第三节 钻井液处理剂--防塌剂

无机钾盐（KCL，KOH）
钾盐防塌是利用K+稳定地层粘土，防止井壁坍 塌。在蒙脱石、伊利石粘土矿物中，相邻的硅 氧四面体共有氧原子组成的六角环内切圆直径 为0.288nm，而未水化K+直径为0.266 nm,因此K+ 易镶嵌到六角环中,把带负电荷的粘土片紧紧联 结在一起,阻止了粘土水化膨胀。
同时，K+的水化半径(0.76 nm)小、水化能低也抑制 了粘土水化膨胀。而且 K+ 使粘土颗粒的扩散双电 层变薄,Zeta电位降低有利于各种处理剂在粘土上的 吸附 ,提高了处理剂的效果。NH+4由于直径与 K+相 近 , 防塌效果也较好。其它无机盐类 (NaCL) 都有减 少粘土表面水化和渗透水化的作用 , 但由于离子半 径和水化能与 K+不一样 , 故对粘土页岩的稳定能力 较差。
无莹光防塌降滤失剂（PA-1）
PA-1为无莹光的腐植酸钾与阳离子组分接 枝的共聚物。
Baidu Nhomakorabea
PA-1的作用机理与用量
PA-1的防塌作用是由于分子链上的钾离子和其它阳 离子协同作用抑制泥页岩水化膨胀。同时阳离子的 加入大大提高了处理剂的吸附和水化能力，给粘土 颗粒带来厚的水化膜，提高了粘土颗粒的电动电位， 形成了致密的压缩性好的泥饼，从而有利于降低钻 井液的滤失量，并有一定的降粘效果。 PA-1 的加量 为 1.5-3%, 适宜的 PH 值为 7.5-11, 耐温达 180°C 。该处 理剂类似于其他腐植酸类产品，也具有抗无机盐效 果差等缺点.
聚合醇防塌剂的防塌机理
①强抑制性。聚合醇能够与水分子争抢粘土矿物上的吸附位 置，从而阻止水分子吸附到粘土上,阻止粘土水化膨胀和分散。 ②浊点效应。同其他非离子表面活性剂一样，聚合醇具有浊 点效应，在低温下可溶于水，当温度超出一定范围后，聚合醇分子 便束集成塑性团粒，在井眼压力的作用下被挤入井壁缝隙并逐渐把 缝隙堵住，有时聚合醇在井眼内为溶解状态，但随滤液进入井壁缝 隙后由于温度高于浊点而析出并堵塞裂缝。
封堵防塌剂FF-1
FF-1属改性沥青类防塌剂，沥青颗粒的软化点在 80°C -140°C 。其主要的防塌机理：沥青颗粒在一 定的温度和压力下软化变形，在井内压差的作用下, 沥青颗粒被挤入页岩孔隙、裂缝和层面，封堵页岩 层理和微裂缝，提高了对页岩裂缝的粘结力，在井 壁处形成具有护壁作用的内、外泥饼，阻止水进入 泥页岩。同时FF-1还能有效地改善泥饼质量，降低 钻井液的高温高压失水，提高泥饼的润滑系数等优 点而且不影响钻井液的流动性能。
第三节 防塌剂
井塌的原因
一、力学因素。井眼围岩的差应力超过岩石的 抗剪强度。 二、物理化学因素。 1、地层的岩性，包括岩石的矿物成份、结 构形态（如裂缝发育程度）。 2、钻井液滤液对地层的侵入，导致页岩的 水化裂解，粘土的水化膨胀，地层岩石强度 降低及坍塌应力升高。
三、钻井工程措施
1、井内压力激动过大。 2、井内液柱压力大幅度降低。 3、钻井液对井壁的冲蚀作用。 4、井身轨迹和井身质量的影响。 5、对井壁过于严重的冲击。
FF-1的用量与特点
FF-1的有效加量为2-3%，是当前解决裂 缝性泥页岩坍塌较好的一种防塌剂。同 时FF-1和超细CaCO3配合能有效提高地层 的承压能力，解决渗透性井漏。
磺化沥青（SAS）
磺化沥青是由沥青与浓硫酸或三氧化硫反应制得。 其磺酸基含量大于10%,水溶物>70%,油溶物大于25%, 粉状磺化沥青软化点一般在140°C -160°C;粉状磺化 沥青软化点一般在70°C -90°C, 固含量70%左右。其 防塌机理既有化学作用又有物理作用，处理剂溶于 水的阴离子基团，主要起降滤失作用，并吸附在泥 页岩裂缝边缘处阻止泥页岩进一步水化。同时在压 差作用下，油溶物颗粒粉起到封堵微裂缝的作用。
防塌剂稳定井壁的基本原理
一、提高钻井液的抑制性。钻井液的抑制性 是减轻钻井液同泥页岩地层物理化学作用， 防止泥页岩地层水化、膨胀和分散，稳定 井壁的关键。为了提高钻井液的抑制性可 以采用加入无机钾盐、高或低分子量的聚 合物、有机硅、多元醇等处理剂的措施。
二、增强钻井液的造壁性与封堵能力。对于 裂缝发育的坍塌层，在井壁周围形成渗透率 接近零的封堵带，将井筒内 钻井液 与井壁地 层隔绝为两个系统，控制和减少滤液侵入地 层，可以达到稳定井壁的目的。 三、优化钻井液的流型和流变参数。钻井液 的流型和流变参数对井壁稳定和携砂影响极 大。不同类型的地层选用不同的钻井液流型 和流变参数才能有效稳定井壁。
硅甲基抗钙防塌剂SAK-1
SAK-1的使用及特点
SAK-1在钻井液中的加量为2-3%，它要求 钻井液体系有一定的抗盐能力，PH值要 求大于11。SAK-1由于含有硅酸盐，因此 它能增粘、切，静切力较高，并且不能 与含有铵离子的处理剂一起使用。
磺化沥青的用量与特点
SAS的加量一般在1-2%，其不但防止泥页 岩垮塌效果良好，而且能显著改善泥饼 质量，降低钻井液的高温高压失水，提 高泥饼的润滑系数。但该产品如果磺化 不好时易产生增粘、起泡等副作用 , 且油 溶物含量较低,封堵防塌作用较差。
聚合醇防塌剂（SYP-1）
聚合醇防塌剂由聚乙二醇、聚乙烯醇、 聚醚、表面活性剂等多种成分组成，它 具有良好的抑制泥页岩膨胀和稳定泥页 岩井壁的能力并且润滑效果良好。
有机硅井壁稳定剂的使用
有机硅井壁稳定剂能有效抑制泥页岩水化分 散、降低钻井液粘、切和提高钻井液润滑能 力，其在钻井液中的加量2-3%，可适用于各 中钻井液体系，有机硅本身的裂解温度高于 300 °C ，有机硅井壁稳定剂的抗温能力大于 200 °C 。
硅酸盐类防塌剂，能有效增强钻井液的封堵作用 和抑制能力，提高钻井液的防塌性能。其防塌成 份为硅酸盐，含有硅酸盐的滤液进入地层后，因 化学环境的改变（主要是PH值降低及遇钙、镁离 子生成沉淀），能够迅速凝固,起到对近井壁的固 化作用。并且硅酸盐离子通过在粘土颗粒表面的 吸附，堵塞粘土层片之间的缝隙；硅酸盐能够有 效抑制粘土水化分散。SAK-1处理剂还能有效减小 钻井液滤液进入地层、降低压力穿透、改善泥饼 质量，这些均有利于井壁稳定，
③与钾离子形成复合物。钾离子与聚合醇具有很好的协同作
用，二者配合使用，抑制性更好。
聚合醇的使用及特点
SYP-1的加量是1-3%，它对钻井液流变性 影响不大。SYP-1还具有一定的降滤失作 用，同时润滑效果良好。
有机硅井壁稳定剂
有机硅的主要化学成分为CH3-Si(OH)2-CH(甲基硅醇) 的不同聚合物。有机硅分子中的Si- OH键容易与粘土 上的Si- OH缩聚成Si- O- Si键，形成牢固的化学吸附， 可在粘土表面形成一层甲基朝外的CH3-Si三吸附层， 使粘土亲水表面反转为亲油性，阻止或减缓了粘土 表面和层间的水化作用；同样也减弱了钻井液中粘 土颗粒间的相互作用力，削弱了网架结构，因此具 有较好的抑制泥页岩水化分散、降低钻井液粘、切 和润滑能力。