常用钻井液材料及其功用

一、稀释剂

泥浆稀释剂，或分散剂，通过破碎粘土层边和面之间的附着而降低粘度（见图1）。稀释剂吸附粘土层，因此破坏了层间的引力。加入稀释剂可以降低粘度、切力和屈服值。

大多数的稀释剂都可以划分为有机材料或无机磷酸盐络合物。有机稀释剂包括木质素磺酸盐、木质素和丹宁。与无机稀释剂相比，有机稀释剂可用于高温条件下（铬酸盐也是很好的耐高温稀释剂，但是不适合用于环境敏感地区）。有机稀释剂通常会有助于滤失控制。

聚合；絮凝；（面对面）；（边对面）；（边对边）；解胶；抗絮凝

图. 1粘土颗粒的连接

无机稀释剂包括焦磷酸钠（SAPP）、四焦磷酸钠、四磷酸钠和六偏磷酸钠。无机稀释剂在低浓度情况下是有效的，但是通常只用于150ºF的温度以下。它们的应用一般局限于氯化物浓度低和pH值低的淡水粘土泥浆。

长期以来，水被作为钻井泥浆的一种十分有效的稀释剂使用，其降粘效果是通过减少钻井液中的总体固相浓度来达到的。钻井作业中钻屑不断混进泥浆中，那么这些钻屑最终也需要用水进行稀释或者必须用

机械的方式清除。

应当定期添加水到水基泥浆中，以补充渗漏到地层和在泥浆池中蒸发的水份。如果不补充水，那么由于固相浓度增加，粘度就会上升。而化学方式的降粘效果不佳。在没有添加重晶石或膨润土的情况下，塑性粘度的稳定上升就说明水分减少了。

磷酸盐是最早可以大批量供应的化学稀释剂之一。磷酸盐通过吸附粘土颗粒而起作用，因此，它能达到令人满意的电平衡和允许颗粒自由地悬浮在溶液中。磷酸盐的这种分散效果归因于轻度的阴性粘土片晶臵换，它可使片晶相互排斥，最终这些断裂边缘的化合价趋于饱和。

在被严重污染的离子环境中，磷酸盐的使用是有限的。如果有自由的钙离子或镁离子存在，不论其数量多少，都将会形成磷酸盐的络合物或者不溶的金属离子磷酸盐。由于清除了可用的磷酸盐，这就限制了降粘能力。

表2列出了常用的用于现场钻井泥浆应用中的磷酸盐

优点

1) 在井深较浅的条件下，在大多数膨润土水基泥浆中，磷酸盐是一种十分有效的稀释剂。

2) 在低于130ºF的温度条件下，有少数稀释剂效果十分突出。

缺点

1) SAPP 的pH值为4.8，因此，需要采用苛性钠或其它含有羟离子的添加剂来维持泥浆的pH值在7.0以上。

2) 一般来说，磷酸盐具有很低的温度稳定性。

3) 磷酸盐没有控制滤失的能力。

4) 在相对低的温度条件下，这些聚磷酸盐络合物还原为磷酸盐；这将使粘土产生严重的絮凝，并形成高粘度和强凝聚强度。

褐煤类是十分有效的稀释剂。它们同时也用作控制滤失的处理剂。褐煤类通常是以褐煤的形式存在的条状矿物，可以暴露在空气中长达6至12个月。无机风化褐煤含量高的褐煤类最适合于这一应用。

优点

1) 褐煤的温度稳定性高达400ºF，并且在有特殊的添加剂如铬化合物的情况下，其温度稳定性可以高达450 ºF。

2) 褐煤类是有机稀释剂，由于其胶状结构，它既可以作为分散剂（通过断裂边缘的电荷饱和），也可以作为控制滤失的处理剂。

3) 尽管褐煤的pH值为酸性，但有一种预苛化作用的产品可用，它具有从1至6的苛性对褐煤的比率，使得无需pH值调节添加剂就可以使用。

缺点

1) 褐煤类不适合于含有高盐量的流体，因为褐煤不溶于盐类。

2) 褐煤类可能引起活性固体的分散（分解）。

丹宁是从植物浸出液中提炼出来的。最常见的丹宁是白雀树皮汁，是从阿根廷的白雀树的树皮中提炼出来的。

优点

1) 丹宁是一种具有双重功效的材料，既可以作为分散剂，也可以作为控制滤失的处理剂。

2) 丹宁，特别是白雀树皮汁，在稀释石灰泥浆和被水泥浆污染的泥浆时是十分有效的。

木质素磺酸盐类是从亚硫酸盐废液中提炼出来的。将各种金属离子添加到化合物中可以增强其中和断裂边缘电荷的能力，并提高其抗温能力。添加的离子有一些是钙离子、铁离子和铬离子。

优点

1) 对石灰泥浆而言，木质素磺酸盐是十分有效的稀释剂。

2) 铁铬木质素磺酸盐类，含有不同量的铁和铬，由于重金属离子的吸附，作为普通稀释剂是十分有效的。

3) 木质素磺酸盐类的温度稳定性高达300ºF 到350ºF的范围。

4) 木质素磺酸盐类是一种双作用添加剂，可同时作为分散剂和控制滤失的添加剂。

缺点

分散性（活性固相的分解）

二、降滤失剂

控制泥浆滤失的理由是：

1) 维持井眼完整性：

- 为保护水敏性页岩

- 为减少井眼冲蚀以更好地实施套管固井工作。

2) 为减少向生产层的滤失，减少地层伤害。

3) 减少测井分析中的问题。

A、膨润土

优点

有控制滤失、悬浮重晶石和提供足够的粘度保证井眼清洁能力的多用途添加剂。

缺点

1) 在没有进行预水化之前，膨润土不适合用于钠离子、钙离子或钾离子浓度高的环境中。

2) 对钻进地层产生的污染十分敏感，如盐层或硬石膏层。

3) 膨润土泥浆对高温胶凝效应十分敏感，可能引起滤失量的增加。

B、淀粉（预胶化层）

优点

1) 当存在低溶解度的钙离子或钠离子时，作为控制滤失的处理剂，淀粉能起到很好的作用。因此，它适合用于盐水泥浆或者含膏泥浆。

2) 当使用经过预处理没有发酵的淀粉时，一般不需要杀菌剂。

缺点

1) 当采用淀粉时，常常造成粘度的增加。

2) 如果淀粉没有进行预处理，必须使用杀菌剂来防止其降解和发酵。

3) 淀粉在温度超过200°F时会发生降解。

C、羧甲基纤维素钠盐（CMC）是一种植物产品，用于控制滤失量和作为增粘剂。

优点

1) 在低度和中度离子污染的浓度中，CMC表现活跃，因而适用于抑制性的泥浆中。氯化物的含量不超过60,000 mg/l。

2) 有低粘度级和高粘度级CMC可供选用，这取决于所期望增加的粘度程度。通常优先选用工业级的CMC。

3) 该添加剂的温度稳定性可达到400°F。

缺点

1) 可能需要采用稀释剂来抵消添加剂的增粘效果。

2) 在一些盐类泥浆中，可能引起降粘效果。

D、丙烯腈（Cypan）

优点