聚合物钻井液
必看！钻井液三大体系和配方
必看！钻井液三大体系和配方一. 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.配方3.技术关键1.加大包被剂用量（17-1/2” 井眼平均约3.5千克/米，12-1/4”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
研究水溶性聚合物在油田钻井液中的应用
研究水溶性聚合物在油田钻井液中的应用水溶性聚合物在油田钻井液中广泛应用，可以提高钻井效率，降低成本，并减少对环境的影响。
这些聚合物可以增加钻井液的黏度，降低摩擦系数，提高泥浆的稳定性和悬浮性。
在钻井液调配中，水溶性聚合物选择应考虑其分子量、分布、交联度、热稳定性、亲水性等特性及环境友好性。
1. 聚合物增稠：钻井液中加入文聚丙烯酰胺（PAM）等增稠剂可以提高泥浆黏度，防止泥浆流失和减少漏失。
聚丙烯酰胺增稠剂有着良好的温度和盐度适应性，可以在不同环境条件下保持其增稠效果。
2. 聚合物降粘：钻井中的钻头会产生大量摩擦热，使得泥浆温度升高，导致泥浆黏度降低，降低了液相的悬浮性，影响钻井进度。
水溶性聚合物中的聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素等降粘剂可以减少摩擦因素对钻井液的影响，提高钻头的钻进效率。
3. 聚合物悬浮剂：在钻井液中加入胶体聚合物可以增加泥浆的悬浮性，防止泥浆中的固体颗粒沉积，保持泥浆的稳定性。
胶体聚合物有着较高的电荷密度和分子量，是一种非常有效的悬浮剂。
4. 聚合物滤失控制剂：滤失是指钻井液中的水分被地层固体吸附和渗透所产生的流失现象，滤失量会对钻井液的质量和性能产生很大的影响。
在钻井液中添加聚合物滤失控制剂可以减少滤失量，保持钻井液的性能稳定。
在使用水溶性聚合物的过程中，要注意以下几点：1. 应根据地质情况、钻进目标和环境因素合理选择聚合物种类及其用量。
2. 选择具有高稳定性和高温滞性的聚合物。
3. 严格按照搅拌和调配要求进行钻井液的制作，保证聚合物的充分分散。
4. 在使用过程中应定期监测钻井液性能和聚合物的使用效果，并根据实际情况及时调整聚合物的用量和种类，以达到最佳效果。
总之，水溶性聚合物在油田钻井液中具有广泛的应用前景，可以提高钻井液的性能，促进钻进工作的顺利进行，为油田开发提供了有力的支持。
聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究
聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究一、绪论1. 研究背景和意义2. 相关研究概述3. 研究目的和意义二、聚合物对钻井液性能的影响1. 聚合物在钻井液中的作用机理2. 不同结构、性质的聚合物对钻井液性能的影响3. 聚合物添加量对钻井液性能的影响三、聚合物种类对钻井液体系性能的影响1. 阴离子聚合物的影响2. 阳离子聚合物的影响3. 复配聚合物的影响四、聚合物与其他添加剂的协同作用对钻井液体系性能的影响1. 聚合物与黏土抑制剂的协同作用2. 聚合物与润滑剂的协同作用3. 聚合物与泡沫剂的协同作用五、影响聚合物对钻井液体系性能影响因素的探讨1. 温度的影响2. pH值的影响3. 钻井液体系中其他成分的影响六、结论与展望1. 结论2. 存在的问题与不足3. 展望未来研究方向一、绪论1. 研究背景和意义随着石油工业的不断发展和进步，越来越复杂和恶劣的采油条件给钻井液系统的研究和应用带来了更高的要求。
钻井液系统的性能决定了钻井过程的顺利与否，而聚合物在钻井液中的应用已经成为了摆脱钻井液性质限制，提高钻井液系统性能的重要方法之一。
聚合物是高分子化合物，在聚合物/钻井液体系中具有各种独特的物理化学性质，从而对钻井液的黏度、流动性、含液量、过滤性、稳定性和抑制性等物理化学性能产生影响，其中添加量及其结构性质都将影响其对钻井液性能的影响。
“聚合物对钻井液体系性能影响因素分析研究”可以为安全、稳定、高效的钻井作业提供重要的理论和实践基础。
2. 相关研究概述聚合物在钻井液中的应用已经成为研究的热点之一，前人的研究表明，聚合物的种类、结构、分子量以及添加量都对钻井液的性能产生影响。
目前，已有关于聚合物对钻井液性能的研究大致可分为以下几类：（1）聚合物对钻井液黏度的影响。
研究表明，聚合物的添加量和分子量双重影响着钻井液的黏度，其中阴离子聚合物比阳离子聚合物的黏度效果更好。
（2）聚合物对钻井液过滤性的影响。
聚合物的添加可以有效地提高钻井液的过滤性能，减少钻井液在地层中的失液量，延长钻头使用寿命。
水基钻井液—聚合物钻井液
知识点 2 优势
1 具有较高的剪切稀释作用和良好的触变性。 2 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，减少对井壁的冲刷。 3 对油气层的损害小，有利于发现和保护产层。 4 防止井漏发生。 5 钻井成本低。
项目一：水基钻井液
任务 03 聚合物钻井液
知识点 3 分类
项目八：水基钻井液
任务三：
聚合物钻井液
课程名称：泥浆材料检测与应用
知识点 01 聚合物钻井液简述 知识点 02 聚合物钻井液优势 知识点 03 聚合物钻井液分类
项目一：水基钻井液
任务 03 聚合物钻井液
知识点 1 定义
聚合物钻井液 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。
项目一：水基钻井液
ห้องสมุดไป่ตู้
聚合物钻井液分类： 阴离子聚合物钻井液 阳离子聚合物钻井液 两性离子聚合物钻井液
研究水溶性聚合物在油田钻井液中的应用
研究水溶性聚合物在油田钻井液中的应用
水溶性聚合物主要包括羧甲基纤维素钠（CMC）、聚丙烯酰胺（PAM）和聚丙烯酸钠（PAAS）等。
它们具有很好的水溶性和可控性，可以根据不同地层条件和工况要求进行调整。
在油
田钻井液中的应用主要有以下几个方面：
1. 降低钻井液的流变性能：水溶性聚合物可以通过吸附和吸水作用，增加钻井液的
黏度和黏弹性，有效降低套管空隙中的环剪切力，减少井下作业过程中的摩擦阻力，提高
钻井效率。
2. 改善孔隙介质稳定性：水溶性聚合物可以在孔隙介质表面形成一层可逆性吸附层，减少井壁渗漏和漏失；它们还能提高钻井液的过滤控制性能，减少沉降物的生成，防止漏
失和钻井液渗漏，提高井眼稳定性。
3. 提高泥浆的胶结能力：水溶性聚合物可以与其他胶结材料（如膨润土、碳酸钡等）相结合，形成胶结体系，增加泥浆的胶结能力，防止井壁垮塌和漏失，提高作业安全性。
4. 减少井壁损失：水溶性聚合物可以在井眼周围形成一层胶状膜，填充井壁裂隙，
减少井壁损失和渗漏。
5. 降低毒性和环境影响：水溶性聚合物具有低毒性和可生物降解的特点，对地下水
和环境的影响较小，符合环保要求。
水溶性聚合物在油田钻井液中的应用也存在一些问题。
其价格较高，增加了钻井液成本。
不同类型的水溶性聚合物在不同地层条件和工况要求下的应用效果可能存在差异，需
要进行深入的实验研究和工程应用验证。
不分散聚合物加重钻井液
不分散聚合物加重钻井液
聚合物在不分散聚合物加重钻井液中的作用：（1）絮凝和包被钻屑；（2）增效膨润土；（3）包被重晶石，减少粒子间的摩擦。
由于聚合物对重晶石的吸附，在处理加重钻井液时聚合物的用量大于非加重钻井液，再加入重晶石时要加入适量的聚合物。
第一、配制
（1）井将转换
一般要求待加重的钻井液的钻屑含量不超过4％（体积分数），劣膨比（劣质土与膨润土之比）接近1:1。
按每1816kg的重晶石配合0.91kg双功能聚合物或选择性聚合物的比例向井浆中加入重晶石，直到密度符合要求；再以0.29kg/m3为单位，逐渐加入聚丙烯酸钠，调节动切力、静切力和滤失量，直到性能符合要求。
（2）配制新浆
在彻底清洗钻井液罐之后，按计算的初始体积加水。
用纯碱或烧碱处理配浆水以除去其中的钙、镁离子；按每227 kg膨润土配合加入0.91kg双功能聚合物的比例，加入膨润土和聚合物，直到膨润土的加量符合要求；再按每1816kg的重晶石配和0.91kg双功能聚合物或选择性聚合物的比例加入重晶石和聚合物，直到达到所求的密度。
在加重过程中，需加入0.29－0.57kg/m3聚丙烯酸钠，一般在钻井液密度达到要求后再加入聚丙烯酸钠，直到将钻井液性能调节到适宜的范围。
第二、维护
关键是通过加强固控以尽可能地清除钻屑。
选择合适的固控设备并有效利用；重视化学处理，使用选择性絮凝剂即既能包被钻屑，抑制分散，又便于机械装置在地面容易地清除。
根据钻速快满，按需要加入选择性絮凝剂。
最好在钻井液槽中加入，调节加量是钻井液覆盖振动筛的1／2－3／4。
使用好固控设备清除钻屑。
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。
不分散低固相聚合物钻井液
不分散低固相聚合物钻井液不分散低固相聚合物钻井液不分散低固相泥浆由淡水、膨润土和高聚物组成，聚合物可以是聚丙烯酰胺及其衍生物，如80A系列、SK 系列、PAC系列，也可以是两性离子聚合物如FA367等。
通过大量现场实践和深入研究，目前国内外钻井液界对不分散低固相钻井液的性能指标要求已经有了明确的认识，以下几项主要指标，基本上可以反映出这种钻井液的主要特性。
(1)固相含量(主要指低密度固体-膨润土和钻屑)，一般不超过5%(体积比)，大约相当于原浆密度小于1.06g/cm3。
这是不分散低固相的核心目标，是提高钻速的关键。
(2)岩屑膨润土含量之比(以亚甲蓝法测定数值为准)，即D/B值，不超过2：1。
虽然钻井液中的固相是越少越好，但是完全不要膨润土，则不能建立钻井液所必须的各种性能，特别是不能保证净化井眼所必需要的流变性能，以及保护井壁和减轻油层污染所必需的造壁性能。
因此，必须有一定量的膨润土。
其用量以保证建立上述各项钻井液所必需的性能为准，不能少于1%，1.3~1.5%比较合适。
钻屑的量当然最好为零，在钻井过程中要做到钻屑绝对不分散，全部被清除，实际上并不现实。
钻屑量不超过膨润土的2倍是实际上可以接受的范围。
(3)动切力(Pa)与塑性粘度(mPa.s)的比值为0.48。
这是为了满足低返速(如0.6m/s)带砂的要求。
保证钻井液在环空中实现平板型层流而规定的(4)对非加重钻井液来说，动切力应维持在1.5~3Pa。
动切力是钻井液携带岩屑的关键因素，为保证钻井液具有较强的携带能力，仅仅控制动塑比是不够的，首先必须满足动切力的要求才有意义。
(5)滤失控制应具体情况具体分析。
在稳定地层，应适当放宽，以利提高钻速。
在坍塌地层应当从严，进入油层后，为减轻污染应控制得尽量低些。
阳离子乳液聚合物钻井液体系在水平井中的应用
优势
阳离子乳液聚合物钻井液体系具 有更好的稳定性和适应性，能够 更好地应对复杂的地质条件和钻 井工程需求。
局限性
阳离子乳液聚合物钻井液体系的 成本相对较高，并且对处理和储 存的要求也较高。
面临的挑战与解决方案
挑战
在水平井的钻井过程中，阳离子乳液聚合物钻井液体系可能 会面临一些挑战，如Байду номын сангаас滑性不足、滤失量控制等问题。
特性
阳离子乳液聚合物钻井液体系具有较 好的抗温、抗盐、抗钙性能，能够有 效保护油气层，防止钻屑和固相颗粒 的侵入，提高钻井效率。
阳离子乳液聚合物钻井液体系的重要性
提高钻井效率
阳离子乳液聚合物钻井液体系具有较 好的流变性和稳定性，能够降低钻井 过程中的摩阻和扭矩，提高钻速，缩 短钻井周期。
保护油气层
降低环境污染
阳离子乳液聚合物钻井液体系具有较 低的毒性和较好的生物降解性，能够 降低对环境的污染。
该体系能够有效抑制钻屑和固相颗粒 的侵入，减少对油气层的损害，提高 油气采收率。
阳离子乳液聚合物钻井液体系的发展历程
起源
阳离子乳液聚合物钻井液体系起源于20世纪90年代，随着 石油工业的发展和油气勘探的不断深入，该体系逐渐得到 广泛应用。
对环境的影响与可持续性
减少环境污染
阳离子乳液聚合物钻井液 体系具有较低的生物降解 性，对环境的影响较小。
可回收利用
该体系在使用后可进行回 收处理，经过处理后可再 次利用，实现资源的循环 利用。
符合环保法规
阳离子乳液聚合物钻井液 体系符合国家和国际的环 保法规要求，可在环保要 求较高的地区使用。
03
在水平井中的适用性
01
02
03
聚合物钻井液
降粘 率%
80 83 83 91 93 90 90 90 93
密度 g/cm3
1.04
粘度 (s)
63.5
失水 (ml) 16.5
13
14 14
滤液 pH 9.0
备注
8 溶解性 好，随 加量增 长，处
8.0 理浆悬 浮能力
8.5 下降， 杯底沉 砂增长
40
■ 降粘剂旳发呈现状
①
水溶性天 然改性材 料为原料
3
引言
分散度（土量相同时， 为粒子浓度） 分散状态 多级分散粒子的级配 粒子的结合 结粒合度方式、形式、程度
其中，分沉散降状法态：测重定力沉措降施：2：～100μm 离心沉降：0.01～20μm
① 粒度分显微布镜：法沉：光降学天显平微镜，：库0.8尔～特150计μ数m 器，激光 粒电度子仪显微，镜光：散<0.射8 μ粒m度仪等；
辅助钻井提升钻井速度。 确保钻井井下安全，预防钻井过程中多种 复 杂问题发生，如井塌、卡钻、井喷、井漏 等。 保护油气层，提升油气井产量。
钻井液及其处理剂正是在不断满足钻井工程要 求旳基础上发展起来旳。
8
钻井液应用规律和效能评价
评价旳原则：满足优质、安全、低成本钻井、完井和环境保
护要求。 a.是否有利于井壁岩石稳定 b.是否有利于钻井液性能稳定 c.是否有利于保护油气储层 d.是否有利于提升钻井速度 f.是否有利于环境保护 正确地掌握钻井液应用规律和采用精确旳措施评价钻井
37
降粘剂与分散剂旳区别
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。
不增长粘土粒子浓度。
分散剂特点
聚合物钻井液
一、聚合物钻井液概述1．发展概况聚合物钻井液最初是为提高钻井效率开发研究的。
早在1950年就有研究资料指出：钻井液的固相含量是影响钻井速度的一个主要因素。
这里的固相含量是指体积分数，起主要作用的是低密度固体的含量。
依此推知，清水的钻井速度应最高。
但当时并没有能够有效清除钻井液中固相的手段。
直到1958年首次应用了聚合物絮凝剂聚丙烯酰胺(简称PAM)后，才实现了真正的清水钻井。
PAM可同时絮凝钻屑和蒙脱土，称为完全絮凝剂。
在钻井液中加入极少量的PAM即可使钻屑絮凝而全部除去。
清水钻井大大提高了钻速，但因其携带钻屑能力差，滤失量大，影响井壁稳定等缺点，不能广泛使用，只能用于地层特别稳定的浅层井段。
因此，人们试图配制低固相钻井液，但随着钻井的进行，钻屑不断混入，时间一长就变成了高固相钻井液。
当时人们对此束手无策，因而称之?quot;无法控制的低固相钻井液"。
1960年，发现有两类高聚物，即部分水解聚丙烯酰胺(简称P HPA或PHP)和醋酸乙烯酯-马来酸酐共聚物(简称VAMA)，具有选择性絮凝作用。
它们可絮凝除掉劣质土和岩屑，而不絮凝优质造浆粘土。
同时，它们对钻屑的分散具有良好的抑制能力，处理过的钻井液体系中亚微米颗粒含量明显低于其它类型的水基钻井液，这对提高钻井速度是十分有益的。
这类新型的聚合物钻井液体系称为"不分散低固相聚合物钻井液"。
1966年，泛美石油公司在加拿大西部油田首次系统地使用了这种不分散低固相聚合物钻井液，大幅度提高了钻速。
随后，这种钻井液体系在世界范围内推广应用，经受了不同地层、不同井深和不同密度等方面的考验，在提高钻井速度和降低钻井成本等方面效果显著，证明是一种技术先进的钻井液体系。
1971年，在第八届世界石油大会上，有专家分析认为，当时对降低钻井成本最有影响的新进展主要有：(1)不分散低固相聚合物钻井液的成功开发；(2)镶嵌硬合金齿钻头的设计和钻头轴承寿命的改进；(3)钻井最优化技术的应用。
泥浆材料检测与应用：水基钻井液-聚合物钻井液
任务三聚合物钻井液
教学目的与要求
知识目标：
1、掌握聚合物钻井液的定义
2、掌握聚合物钻井液的分类
3、掌握聚合物钻井液的特点
能力目标：
1、能够掌握聚合物钻井液的组成
2、能够区分聚合物钻井液的类型
3、能够明确不同聚合物钻井液的特点
素质目标
1、培养学生泥浆工的基本职业素质
教学重点与难点
重点：聚合物钻井液的基本知识
经过这些年的发展，聚合物钻井液已经了很大的发展，但是，这种体系在使用中还存在着以下问题有待于解决：
①钻屑容量仍不够大。当钻屑含量超过20%时，钻井液性能就明显变坏，因此对固控的要求仍很高。
②抗盐能力有限。由于受聚合物特性的限制，若矿化度超过100000mg/L，钻井液性能就开始恶化。虽然现场已有用于饱和盐水钻井液的实例，但从性能和成本上考虑，并不十分理想。
难点：几种聚合物钻井液的区别与联系
处理方法：讲授、举例
教学资源
多媒体课件、教材、黑板教学过程教步骤与内容教学方法/教具
导入新课
讲授+提问
聚合物钻井液概述
讲授
聚合物钻井液分类
讲授
小结
归纳+提问
作业
(1)什么是聚合物钻井液？
(2)聚合物钻井液的分类是什么？
教学评估
学生的课堂表现情况，作业完成情况
【本节小结】
课后
小结
聚合物钻井液的制备评价与维护剖析
四、实验步骤
1、配制聚合物钻井液并测定性能
取600ml水，加入4%的膨润土，再加入Na2CO3,其质量是膨润土 质量的5%，高速搅拌20分钟，老化24小时。然后加入0.3%PHPA （部分水解聚丙烯酰胺 ）和2%环保降滤失剂(改性淀粉)到钻井液中， 高速搅拌20分钟。
测定钻井液的密度、表观粘度（AV）、塑性粘度（PV）、动 切力（YP）、滤失量等钻井液性能参数。
三、实验原理
钻井液中的粘土矿物由于晶格取代其颗粒表面带有负电荷，可 吸附等电量的阳离子，形成扩散双电层。钠蒙脱石吸附的Na+较Ca2+ 有更强的水化能力，其膨胀压很大，可使粘土分散为细小颗粒。 Ca2+侵入钻井液后，其很容易与钠蒙脱石中的Na+发生离子交换， 使其转化为钙蒙脱石， Ca2+ 的水化能力比Na+要弱得多，因此Ca2+ 的引入会使蒙脱石絮凝程度增加，致使钻井液的粘度、切力和滤失 量增加。当其浓度达到一定数值后，会进一步压缩双电层，使粘土 颗粒发生面-面聚结，此时分散度明显降低，钻井液的粘度和切力在 分别达到其最大值后又转而下降，滤失量继续上升。
当钻井液遇钙侵后，有两种有效的处理方法。一是在钻达含石 膏地层前转化为钙处理钻井液；二是使用化学剂将Ca2+清除。通 常是根据滤液中Ca2+浓度，加入适量纯碱除去钻井液中的Ca2+， 其反应式为：
Ca2+ + NaCO3=CaCO3 + 2Na+
这种处理方法的好处是，即沉淀掉Ca2+，多出的钠离子又将钙蒙 脱石转变为钠蒙脱石。但注意纯碱不要加量过多，以免引起CO2-污 染。
FL mL
1
0 1.037 39.5 28 11.5 10.6
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聚合物钻井液
买口
（陕西省延安职业技术学院，延安，716000）
摘要:随着石油工业的不断发展，钻遇的地层越来越复杂，路上钻井难度也越来越大，在外部条件不断变化的情况下，人们研制出
了一种适合于大部分底层的钻井液聚合物钻井液。
是你试验及
现场应用证明，该钻井液对页岩的水化膨胀有良好的抑制作用，具有良好的抗盐抗钙性能，能用于较深近段，使用时间长，能
提高机械钻速，明显提高钻井成本。
本文主要对聚合物钻井液
的机理和油田上的应用作了详细的描述。
关键字：阳离子聚合物钻井液，阴离子聚合物钻井液，两性离子聚合物钻井液
正文：
一、钻井液的功用
钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
钻井液又称做钻井泥浆，或简称为泥浆。
钻井液的循环是通过循环泥浆泵来维持的。
偷漏泥浆泵排出的高压钻井液
经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，以清洗井底并携带岩屑。
然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，在到达地面后经排出管线流入泥浆池，再经各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入泥浆泵循环再用。
钻井液流经的各种管件、设备构成了一整套钻井液循环系统。
钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。
随着钻井难度的逐渐增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。
钻井液最基本的功用有以下几点：
1、携带和悬浮岩屑
2、稳定井壁和平衡地层压力
3、冷却和润滑钻头、钻具
4、传递水动力
但是，钻井实践表明，作为一种优质的钻井液，又做到以上几点是不够的。
为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求；为了满足地质上的要求，所使用的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层的评价；此外，钻井液还对钻井人员及环境不发生伤害和污染，对井下工具及地面装备不腐蚀或尽可能减轻腐蚀。
一般情况下，钻井液成本只占钻井总成本的7%~10%，然而先进的钻井液技术往往可以成倍地节约钻时，从而大幅度地降低钻井成本，带来十分可观的经济效益。
而聚合物钻井液是以某些有絮凝和包
被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基钻井液。
由于这些聚合物的存在，体系所包含的各种固相颗粒可保持在较粗的粒度范围内，与此同时所钻出的岩屑也因及时受到包被保护而不易分散成微细颗粒。
其主要优点表现在：
（1）钻井液密度和固相含量低，因而钻进速度可明显提高，对油气层的损害程度也较小。
（2）剪切稀释特性强。
在一定泵排量下，环空流体的粘度、切力较高，因此具有较强的携带岩屑能力；而在钻头喷嘴处的高剪切速率下，流体流动阻力较小，有利于提高钻速。
（3）聚合物处理剂具有较强的包被和抵制分散的作用，因此有利于保持井壁稳定。
因此，自20世纪70年代以来，该类钻井液一直在国内外得到十分广泛的应用，并且其工艺技术不断得到完善和发展。
二、阳离子聚合物钻井液
1、大、小阳离子抑制机理
大阳离子带有阳离子基团，靠静电作用吸附在钻屑上，吸附力较强，它的相对分子质量较大，分子链足够长，因而桥联作用较好；大阳离子可降低钻屑的负电性，减少粘土层面间的静电排斥作用，容易形成密实凝体。
小阳离子靠静电作用可吸附在岩石表面，另外与岩屑层间可交换阳离子发生离子交换作用也可进入岩屑晶层间。
表面吸附的小阳离子的疏水基可形成疏水层，阻止水分子进入岩屑粒子内部，有效地抑制岩屑水化膨胀和分散；小阳离子所带的正电荷中和岩屑带
的负电荷，削弱岩屑粒子间的静电排斥作用，从而降低岩屑的分散趋势。
小阳离子作为一种有机盐，可以有效降低溶液活度，特别是有机阳离子由于未水化前离子半径较K+、NH4+大得多，根据电荷数相同的离子水化能与未水化时的离子半径成反比的理论，有机阳离子水化能较低，粘土将优先吸附水化半径相对较小的有机阳离子，交换出钠、钙离子以降低自身的水化活性。
由于大、小阳离子相对分子量的关系，小阳离子在钻屑上的吸附速度一般比大阳离子快，小阳离子首先吸附在新产生的钻屑上抑制其分散，随后大阳离子再吸附在钻屑上靠桥联作用形成絮凝体，经过沉降和固控设备有效清除钻屑絮凝体。
2、应用效果
阳离子钻井液中的大、小阳离子能有效地抑制泥页岩的水化分散和膨胀，保持钻井液较低的坂土和固相含量，钻遇温西上部地层时，泥浆性能平稳，维护处理量小。
3、结论与认识
1、阳离子聚合物钻井液抑制性强，井眼稳定，从而减少了井下复杂与事故，降低了井径扩大率，可以极大提高钻井综合效益，为解决吐哈油田第三系造浆段坂含、固相难控制问题提供了一条新思路。
2、阳离子聚合物钻井液固相容量限低，当坂含量超过60g/l时，泥浆流态变差，失水上升，有弱凝胶现象，可应用SF-260进行流态调节。
3．阳离子聚合物钻井液与常规处理剂配伍性好，应用前景广阔，与抗盐处理剂复配可以应用于吐哈西部盐膏区块的钻井施工。
三、阴离子聚合物钻井液
1.不分散低固相聚合物钻井液，该钻井液适合于钻进层理裂缝不发
育的易膨胀强分散地层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。
2.无固相聚合物钻井液，该钻井液适于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以及已下技术套管的低压、井壁稳定的储层等。
3.聚合物盐水钻井液，该体系包括饱和非饱和及盐水钻井液，主要
用在含盐膏的地层及海上钻井。
4.聚合物加重钻井液，该体系不能保证低固相的要求的性能指标，
其维护要点是使用选择性絮凝剂包被钻屑、抑制分散，通过加强固控尽可能地清除钻屑。
四、两性离子聚合物钻井液
1.特点：
1)抑制性强，剪切稀释特性好，能防止地层造浆，抗岩屑污染能力
较强。
2)用这种体系钻出岩屑成型，易于清除，有利于充分发挥固控效率。
3)与其他钻井液的配伍性较好。
4)节约钻井成本，极高经济效益。
2.使用维护注意事项：
a)FA367质量分数应达到0.3%以上，以以防止井塌。
b)应尽力控制虑失量在8ml以下，泥饼质量要坚韧致密，在此前
提下调节其性能。
3.两性离子聚合物钻井液现场应用：
1.两性离子聚合物钻井液在处理剂中的应用
1)增粘剂
2)降粘剂
3)包被抑制剂
4)降滤失剂
2.两性离子聚合物钻井液用作压裂液的添加剂
3.两性离子聚合物钻井液用做固井水泥外加剂
4.强化采油方面的应用
a)堵水调剖剂
b)驱油剂
总结：随着钻井新工艺、新技术的进步，特别是旋转复合导向钻井技术的推广和应用，钻井速度大幅度提高，常规钻井液体系因抑制岩屑分散能力弱，很难满足优快钻井的需要，因此聚合物钻井液在未来具有很好的前景，从总体上来说不但有一定的优越性，而且性价比比较的高。
另一方面环境保护已经成为当今社会所追求的一个热点，所以聚合物钻井液更加成为国内各大油田所追求的一种比较好钻井液系。
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