钻井液配方及作用

一、钻井液主要成分

1.1 基础液体

基础液体是钻井液的主要成分之一，通常包括水、油、乳液、乙二醇等。基础液体的选择取决于钻井的地质条件、作业环境和钻井液的目的，如控制井筒压力、润滑和冷却钻头、保持井壁稳定等。

1.2 增稠剂

增稠剂用于增加钻井液的粘度和密度，通常包括黏土和淀粉等。黏土一般用于制备泥浆，淀粉则主要用于制备淀粉浆。增稠剂的种类和用量的选择取决于钻井的地质条件、井深和孔径等因素。

1.3 粘度剂

粘度剂用于改善钻井液的流动性和润滑性，通常包括木糖醇、聚合物和蜡等。这些物质可以使钻井液具有一定的黏度和润滑性，减少钻头和井壁之间的摩擦，延长钻头寿命，同时也能防止井壁坍塌。

图.1 钻井液增粘剂

1.4 防腐剂

防腐剂用于防止钻井液受到微生物和其他污染物的侵害，通常包括甲醛、甲酸等。这些物质可以杀死微生物和其他有害生物，保持钻井液的清洁和稳定性。

1.5 PH调节剂

PH调节剂用于调节钻井液的酸碱度，通常包括氧化钙、氢氧化钠等。这些物质可以调节钻井液的酸碱度，防止井筒中的岩石溶解或腐蚀，同时也可以保护钻头的表面。

1.6 杀菌剂

杀菌剂用于杀灭钻井液中的微生物，通常包括过氧化钙、次氯酸钠等。这些物质可以有效地杀死细菌和其他有害生物，保持钻井液的清洁和稳定性。

1.7 悬浮剂

悬浮剂用于保持钻井液中固体颗粒的分散状态，通常包括硅胶、白云石等。这些物质可以使钻井液中的固体颗粒保持分散状态，防止它们沉淀和凝聚，保持钻井液的稳定性和流动性。

图.2 钻井液悬浮剂

二、钻井液调配比例

2.1 密度为1.06~1.44g/cm3分散钻井液配方

由淡水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂(简称分散剂)配制成的水基钻井液称为分散钻井液。是油气钻井中最早使用并且使用时间相当长的一类水基钻井液。随着钻井液工艺技术的不断发展，分散钻井液的使用范围已不如过去广泛，但是配制方法简便、处理剂用量较少，成本较低，适于配制密度较大的钻井液，特别是在钻开表层时普遍使用。

分散钻井液的配方通常包含以下成分：

水：作为钻井液的主要成分，用于调节钻井液的密度和黏度。

膨润土：作为钻井液的固相成分，可以增加钻井液的黏度和控制滤失量。

铁铬木质素磷酸盐：降低动切力和静切力，控制滤失量。

褐煤（或配置成褐煤碱液）：降低动切力和静切力，控制滤失量。

多聚合物：降低动切力和静切力。

CMC：滤失量控制，提粘。

聚阴离子纤维素：滤失量控制，提粘。

烧碱：用于调节钻井液的酸碱度。

重晶石：增加密度。

图.3 水基钻井液

2.2 密度大于1.44g/cm3分散钻井液配方

水：作为钻井液的主要成分，用于调节钻井液的密度和黏度。

膨润土：作为钻井液的固相成分，可以增加钻井液的黏度和控制滤失量。

铁铬木质素磷酸盐：降低动切力和静切力，控制滤失量。

褐煤（或配置成褐煤碱液）：降低动切力和静切力，控制滤失量。

烧碱：用于调节钻井液的酸碱度。

磷化褐煤和树脂类处理剂：控制HTHP滤失量并作为稳定剂。

重晶石或氧化铁粉：增加密度。

2.3 钙处理钻井液配方

钙处理钻井液有较好抗盐、钙污染能力和对泥页岩水化有较强抑制作用的一类钻井液。

钙处理钻井液体系主要由含Ca2+的无机絮凝剂、降粘剂和降滤失剂组成。钙处理钻井液体系中的粘土颗粒处于适度絮凝的粗分散状态，称为粗分散钻井液。

目前常用的无机絮凝剂主要有三种:石灰、石膏和氯化钙，即石灰钻井液，石膏钻井液与新型的钾石灰钻井液。钙处理钻井液是以Ca2+提供抑制性化学环境，使钻井液中的钠土转变为钙土，使粘土颗粒由高度分散转变为适度絮凝。钙处理钻井液具有防塌、抗污染和在含有较多Ca2+时使性能保持稳定的特点。

2.4盐水钻井液的定义和分类

NaCl含量超过1%(质量分数，C1-含量约为6000mg/l)的钻井液称为盐水钻井液。一般分为三种类型：

(1)一般盐水钻井液

含盐量1%直至饱和之前。

(2)饱和盐水钻井液

含盐量达到饱和，常温浓度为3.15*106mg/l左右的钻井液。

(3)海水钻井液

用海水配制成的含盐钻井液。体系中含有约3*104mg/l的NaCl，还含有一定量的Ca2+和Mg2+。国外将盐水钻井液分为：含盐量1%-2%微咸钻井液、2%-4%海 水钻井液、4%与近饱和之间为非饱和盐水钻井液、含盐量达到最大值31.5%为饱和盐水钻井液。

2.5阴离子聚合物钻井液

主要处理剂：

① 聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺(简称PAM)的结构式为图.4，随聚丙烯酰胺相对分子质量的增大，絮凝能力、提粘效应、堵调和防塌效果提高。主要使用聚丙烯酰胺的衍生物。

② 部分水解聚丙烯酰胺

是由聚丙烯酰胺水溶液加碱水解制得。分子结构式为图.5，水解度是影响PHPA性能的重要参数。水解度增大，分子链伸展，在钻井液中桥联作用增强，对劣质土的絮凝作用增强。水解度过大，在粘土颗粒上的吸附作用减弱，加上羧酸根基团间的静电排斥作用增强，对劣质土的絮凝作用降低。现场控制滤失量和提粘堵漏用水解度为60%-70%的PHPA，絮凝用30%-40%的PHPA。

③ 水解聚丙烯腈(钠盐)

分子式为图.6，水解聚丙烯腈(钠盐)主要用做降滤失剂。水解度和聚合度是影响降滤失效果的主要因素。羧基含量在70%-80%时降滤失效果最好。水解聚丙烯腈(钠盐)有降滤失作用外，一般对淡水钻井液有增粘作用;对盐水钻井液有降粘作用。水解聚丙烯腈(钠盐)的抗钠盐能力较强，抗钙能力较弱。

④ 水解聚丙烯腈铵盐

水解聚丙烯腈铵盐(简称NPAN或NH4-HPAN ) NPAN，结构式为图.7，水解聚丙烯腈铵盐是一种抗高温降滤失剂。可提供NH4+，抑制粘土分散的能力强，是一种较好的防塌剂。使用浓度一般为0.3%~0.4%。

2.6阳离子聚合物钻井液

阳离子聚合物分子带有大量正电荷，在粘土或岩石上的吸附除取氢键外，主要的是靠静电作用、比阴离子聚合物的吸附力更强。阳离子聚合物能中和粘土或岩石表面的负电荷，絮凝能力和抑制岩石分散能力也比阴离子聚合物强。阳离子聚合物钻井液具有优良的流变性、抑制性、稳定井壁能力、携带钻屑能力和防卡、防泥包等性能。

小阳离子的主要作用是抑制钻屑分散，大阳离子的主要作用是絮凝钻屑。小阳离子在钻屑上的吸附速度一般比大阳离子快。在钻进过程中、小阳离子首先吸附在新产生的钻屑上抑制分散，大阳离子再吸附在钻屑上靠桥联作用形成絮凝体，利用固控设备清除钻屑絮凝体。对负电性很强的有用固相膨润土颗粒，吸附的小阳离子比较多，削弱了大阳离子的吸附，大阳离子对膨润土的絮凝作用相对较弱，钻井液中保持适量的有用固相。大、小阳离子的协同配合产生了一定的“选择性”絮凝作用。

三、钻井液作用

3.1 维持井壁稳定

钻井液通过控制井筒内的压力和稳定井壁，保护井筒不受塌陷和倒塌的影响。当钻井液注入井筒时，它会产生一定的压力，从而支撑起井壁，防止井壁因为受力而坍塌。同时，钻井液中的固体颗粒也可以填充井壁裂缝，保持井壁的稳定性。

3.2 冷却和润滑

钻井液在钻井过程中可以冷却和润滑钻头，减少摩擦，延长钻头寿命。当钻头钻进岩石时，会产生高温和摩擦力，钻井液可以通过冷却和润滑来减少钻头受损和磨损，延长钻头寿命。

3.3 清洁井筒

钻井液可以将钻头和井壁上的岩屑清除，保持井筒的清洁。在钻井过程中，钻头会将岩屑带到井筒内部，钻井液可以将这些岩屑带到井口，保持井筒的清洁，防止岩屑阻塞井筒和影响钻井效率。

3.4 控制井筒压力

钻井液可以控制井筒内的压力，防止气体和油藏中的液体向井筒内渗透，保证钻井安全。在钻井过程中，如果不及时控制井筒内的压力，可能会导致井筒内涌入大量的气体和液体，影响钻井效率，甚至危及钻井安全。

3.5 支撑钻柱

钻井液可以支撑钻柱，防止钻柱下降或断裂。在钻井过程中，钻柱需要不断地向下推进，如果没有足够的支撑，钻柱可能会下降或断裂，导致钻井事故的发生。钻井液可以通过增加密度和黏度来支撑钻柱，保证钻柱的稳定性和安全性。

3.6 传递信息

钻井液可以传递信息，如井壁岩石的性质、油藏的含量等，帮助钻井工人进行钻井决策。通过对钻井液中固体和液体成分的分析，可以了解井壁的岩石组成、裂隙情况和含油气层的性质，为钻井工人提供钻井决策的参考依据。

3.7 防止污染

钻井液可以防止井筒受到污染，保护地下水资源。在钻井过程中，如果没有采取适当的措施，可能会导致井筒受到污染，从而对地下水资源造成影响。钻井液可以通过杀菌剂、防腐剂等物质来保持清洁和稳定性，防止其对地下水资源造成污染。

总之，钻井液在钻井过程中发挥着至关重要的作用，是保证钻井安全和钻井效率的必要条件。钻井液的配方和作用取决于钻井的地质条件、井深、作业环境和钻井液的目的等因素。需要根据具体情况进行选择和调整，以达到最佳的钻井效果。

钻井液基础知识

钻井液的使用

钻井液，也称为钻井泥浆，加入到井中，通过控制压力，稳定压力下的岩石，产生浮力，冷却和润滑来促进钻井过程。

早在公元前三世纪，中国人就用水作为钻井液，以促进渗透到地下。但是当Spindletop在美国被用作钻井润滑剂时，钻井泥浆这个术语就被创造出来了。

随着钻井液制造技术和化学成分的日益复杂，其功能和概念却保持不变。钻井液是钻井成功的关键，可以最大限度地提高效率，并减少达到目标所需的时间。

钻井液用途

在使用任何一种钻孔机进行钻孔时，都会产生钻屑。这些碎屑是在钻探现场挖掘时产生的碎屑。当然，在钻头停止之前，芯片并不重要，但一旦钻头停止，芯片就会被扔回已形成的孔中，从而阻止钻头顺利移动。钻井液被用作防止这种情况发生的工具。这些液体有一定的稠度，当钻头停止时，它们的粘度会使它们变硬。同样的特点有助于芯片走出镗孔。

钻井泥浆还可以通过补偿碳氢化合物和岩层的压力来帮助控制井内压力。事实上，为了增加其密度，从而增加对井壁的压力，可以将其添加到加重剂的钻井液中，随着钻井液重量的增加，加重剂控制井压的能力也会发生变化。

钻井液的另一个重要功能是稳定岩石。这些液体使用特殊的添加剂，以确保钻井液不被井中的岩层吸收，并且岩层的孔隙不被堵塞。

井越深，需要的钻杆就越多。有了这么多的管柱，钻头变得很重，因此，钻井泥浆增加了浮力，降低了压力。此外，钻井液有助于减少摩擦和热量。这种润滑和冷却有助于延长钻孔机的使用寿命。

什么是钻井液?

钻井液为水基、油基或合成基;每种组合在井中提供不同的解决方案。如果岩石是由盐或粘土构成的，则必须采取适当措施使钻井液有效。实际上，钻井液工程师进行钻井监测作业，并在整个过程中添加必要的钻井液添加剂，以加快挖掘速度或减少摩擦。

钻井液工程师在指定钻井液类型时，除了考虑井的化学成分和性质外，还应考虑对环境的影响。油基钻井液在咸水岩中可能效果更好。水基钻井液主要用于海上钻井环境。

钻井液使用后的处理也是一个挑战。最近的技术进步创造了回收钻井液的方法，不仅节省了钻井液成本，还减少了钻井液和钻井芯片对环境的破坏。如果您想购买gilsonite, gilsonite粉末和天然沥青您可以与Nikan West gilsonite公司联系。

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钻井液

水基钻井液在加入Gilsonite后可作为高性能过滤控制剂。沥青一种黑色的、有光泽的、含碳的树脂的通用名称，被广泛地归类为沥青岩。它的正确名称是untaite，发现于美国犹他州。Gilsonite的一个重要特性是它的软化点温度。在油基泥浆(OBM)中，它被用作滤失剂。

在岩土工程中，钻井液，也称为钻井泥浆，是用来帮助钻孔入土的。钻井液通常用于钻探石油和天然气井以及勘探钻机，也用于更简单的井眼，如水井。钻井液的作用之一是将岩屑带出井外。

钻井液主要有三大类:(1)水基泥浆(wbm)，可以是分散型的，也可以是非分散型的;非水泥浆，通常称为油基泥浆(OBMs);以及气体钻井液，其中可以使用多种气体。除了它们的形成剂外，它们还可以与适当的聚合物和粘土添加剂一起用于钻探各种油气地层。

钻井液的主要功能包括提供静水压力以防止地层流体进入井筒，在钻井过程中保持钻头的凉爽和清洁，执行钻屑，以及在钻井暂停和钻井组合进出井时暂停钻屑。选择用于特定作业的钻井液，以避免地层损害并限制腐蚀。

钻井液漏失控制(FLC)概述:

Gilsonite提高了钻井效率、井筒稳定性、滤饼开发等。作为优质钻井液产品的一个组成部分，Gilsonite积极提高钻井效率，同时降低成本，最大限度地减少与大多数钻井液添加剂相关的HSE影响。

长期以来，Gilsonite或天然沥青一直作为钻井液中的滤失剂在油田中使用。在许多等级和配方中，Gilsonite已被用于对抗井眼不稳定性并发症，特别是在大分流井中提供润滑。同时，它也是一种桥接工具，可以对抗压差卡钻，并提供侵入性较小的取心液。科学证明，适当框架的Gilsonite产品可以最大限度地减少由水敏感的脱落页岩组成的基础的坍塌，并通过创建薄壁饼和基质间过滤饼来减少卡管问题。Gilsonite产品在世界范围内广泛应用于水基、油基和合成基泥浆体系。此外，混合Gilsonite(天然沥青)可有效地用于所有水基体系。

钻井液滤失控制组件似乎对流体滤失控制(FLC)特别重要，并起到页岩抑制剂的作用。这种损失控制本身将倾向于引起流体粘度的增加，但这是由组成本发明添加剂的其他组分有效地处理的。

本发明涉及一种组合物，该组合物包括高温高压降滤失剂，在高温下稳定，还可以作为优异的页岩稳定剂、井眼保持润滑剂、枯竭砂密封剂和壁饼调节剂。高温高压失滤剂广泛包括一种天然沥青(Gilsonite)，它还含有一种表面活性剂，如非离子表面活性剂。高温高压降滤失剂还含有溶解褐煤，如焦化褐煤和炭黑。该降滤失剂减少了高温高压滤失液，在148℃(300°F)高温下具有良好的稳定性，稳定了麻烦的页岩，减少了井眼侵蚀，有助于密封枯竭砂，减少扭矩和阻力，对适当调节的钻井液的流动特性没有不利影响，并降低了井的总成本。

为了实现这些优点和其他优点，并且根据本发明的具体和广泛描述，本发明包括一种组合物，该组合物包括高温下稳定的高温降滤失剂，它还可以作为优异的页岩稳定剂、枯竭砂的井眼润滑密封剂和壁饼调节剂。高温高压降滤失剂主要由Gilsonite(一种沥青材料或固化物)组成。根据本发明使用的Gilsonite还含有表面活性剂，特别是非离子表面活性剂。

如前所述，本发明的添加剂包括在水、Quebracho、褐煤、流体损失控制(FLC)、亚硫酸钠(亚硫酸钠)、多聚甲醛(PFA)(最小的聚甲醛)、典型聚合度为8-100单位的甲醛的聚合产物和氢氧化钠(苛性钠)(一种化学式为NaOH的无机化合物)存在下共同反应得到的产物。所述的每一组分对于根据本发明获得最佳结果是必需的。

用于制造本发明产品的反应条件可以相当广泛地变化。然而，通常，该产品是通过在密封的反应容器中以100ºC(212ºF) - 150ºC(302ºF)的温度加热120 - 30分钟来制备的。随着温度的升高，可以缩短使用时间。似乎反应导致硫甲基化和苛化之间形成的复合物Quebracho是西班牙语中描述非常坚硬(密度0.9 - 1.3)木材树种的常用名称。这个名字的词源来源于Quiebrahacha，或Quebrar Hacha，意思是“斧头折断者”。褐煤，通常被称为褐煤，是一种软的、棕色的、可燃的沉积岩，由自然压缩的泥炭形成。它的碳含量约为25% - 35%，由于其相对较低的热量含量，被认为是最低等级的煤。褐煤在世界各地都有开采，几乎完全用作蒸汽发电和沥青岩的燃料，尽管其中涉及的化学成分非常复杂，尚未完全了解。在任何情况下，所得到的基本上是水溶性的组合物优选地干燥并且可以储存以便随后与常规粘土基水性钻井分散体或钻井液混合。这种有利的混合是在现场进行的，尽管可以将添加剂预先装入钻井液中。

钻井液滤失控制(FLC)功能:

从井中取出岩屑。

控制地层压力。

悬挂和释放岩屑。

悬挂和释放岩屑。

密封渗透性地层。

保持井筒稳定性。

尽量减少储层损害。

冷却，润滑，并支持钻头和钻井组件。

将液压能量传递给工具和钻头。

确保充分的地层评价。

控制腐蚀

便于固井和完井。

尽量减少对环境的影响。

防止天然气水合物的形成。

Gilsonite是唯一一种能够提供所有这些优点的钻井液添加剂:

提供井筒强化基质

控制液体流失和渗漏

优越的页岩稳定性

防止漏失

加固井筒，提高井筒稳定性

最大限度地减少压差卡钻

减少或消除漏失

促进有效的滤饼开发

适用于油基和水基钻井泥浆

在高温/高温环境下工作

最小化HSE风险

独特的粘接和封堵性能可防止地层损坏;

Gilsonite与渗透性地层形成物理和化学结合，形成有效的密封，防止钻井液通过。Gilsonite具有独特的可延展性和固体封堵剂的功能，即使在井底温度升高的情况下，也能控制流体漏失和渗漏，防止漏失，保护活性和低活性页岩表面。

经证实可加固井筒:

高压(HP) /高温(HT)井是指在预期储层深度或总深度处未受干扰的井底温度大于150°C(302ºF)，并且任何多孔地层的最大预期孔隙压力超过0.8 psi/ft的静水梯度的井。，或者需要额定工作压力超过10,000/psi的压力控制设备的井。页岩和承压区需要专门的钻井液和井眼强化技术。在油基泥浆(OBM)、砂基泥浆(SBM)或水基泥浆(WBM)中加入Gilsonite可以增强井的强度(见图3):

降低页岩和低孔隙度砂岩孔隙压力传递，封堵微裂缝。

保持层间地层完整。

开发有效的滤饼。

提供“涂抹效应”，沿井筒壁形成连续的保护密封胶。

防止差速器粘滞最有效的添加剂:

Gilsonite通过彻底密封渗透性地层(即使在压差高度过平衡的地层)，并改善滤饼的润滑，最大限度地减少了卡钻和卡钻测井工具的发生。

健康、安全和环境优势:

天然地，与合成产品相比，天然Gilsonite具有显著的健康优势。

无毒(不像煤或粉煤灰)

Non-mutagenic

Non-Carcinogenic

Gilsonite在OBM和WBM应用中都具有显著的成本优势:

与其他产品相比，Gilsonite以更低的成本提供了相当或更优越的性能。在水基泥浆(WBM)应用中，Gilsonite的性能优于磺化沥青，同时成本降低25-50%。

在高温高压环境下使用合成基泥浆(SBM)，与优质共聚物相比，Gilsonite的成本降低了80%以上，同时Gilsonite的高软化点也使流体损失降低了45%。

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