钻井液配方资料

钻井液配方资料钻井液材料配制各种钻井液所用的物质称为钻井液材料，其中包括原材料及处理剂。

钻井液原材料是指那些组成钻井液的基本组分。

处理剂是指那些用来调整钻井液性能的物质，它是钻井液组分中的关键成分，随着钻井液技术的发展，处理剂的品种正在日益增多。

一、钻井液概述钻井流体是在旋转钻井中使用的循环流体，由于绝大多数使用的是液体，少量使用气体或泡沫，因此又称“钻井液”。

钻井液在钻井工程中的主要功用是：清洗井底，携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；形成泥饼，保护井壁；控制与平衡地层压力；悬浮岩屑和加重剂；在地面沉除岩屑；提供所钻地层的有关资料；将水功率传给钻头等。

钻井液的主要成分有：水淡水、盐水、咸水或饱和盐水等；膨润土钠膨润土、钙膨润土、有机土或抗盐土等；化学处理剂无机类、有机类、表面活性剂类、高聚合物类或生物聚合物类等；油轻质油或原油等；气体空气或天然气等。

由于这些成分在各类钻井流体中所形成的分散体系不同，因此所起的作用也不同。

从物理化学观点看，钻井液是一种多相不稳定体系，包括悬浮体如重晶石粉、钻屑、粘土粉的悬浮液等、胶体如高聚合物、膨润土粉的水溶液等和真溶液如氯化钠、碳酸钠的水溶液等。

钻井液有以下分类方法：按密度可分为低密度未加加重剂和高密度加有加重剂两种；按对粘土的作用可分为“抑制法”和“非抑制性”两种前者加有抑制粘土水化分散的抑制剂；按分散体系中的连续相可分为水基以水为连续相、油基以油为连续相和气体。

水基钻井液是目前应用最广泛、研究最深入的一类钻井液；油基钻井液是为了钻复杂地层如岩盐、石膏、泥岩页岩以及钻定向井、高温井和完井、修井的需要而发展的；气体钻井最使用空气或天然气体为钻井时的循环流体，是为了钻低压油气层、严重漏失层或坚硬而不含水的地层而发展起来的。

我国标准化钻井液现分为淡水钻井液、钙处理钻井液、木分散聚合物钻井液、盐水包括海水或咸水钻井液、饱和盐水钻井液、钾基钻井液、油基钻井液、气体包括一般气体及泡沫钻井液等八类。

二、钻井液材料的分类钻井液材料基本上有两种分类方法。

１．按化学性质分类钻井液原材料包括粘土、水、油、加重材料等。

无机处理剂凡是用于钻井液的无机化学药剂，可按其化学组分的不同分为氯化物、硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、铬酸盐和硅酸盐七类。

有机处理剂凡是用于钻井液的有机化合物，分为天然产品、改性产品天然产品进行改性而成及有机合成制品。

按其化学组分又可分为腐殖酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、丙烯酸盐类、沥青类、淀粉类和其它高聚物类。

４表面活性剂根据表面活性剂在水中与否分为非离子型、阳离子型、阴离子型和两性活性剂。

２．按用途分类钻井液材料可按钻井液的作用分为十八类，即将钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂等均按其功用进行分类。

包括碱度调节剂、杀菌剂、除钙剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、乳化剂、滤失量降低剂、絮凝剂、起泡剂、堵漏材料、润滑剂、页岩水化抑制剂、表面活性剂、减稠剂、增稠剂、加重剂、解卡剂和高温稳定剂等。

三、钻井液原材料钻井液原材料的主要作用是：形成较稳定的胶体；接受各种化学剂处理，进一步改善钻井液性能，满足各种需要；在井壁上形成泥饼，减少滤失量，稳定井壁；形成钻井液的粘度、切力、悬浮固相携带钻屑；调节钻井液密度，控制地层压力等。

现将常用钻井液原材料介绍如下：１．粘土类１膨润土膨润土因其所吸收阳离子的不同而有钠膨润土及钙膨润土两种。

钠膨润土及钙膨润土是配制水基钻井液的基础原料。

其主要矿物成分是蒙脱石。

钠膨润土的造浆率较高，而钙膨润土则需要经过改造处理才能使用。

目前我国把水基钻井液所用的土分为三个等级：一级为符合标准的钠膨润土；二级为改性土，经过改性符合标准要求；三级为较次的配浆土，仅用于性能要求不高的钻井液，如堵漏用的钻井液等。

膨润土有白、灰、灰黄及紫红等颜色，易吸潮而结块，故一般宜用聚乙烯薄膜袋为内层而以聚丙烯编织袋为外层包装。

抗盐粘土抗盐粘土包括海泡石、凹凸棒石及坡缕镐石，是铝和镁的水硅酸盐。

其晶体构造为纤维状或棒状。

该土的特点是抗盐且耐温，常用于钻穿盐层。

海泡石钻井液具有较高的耐温特性，热稳定性好，其晶体结构在高温下仍无变化。

常用来打地热井或超深井。

其缺点是滤失量大，必须配合滤失量降低剂才能使用。

有机膨润土是指在油中分散的亲油性粘土。

它是由钠膨润土或抗盐粘土，以阳离子型表面活性剂覆盖，使其改变表面性质而人工制成的特种土类。

它可以在油中分散而配制成符合各种要求的油基钻井液或解卡液。

用于钻进复杂地层如盐膏层、盐泥膏层、超深井以及完井的各种作业中。

水和油水是组成水基钻井液最主要的成分。

是水基钻井液的分散介质，所以钻井液性能的好坏与水的质量关系极大。

在自然界，完全纯净的水是不存在的，都不同程度地含有各种杂质，如各种盐类、细菌、气体等。

按水的来源可分为地面水及地下水。

按化学性质可分为酸性水、碱性水等。

根据其所含离子的情况，划分为硫酸钠型水、重碳酸钠型水、氯化镁水、氯化钙水等。

而对钻井液来说，一般分为三类：一类是淡水，即含可溶性盐类较少的水；一类是含钙镁盐较多的碱水，如海水或硬水；另一类是含钠盐较多的水，如盐水或饱和盐水。

水的性质主要表现在其中所含的可溶性盐类，这些盐类对钻井液的质量都会产生影响，故配钻井液的水必须事先加以分析后才能选用。

油是组成油基钻井液最主要的成分。

在油基钻井液中，油是分散介质而沥青为分散相。

常用油有柴油和原油。

３．加重材料在钻进过程中，会不可避免的钻遇高压油、气、水层，为了防止井喷事故，需要加入某些物质来增加钻井液密度，以提高钻井液柱压力，这种物质称为加重材料或加重剂。

加重材料分固体加重剂和液体加重剂两大类。

加重材料应具备的条件是：本身密度较大；属于惰性物质，不与钻井液中的其它组分发生化学反应；本身强度低，磨损性小，易粉碎，不磨损泵的各种配件；如果是液体加重剂，则应对管材的腐蚀性小，溶解度略高为好。

一般常用的加重材料有重晶石粉、钛铁矿物、石灰石粉、方铅矿粉等。

１重晶石粉是一种以硫酸钡为主要成分的天然矿石，经过加工而成细度适宜的粉末状产品。

纯品为白色粉末，含杂质则为淡绿色或灰色，常温密度，莫氏硬度。

粉末细度要求重量比以上通过目湿筛子，能通过目湿筛，有轻微毒性，不溶于水、有机溶剂、酸或碱的溶液，只少量溶于浓硫酸而生成硫酸氢钡，油井酸化时不被酸溶解。

钛铁矿粉别名钛酸铁，分子式为它是钒钛磁铁矿粗矿先经精选、处理，再经细度加工后制成的细粒材料。

为棕至黑褐色粉末，六方晶系，常温密度，莫氏硬度５～６，不溶于水和油，微溶于酸，能溶于热而浓的磷酸和盐酸。

钛铁矿粉优于重晶石粉之处在于它能被酸化，且其密度较大，硬度较高。

它虽含铁，而对电测和钻井并无电磁干扰，是一种有发展前途的加重剂。

３石灰石粉是一种以碳酸钙为主要成分的天然矿石，经过机械加工而成细度适合的粉状产品。

纯品为白色粉末，含杂质为灰色、灰白色、灰黑色、浅黄色或浅红色等。

常温下密度为，莫氏硬度为。

它不溶于水，溶于水溶液生成，溶于盐酸等无机酸放出气体。

因钻井液滤失堵住油层孔隙的石灰石粉，在油井酸化时可被溶去，故常用于完井和修井液的加重。

方铅矿粉别名硫化铅，分子式为呈铅灰色，有金属光泽，天然产品呈致密的粒状或块状，有时呈完整立方体。

常温密度，莫氏硬度２～３，性脆、易碎，不溶于水和碱，可溶于酸，有刮于油井酸化解堵。

方铅矿粉的特点是密度大，硬度低，可作为良好的加重剂。

但价格较高，尚未普遍采用。

液体加重剂主要是一些可以在水中溶解形成较高密度的水溶液的无机盐类，如、、、及等，主要用于配制完井液及修井液。

四、钻井液无机处理剂钻井液无机处理剂的作用主要有离子交换作用、调节值、控制絮凝、分散、沉淀、络合、形成可溶性盐、水解、形成溶胶、抑制溶解、胶凝、调节密度等作用。

现将常用无机处理剂介绍如下。

１．碱类氢氧化钠别名为烧碱、火碱、苛性钠。

烧碱是一种强碱，加入钻井液后，其重要作用是：溶于水中完全电离，可提供和：遇二价阳离子可形成低溶解度或难溶的氢氧化物，控制阳离子浓度：变难溶有机酸为易溶于水的盐如配制丹宁碱液、煤碱液等：变纤维素为碱纤维素。

分散和活化粘土、增强其它处理剂等。

氢氧化钙别名消石灰和熟石灰，为白色粉末，常温下密度为，吸潮性强，在空气中能吸收生成。

氢氧化钙是一种中强碱，对皮肤和织物有腐蚀性。

它在水中的溶解度小，常与水配成混浊的悬浮体即石灰乳，浓度饱和而澄清的水溶液叫石灰水。

氢氧化钙加入钻井液后，其主要作用是：加入钻井液中能控制和的浓度：遇纯碱生成沉淀，可除去遇盐酸生成氯化钙，从而提高浓度：氢氧化钾别名为苛性钾，为白色半透明晶体，有片状、块状、条状和粒状。

常温密度为左右，熔点。

氢氧化钾易溶于水，水溶液呈强碱性，也溶于酒精和甘油，难溶于醚及烃类，极易吸潮气和而结成硬块及变质。

其商品纯度为即含量，杂质有小于、氯化物小于、硫酸盐。

在钻井液中，氢氧化钾的作用基本上与氢氧化钠相似，主要用作钾基钻井液的值调节剂，也可提供大量钾离子，增加防塌效果。

２．碳酸盐类１碳酸钠又名纯碱或苏打，分子式为。

它的水溶液呈碱性，水解后产生、和少量的离子。

因此，加入钻井液后能促进粘土水化分散，能清除由于石膏浸或水泥浸而产生的过剩，还可调节钻井液的值。

碳酸氢钠又名小苏打、重碳酸钠、酸式碳酸钠或重碱，分子式为，为白色针状晶体，常温下密度约为。

在热空气中会慢慢失去部分，时会全部失去变为它易溶于水，其溶液值在左右。

它在钻井液中的作用与纯碱基本一样。

碱式碳酸锌分子式为，为白色细微无定形粉末，无毒、无臭，常温密度，不溶于水，能溶于氨水、碱水及酸中。

它与作用即释出而形成过氧化物，主要用作各种钻井液的除硫剂。

其化学反应式为：氯化物１氯化钠又名食盐，分子式为。

它是白色立方晶体或粉末，常温下密度为，熔点。

纯品不潮解，但粗盐中常含有氦化镁、氯化钙等吸水性杂质，故易潮解。

它易溶于水，其水溶液呈中性。

氯化钠在钻井液中的作用是：分析钻井液中时标定标准液：去水化或盐析作用。

盐水钻井液可抑制井壁泥岩水化膨胀或坍塌，有时加食盐可用于提高钻井液切力和粘度。

有抑制溶解作用，有利钻穿盐层。

在饱和盐水钻井液中，还可用来提高密度、堵漏和配制完井液，并具有保护油层的作用。

氯化钙分子式为及。

无水氯化钙是白色多孔的立方晶体，密度，熔点。

六水氯化钙是无色斜方晶体，味苦，常温密度，熔点。

它具有强吸潮性、易潮解，故应密封保存，储存于干燥库房中。

它易溶于水，同时放出大量的热。

运输中要防雨，不要徒手接触，以防止皮肤起泡。

在钻井液中它能完全电离；可提供大量，进行钙处理。

也可用作配制钻井液，用氯化钙配制的高钙钻井液可以加固井壁，抑制粘土、钻屑及泥页岩在水中的水化、分散和膨胀，防止地层坍塌。

它能将亲水的脂肪酸钠皂变成亲油的钙皂，还可用作水泥速凝剂。

氯化铁常见的有无水氯化铁和六水氯化铁两种。

氯化铁分子式为，常温密度为，是棕黑色的层状结晶。