聚合物钻井液

聚合物钻井液

买口

（陕西省延安职业技术学院，延安，716000）

摘要:随着石油工业的不断发展，钻遇的地层越来越复杂，路上钻井难度也越来越大，在外部条件不断变化的情况下，人们研制出

了一种适合于大部分底层的钻井液聚合物钻井液。是你试验及

现场应用证明，该钻井液对页岩的水化膨胀有良好的抑制作用，具有良好的抗盐抗钙性能，能用于较深近段，使用时间长，能

提高机械钻速，明显提高钻井成本。本文主要对聚合物钻井液

的机理和油田上的应用作了详细的描述。

关键字：阳离子聚合物钻井液，阴离子聚合物钻井液，两性离子聚合物钻井液

正文：

一、钻井液的功用

钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称做钻井泥浆，或简称为泥浆。钻井液的循环是通过循环泥浆泵来维持的。偷漏泥浆泵排出的高压钻井液

经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，以清洗井底并携带岩屑。然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，在到达地面后经排出管线流入泥浆池，再经各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入泥浆泵循环再用。钻井液流经的各种管件、设备构成了一整套钻井液循环系统。

钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。随着钻井难度的逐渐增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。钻井液最基本的功用有以下几点：

1、携带和悬浮岩屑

2、稳定井壁和平衡地层压力

3、冷却和润滑钻头、钻具

4、传递水动力

但是，钻井实践表明，作为一种优质的钻井液，又做到以上几点是不够的。为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求；为了满足地质上的要求，所使用的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层的评价；此外，钻井液还对钻井人员及环境不发生伤害和污染，对井下工具及地面装备不腐蚀或尽可能减轻腐蚀。

一般情况下，钻井液成本只占钻井总成本的7%~10%，然而先进的钻井液技术往往可以成倍地节约钻时，从而大幅度地降低钻井成本，带来十分可观的经济效益。而聚合物钻井液是以某些有絮凝和包

被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基钻井液。由于这些聚合物的存在，体系所包含的各种固相颗粒可保持在较粗的粒度范围内，与此同时所钻出的岩屑也因及时受到包被保护而不易分散成微细颗粒。其主要优点表现在：

（1）钻井液密度和固相含量低，因而钻进速度可明显提高，对油气层的损害程度也较小。

（2）剪切稀释特性强。在一定泵排量下，环空流体的粘度、切力较高，因此具有较强的携带岩屑能力；而在钻头喷嘴处的高剪切速率下，流体流动阻力较小，有利于提高钻速。

（3）聚合物处理剂具有较强的包被和抵制分散的作用，因此有利于保持井壁稳定。因此，自20世纪70年代以来，该类钻井液一直在国内外得到十分广泛的应用，并且其工艺技术不断得到完善和发展。

二、阳离子聚合物钻井液

1、大、小阳离子抑制机理

大阳离子带有阳离子基团，靠静电作用吸附在钻屑上，吸附力较强，它的相对分子质量较大，分子链足够长，因而桥联作用较好；大阳离子可降低钻屑的负电性，减少粘土层面间的静电排斥作用，容易形成密实凝体。小阳离子靠静电作用可吸附在岩石表面，另外与岩屑层间可交换阳离子发生离子交换作用也可进入岩屑晶层间。表面吸附的小阳离子的疏水基可形成疏水层，阻止水分子进入岩屑粒子内部，有效地抑制岩屑水化膨胀和分散；小阳离子所带的正电荷中和岩屑带

的负电荷，削弱岩屑粒子间的静电排斥作用，从而降低岩屑的分散趋势。小阳离子作为一种有机盐，可以有效降低溶液活度，特别是有机阳离子由于未水化前离子半径较K+、NH4+大得多，根据电荷数相同的离子水化能与未水化时的离子半径成反比的理论，有机阳离子水化能较低，粘土将优先吸附水化半径相对较小的有机阳离子，交换出钠、钙离子以降低自身的水化活性。由于大、小阳离子相对分子量的关系，小阳离子在钻屑上的吸附速度一般比大阳离子快，小阳离子首先吸附在新产生的钻屑上抑制其分散，随后大阳离子再吸附在钻屑上靠桥联作用形成絮凝体，经过沉降和固控设备有效清除钻屑絮凝体。

2、应用效果

阳离子钻井液中的大、小阳离子能有效地抑制泥页岩的水化分散和膨胀，保持钻井液较低的坂土和固相含量，钻遇温西上部地层时，泥浆性能平稳，维护处理量小。

3、结论与认识

1、阳离子聚合物钻井液抑制性强，井眼稳定，从而减少了井下复杂与事故，降低了井径扩大率，可以极大提高钻井综合效益，为解决吐哈油田第三系造浆段坂含、固相难控制问题提供了一条新思路。

2、阳离子聚合物钻井液固相容量限低，当坂含量超过60g/l时，泥浆流态变差，失水上升，有弱凝胶现象，可应用SF-260进行流态调节。

3．阳离子聚合物钻井液与常规处理剂配伍性好，应用前景广阔，与抗盐处理剂复配可以应用于吐哈西部盐膏区块的钻井施工。

三、阴离子聚合物钻井液

1.不分散低固相聚合物钻井液，该钻井液适合于钻进层理裂缝不发

育的易膨胀强分散地层或不易膨胀强分散软的砂岩与泥岩互层，已下技术套管的低压储层等。

2.无固相聚合物钻井液，该钻井液适于层理裂隙不发育正常孔隙压

力与弱地应力，中等分散砂岩与泥岩互层以及已下技术套管的低压、井壁稳定的储层等。

3.聚合物盐水钻井液，该体系包括饱和非饱和及盐水钻井液，主要

用在含盐膏的地层及海上钻井。

4.聚合物加重钻井液，该体系不能保证低固相的要求的性能指标，

其维护要点是使用选择性絮凝剂包被钻屑、抑制分散，通过加强固控尽可能地清除钻屑。

四、两性离子聚合物钻井液

1.特点：

1)抑制性强，剪切稀释特性好，能防止地层造浆，抗岩屑污染能力

较强。

2)用这种体系钻出岩屑成型，易于清除，有利于充分发挥固控效率。

3)与其他钻井液的配伍性较好。

4)节约钻井成本，极高经济效益。

2.使用维护注意事项：

a)FA367质量分数应达到0.3%以上，以以防止井塌。

b)应尽力控制虑失量在8ml以下，泥饼质量要坚韧致密，在此前

提下调节其性能。

3.两性离子聚合物钻井液现场应用：

1.两性离子聚合物钻井液在处理剂中的应用

1)增粘剂

2)降粘剂

3)包被抑制剂

4)降滤失剂

2.两性离子聚合物钻井液用作压裂液的添加剂

3.两性离子聚合物钻井液用做固井水泥外加剂

4.强化采油方面的应用

a)堵水调剖剂

b)驱油剂

总结：随着钻井新工艺、新技术的进步，特别是旋转复合导向钻井技术的推广和应用，钻井速度大幅度提高，常规钻井液体系因抑制岩屑分散能力弱，很难满足优快钻井的需要，因此聚合物钻井液在未来具有很好的前景，从总体上来说不但有一定的优越性，而且性价比比较的高。另一方面环境保护已经成为当今社会所追求的一个热点，所以聚合物钻井液更加成为国内各大油田所追求的一种比较好钻井液系。

参考文献

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