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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