聚合物钻井液的配制Word格式文档下载.docx

1、 （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7

2、0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

3、，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130。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

4、，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）钻屑与膨润土的比例不超过2:1，膨润土含量一般维持在1.31.5比较合适。（3）动切力（Pa）与塑性粘度（mPas）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1.53 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，

5、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 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。 现场配制与维护的要点如下： a配制聚合物溶液。先用纯碱

6、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，用增粘剂与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。 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1723 kgm3的优质膨润土

7、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0.35 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：3040 s；塑性粘度：47 mPa.s；动切力：4 Pa；静切力：（12）/（13）Pa；API滤失量：1530 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79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

8、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

9、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。 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，

10、水解度30左右）配成10的溶液，按前者与后者的比例为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应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

11、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

12、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，劣质土与膨润土之比接近于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

13、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。 （2）在防止起钻遇卡、下钻遇阻及防止钻头泥包等方面具有较好效果。 （3）流变性能比较稳定，维护间隔时间较长。 （4）具有较好的抗高温、抗盐和抗

14、钙、镁等高价金属阳离子污染的能力。 （5）具有较好的抗膨润土和钻屑污染的能力。 （6）与氯化钾一聚合物钻井液相比，它不会影响电测资料的解释。3）维护与处理要点（1）保持钻井液中大、小阳离子处理剂的足够浓度。为了有效地抑制页岩水化分散，防止地层坍塌，钻井液中应保持大、小阳离子处理剂的浓度不能低于0.2，并随钻井过程中的消耗作相应补充。（2）正常钻进时的维护。为保证钻井液的均匀稳定，应预先配好一池处理剂溶液和预水化膨润土浆。当钻井液因地层造浆而影响性能时，可添加处理剂溶液，以补充钻井液中处理剂的消耗，同时又起到降低固相含量的作用。当地层并不造浆，钻井液中膨润土含量不足时，应补充预水化膨润土浆，以保

15、证钻井液中有足够浓度的胶体粒子，改善泥饼质量和提高洗井能力。 （3）在大斜度定向井钻进时，应加入0.30.5的润滑剂以使钻井液具有良好的润滑性。 （4）良好的固相控制是用好阳离子聚合物钻井液的必要条件，所以应充分重视固控设备的配备和使用。6. 两性离子聚合物钻井液的知识两性离子聚合物是指分子链中同时含有阴离子基团和阳离子基团的聚合物，与此同时它还有一定数量的非离子基团。以两性离子聚合物为主处理剂配制的钻井液称为两性离子聚合物钻井液。 1）特点 （1）用这种体系钻出的岩屑成形，棱角分明，内部是干的，易于清除，有利于充分发挥固控设备的效率。 （2）抑制性强，剪切稀释特性好，并能防止地层造浆，抗岩屑

16、污染能力较强，为实现不分散低固相创造了条件。 （3）FA367和XY-27与现有其他处理剂相容性好，可以配制成低、中、高不同密度的钻井液，用于浅、中、深不同井段。在高密度盐水钻井液中应用具有独特的效果。 （4）XY-27加量少，降粘效果好，见效快，钻井液性能稳定的周期长，基本上解决了在造浆地层大冲大放的问题，减轻劳动强度，节约钻井成本，提高经济效益。 缺点：一是钻屑容量限还不够大，当钻屑含量超过20时，钻井液性能就显著变坏因此对固控的要求仍然很高。二是抗盐能力有限，若矿化度超过100 000 mg/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

17、想。 2）使用和维护方面应注意的原则是： （1）FA367的浓度应达到0.3以上，以防止井塌。 （2）滤失量控制在8 mL以下。 （3）pH值控制在88.5范围内。当pH值大于9时，XY-27的降粘效果会明显下降。 （4）以性能正常为原则来调节FA367和XY-27的比例。加重钻井液可以不加FA367。 （5）应以维护为主，处理为辅，坚持用胶液等浓度维护，切忌大处理。 （6）非加重的钻井液的胶液比例为：H2O：FA367：XY-27=100：1:0.5。遇强造浆地层XY-27的量应加倍。 （7）加重钻井液的胶液比例为：XY-27：SK-II（或PACl41）=100：2.5：2.5。密度大于2

18、.0g/cm3时，处理剂用量应加倍。 （8）最大限度地用好固控设备。7. 页岩抑制剂磺化沥青（AsphaltS） 磺化沥青为黑褐色粉末，用做水基钻井液的页岩稳定剂，钻井液中加入AsphaltS以后可有很强的抑制页岩水化膨胀的性能，并可形成薄而坚韧的泥饼，从而使井壁稳定，起下钻通畅。商业产品有两种钠磺化沥青和钾磺化沥青，后者有更强的页岩抑制效应。AsphaltS还可以使钻井液具有更好的润滑性，较低的API和HTHP滤失量。通常其加量范围为1.53.0。氧化沥青（Asphalt0） 氧化沥青为黑褐色粉末，其用途是封堵泥页岩地层中的缝隙，形成坚韧的泥饼，以保持井壁稳定性；同时还可提高钻井液和泥饼的润

19、滑性。通常其加量范围为3.05.0。硅稳定剂（SiInh） 硅稳定剂为水溶性淡褐色粘稠液体，在水基钻井液中作页岩稳定剂。加入后还可使钻井液具有突出的润滑性和井壁稳定性。通常其加量为3.05.0。KPAM 它是一种增稠剂饱被剂的同时，还是一种页岩稳定剂。CSW1 CSW1是一种低分子量阳离子聚合物降粘剂，能有效地降低粘度，特别是在阳离子聚合物钻井液体系中；同时它还具有页岩抑制效能。通常其加量为0.30.8。腐殖酸钾KHm它是腐殖酸与烧碱反应生成的腐殖酸钾的提取物。商业产品为黑褐色自由流动粉末。它在水基钻井液中作降滤失剂；同时还有降粘效应。通常应用于井底温度不超过120的较浅地层。其加量范围为0.

20、51.5。泥页岩抑制剂（俗称小阳离子） 泥页岩抑制剂（也称粘土稳定剂）是环氧丙基三甲基氯化铵，国内商品名为NW-1，俗称小阳离子，有液体和干粉两个剂型，相对分子质量为152。拓展知识：1.聚合物处理剂的主要作用机理是什么？1）桥联与包被作用 当一个聚合物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。桥联作用易导致絮凝和增粘等，而包被作用有利于抑制钻屑的分散。 2）絮凝作用 当聚合物在钻井液中主要发生桥联吸附时，能将一些细颗粒聚结在一起形成粒子团，这种作用称为絮凝作用。能

21、起絮凝作用的聚合物称为絮凝剂。形成的絮凝粒子团易于靠重力沉降或固控设备清除，有利于维持钻井液的低固相。所以，絮凝作用是钻井液实现低固相和不分散的关键。目前常用的絮凝剂是部分水解聚丙烯酰胺（简称PHPA或PHP）。 3）增粘作用 加入钻井液能够起增粘作用的称为增粘剂。它多用于低固相和无固相水基钻井液，以提高悬浮力和携带力。增粘作用一是由于游离（未被吸附）的聚合物分子能增加水相的粘度，二是由于聚合物的桥联作用形成的网络结构能增强钻井液的结构粘度。常用的增粘剂有相对分子质量较高的PHPA和高粘度型羧甲基纤维素（CMC）等。 4）降滤失作用 钻井液滤失量的大小主要取决于泥饼的质量（渗透率）和滤液的粘度

22、，聚合物降滤失剂的作用也是通过这两方面来实现的。 （1）保持钻井液中的粒子具有合理的粒度分布，使泥饼致密，而且聚合物分子发生桥联作用而形成的网络结构可包裹大量自由水，使其不能自由流动，从而降低滤失量。 （2）提高粘土颗粒的水化程度。降滤失剂分子中都带有水化能力很强的离子基团，可增厚粘土颗粒表面的水化膜，有效地阻止水的渗透。 （3）聚合物降滤失剂的分子大小在胶体颗粒的范围内本身可对泥饼起堵孔作用，使泥饼致密。 （4）聚合物降滤失剂大分子可提高滤液粘度，从而降低滤失量。 5）抑制与防塌作用 聚合物在钻屑表面的包被吸附是阻止钻屑分散的主要原因。包被能力越强，抑制钻屑分散的作用也越强。 聚合物的防塌作

23、用，一是由于长链聚合物在泥页岩井壁表面发生多点吸附，封堵了微裂缝，可阻止泥页岩剥落；二是由于聚合物浓度较大时，在泥页岩井壁上可形成较为致密的吸附膜，能阻止或减缓滤液进入泥页岩，从而抑制泥页岩的水化膨胀和剥落。 6）降粘作用聚合物钻井液的结构主要是由粘土颗粒与粘土颗粒、粘土颗粒与聚合物、聚合物与聚合物之间的相互作用组成的。降粘剂就是通过拆散这些结构中的部分结构而起到降粘作用的。2. 钻井液防塌能力的评价方法 1）含水率的测定 （1）定义：含水率是页岩原含水量与吸附一段时间后含水量之差占原含水量的百分比。 （2）原理：页岩含水率高，水化膨胀大。 2）膨胀实验膨胀的体积占原体积的百分数为膨胀率。膨胀

24、率越大，水化越严重。 3）分散实验 （1）原理：页岩岩屑与钻井液接触后分散是水化的结果，是衡量水化程度的方法之一。 （2）方法：将一定数量（30.50 g）和大小（4-10目）的岩屑装入养护罐中，在一定的温度下滚动16 h，烘干过筛（30或80目）后称其质量。其百分比为16 h的回收率；而后再放人清水中加热滚动2 h，得2 h回收率（吸附稳定指标）。回收率越高，分散越小，稳定性越好。 4）页岩稳定指数的测定此法是强度、膨胀及分散侵蚀在一定温度及运动情况下的综合结果。首先将页岩磨细过筛，与人造海水配浆，预水化后压成岩心测针入度，热滚动16 h后再测针入度，并测岩心膨胀或侵蚀高度。 （2）计算：

25、SSI=1002（HYHI）一4D （4-4-1）式中 ：SSI页岩稳定指数；HI热滚前的针入度；HY热滚后的针入度； D膨胀或侵蚀总量。 5）水化后强度的测定页岩吸水后强度变化，所以用吸水后强度变化来衡量水化的程度。岩样与水混合，压成岩心测强度，再在水化仪上经70水化后测强度。 6）三轴应力页岩稳定实验 此法比较真实地模拟井下情况，岩心可在三个方向受力（径向、纵向和试液液柱压力）下讲行实验，但比较费时。 （1）压实：岩心或岩屑放入密闭室，将水分挤压出来，由出水量测渗透率；外压与膨胀压力平衡时的水量是岩样的原含水量，渗透率与岩样渗透率相当。 （2）将压好的岩样用橡皮套套好后，放入模拟仪中，施以

26、纵向、径向压力，再在岩样上钻出一个轴向孔，相当于钻井液的试液循环，并通过岩样孔隙向周边溢出。 7）毛细管吸收时间（CST）实验CST是测定各种试液与页岩粉配成的浆液渗过特制的滤纸一定距离的时间。此值越大，表明处理剂的抑制性越好，即页岩水化效应小、胶体分散小、页岩活性小。 （2）步骤： 用去离子水冲洗掉页岩岩屑中的氯离子； 将页岩岩屑干燥； 将250mL被试液体加入15g 200325目的页岩岩屑中搅拌30 min; 将混合液倒人圆柱试浆器中，记录渗透过两个电极（0.5 cm）的时间（CST）。3.正电胶钻井液（混合金属层状氢氧化物，Mixed Metal Layered Hydroxide C

27、ompounds，简称MMH）MMH正电溶胶的概念 所谓溶胶，是指颗粒直径小于或等于1的固体粒子的稳定体系，是物质的一种特殊状态。若胶粒带正电荷，就是正电溶胶。MMH是指由两种或两种以上的金属离子组成的层状氢氧化物。MMH正电溶胶就是由MMH的粒径小于或等于lum的带正电粒子的体系。 体系的组成 对浅、中深井而言，降滤失剂采用LV-CMC、CMS、LS-l、NPAN、JT-888，深部井段可配合使用SMP、SPNH等提高抗温性；降粘剂一般选用NPAN、XY-27，在膨润土含量高的情况下采用FCLS、SMK等。 胜利油田主要使用两种体系，基本可以满足各种类型的钻井需要： （1）膨润土+正电胶（M

28、MH）+低粘度羧甲基纤维素（LV-CMC）+水解聚丙烯腈铵盐（NH-HPAN）。 （2）膨润土+正电胶（MMH）+非离子降滤失剂SN-1+5原油+FCLS。 体系的特点 MMH正电胶具有很强的触变性，静止时呈假固体，有弹性，具有固体特性，但搅拌时可变成流动性很好的流体，静止后又迅速形成假固体。这就是其“固一液双重性”，即其结构的破坏与形成速度相当快。当钻井中断且钻井液停止循环时，能迅速形成结构，防止岩屑下沉；而恢复循环时，结构容易破坏，不至于造成蹩泵现象。 大量事实说明，该体系具有高剪切稀释特性，YP、动塑比（YP/PV）高，初切与终切高且相近，n值低，具有极强的携岩和悬浮岩屑能力；低水眼粘度

29、及PV值有利于提高钻速；对粘土矿物吸水膨胀具有抑制作用，有利于防塌和保护油气层。 作用机理 （1）MMH是一种混合金属层状氢氧化物。MMH与粘土颗粒接近时，首先接触的是水化膜，由于水化膜方向一致，故MMH将粘土胶粒周围的金属离子挤走，却不能将水分子挤走，形成MMH一水一粘土复合体。正电胶与粘土形成的复合体电荷密度比各自单独存在时的分散体高得多，比粘土的电荷密度高67倍，因而水化能力强。静止时水分子被高度极化成定向排列，被“固化”成“晶体水”，由于这种凝胶结构不是复合体间的直接接触，而是通过水化了的水化膜使复合体相互连接在一起，形成空间网架结构，粘土颗粒与正电胶、复合体与复合体之间，夹了一层或多层水分子，凝胶强度弱，故一经搅动，瞬间即可转化成流体。4.聚合物-铵盐钻井液主要组分：水解聚丙烯酰胺（PHP）、水解聚丙烯腈铵盐（NH4-HPAN）