聚阴离子纤维素（PAC）是钻井液中常用的增稠剂、降滤失剂和流变性调节剂，其制备钻井液的过程需结合钻井工况（如淡水、盐水、高温井等）调整配方，核心是通过合理的溶解、复配和性能调控，满足钻井液“悬浮岩屑、稳定井壁、冷却钻头、控制滤失”等功能需求。
1. 钻井液制备前的核心准备
a. 原材料清单（以常规淡水钻井液为例）
基础溶剂可选择淡水、盐水或海水，作为钻井液的连续相，需根据地层水矿化度选择，淡水用于浅层低盐地层，盐水用于高矿化度地层；核心处理剂是聚阴离子纤维素（PAC），主要起增稠、降滤失作用，能提升钻井液黏度和切力，减少钻井液向地层滤失；辅助降滤失剂常用羧甲基纤维素（CMC）、淀粉，可与PAC协同增强降滤失效果，降低成本；黏土稳定剂可选氯化钾（KCl）、聚季铵盐，用于防止地层黏土遇水膨胀、分散，稳定井壁；润滑剂如植物油、聚醚类润滑剂，能降低钻井液与钻杆、井壁的摩擦阻力，减少扭矩；加重剂按需选择重晶石（BaSO₄）、铁矿粉，用于高压地层，提高钻井液密度以平衡地层压力（如深井、油气井）；pH调节剂常用氢氧化钠（NaOH），用于调节钻井液pH至8-10，因为PAC在弱碱性环境下稳定性更好，且可抑制黏土水化膨胀。
b. 设备准备
搅拌设备需用高速剪切搅拌机，转速控制在800-1500r/min，确保PAC充分溶解，避免结块；检测仪器包括黏度计（测定钻井液表观黏度、塑性黏度）、滤失仪（测定API滤失量）、密度计；配液容器选用带搅拌装置的储罐，容量根据钻井需求，通常为1-10m³。
2. 聚阴离子纤维素钻井液的分步制备流程
以淡水基PAC钻井液（适用于浅层、低盐地层）为例，制备步骤如下：
步骤1：预处理基础溶剂（水相调节）
向配液罐中加入计算量的淡水（或盐水），开启搅拌，转速控制在500-800r/min；缓慢加入NaOH，用量通常为钻井液总质量的0.1%-0.3%，搅拌5-10分钟，调节pH至8-10；若需稳定黏土，加入1%-3%的KCl，继续搅拌10分钟，确保完全溶解，K⁺可置换黏土表面Na⁺，抑制膨胀。
步骤2：溶解聚阴离子纤维素（PAC）
将PAC粉末过80目筛（减少结块概率），按配方量（通常为0.2%-0.8%，具体根据黏度需求调整）缓慢、均匀地撒入搅拌的水相中（严禁一次性倒入，避免PAC团聚形成“鱼眼”，无法溶解）；提高搅拌转速至1000-1500r/min，持续搅拌20-30分钟，直至PAC完全溶解（溶液呈透明或微透明状，无肉眼可见颗粒）。关键原理是PAC分子含大量羧基（-COOH），在碱性水中电离为羧酸盐（-COO⁻），分子链充分伸展，形成网状结构，从而发挥增稠和降滤失作用。
步骤3：复配辅助处理剂
保持搅拌，转速控制在800r/min，先加入辅助降滤失剂（如CMC，用量0.1%-0.3%），搅拌15分钟；若需提升润滑性，加入1%-2%的润滑剂，搅拌10分钟；若为高压井，缓慢加入加重剂（如重晶石，按密度需求计算用量，通常密度需达到1.2-2.0g/cm³），持续搅拌30分钟，确保加重剂均匀分散（避免沉降）。
步骤4：性能调控与检测
停止搅拌，静置5-10分钟，测定钻井液关键性能：黏度方面，表观黏度（AV）控制在20-40mPa·s，塑性黏度（PV）控制在15-30mPa·s（根据井深调整，深井需更高黏度以悬浮岩屑）；滤失量方面，API滤失量（常温常压）≤10mL/30min（高压井需控制在5mL/30min以内）；密度方面，按地层压力设计，通常浅层1.0-1.1g/cm³，深井1.5-2.0g/cm³。性能调整时，若黏度不足，补加0.1%-0.2%的PAC，继续搅拌20分钟；若滤失量超标，补加0.1%-0.3%的CMC或PAC，或调整pH至9-10；若密度不足，补加重晶石，边加边搅拌，直至密度达标。
步骤5：现场循环与调整
制备完成的钻井液需通过钻井泵循环至井底，过程中实时监测性能（如循环后黏度下降，需补加PAC），确保满足钻井作业需求。
3. 不同工况下的PAC钻井液配方调整
PAC钻井液需根据地层特性（盐度、温度、黏土含量）优化，淡水浅层井中，PAC加量为0.2%-0.5%，采用基础配方，无需额外抗盐剂，可搭配少量淀粉降滤失；盐水/海水井中，PAC加量为0.5%-0.8%，需增加PAC用量（抗盐性：PAC＞CMC），加入2%-5%NaCl模拟地层水，避免盐敏性黏土膨胀；高温深井（＞120℃）中，PAC加量为0.6%-1.0%，应选用耐高温型PAC（如PAC-LV，低黏度高抗温），复配磺化类降滤失剂（如SMP），提升抗温性；易塌页岩井中，PAC加量为0.4%-0.7%，需增加KCl用量至3%-5%，复配0.2%-0.5%的聚季铵盐，强化黏土稳定。
4. 制备过程中的关键注意事项
PAC溶解时有禁忌，严禁将PAC直接倒入静止水中（易结块），必须在搅拌状态下缓慢添加，同时避免与强酸（pH＜6）混合，酸性环境会导致PAC羧基电离受阻，失去增稠降滤失作用。设备方面，搅拌设备需具备足够剪切力（转速≥1000r/min），确保PAC分子链充分伸展，配液罐需清洁，避免残留油污、盐类（如Ca²⁺会与PAC羧基反应，降低性能）。安全操作上，PAC粉末易飞扬，操作人员需佩戴防尘口罩，NaOH、KCl等化学品需避免直接接触皮肤，操作时戴手套。性能稳定性方面，制备好的钻井液需在24小时内使用，长期存放需定期搅拌（防止加重剂沉降），现场使用时，每钻进100-200米，需重新检测性能并补加处理剂。
5. PAC在钻井液中的核心作用原理
PAC的降滤失作用体现在其分子链在井壁形成一层“薄而致密的滤饼”，阻止钻井液中的水分向地层滤失，保护储层（尤其油气层）免受污染；增稠与流变性调节作用是因为PAC的网状结构提升钻井液黏度和切力，确保岩屑悬浮（避免沉砂卡钻），同时保证钻井液在环空中的携岩能力；抗盐抗污染作用源于PAC分子中的羧基对Na⁺、Ca²⁺等金属离子耐受性较强，相比CMC更适合盐水环境，减少盐污染对钻井液性能的破坏。
通过以上流程和调整策略，可制备出性能稳定、适配不同钻井工况的聚阴离子纤维素钻井液，满足钻井作业的核心需求。
