水基钻井液及处理剂作用机理讲述.doc

水基钻井液及处理剂作用机理 蒲晓林 课程简介 本课程是“泥浆工艺原理”、“深井泥浆”的后续课程，是根据钻井液化学研究方向总结、整理的课程。着重从钻井液工艺性能和胶体化学的角度讲述钻井液处理剂作用原理。 课程特点 (1) 课程目前还在完善中 国外：对处理剂应用阐述多，作用机理研究少，在此研究领域还没有这样一门专门课程； 国内：近年来文章多，文献报道多，但不系统，各说各的； 关于此方面的研究：大都以产品、专利出现，有关理论研究的报道较少，尤其是许多研究还触及到许多商业秘密。因此，许多单位从机理出发，从理论出发去开发产品不多，缺乏理论指导。例如：中山大学、天津大学、山东大学、成都科大。 全国：产品成系列的仅两家：我院和勘探开发研究院。 根本原因：机理不清楚，研究失去方向。 (2) 本课程目的 主要从钻井液的发展和类型的角度讲述处理剂的作用机理。使学者掌握各种处理剂在不同钻井液条件下的作用原理和用途。 课程主要任务 分析、揭示水基钻井液作用机理，学习进一步深入研究这种作用机理的方法和思路； 讲述目前主要使用的国内外钻井液处理剂的作用机理。引导机理研究入手，力求把处理剂研究、研制理论化、条理化，为有目的地、有针对性地研制处理剂和研究新型钻井液体系创造条件； 从研究机理入手，掌握使用规律。更好地指导产品应用和质量提高，把处理剂研制、生产和应用规律有机地结合起来。 课程的主要内容和思路 核心内容 处理剂作用机理及其对钻井液宏观性能的影响； 处理剂作用性质和作用效果的实验研究方法。 处理剂研究的一般思路 从钻井工程对钻井液性能要求出发研究处理剂 适应钻井工程、地质勘探及其技术发展，钻井液性能应具备的性能要求；钻井工程、地质勘探技术发展同钻井液技术发展的相互促进关系。 考虑如何选用处理剂实现钻井液作用效能 通过什么样的（运用）处理剂，起什么作用，作用规律（机理）是什么？ 具有实现钻井液作用效能，处理剂应具有的性质，—如水溶性、抗盐性和抗温性，同粘土的作用规律等等。 钻井液性能、作用效能要求与处理剂分子结构的关系 处理剂分子结构组成、分子量、分子链型、基团种类、比例、处理剂分子构象等等。 —最终落实到处理剂的分子结构设计。 处理剂的合成、研制 要实现处理剂分子结构设计，所需的化学途径、合成工艺路线、合成条件。 处理剂应用规律和效能评价 处理剂效能评价的原则：满足优质、安全、低成本钻井、完井和环保要求。 a.是否有利于井壁岩石稳定 b.是否有利于钻井液性能稳定 c.是否有利于保护油气储层 d.是否有利于环境保护 正确地掌握处理剂应用规律和采用准确的方法评价处理剂效能，对于建立钻井液体系和指导应用是至关重要的。 钻井液处理剂的作用原理 处理剂的作用机理（包括作用原因、途径、效果） 钻井液性能的微观本质（为什么具有这种性能、本质是什么？）： 水基钻井液组成：水+土+化学处理剂 本质：分散相（粘土）的分散状态决定钻井液性能。 量的体现：土含量加上分散状态数值大小。 其中，分散状态测定方法： ① 粒度分布：沉降天平，库尔特计数器，激光粒度仪等； ② 电镜分析。 然而，分散状态由粘土粒子表面状态决定。 吸附作用测定方法： ① 主要测吸附量、厚度； ② 波谱、红外、紫外、质谱。 以上众多关系中，任意寻找或研究两者的关系即为机理研究。 处理剂的研制 处理剂研制、研究包括以下内容： （1） 明确处理剂在钻井液中作用效能要求，以及处理剂实现这些效能要求的途径； （2） 研究具有这种作用的处理剂本身应该具有什么样的要求。如：水溶性、抗盐、抗钙、水溶液粘度、构型、构象、与粘土作用等。 （3） 具有这种效能和性能的处理剂在分子结构上应该具有什么特征（分子量、基团种类和比例、位置、链形、含不含金属离子、金属离子怎么作用上去的等）； （4） 实现这种分子结构所需要的化学途径； （5） 处理剂的应用规律和效果评价。 水基钻井液处理剂及其研究现状 钻井液及处理剂发展情况 现代钻井技术对钻井液的要求有三点： ① 辅助钻井提高钻井速度。 ② 保证钻井井下安全，防止钻井过程中各种复杂问题发生，如井塌、卡钻、井喷、井漏等。 ③ 保护油气层，提高油气井产量。 钻井液包括钻井液处理剂正是在不断满足钻井工程要求的基础上发展起来的。 钻井液工艺的发展经历了四个发展时期： ① 初步形成时期——1888~1928年； ② 快速发展时期——1928~1948年； ③ 高速发展时期——1948~1960年； ④ 科学化时期——1961年~现在。 初步发展时期——自然造浆阶段 主要解决问题： ? 携带钻屑 ? 控制地层压力 典型技术： ? 水+钻屑+地面土 ? 使用重晶石、铁矿粉（1920年） 特点：几乎未使用过化学处理剂。 快速发展时期——细分散泥浆阶段 主要解决问题： 泥浆性能的稳