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钻井液体系和配方

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2020年4月19日
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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。常见的不分散集合物钻井液类型大致有三种：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。经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。经过控制适当的般土，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）经过使用磺化沥青、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

1. 多元素聚合物体系
材料名称
中文名称
加 量
般土
天然钠土
4%
KPAM、PMNK、80A51任意两种
聚丙烯酸钾、丙烯酰胺
0.6%～10.%
HPAN
水解聚丙烯腈
0.15%
MAN-101
中分子聚合物
0.1%
SAS
磺化沥青
5.0%
QS-2
超细碳酸钙
2.0%
RH-3
润滑剂
0.4%～0.6%
RH-4
清洁剂
0.3%～0.5%
2.复合粒子性聚合物体系
材料名称
中文名称
加 量
般土
天然钠土
4%
FA-367
复合离子大分子聚合物
0.4%～0.6%
XY-27
复合聚合物稀释剂
0.15%
JT-888
聚合物降失水剂
0.2% ～0.3%
SAS
磺化沥青
5.0%
QS-2
超细碳酸钙
2.0%
RH-3
润滑剂
0.4% ～0.6%
RH-4
清洁剂
0.3%～0.5%

3.阳离子聚合物体系
材料名称
中文名称
加 量
般土
天然钠土
4%
SP-2
大阳离子
0.3%～0.4%
CSW-1
小阳离子
0.1%
JT-888
聚合物降失水剂
0.2%～0.3%
SAS
磺化沥青
5.0%
QS-2
超细碳酸钙
2.0%
RH-3
润滑剂
0.4%～0.6%
RH-4
清洁剂
0.3%～0.5%

3.技术关键
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%）改进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。
6. 不使用稀释剂。

4.推荐性能

密度（克/厘米）

1.05～1.40
粘度（秒）

44～55
PV（毫帕·秒）
塑性粘度
18～30
YP（帕）
动切力
7.5～10
GELS（10″/10′）(帕)
初切、终切
2～5/5～10
API·PL（毫升）
中压失水

HTHP·FL（毫升）
高温高压失水

MBT（克/升）
般土含量
30～45
KF
泥饼润滑系数
<0.1
pH
酸碱值
8.0～9.5
SAND(V％)

<0.5
SOLID(V％)

Ca2+(毫克/升)
钙离子含量
<200

5.使用环境

主要用于解决遇巨厚地址年代较晚的第三系强胶性泥岩地层（粘土矿物以伊利石为主，其次为绿泥石和高岭石及少量伊利石、蒙脱石混层 以上的地层）时所遇到的井眼缩小导致起下钻阻卡严重等复杂问题。

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。故具有一定防塌能力。
3） 在进入产层前经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泥饼，护壁能力强。

2.配方

材料名称
加 量
般土
4%～6%
KPAM
0.1%～0.2%
PAC
0.1%
SMP-1
2.0%
PSC
2.0%
SPNH
2.0%
SMT(FCLS)
0.2～0.5%
FT-1
2%～3%
SAS
2%～3%
QS-2
2.0%
RH-3
0.4～0.6
RH-4
0.3～0.5

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。
3） 使用SPNH、SMP抗高温降滤失，同时以获得良好的高温稳定性。
4） 使用SMT或者FCLS控制流变性。
5） 使用超细碳酸钙与磺化沥青中大量的可变形粒子一起遵循三分之一架桥原理降低泥饼渗透率，提高泥饼质量，减少滤液侵入地层，从而起到在泥岩井段防塌，在砂岩井段防止压差卡钻和保护油气层的作用。
6） 控制pH值10～11,以利于分散剂充分发挥其效能。
7） 控制适当的般土含量，以保证获得良好的流型和造壁型。

4.推荐性能

密度（克/里面3）
1.15～2.00
粘度(秒)
45～68
PV（毫帕.秒）
10～40
YP（帕）
5～15
GELS（10”/10’）
3～10/8～15
API·FL（毫升）/Cake(mm)
<5.0/0.5～1.0
HTHP·FL(毫升)
<15
MBT（克/升）
25～50
KF
<0.1
pH
10～11
SAND(V％)
<0.5
SOLID(V％)

Ca2+(毫克/升)
<200

5.使用环境
1.) 可用于超过4000米的深井；井底温度达160～200℃；
2.) 适用于各种密度的加重钻井液（最高密度达2.00克/里面3）
3.) 异常压力地层
4.) 不宜用于钻纯膏岩层
三．钾基（抑制性）钻井液体系

该体系是以聚合物的钾、铵盐及氧化钾为主处理机配制而成的防塌钻井液。它主要是用来对付含有水敏性粘土矿物的易坍塌地层。

1. 体系特点
（1） 对水敏性泥岩、页岩具有较好的防塌效果；
（2） 抑制泥页岩造浆能力比较强
（3） 对储层中的粘土矿物具有稳定作用；
（4） 分散型钾基钻井液有较高的固相容限度

2.配方

材料名称
加 量
般土
4%～6%
KOH(NaOH)
0.2%～1.0%
KPAM
0.1%～0.2%
KPAN(NPAN)
0.2%～0.4%
KCI
2%～5%
KHAM(SMP)
1.0%～2.0%
SPNH
1.0%
FCLS(SMT)
0.2%～0.5%
QS-2
2.0%
RH-3
0.4%～0.6%
RH-4
0.3%～0.5%

3.技术关键
（1） 滤液中K+浓度应不低于500毫克/升，才能发挥应有的防塌作用；
（2） 使用高分子聚合物KPAM抑制泥页岩分散
（3） 使用的降滤失剂最好也是各种小分子亮的聚合物钾、铵盐，如K-HPAN、NH4-HPAN、KHAM，这样既可达到降滤失量及降粘切的目的，而且可增强防塌能力。
（4） 由于过多的OH-能够分散剥落页岩，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），特别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

密度（克/里面3）
1.15～2.00
粘度(秒)
45～68
PV（毫帕.秒）
10～40
YP（帕）
5～15
GELS（10”/10’）
3～10/8～15
API·FL（毫升）/Cake(mm)
<5.0/0.5～1.0
HTHP·FL(毫升)
<15
MBT（克/升）
25～50
KF
<0.1
pH
10～11
SAND(V％)
<0.5
SOLID(V％)

密度（克/里面3）
1.15～2.00
K+(毫克/升)
>3000

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） 对硬脆性微裂缝页岩的防坍塌效果不够理想，应辅助沥青类处理剂才能取得满意效果。
（5） 可使用语造浆较强的粘土及软泥岩层地层，能获得较低的固相含量，较小的钻井液密度，有利于提供钻速。
（6） 该体系主要用于钻那些不允许使用沥青类防塌剂的易坍塌泥页岩地层。

钻井液性能

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，不用泥浆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。
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失水特性。
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，降低溶液的失水量；
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。
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。
降失水。聚合物经过与无机盐的适度交联可降低溶液的滤失量。为降失水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，经过多点吸附架桥，化学活度平衡等在孔壁上成膜而对孔壁起抑制防塌作用。

润滑作用。聚合物如LG植物胶都有一定的润滑及减阻作用，为提高溶液的润滑性，可辅助加入适量的表面活性剂。
4，基本特征 低密度 可压缩
分类
干气体 用干空气或天然气体作为钻井循环介质。工艺相对简单，可是由于气体悬携岩屑能力差，因此需要很大的环空流速，即需要较大的送气量。
雾状体系 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。
充气泥浆 在泥浆中加入发泡剂、稳泡剂，经剧烈混合后形成大量微小泡沫高度分散在泥浆中的低比重泥浆体系。
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 。