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目 录
内容摘要： 1
第一章 绪论 1
第一节 课题背景及意义 1
第二节 论文研究的思路 2
第二章 粗分散钻井液简介及特点 2
第一节 粗分散钻井液的简介 2
第二节 钙处理钻井液的特点 3
第三章 抗高温钙处理钻井液体系研究应用及发展 4
第一节 抗高温钙处理钻井液体系的影响因素 4
第二节 高温石灰钻井液体系的研究与应用 7
第三节 新型高温石灰钻井液的体系的研究 7
第四节 钻井液的现场处理 7
第四章 总结 8
致谢： 11
参考文献： 11
附录： 12
摘 要：本论文主要论述和研究了粗分散钻井液的现场应用现状及现场应用技术体系中的黏土颗粒处于适度絮凝的粗分散状态，因此又称之为粗分散钻井液。主要以钙处理钻井液的现场应用、新型高温石灰钻井液体系、抗高温钙处理钻井液的体系及高温石膏钻井液体系的研究与应用。体现出离钻井体系是复杂多元化体系。
关键词：粗分散钻井液；现场应用；复杂多元化
Summary:This paper mainly to pick the paper and research field application status scattered drilling and field application technology in the clay particle system of flocculation was also called a fragmented, so thick mud scattered. Mainly calcium treatment fluid field application, the new high temperature resistance, lime mud system of drilling fluid system and calcium processing high-temperature gesso drilling fluid system of research and application. Reflect from drilling system is a complex system of diversification.
Keywords: coarse scattered drilling, Field application, Complex diversification
第一章 绪论
钻井液是指在油气钻井过程中，一起多种功能满足钻井工作中各种循环流体的总称。钻井俗称泥浆。钻井液工艺技术是油气钻井过程中的重要组成部分，是实现健康、安全、快速、高效钻井及保护油气层、提高油气产量的重要组成部分。
第一节 研究课题的背景
粗粉分散泥浆阶段 --- 20世纪60年代初至60年代末
随着世界石油工业的迅速发展，钻井的数量、速度、深度均显著增加，所钻穿的地层也更加复杂多样化，裸眼井段也越来越长，对钻井液性能提出更高要求。各种配置泥浆的原材料和处理剂的研究与使用，其性能与钻井关系的研究，研制出了各种泥浆测试仪器和设备，使泥浆工艺得到了不断发展。
第二节 课题研究主要内容
本论文以粗分散钻井液为主，详细介绍了以钙处理钻井液、新型高温石灰钻井液体系、抗高温钙处理钻井液及高温石膏钻井液体系的研究与应用。其主要研究内容如下：
一、 抗高温钙处理钻井液体系的影响因素
二 、高温石灰钻井液体系的研究与应用
三、 新型高温石灰钻井液的体系的研究
四 、钻井液的现场处理
第二章 粗分散钻井液
第一节 钙处理钻井液的简介
在钙处理钻井液出现在之前，人们发现在处理西分散钻井液钙污染的过与原来的分散钻井液相比经过处理的钙污染钻井液表现出血多的优越性，如较强的一致性和抗盐类污染能力等。于是二十世纪六十年代发展具有较好抗盐钙污染能核对泥页岩水花具有较强的抑制作用的钙处理钻井液该类钻井液主要由含Ca2+的无忌絮凝剂、降粘剂和降滤失剂组成。由于体系中的黏土颗粒处于适度絮凝的
粗分散状态，因此又称之为粗分散钻井液。
粗分散钻井液体系是指当分散相颗粒的直径大于100nm，目测是浑浊不均的体系，放置后会沉淀或分层，如浑浊河水。与细分散钻井液相比钙处理钻井液
第二节 钙处理钻井液的特点
1）较稳定，具有较强的抗该、盐污染和粘土污染污染的能力；
2）含量想较少，容易在高密度条件下维持较低的年度和切力，钻速较高;
3）定程度上抑制泥叶盐水花膨胀，滤失量 较小泥饼薄韧，有利于井壁稳定；
4）由于钻井液中粘土细颗粒含量较少，队友七层的损害程度相对较小。
第三章 抗高温钙处理钻井液体系研究应用及发展
第一节 抗高温钙处理钻井液体系的影响因素
1．高温下粘土矿物性能的变化
粘土矿物在控制水基钻井液的流变性和滤失性放方面起着重要作用。阳离子交换容量、表面电荷本质及密度、颗粒大小及形状、浓度、静电力等因素制约着这悬浮材料的胶体特性。周围液相的特性和组分还会进一步影响或决定颗粒间的相互作用和胶凝结构的形成。
应用扫描电子技术研究了粘土悬浮体，结果可很好的描述粘土片的边-面相互作用所以形成胶结构。研究结果发现，高温条件西粘土矿物的反应引起的变化对胶体悬浮液的稳定性和物理特性产生巨大影响。在温度超过197-202℃的热条件下，尽管各自的机理不同，但海泡石和凹凸棒石似乎转变成了其它的硅酸盐结构。尽管温度是矿物结构发生变化的主要因素，但可溶性无机物业起着重要作用。如海泡石转化成蒙脱石的过程中，氯离子似乎比氢氧根更有效。其他试验结果表明，如果在碘溶液中存在钙离子，则粘土颗粒很容易溶解并沉淀。对高岭石和蒙脱石即使在很低的温度下可以观察到不可逆的碘消耗、二氧化碳融结合新矿物的形成。这种不可逆反应在开始阶段似非常快，而后遵循缓慢的单一一级动力学规律。这表明， 天然粘土矿物 和地层固相中可能含有按并非确切知道的机理进行反应的很少量的及活性物质。这一复杂的、与时间有关的换血反应过程仍需要进行一步研究。
2、粘土矿物与碘的高温反应
这一反应极其结果早有论述。众所周知，高溶解度的碘金属氰化物在这个反应中起着重要作用。在这一系列是能试验中，根据钙离子的销量对硅酸盐溶液进行研究。为了避免意外的污染，用膨润土悬浮液作为基液。配制浓度为80千克每立方米的膨润土悬浮液，水化用高温稳定及处理后加入浓度为二十千克每立方米的氯化钠。将样品在180℃滚动十六小时候，用滴定法测定API滤液中钙离子的含量测定结果发现，钙离子的消耗量与是否存在有机处理剂和氯化钙的浓度无关。钙离子的消耗量取决于粘土悬浮液的起始PH值。PH值在8-10范围内每克膨润土消耗20-25毫克的钙离子、而PH值增加到11.0-11.5时，钙离子的消耗量急剧增加。同时，粘土矿物溶解而产生可溶性滚酸盐与钙离子生产沉淀而消耗的钙离子。消耗钙离子的结果改变钻也中的钙离子和硫酸根的比例破坏了化学平衡。结果与淡水钻井液手碳酸盐的污染的情况极其相似。在这种情况下最好加入石灰以补偿钙离子。
3、电解质和聚电解质对粘土悬浮液性能的影响
膨润土悬浮液的物理性能受电解质的影响很大。粘土片周围的双电层在阳离子。特别是多价离子存在是被压缩。例如，钙离子在粘土层间发生强烈作用，形成厚而致密的聚结体，这对钻井液的流变性和滤失性极为有害。足够度的有机聚电解质可能会破坏这种致密扥面面结构，而碱与粘土矿物之间的高温反应会加剧其破坏程度。
这些处理剂的多层吸附作用会在分散颗粒之间产生足够大的空间斥力。这可改善钻井液钻井液的流变性和滤失性。与一些抗电解质的合成聚合物相比，这可能是木质素磺酸盐和改性褐煤应用于钙基液中的一个好处。悬浮液中的黏土的热液变化，使同类型的颗粒聚结成大的絮凝团块，而有些颗粒似乎在其他颗粒之间起胶结剂的作用。由于粘土片机处理剂形成的几乎均匀的表面覆盖，碱反应发生在以若键或自由基为特征的最活性的颗粒边缘。这种诱发的相互作用高温下在致流变性维护难度方面起着重要作用。
4、碳酸盐污染的影响
最容易引起复杂情况的钻井问题之一是碳酸盐和碳酸氢盐造成的污染。碳酸盐来源可能有：（1）地层水二氧化碳的侵入；（2）过量处理的彭润土；（3）钻井液中有机物的降解；（4）地面钻井液系统中进入的二氧化碳；（5）含有碳酸盐的处理剂和钻屑。
碳酸盐污染表现为高的动切力、静切力和滤失速率。碳酸盐并不是被认为硬起这个问起的根源，因而导致过度的化学处理。
即使采用合适的分析方法 ，但确定某些有有机处理剂的污染仍是极其困难的。过量的使用还该化合物，也会引起流变性能和滤失性能的改变。由于存在平衡，只能在很短的范围内进行处理。
显然较好的办法是选择和配置能抗污染的合适的钻井液体系。
5高温钻井液的稳定性
高温钻井液是含有若干组分的复杂的胶体；（1）泥土矿物作为流变性和滤性控制剂（2）
可溶性无机化合物作为特殊功能的处理剂或污染物（3）可溶性有机化合物提供最佳的技术性能（4）不溶性的惰性材料的惰性材料处理剂和污染物。
上述所有的组分都会影响胶体体系的稳定性和性能，从而影响钻井液性能。 钻井液的高温稳定性取决于有机处理剂是否所处的实际温度下明显失去的长期性能。淀粉和纤维素类聚合物分别在117℃和137℃下降点，生成聚合物则用于温度高于197℃的环境中，这取决于也想的化学特性。现场实践证明，木质素磺酸盐可抗高温至157-162℃，而低的相对分子质量合成聚合物已成功的用于227℃或更高的温度。褐煤和改性褐煤在温度超过197℃时仍有效。
对钻井液技术而言，重要的是当温度超过处理剂特有的临界温度，不仅因处理剂失效而造成严重的问题，而起因高温将竭诚胜负产品的影响而破坏化学平衡。
低相对分子质量聚合物解学凝剂可改善钻井液抗污染能力和抗高温能力已成功的用于低估想不分散聚合物钻井液体系中，降低钻屑 分散水化作用至最低程度从控制过量钻屑引起的流变性问题。但是在高固相含量和钻屑过量的情况下，单靠低相对分子质量聚合物解学凝剂不能把流变性控制在可接受的水平上。现场实践证明，需要使用一定量的褐煤和木质磺酸盐。
经验表明，需要研究一种既具有木质素磺酸盐强分散作用，又具有低相对分子质量聚合物解学凝剂解絮凝作用的新型处理剂根据这一理论，研制了具有相似的和不同的相对分子量、大小、形状、官能团比例、结构等的“特制”分子。丙烯酸接枝的木质素磺酸盐是这种的一个典型代表。聚阴离子木质素也是一种效果较好的降滤失剂。
乙烯磺酸盐-以稀酰胺共聚物是新型康电解质抗高温的合成聚合物，在高温和高电解质浓度下能稳定钻井液的流变性和滤失量。
影响粘土矿物与碱的相互反应的另一个因素是温度。当温度超过约150℃时，钻井液性能发生了显著的变化。
第二节 高温石灰钻井液体系的研究与应用
二十世纪六十年代后期以来，石膏钻井液体系，这种体系可抗二氧化碳和眼水污染，且具有抗故乡污染和抗高温能力。用这种钻井体系所钻井的井最深达5400米，最高井底温度为197℃。但因这种钻井液体系中使用的铁铬木质素磺酸盐羧甲基纤维素等处理机的康文能力有限，必须放掉从井底反出的钻井液在高温深井中，如果继续使用这种钻井液体系，需要一种高温稳定性情切具有抗钙能力的处理剂。
选定不同分子结构的高相对分质量褐煤并进行磺甲基化交联，得到了适用于中、高温条件下的降滤失剂和流变性稳定剂。用降滤失剂和流变性稳定剂混合配制的高密度石膏钻井液体系已成功的用于多口井 低温度达217-227℃深井钻井中，现场钻井液的典型性能如表一。这种石膏钻井液体系的特点是可以控制任何类型的污染且性能易于维护；同时，因不含有任何重金属或有害成分，所以能满足环保方面的要求。
表1，用改性褐煤处理的现场石膏钻井液的性能
室内研究和现场应用结果表明，改性褐煤是改善是高钻井液性能和高温稳定性的良好处理剂但如何控制体系中由于高温油分地反应是这种钻井液体系存在的主要问题。为此，研制了新型处理剂-严格筛选的改性褐煤于不同相对分子质量的合成聚合物的混合物。
Polytermex-D：解絮凝剂，也可稳定高温高压滤失量；
Polytermex-A：高温高压滤失剂及流变性稳定剂。
表2给出用Polytermex-D处理前后的现场石膏钻井液在180℃热滚16h密度 2.05 g／cm3后测定的性能。由此可见，用Polytermex-D处理后，明显改善钻井液的流变性和滤失性，调整PH值之后性能得到进一步的完善。
表2Polytermex-D对石膏钻井液性能的影响
表3给出的是样品在180℃热滚过程中，钻井液性能随时间的变化情况。随着热滚时间的增加，粘度下降，表明粘土与碱金属之间相互反应起了作用；但高温高压滤失量略有增加，表明Polytermex-D的现场应用结果。与室内试验结果相比，现场应用中效果更好。
表4是用新型处理剂和改性褐煤剂（lThermohumex和Huminsol）处理机的密度为2.05g／cm3的现场石膏钻井液并在200℃热滚16h后的性能对比。由此可见两种新型处理剂可应用与高温条件下。
表5是新型处理剂Polytermex-D的现场应用结果。与室内试验结果相比，香肠应用中效果更好。
表3石膏钻井液性能预热滚时间的关系
表4新型处理剂对显示高钻井液性的影响
表5 Polytermex-D处理的现场加重石膏钻井液的性能
第三节 新型高温石灰钻井液的研究
新型高温石灰钻井液体系具有与石膏钻井液体系相似的特征和性能，但也有不同点。为了提高钙离子的溶解性，对新兴合成聚合物进评价表6中列出了几种特殊聚合物在140℃热滚16h后的试验结果；表3-7是相同条进行的试验结果；表8是这种钻井液体系在220℃高温下滚动16h后的性能可见这种钻井液体系的抗温能力很好。
表6合成聚合物可提高钙离子在石灰钻井夜中的溶解度
表7新型石灰钻井液的高温稳定性
表8新型高温石灰钻井液体系的性能
处理钻井液的现场应用
1、石灰钻井液的推荐配方与性能
石灰钻井液的推荐配方与性能指标见表1。按照石灰用量及PH值的不同，长将钻井液与高石灰钻井液和高石灰钻井液和低石灰钻井液。当遇到有眼、该污染或再造将底层钻进时，经常用高石灰钻井液；低石灰钻井液在高温下会发生固化，钻井液急剧变稠，失去流动性，因此在神经的深部井段钻进时，宜使用低石灰钻井液。国外使用这种钻井液曾钻至井深4850m。
表1石灰钻井液的推荐配方与性能
表2石膏钻井液的推荐配方与性能
除以上铁铬盐为主要的分散剂石膏钻井液外，我国还成功的研制出了一种由褐煤、烧碱、单宁纯碱和水组成的混合剂作为分散剂的石膏钻井液。此钻井液的性能稳定，在四川地区推广应用后，取得了较好的防塌效果。
3褐煤-氯化钙钻井液典型配方及性能
我国四川地区常用的褐煤-氯化钙钻井液典型配方及性能指标表4
4、钾石灰钻井液
1）基本组成：KOH、石灰、聚合物、SMP-1\磺化沥青等。
2）特点：利用钾、钙离子抑制泥页岩水化膨胀、磺化沥青和磺化酚酚醛树脂风度层裂缝。
3）典型配方:膨润土+1％FCLC+0.8％石灰+1％K2CO3+0.1％MA-871+1.5％磺化沥青+1.5％SMP-1+1％HUC+2％超细碳酸钙+20％KOH(PH值调至10.0)，其中HUC是主要成分为腐殖酸酸树脂的水基钻井液抗高温降滤失剂。
4）适用范围：层理裂隙发育的中井段泥叶岩层。
第四章 结论
通过三年的专业学习和实习，对粗分散钻井液有了一定了解，通过本论文的分析，主要有以下知识要点：
1、钙处理钻井液体系具有良好的抗污染能力，特别是抗碳酸盐污染能力。
2、高温下，粘土与碱之间的反应降低了钻井液的稳定性。因此减少可溶性碱金属化合物的用量，严密监控化学平衡，进行必要的调整以保持合适的离子比例，是保证钻井液体系高温稳定的基本条件。
3、高温低于220℃时，选定的褐煤基处理剂可用来控制钙处理钻井液的流变性和滤失性：高温低于230℃时，磺甲基化褐煤可用来稳定钙处理钻井液体系；温度超过230℃时，以最佳比例混合的改性褐煤和不同相对分子质量合成聚合物的混合物可保证钙处理钻井液的高温稳定性；温度高于220℃时，高相对分子质量抗电解质聚合物可用来控制石灰钻井液的滤失量。
4、合成聚合物可以提高钙在石灰基钻井液中的溶解度；高浓度的可溶性钙离子有助于提高钻井液体系的高温稳定性和抑制性。
钻井液体系中的化学反应是钻井液体系研究与应用的基础。钻井液体系是相当复杂的多元体系。液相、固相、溶解的盐和碱、改性天然聚合物和合成聚合物等等共存于一个体系中，又遭受着温度、压力、各种污染物、剪切、静止等等因素的影响。这种复杂体系中各种组分之间的化学反应，特别是高温高压条件下的化学反应，是影响钻井液的性能和稳定性的关键因素。粘土矿物与碱、金属离子间的反应，粘土矿物的溶解和转化，粘土矿物的高温分散、胶凝，聚合物的生物降解,高温降解 交联，盐、聚合物的溶解和沉淀，吸附与脱附、离子反应、故乡颗粒的表面电荷、表面活性效应等等，再加上故乡颗粒的聚结和分散絮凝和解絮凝等等，若干反应同时发生、互相影响，互相制约，从而使得作为这些不同反应综合效应的体系的性能和稳定性难以预料。难以确定。 同时，过分复杂组分及其相互之间的不同反应和影响也造了研究工作，特别是定量研究工作的难度。因此，又高能处理剂组成的、组分简单的钻井液处理体系的研究应是复杂地质条件深井、超深井、超深井钻井液研究工作的出发点和目标，特别是在抗高温高密度钻井液的研究工作中。
参考文献：
钻井液处理及评价手册 穆剑主编 石油工业出版社2007.10
国外钻井液和完井液技术 徐同台赵忠举主编 石油工业出版社2004.4.
钻井液工艺技术 周金葵主编 石油工业出版社2009.2
附录：
词条材料来源：
百度网
振威石油网
阿果石油网
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