有机处理剂作用机理

1、l按照有机处理机添加到钻井液后所起的作用，可以分为: 降滤失剂 降粘剂 增粘剂 页岩抑制剂 流型调节剂 润滑剂 乳化剂 杀菌剂 缓蚀剂 堵漏剂 有机处理机作用机理有机处理机作用机理一、降滤失剂（抗高温降失水剂） 1、磺甲基酚醛树(SMP)结构： 磺甲基酚醛树脂由于其分子由亚甲基桥和苯环组成及C、S键构成，又由于含有强亲水基磺甲基（-CH2SO3-），且磺化度高，所以亲水性很强，受高温影响小，故热稳定性强 有机处理机作用机理有机处理机作用机理 在200220。C甚至更高温度下，不会发生明显降解。而且抗盐析能力强 l分1型产品（SMP-1）和2型产品（SMP-2）l SMP-1可溶于Cl-含量为1

2、0万12万mg/l或Ca2+、Mg2+总含量2000mg/l的盐水中，用于淡水、盐水体系。l SMP-1与SMC复配使用降滤失作用更好。原因是与SMC复配后，SMP-1在黏土表面的吸附量可增加56倍 lSMP-2用于高浓度盐水体系，加量2%3%。有机处理机作用机理有机处理机作用机理2、聚阴离子纤维素（PAC-HV）l聚阴离子纤维素是一种高品质水溶性纤维素衍生物。l结构特点：分子链上含有羧基、醚氧基、羧基、磺酸基、基等。l性质：在水溶液中解离为聚阴离子，分子链上的阴离子基团互相排斥使分子链呈伸展状态，会使液相粘度增大。抗温200。C 有机处理机作用机理有机处理机作用机理l聚阴离子纤维素降滤失机理

3、：l分子链上的羟基、醚氧基为吸附基团，这些基团通过与黏土颗粒表面的氧形成氢键或与黏土颗粒断键边缘上的Al3+之间形成配位键使PAC分子吸附在黏土颗粒上，PAC分子中的阴离子基团通过水化使黏土颗粒表面水化膜变厚，黏土颗粒表面的电动电位升高，负电量增加，从而阻止黏土颗粒聚结变大。l多个黏土细颗粒与PAC 分子通过桥连形成网状结构，也提高了黏土颗粒的聚结稳定性。这些作用都有利于保持钻井液中细颗粒的含量，使形成的泥饼致密降低滤失量。 有机处理机作用机理有机处理机作用机理 分子量较高的聚阴离子纤维素不仅能显著减低滤失量，减薄泥饼厚度，而且对泥页岩水化有抑制作用。我国生产的聚阴离子纤维素其抗盐、抗钙及增粘

4、、降滤失作用都优于CMC。3、聚丙烯酸盐l聚丙烯酸盐聚合物是具有不同取代基的乙烯基单体及其盐类的共聚物。l结构特点：在其高分子链上拥有不同含量的羧基、羧钠基、羧胺基、酰胺基、腈基、磺酸基和羟基。 有机处理机作用机理有机处理机作用机理l该系列产品主要用于聚合物钻井液体系的降滤失剂。由于各种官能团的协同作用，该类聚合物在各种复杂地层和不同矿化度、不同温度条件下均能发挥其作用。应用较广的有PAC141、PAC142、PAC143。lPAC141降滤失的同时还兼有增粘作用，而且还能调节流型，改进钻井液的剪切稀释性，该处理剂抗温180。C，抗盐可达饱和。lPAC142增粘作用小于PAC141主要用于淡水

5、、海水和饱和盐水钻井液的降滤失剂。加量0.2%-0.4% 有机处理机作用机理有机处理机作用机理lPAC143用于各种矿化度水基钻井液的降滤失剂，并能抑制泥页岩水化分散。在海水、盐水钻井液中推荐加量0.5-2%4、磺化褐煤树脂l磺化褐煤树脂是褐煤与酚醛树脂通过缩合反应制得的产品。l 性质：该产品易溶于水，与其它处理剂有很好的相容性。抗温230。C，抗盐1.1105mg/l，抗钙2000mg/l。该处理剂降滤失的同时并不会增加钻井液的粘度，所以特别适用于在高密度深井钻井液中使用。它除了有降滤失作用外还有一定降粘作用。 有机处理机作用机理有机处理机作用机理有机处理机作用机理有机处理机作用机理5、改性

6、淀粉l淀粉的降失水作用是由于直链淀粉易吸水膨胀，形成类似于海绵的囊状物。淀粉吸水后减少了钻井液中的自由水；l另一方面囊状物会堵塞泥饼空隙降低泥饼的渗透率。二、页岩抑制剂1、聚合醇 l聚合醇JLX为低分子嵌段共聚物。是一种典型的高分子聚醚型表面活性剂，分子中聚氧乙烯基部分是亲水基，聚氧丙烯基部分是因带有甲基而具有憎水性为疏水基。l性质：常温下易溶于水，但温度升高到某一温度时会形成浊状液，该温度称为浊点。温度降到浊点以下，又完全溶解。 有机处理机作用机理有机处理机作用机理 作用作用：l有很强的抑制性与封堵作用，能有效地稳定井壁。l润滑性能好，在钻井液中加量3%，钻井液摩阻系数可降低80%；l聚合醇

7、能有效降低钻井液的表面张力，对油气层损害程度低，渗透率恢复值可达85%以上；l聚合醇毒性很低，易生物降解，属于环境友好型。有机处理机作用机理有机处理机作用机理机理：机理：l井底温度高于聚合醇浊点时，聚合醇发生相分离，封堵泥页岩的孔喉，阻止钻井液滤液进入地层，另外，聚合醇吸附在泥页岩表面（吸附量随温度升高而增加）形成涂层，从而阻止泥页岩水化膨胀和分散。这些都起到稳定井壁的作用。l聚合醇的浊点与其分子结构有关，在相同浓度下，聚合醇聚氧乙烯链越长其水溶液浊点越高。有机处理机作用机理有机处理机作用机理l现场使用时，为了获得更好的稳定井壁效果，聚合醇分子不能太大，以便使其能进入泥页岩孔喉中，并且其浊点应

8、与井底温度一致。当井壁不稳定地层处于不同深度的裸眼井段时，应选用与井壁不稳定地层温度相匹配的多种浊点的聚合醇的混合物。有机处理机作用机理有机处理机作用机理2、小阳离子 小阳离子化学名称为环氧丙基三甲基氯化铵。 结构式： 作用：小阳离子是一种泥页岩抑制剂，抑制岩屑分散的效果明显高于KCl。能和其它处理剂相容。有机处理机作用机理有机处理机作用机理 小阳离子抑制岩屑分散的机理l小阳离子是阳离子表面活性剂，靠静电作用吸附在岩屑表面，表面吸附的小阳离子的疏水基可形成疏水层，阻止水进入岩屑粒子内部l与岩屑层间可交换阳离子发生离子交换作用进入岩屑晶层间。层间吸附的小阳离子靠静电作用拉紧层片，这些作用可有效抑

9、制岩屑水化膨胀和分散。l小阳离子所带的正电荷可以中和岩屑带的负电荷，削弱了岩屑层间的静电排斥作用，从而降低岩屑的分散趋势。有机处理机作用机理有机处理机作用机理 小阳离子作抑制剂比小阳离子作抑制剂比KCl优越之处优越之处l是钻屑吸附小阳离子后表面具有一定疏水性，因此不易黏附在亲水性的钻具表面，具有明显的防泥包作用。l小阳离子具有一定杀菌作用，可防止淀粉类处理剂生物降解。有机处理机作用机理有机处理机作用机理3、甲酸钾（HCOOK） 甲酸钾是一种最简单的脂肪酸盐，易溶于水，甲酸钾水溶液最高密度为1.598g/cm3,可生物降解对水生动物基本无毒害,是一种环保型处理剂。与常用聚合物如XC、聚阴离子纤维

10、素有良好的配伍性。而且能提高XC、改性淀粉的抗温能力。l甲酸钾是一种页岩稳定剂l机理：滤液粘度较高，增大了滤液流向页岩层内的流动阻力；钻井液在页岩表面形成一种薄膜，而且滤液的活度低，从而减少滤液向页岩中渗透。 有机处理机作用机理有机处理机作用机理4、MMH正电胶 正电胶从组成上讲是混合金属氢氧化物。化合物中含有各种不同的二价或三价金属。从结构上看与水镁石晶片结构类似。 有机处理机作用机理有机处理机作用机理l水镁石基本结构单元是镁氧八面体，八面体中心是Mg2+，六个顶点是OH-。相邻八面体通过镁离子共用OH-构成水镁石晶层。l水镁石晶片是三八面体结构，晶片本身是电中性的。lMMH的晶体结构与水镁

11、石不同之处是八面体中的Mg2+有一部分被Al3+等高价阳离子取代。因此MMH晶层表面带有正电荷。分散在水溶液后形成正电胶。l正电胶可以提高钻井液的剪切稀释性，并用做页岩抑制剂。 有机处理机作用机理有机处理机作用机理l剪切稀释机理：剪切稀释机理：l 正电胶加入钻井液后，由于胶粒表面带有高密度的正电荷，对极性水分子产生极化作用，使水分子在胶粒周围形成一个稳固的水化膜，水化膜外沿显正电性。黏土胶粒和正电胶胶粒情况相反，只是水化膜外沿显负电性。l两种带有强化水化膜胶粒靠近时，首先接触的是水化膜外沿，由于电性相反水化膜相吸，形成贯通的极化水链，使两种胶粒连在一起形成MMH-水-黏土复合体。有机处理机作用

12、机理有机处理机作用机理l两种胶粒之间由于有极化水链存在，不可能靠得很近只能保持一定距离。（如图）这样在体系内就会形成由正、负胶粒和极性水链构成的网状结构。有机处理机作用机理有机处理机作用机理 正电胶抑制钻屑分散和稳定井壁的机理：正电胶抑制钻屑分散和稳定井壁的机理：l滞流层机理，钻井液在近井壁处流速接近于零，正电胶在井壁上形成保护井壁的“滞流层”，从而减轻钻井液循环时对井壁的冲蚀作用。“滞流层”对胶结性差的地层的防塌很重要。l胶粒吸附膜稳定地层机理，实验MMH与黏土形成复合体时，能将黏土表面的阳离子排挤出去，使黏土矿物表面离子活度降低，从而削弱渗透水化作用。另外，正电胶在黏土矿物表面形成的吸附膜

13、，会产生一个正电势垒，阻止液相中阳离子与黏土进行交换，这就减弱了因阳离子交换引起的渗透水化膨胀。有机处理机作用机理有机处理机作用机理l束缚自由水机理，正电胶与黏土形成复合体时会束缚大量自由水，减弱了水向钻屑和地层中渗透的趋势。 4、磺化沥青（AsphaltS）l具有很强的抑制页岩水化膨胀的性能，并可形成薄而坚韧的泥饼从而使井壁稳定，商业产品有钠磺化沥青和钾磺化沥青，后者具有更强的页岩抑制作用。加1.5%3.0%l5、氧化沥青(Asphalt-O)l用于封赌泥页岩地层中的缝隙,形成坚韧的泥饼还可提高钻井液 和泥饼的润滑性,加量3.0%5.0% 有机处理机作用机理有机处理机作用机理降粘剂降粘剂 降

14、粘剂降粘剂 1、铁铬木质素磺酸盐（FCLS）l用于不同浓度盐水中抗温170180。C需控制钻井液体系PH在912.5之间,加量0.2%0.6%。因Cr6+对环境污染在使用上受到限制。 2、无铬木质素磺酸盐(CrFree-95)l是木质素磺酸盐和水解聚丙烯酸钙的共聚物.是海水、盐水钻井液 的有效稀释剂，抗温150oC加量0.4%0.6%,温度较高时易发泡,需用消泡剂消泡。 3、XY-27l是丙烯酸共聚物，分子链上含有不同的阴离子、阳离子和非离子基团，可用于两性离子钻井液 。抗盐抗钙性较强，抗温120oC，加量0.2%0.5% 增稠剂增稠剂/包被剂包被剂 增稠剂增稠剂/包被剂包被剂 1、羟乙基纤维

15、素（HEC）l羟乙基纤维素是一种水溶性纤维素衍生物，是纤维素与环氧乙烷反应制得，无毒、无味，溶于水后形成黏稠胶状液。该产品在钻井液中起增粘作剂用，最大特点是增粘不增切力。抗温110-120。C。 2、部分水解聚丙烯酰胺（PHPA）l是一种白色水溶性聚合物粉末，一般配成0.5%1%的水溶液使用。加量0.1%0.3%(折合成干粉) 3、聚丙烯酰胺钾盐(KPAM)l是部分水解聚丙烯酰胺-聚丙烯酸纳钾盐的共聚物除了用做增稠剂/包被剂外还可用做页岩抑制剂.常配成0.5%1%溶液使用。在钻井液 中加量(折成干粉为0.1%0.3%，抗温160180。C 4、高粘羧甲基纤维素(CMCHV)l主要用于提高钻井液

16、 粘度以提高其洗井和悬浮能力.同时还可降低滤失量，加量0.2%0.5% 5、羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）l是一种强增稠剂用于提高钻井液 粘度和无固相体系的液相粘度。在盐水钻井液 中加量0.3%0.6%增稠剂增稠剂/包被剂包被剂流型调节剂（胶凝剂）流型调节剂（胶凝剂） 1、正电胶（MMH）l正电胶是一种混合金属氢氧化物钻井液 中加入正电胶后体系中会形成一个强度不高易被破坏的空间结构网使体系有较高的YP/PV动塑比和满意的流变参数。MMH本身抗温200。C以上。 2、XC生物聚合物（黄原胶）l是黄原菌类作用于碳水化合物生成的高分子链状多糖聚合物。易溶于水。是盐水、饱和盐水钻井液的高效增粘剂，一般加量0.2-0.3%，并兼有降滤失作用。用它处理的钻井液具有优良的剪切稀释性，有利于提高钻速和携带岩屑。XC抗温可达120。C抗盐、抗钙能力也很好。为防止空气或钻井液中的细菌使其降解需与杀菌剂配合使用。是一个增稠剂也是胶凝剂，可有效提高钻井液 YP/PV动塑比。 润滑剂润滑剂l润滑剂润滑剂 1