，所以稳定井壁的能力较强，井径比较规则。
(5)由于聚合物钻井液的密度低，可实现近平衡压力钻井；由于固相含量少，可减少固相的侵入，因而对油气层的损害小，有利于发现和保护产层。
(6)具有良好的防渗透性漏失的作用。
(7)由于聚合物钻井液的处理剂用量较少，钻井速度快，缩短了完井周期，因此可大幅度降低钻井总成本。
3.聚合物钻井液的性能指标聚合物钻井液所谓“不分散”具有两个含义：一是指组成钻井液的粘土颗粒直径尽量维持在1～ 。
二是指混入这种钻井液体系的钻屑不容易分散变细。
所谓“低固相”，是指低密度固相(主要30m指粘土矿物类)的体积分数要在钻井工程允许的范围内维持到最低。
(1)固相含量(主要指低密度的粘土和钻屑，不包括重晶石)应维持在4％(体积分数)或更小，大约相当于密度1.06 g/cm3。
(2)钻屑和膨润土的比例不超过2:1，膨润土含量一般维持在1.3％～1.5％比较合适。
(3)动切力(Pa)和塑性粘度(mPa·s)之比控制在0.48左右，这是为了满足低返速(如0.6m/s)携砂的要求，保证钻井液在环形空间实现平板型层流。
(4)非加重钻井液的动切力应维持在1.5～3 Pa。
动切力是钻井液携带钻屑的关键参数，为保证良好的携带能力，首先必须满足动切力的要求，对加重钻井液应注意保证重晶石的悬浮。
(5)滤失量控制应视具体情况而定。
在稳定井壁的前提下可适当放宽，以利于提高钻速；在易坍塌地层，应当从严。
进入储油气层后，为减轻污染也应控制得低一些。
(6)优化流变参数。
(7)在整个钻井过程中应尽量不用分散剂。
4. 阴离子聚合物钻井液的知识1).聚合物淡水钻井液①无固相聚合物钻井液使用无固相聚合物钻井液(又称清水钻井液)可达到最高钻速，但必须注意解决三个问题：一是必须使用高效絮凝剂使钻屑始终保持不分散状态；二是要有一定的提粘措施，并能按工程上的要求实现平板型层流并能顺利地携带岩屑：三是有一定的防塌措施，以保证井壁的稳定。
生物聚合物和聚丙烯酰胺及其衍生物是配制无固相钻井液较理想的处理剂，要求其相对分子质量应大于100万，最好超过300万，水解度应小于40％。
现场配制和维护的要点如下：a配制聚合物溶液。
先用纯碱将水中的Ca2+除去，以增加聚合物的溶解度，然后加入聚合物絮凝剂，一般加量为6 kg/m3。
b处理清水钻井液。
将配好的聚合物溶液喷入清水钻井液中，喷人位置可以在流管顶部或振动筛底部，喷入速度取决于井眼大小和钻速。
c促进絮凝。
加适量石灰或CaCl2，通过储备池循环，避免搅拌，让钻屑尽量沉淀。
d适当清扫。
在接单根或起下钻时，用增粘剂和清水配数方粘稠的清扫液注入井内循环，以便把环空中堆积的岩屑清扫出来。
只要保证上水池内的清水清洁，即可获得最大钻速。
②不分散低固相聚合物钻井液配制方法如下：a配新浆前应彻底清除钻井液罐底的沉砂；b用纯碱除去配浆水中的Ca2+；c用17～23 kg／m3的优质膨润土或用量相当的预水化膨润土浆，加0.02 kg/m3的双功能聚合物，配制好基浆；d必要时加入0.3～5 kg/m3的纯碱，使膨润土充分水化；e测定新配制的基浆性能，并调整到下述范围内：漏斗粘度：30～40 s；塑性粘度：4～7 mPa.s；动切力：4 Pa；静切力：(1～2)/(1～3)Pa；API滤失量：15～30 mL。
维护要点如下：a.为了维持钻井液体积和降低钻井液粘度以便于有效地分离固相，要有控制地往体系中加水；b.每5根立柱掏一次振动筛下面的沉砂池，经常掏洗钻井液罐以清除沉砂，掏洗的次数应根据钻速而定；c.维持pH值在7～9之间；d.钻进过程中要不断补充聚合物，以补充沉除钻屑所消耗的聚合物；e.为了保持低固相，在化学絮凝的同时，应连续使用除砂器、除泥器，适当使用离心分离机；f.如果要求提高粘度，可使用膨润土和双功能聚合物，并通过小型实验确定其加量；g.为了降低动切力、静切力和滤失量，可使用聚丙烯酸钠，应通过小型实验确定其加量，或按0.3 kg/cm3的增量逐次加入聚丙烯酸钠，必要时加水稀释，直到性能达到要求；h.如果用不分散聚合物钻井液钻水泥塞时，在开钻前先用1.4 kg/m3的碳酸氢钠进行预处理。
如果钻遇石膏(CaS04)层，应加入碳酸钠以沉除Ca2+，但切记防止处理过头；i.如果钻遇高膨润土含量的地层，使用选择性絮凝剂比使用双功能聚合物的效果好；j.如果有少量盐水侵入，或者当钻遇岩盐层时，只要盐浓度不超过10 000 mg/L，不分散聚合物钻井液可以继续使用。
若超过此浓度，为了维持所要求的钻井液性能，可加入预水化膨润土。
在极端条件下，应转化为盐水钻井液。
③普通聚合物钻井液所谓普通聚合物钻井液是指不符合不分散低固相钻井液标准的聚合物钻井液。
为了尽量维持钻井液的不分散性，在缺少膨润土时可采用相对分子质量较高的PHPA和相对分子质量较低的PHPA 混合处理的方法，利用它们的协同作用保持钻井液的低密度和低滤失量。
混合液的一般配制方法为：将相对分子质量较高的PHPA(相对分子质量大于100万，水解度30％左右)配成1％的溶液，再将相对分子质量较低的PHPA(相对分子质量5万。
7万，水解度30％左右)配成10％的溶液，按前者和后者的比例为7：3将两种溶液混合即成。
其中相对分子质量较高的PHPA主要起絮凝钻屑的作用，以维持低固相；而相对分子质量较低的PHPA主要是稳定质量较好的粘土颗粒，以提供钻井液必需的性能。
2).聚合物盐水钻井液不分散低固相聚合物盐水钻井液主要使用于在含盐膏的地层中以及海上钻井。
这类钻井液最主要的问题是滤失量较大，通常采取如下措施控制其滤失量：(1)膨润土预水化。
粘土在盐水中不易分散，因此钻井前将膨润土预先用淡水充分分散，并同时加入足够的纯碱，以除去高价离子和使钙质土转化为钠土，然后加入聚合物处理剂(如水解聚丙烯腈、聚丙烯酸盐及CMC钠盐等)，使钻井液性能保持稳定。
(2)选用耐盐的配浆材料，如海泡石、凹凸棒石等。
(3)选用耐盐的降滤失剂。
目前耐盐较好的降滤失剂有聚丙烯酸钙、磺化酚醛树脂、醋酸乙烯和丙烯酸酯的共聚物及CMC钠盐等。
(4)预处理水。
所用化学剂的种类及用量都要根据水型及含盐量而定。
一般含Mg2+多的水用NaOH处理，含Ca2+多的水用纯碱处理。
3).不分散聚合物加重钻井液在用重晶石加重的不分散聚合物钻井液中，聚合物的作用主要是絮凝和包被钻屑、增效膨润土、包被重晶石，减少离子间的摩擦。
由于重晶石对聚合物的吸附，在处理加重钻井液时聚合物的加量应高于非加重钻井液，加入重晶石时一般也相应加入适量聚合物。
加入量应通过实验来确定。
配制方法(1)井浆的转化。
一般要求待加重钻井液的钻屑体积含量不超过4％，劣质土和膨润土之比接近于1：l。
(2)配制新浆。
若井浆的钻屑含量和劣膨比（劣质土：膨润土）不符合要求，重新配制不分散加重钻井液。
维护要点维护好不分散聚合物加重钻井液的关键是尽可能地清除钻屑。
要实现这一点，一是要选择合适的机械固控设备，并有效地使用；二是要重视化学处理，采用选择性絮凝剂，能包被钻屑并抑制其分散，以便于机械装置在地面上更容易地清除钻屑。
5. 阳离子聚合物钻井液的知识1）概念和组成：阳离子聚合物钻井液是以大相对分子质量的阳离子聚合物(简称大阳离子)作包被絮凝剂，以小相对分子质量的有机阳离子(简称小阳离子)作泥页岩抑制剂，并配合降滤失剂、增粘剂、降粘剂、封堵剂和润滑剂等处理剂配制而成。
由于阳离子聚合物分子带有大量正电荷，在粘土或岩屑上有很强的吸附力，故阳离子聚合物钻井液具有优良的流变性、抑制性、稳定井壁能力、携带岩屑能力和防卡、防泥包等能力，在保证井下安全、提高钻速和保护油气层等方面都显示出优越性。
2）特点(1)阳离子聚合物钻井液是以高分子阳离子聚合物作为絮凝剂，以小分子阳离子聚合物作为粘土稳定剂的一种新型水基钻井液体系，具有良好的抑制钻屑分散和稳定井壁的能力。