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钻井用化学材料
一、钻井液的作用
钻井液又称“泥浆”是由各种油田化学剂（约19类）混合组成的流体。当钻进至油、气层时所用的钻井液为“完井液”。修井作业时所用的化学剂配成的流体称为“修井液”。基本功能有：钻井液具有平衡地层压力、冷却润滑钻头、冲洗井底、携带岩屑、辅助破坏岩层、悬浮岩屑、保护井壁等作用。保证优质快速钻进。对于开发，保护油气层。对于勘探，发现并保护油气层。
二、钻井液的类型
水基钻井液：
无固相饱和盐水钻井液
低固相不分散钻井液（钾铵聚合物、三磺、两性复合离子、阳离子、正电胶等）
油基钻井液：
油基液、油包水乳化液、低胶性油基液、无毒油基液
气体型（空气、雾、泡沫、充气）钻井液
钻井液材料分为十六大类。
1.粘土类
作用：主要用来配制原浆，亦有增加粘切、降低滤失量的作用。
主要材料：膨润土（主要以蒙脱石为主）、抗盐土（主要为凹凸棒石及海泡石土）、有机土（钠土经阳离子型表面活性剂处理的人造土）。
2.加重材料
作用：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力、防塌、防喷。
主要材料：
重晶石粉：以硫酸钡为主要成分的天然矿石，经过机加工而成细度适宜的粉末状产品。
石灰石粉：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度的粉末产品。
钛铁矿粉： 以氧化钛与四氧化三铁为主要成份。
3.增粘剂
作用：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，增加胶凝强度以形成高流阻。
主要材料：黄孢胶、黄原胶、羧甲基纤维素CMC、羟乙基纤维素HEC、正电胶、石棉、胍胶等。
4.降粘剂
作用：主要用来改善钻井液的流动性，例如粘度、切力，以增加可泵性、减少摩阻等。
主要材料：酸式焦磷酸盐、四磷酸钠、铁铬盐、木质磺酸盐类、单宁、腐植酸钾、丙烯酸聚合物、硅稀释剂、氧化木质素衍生物等。
5.降滤失剂
作用：主要用来降低钻井液的滤失量。
主要材料：淀粉类、低粘度聚阴离子纤维素、钠羧甲基纤维素、共聚物类、聚丙烯腈衍生物或聚丙烯盐、树脂类、复全合纤维素等。
6.絮凝剂
作用：主要用来絮凝钻井液中过多的粘土细微颗粒及清除钻屑，从而使钻井液保持低固相，可使钻屑不分散，易于清除，并有防塌作用。
主要材料：部分水解聚丙烯酰胺、般土增效剂、阳离子聚丙烯酰胺、聚合或碱式氯化铝、聚丙烯酰胺等。
7.页岩抑制剂
作用：主要用抑制页岩中所含粘土矿物的水化膨胀分散而引起井塌。
主要材料：磺化沥青、高改性沥青、水分散性沥青、树脂页岩稳定剂、铝络合物、小阳离子、大阳离子、乙二醇衍生物、腐值酸钾（铁、铬等）、无机盐类（钾盐、氯化钠、石膏等）、有机硅衍生物、铵盐类、复合醇抑制剂等。
8.润滑剂
作用：主要用来降低摩阻系数、减少扭矩及增加钻头的水马力，以及防止粘卡。
主要材料：油基润滑剂、极压润滑剂、低毒润滑剂、低萤光润滑剂、塑料小球、玻璃小珠、石墨、生物降解润滑剂、复合醇润滑剂等。
9.堵漏材料
作用：主要用来封堵漏失地层，以恢复钻井液的正常循环。
主要材料：核桃壳粒、云母、碎玻璃纸片、纤维混合物、碎纸、酸溶性水泥、细碳酸钙、蛭石、贝壳渣、树脂类、凝胶类、聚合物膨胀剂等。
10.消泡剂
作用：主要用来消除钻井液中的气泡及降低起泡作用。尤其对咸水处理和盐水钻井液更为重要。
主要材料：硬脂酸铝、醇基消泡剂、烷基苯磺酸钠、硅油等。
11.发泡剂
作用：主要用来使水溶液产生气泡，又称泡沫剂。当使用气体钻井，遇到水层时可用泡沫剂将水带出。还可用于配制各种泡沫钻井液。
主要材料：甘油聚醚、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠等。

12.杀菌剂
作用：主要用来杀灭钻井液中的各种有害细菌，使其降低到安全的含量范围内，以免破坏某些处理剂的效能。
主要材料：多聚甲醛、甲醛、氨基甲酸脂、可生物降解的硫化氨基甲酸盐、异构噻唑基化合物、环境许可的广谱杀菌剂、有机硫类、苄基氯化铵类、五氯酚钠、烧碱、石灰等。
13.解卡剂
作用：主要用来浸泡钻具在井内被泥饼粘附的井段，以降低其摩阻系数，增加润滑性，而解除压差卡钻。
主要材料：油类、含有快渗剂的油包水乳化液、酸类、固体粉末卡剂等。
14.水基钻井液用乳化剂
作用：主要用来使两种不相溶液体形成均匀的混合液。
主要材料：改性木质素磺酸盐、表面活性剂（包括阳离子型和非离子型）等。
15.缓蚀剂
作用：主要用来控制钻具所受到的各种腐蚀。
主要材料：碱式碳酸锌、锌螯合物、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、成膜性胺、咪唑啉类、磷酸钠类等。
16.高温稳定剂
作用：主要用来提高钻井液的抗温性，使钻井液满足深井高温高压的要求。
主要材料：铬酸盐或重铬酸盐、抗高温的专利产品等。
17.清洁剂
作用：主要用于水基钻井液防泥包和降摩阻，油基钻井液钻机设备洗涤。
主要材料：泥浆清洁剂、洗涤剂等。
18.碱度控制剂
作用：调整钻井液的PH值。
主要材料：烧碱、氢氧化钾、纯碱、碳酸氢钠、小苏打、氢氧化钙、熟石灰、氧化钙、生石灰、高温PH缓蚀剂等。
19.油基钻井液用原材料和添加剂
作用：主要用于油基钻井液体系，调整钻井液性能。
主要材料：柴油、白油、酯基化合物、二氯化钙、氯化钠、氯化钾、脂肪酸类乳化剂及其衍生物、有机聚合物、橡胶类、人造油体系油润滑剂等。
三、钻井液新体系
1.硅酸盐钻井液（SF-99）体系
稳定井壁的新型钻井液
抑制泥页岩水化、分散的能力强，有较强的抗土侵能力
可抗温180℃，适合中深探井施工
流变性易于控制
钻井液携屑能力强，假岩屑少。
润滑性能较好（润滑系数小于0.025）
2.抗高温油包水钻井液（OF-99）体系
施工工艺简单
钻井液抗温能力强，220℃时性能稳定并可气测录井
钻井液剪切稀释性强，乳化性能稳定，流动性好
钻井液滤失量低，常温为0ml，高温高压下≤4ml
具有较低的油水比，220℃下 O/W=84/16-92/8
3.多元硅钻井液（LPS-99）体系
提高固井质量的新型钻井液
钻井液具有较强的抑制泥页岩水化分散能力
现场施工工艺简单，钻井液成本低
钻井液具有桥堵微裂缝，保护油气层作用
钻井液流变性易于控制，失水低，适合快速钻井
钻井液具有提高二界面固井质量作用，45℃、3MPa条件下，二界面胶结强度≥0.4MPa
4.甲酸盐钻井液（JSY-99）体系
保护储层的新型钻井液
属于清洁盐水钻井液，适合喷射钻井要求
钻井液性能稳定、具有较强的抑制性
钻井液气测录井基值稳定，利于录井作业
钻井液粒度匹配合理，矿化度高，利于保护油气层
流变性合理、携屑能力强
四、固井用产品及外加剂
1.基本水泥（ 包括13种水泥）
作用：用于封隔环空，防止层间窜通，保护井壁和套管。现国内应用较多的A级和G级油井水泥。A级适用井深为0-1830m，G级适用井深为0-2440m。
主要材料：波特兰水泥（API基本水泥：A、B、C、D、E、F、G、H）、高铝水泥、市售低密度水泥、市售膨胀水泥、微细水泥、微细波特兰水泥和微细高炉矿渣混合物、高细度水泥（超细水泥）、高炉矿渣BFS、微细高炉矿渣、波特兰水泥和高炉矿渣的混合物、可存贮式液态水泥、酸溶性水泥、合成树指水泥。
2.促凝剂和盐
作用：促进和提高水泥石的早期强度。
主要材料：氯化钠、氯化钙、硅酸钠、半水石膏、氯化钾、氯化铵、甲酰胺、纯碱、甲酸钙、有机类促凝剂等。
3.分散剂
作用：降低水泥浆粘度，增加水泥浆的流动性。
主要材料：聚萘磺酸盐类、柠檬酸及盐、木质素类、酮醛缩合物（SXY）、磺化酚醛树脂等。
4.游离液控制和固体悬浮剂
作用：控制水泥浆的游离液，提高水泥浆体系的稳定性，保证水泥浆上下密度的均一性。
主要材料：聚合物硅酸钠、生物聚合物、膨润土、硅灰等。
5.胶结增强和膨胀剂
作用：提高水泥石的胶结强度，提高一二界面的胶结质量。
主要材料：胶乳、丙烯酸、硅灰、粉煤灰、半水石膏和石膏、金属氧化物、发气剂（铝粉等）等。
6.降失水剂
作用：控制水泥浆向地层的滤失液量，保护油气层。
主要材料：羧甲基羟乙基纤维素、丙烯酰胺及丙烯酸盐共聚物、胶乳、聚乙烯类等。
7.减少或阻止强度衰退的硅质材料
作用：防止水泥石高温下强度衰退。
主要材料：石英砂、硅灰、微硅等。
8.充填剂和密度减轻剂
作用：降低水泥浆体系密度，适用于漏失层固井。
主要材料：膨润土、粉煤灰、硅藻土、硅灰、火山灰、珍珠岩、玻璃微珠、高炉矿渣等。
9.缓凝剂
作用：延长水泥浆的稠化时间和凝结时间，保证固井施工的顺利进行。
主要材料：木质素类、有机酸类及盐（柠檬酸、酒石酸等）、丹宁类、硼酸、葡萄糖酸钙、有机磷酸盐等。
10.防气窜剂
作用：缩短水泥浆的过渡时间，防止高压油气水层的窜槽，保证层间的封隔。
主要材料：降失水剂、胶乳、丙烯酸类等各类具有防窜性能的外加剂。
11.抑泡剂和消泡剂
作用：抑制和消除水泥浆在搅拌过程的起泡，保证固井施工顺利进行，使水泥浆的密度达到设计要求。
主要材料：有机硅、辛醇、甘油聚醚、正丁醇、硅油等。
12.加重剂
作用：提高水泥浆的密度，满足高压层压稳的要求，防止地层流体侵入水泥环。
主要材料：钛铁矿、重晶石、氧化锰、赤铁矿、砂、硅灰等。
13.减少和防止井漏的外加剂和外掺料
作用：提高水泥浆的防漏性能，保证薄弱地层的有效封隔。
主要材料：触变水泥、泡沫水泥、聚合物溶液、云母、木屑、硬沥青、细磨煤、胡桃核及类似材料等。
14.隔离液和化学冲洗液/前置液
作用：防止水泥浆与钻井液的污染，提高环空中的顶替效率，冲洗井壁和套管，提高界面的胶结质量。
主要材料：清水、有机溶剂、油基泥浆冲洗液（柴油和组合冲洗液）、加重隔离冲洗液等。
15.特种水泥混合物
作用：适合于特殊要求的封固材料。
主要材料：低密度水泥、膨胀水泥、合成树脂水泥、抗腐蚀水泥、抗酸溶水泥、酸溶水泥、高寒水泥等。
五、固井水泥外加剂
1.ＤＳＫ锁水抗窜剂
【用途】
适用于A级水泥，可用于封固具有高压水层的油层套管固井也可用于表层套管固井及打水泥帽和水泥塞。
【使用条件】
适用循环温度为15℃~52℃。
【技术特点及性能】：
DSK是乳黄色的液体，液体密度为1.2~1.25g/cm3。DSK1水泥浆流动性好、凝结速度快、过渡时间短，早期强度高、抗渗性能好等特点。DSK2具有微膨胀作用，DSK3还能配制出高密度水泥浆。DSK系列能有效地阻止水浸，防止水窜，提高油井的固井质量。推荐加量为3%~5%（重量比）。
2.ＤＲＫ抗冲击韧性水泥
【用途】
主要用于调整井固井，在有效地提高调整井固井质量的前提下，更好地适应射孔、压裂等后期井下作业的要求，有利于改善水泥环的胶结质量，延长油井寿命。
【使用条件】
适用于循环温度38℃-75℃
【技术特点及性能】：
DRK抗冲击韧性水泥的突出特点是在保证固井质量的基础上，使水泥石的动态力学性能得到明显改善，提高了水泥环抗射孔（压裂等）动态冲击载荷能力。水泥石的动态弹性模量降低了19.8%，动态断裂韧性提高了339%，破碎吸收能提高了91.3%。DRK可与其它外加剂配合使用，不影响水泥降的其它性能。水泥浆的常规性能优于原浆，具有明显的速凝、早强、低失水、直角稠化等特点。推荐加量为水泥重量的5%。
3.ＤＳＨＪ油井水泥湿混降失水剂
【用途】：
用于A级或G级水泥，控制水泥浆的失水，保证固井施工的安全，防止油气层污染。
【使用条件】：
适用温度为63℃~140℃
【技术特点及性能】：
DSHJ降失水剂采取降低溶液粘度,借助配套降粘剂和胶联剂使高分子化合物改性，发生交联反应，在水泥浆中,由于温度和压力的作用，形成网状致密膜，实现机械堵塞，达到控制失水的目的。推荐加量为3.5~5.0%。