钻井液工艺学6(水基钻井液)课件.ppt

1、 艺术的大道上荆棘丛生，这也是件好事，常人都望而却步，只有意志坚强的人例外。雨果论文学 原浆浆VW水土水土方吨重剂用量每方泥浆加重剂所需加重重重重2121VVG12121211VVVVVV重重重重重）（比重1.301.311.60 1.612.00 2.012.30搬含2.01.81.61.4水眼粘度流速管子内径式中：Re；uV；dudkVPnn （一）高聚物絮凝剂（一）高聚物絮凝剂xHCONHCOONaH即%1002M（二）聚合物处理剂的作用（二）聚合物处理剂的作用（一）聚合物清水使用条件（一）聚合物清水使用条件（二）聚合物清水钻井工艺（二）聚合物清水钻井工艺（三）防卡措施（三）防卡措施（四

2、）转化工作（四）转化工作 FA367 FA367复合离子强包被剂复合离子强包被剂 组成组成 XY-27XY-27抑制型稀释剂抑制型稀释剂 LS-LS-惰性降失水剂惰性降失水剂 1.FA3671.FA367是由多种阴阳离子，非离子的乙烯基是由多种阴阳离子，非离子的乙烯基单体共聚而成的复合离子型高分子水溶性聚合物，单体共聚而成的复合离子型高分子水溶性聚合物，在高分子链节中，阴离子是钾、胺等抑制性盐类形在高分子链节中，阴离子是钾、胺等抑制性盐类形式存在，并引入有机阳离子，对粘土颗粒进行氢键式存在，并引入有机阳离子，对粘土颗粒进行氢键及化学键吸附，同时利用自身分子间的缔合，对粘及化学键吸附，同时利用自

3、身分子间的缔合，对粘土颗粒进行包被，进而成网作用，抑制粘土颗粒分土颗粒进行包被，进而成网作用，抑制粘土颗粒分散。散。2.XY-272.XY-27是由多种阴、非离子基团与有机阳离是由多种阴、非离子基团与有机阳离子单体共聚而成的复合离子型低分子水溶性聚合子单体共聚而成的复合离子型低分子水溶性聚合物，分子中引入有机阳离子，它能优先吸附于粘物，分子中引入有机阳离子，它能优先吸附于粘土颗粒上，且能与主聚剂分子链键合形成络合物，土颗粒上，且能与主聚剂分子链键合形成络合物，这阻止了主聚剂对粘土粒子有效吸附和成网，不这阻止了主聚剂对粘土粒子有效吸附和成网，不仅具有很好的抑制性而且能有效地降低聚合物钻仅具有很好

4、的抑制性而且能有效地降低聚合物钻井液的粘度和切力。井液的粘度和切力。3.LS-3.LS-，主要成分有沥青，石灰石粉及少量，主要成分有沥青，石灰石粉及少量的的CMCCMC，这些成分在泥浆中作泥饼的架桥粒子和填，这些成分在泥浆中作泥饼的架桥粒子和填充粒子，从而改善颗粒级配，降低泥饼的渗透率，充粒子，从而改善颗粒级配，降低泥饼的渗透率，并提高泥饼的形成速度，形成薄而致密的泥饼，并提高泥饼的形成速度，形成薄而致密的泥饼，同时，这些小分子物质对钻井液流变性较小，甚同时，这些小分子物质对钻井液流变性较小，甚至基本无影响。至基本无影响。该体系可以与其它聚合物配伍，相溶性较该体系可以与其它聚合物配伍，相溶性较

5、好，利于必要时的钻井液体系转换，易于实好，利于必要时的钻井液体系转换，易于实现其流变参数的优选优控，能保证较好的失现其流变参数的优选优控，能保证较好的失水造壁性，具有较好的防塌性能和抗污染能水造壁性，具有较好的防塌性能和抗污染能力，与过去的多元聚合物钻井液相比，可获力，与过去的多元聚合物钻井液相比，可获得更低的水眼粘度，更强的抑制泥岩分散造得更低的水眼粘度，更强的抑制泥岩分散造浆能力及配伍组分简化，实现处理剂高效化浆能力及配伍组分简化，实现处理剂高效化方面有了成效，并使维护、处理简化易于掌方面有了成效，并使维护、处理简化易于掌握。握。(一一)不分散低固相钻井液性能指标不分散低固相钻井液性能指标

6、1.1.总的固含总的固含4%4%密度密度 1.061.06，相当于固含，相当于固含4%4%2.2.搬含搬含=1.5=1.52.5 2.5 钻屑与搬含钻屑与搬含D/B2:1D/B2:13.3.动切应力为动切应力为 1.51.52.9Pa2.9Pa4.4.失水失水15ml15ml5.PH5.PH值值=7=78.58.56.Cl6.Cl-2000PPm Ca2000PPm Ca2+2+200Pa 钙搬土钙搬土 高岭石高岭石（2 2）温度的高低和作用时间长短）温度的高低和作用时间长短 t T t T 高温分散愈强高温分散愈强（3 3）介质的化学环境）介质的化学环境 OHOH-、CO3CO32-2-有利

7、于粘土水化分散有利于粘土水化分散 高价阳离子高价阳离子 CaCa2+2+、FeFe2+2+、FeFe3+3+、AlAl3+3+、CrCr3+3+、ZnZn2+2+对高温分散有抑制作用，价数愈高，浓度愈对高温分散有抑制作用，价数愈高，浓度愈大，抑制作用愈强。大，抑制作用愈强。结论：4 4高温分散对泥浆性能的影响。高温分散对泥浆性能的影响。（1 1）对流变性的热稳定性的影响）对流变性的热稳定性的影响 导致泥浆高温后增稠导致泥浆高温后增稠.定义：定义：泥浆经高温后，粘度（泥浆经高温后，粘度（T T）上升的现象。）上升的现象。hBtAB曲线曲线1 1 理想悬浮体。理想悬浮体。tt 曲线曲线2 2 高温

8、分散泥浆高温分散泥浆 t t 但粘度高于但粘度高于 对应温度的正常粘度。对应温度的正常粘度。曲线曲线3 3 高温度分散影响高温度分散影响 理想理想 悬浮体粘度下降悬浮体粘度下降。1 2 3 .影响高温增稠程度的因素影响高温增稠程度的因素 a.a.高温分散的强弱高温分散的强弱 b.b.粘土含量粘土含量.现场表现现场表现 a.a.进出口性能差别大（出口增稠）进出口性能差别大（出口增稠）b.b.泥浆在井内静止一段时间后，粘切提高明显。泥浆在井内静止一段时间后，粘切提高明显。.高温增稠的特点高温增稠的特点 a.a.性能不稳性能不稳 b.b.处理频繁。处理频繁。c.c.一般稀释剂不起作用一般稀释剂不起作

9、用 高温（后）胶凝高温（后）胶凝-当土量大到一定数值后，泥浆经高温作用后表当土量大到一定数值后，泥浆经高温作用后表失流动性形成凝胶的现象。失流动性形成凝胶的现象。高温粘土容量限高温粘土容量限-在一定温度下，泥浆体系发生高温胶凝所需的在一定温度下，泥浆体系发生高温胶凝所需的最低土量。最低土量。量限与泥浆中粘土类型，处理剂效能、介质环量限与泥浆中粘土类型，处理剂效能、介质环境、温度高低等因素有关，因而不可能存在一个适境、温度高低等因素有关，因而不可能存在一个适用于所有泥浆体系的量限。它是个理论概念，不能用于所有泥浆体系的量限。它是个理论概念，不能通过技术求得其大小，对于某一种体系泥浆用实验通过技术

10、求得其大小，对于某一种体系泥浆用实验方法可找出其量限。方法可找出其量限。.高温（后）胶凝的防止与处理高温（后）胶凝的防止与处理 防止：防止：a.a.严格控制粘土量，使其低于体系量限严格控制粘土量，使其低于体系量限 b.b.抑制粘土的高温分散（加高价离子，抗抑制粘土的高温分散（加高价离子，抗高温处理剂）高温处理剂）处理：处理：a.a.加水加水 b.b.加高价离子和稀释剂加高价离子和稀释剂 c.c.加红矾加红矾（2 2）高温分散对造壁性的影响）高温分散对造壁性的影响 （没有坏的影响）（没有坏的影响）（二）泥浆中粘土粒子高温聚结（二）泥浆中粘土粒子高温聚结 高温引起泥浆中粘土粒子结合的现象。高温引起

11、泥浆中粘土粒子结合的现象。1 1原因原因(1)(1)高温减薄水化膜（水分子热运动的结果）高温减薄水化膜（水分子热运动的结果）(2)(2)高温促使处理剂在粘土表面解吸附，使粘土粒高温促使处理剂在粘土表面解吸附，使粘土粒子子电位降低，水化膜减薄。电位降低，水化膜减薄。(3)(3)粘土粒子的布朗运动随升温增加（高温增加粘粘土粒子的布朗运动随升温增加（高温增加粘土粒子碰撞频率）。土粒子碰撞频率）。2.2.特点特点(1)(1)一般而言，聚结程度不高。一般而言，聚结程度不高。(2)(2)随温度可逆。（一般情况，高矿化度除外）随温度可逆。（一般情况，高矿化度除外）3.3.对泥浆性能的影响对泥浆性能的影响 (

12、1)(1)对流变性的影响对流变性的影响 理想状态：粘度按曲线理想状态：粘度按曲线正常规律下降。正常规律下降。分散泥浆：不考虑高温分散泥浆：不考虑高温分散，粘土粒子分散，粘土粒子E-EE-E、E-FE-F联结联结可逆变化，升温曲线可逆变化，升温曲线和降和降温曲线重合。温曲线重合。32t1 若同时考虑高温分散和聚结，井温曲线比曲线若同时考虑高温分散和聚结，井温曲线比曲线高，高，且降温曲线比升温曲线高，若粘土含量过高，高温聚结作用且降温曲线比升温曲线高，若粘土含量过高，高温聚结作用形成网架结构增加，造成高温增稠或胶凝。形成网架结构增加，造成高温增稠或胶凝。高矿化度盐水泥浆（高温分散弱），高温聚结主要

13、引高矿化度盐水泥浆（高温分散弱），高温聚结主要引起粘土粒子的起粘土粒子的F-FF-F结合，降低粘土粒子浓度，使泥浆在高温结合，降低粘土粒子浓度，使泥浆在高温下的粘度低于理想状态粘度。如曲线下的粘度低于理想状态粘度。如曲线3 3，且降温曲线比，且降温曲线比升温曲线低。升温曲线低。上述现象在土量低时表现尤为突出，这种影上述现象在土量低时表现尤为突出，这种影响可能造成井下粘度低而带不出砂子，所以高温响可能造成井下粘度低而带不出砂子，所以高温下泥浆的土量，这一土量称为下限。下泥浆的土量，这一土量称为下限。(2)(2)对造壁性的影响对造壁性的影响 聚结的结果使粒子的分散度降低，造成聚结的结果使粒子的分散

14、度降低，造成HTHPHTHP失水量增加，但随温度而可逆，现场经验，失水量增加，但随温度而可逆，现场经验，HTHPHTHP失水量失水量20ml20ml左右为合格。使泥饼增厚。左右为合格。使泥饼增厚。如低温失水正常，高温失水不正常，降温后又如低温失水正常，高温失水不正常，降温后又正常。则是高温聚结问题没解决，故应针对性处正常。则是高温聚结问题没解决，故应针对性处理。理。(三三)高温表面钝化（去活性）高温表面钝化（去活性）高温后泥浆中粘土粒子表面活性降低，高温后泥浆中粘土粒子表面活性降低，而使它形成卡片房子结构能力减弱的现象。而使它形成卡片房子结构能力减弱的现象。1.1.原因原因 泥浆中粘土粒子表面

15、的泥浆中粘土粒子表面的O O、Al Al、SiSi等与泥浆等与泥浆中的中的CaCa2+2+、OHOH+、AlAl3+3+等发生类似水泥硬化或与石等发生类似水泥硬化或与石灰粘土类似的反应结果。多发生在粘土端面。灰粘土类似的反应结果。多发生在粘土端面。2.2.对泥浆性能的影响对泥浆性能的影响(1)(1)高温（后）减稠高温（后）减稠 泥浆经高温作用后，粘度下降的现象。泥浆经高温作用后，粘度下降的现象。(2)(2)高温固化成型高温固化成型 泥浆经高温作用后，成为具有一定强度的泥浆经高温作用后，成为具有一定强度的固态体型现象。固态体型现象。如土量超过容量限，高温分散作用及泥浆中粘如土量超过容量限，高温分

16、散作用及泥浆中粘土粒子激增形成凝胶，在其凝胶的钢架结构中的土粒子激增形成凝胶，在其凝胶的钢架结构中的粘土粒子边侧。面的联结部位上发生了水泥硬化粘土粒子边侧。面的联结部位上发生了水泥硬化似的表面钝化反应，使刚架结构得以强化。而有似的表面钝化反应，使刚架结构得以强化。而有一定强度。从而产生高温固化。一定强度。从而产生高温固化。高温固化成型是土量超过量限后，由泥浆中高温固化成型是土量超过量限后，由泥浆中粘土粒子高温分散。胶凝、钝化的综合作用。形粘土粒子高温分散。胶凝、钝化的综合作用。形成具有一定强度的固态体型。成具有一定强度的固态体型。原因：泥浆中发生高温胶凝的同时，发生原因：泥浆中发生高温胶凝的同

17、时，发生 高温表面钝化的综合作用。高温表面钝化的综合作用。防止方法：防止方法：土量在土量在“量限量限”以下以下 抑制高温分散。抑制高温分散。减弱高温聚结减弱高温聚结 降低降低PHPH值值解决体系抗高温能力应从以下几个方面入手：解决体系抗高温能力应从以下几个方面入手：粘土含量在上下限之间。偏向下限粘土含量在上下限之间。偏向下限 有效控制泥浆中粘土分散、聚结、钝化有效控制泥浆中粘土分散、聚结、钝化 控制控制OH-OH-含量（用表面活性剂）含量（用表面活性剂）(一一)高温降解高温降解 高温使处理剂分子链断裂降低分子量的高温使处理剂分子链断裂降低分子量的作用称为高温降解。作用称为高温降解。1.1.影响

18、因素影响因素(1)(1)介质的种类介质的种类 如如CMCCMC在空气中在空气中200200不会发生明显降解。不会发生明显降解。(2)(2)分子结构分子结构.醚键醚键 -O-O-酯键酯键 易断裂易断裂 C-C N-C C-S C-C N-C C-S 比较比较稳定稳定.芳环比开链稳定芳环比开链稳定.支链的形成支链的形成(3)(3)矿化条件矿化条件.PH.PH愈高易降解愈高易降解 .盐、钙有影响盐、钙有影响(4)(4)温度高低，作用时间长短。温度高低，作用时间长短。(5)(5)其它因素，如氧化含量。细菌作用，光其它因素，如氧化含量。细菌作用，光辐射，搅拌。辐射，搅拌。常用处理剂抗温能力常用处理剂抗温

19、能力种种 类类降解温度降解温度腐植酸及其衍生物腐植酸及其衍生物200200230230聚丙烯酰胺类聚丙烯酰胺类200200230230以上以上铁铬盐及其衍生物铁铬盐及其衍生物130130180180纤维素及其衍生物纤维素及其衍生物140140160160栲胶及其改性产品栲胶及其改性产品180180以上以上磺甲基酚醛树脂磺甲基酚醛树脂210210220220 2.2.处理剂的抗温能力处理剂的抗温能力 处理剂在它的水溶液中发生明显降解的温度处理剂在它的水溶液中发生明显降解的温度（24h24h）检验方法：检验方法：(1)(1)检查处理剂的主链检查处理剂的主链 配成一定浓度（如配成一定浓度（如1%1%

20、）溶液测粘度，高温）溶液测粘度，高温24hr24hr后在同一条件下测粘度，如粘度明显下降说明降解后在同一条件下测粘度，如粘度明显下降说明降解（可采用漏斗，旋转粘度和毛细管粘度计）（可采用漏斗，旋转粘度和毛细管粘度计）(2)(2)检验亲水基脱落（以抗盐能力检验）检验亲水基脱落（以抗盐能力检验）配成一定浓度溶液，测抗盐性，经配成一定浓度溶液，测抗盐性，经24h24h高温再测高温再测抗盐性。抗盐性。3.3.对泥浆性能的影响对泥浆性能的影响(1)(1)使处理剂失效，泥浆性能破坏，且随温度不可逆，使处理剂失效，泥浆性能破坏，且随温度不可逆，所以降解作用主要影响热稳定性。所以降解作用主要影响热稳定性。例：

21、稀释剂降解：泥浆高温后增稠、胶凝例：稀释剂降解：泥浆高温后增稠、胶凝 增稠剂降解：泥浆高温后减稠增稠剂降解：泥浆高温后减稠 降水剂降解：降水剂降解：B K B K(2)(2)降解副产品使泥浆性能破坏降解副产品使泥浆性能破坏 高温降解后产生副产品如高温降解后产生副产品如COCO2 2、H H2 2S S等使等使PHPH值下降，值下降，同时还对钻具产生腐蚀作用。同时还对钻具产生腐蚀作用。4.4.高温降解的抑制高温降解的抑制 加入抗氧剂抑制氧化反应进行，常用抗氧剂苯酚加入抗氧剂抑制氧化反应进行，常用抗氧剂苯酚及衍生物、苯胺及衍生物、亚硫酸盐、硫化物。及衍生物、苯胺及衍生物、亚硫酸盐、硫化物。(二二)

22、处理剂的高温交联处理剂的高温交联 高温促进处理剂分子链连结长大分子量的过程高温促进处理剂分子链连结长大分子量的过程（不随温度可逆）（不随温度可逆）1.1.对泥浆性能的影响对泥浆性能的影响 (1)(1)高温胶联过头的影响高温胶联过头的影响 高温胶联过头使处理剂形成体型结构，处理高温胶联过头使处理剂形成体型结构，处理剂不溶于水，形成冻胶。结果造成泥浆高温（后）剂不溶于水，形成冻胶。结果造成泥浆高温（后）胶凝，失水猛增，胶凝，失水猛增，PHPH值下降（这种直接看到值下降（这种直接看到“块块状状”物可以判断是哪一类胶凝。）物可以判断是哪一类胶凝。）(2)(2)高温交联适当的影响高温交联适当的影响 抵消

23、高温降解作用，保持泥浆热稳定性。常用抵消高温降解作用，保持泥浆热稳定性。常用交联剂：乙二醇、低分子聚丙烯酸钠、甲醛。交联剂：乙二醇、低分子聚丙烯酸钠、甲醛。处理剂增效处理剂增效 例：例：SMCSMC与与SMPSMP交联，交联，SMCSMPSMCSMP水水=105100=105100加盐至饱和，粘度加盐至饱和，粘度SMCSMC不溶解，滤液红色。不溶解，滤液红色。200/24hr200/24hr。SMCSMC溶解抗盐至饱和。溶解抗盐至饱和。SMCSMC吸附能力强。吸附能力强。SMPSMP的水化能力强。高温交联后，的水化能力强。高温交联后，两者优点中和，使处理剂增效。两者优点中和，使处理剂增效。现场

24、表现在以下方面：现场表现在以下方面：现象效果比室内好，现场愈用愈好，井愈深现象效果比室内好，现场愈用愈好，井愈深愈好，失水下降，除高温分散剂外，还有处理剂愈好，失水下降，除高温分散剂外，还有处理剂增效作用。增效作用。3.3.影响高温交联的因素影响高温交联的因素(1)(1)温度高低与作用时间长短温度高低与作用时间长短(2)(2)处理剂结构处理剂结构 腐植酸类易交联，不易交联过头（含不饱和键多）腐植酸类易交联，不易交联过头（含不饱和键多）本质素易交联过头，聚丙烯酸类不易交联。本质素易交联过头，聚丙烯酸类不易交联。(3)PH(3)PH的影响的影响 凡是苯环参加的交联反应。凡是苯环参加的交联反应。PH

25、PH值愈高交联反应愈值愈高交联反应愈剧烈。随着剧烈。随着OH-OH-的消耗。的消耗。PHPH值又下降。值又下降。(4)(4)处理剂浓度愈高，愈易交联处理剂浓度愈高，愈易交联(5)(5)矿化条件矿化条件 含盐量高时，处理剂因盐析使水化膜变薄，相互含盐量高时，处理剂因盐析使水化膜变薄，相互间靠拢而发生交联反应，另外，有的离子间靠拢而发生交联反应，另外，有的离子CaCa2+2+、FeFe2+2+本身就是交联剂。本身就是交联剂。(三三)处理剂高温解吸作用处理剂高温解吸作用 高温升高，处理剂在粘土表面吸附量下降的现象。高温升高，处理剂在粘土表面吸附量下降的现象。1.1.高温解吸对泥浆性能的影响高温解吸对

26、泥浆性能的影响(1)(1)淡水泥浆，淡水泥浆，E-EE-E、E-FE-F联结。增稠，联结。增稠，BB(2)(2)高矿化度泥浆高矿化度泥浆F-FF-F联结，减稠，联结，减稠，BB 2.2.解决方法解决方法(1)(1)引入高价金属离子（与粘土表面产生强烈静电引入高价金属离子（与粘土表面产生强烈静电吸附）吸附）(2)(2)提高处理剂浓度提高处理剂浓度(3)(3)低低PHPH值（值（PHPH值增加，处理剂溶解能力，吸附能值增加，处理剂溶解能力，吸附能力减弱）。力减弱）。(四四)处理剂的高温去水化处理剂的高温去水化 高温使处理剂水化膜减薄的现象。高温使处理剂水化膜减薄的现象。它随温度可逆，主要影响的是高

27、温聚结。它随温度可逆，主要影响的是高温聚结。(1)(1)使用离子基作水化基，且增大水化基的比例。使用离子基作水化基，且增大水化基的比例。高温去水化的强弱，取决于水化基的本性，靠高温去水化的强弱，取决于水化基的本性，靠极性链及氢键水化基团，去水化作用强，由离子基极性链及氢键水化基团，去水化作用强，由离子基水化作用形成的水化膜高温去水化弱。水化作用形成的水化膜高温去水化弱。(2)PH(2)PH值高有利值高有利 因为因为PHPH值高，处理剂的溶解能力增强，即水化膜值高，处理剂的溶解能力增强，即水化膜增厚，但高增厚，但高PHPH值，对其它性能影响较大，所以不能值，对其它性能影响较大，所以不能用提高用提

28、高PHPH值方法来防止去水化作用，而采用酸性水值方法来防止去水化作用，而采用酸性水化基团，如化基团，如-SO-SO3-3-因它是强的酸性基团，不受因它是强的酸性基团，不受PHPH值值影响。影响。(五五)抗高温处理剂的基本要求及分子结构特征抗高温处理剂的基本要求及分子结构特征胶联易控制降解温度高热稳定性好基本性能要求分子结构特征采用C-C、C-N、C-S键，避免使用-O-键，控制饱和基比例在粘土表面吸附能力强，且不受高温影响或影响较小使用高价阳离子作吸附基，同时增大吸附基的比例亲水基团的亲水性强，且受高温影响小采用离子基作水化基如磺酸基等提高比例。即是高磺化度在较低的PH值条件下，能有效地发挥效

29、能采用强酸性基团如-SO3-为水化基团。抗高温降失水剂不能引起严重增稠分子量不能太大，一般不超过20万，但国内有用到50万的(六六)抗高温处理剂的作用机理抗高温处理剂的作用机理 1.抗高温稀释剂作用机理抗高温稀释剂作用机理 加丹宁酸钠：优先吸附在粘土端面，带去加丹宁酸钠：优先吸附在粘土端面，带去足够的水化膜和提高足够的水化膜和提高电位，从而抵散卡片电位，从而抵散卡片房子结构，使下降。房子结构，使下降。现代理论认为：现代理论认为：若稀释剂含有高价金属离子，使粘土粒若稀释剂含有高价金属离子，使粘土粒子子F-F结合，降低分散度，使粘度下降。另结合，降低分散度，使粘度下降。另外稀释剂能优先吸附在粘土端

30、面拆散卡片外稀释剂能优先吸附在粘土端面拆散卡片方子结构，使下降，最终使下降。可用的方子结构，使下降，最终使下降。可用的高价金属离子有高价金属离子有Cr3+、Fe3+、Al3+等。最常等。最常用的是用的是Cr3+这就是为什么抗高温稀释剂大这就是为什么抗高温稀释剂大都有都有Cr3+及国内外所用的体系为及国内外所用的体系为Cr3+体系体系的原因。的原因。抗高温稀释剂的作用抗高温稀释剂的作用(1)抑制粘土高温分散抑制粘土高温分散 (2)抑制高温下聚结抑制高温下聚结 2.抗高温失水剂抗高温失水剂(1)控制失水的途径控制失水的途径 提提 改善泥饼渗透性改善泥饼渗透性 降低高温下泥饼渗透性降低高温下泥饼渗透

31、性 高温护胶高温护胶 泥饼的可压缩性泥饼的可压缩性 (2)作用机理作用机理 失水控制剂有效地吸附在粘土粒子表面失水控制剂有效地吸附在粘土粒子表面上。带来足够的水化膜厚度和提高粒子电上。带来足够的水化膜厚度和提高粒子电位。以防止粘土粒子聚结，保持粒子的合位。以防止粘土粒子聚结，保持粒子的合理级配。从而保证泥饼的致密性，使泥饼理级配。从而保证泥饼的致密性，使泥饼渗透率下降，失水量降低。渗透率下降，失水量降低。(七七)抗高温处理剂简介抗高温处理剂简介 1.腐植酸及其衍生物腐植酸及其衍生物 该类处理剂的连结键为该类处理剂的连结键为C-N、C-C键，稳定性好，键，稳定性好，故热稳定性高，但分子量不太大，

32、故热稳定性高，故热稳定性高，但分子量不太大，故热稳定性高，但分子结构复杂活性基团多，易发生高温交联，但但分子结构复杂活性基团多，易发生高温交联，但分子量不太大，故交联后不易产生三维结构。腐植分子量不太大，故交联后不易产生三维结构。腐植酸分子结构中的亲水基主要为能电离的离子基如酸分子结构中的亲水基主要为能电离的离子基如-COO-Na+,所以抗盐、抗钙能力弱，此处腐植酸在粘所以抗盐、抗钙能力弱，此处腐植酸在粘土表面的吸附主靠酚羟基酚羟基的极性与粘土表面土表面的吸附主靠酚羟基酚羟基的极性与粘土表面的氧或氢氧形成氢键吸附，这样造成吸附能力弱。的氧或氢氧形成氢键吸附，这样造成吸附能力弱。腐植酸的改性腐植

33、酸的改性 所谓改性即是引入高价阳离子与腐植酸所谓改性即是引入高价阳离子与腐植酸进行络合，让高价金属离子与带负电的粘土进行络合，让高价金属离子与带负电的粘土表面结合来增加吸附力：再引入磺酸基表面结合来增加吸附力：再引入磺酸基-SO33-，以增强水化性。，以增强水化性。(1)SMC使用条件：使用条件：SMC为腐植酸的磺甲基衍生物，经重络酸盐络合而为腐植酸的磺甲基衍生物，经重络酸盐络合而成，凡是成，凡是NaC在泥浆中使用规律，原则上都适用于在泥浆中使用规律，原则上都适用于SMC，它主要用作抗高温失水控制剂，它主要用作抗高温失水控制剂 效能效能:a.抗温能力抗温能力 抗温抗温200220 b.抗盐能力

34、抗盐能力 抗盐抗盐3%(200时时)与其它处理剂配合与其它处理剂配合使用可提高使用可提高 c.使用使用PH值为值为9-11 d.适用于适用于SMC/SMP盐水体或饱和盐水盐水体或饱和盐水SMC搬土淡水搬土淡水体系。体系。e.加量为加量为37%（干粉）（干粉）2.SMT 性状、黑褐色、晶形粉末。性状、黑褐色、晶形粉末。使用条件（略）使用条件（略）SMT为五倍于丹宁经磺化后再由重络酸盐为五倍于丹宁经磺化后再由重络酸盐络合而成，主要用于高温泥浆稀释剂。络合而成，主要用于高温泥浆稀释剂。目的是在丹宁分子上引入一个或多个磺甲目的是在丹宁分子上引入一个或多个磺甲基（基（CH2SO3-）以增强水化能力。）以

35、增强水化能力。络合反应络合反应 在磺甲基丹宁中加入一定量的重络酸盐，在一定在磺甲基丹宁中加入一定量的重络酸盐，在一定条件下选使条件下选使CrO42-氧化磺甲基丹宁，一方面释放氧化磺甲基丹宁，一方面释放出出Cr3+,与被氧化的磺甲基丹宁进行络合过程如下：与被氧化的磺甲基丹宁进行络合过程如下：CrO42+磺甲基丹宁磺甲基丹宁+4H2O氧化磺甲基丹宁氧化磺甲基丹宁 Cr3+氧化磺甲基丹宁氧化磺甲基丹宁磺甲基丹宁磺甲基丹宁-铬铬 效能效能 a.在淡水泥浆中可抗温至在淡水泥浆中可抗温至180200 b.抗钙能力强，可抗游离抗钙能力强，可抗游离Ca浓度达浓度达20ppm。c.抗盐能力弱，抗盐能力弱，NaC

36、l含量大于含量大于1%之后，稀释能力之后，稀释能力显著下降。显著下降。d.PH值值911 e.适用于含适用于含Cr泥浆体系泥浆体系 f.加量一般在加量一般在1%以下以下 3.磺化酚醛树脂磺化酚醛树脂 (1)SMP-1结构和特性结构和特性 SMP的分子结构特点的分子结构特点 分子量一般在分子量一般在1万以上，因此万以上，因此5%水溶液粘度与水溶液粘度与淡水差不多，且分子不是直链型，故对粘土无絮淡水差不多，且分子不是直链型，故对粘土无絮凝作用，不会引起泥浆增稠。凝作用，不会引起泥浆增稠。.亲水基为亲水基为-CH2SO3-且比例大，且比例大，SMP-1的理论磺的理论磺化度为化度为75%，所以它的亲水

37、性好。抗盐、抗钙能，所以它的亲水性好。抗盐、抗钙能力强。较低的力强。较低的PH值不会影响亲水性。值不会影响亲水性。吸附基为酚羟基吸附基为酚羟基 故故PH高对吸附不利，而且受高温影响。高对吸附不利，而且受高温影响。(2)SMP降失水机理降失水机理 带有大量负电荷和很厚水化膜带有大量负电荷和很厚水化膜SMP。它吸附。它吸附在粘土表面上，增加了粘土表面的在粘土表面上，增加了粘土表面的电位和水化膜电位和水化膜厚度，防止粘土颗粒聚结和提高粒子的堵孔能力，厚度，防止粘土颗粒聚结和提高粒子的堵孔能力，保证泥浆中有较多的胶体粒子，形成的泥饼致密，保证泥浆中有较多的胶体粒子，形成的泥饼致密，使失水量降低。使失水

38、量降低。(3)SMP-1的使用规律的使用规律 抗温能力强（抗温能力强（200220）抗盐能力强，加盐越多效果越好，但抗盐能力强，加盐越多效果越好，但5%NaCl加量时效果不好，机理无法解释加量时效果不好，机理无法解释 SMP吸附量增加使吸附量增加使电位上升的数值，抵消了加电位上升的数值，抵消了加盐使盐使电位下降的数值还有余。电位下降的数值还有余。抗钙能力强抗钙能力强SO3能溶于水。同时能溶于水。同时Ca+的交联使的交联使成为分子结构的组成部分，它在粘土表面建立静成为分子结构的组成部分，它在粘土表面建立静电吸附。使吸附量增加。电吸附。使吸附量增加。必须经过复配使用才有效果。单独使用没有降必须经过

39、复配使用才有效果。单独使用没有降失水效果。失水效果。PH值愈高，值愈高，SMP-1抗盐能力越强，因为磺化度抗盐能力越强，因为磺化度一定时，一定时，PH值增加，值增加，SMP分子中酚羟基酚钠基。分子中酚羟基酚钠基。酚钠基有一定的亲水能力，因此抗盐能力增强。酚钠基有一定的亲水能力，因此抗盐能力增强。但但PH值愈高，吸附量愈低，失水量愈大，适用值愈高，吸附量愈低，失水量愈大，适用PH=811 在盐水泥浆有稀释作用，在分散泥浆中有增拈在盐水泥浆有稀释作用，在分散泥浆中有增拈作用。作用。搅拌作用与搅拌作用与SMP-1效能的发挥关系很大。因为效能的发挥关系很大。因为SMP-1是通过护胶作用来改善泥饼质量而

40、降低失是通过护胶作用来改善泥饼质量而降低失水的。所以只有通过对粘土粒子有足够的搅拌前水的。所以只有通过对粘土粒子有足够的搅拌前提下，提下，SMP-1才能将粒子保护起来发挥作用。才能将粒子保护起来发挥作用。分子量愈大，吸附量愈大，降失水效果越好。分子量愈大，吸附量愈大，降失水效果越好。加量一般在加量一般在25%。4.表面活性剂表面活性剂(1)任何深井都使用表面活性剂任何深井都使用表面活性剂(2)但没有普遍规律。但没有普遍规律。(3)使用阴离子型时注意发泡。使用阴离子型时注意发泡。(4)表面活性剂与其它处理剂配合使用，可以提表面活性剂与其它处理剂配合使用，可以提高泥浆热稳定性（如吸附在粘土断键边缘

41、，遮盖高泥浆热稳定性（如吸附在粘土断键边缘，遮盖其端面，防止高温固化等，从而提高热稳定性。）其端面，防止高温固化等，从而提高热稳定性。）(5)使用非离子型注意升温析出。使用非离子型注意升温析出。(6)表面活性剂可以改善高温下流变性能，（即控表面活性剂可以改善高温下流变性能，（即控制粘度与切力，如清除泥浆中泡沫，可降低粘度制粘度与切力，如清除泥浆中泡沫，可降低粘度等）。等）。(7)非离子型表面活性剂可降低非离子型表面活性剂可降低HTHP的失水（的失水（HT下析出小颗粒改善泥饼质量）。下析出小颗粒改善泥饼质量）。(8)降低泥饼摩擦系数。降低泥饼摩擦系数。(9)调节调节PH值。值。（一）流变性控制（

42、一）流变性控制1.深井高温水基重泥浆流变性的主要表现深井高温水基重泥浆流变性的主要表现 流变性的高温稳定性：流变性的高温稳定性：高温后增稠：泥浆经高温后粘度、切力增加，高温后增稠：泥浆经高温后粘度、切力增加，直至丧失流动性（高温后胶凝、高温固化）；直至丧失流动性（高温后胶凝、高温固化）；性能性能泥浆泥浆rTAVPV01010某井浆某井浆2.20954233182248200/24h2.201607560304078表现：表现：泥浆经井下循环使用后粘度不断增加（严重时泥浆经井下循环使用后粘度不断增加（严重时流不动），降粘剂效果愈来愈小，直至失效。流不动），降粘剂效果愈来愈小，直至失效。带来的问题

43、：带来的问题：井愈深，温度愈高，使用时间愈长，泥浆愈井愈深，温度愈高，使用时间愈长，泥浆愈重重(密度愈高密度愈高)，泥浆处理愈难，引发井下问题愈大，泥浆处理愈难，引发井下问题愈大，常常导致无法使用。钻井无法正常进行。常常导致无法使用。钻井无法正常进行。高温后减稠：高温后减稠：泥浆经高温作用后粘度、切力下降的现象泥浆经高温作用后粘度、切力下降的现象 性能性能泥浆泥浆rTAVPV01010某井浆某井浆2.00904030202045200/24h2.00603326141820表现：表现：泥浆经井下循环使用后粘度愈来愈低泥浆经井下循环使用后粘度愈来愈低(且且目前一般提粘剂难以扭转目前一般提粘剂难以

44、扭转)。带来问题：带来问题：井下携带能力、悬浮能力下降，停泵沉井下携带能力、悬浮能力下降，停泵沉砂、起钻井下重晶石沉淀，泥浆槽（池）内砂、起钻井下重晶石沉淀，泥浆槽（池）内重晶石沉淀。重晶石沉淀。流变性随温度而变化流变性随温度而变化高温降粘：泥浆粘度、切力随温高温降粘：泥浆粘度、切力随温度升高而下降。（随温度可逆变度升高而下降。（随温度可逆变化）可能引起泥浆在深井高温井化）可能引起泥浆在深井高温井段携带能力及悬浮能力下降，严段携带能力及悬浮能力下降，严重时井下重晶石沉淀。重时井下重晶石沉淀。高温增粘：泥浆粘度、切力随温高温增粘：泥浆粘度、切力随温度升高而上升度升高而上升(严重时可丧失流严重时可

45、丧失流动性动性)，（随温度可逆变化）将，（随温度可逆变化）将引起井下一系列问题。引起井下一系列问题。粘度粘度切力切力t 2.作用机理及影响因素作用机理及影响因素粘粘 土：土：高温分散高温分散高温表面钝化高温表面钝化处理剂：处理剂：高分子降解高分子降解分子间交联分子间交联水化基高温去水化水化基高温去水化处理剂与粘土表面之间：处理剂与粘土表面之间：吸附与解吸吸附与解吸加上固相含量（特别加上固相含量（特别是粘土含量）的累积是粘土含量）的累积 作用机理作用机理 高温引起泥浆中各组份高温引起泥浆中各组份(粘土、各种处理剂粘土、各种处理剂)本身本身及各组份之间的相互作用发生物理、化学等变化。及各组份之间的

46、相互作用发生物理、化学等变化。影响因素影响因素 温度：温度愈高影响愈大。温度：温度愈高影响愈大。高温作用时间愈长影响愈大高温作用时间愈长影响愈大 处理剂：抗温能力（抗降解）处理剂：抗温能力（抗降解）抗高温解吸附能力抗高温解吸附能力 交联能力交联能力 固相含量：特别是粘土含量固相含量：特别是粘土含量 高温泥浆粘土容量限：高温泥浆粘土容量限：泥浆在高温下流变性的热稳定性和粘泥浆在高温下流变性的热稳定性和粘温性能保持良好温性能保持良好 ，所能允许的最高和最，所能允许的最高和最低容量低容量(上、下限上、下限)。它是泥浆体系的一个。它是泥浆体系的一个固有性质。固有性质。泥浆中实际粘土超过其容量上限：高温

47、后增稠、泥浆中实际粘土超过其容量上限：高温后增稠、胶凝、固化，高温下增粘、胶凝胶凝、固化，高温下增粘、胶凝泥浆中实际粘土低于其容量下限：高温后减稠，泥浆中实际粘土低于其容量下限：高温后减稠，高温下降粘。高温下降粘。泥浆粘土高温容量上、下限中，上限最为重要。泥浆粘土高温容量上、下限中，上限最为重要。上限愈高，上、下限差值愈大，泥浆流变性好控制，上限愈高，上、下限差值愈大，泥浆流变性好控制，反之则困难。反之则困难。温度愈高，容量上限愈低，下限愈高二者差值愈温度愈高，容量上限愈低，下限愈高二者差值愈小。小。粘土粘土(泥浆中必含组分泥浆中必含组分)种类：种类：高温分散愈强，容量上限愈低；高温分散愈强，

48、容量上限愈低；高温分散愈弱，容量上限愈高。高温分散愈弱，容量上限愈高。处理剂：高温下抑制粘土高温分散能力及降粘能处理剂：高温下抑制粘土高温分散能力及降粘能力愈强，则容量上限愈高，反之愈低。力愈强，则容量上限愈高，反之愈低。固相含量：泥浆密度愈高，容量上限愈低。固相含量：泥浆密度愈高，容量上限愈低。水相抑制性愈高、容量上限愈高，反之则低。水相抑制性愈高、容量上限愈高，反之则低。3.当前主要技术难题当前主要技术难题无论深井泥浆高温后增稠无论深井泥浆高温后增稠(胶凝、固化胶凝、固化)、减稠，、减稠，高温增粘、降粘都将引起人们熟知的钻井安全和技高温增粘、降粘都将引起人们熟知的钻井安全和技术问题。而且这

49、些问题随井深而加剧。从而随着井术问题。而且这些问题随井深而加剧。从而随着井愈深、井温愈高，使用时间愈长，性能愈差，处理愈深、井温愈高，使用时间愈长，性能愈差，处理愈困难，技术要求愈高，成本消耗也愈大愈困难，技术要求愈高，成本消耗也愈大。其。其中尤以泥浆高温流变性的稳定性中尤以泥浆高温流变性的稳定性(首先表现为高温后首先表现为高温后增稠增稠)最常见，最难办最常见，最难办(重点重点)。（二）解决办法与现状（二）解决办法与现状1.1.解决思路及办法解决思路及办法 尽量降低固相含量：尽量降低固相含量：减少加重剂的量：受泥浆密度和加重剂密度减少加重剂的量：受泥浆密度和加重剂密度限制。限制。尽量减少钻屑含

50、量：用好固控技术尽量减少钻屑含量：用好固控技术 尽量降低般土含量：但受流变性本身及高温尽量降低般土含量：但受流变性本身及高温增稠、高温降粘等因素制约。增稠、高温降粘等因素制约。研发抗高温研发抗高温(抗盐抗盐)重泥浆高效降粘剂重泥浆高效降粘剂 提高抑制高温分散的能力提高抑制高温分散的能力 提高高温降粘能力提高高温降粘能力(高温下的吸附及水化能力高温下的吸附及水化能力)提高泥浆的水化抑制能力：解决好泥浆抑制提高泥浆的水化抑制能力：解决好泥浆抑制性与配浆性的矛盾。性与配浆性的矛盾。现状现状 目前从面上讲可以应付生产，但未形成成熟目前从面上讲可以应付生产，但未形成成熟的系列配套技术、抗高温降粘剂至今无