钻井液配浆材料与处理剂

钻井液处理剂

对于每一口油气井，都必须按照一定的配方，使用各种配浆原材料和化学处理剂配制成所需要的钻井液，或者将它们添加到正在使用的钻井液中，以随时调节和维护钻井液的性能。随着钻井液体系的不断更新，配浆原材料和处理剂的品种也在不断地增加。目前，国内外都在积极研制和开发各类新型、高效、无毒和多功能的化学处理剂，其产品的性能、质量和技术水平实际上代表了钻井液工艺技术的发展水平。据统计，1972年我国钻井液材料和处理剂总共只有21种，1975年以后开始取得突破性进展，到1983年底增至76种，1993年增加到16类共260种。近几年在各种新型聚合物、正电胶和聚合醇等高效处理剂的研究方面，又分别取得了新的进展。

一般来讲，钻井液配浆原材料是指在配浆中用量较大的基本组分，例如膨润土、水、油和重晶石等。处理剂则是指用于改善和稳定钻井液性能，或为满足钻井液某种性能需要而加入的化学添加剂。处理剂是钻井液的核心组分，往往很少的加量就会对钻井液性能产生极大的影响。但配浆原材料与处理剂之间并无严格的界限，有的文献将配浆原材料也归类在处理剂中。

钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多。为了使用和研究方便，有必要将它们进行分类。目前主要有以下两种分类方法。

第一类分类方法是按其组成分类。通常分为钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。其中无机处理剂又可分为氯化物、硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和重铬酸盐和混合金属层状氢氧化物（即正电胶）类等。有机处理剂通常可分为天然产品、天然改性产品和有机合成化合物。按其化学组分又可分为下列几类：腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类和聚合物类等。

第二类分类方法是按其在钻井液中所起的作用或功能分类。我国钻井液标准化委员会根据国际上的分类法，并结合我国的具体情况，将钻井液配浆材料和处理剂共分为以下16类，即（1）降滤失剂（Filtration Reducer）；（2）增粘剂（Viscosifier）；（3）乳化剂（Emulsifier）使油水乳化产生乳状液；（4）页岩抑制剂（Shale Inhibitor）；（5）堵漏剂（lost Circulation Material）；（6）降粘剂（Thinner）；（7）缓蚀剂（Corrosion Inhibitor）；（8）粘土类（Clay）；（9）润滑剂（Lubricant）；

（10）加重剂（Weighting Agent）；（11）杀菌剂（Bactericide）；（12）消泡剂（Defoamer）；（13）泡沫剂（Foaming Agent）；（14）絮凝剂（Flocculant）；（15）解卡剂（Pipe-Freeing Agent）；（16）其它类（Others）等。

这16类处理剂所起的作用各不相同，但在配制和使用钻井液时，并不同时使用这些处理剂，而仅仅根据需要使用其中的几种。有时，一种处理剂在钻井液中同时具有几种作用。例如，有的降失水剂同时兼有增粘或降粘作用，絮凝剂同时兼有增粘剂的作用等。本章将以上两种分类方法结合起来，除介绍常用的配浆原材料和无机处理剂外，重点介绍几类重要的有机处理剂，即降粘剂、降滤失剂、页岩抑制剂、絮凝剂和堵漏剂等。

一、钻井液配浆原材料 1. 粘土类

膨润土是水基钻井液的重要配浆材料。有的文献将膨润土定义为具有蒙脱石的物理化学性质，含蒙脱石不少于85％的粘土矿物。一般要求1 t膨润土至少能够配制出粘度为15mPa·s的钻井液16m3。钠膨润土的造浆率一般较高，而钙膨润土则需要通过加入纯碱使之转化为钠膨润土后方可使用。目前我国将配制钻井液所用的膨润土分为三个等级：一级为符合API标准的钠膨润土；二级为改性土，经过改性符合OCMA标准要求；三级为较次的配浆土，仅用于性能要求不高的钻井液。

由于无机盐对膨润土的水化分散具有一定的抑制作用，因此膨润土在淡水和盐水中的造浆率不同，盐水造浆率一般要低一些。将膨润土先在淡水中预水化，然后再加入盐水中，可以提高其在盐水中的造浆率。

膨润土在淡水钻井液中具有以下作用：（1）增加粘度和切力，提高井眼净化能力；（2）形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；（3）对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；（4）防止井漏。

海泡石、凹凸棒石和坡缕缟石是较典型的抗盐、耐高温的粘土矿物，主要用于配制盐水钻井液和饱和盐水钻井液。用抗盐粘土配制的钻井液一般形成的泥饼质量不好，滤失量较大。因此，必须配合使用降滤失剂。海泡石有很强的造浆能力，用它配制的钻井液具有较高的热稳定性。此外，海泡石还具有一定的酸溶性

（在酸中可溶解60％左右），因此，在保护油气层的钻井液中，还可用做酸溶性暂堵剂。在我国，由于目前这几种抗盐粘土的矿源相对较少，因此在钻井液中的应用尚不普遍。

有机土是由膨润土经季铵盐类阳离子表面活性剂处理而制成的亲油膨润土。有机土可以在油中分散，形成结构，其作用与水基钻井液中的膨润土类似。

2. 加重材料

加重材料（Weighting Material）又称加重剂，由不溶于水的惰性物质经研磨加工制备而成。为了对付高压地层和稳定井壁，需将其添加到钻井液中以提高钻井液的密度。加重材料应具备的条件是自身的密度大，磨损性小，易粉碎；并且应属于惰性物质，既不溶于钻井液，也不与钻井液中的其它组分发生相互作用。

钻井液的常用加重材料有以下几种： ①重晶石粉（Barite）

重晶石粉是一种以BaSO4为主要成分的天然矿石，经过机械加工后而制成的灰白色粉末状产品。按照API标准，其密度应达到4.2g/cm3，粉末细度要求通过200目筛网时的筛余量<3.0％。重晶石粉一般用于加重密度不超过2.30 g/cm3的水基和油基钻井液，它是目前应用最广泛的一种钻井液加重剂。

②石灰石粉（Limestone）

石灰石粉的主要成分为CaCO3，密度为2.7～2.9 g/cm3。易与盐酸等无机酸类发生反应，生成CO2、H2O和可溶性盐，因而适于在非酸敏性而又需进行酸化作业的产层中使用，以减轻钻井液对产层的损害。由于其密度较低，一般只能用于配制密度不超过1.68 g/cm3 （14ppg）的钻井液和完井液。

③铁矿粉（Hematite）和钛铁矿粉（Ilmenite）

前者的主要成分为Fe2O3，密度4.9～5.3 g/cm3；后者的主要成分为

TiO2?Fe2O3，密度4.5～5.1 g/cm3。均为棕色或黑褐色粉末。因它们的密度均大

于重晶石，故可用于配制密度更高的钻井液。如果将某种钻井液加重至某一给定的密度，当选用铁矿粉时，加重后钻井液中的固相含量（常用体积分数表示）显然要比选用重晶石时低一些。例如，用密度为4.2 g/cm3的重晶石将某种钻井液加重到2.28 g/cm3，其固相含量为39.5％；而使用密度为5.2 g/cm3的铁矿粉将该

钻井液加至同样密度时，固相含量仅为30.0％。加重后固相含量低有利于流变性能的调控和提高钻速。此外，由于铁矿粉和钛铁矿粉均具有一定的酸溶性，因此可应用于需进行酸化的产层。

由于这两种加重材料的硬度约为重晶石的两倍，因此耐研磨，在使用中颗粒尺寸保持较好，损耗率较低。但另一方面，对钻具、钻头和泥浆泵的磨损也较为严重。在我国，铁矿粉是用量仅次于重晶石的钻井液加重材料。

④方铅矿粉（Galena）

方铅矿粉是一种主要成分为PbS的天然矿石粉末，一般呈黑褐色。由于其密度高达7.4～7.7 g/cm3，因而可用于配制超高密度钻井液，以控制地层出现异常高压。由于该加重剂的成本高、货源少，一般仅限于在地层孔隙压力极高的特殊情况下使用。如我国滇黔桂石油勘探局在官-3井使用方铅矿，配制出密度为3.0g/cm3的超高密度钻井液。

3. 配浆水和油

水是配制各种钻井液都不可缺少的基本组分。在水基钻井液中，水是分散介质，大多数处理剂均通过溶解于水而发挥其作用；在泡沫钻井液中水也是作为连续相，空气在起泡剂和稳泡剂的作用下分散在水中；在油包水乳化钻井液中，水是分散相，往往水中又含有一定量的无机盐，如氯化钠和氯化钙等。在雾流体中，水是作为分散相，成小颗粒状分散于气中。

实践证明，钻井液性能与配浆水的性质密切相关。多数情况下，为节约成本，都是就地取水。但地区不同水质相差很大，水中的各种杂质,如无机盐类、细菌和气体等对钻井液的性能有很大影响。

例如：无机盐会导致膨润土的造浆率降低，以及钻井液的滤失量增大；细菌：淀粉类处理剂发酵，聚合物处理剂容易降解，细菌的大量繁殖还会对油气层造成损害；气体的存在则会加剧钻具的腐蚀等。因此，配制钻井液时必须预先了解配浆水的水质，不合格的水需经过适当处理后才能使用。

自然界的水分类：

(1)、按来源分：地面水和地下水；

(2)、按其酸碱性分：酸性水、中性水和碱性水；

(3)、按所含无机盐的类别分：NaCl型、CaCl2型、MgCl2型、Na2SO4型和NaHCO3型水等。

在钻井液工艺中，根据水中可溶性无机盐含量的多少，一般将配浆水分为以下三类：含盐量较少（总盐度低于10 000mg/1）的淡水，钻井液称做淡水钻井液；含盐量较多的盐水，与之对应钻井液称作盐水钻井液；含盐量达饱和的饱和盐水，与之对应钻井液称为饱和盐水钻井液。此外，常将含Ca2+、Mg2+较多的水称为硬水。

原油、柴油和低毒矿物油也是配制钻井液时常用的原材料。在油基钻井液中，常选用柴油和矿物油作为连续相。在水基钻井液中，也常混入一定量的原油或柴油，以提高其润滑性能，并起降低滤失量的作用。在使用过程中，应注意油品的粘度不宜过高，否则钻井液的流变性不易调控。此外，还应考虑油品的价格和对环境可能造成的影响。对于探井，应考虑其荧光度对油气显示的影响。在选用原油时，应考虑其凝固点以及石蜡、沥青质含量等，以免对油气层造成不良的影响。

二、无机处理剂

按钻井液标准委员会制订的分类方法，无机处理剂被划分在其它类。无机处理剂的数量较多，本节仅介绍较常用的几种。 (一)、常用的无机处理剂

1．纯碱

即碳酸钠（Sodium Carbonate），又称苏打粉（Soda Ash），分子式为Na2CO3。无水碳酸钠为白色粉末，密度为2.5g/cm3，易溶于水，在接近36℃时溶解度最大，水溶液呈碱性（pH值为11.5），在空气中易吸潮结成硬块（晶体），存放时要注意防潮。纯碱在水中容易电离和水解。其中电离和一级水解较强，所以纯碱水溶液中主要存在Na+、C032-、HCO3-和OH-离子，其反应式为：

Na2CO3＝Na++CO32－

CO32—+H2O＝HCO3—+OH—

纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土，即 Ca-粘土+Na2CO3 →Na-粘土+CaCO3↓

由于上述反应可以有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入适量纯碱可使新浆的滤失量下降，粘度、切力增大。但过量的纯碱会导致粘土颗粒发生聚结，

使钻井液性能受到破坏。其合适加量需要通过造浆实验来确定。

此外，在钻水泥塞或钻井液受到钙侵时，加入适量纯碱使Ca2+ 沉淀成CaCO3，从而使钻井液性能变好，即

NaCO3+Ca2+ = CaCO3↓+2Na+

含羧钠基官能团（—COONa）的有机处理剂在遇到钙侵（或Ca2+ 浓度过高）而降低其溶解性时，一般可采用加入适量纯碱的办法恢复其效能。

2．烧碱

烧碱（Caustic Soda）即氢氧化钠（Sodium Hydroxide），分子式为NaOH。其外观为乳白色晶体，密度为2.0～2.2g/cm3，易溶于水，溶解时放出大量的热。溶解度随温度升高而增大，水溶液呈强碱性。烧碱容易吸收空气中的水分和二氧化碳，并与二氧化碳作用生成碳酸钠，存放时应注意防潮加盖。

烧碱主要用于调节钻井液的pH值；与丹宁、褐煤等酸性处理剂一起配合使用，使之分别转化为丹宁酸钠、腐植酸钠等有效成分。还可用于控制钙处理钻井液中Ca2+ 的浓度等。

3．石灰

生石灰即氧化钙（Calcium Oxide），分子式为CaO。吸水后变成熟石灰，即氢氧化钙Ca(OH)2（Calcium Hydroxide）。CaO在水中的溶解度较低，常温下为0.16％，其水溶液呈碱性。并且随温度升高溶解度降低。

在钙处理钻井液中，石灰用于提供Ca2+，以控制粘土的水化分散能力，使之保持在适度絮凝的状态；在油包水乳化钻井液中，CaO用于使烷基苯磺酸钠等乳化剂转化为烷基苯磺酸钙，并调节pH值。但需注意在高温条件下石灰钻井液可能发生固化反应，使性能不能满足要求，因此在高温深井中应慎用。此外，石灰还可配成石灰乳堵漏剂封堵漏层。

4．石膏

石膏的化学名称为硫酸钙（Calcium Sulfate），分子式为CaSO4。有熟石膏（Gypsum，CaS04·2H2O）和无水石膏（Anhydrite，CaSO4）两种。石膏是白色粉末，密度为2.31～2.32g／cm3。常温下溶解度较低（约为0.2％），但稍大于石灰。40℃以前，溶解度随温度升高而增大；40℃以后，溶解度随温度升高而降低。吸湿后结成硬块，存放时应注意防潮。

在钙处理钻井液中，石膏与石灰的作用大致相同，都用于提供适量的Ca2+。其差别在于石膏提供的钙离子浓度比石灰高一些，此外用石膏处理可避免钻井液的pH值过高。

5．氯化钙

氯化钙（Calcium Chloride）的分子式为CaCl2。通常含有六个结晶水。其外观为无色斜方晶体，密度为1.68 g／cm3，易潮解，且易溶于水（常温下约为75％）。其溶解度随温度升高而增大。在钻井液中，CaCl2主要用于配制防塌性能较好的高钙钻井液。用CaCl2处理钻井液时常常引起pH值降低。

6．氯化钠

氯化钠（Sodium Chloride）俗名食盐，分子式为NaCl。为白色晶体，常温下密度约为2.20g／cm3。纯晶不易潮解，但含MgCl2和CaCl2等杂质的工业食盐容易吸潮。常温下在水中的溶解度较大（20℃时为36.0g／100g水），且随温度升高，溶解度略有增大。见表2-10所示。

表2-10 不同温度下NaCl在水中的溶解度（g/（100g水））

温度/℃ 溶解度 0 35.7 10 35.8 20 36.0 30 36.3 40 36.6 50 37.0 60 37.3 70 37.8 80 38.4 90 39.0 100 39.8 食盐主要用于配制盐水钻井液和饱和盐水钻井液，以防止岩盐井段溶解，并抑制井壁泥页岩水化膨胀。此外，为保护油气层，还可用于配制无固相清洁盐水钻井液，或作为水溶性暂堵剂使用。

7．氯化钾

氯化钾（Potassium Chloride）的分子式为KCl。外观为白色立方晶体，常温下密度为1.98 g／cm3，熔点为776℃。易溶于水，且溶解度随温度升高而增加。KCl是一种常用的无机盐类页岩抑制剂，具有较强的抑制页岩渗透水化的能力。若与聚合物配合使用，可配制成具有强抑制性的钾盐聚合物防塌钻井液。关于KCl的防塌机理，将在有关章节中进行讨论。

8．硅酸钠

硅酸钠（Sodium Silicate）俗名水玻璃或泡花碱，分子式为Na2O·nSiO2，式中n称为水玻璃的模数，即二氧化硅与氧化钠的分子个数之比。n值越大，碱性越弱。n值在3以上的称为中性水玻璃，n值在3以下的称为碱性水玻璃。

水玻璃通常分为固体水玻璃、水合水玻璃和液体水玻璃等三种。固体水玻璃与少量水或蒸汽发生水合作用而生成水合水玻璃。水合水玻璃易溶解于水变为液体水玻璃。液体水玻璃一般为粘稠的半透明液体，随所含杂质不同可以呈无色、棕黄色或青绿色等，现场使用的水玻璃的密度为1.5～1.6g/cm3，pH值为11.5～12，能溶于水和碱性溶液，能与盐水混溶，可用饱和盐水调节水玻璃的粘度。水玻璃在钻井液中可以部分水解生成胶态沉淀，其反应式为：

Na2O·nSiO2十（y+1）H2O?nSiO2·yH2O↓十2NaOH 该胶态沉淀可使部分粘土颗粒（或粉砂等）聚沉，从而使钻井液保持较低的固相含量和密度。水玻璃对泥页岩的水化膨胀有一定的抑制作用，故有较好的防塌性能。

当水玻璃溶液的pH值降至9以下时，整个溶液会变成半固体状的凝胶。其原因是水玻璃发生缩合作用生成较长的带支键的-Si-O-Si-链，这种长链能形成网状结构而包住溶液中的全部自由水，使体系失去流动性。随着pH值的不同，其胶凝速度（即调整pH直至形成胶凝所需时间）有很大差别，可以从几秒到几十小时。利用这一特点，可以将水玻璃与石灰、粘土和烧碱等配成石灰乳堵漏剂，注入已确定的漏失井段进行胶凝堵漏。因此，水玻璃是一种堵漏剂。

此外，水玻璃溶液遇Ca2+、Mg2+和Fe3+等高价阳离子会产生沉淀，与Ca2+的反应可用下式表示：

Ca2++Na2O·nSiO2 ?CaSiO3↓+ 2Na+

所以，用水玻璃配制的钻井液一般抗钙能力较差，也不宜在钙处理钻井液中使用。但它可在盐水或饱和盐水中使用。研究表明，利用水玻璃这个特点，还可使裂缝性地层的一些裂缝发生愈合或提高井壁的破裂压力，从而起到化学固壁的作用。

硅酸盐钻井液是最重要的防塌钻井液体系之一，在国内外应用中均取得很好的效果。配制硅酸盐钻井液的成本较低，且对环境无污染。

9．重铬酸钠和重铬酸钾

重铬酸钠（Sodium Dichromate）又叫红矾钠，分子式为Na2Cr2O7·2H2O。其外观为红色或橘红色针状晶体，常温下密度为2.35g/cm3，有强氧化性，易溶于水（25℃时溶解度为190g/（100g水））。重铬酸钾（Potassium Dichromate）又

称红矾钾，分子式为K2Cr2O7。外观为橙红色三斜晶体，常温下密度为2.68g/cm3，有强氧化性，不潮解，易溶于水（25℃时溶解度为96.9g/（100g水））。

这两种重铬酸盐的化学性质相似，其水溶液均可发生水解而呈酸性，其化学反应式为

Cr2O72-+H2O?2CrO42-+2H+

加碱时平衡右移，故在碱溶液中主要以CrO42-的形式存在。

在钻井液中CrO42-能与有机处理剂起复杂的氧化还原反应，生成的Cr3+极易吸附在粘土颗粒表面，又能与多官能团的有机处理剂生成络合物（如木质素磺酸铬、铬腐植酸等）。在抗高温深井钻井液中，常加入少量重铬酸盐以提高钻井液的热稳定性，有时也用做防腐剂。但铬酸盐有毒，因而限制了它的广泛使用。

10．酸式焦磷酸钠和六偏磷酸钠

酸式焦磷酸钠（Sodium Acid Pyrophosphate）的分子式为Na2H2P2O5，代号；SAPP，无色固体，由磷酸二氢钠加热制得。10％Na2H2P2O5，水溶液的pH值为4.8。六偏磷酸钠的分子式为?NaPO3?6，外观为无色玻璃状固体，有较强的吸湿性，易溶于水。在温水中溶解较快。溶解度随温度升高而增大，10％?NaPO3?6水溶液的pH值为6.8。

在钻井液技术发展的早期，磷酸盐类处理剂曾经是用于钻井液的主要稀释剂之一。不仅对高粘土含量引起的絮凝，而且对Ca2+、Mg2+引起的絮凝均有良好的稀释作用。它们遇较少量Ca2+、Mg2+时，可生成水溶性络离子；遇大量Ca2+、Mg2+时，可生成钙盐沉淀。Na2H2P2O7特别对消除水泥和石灰造成的污染有很好的效果，因为用它既能除去Ca2+，又能使钻井液的pH值适度降低。

磷酸盐类稀释剂的主要缺点是抗温性差，超过80℃时稀释性能急剧下降，这是由于它们在高温下会转化为正磷酸盐，成为一种絮凝剂。因此，一般在深部井段，应改用抗温性较强的其它类型的稀释剂。正是由于这一原因，近年来该类稀释剂已较少使用。

11．混合金属层状氢氧化物

混合金属层状氢氧化物（Mixed Metal Layered Hydroxide Compounds，简称为MMH）由一种带正电的晶体胶粒所组成，常称为正电胶。目前，其产品有溶胶、浓胶和胶粉等三种剂型。实验表明，该处理剂对粘土水化有很强的抑制作用，

与膨润土和水所形成的复合体具有独特的流变性能。MMH的化学组成、晶体结构、抑制页岩水化的机理，以及在钻井液中的应用等将在第六章中阐述。 (二)、无机处理剂在钻井液中的作用机理

无机处理剂都是水溶性的无机碱类和盐类，其中多数可提供阳离子和阴离子，也有一些与水形成胶体或生成络合物。它们在钻井液中的作用机理可归纳为以下方面：

1．离子交换吸附

主要是粘土颗粒表面的Na+与Ca2+之间的交换。这一过程对改善粘土造浆性能、配制钙处理钻井液以及防塌等方面都很重要，对钻井液性能的影响也较大。例如，在配制预水化膨润土浆时，常加入适量Na2CO3。其目的是，通过Na+浓度的增加，使之能够与钙蒙脱土颗粒表面的Ca2+发生交换，从而使粘土的水化和造浆性能提高，分散成更小的颗粒，表现为钻井液的粘度、切力升高，滤失量降低；相反地，若在分散钻井液中加入适量Ca(OH)2和CaSO4等处理剂，随滤液中Ca2+浓度的提高，一部分Ca2+会与吸附在粘土颗粒上的Na+发生交换，致使钻井液体系转变为适度絮凝的粗分散状态，从而控制粘土的水化与分散。

2．调控钻井液的pH值

每种钻井液体系均有其合理的pH值范围。然而在钻进过程中，钻井液的pH值会因发生盐侵、盐水侵、水泥侵和井壁吸附等各种原因而发生变化，其中pH值趋于下降的情况更为常见。因此，为了使钻井液性能保持稳定，应随时对pH值进行调整。添加适量的烧碱等无机处理剂是提高pH值的最简单的方法，而使用酸式焦磷酸钠（SAPP）、CaSO4或CaCl2等无机处理剂时，则会使钻井液的pH值有所下降。

3．沉淀作用

如果有过多的Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，破坏钻井液的性能。此时，可先加入适量烧碱除去Mg2+，然后用适量纯碱除去Ca2+。这种沉淀作用还可用来使某些因受到污染而失效的有机处理剂恢复其作用。例如褐煤碱液和水解聚丙烯腈，如遇钙侵会分别生成难溶于水的腐植酸钙和聚丙烯酸钙。此时，可以加入适量纯碱，使上述处理剂恢复其作用效果，这是由于所生成的CaCO3的溶解度比腐植酸钙和聚丙烯酸钙的溶解度小得多，因而可

使处理剂的钙盐重新转变为钠盐。

4．络合作用

利用某些无机处理剂的络合作用，同样可以有效地除去钻井液中的Ca2+、Mg2+ 等污染离子。例如，在受到钙侵的钻井液中加入足量的六偏磷酸钠，则可通过下面的络合反应除去Ca2+：

Ca2??(NaPO3)6??CaNa2(PO3)6??4Na?

2?该反应所生成的络离子?CaNa2(PO3)6?相当稳定，将Ca2+束缚起来，相当

2?于从钻井液的滤液中除掉了Ca2+。

对于用褐煤碱液或高效稀释剂等处理的钻井液，还可以利用络合反应提高其抗温性能。例如，加入少量重铬酸盐可使上述钻井液的热稳定性明显提高，其中主要作用机理是氧化和络合。通过络合能有效地抑制腐植酸钠和高效稀释剂的热分解。

5．与有机处理剂生成可溶性盐

由于许多有机处理剂，如丹宁、腐植酸等在水中溶解度很小，不易吸附在粘土颗粒上，因而不能发挥其效能。只有通过加入适量烧碱,使之转化为可溶性盐，如单宁酸钠和腐植酸钠，才能充分发挥其效能。这也是钻井液应始终保持碱性环境的一个重要原因。

6．抑制溶解的作用

在钻遇岩盐和石膏地层时，常使用盐水钻井液和石膏处理的钻井液；对于大段的盐膏层，甚至使用饱和盐水钻井液。其目的一是为了增强钻井液抗污染的能力，二是为了抑制和防止上述可溶性岩层的溶解，使井径保持规则。

以上介绍的是无机处理剂最基本的作用机理，它们之间往往是互相联系的。 三、有机处理剂 （一） 降滤失剂

1.中粘羧甲基纤维素钠盐MVCMC

羧甲基纤维素钠盐又称MV-CMC，是由氯乙酸钠与碱性纤维素反应制得。其分子链上的羟基和醚氧基为吸附基团，而羧钠基为水化基团。羟基和醚氧基通过与粘土颗粒表面上的氧形成氢键或与粘土颗粒断键边缘上的 Al3+ 之间形成

配位键吸附在粘土上；而多个羧钠基通过水化使粘土颗粒表面水化膜变厚，粘土颗粒表面 ξ电位的绝对值升高，负电量增加，从而阻止粘主颗粒之间因碰撞而聚结成大颗粒( 护胶作用 )，并且多个粘土细颗粒会同时吸附在一条分子链上，形成布满整个体系的混合网状结构，从而提高了粘土颗粒的聚结稳定性，有利于保持钻井液中细颗粒的含量，形成致密的泥饼，降低滤失量。此外，具有高粘度和弹性的吸附水化层对泥饼堵孔作用和溶液的高粘度也在一定程度上起降滤失的作用。实验室抗温在150℃，实际抗温在180℃，具有良好的抗盐性能。

用途：1、用于降低盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼厚度。 2、在水敏性地层促进井眼稳定。 3、胶体稳定剂。 4、可提高钻井液的粘度。

优点：1、在较低加量下效果明显。 2、在盐水钻井液中效果明显。3、抗温至180℃。

物理性质：1、外观：粉末。2、PH：（1%的水溶液）8。 推荐用量：0.1—0.5%

2.低粘羧甲基纤维素钠盐LVCMC

低粘羧甲基纤维素钠盐又称LV-CMC，是由氯乙酸钠与碱性纤维素反应制得。用于控制水基钻井液的滤失。实验室抗温在150℃，实际抗温在180℃，具有良好的抗盐性能。

用途：1、用于降低盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼厚度。2、在水敏性地层促进井眼稳定。3、胶体稳定剂。

优点：1、在较低加量下效果明显。2、在盐水钻井液中效果明显。3、不提高钻井液的粘度。4、抗温性好。

物理性质：1、外观：白色粉末。2、PH：（1%的水溶液）8。 推荐用量： 0.1—0.5% 3.褐煤树脂SPNH

褐煤树脂又称SPNH，是以褐煤和腈纶废丝为主要原料，通过采用接枝共聚和磺化的方法制得的一种含有羟基、亚甲基、羰基、磺酸基、羧基和腈基等多种官能团的共聚物，用于控制水基钻井液的滤失，有广泛的PH使用范围，可抗温180℃以上。

用途：1、在高温下用于降低水基钻井液的滤失量。2、可降低高温高压滤

失。

优点：1、可抗温180℃。2、在盐水钻井液中效果明显。3、兼有降粘作用。 物理性质：1、外观：粉末。2、易溶于水。 推荐用量： 1%～3%。 4.水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN

水解聚丙烯腈铵盐又称NH4-HPAN，是由腈纶废料在高温高压下水解而制得。用于控制低固相不分散聚合物水基钻井液的滤失和流型，由于可提供NH4+，故抑制粘土分散能力强。

用途：1、用于降低盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼厚度。 2、降低钻井液的粘度。3、包被钻屑、抑制分散。

优点：1、降滤失、降粘度。2、在盐水钻井液中效果明显（4%的盐）。3、抗温150℃。

物理性质：1、外观：黄色粉末。2、易溶于水。 推荐用量：1.0%～2.0%。 5.丙烯衍生物多元共聚物PAC141

丙烯衍生物多元共聚物又称PAC141，是具有不同取代基的乙烯基单体及其盐类的共聚物，PAC141是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸钠和丙烯酸钙共聚而成，用于控制低固相水基钻井液的滤失和流型，有提粘作用。

用途：1、用于降低盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼厚度。2、包被、抑制分散。3、增加钻井液的粘度。

优点：1、在较低加量下效果明显。2、在盐水钻井液中效果明显。3、抗温180℃。。

物理性质：1、外观：粉末。 2、易溶于水。

推荐用量：淡水钻井液0.2% ～0.4%。饱和盐水钻井液 1.0% ～1.5% 6.丙烯衍生物多元共聚物PAC142

丙烯衍生物多元共聚物PAC142又称PAC142，是具有不同取代基的乙烯基单体及其盐类的共聚物，PAC142是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈和丙烯磺酸钠共聚而成，用于控制水基钻井液的滤失和流型。

用途：1、用于降低淡水、盐水、饱和盐水钻井液的滤失量和泥饼厚度。2、

包被、抑制分散。 3、增加钻井液的粘度比PAC141小。

优点：1、在较低加量下效果明显。2、在盐水钻井液中效果明显。3、抗盐、抗钙、抗温。

物理性质：1、外观：粉末。2、易溶于水。

推荐用量：淡水钻井液0.2%～0.4%。饱和盐水钻井液 1.0%～1.5%。 7.丙烯衍生物多元共聚物PAC143

丙烯衍生物多元共聚物又称PAC143，是具有不同取代基的乙烯基单体及其盐类的共聚物，PAC143是丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈和丙烯磺酸钠共聚而成，用于控制水基钻井液的滤失量。

用途：1、用于降低淡水、盐水、饱和盐水钻井液的滤失量和泥饼厚度。2、包被钻屑、抑制分散。3、提高钻井液的粘度。

优点：1、在较低加量下效果明显。2、在盐水钻井液中效果明显。3、抗盐、抗钙、抗温。

物理性质：1、外观：粉末。2、易溶于水。

推荐用量：淡水钻井液0.2%～.4%。饱和盐水钻井液 1.0%～1.5%。 8.羧甲基淀粉CMS

羧甲基淀粉又称CMS，是由淀粉与氯乙酸反应而制得。其降失水机理是易吸水膨胀，形成类似于海绵的囊状物，这样它一方面是吸收水分，减少了钻井液中的自由水；另一方面是形成囊状物可进入泥饼的细缝中，从而堵塞水的通道，达到控制滤失目的。它用于控制水基钻井液的滤失量。

用途：1、用于降低盐水和淡水钻井液的滤失量。2、降低动失水。3、用于淡水、盐水和饱和盐水钻井液。

优点：1、在较低加量下效果明显。2、在盐水和饱和盐水钻井液中效果明显。3、抗温120℃。

物理性质：1、外观：白色粉末。2、易溶于水。 推荐用量： 0.5%～1.5%。 9.羟丙基淀粉HPS

羟丙基淀粉又称HPS，是由淀粉与环氧乙烷反应而制得。由于它分子链上引入了羟基，其水溶性、增粘能力和抗微生物作用的能力都得到改善，羟丙基淀

粉为非离子添加剂，可用于正电胶、正电钻井液，用于控制钻井液的滤失量。比羧甲基淀粉的抗温性强。

用途：1、用于降低淡水和盐水钻井液的滤失量。2、降低动失水。3、对高价阳离子不敏感、抗盐、抗钙。

优点：1、在较低加量下效果明显。2、可与酸溶性暂堵剂配成无粘土钻井液，有利于保护油气层。3、抗温140℃。

物理性质：1、外观：白色粉末。2、易溶于水。 推荐用量： 0.5%～1.5%。 10.水解聚丙烯腈钠盐Na-HPAN

水解聚丙烯腈钠盐又称Na-HPAN，是由腈纶废料在氢氧化钠水溶液中水解而制得。分子主链为C—C键，带有热稳定性很强的腈基，可抗温200℃以上。该处理剂的抗盐能力也很强，但抗钙能力弱，当钙离子浓度过大时，会产生絮状沉淀，主要用于控制水基钻井液的滤失。

用途：1、用于降低淡水钻井液的滤失量。2、降低钻井液的粘度。3、有包被钻屑、抑制分散作用。

优点：1、降滤失、降粘度。2、抗温200℃。 物理性质：1、外观：粉末。2、易溶于水。 推荐用量：0.1～2.0%。 11.中粘度聚阴离子纤维素MVPAC

中粘度聚阴离子纤维素又称MVPAC，是由氯乙酸钠与碱性纤维素反应制得，但聚合度高、取代度高、取代基团分布均匀。是一种适应于淡水、盐水和饱和盐水钻井液的高效降滤失剂，并兼有一定提粘作用。抗温150℃。

用途：1、水基钻井液的高效降滤失剂。2、改善钻井液的流变性。 优点：1、在较低加量下效果明显。2、抗盐性好。 物理性质：1、外观：粉末。2、易分散溶解。 推荐用量：0.1%～ 0.5% 12.低粘度聚阴离子纤维素LVPAC

低粘度聚阴离子纤维素又称LVPAC，是由氯乙酸钠与碱性纤维素反应制得，但聚合度高、取代度高、取代基团分布均匀。是一种适应于淡水、盐水和饱和盐

物理性质：1、外观：粉末2、易溶于水。 推荐用量： 0.1%～1.0%。 28.聚丙烯酸多元共聚物SK-3

聚丙烯酸多元共聚物SK-3是一种聚合物降滤失剂，可用于被无机盐污染后的钻井液的降滤失剂。

用途：1、用于被无机盐污染后的钻井液的降滤失剂。2、降低高温高压滤失。3、改善钻井液高温分散的稳定性。

优点：1、抗盐性好。2、抗温能力强180℃。3、具有降粘作用。 物理性质：1、外观：粉末。2、易溶于水。 推荐用量：0.1%～1.0%。 29.氧化沥青粉

氧化沥青是一种将普通石油沥青经热吹风氧化后与一定比例的石灰混合而成的粉剂产品，常用作油基钻井液的悬浮剂、增粘剂和降滤失剂。

用途：1、用于油基钻井液的降滤失剂。2、用于油基钻井液的悬浮剂、增粘剂。3、改善油基钻井液高温分散的稳定性。

优点：1、易分散于柴油。2、抗温能力强。 物理性质：1、外观：粉末。2、易溶于水。 推荐用量：1.0%～3.0%。 (二)页岩抑制剂

1.聚丙烯酰胺钾盐K-PAM

部分水解的聚丙烯酰胺的钾盐又称K-PAM，是一种水溶性的高分子聚合物，常被作为钻井液的抑制、流型调节、包被剂，由于含有CONH2、COOK+、COOH、K+、NH+4等基团，具有较强的页岩稳定性。

用途：1、在水基钻井液中作为抑制、流型调节、包被剂。2、可增加钻井液的润滑性。3、兼有降滤失性能。

优点：1、抑制能力比聚丙烯酰胺钠盐好。2、在KCl和铵盐中抑制能力更强。3、可改善润滑性。

物理性质：1、外观：粉末。2、易分散溶解。 推荐用量：0.5%～ 1.0%。 2.部分水解聚丙烯酰胺PHPA

部分水解聚丙烯酰胺的钠盐是一种水溶性的高分子聚合物，常被作为钻井液的抑制、流型调节、包被剂，由于它分子量高又含有较多的基团，所以具有较强的页岩稳定性，可抑制粘土分散，稳定井眼。

用途：1、稳定水敏性地层。2、改善钻井液的流变性。3、在低浓度时絮凝钻屑。4、在低固相钻井液中提高切力。

优点：1、在较低加量下效果明显。2、在盐水钻井液中稳定。3、可改善润滑性。

物理性质：1、外观：粉末。2、易分散溶解。 推荐用量：0.05%～ 0.5% 3.磺化沥青FT1

磺化沥青FT1是通过沥青用发烟浓硫酸磺化而制得。用作水基钻井液的页岩抑制剂、润滑剂、并可降低钻井液的高温高压滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、改善盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼质量。2、促进井眼稳定。3、可作为架桥和堵塞粒子。4、改善润滑性。

优点：1、可在各种水基钻井液中使用。2、较宽的软化点。3、抗温200℃。 物理性质：1、外观：粉末。2、软化点：90～150℃。 推荐用量：10～50 kg/m3。 4.钻井液用无荧光磺化白沥青NFT

钻井液用无荧光磺化白沥青NFT用作水基钻井液的页岩抑制剂、润滑剂、并可降低钻井液的高温高压滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、无荧光，适合用于探井和开发井，尤其适合于探井。2、性能相当于磺化沥青，具有优秀的封堵、防塌和改善泥饼能力。3、较好的润滑性。4、改善降滤失能力。5、对环境无污染，属于环保产品。

优点：1、可在各种水基钻井液中使用。2、较宽的软化点。3、抗温200℃。 物理性质：1、外观：粉末。2、软化点：90～150℃。 推荐用量：10～50 kg/m3 5.高改性沥青粉KAHm

高改性沥青粉KAHm用作水基钻井液的页岩抑制剂、润滑剂、并可降低钻

井液的高温高压滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、改善盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼质量。2、稳定页岩和钻分散。3、可作为架桥和堵塞粒子。4、改善钻井液的流变性能。

优点：1、可在各种水基钻井液中使用。2、稳定页岩。3、抗温180℃。 物理性质：1、外观：粉末。2、易分散。 推荐用量：10～50 kg/m3 6.磺化沥青（膏状）FT1

磺化沥青FT1用作水基钻井液的页岩抑制剂、润滑剂、并可降低钻井液的高温高压滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、改善盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼质量。2、促进井眼稳定。 3、可作为架桥和堵塞粒子。4、改善润滑性。

优点：1、可在各种水基钻井液中使用。2、较宽的软化点。3、抗温200℃。 物理性质：1、外观：粉末。2、软化点：90～150℃。 推荐用量：10～50 kg/m3 6.改性沥青粉FT341

改性沥青粉FT341用作水基钻井液的页岩抑制剂、润滑剂、并可降低钻井液的高温高压滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、改善盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼质量。2、稳定页岩和钻分散。3、可作为架桥和堵塞粒子。4、改善钻井液的流变性能。

优点：1、可在各种水基钻井液中使用。2、稳定页岩。3、抗温180℃。 物理性质：1、外观：粉末。2、易分散。 推荐用量：10～50 kg/m3 。 7.改性沥青粉FT342

改性沥青粉FT342用作水基钻井液的页岩抑制剂、润滑剂、并可降低钻井液的高温高压滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、抑制页岩和钻写分散。2、改善盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼质量。3、可作为架桥和堵塞粒子。4、改善钻井液的流变性能。

优点：1、可在各种水基钻井液中使用。2、抑制页岩。3、抗温180℃。 物理性质：1、外观：粉末。2、易分散。

推荐用量：10～50 kg/m3 。 8.聚合醇防塌剂YP

聚合醇防塌剂用作水基钻井液的页岩抑制剂、改善钻井液的滤失、泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、聚合醇具有浊点，在钻井液中可始终保持“亲油疏水分散于水的 状态，可吸附于钻和粘土表面，抑制页岩水化分散。2、可吸附于钻具表面 在钻具表面形成极压润滑膜，达到润滑、降低扭矩、减少泥包。3、改善钻井液的滤失量和泥饼质量。4、为非离子高分子化合物，可吸附于钻井液中胶体颗粒表面，使钻井液胶体颗粒为电中性 可保持较好的护胶稳定性，抗污染能力强。5、分子可通过氢键吸附于井壁表面，抑制微裂缝产生，稳定井壁。

优点：1、适合于大多数水基钻井液。2、无毒，对环境无污染。3、无荧光、可用于探井。

物理性质：1、外观：粉末。2、易分散。 推荐用量：20～50 kg/m3 9.无荧光防塌剂PA-1

无荧光防塌剂用作水基钻井液的页岩抑制剂、降低钻井液的滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、抑制页岩和钻分散。2、改善淡水钻井液的滤失量和泥饼质量。3、改善钻井液的流变性能。

优点：1、稳定页岩和钻分散。2、改善钻井液的流变性能。3、无荧光、可用于探井。

物理性质：1、外观：粉末。2、易分散。 推荐用量：10～50 kg/m3 。 10.无荧光防塌降滤失剂PA-2

无荧光防塌降滤失剂用作水基钻井液的页岩抑制剂、降低钻井液的滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、抑制页岩和钻屑分散。2、改善淡水钻井液的滤失量和泥饼质量。3、改善钻井液的流变性能。

优点：1、稳定页岩和钻屑分散。2、改善钻井液的流变性能。3、无荧光、

可用于探井。

物理性质：1、外观：粉末。2、易分散。 推荐用量：10～50 kg/m3 。 11.无荧光防塌降滤失剂PA-3

无荧光防塌降滤失剂用作水基钻井液的页岩抑制剂、降低钻井液的滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、抑制页岩和钻屑分散。2、改善钻井液的滤失量和泥饼质量。3、改善钻井液的流变性能。

优点：1、各种水基钻井液。2、改善钻井液的流变性能。3、无荧光、可用于探井。

物理性质：1、外观：粉末。2、易分散。 推荐用量：10～50 kg/m3 。 12.黑色正电胶BPS

黑色正电胶BPS是一种带正电的水基钻井液页岩抑制剂，可稳定井壁并兼有润滑、降低高温高压滤失量、改善泥饼质量和调整钻井液流型的作用。

用途：1、抑制页岩和稳定井壁。2、改善盐水和淡水钻井液的滤失量和泥饼质量。3、可作为架桥和堵塞粒子保护油气层。4、改善钻井液的流变性能。

优点：1、保护油气层。2、稳定页岩。3、抗温180℃。 物理性质：1、外观：粉末。2、易分散。 推荐用量：10～50 kg/m3 。 13.有机硅腐植酸钾OSAM-K

有机硅腐植酸钾OSAM-K用作水基钻井液的页岩抑制剂、降低钻井液的滤失量，改善泥饼质量和稳定井壁。

用途：1、抑制页岩和钻屑分散。2、改善钻井液的滤失量和泥饼质量。3、改善钻井液的流变性能。

优点：1、各种水基钻井液。2、改善钻井液的流变性能。3、无荧光、可用于探井。4、抗温180℃。

物理性质：1、外观：粉末。2、易分散。 推荐用量：10～50 kg/m3 。

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