【正文】 劑： 主要指抑制劑，包括無機(jī)鹽和有機(jī)聚合物類。 — 有人稱這是我國(guó)鉆井液技術(shù)的第三大進(jìn)步。 兩性離子聚合物鉆井液： 聚合物分子結(jié)構(gòu)上引入陽離子和陰離子兩種基團(tuán)。 —— 有人稱這是我國(guó)鉆井液技術(shù)的第二大進(jìn)步。 聚磺鉆井液階段（ 70 年代末 80年代） 聚磺鉆井液：聚合物鉆井液 +三磺鉆井液。 用這類處理劑成功鉆成我國(guó)最深的兩口井：關(guān)基井（ 7175 米）、女基井（ 6011 米）。 三磺鉆井液 階段（ 70 年代后期） 主要用在深井。 — 1958 年，完全絮凝劑 聚丙烯酰胺成功應(yīng)用； — 1960年，選擇性絮凝劑 部分水解聚丙烯酰胺和醋酸乙烯酯與順丁烯二酸酐的共聚物成功應(yīng)用； — 60 年代初，研制出具有特殊剪切稀釋作用的生物聚合物，可用于鉆井液、壓裂液、聚合物驅(qū)提高采收率等方面 ； — 70 年代，為解決深井抗高溫問題，研 究并應(yīng)用磺化系列處理劑：磺化酚醛樹脂（代號(hào) SMP）、磺化褐煤（代號(hào) SMC）、磺化單寧和栲膠（代號(hào) SMT、 SMK）等 ； — 70 年代中期，研究并應(yīng)用有機(jī)陽離子聚合物、兩性離子聚合物等 ； — 80 年代后，表面活性劑在鉆井液中開始廣泛使用 ； — 90 年代后，聚合醇、合成基、甲酸鹽等環(huán)保型強(qiáng)抑制鉆井液開始使用。 —— 通過對(duì)天然瀝青磺化、乳化， 瀝青類處理劑 在抑制性方面見到良好效果。 —— 單寧酸類稀釋劑 得到了應(yīng)用。于是，一些抗鹽抗鈣能力強(qiáng)的處理劑發(fā)展起來，如鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、鈉羧甲基纖維素等。 高速發(fā)展階段 —— 粗分散泥漿階段 主要解決問題： 石膏、鹽污染 溫度影響 典型技術(shù)： 各種鹽水、鈣處理泥漿 油基泥漿 處理劑品種 16 大類 特點(diǎn)：出現(xiàn)了新的一類鉆井液處理劑 — 無機(jī)絮凝劑，主要是含鈣離子的電解質(zhì)，如石灰、石膏、氯 化鈣等。 初步發(fā)展時(shí)期 —— 自然造漿階段 主要解決問題： 攜帶鉆屑 控制地層壓力 典型技術(shù)： 水 +鉆屑 +地面土 使用重晶石、鐵礦粉（ 1920 年） 特點(diǎn)：幾乎未使用 過化學(xué)處理劑。 鉆井液包括鉆井液處理劑正是在不斷滿足鉆井工程要求的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 ② 保證鉆井井下安全，防止鉆井過程中各種復(fù)雜問題發(fā)生 ，如井塌、卡鉆、井噴、井漏等。 （ 3） 具有這種效能和性能的處理劑在分子結(jié)構(gòu)上應(yīng)該具有什么特征（分子量、基團(tuán)種類和比例、位置、鏈形、含不含金屬離子、金屬離子怎么作用上去的等）； （ 4） 實(shí)現(xiàn)這種分子結(jié)構(gòu)所需要的化學(xué)途徑； （ 5） 處理劑的應(yīng)用規(guī)律和效果評(píng)價(jià)。 處理劑的研制 處理劑研制、研究包括以下內(nèi)容： （ 1） 明確處理劑在鉆井液中作用效能要求，以及處理劑實(shí)現(xiàn)這些效能要求的途徑； （ 2） 研究具有這種作用的處理劑本身應(yīng)該具有什么樣的要求。 ????? 作用相關(guān)與處理劑在粘土表面的水化膜表面狀態(tài) ? ????????吸附后的電荷吸附后的狀態(tài)吸附量吸附鍵吸附作用處理劑作用)( 吸附作用測(cè)定方法： ① 主要測(cè)吸附量、厚度； ② 波譜、紅外、紫外、質(zhì)譜。 ?????????????粒度結(jié)合方式、形式、程度粒子的結(jié)合多級(jí)分散粒子的級(jí)配為粒子濃度）分散度（土量相同時(shí)分散狀態(tài) , 其中，分散狀態(tài)測(cè)定方法： ① 粒 度分布：沉降天平，庫爾特計(jì)數(shù)器，激光粒度儀等； ② 電鏡分析。 2 鉆井液處理劑的作用原理 處理劑的作用機(jī)理（包括作用原因、途徑、效果） 鉆井液性能的微觀本質(zhì)（為什么具有這種性能、本質(zhì)是什么？）： 水基鉆井液組成：水 +土 +化學(xué)處理劑 本質(zhì)：分散相（粘土）的分散狀態(tài)決定鉆井液性能。 處理劑應(yīng)用規(guī)律和效能評(píng)價(jià) 處理劑效能評(píng)價(jià)的原則：滿足優(yōu)質(zhì)、安全、低成本鉆井、完井和環(huán)保要求。 水基鉆井液及處理劑作用機(jī)理 第 2 頁 共 37 頁 — 最終落實(shí)到處理劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 考慮如何選用處 理 劑實(shí)現(xiàn)鉆井液作用效能 通過什么樣的（運(yùn)用）處理 劑，起什么作用，作用規(guī)律（機(jī)理）是什么？ 具有實(shí)現(xiàn)鉆井液作用效能，處理劑應(yīng)具有的性質(zhì)， — 如水溶性、抗鹽性和抗溫性，同粘土的作用規(guī)律等等。 課程的主要內(nèi)容和思路 ? 處理劑作用機(jī)理及其對(duì)鉆井液宏觀性能的影響； ? 處理劑作用性質(zhì)和作用效果的實(shí)驗(yàn)研究方法。引導(dǎo)機(jī)理研究入手，力求把處理劑研究、研制理論化、條理化，為有目的地、有針對(duì)性地研制 處理劑和研究新型鉆井液體系創(chuàng)造條件； ③ . 從研究機(jī)理入手，掌握使用規(guī)律。使學(xué)者掌握各種處理劑在不同鉆井液條件下的作用原理和用途。 ⑤ . 根本原因：機(jī)理不清楚，研究失去方向。例如：中山大學(xué)、天津大學(xué)、山東大學(xué)、成都科大。 課程特點(diǎn) (1) 課程目前還在完善中 ① . 國(guó)外：對(duì)處理劑應(yīng)用闡述多，作用機(jī)理研究少，在此研究領(lǐng)域還沒有這樣一門專門課程； ② . 國(guó)內(nèi)：近年來文章多，文獻(xiàn)報(bào)道多，但不系統(tǒng)，各說各的； ③ . 關(guān)于此方面的研究：大都以產(chǎn)品、專利出現(xiàn)，有關(guān)理論研究的報(bào)道較少，尤其是許多研究還觸及到許多商業(yè)秘密。水基鉆井液及處理劑作用機(jī)理 第 1 頁 共 37 頁 水基鉆井液及處理劑作用機(jī)理 1 課程簡(jiǎn)介 本課程是“泥漿工藝原理”、“深井泥漿”的后續(xù)課程，是根據(jù)鉆井液化學(xué)研究方向總結(jié)、整理的課程。著重從鉆井液工藝性能和膠體化學(xué)的角度講述鉆井液處理劑作用原理。因此，許多單位從機(jī)理出發(fā)，從理論出發(fā)去開 發(fā)產(chǎn)品不多，缺乏理論指導(dǎo)。 ④ . 全國(guó)：產(chǎn)品成系列的僅兩家：我院和勘探開發(fā)研究院。 (2) 本課程 目的 主要從鉆井液的發(fā)展和類型的角度講述處理劑的作用機(jī)理。 課程主要任務(wù) ① . 分析、揭示水基鉆井液作用機(jī)理，學(xué)習(xí)進(jìn)一步深入研究這種作用機(jī)理的方法和思路； ② . 講述目前主要使用的國(guó)內(nèi)外鉆井液處理劑的作用機(jī)理。更好地指導(dǎo)產(chǎn)品應(yīng)用和質(zhì)量提高，把處理劑研制、生產(chǎn)和應(yīng)用規(guī)律有機(jī)地結(jié)合起來。 從鉆井工程對(duì)鉆井液性能要求出發(fā)研究處理劑 適應(yīng)鉆井工程、地質(zhì)勘探及其技術(shù)發(fā)展，鉆井液性能應(yīng)具備的性能要求；鉆井工程、地質(zhì)勘探技術(shù)發(fā)展同鉆井液技術(shù)發(fā)展的相互促進(jìn)關(guān)系。 鉆井液性能、作用效能要求與處理劑分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 處理劑分子結(jié)構(gòu)組成、分子量、分子鏈型、基團(tuán)種類、比例、處理劑分子構(gòu)象等等。 處理劑的合成、研制 要實(shí)現(xiàn)處理劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所需的化學(xué)途徑、合成工藝路線、合成條件。 正確地掌握處理劑應(yīng)用規(guī)律和采用準(zhǔn)確的方法評(píng)價(jià)處理劑效能，對(duì)于建立鉆井液體系和指導(dǎo)應(yīng)用是至關(guān)重要的。 量的體現(xiàn)：土含量加上分散狀態(tài)數(shù)值大小。 然而，分散狀態(tài)由 粘土粒子 表面狀態(tài)決定。 ?????????? 處理劑所處介質(zhì)環(huán)境 交換性陽離子粘土表面晶型處理劑的分子結(jié)構(gòu)影響吸附作用的因素 以上眾多關(guān)系中，任意尋找或研究?jī)烧叩年P(guān)系即為機(jī)理研究。如：水溶性、抗鹽、抗鈣、水溶液粘度、構(gòu)型、構(gòu)象、與粘土作用等。 水基鉆井液及處理劑作用機(jī)理 第 3 頁 共 37 頁 水基鉆井液處理劑及其研究現(xiàn)狀 現(xiàn)代鉆井技術(shù)對(duì)鉆井液的要求有三點(diǎn)： ① 輔助鉆井提高鉆井速度。 ③ 保護(hù)油氣層，提高油氣井產(chǎn)量。 鉆井液工藝的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展時(shí)期： ① 初步形成時(shí)期 —— 1888~1928 年； ② 快速發(fā)展時(shí)期 —— 1928~1948 年； ③ 高速發(fā)展時(shí)期 —— 1948~1960 年； ④ 科學(xué)化時(shí)期 —— 1961 年 ~現(xiàn)在。 快速發(fā)展時(shí)期 —— 細(xì)分散泥漿階段 主要解決問題： 泥漿性能的穩(wěn)定 井壁穩(wěn)定 典型技術(shù)： 性能測(cè)定儀器研制出來 使用膨潤(rùn)土、單寧、燒堿、褐煤 特點(diǎn)：認(rèn)識(shí)到膠體穩(wěn)定性好的鉆井液能夠保證鉆井的安全，開始發(fā)展和大量使用分散劑，于是形成了以細(xì)分散泥漿為主的淡水泥漿。同時(shí)，經(jīng)過適度絮凝的鉆井液需要作用更強(qiáng)的稀釋劑和降濾失劑才能有效地控制鉆井液的流動(dòng)性和濾失性。 同時(shí)，本時(shí)期（ 1935~1936 年）還在 天然化合物利用方面得到長(zhǎng)足發(fā)展 ： —— 開始使用 淀粉 作為降低礦化度高的鉆井液濾失控制劑。 —— 研究并應(yīng)用 腐植酸類處理劑 。 水基鉆井液及處理劑作用機(jī)理 第 4 頁 共 37 頁 科學(xué)發(fā)展時(shí)期 — 聚合物不分散鉆井液階段 主要解決問題： 快速鉆井 保護(hù)油氣層 典型技術(shù)： 不分散低固相鉆井液 氣體鉆井 保護(hù)油氣層的完井液 特點(diǎn)：鉆井液處理劑種類從天然高聚物類及其改性制品向合成高聚物和共聚物類方向發(fā)展，并由化學(xué)處理劑的 單一功能向多功能方向發(fā)展，由低效能向高效能方向發(fā)展。 我國(guó)鉆井液技術(shù)突出發(fā)展的幾個(gè)階段 四個(gè)階段： 鈣處理鉆井液階段（ 60年代 70年代） 利用無機(jī)鹽： CaO、 NaCl提高井壁穩(wěn)定性； 利用： FCLS、 NaC、 CMC 及一些表面活性劑維持鉆井液性能的穩(wěn)定。 三磺處理劑： SMP、 SMC、 SMK（老三磺） ，有效地降低鉆井液高溫高壓失水，進(jìn)而提高井壁穩(wěn)定性。 —— 有人稱這是我國(guó)鉆井液技術(shù)的第一大進(jìn)步。 即：在三磺水基鉆井液基礎(chǔ)上 引入陰離子型丙烯酰胺類聚合物抑制劑 。 陽離子、兩性離子聚合物鉆井液階段（ 80 年代末 90年代） 陽 離子聚合物鉆井液：聚合物分子結(jié)構(gòu)上引入陽離子基團(tuán)：（ N） 如陽離子聚丙烯酰胺、羥丙基三甲基氯化胺。如 FA36XY27 等。 鉆井液處理劑發(fā)展趨勢(shì) 鉆井液處理劑在發(fā)展過程中必須注意解決兩個(gè)不能回避的問題： “聚”與“分”的矛盾或者“聚”與“磺”的矛盾 對(duì)于所鉆井的地層，為了快速、安全鉆進(jìn)，究竟是聚結(jié)為主或是分散為主始終貫穿在鉆井液技術(shù)實(shí)施過程中，從而得到不同的技術(shù)方案、思路，相應(yīng)地，采用不 同的處理劑系列 。 特點(diǎn)：抑制蒙脫土含量較高地層的水化、膨脹、造漿，有利于鉆井時(shí)地層的穩(wěn)定。 “分”類處理劑： 主要是磺化聚合物、褐煤、纖維素及淀粉等。 缺點(diǎn)： 對(duì)地層的穩(wěn)定有時(shí)不利 。 因此，現(xiàn)場(chǎng)鉆井液工程師根據(jù)地層沉積的特點(diǎn)（ 上部蒙脫土含 量多，造漿嚴(yán)重，下部伊利石較多，坍塌嚴(yán)重），采用鉆井液體系原則： 上部地層：只聚不磺（分） 下部地層：少聚多磺或者只磺不聚。 “配”是指利用多種處理劑的協(xié)同 復(fù)配 作用達(dá)到某個(gè)作用效果。 特點(diǎn)： ① 處理劑主要起分散作用，給鉆井液帶來分散環(huán)境，對(duì)所有粘 土粒子均起分散作用。 分散性鉆井液的降粘劑 — 降低粘度處理劑 最簡(jiǎn)單的是水，但不包括水。 —— 降粘劑又稱稀釋劑、解絮凝劑。 作用機(jī)理 首先 降粘劑 選擇性或優(yōu)先多點(diǎn)吸附在粘土粒子的 端面 ，增加端面負(fù)電荷分布密度，提高粘土粒子ζ，增加水化膜，阻止或削弱結(jié)構(gòu)形成。 這樣，就比較清楚地表示出鉆井液體系粘度的膠體化學(xué)性質(zhì)與組成，它是由 ①、 鉆井液體系液相粘度 ；②、 總固相產(chǎn)生的粘度 ；③、 固相粒子分散帶來的粘度 ；④、 固相粒子間相互作用產(chǎn)生的粘度四部分構(gòu)成。減小或削弱其中任何一項(xiàng)粘度，均要降低體系粘度。 “分散”、 “解絮凝”、“聚結(jié)”概念 加入降粘劑可以使 分散 絮凝狀態(tài)向分散狀態(tài)或者聚結(jié) 絮凝狀態(tài)向聚結(jié) 解絮凝轉(zhuǎn)化。 具體途徑有兩條： ? 使端面電性反轉(zhuǎn) ：由帶正電性端面轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電性端面，使正負(fù)相吸改變?yōu)樨?fù)負(fù)相斥。 根據(jù)稀釋劑的減稠稀釋機(jī)理可以認(rèn)識(shí)到稀釋劑的三個(gè)作用特點(diǎn)： 作用在粘土顆粒的端面； 用量少、效果顯著（因?yàn)槎嗣嫔伲? 主要降低鉆井液的 YP、 G、 ?’， 不降 PV。 b、 c 軸間距變化小 —— 如果處理劑吸附于晶層內(nèi)表面將使 C 軸間距增大。 表 1 安丘膨潤(rùn)土吸附降粘劑前后 C 軸間距變化 FCLS 六偏磷酸鈉 (NaPO3)6 十二烷基三甲基溴化銨 吸附前 C 軸間距 吸附后 C 軸間距 由表 1 可見， FCLS和六偏磷酸鈉分子沒有進(jìn)入粘土晶層間。 降粘劑分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 任何鉆井液處理劑應(yīng)該有兩大部分基團(tuán)： 吸附基團(tuán)和水化基團(tuán) 。 （典型的如酚羥基： 發(fā)生絡(luò)合吸附）； （ 2） 能夠在 — Si、 — Al 處發(fā)生沉淀反應(yīng)基團(tuán) 。 分散 解絮凝 分散 絮凝 聚結(jié) 解絮凝 水基鉆井液及處理劑作用機(jī)理 第 7 頁 共 37 頁 降粘劑與分散劑的區(qū)別 （ 1） 降粘劑：只能在端面，不能在表面和層間（分散）作用。 （ 2） 分散劑： ① . 促使粘土粒子對(duì)面分開； ② . 使已經(jīng)分開的保持穩(wěn)定； ③ . 使粘土粒子濃度增加。反過來說，只要使粘土粒子不分散，也可以降粘。使粘土粒子濃度降低。粘土粒子濃度幾乎不變。 現(xiàn)在的 降粘劑特點(diǎn) ： （ 1） 加少量見效 （ 2） 加多也見效（關(guān)鍵有高價(jià)金屬離子） （ 3） 長(zhǎng)效性很好 （ 4） 加多了也作為降濾失劑（本質(zhì)上為分散劑） 降粘劑的分子結(jié)構(gòu)要求 分子量 分子量不能太大。但分子量又不能太小，太小不能給粘土帶來足夠的水化膜，并且，由于水化基與吸附基