泥浆助剂是在钻探、钻井等工程作业以及陶瓷等工业生产过程中,用于改善泥浆性能的各类化学添加剂的统称。
增粘剂
作用:增加泥浆的粘度。高粘度的泥浆可以有效地携带岩屑,防止岩屑在井内沉淀,确保钻井过程的顺利进行。例如在石油钻井中,当钻井深度增加,需要更高的粘度来悬浮岩屑,像羧甲基纤维素(CMC)就是常用的增粘剂。它能使泥浆具有良好的流变性能,使泥浆在钻头旋转和上提下放钻具时,保持稳定的性能,不会因为粘度不够而导致岩屑掉落,影响钻井效率。
原理:通过在泥浆中形成长链分子结构,增加泥浆内部的摩擦力和阻力,从而提高粘度。以 CMC 为例,它在水中溶解后,其分子链会相互缠绕,阻碍泥浆颗粒的相对运动,进而提高泥浆的粘滞性。
降滤失剂
作用:减少泥浆中的液体向地层中滤失。在钻井过程中,如果泥浆滤失量过大,会导致泥浆体积减小,性能改变,还可能使井壁周围的地层岩石发生水化膨胀等问题,造成井壁失稳。淀粉类降滤失剂可以在井壁表面形成一层致密的滤饼,阻止泥浆中的水分过度流失。例如,在页岩地层钻井时,使用降滤失剂能够有效地防止页岩吸水膨胀,保证井壁的稳定性。
原理:通过吸附在井壁岩石表面或者在泥浆中形成胶体结构,堵塞泥浆颗粒间的孔隙,降低泥浆的滤失性能。
润滑剂
作用:降低钻具与井壁之间的摩擦力。在钻井作业中,特别是在大斜度井、水平井等复杂井型的钻井过程中,钻具与井壁之间的摩擦力较大,容易造成卡钻等事故。润滑剂可以在钻具和井壁之间形成一层润滑膜,减少摩擦阻力。像极压润滑剂可以在高压力环境下,依然有效地降低摩擦系数,提高钻井效率。
原理:其分子一端吸附在钻具表面,另一端则朝向井壁,形成一层隔离层,从而减少两者之间的直接接触和摩擦。
页岩抑制剂
作用:抑制页岩地层的水化膨胀和分散。页岩地层含有大量的黏土矿物,遇水后容易发生水化膨胀,导致井眼缩小甚至垮塌。钾基页岩抑制剂可以通过离子交换等方式,稳定页岩地层。例如,氯化钾作为页岩抑制剂,其钾离子可以置换页岩中的钠离子,使页岩的晶格结构更加稳定,防止页岩吸水膨胀。
原理:主要是通过改变页岩地层的化学环境,抑制黏土矿物的水化反应,从而保持井壁的稳定。