【正文】 重材料，固相含量僅占體積的3O％。到目前為止，國內外大量采用重晶石來提高鉆井液密度。）％鋇。國外稱為“heavy spar”或“tiff”是一種密度較低的重晶石，它含有像石英、隧石、硬石膏、隕石及各種硅酸鹽之類的其它礦物。重晶石是完全不溶于水的，并且不與鉆井液中的其它物質反應。硫化物礦物，如黃鐵礦與閃鋅礦存在，可能與鉆井液或地層可溶性鹽起氧化反應。 1923年，在加利福尼亞州的一口頓鉆鉆井中首先使用了重晶石。 重晶石還有另一項功能，即制備重晶石在水中的漿液，形成高密度段塞。中國海洋南海西部石油公司在南海海域高溫高壓氣井勘探過程中多次成功地使用了高密度重晶石塞。（1）氧化鐵 天然鐵的氧化物（主要是赤鐵礦粉Fe203）是用來提高鉆井液密度的首要材料?，F在優(yōu)級重晶石的供應減少了，而鐵的氧化物的使用不斷增加，它的優(yōu)點是具有比重晶石更大的密度（，）。另一方面，它遠比重晶石腐蝕性大，對于泵及鉆頭的磨損比較嚴重，特別是用于水基鉆井液時。 鐵的氧化物的其它缺點是其潤濕性與發(fā)泡性增加，這是由于處理礦石時，使用的表面活性劑造成的。叫它薄片結構，是因為分散開成薄片狀，從而使這種赤鐵礦很脆弱。使用這種顆粒尺寸的赤鐵礦可以用120目或150目的振動篩進行固控，從而可以減加重材料的損失。 德國的一種氧化鐵加重材料是由硫酸生產的殘余黃鐵礦焙燒而成。產品分為小于75微米的顆粒尺寸以及小于10微米的顆粒含量＜50％的兩種規(guī)格。（2）．菱鐵礦菱鐵礦由FeCO3組成。菱鐵礦易溶于熱鹽酸和甲酸，作為完井液，用它是很理想的。因此，用它加重在固相含量相同時可以得到較高密度的鉆井液。修井液與礫石填充液可以用各種鹽水、聚合物以及方解石與碳酸鐵的混合物來制備，碳酸鐵單獨地作為加重材料使用，對砂巖巖心所做的試驗表明酸化后滲透率恢復值較高。具有 Itabirite的優(yōu)點，可促進快速鉆進，而且具有較低磨蝕作用。因為鈦鐵礦是溶于酸的，來源也廣，適合用于修井液和完井液內。用石灰?guī)r或蛙殼磨碎得到。通常使用的重晶石有粗、中等和細顆粒三種規(guī)格。常用于油基鉆井液、修井液和完井液中。懸浮液（由水、鹽、凹凸棒石、硅藻土及重晶石構成）具有較高的濾失速率。僅用于制備特重鉆井液，以控制異常高壓井。方鉛礦很貴，因此。 正常鉆井液的加重劑一般不用方鉛礦。一． 常用的無機處理劑：純堿就是碳酸鈉，又叫蘇打，分子式為Na2CO3(sodium carbonate,又稱Soda ash，washing soda)。純堿在水中容易電離和水解。 純堿能通過離子交換和沉淀作用使鈣粘土變?yōu)殁c粘土：Ca粘土＋Na2CO3→Na—粘土十 CaCO3。但過量的純堿要產生壓縮雙電層的聚結作用，反使失水增大。 此外，由于CaCO3的溶解度很小，在鉆水泥塞或鉆井液受到鈣侵時，加入適量純堿使Ca2+沉淀成CaCO3，從而使鉆井液性能變好。主要用途：用于除去造漿水，土或鉆井液中的鈣離子，以穩(wěn)定鉆井液性能，也可以用于鈣侵處理。溶解度隨溫度升高而增大，水溶液呈強堿性（PH值為14），能腐蝕皮膚和衣服。燒堿主要用于調節(jié)鉆井液的PH值，或者與丹寧、褐煤等酸性處理劑一起配合使用，使其有效成分溶解發(fā)揮作用。3．石灰生石灰是Cao（calcium oxide），吸水后變成熟石灰Ca（OH）2（hydroxide calcium）。對皮膚及衣服有強腐蝕性。但石灰鉆井液在高溫情況下可能產生固化，高溫、超深井慎用。4．石膏 石膏化學名為硫酸鈣（calcium sulfate），分子式為CaSO4。石膏是白色粉末，～，常溫下溶解度較?。ǎィ?。吸濕后結成硬塊，存放時應注意防潮。5．氯化鈣 氯化鈣（calcium chloride）分子式為CaCl2，氯化鈣通常含有六個結晶水，是無色大形斜方晶體，已潮解，能大量溶于水中（常溫下約為75％），且其溶解度隨溫度增高而增大，比石灰、石膏的溶解度大得多，故可用來配制防塌性能較好的高鈣鉆井液。6．氯化鈉 氯化鈉（sodium chloride），俗名食鹽，分子式為NaCl。在水中的溶解度較大（20℃），且其溶解度隨溫度升高略有增大（80℃／100克水）。還可用來提高鉆井液的礦化度，抑制井壁泥巖水化膨脹或坍塌。7．硅酸鈉硅酸鈉(sodium silicate)俗名水玻璃、泡花堿,，n稱為水玻璃的模數。n值越大，堿性越弱。水玻璃通常有固體水玻璃、水合水玻璃和液體水玻璃。水合水玻璃易于溶解于水形成液體水玻璃。水玻璃加人鉆井液，可以部分水解生成膠態(tài)沉淀： ＋（Y＋1）H20→nSiO2此外，水玻璃對泥頁巖的水化膨脹有一定的抑制作用，故有較好的防塌性能。這是由于水玻璃發(fā)生縮合作用生成較長的帶支鍵的SiOSi鏈，這種長鏈能形成網狀結構而包住溶液中全部水。利用這個特點，可以將混入水玻璃的鉆井液打入預定井段進行膠凝堵漏。Ca2+＋→CaSiO3↓＋2Na+使用中應注意到這一特點。硅酸鹽鉆井液體系在國內外都使用過，并取得良好的效果。高礦化度硅酸鹽鉆井液推薦用于鉆活性頁巖。重鉻酸鈉是紅色針狀晶體，易潮解，有強氧化性，易溶于水（25℃時溶解度為190克／100克水），水溶液因水解作用呈現酸性： Cr2O72＋H20→2CrO4 +2H+加堿時平衡右移，故在堿溶液中主要以CrO4的形式存在。少量鉻酸鹽能提高鐵鉻鹽鉆井液和煤堿劑鉆井液的熱穩(wěn)定性。由于鉻酸鹽有毒，近幾年已限制使用。能溶于水，在溫水中溶解較快。 六偏磷酸鈉遇少量Ca2+生成水溶性絡離子〔CaNa2（PO3）6〕2,遇大量Ca2+可生成C3a（PO3）6沉淀。二、無機處理劑在鉆井液中的作用機理綜上所述，無機處理劑在鉆井液中的作用機理主要分為以下幾個方面： （1）離子交換吸附。這一過程對改善粘土造漿性能、鉆井液的鈣侵及其處理、鈣處理鉆井液以及防塌等方面都很重要，對鉆井液性能的影響也較大。 （3）壓縮雙電層的聚結作用。第三節(jié) 降粘劑鉆井液在使用過程中由于溫度升高、鹽侵或鈣侵、固相含量增加或處理劑失效，鉆井液形成網狀結構或使網狀結構增強，導致鉆井液粘度、切力增加，使得鉆井液泵送困難、鉆屑難以除去或鉆井過程中激動壓力過大等現象，造成鉆井事故。目前使用的鉆井液降粘劑根據作用機理可分為兩大類，下面分別作以介紹。植物體內的丹寧，通常是由不同的或相似的多種多元酚衍生物組成的復雜混合物。由于含丹寧的植物種類不同，植物丹寧可以貯存在皮部、木質部、葉、根部和果實中。四川、湖南、廣西一帶盛產五倍子丹寧?？侥z（regetable tannin extract）是用以丹寧為主要成分的植物性物料提取制成的濃縮產品。天然的植物丹寧一般為有色的非品形固體，能溶于水，也部分地溶于雨酮、乙酸乙脂、甲醇、乙醇等有機溶劑，但不溶于乙醚、石油醚、氯仿、二硫化碳、苯等溶劑、其水溶液呈酸性，味苦澀，有收斂性。丹寧溶液呈膠體化學性質。這些化學反應是對丹寧進行改性的基礎。且締合程度隨其在溶液中濃度的增大而增加；在1％的水溶液中其分子量為 2500（士125），相當于二聚物；在10％及20％的水溶液中其分子量各為4016及5450；在丙酮溶液中以單體形式存在。這些水解的酸性產物在NaOH溶液中生成雙五倍子酸鈉和五倍子酸鈉,通常統(tǒng)稱為丹寧酸鈉或丹寧堿液。由于丹寧酸含有酯鍵，在NaOH溶液中易于水解，高溫水解加劇，降粘能力減弱。為了提高丹寧酸鈉的抗溫性，通過丹寧與甲醛和亞硫酸鈉進行磺甲基化反應制備了磺甲基丹寧（SMT），再進一步與Na2Cr2O7發(fā)生氧化、螯合反應制得磺甲基丹寧鉻絡合物。SMT成品為棕褐色粉末或細顆粒，吸水性強，易溶于水，水溶液呈堿性?；羌谆庍m用的 PH值范圍在 9—11之間。丹寧類降粘劑的作用機理：丹寧類降粘劑通過相鄰的雙酚羥基與片狀粘土顆粒的邊斷鍵處的Al3+通過螯合鍵進行吸附，而剩余的NaO和COONa給粘土顆粒帶來較多的負電荷和水化層，增加了雙電層斥力和水化膜斥力，從而拆散和削弱了粘土顆粒間形成的網狀結構，粘土顆粒處于分散狀態(tài)，使粘度、切力下降，起到了降粘作用。通常造紙廠供應的廢液是一種巳濃縮的粘稠的棕黑色液體，其固體含量約為35～50%，～／cm3。故紙漿廢液實質上是木質素經亞硫酸鹽磺化而成的一種鈉鹽。一般加量較大（5%以上）。鐵鉻木質素磺酸鹽(ferrochrome lignosulfonate)代號為FCLS,俗稱為鐵鉻鹽。鐵鉻鹽分子結構特點與性能的關系：（1）由于鐵鉻鹽分子中有磺酸基，Fe2+和Cr3+與木質素磺酸鹽又形成了較穩(wěn)定的螯合物，所以鐵鉻鹽是一種抗鹽、抗鈣的有效降粘劑；能用于淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中，并可用于各種鈣處理鉆井液中。 （3）鐵鉻鹽的水溶性決定于其磺化度，磺化度高，水溶性大。 鐵鉻鹽對鉆井液的稀釋作用包括兩個方面，（1）吸附在粘土顆粒的斷鍵邊緣上形成吸附水化層，從而削弱粘土顆粒之間的邊一邊和邊一面連結，這樣就削弱或拆散空間網狀結構，致使鉆井液的粘度和切力顯著降低。 室內試驗和現場使用經驗表明：（1）鐵鉻鹽抗溫在150～180℃，可加入少量的Na2Cr2O7或K2Cr2O7可提高熱穩(wěn)定性。（3）鐵鉻鹽鉆井液的泥餅摩擦系數較高，深井中使用時要注意混油和添加有效的潤滑劑；（4）使用時如果產生泡沫，可加少量硬脂酸鋁、甘油聚醚等消泡劑，以消除泡沫。盡管鐵鉻鹽是目前公認為性能優(yōu)良的降粘劑，但仍存在不足。由于這一原因，國內外已經禁止使用鐵鉻鹽。國內外研制了許多無鉻的降粘劑，作了許多研究工作。 DESCO: 一種微紅一棕色的片狀固料，在從淡水一直到飽和鹽水中都能很快溶解，不必使用燒堿。 DESCO是無刺激性的，對海洋生物沒有不良的影響。用DESCO稀釋的鉆井液，其性能在要求的溫度下老化后常常是有所改善的。它在現場鉆井液中的性能優(yōu)于實驗室內的數據。它可與所有普通使用的有機的鉆井鉆井液添加劑配合使用。 Desco是一種多用途的鉆井液調節(jié)劑，適用于所有的水基鉆井液。 CT3—CT3—5：復合鈦鐵木質素磺酸鹽。適用于10 0～150℃；降粘效果與FCLS相當或略優(yōu)；處理費用與FCLS接近，能與其它藥劑配伍。具有理想的降粘、降切作用、對改善鉆并依流動性、保證快速、安全鉆井發(fā)揮了直要作用而深受鉆井現場的重視。它既具有有機硅的強抑制性和高溫穩(wěn)定性、良好的潤滑性，又具有腐植酸類、木質素磺酸鹽類處理劑的降粘、降失水作用。與硅穩(wěn)定劑復配使用時其降粘效果更好。有機硅的主要成分為（CH3）2Si（OH）2或（CH3）Si（OH）3水解后縮合物。因此有機硅不僅具有較好的抑制泥頁巖水化能力，而且也具有較好的鉆井液降粘能力和潤滑性能。可用硅酸鹽、聚合物等一起使用，抗溫能力可達200℃以上，但抗鹽、抗鈣能力差。1 X－40系列降粘劑：X－40系列降粘劑產品包括X－A40及X－B40兩種。平均分子量為5，000左右。 X－B40是丙烯酸鈉與丙烯磺酸鈉的低分子量共聚物，其結構式為： （CH2CHCOONa）x（CH2CHCH2SO3Na—）y 其中丙烯磺酸鈉占總單體量的5一20mol％。 X－B40的聚合方法同X－A40。但成本比X－A40高。X－40系列的稀釋機理：X－40系列作為聚合物鉆井液的稀釋作用，主要是由它們的線型結構及強陰離子官能團引起的，但主要的是因它們的平均分子量低，這樣可以在水基鉆井液中拆散由高聚物與粘土顆粒之間形成的“橋接網架結構”，達到降低粘度、降低切力的目的。2． XY27：含有陰離子和陽離子基團的兩性離子聚合物，屬于乙烯基單體多元共聚物。是目前使用量較大的一種聚合物降粘劑。幾種降粘劑性能對比見表。對兩性離子型聚合物降粘劑XY27來說，它的分子鏈中引人了陽離子和非離子基團，使其在與粘土顆粒間的相互作用中增加了陽離子基因與粘土的靜電吸附，故XY27能比較高分子聚合物在粘土顆粒上更快更牢地吸附。 兩性離子降粘劑抑制機理：分子鏈中的有機陽離子基團通過靜電吸附于粘土表面，一方面中和了粘土表面負電荷，減弱粘土的水化趨勢，增強抑制，另一方面這種特殊分子結構使聚合物鏈間更容易發(fā)生締合，從而使在具有較低分子量的時候，仍能對粘土顆粘進行包被，不減弱體系抑制性。有效地增強體系抑制性。 降粘劑 XY—27對鉆井液性能的影響:在加有FA367的膨潤土漿中，加入少量XY27，鉆井液粘度，切力就急劇下降，鉆井液濾失量降低，泥餅變得致密，且隨著XY27的加入，鉆井液抑制性非但沒有下降，反而增強了。當 0．l％XY27與 0．1％FA367相配合時，鉆屑粉加量達20％時，鉆井液粘度、切力仍然變化不大。分子量1000～5000，抗溫200℃以上。第四節(jié) 濾失控制劑鉆井液中液相在鉆井過程中侵入地層，造成泥頁巖水化、膨脹和垮塌，引起井下事故或損害產層。濾餅的形成過程及濾失方程鉆井液濾失過程和濾失規(guī)律通常用濾失量和濾餅厚度來定量描述。濾餅不斷增厚，直至平衡。劉志明等人認為外濾餅滲透率遠低于巖心內濾餅滲透率，而內濾餅滲透率有明顯低于巖心滲透率。這三種失水量的大小與濾餅的質量密切相關。他們認為泥餅的結構可以根據其強度及密實程度的不同分為（自上而下）虛泥餅、可壓縮層泥餅，密實層泥餅及致密層泥餅共四層（如圖所示）。在這兒濾餅和泥餅是同一概念。）分析了膨潤土基漿、鹽水基漿、不同配比的聚合物鉆井液及相應泥餅的微觀結構。、磺化瀝青以及惰性固體物質大多充填在蜂窩狀泥餅的孔隙中。濾餅滲透率越低，濾失量就越小。固相顆粒越容易水化，形狀越不規(guī)則、大小分布越均勻、細顆粒越多、越容易堵塞巖心孔隙，形成的濾餅越致密，濾失量就越小。隨著時間的延長，濾餅厚度不斷增加，濾失量逐漸增大；到一定時間，濾餅滲透率不再變化，但濾失量還在增大，這時加厚的濾餅只是虛濾餅，其強度差，滲透率也比初期形成的真濾餅大很多倍（可能相差不止一個數量級），對濾餅滲透率沒有太大的阻流作用。黃漢仁等人利用達西定律和物質平衡關系式經推導得到的鉆井液靜失