第二章 钻井液体系

第二章钻井液体系
目前，国内常用的钻井液体系分为水基、油基和含气钻井液三大系列。

水基钻井液因使用方便、配制简单、价格低廉、对环境污染较小而应用广泛；油基钻井液由于其良好的抗泥页岩水化膨胀缩径性能而主要应用于泥页岩水化缩径严重的区块和对油气层保护要求较高的井；含气钻井液主要用于钻易漏的低压底层。

上世纪90年代又成功发展出合成基钻井液、超低渗透钻井液和不渗透钻井液并在大量井现场应用中取得良好的效果。

合成基钻井液对环境污染更小，并具有部分油基钻井液的特性，能很好的保持井壁稳定；超低渗透钻井液和不渗透钻井液在防止地层损害和提高油气井产量上有较突出的效果而得到较广泛的应用；
各种钻井液体系是人们在钻井液技术发展过程中不断实践创造和完善的，不要死记硬背，生搬硬套，而应该对其熟练掌握、灵活应用，并在解决所遇到的各种钻井液问题中不断总结，积累并不断的加以完善。

一、膨润土浆（坂土浆）
1、膨润土浆是常用的水基钻井液的基础结构，用于代替清水开钻，形成泥饼以加固上部地层井壁防止冲坏基础和防止井漏；也用于储备钻井液，在钻井过程中各种事故复杂处理后钻井液量不足时用于做配制钻井液的基浆。

2、常规膨润土浆配方：
（1）钠膨润土：水+ 0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3 纯碱+ 6-10% 钠膨润土
（2）钙膨润土：水+ 0.3-0.5%烧碱+ 8-12% 钙膨润土+ 纯碱（钙膨润土的6%）配置好水化24小时以后可加入0.1-0.3%的CMC-LV护胶降失水。

土是膨润土浆的基础结构，烧碱用于除去水中镁离子和调节膨润土浆PH值并促进膨润土水化，纯碱用于除去水中钙离子和促进膨润土水化；实际应用中，烧碱和纯碱的加量可根据配浆水中的钙镁离子含量来适当增减调节。

3、配置步骤
（1）清淘干净一个配浆罐，用清水清洗干净后装入配浆水（配浆水要求总矿化度小于1000mg/L）。

（2）软化配浆水：检测配浆水中钙镁离子含量，根据钙镁离子含量加入纯碱、烧碱除去配浆水中钙镁离子，软化水质，以提高膨润土的造浆率，使配制出的膨润土浆有较理想的粘度。

（3）室内小型实验，配制小样，检测小样性能。

（4）通过加重泵按实验合格的小样配浆，配浆前应用配浆水排替管线，配好后连续搅拌并用泵循环2-4小时，然后预水化24小时备用。

（5）如有必要，加入一定数量的护胶剂护胶，通常是加入0.1-0.3%CMC-LV或中小分子处理剂。

4、膨润土浆性能指标：
粘度：30-55 s ；塑性粘度：8-12 mPa.s
屈服值：10-20 Pa ；静切力：3-15/10-30 Pa
API失水：不刻意控制，通常＜20ml ；PH 值：8-10
5、常遇到情况和处理措施
（1）粘土和泥页岩侵入，钻井液增稠的处理。

A、排放部分钻井液并加水稀释；
B、加入电解质抑制剂，如：盐、生石灰、氯化钾和石膏等；
C、加入适量大分子聚合物包被抑制剂，絮凝部分土相；
D、使用四级固控设备清除钻井液中有害固相；
E、加入降粘稀释剂。

（2）滤失量控制：
加入适量中分子、小分子降滤失剂，如CMC-LV、淀粉类降失水剂、KHPAN，NH4HPAN等降失水剂。

二、聚合物钻井液
1、聚合物钻井液体系一般用于上部地层大井眼段钻进和地层水敏性较弱的浅井作业。

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3、聚合物钻井液性能指标：
粘度：30-45 s ；塑性粘度：7-15 mPa.s
屈服值：5-15 Pa ；静切力：1-3/5-15 Pa
API失水：通常＜15ml ；PH 值：8-10
摩阻系数：＜0.1 ；含砂：＜0.5 %
4、注意事项：
（1）用烧碱和纯碱控制体系的pH和Ca2+、Mg2+浓度，体系pH值不宜过高，防止KPAM、PLUS等进一步水解失效，Ca2+应控制在200ppm以下；
（2）预水化坂土用于控制滤失量和提高泥饼质量，可在配制新浆时加入，也可直接向井浆补充，加入前最好用CMC-LV、KHPAN或有稀释作用的降滤失剂（铵盐）等进行处理护胶；
（3）配制新浆时，先加其它处理剂对细分散的般土护胶，最后加入大分子包被剂和氯化钾；
（4）用稀胶液稀释或用少量稀释剂处理来控制泥浆的粘切；
（5）CMC-LV和铵盐用于控制泥浆的滤失量，随井深增加井温较高时，用SPNC或抗温降失水剂替代CMC-LV和铵盐，也可使用SMP、 SPNH来控制滤失量；
（6）大分子包被剂和氯化钾用于提供体系的抑制性，由于钻屑的吸附消耗，应经常向井浆中补充，保持足够的浓度以维持体系的强抑制性；
三、盐水钻井液
1、盐水钻井液经常用于钻盐水层、盐岩层、盐膏层，也应用于钻大段易膨胀缩径、剥落垮塌的水敏性泥页岩层，以保持井筒内井壁稳定。

2、分类：（1）海水钻井液：含盐量约3%；
（2）盐水钻井液：含盐量8-12%；
（3）欠饱和盐水钻井液：含盐量12-30%；
（4）饱和盐水钻井液：含盐量大于30%。

3、配方：
（1）海水钻井液：含盐量约3%；
A、基浆：淡水+ 0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3 %纯碱+ 6-10% 钠膨润土
B、胶液：海水+0.1-0.2%烧碱+ 0.05%纯碱+ 2-3%中分子降失水剂（CMC-LV、
PAC、淀粉、KHPAN等）+ 0.5%大分子包被剂（80A51、KPAM等）
+ 0.1-0.2%降粘剂（XY-27、FCLS等）+ 1-2%沥青粉
基浆用少量CMC护胶好，将胶液连续均匀的加入其中，根据实际情况需要加入适量润滑剂，根据失水情况调节降失水剂加量。

（2）盐水钻井液：含盐量8-12%；
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4、性能指标：
适用密度范围：1.05—2.50g/cm3；适用井深：0-10000米
粘度：42-65 s ；塑性粘度：15-25 mPa.s
屈服值：7-15 Pa ；静切力：1-5/6-15 Pa
API失水：通常＜8ml ；PH 值：9-10.5
HTHP：通常＜12ml ；摩阻系数：＜0.1
5、注意事项：
（1）加入盐后，通常会使钻井液PH值降低，应适时不断补充烧碱，以保持盐水钻进液PH值保持在9-10.5。

（2）盐水钻井液有时会出现发泡现象，应加入适量润滑剂改善其表面润滑性能或加入适量消泡剂消泡。

（3）应经常检测钻井液的盐含量（氯离子含量），在钻井过程中应根据盐含量的需求来不断补充盐，控制盐含量在一定范围内；同时应加入适量的降粘剂、降失水剂和其它添加剂，以使钻井液具备良好的性能。

四、聚磺钻井液体系
1、聚磺钻井液一般是在水基聚合物钻井液中引入磺化材料【包括磺化单宁（SMT），磺化褐煤（SPNH）、磺化沥青及磺化酚醛树脂（SMP）】，从而提高钻井液抗高温抗盐性能，以适应深井、超深井钻探对钻井液的要求。

聚磺钻井液性能稳定，抗污染能力较强，配制维护简单；具有较强的抗温抗盐性能。

2、配方：
3、性能指标：
适用密度范围：1.05—2.30g/cm3；适用井深：0-7000米
粘度：40-65 s ；塑性粘度：15-25 mPa.s
屈服值：6-15 Pa ；静切力：1-4/5-15 Pa
API失水：通常＜8ml ；PH 值：8.5-10
HTHP：通常＜15ml ；摩阻系数：＜0.1
4、注意事项：
（1）用烧碱和纯碱控制体系的pH和Ca2+、Mg2+浓度；
（2）控制体系的坂土含量在较低水平，若需加入预水化坂土用于控制滤失量和提高泥饼质量时，加入前必须用稀释剂或中分子降失水剂等进行处理护胶；
（3）用聚合物解絮凝剂木质素磺酸盐（FCLS）、磺化褐煤（SMC）、磺化单宁（SMT）等来控制泥浆粘切；体系的坂土含量高引起过高粘切时，应优先使用稀胶液稀释的方法来处理。

（4）加入磺化沥青、阳离子乳化沥青类防塌剂增强体系的防塌能力；SMP、PSC、SPNH 用于控制HTHP滤失量。

五、氯化钾聚磺钻井液
1、简介：
氯化钾聚磺钻井液是最近几年应用非常广泛的钻井液体系，在塔里木油田和西北局塔河油田广泛应用于钻3000米以上的地层。

它抑制粘土和泥页岩水化膨胀、分散的能力相当强，能有效的防止软泥页岩水化膨胀缩径，防止硬脆性泥页岩地层的剥蚀掉快和垮塌。

经过近几年的实践表明：氯化钾聚磺钻井液非常适应该区块的深井钻井
液体系；氯化钾聚磺钻井液性能稳定，抗污染能力强，配制维护简单；氯化钾聚磺钻井液能保证起下钻顺利通畅，提高钻井速度，减少事故复杂的发生；
氯化钾聚磺钻井液中氯化钾适宜的加量为4-11%。

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3、性能指标：
适用密度范围：1.05—2.50g/cm3；适用井深：0-10000米
粘度：40-60 s ；塑性粘度：15-25 mPa.s
屈服值：6-15 Pa ；静切力：1-4/5-15 Pa
API失水：通常＜8ml ；PH 值：9-11
HTHP：通常＜10ml ；摩阻系数：＜0.1
4、注意事项：
（1）经常（每天至少一次）检测K+含量，并不断根据实测K+含量补充氯化钾，保证氯化钾在钻井液中含量在4-11%。

（2）保持钻井液中包被增稠剂、降失水剂的含量，以保持钻井液良好的包被性和较低的滤失量。

（3）有条件的情况下，尽量用KOH代替烧碱调节PH值，保持PH值=9-11。

（4）氯化钾聚磺钻井液通常是由上部使用的聚合物钻井液转化而成，转化时先将上部使用的钻井液用稀聚磺胶液稀释护胶，降低其膨润土含量在30-40kg/m3，然后加入0.2-0.5%的大分子包被剂KPAM或80A51，然后再加降失水剂和防塌剂调节失水低于5ml，搅拌均匀后再加入氯化钾，氯化钾一定要加过胶凝点3%，达到4%以上，否则钻井液有可能出现稠得流不动。

（5）转化最好在地面罐进行，因为，如果氯化钾聚磺泥浆中膨润土含量过高。

这时若同时加入KCL和包被增稠剂KPAM，往往会造成钻井液粘度升的极高而流动困难；应先降低膨润土含量并护好胶后加入氯化钾，达到设计的钾离子含量，然后不断的补充氯化钾维持K+含量，并根据粘度、失水情况加入适量降粘剂和降失水剂处理。

调整钻井液性能至优良。