一、概述
　　聚合物钻井液体系自70年代开始至今，在我国使用了二、三十年了。对于聚合物钻井液的优点我们都有比较深刻的体会， 但时常也难免感到有些美中不足。事实上，聚合物钻井液之所以能够发展起来主要是靠它的强抑制性和高剪切稀释性这两大特点，其中抑制性又是最重要的。而我们平时体会较多的聚合物钻井液的优点是其剪切稀释特性，尤其是配合高压喷射钻井，对机械钻速有非常明显的提高。对其抑制性则始终存在着一种缺憾，并且这种缺憾始终未能很好的解决。例如我们经常会听到现场工作人员说某口井在打到某个深度后，有些钻井液处理剂，尤其是大分子处理剂会“加不进去”。以至于在某些地区形成了一种习惯，就是在下完技术套管后，在下次开钻前将钻井液改换成分散型体系；某些井勉强能够将聚合物钻井液体系用到完井，但也是经常采用排放老浆，进行加水稀释处理；这便是钻井液的抑制性不够强的无奈之举，实际上这已经失去了使用聚合物钻井液的意义，或者说聚合物钻井液使用不彻底。

　　严格地讲，我们所说的聚合物钻井液的抑制性实际上包含了两层含义。其一是指钻井液对钻屑的抑制，也就 是说抑制钻屑的分散，目的是保证钻井液性能的稳定，防止上述的“加不进去”或中途换钻井液体系的情况的发生，这往往是通过大分子包被剂的作用来实现的。只有保证了聚合物钻井液性能的稳定，才能发挥出聚合物钻井液的特性，得到最终的经济效益。其二是指对地层的抑制作用，这主要是指防止由于井壁的水化所致的膨胀与坍塌。这方面的抑制作用则往往是通过无机盐(尤其是钾盐)配合高分子包被剂实现的。

　　基于以上原因，近年来国内外一些钻井液公司纷纷研制强抑制性钻井液体系。钻井液体系类型很多。然而，从技术性能上来讲，英国国际钻井液公司(1DF)研制并在我国南海、渤海及塔里木地区广泛应用的IDBOND—KCL POLYMER钻井液体系，即我们所说的IDBOND氯化钾聚合物钻井液具有很多独到之处。该钻井液的主要处理 剂IDBOND即是一种具有优异包被性能的高分子乳液制剂。国内聚合物钻井液抑制性上存在的问题主要是缺少 类似的起抑制作用的包被剂。综上所述，聚合物钻井液给我们带来的效益主要是通过其优异的流变性(剪切稀释性)来实现的，而若作为聚合物钻井液主要处理剂的高分子包被剂的抑制分散作用不够强，便无法保证钻井液的流变性。强抑制型聚合物钻井液体系就是通过高分子包被剂COATER的研制开发并结合国内钻井液处理剂的实际情况发展起来的。

 

二、关于强抑制型聚合物钻井液（COATER钻井液）体系

　　任何一种钻井液体系都由一两种主处理剂和其它辅助处理剂组成。强抑制型钻井液的主要处理剂就是COATER，说起COATER就不能不提及IDBOND。我们国内聚合物钻井液体系经过长时期的发展和完善，无论从整个钻井液体系的配伍，还是钻井液性能的维护方法都形成了自己独特的风格。所欠缺的就是具有强包被作用的高分子聚合物。英国IDF公司的IDBOND氯化钾聚合物钻井液体系的关键处理剂是ID-BOND，该产品具有非常强的包被作用，只要钻井液中始终保持一定量的IDBOND，就可以将钻井液的粘土含量保持在一个很低的范围内，一般在25g/L以内。这样非常有利于钻井液性能的调整，同时也有利于其它处理剂功能的发挥。本公司自80年代末开始研究具有强力包被作用的高分子聚合物，终于在95年研制出强力包被剂COATER。

 

1、COATER 性能介绍 
　　 该产品是本公司用于对付强造浆性地层和水敏性坍塌地层的主要产品，其化学结构属丙烯酸盐高聚物类，它的主要特点是以乳液形式存在，这种产品之所以要做成乳液形式的原因主要有两点。首先， 它成功地解决了高聚物的分子量与溶解速度之间的矛盾；以往我们使用的聚合物都是粉状的，分子量都做不高也不允许太高，原因是如果分子量做的太高，处理剂溶解起来会很困难，一部分漂浮在钻井液罐表面，相互粘结成几乎不再溶解的团块，一部分混入钻井液来不及完全溶解就被固控设备除掉，只有部分溶解并发挥作用，这样致使钻井液得不到及时处理，也影响施工，于是国内大部分高聚物的分子量都在300到500万之间，而这样低的分子量是难以实现强抑制性的，这也是国内聚合物钻井液使用不彻底的主要原因。其次，高聚物做成乳液形式方便了现场操作。一般来讲，高聚物的加入都采取“少食多餐”的原则，即经常性的细流加入。因为高聚物的主要作用就是吸附在钻屑表面，抑制其分散，它是不断地在消耗的，所以要求经常、均匀地加入，以保证钻井液中始终保持一定的含量，否则一旦中途断档，地层开始造浆后，就只有采取放钻井液，加水稀释处理的办法了。而COATER一般是50kg桶装液态，桶底部有一放料口，只要将处理剂桶置于合适位置，拧开丝盖，处理剂就流出，调节一下流量就可以在一定时间内完成处理作业，使用非常方便。

 

下面是COATER的主要性能特点。

① 该产品是在常温下以乳液形式聚合而成的，分子量可达1500万，具有足够长的链长度以形成相当强的包被、抑制作用。

② 产品溶解速度非常快，一般加入钻井液后两分钟内便可完全溶解，并且绝无漂浮结块的现象，利用率达100％，使钻井液得到及时处理。

③ 因为该产品的分子量大、利用率高，所以其有效加量较小，一般维持钻井液中有1-2‰的含量就可将粘土含量控制在25g/L以内，达到满意的抑制效果。

④ 引入一定比例的正电基团，增加了吸附基团对粘土的吸附力，并且可以释放抑制型离子，防塌效果非常好。

⑤ 产品无毒、无荧光，适用于探井及对环保要求较高钻探环境。

 

表一是COATER与国内外同类产品的性能对比。

注：表中技术指标中的特性粘数和MBT降低值的测定方法执行Q/DGl895-1997标准。

 

2．COATER的质量标准

　　产品研制成功后，先后在吉林、辽河、华北和大港等油田进行了近百口井的现场试验。获得了巨大的成功，97年9月28日在大港油田集团公司科技开发部的组织下进行了专家鉴定会，来自5个兄弟油田及石油天然气总公司、油科院、油化公司等单位组成的15人鉴定委员会一致认为COATER的研制成功填补了国内空白，达到了国际上的先进水平。12月份，大港油田集团公司发布了COATER的企业标准，标准代号Q/DG1895-1997。

 

表二是COATER的质量指标。

 

　　值得一提的是，本标准采用了MBT降低值来反映产品对粘土分散的抑制能力。这在国内外是没有先例的。MBT值是通过粘土对一定浓度的亚甲基蓝的吸附量来反映钻井液中的粘土含量。然而，粘土对亚甲基蓝的吸附量除了与粘土的绝对量有关外，还与粘土的分散程度有关。相同质量的粘土，分散的细度不同，其比表面积也不同，所以MBT值也不同。于是我们就利用含有COATER与不含COATER的同条件的钻井液的MBT差值来反映COATER对粘土的分散能力。这种办法的优点是简单、准确，但精度不是很高。其它测定钻井液抑制性的方法也各有不足，比如，相对膨胀率的测定不能充分反映产品对粘土分散的抑制能力，岩心回收率的测定要受到岩心性质等条件的制约，CST值的测定重复性太差等等。所以最终我们还是采用了上述的测定MBT降低值的方法。

 

3、强抑制型聚合物钻井液基本配方

　　自从强力包被剂COATER开始现场试验以来已经在将近200口井上使用。直井、斜井、水平井上用过；浅井、中探井、深井中用过：探井、开发井上用过。使用地区有吉林、辽河、华北、冀东和大港五个油田。经过如此大范围、全方位的推广应用，根据国内钻井液处理剂水平的现状，我们摸索出了一套既比较实际，又很实用的配方，见表三。

 

 

　　这套配方比较简单。配方中没有降粘剂，而采用了高粘CMC来提高钻井液的粘、切来改善钻井液的携带能力。因为采用COATER作为包被剂，若用法得当，钻屑分散程度很低，钻井液的粘土含量很低，基本上用不上降粘剂，反而要用增粘剂。有条件的使用一些生物聚合物效果会更好。根据我国实际情况，采用水解聚丙烯晴铵盐作为降低钻井液滤失量的主要处理剂，因为这种产品的成本相对比较低，若条件允许，最好采用CMC。对于比较稳定的地层，配合一定量的腐钾作为防塌剂即可：若地层水敏性较强，最好采用3％-5％的氯化钾来防止井壁的坍塌或变形。到深井阶段(一般是2500米以后)，用一些高质量的磺化沥青来改善泥饼质量。

　　这只是强抑制型钻井液体系(以下简称COATER钻井液)的基本配方，实际施工的过程中，视具体情况可进行调整。

 

三、COATER钻井液体系的现场操作

1、现场处理要点 
　　 这套钻井液体系的关键就是二开预处理，二开预处理的成功与否是以后顺利维护钻井液性能的基础。简单地讲，可归纳为以下几条。

 

① 二开时开始使用该钻井液体系。

② 预处理前的钻井液密度必须控制在1.03g/cm 3 以内，以钻井液中的固相颗粒能够满足造壁需要为准。

③ 二开钻井液中的COATER含量以0.3％为好。另外根据实际需要加入足够量的降滤失、提粘、防塌等处理剂。

④ 随时检测钻井液中的COATER含量，始终保证钻井液滤液中至少含有0.1％的COATER。

⑤ 二开后一般以1kg/m的量进行维护，视地层的造浆性可适当增减。

 

　　该钻井液体系只要二开前处理得法，二开后维护起来则非常简单。最重要的一点是随时检测钻井液滤液中的COATER的含量，因为COATER对粘土具有非常强的吸附作用，正是如此强的吸附作用才使COATER产生了非常理想的包被作用，这种包被作用的结果是使被钻头破碎的岩屑基本保持原始状态被钻井液携带到地面而被固控设备有效地清除掉，从而保持钻井液性能的稳定，使以往的被动性调整钻井液变为主动处理，这也是这套钻井液体系的性能控制主线。正是COATER的这种作用，所以它是不断地被消耗掉的，地层中蒙脱石的含量越高，或者是说地层的造浆性越强，COATER被消耗的速度越快。所以我们要不断地进行补充和维护，理论上讲，只要钻井液滤液中存在COATER，就证明钻井液中的钻屑是被COATER进行了饱和性包被的，否则滤液中就不会有COATER存在。那么，假如钻井液滤液中已经检测不到COATER了，就说明它的量已经不够了，如不及时的加以补充，钻屑就要开始不断地水化分散的钻井液中去，使钻井液的粘土含量不断升高，当粘土含量达到一定值后(一般在50g/L)后，再补充COATER，就会因为COATER的高分子量以及对粘土的强吸附的特点使钻井液发生严重的絮凝，轻则使钻井液粘度异常升高，流变性失去控制，即发生前文提到的“加不进去”的情况；重则使钻井液水土分层，体系被破坏掉。这时便只有采取放掉部分钻井液，大量加水稀释，大量加入各种处理剂以重建钻井液性能的办法了。所以随时检测钻井液滤液中的COATER含量是非常重要的，一般保持滤液中有0.1％ COATER的含量，在加上其它处理剂配合得当，就能够使钻井液性能稳定，粘土含量控制在25g/L以内。本公司经过—系列的试验，找到了一种比较适合现场操作的COATER含量的测定方法。

 

2．COATER含量测定方法

2.1 仪器 与试剂 
a. 中压失水仪； 
b. 手摇离心机，转速2000rpm(机动也可)； 
c. 絮凝剂(本公司产)； 
d. 10mL离心试管； 
e. 0.1moL的HCL标准溶液； 
f. 0.1mol的NaOH标准溶液。

2.2 测定步骤 
a．取5mL测定钻井液中压滤失量时的滤液于10mL离心试管中。 
b．在离心试管中加入絮凝剂1mL，摇匀后调PH值为8.0，静置30min。 
c．用离心机在2000rpm左右的转运下将离心试管离心3min。 
d．读取离心试管底部的沉淀的体积毫升数，用V来表示。

2.3 结果计算 
钻井液滤液中COATER的含量用下式计算： 
N＝0.85V 
式中：N-钻井液滤液中COATER的含量，％ 
V-离心沉淀的体积，mL。 

　　 这种试验方法是专为适应钻探现场条件而制定的一种介于定性与定量之间的检测方法，因为测定结果主要用于是否需要补充COATER的依据，没有必要知道COATER非常具体、非常精确的含量，更重要的是要知道钻井液滤液中是否含有COATER及其大概含量。计算公式是经验公式。

 

3．有关COATER钻井液使用的其它几点说明

　　① 由于COATER对粘土具有非常强的抑制分散能力，钻屑由井底到地面基本保持原始状态，所以钻井液对固控设备的要求并不高，一般能够保证二级固控即可，若具备更高级的固控条件会更有利于钻井液性能的调整。 
　　 ② 若是淡水钻井液体系，要求PH值控制在8-9；若是海水或相当矿化度以上的钻井液体系，要求PH值在9-11，并且最好配合一些亲水性的表面活性剂。 
　　 ③ 因为COATER钻井液中无用固相很少，其泥饼质量很好，解决了以往聚合物钻井液泥饼虚厚的问题。加之COATER本身具有非常优良的润滑性能，所以使用COATER钻井液一般无须再使用其它润滑剂。

 

四、致用户

　　首先感谢您或您的公司使用或准备使用COATER钻井液体系，希望该钻井液体系能为您的公司创造令您满意的 效益。

　　吉林油田、辽河油田、华北油田及大港油田的广大同行在COATER钻井液体系的现场试验阶段给予了本公司有力的配合和积极热情的支持；中国石油天然气总公司及其油化公司、油科院以及中国海洋石油公司等单位在COATER及其钻井液体系的研制过程中也给予了热情、友好的关注，本公司在此一并表示衷心的感谢!并希望继续得到大家的支持!

　　COATER钻井液体系虽然已经开始在现场推广，但她目前的水平并不代表她已经达到最高水平，她肯定还有十分广阔的发展空间。强力包被剂COATER还会有提高，与其配套的其它处理剂的水平也会提高。所以我们可以说，COATER钻井液体系现在仅仅是一个小苗，希望在广大用户及同行们的培育下，小苗会长成大树。在此过程中，希望大家把在使用该钻井液体系的经验、体会、意见以及任何问题及时反馈给本公司，本公司将荣幸之至。

 

 

 

附件：产品技术标准