钻井液体系简介
塔里木常用钻井液体系简介
塔里木常用钻井液体系简介塔里木常用的钻井液体系主要以水基钻井液体系为主，油基钻井液只在少数几口井使用，一是为开发而进行的油基钻井液取心做业，二是用来解决极为严重的井下复杂情况，总的归纳起来大致有以下几种：不分散聚合物体系，分散型聚合物体系（即塔里木聚合物磺化体系），钾基（抑制性）钻井液体系，饱和盐水钻井液体系，正电胶钻井液体系，油基钻井液体系，”三低”正电胶钻井液体系。
1. 不分散聚合物钻井液体系不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子聚合物处理的水基钻井液。
塔里木使用的不分散聚合物钻井液体系大致有三种；既多元聚合物体系，复合离子型聚合物体系，阳离子聚合物体系。
塔里木不分散聚合物钻井液体系特点：（1）具有很强的抑制性。
通过使用足量的高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被钻削，在钻削表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻削分散，使所钻出来的钻削基本保持原状而不分散，以利于地面固控清除，从而实现低密度，低固相，提高钻速。
（2）具有较强的悬砂，携砂功能。
通过控制适当的板土含量，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂，携砂功能，满足井眼净化需求。
（3）通过使用磺化沥青，超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能够获得良好得泥饼质量。
（4）该体系以其良好的剪切稀释特性使得钻头水眼小，环空粘度大，有利于喷射钻井，能使钻头水马力充分发挥，钻速提高。
（5）低密度。
低固相有利于实现近平衡钻井，（6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对地层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。
2.配方(1).多元聚合物体系（2）.复合离子型聚合物体系材料名称加量材料名称加量扳土4% 扳土4%KPAM PMNK 80A51任意两种0.6-1% FA-3670.4-0.6%HPAN 0.15% XY-270.15% MAN101 0..1% JT-8880.2-0.3SAS 5.0% SAS5.0QS-2 2.0% QS-22.0%RH-3D 0.4-0.6% RH-40.3-0.5%RH-4 0.3-0.5% RH-3D0.4-0.6 %（3）阳离子聚合物体系材料名称加量扳土4%SP-2 0.3-0.4%CSW-1 0.1%JT-888 0.2-0.3%SAS 5.0%QS-2 2.0%RH-3 0.4-0.6%RH-4 0.3-0.5%3.技术关键（1）加大包被剂用量（171/2“井眼平均约3.5千克/米，121/4”井眼3.0千克/米），采用2种以上包被挤复配以达互补增效作用，突出强包被，抑制钻削分散，防止钻削粘聚，包被剂以胶液形式细水长流补充到井浆中。
钻井液技术介绍
6．钾基聚合物钻井液 钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCI为主处理剂的防塌钻井液。在各种常见无机盐中，以KCI抑制粘土水化分散的效果为最好；而聚合物处理剂的存在使该类钻井液具有聚合物钻井液的各种优良特性。因此，在钻遇泥页岩地层时，使用它可以取得比较理想的防塌效果。
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8．合成基钻井液 合成基钻井液是以合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻井液。由于使用无毒并且能够生物降解的非水溶性有机物取代了油基钻井液中通常使用的柴油，因此这类钻井液既保持了油基钻井液的各种优良特性，同时又能大大减轻钻井液排放时对环境造成的不良影响，尤其适用于海上钻井。
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1．分散钻井液 分散钻井液是指用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂（简称为分散剂）配制而成的水基钻井液。其主要特点是： （1）可容纳较多的固相，较适于配制高密度钻井液。 （2）容易在井壁上形成较致密的泥饼，故其滤失量一般较低。 （3）某些分散钻井液，如以磺化栲胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂作为主处理剂的三磺钻井液具有较强的抗温能力，适于在深井和超深井中使用。缺点：除抑制性和抗污染能力较差外，还因体系中固相含量高，对提高钻速和保护油气层均有不利的影响。
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1．合成聚合物类处理剂 合成聚合物主要用作钻井液降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂等。 2．天然改性高分子类处理剂 改性天然材料来源丰富，价格低廉，在石油工业中有广泛的用途。可生物降解的天然大分子如淀粉纤维素作为主链结构可赋予材料以生物降解特性，使材料具有环保功能。 3．利用工业废料制备的钻井液处理剂 利用工业下脚料制备钻井液处理剂技术性较强，油田化学工作者在这方面进行了一些研究工作。
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（二）国内外钻井液处理剂开发应用 一、国外发展情况 二、国内发展情况
第二章 钻井液体系
第二章钻井液体系目前，国内常用的钻井液体系分为水基、油基和含气钻井液三大系列。
水基钻井液因使用方便、配制简单、价格低廉、对环境污染较小而应用广泛；油基钻井液由于其良好的抗泥页岩水化膨胀缩径性能而主要应用于泥页岩水化缩径严重的区块和对油气层保护要求较高的井；含气钻井液主要用于钻易漏的低压底层。
上世纪90年代又成功发展出合成基钻井液、超低渗透钻井液和不渗透钻井液并在大量井现场应用中取得良好的效果。
合成基钻井液对环境污染更小，并具有部分油基钻井液的特性，能很好的保持井壁稳定；超低渗透钻井液和不渗透钻井液在防止地层损害和提高油气井产量上有较突出的效果而得到较广泛的应用；各种钻井液体系是人们在钻井液技术发展过程中不断实践创造和完善的，不要死记硬背，生搬硬套，而应该对其熟练掌握、灵活应用，并在解决所遇到的各种钻井液问题中不断总结，积累并不断的加以完善。
一、膨润土浆（坂土浆）1、膨润土浆是常用的水基钻井液的基础结构，用于代替清水开钻，形成泥饼以加固上部地层井壁防止冲坏基础和防止井漏；也用于储备钻井液，在钻井过程中各种事故复杂处理后钻井液量不足时用于做配制钻井液的基浆。
2、常规膨润土浆配方：（1）钠膨润土：水+ 0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3 纯碱+ 6-10% 钠膨润土（2）钙膨润土：水+ 0.3-0.5%烧碱+ 8-12% 钙膨润土+ 纯碱（钙膨润土的6%）配置好水化24小时以后可加入0.1-0.3%的CMC-LV护胶降失水。
土是膨润土浆的基础结构，烧碱用于除去水中镁离子和调节膨润土浆PH值并促进膨润土水化，纯碱用于除去水中钙离子和促进膨润土水化；实际应用中，烧碱和纯碱的加量可根据配浆水中的钙镁离子含量来适当增减调节。
3、配置步骤（1）清淘干净一个配浆罐，用清水清洗干净后装入配浆水（配浆水要求总矿化度小于1000mg/L）。
（2）软化配浆水：检测配浆水中钙镁离子含量，根据钙镁离子含量加入纯碱、烧碱除去配浆水中钙镁离子，软化水质，以提高膨润土的造浆率，使配制出的膨润土浆有较理想的粘度。
钻井液体系配方及井下复杂情况处理对策1
滤失量大，说明地层渗
透性强，也说明钻井液 形成封堵渗透层泥饼的 能力差。 在水敏性泥、页岩地层 、渗透性强的砂岩地层 都要严格控制API滤失 量。
滤失量概念
滤失量的意义
二、钻井液性能及测量仪器
（三）API滤失量
二、钻井液性能及测量仪器
（三）API滤失量
测定方法 该仪器是将泥浆用惰性气体 （二氧化碳、氮气或压缩空气） 加压的情况下，测量泥浆的失水 量。当泥浆在0.69MPa压力的作 用下，30分钟内通过截面为 45.6±0.5㎝2过滤面渗透出的水 量，以毫升表示。同时，可以测 按逆时针方向缓缓旋转放空阀5手 柄，同时观察压力表指示。当压力 表稍有下降或听见泥浆杯有进气声 响时，即停止旋转放空阀手柄，微 调减压阀3手柄，使压力表指示为 0.69MPa，泥浆杯内保持0.69MPa的
定义
是指钻井液中 不能通过200 目筛网，即粒 径大于74微米 的砂粒占钻井 液总体积的百 分数。在现场 应用中，该数 值越小越好， 一般要求控制 在0.5％以下。
意义
含砂量高 密度大，对提 高钻速不利； 泥饼松软，导 致滤失量增大， 不利于井壁稳 定； 摩擦系数增大， 容易造成压差 卡钻； 增加对钻头和 钻具的磨损
（6）邻井钻井情况。
一、钻井液简介
（五）钻井液施工需要的资料、数据 2、重点探井、非常规井、深井、超深井
（1）范围
①重点探井：河南油田、集团公司重点探井、风险探井； ②非常规井：页岩油水平井、致密砂岩水平井、其它气井； ③深井、超深井： 深井：指井深大于4500米的井。 超深井：指井深大于6000米的井。
7、钻井液维护处理要点
10、钻井液材料汇总
8、钻井液材料
11、其它要求
一、钻井液简介
油基钻井液体系介绍
8
油基钻井液基础
油包水钻井液的组成 以水为分散相（内相），油为连续相 （外相），并添加乳化剂、亲油性胶体及
其它处理剂和加重材料所形成的稳定的乳
状液，常用符号W/O表示。
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油基钻井液基础
（1）油相
又称基油或基液，目前普遍使用的基油为白油 要求： 闪点及燃点分别在82℃及93℃以上； 白油苯胺点在60℃以上； 粘度不易过高，便于对流变性进行调控；
泥浆塘沽基地系列培训教材 油基钻井液体系介绍
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目
油基钻井液基础
录
PDF-MOMSM钻井液体系
HTHP-MOMSM钻井液体系
PDF-SBMSM钻井液体系
PDF-SBMⅡSM钻井液体系
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油基钻井液基础
Oil Base Mud Basic Class
油包水钻井液的性能参数
电稳定性（ES）
ES高低代表油基钻井液的乳化稳定性状况
加重钻井液要求ES>400伏
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油基钻井液基础
油包水钻井液的性能参数
滤失量（FL）
不但可检查油相损失程度 还可判断乳状液乳化的好坏
滤液中不能含水
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提高了油基钻井液的动携静悬能力
泥浆中心产品：
提切剂：PF-MOHSV
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油基钻井液基础
加重材料
常用的有铁矿粉、重晶石和石灰石等
预备知识3：钻井液简介
塑性粘度：
动切力（屈服值）：
0 0.511300 pv )(Pa) (
600 (无因次) 300
流性指数：
n 3.321lg
稠度系数：
k
0.511 600 (mPa s ) n 1022
四、钻井液的造壁性能
（1）滤失和造壁过程 钻井液中的液体在压差作用下向地层中渗透的 过程称为钻井液的滤失。 在钻井液产生滤失的同时，钻井液中的固相颗 粒附着在井壁上形成滤饼。一般，滤饼的渗透率比 地层的渗透率小几个数量级，所以形成的滤饼阻止 滤液向地层渗透，同时又有保护井壁的作用。滤饼 在井壁上的形成过程称为造壁过程。
稠度系数k、流性指数n upv为塑性粘度
钻井液大多数为塑性流体，某 些为假塑性流体。
塑性流型的特点:
（1）所加切应力达到某一最低值 s 之后才开始流动，这个最低切应力称为 静切应力，又称凝胶强度。
静切应力越大，悬浮岩屑能力强， 但流动阻力大，开泵困难。
（2）当切应力继续增大，流变曲线出 现直线段，延长该直线与切应力轴线交于
常见的粘土矿物
高岭土（Kaolinite） 蒙脱石(Montmorillonite) 伊利石(illite)
二、钻井液的分类
用的最多
分三类：水基体系；
油基体系；
空气-天然气体系。
(1) 水基钻井液体系： 固相颗粒悬浮在水中或盐水中，油可以乳化到水中，此时， 水是连续相。 膨润土+水+化学处理剂+加重材料＋钻屑 淡水、盐水、钙处理钻井液、聚合物钻井液等
四、钻井液的造壁性能
（2）几种不同的滤失情况
瞬时滤失、动滤失、静滤失
瞬时滤失 在钻头破碎岩石形成新井眼而滤饼尚未形成的一段时间内， 钻井液迅速向地层内渗滤，此时的滤失称为瞬时滤失，瞬时滤 失量有利于提高钻速，但严重损害油气层。
钻井液组成及作用
钻井液（drilli ng fluid）钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。
钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。
钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。
清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。
泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。
旋转钻井初期，钻井液的主要作用是把岩屑从井底携带至地面。
目前，钻井液被公认为至少有以下十种作用：（1）清洁井底，携带岩屑。
保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率。
（2）冷却和润滑钻头及钻柱。
降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。
（3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。
防止对油气层的污染和井壁坍塌。
（4）平衡（控制）地层压力。
防止井喷，井漏，防止地层流体对钻井液的污染。
（5）悬浮岩屑和加重剂。
降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻。
（6）在地面能沉除砂子和岩屑。
（7）有效传递水力功率。
传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。
（8）承受钻杆和套管的部分重力。
钻井液对钻具和套管的浮力，可减小起下钻时起升系统的载荷。
（9）提供所钻地层的大量资料。
利用钻井液可进行电法测井，岩屑录井等获取井下资料。
（10）水力破碎岩石。
钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。
钻井液的运用历史很久以前，人们钻井通常是为了寻找水源，而不是石油。
实际上，他们偶然间发现石油时很懊恼，因为它把水污染了！最初，钻井是为了获得淡水和海水，前者用于饮用、洗涤和灌溉；后者用作制盐的原料。
直到19 世纪早期，由于工业化增加了对石油产品的需求，钻井采油才逐渐普及。
有记载的最早的钻井要追溯到公元前三世纪的中国。
钻井液体系介绍
PEM钻井液
国内领先近10年的环境可接受的水基防塌钻井 液体系（简称PEM泥浆体系，Protecting Environment Mud） - 满足钻井作业要求 - 满足环境保护的要求 - 满足保护油气层的要求 - 节约钻井整体成本 - 提高泥浆服务质量
PEM钻井液
应用范围： 用于中下部井眼段、强水敏性复杂地层、大斜度大位 移井，环境敏感地区作业井的作业。 基本配方（kg/m3） 预水化膨润土 烧碱 PAC-HV XC PF-JLX KCl 2040 23 35 12 3050 3050 纯碱 PF-FLO PF-PLUS PF-TEX PF-LPF 12 510 35 510 515
海水膨润土浆钻井液
常见性能： FV：30-40 s YP/PV〉2
维护处理： 用海水钻进，膨润土稠泥浆塞洗井携砂； 维持稠泥浆的YP(Pa)等于或大于PV(mPa.s)； 预水化膨润土浆配好以后，在泵入前加入石灰来提 高泥浆的粘度和切力，加入石灰后停止循环和搅动 以保持絮凝状态。
海水聚合物浆钻井液
分散体系
由水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂（简称为分散剂） 配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液区别，有时又 称为细分散钻井液。 在较深井段，需要泥浆密度较高或井眼条件可能比较复杂时，泥浆通常需要 分散，典型的分散剂有木质素磺酸盐、褐煤或单宁。它们是有效的反絮凝剂 和降滤失剂。经常使用一些含钾化学品可提高页岩稳定性。添加专门的化学 品调节或保持特定的泥浆性能。
钻井液体系分类
低固相钻井液体系
该体系的固相体积含量和类型受到控制，总的固相体积含量不能超过 610%。粘土固相体积含量不超过3%并要求钻井固相和膨润土的比 例小于2:1。该体系是不分散体系，通常使用结合添加剂作增粘剂和膨 润土增效剂。该体系的一个最显著优点是能大大提高钻井速度。
钻井液体系与材料简介
目录
钻井液概论 钻井液分类 钻井液技术的发展 我国钻井液技术发展概况 国内外钻井液技术对比分析
2
钻井液概论
3
钻井液体系介绍
PEMTM钻井液体系 PECTM钻井液体系 PRDTM储层钻进液 小阳离子钻井液体系 油基钻井液体系 其他钻井液体系简介
4
PEM钻井液体系 钻井液体系
国内领先近10年的环境可接受的水基防塌钻 国内领先近 10 年的 环境可接受的水基防塌钻 10年的 井液体系（ 简称PEM 泥浆体系， PEM泥浆体系 井液体系 （ 简称 PEM 泥浆体系 ， Protecting Mud） Environment Mud） - 满足钻井作业要求 - 满足环境保护的要求 - 满足保护油气层的要求 - 节约钻井整体成本 - 提高泥浆服务质量
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PEC 钻井液体系
Polymer Enhance Cation Drilling Fluid
TM
10
PEC钻井液体系
主剂PF-JMH-YJ（有机正电胶材料）： 主剂PF-JMH-YJ（有机正电胶材料）： PF PF-JMH-YJ是由阳离子单体合成的，由于机理是需要有强的正电荷，因此 是由阳离子单体合成的，由于机理是需要有强的正电荷， 是由阳离子单体合成的 和小阳离子不同，在阳离子单体的选择上选择了强正电荷的阳离子单体， 和小阳离子不同，在阳离子单体的选择上选择了强正电荷的阳离子单体，而 且在合成工艺上减少了因自聚以及可能造成阳离子电荷下降的因素， 且在合成工艺上减少了因自聚以及可能造成阳离子电荷下降的因素，另外还 在控制分子量上使其分子量降低，从而保证该产品具有高的正电荷， 在控制分子量上使其分子量降低，从而保证该产品具有高的正电荷，其机理 主要是由于粘土表面都带负电荷的，地层粘土矿物高，也会带负电荷， 主要是由于粘土表面都带负电荷的，地层粘土矿物高，也会带负电荷，水进 入后势必会造成水化膨胀，而采用正电荷进入后， 入后势必会造成水化膨胀，而采用正电荷进入后，通过电荷中和使其压缩双 电层，因而减少粘土水化膨胀的可能性，以达到抑制的效果。 电层，因而减少粘土水化膨胀的可能性，以达到抑制的效果。 主剂PF JHA(聚醇醚材料 PF聚醇醚材料）： 主剂PF-JHA(聚醇醚材料）： 醇醚润滑剂是由天然物质（聚乙烯醚的衍生物）经精练提纯后， 醇醚润滑剂是由天然物质（聚乙烯醚的衍生物）经精练提纯后，在一定的 温度和压力下，进行相关的化学处理，使其具有活泼的反应性基团， 温度和压力下，进行相关的化学处理，使其具有活泼的反应性基团，再与低 分子烷氧基化合物缩合而成，由于其固有的结构特征， 分子烷氧基化合物缩合而成，由于其固有的结构特征，使醇醚润滑剂具有与 其他润滑剂比较更为突出的特点。该材料同样具有“浊点”行为。 其他润滑剂比较更为突出的特点。该材料同样具有“浊点”行为。
油基钻井液体系介绍
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油基钻井液基础
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水滴大小及其分布
80/20乳状液 的放大图
80/20乳化不良
➢分散液滴越小，体系分布均匀，稳定性好 ➢分散相增多，可变形粒子增多
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泥浆塘沽基地系列培训教材 油基钻井液体系介绍
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目录
油基钻井液基础 PDF-MOMSM钻井液体系 HTHP-MOMSM钻井液体系 PDF-SBMSM钻井液体系 PDF-SBMⅡSM钻井液体系
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油基钻井液基础
Oil Base Mud Basic Class
➢闪点及燃点分别在82℃及93℃以上； ➢白油苯胺点在60℃以上； ➢粘度不易过高，便于对流变性进行调控；
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油基钻井液基础
（2）水相
淡水、海水或盐水均可作为水相
➢ 有效控制水相活度，消除泥、页岩水化膨胀，保证井壁稳定 ➢ 有的盐类可降低水相的表面张力，对乳状液起稳定作用 ➢ 增加抗地下水或盐类的污染能力 ➢ 可提高乳状液密度
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油基钻井液基础
（3）乳化剂
乳化剂是乳状液能否稳定的成具有一定强度的吸附膜，阻止液滴碰撞时发生聚
并而使乳状液稳定
➢ 降低油水界面张力，使得体系稳定 ➢ 增加外相粘度，增加液滴发生碰撞阻力
泥浆中心产品： 主乳化剂：PF-MOEUAL
钻井液体系总汇分类
钻井液的种类（1）稳定泡沫钻井液技术稳定泡沫钻井液是一种低密度钻井液体系，是在钻井液中加入表面活性剂，降低气、液、固三相表面张力，使空气均匀、稳定地存在于体系中，从而降低钻井液密度。
其特点是能够产生低于水的表观密度，在低压地层中产生微泡膨胀桥堵孔隙，保护油气层，提高勘探开发的综合效益。
通过对稳定泡沫钻井液系统研究，开发出适合大港油田低压油气藏特点的稳定泡沫钻井液体系。
我公司进行了稳定泡沫钻井液技术研究，形成了研究成果。
在现场应用中实现钻井液密度可调、泡沫稳定时间较长、抗污染能力强等优点。
在官新10-16井进行了现场试验，现场钻井液密度达到0.7g/cm3,收到了预期的效果。
2003年我公司在长庆油田气探井的服务中成功应用该钻井液技术，解决了低压气藏储层保护的难题。
（2）无固相欠平衡钻井液技术无固相欠平衡钻井液主要是为了解决低压、低渗油气藏而研究的钻井液体系，控制合理的钻井液密度实现欠平衡条件，减少钻井液滤液对储层的损害是该技术的核心，它适用于灰岩地层、稳定的砂泥岩地层。
1999年完成了第一口井深为5191.96m板深7井，所用的钻井液体系为具有防H2S损害、CO2腐蚀及防水锁损害的无土相钻井液，体系的特点主要表现在：体系采用无土相有利于保护油气层；体系的抑制性较强；体系具有防腐能力；体系便于维护；有利于清洗井眼，由于采用欠平衡有利于提高机械钻速；成本低。
到2002年使用该钻井液体系，相继完成了板深8、板深4、千18－18、西G2等16口井的现场应用，使用最高密度为1.42g/cm3，最低密度为0.84g/cm3。
该体系在现场应用中取得了明显的效果，尤其在保护油气层方面成果显著，该体系在大港油田首次欠平衡探井施工作业中一举成功，在所实施井中平均恢复值达到88%，实施井均获得良好的油气显示，为发现和保护油气层展现了光明的前景，尤其板深7井最为突出，经过5～11mm油嘴多次测试，平均产气量为1×105m3/d，其中轻质油31.75 m3/d，完钻后测试表皮系数为-1.35，投产后井口压力和油气产量相对稳定。
钻井液基本解析
此外，结合国际钻井液分类方法，我国还将钻井液分为以下8个类别
1、聚合物钻井液体系：以聚合物作为主处理剂的水基钻井液。 2、钾基钻井液体系：钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、 钙）盐和KCI为主处理剂的防塌钻井液。 3、饱和盐水钻井液体系：常温下氯化钠含量达到饱和的水基钻井液。它 可以用饱和盐水配成，亦可先配成钻井液再加盐至饱和。 4、分散钻井液体系：加有分散剂的水基钻井液。如以磺化栲胶、磺化褐 煤和磺化酚醛树脂作为主处理剂的三磺钻井液具有较强的抗温能力，适于 在深井和超深井中使用。 5、钙处理钻井液体系：经石灰、石膏或氯化钙等处理剂处理的水基钻井 液。该钻井液的组成特点是体系中同时含有一定浓度（质量浓度）的 Ca2+和分散剂。
7、帮助收集与解释从钻屑、岩芯与测井所得到的信息。
但是，钻井实践表明，作为一种优质的钻井液，仅做到以上几点是不够的。 为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须 具有： 1、钻井液对人和环境无损害。 2、对所钻井眼，不需要特别和昂贵的完井方法。
3、不能干扰生产井的正常生产。
4、不能腐蚀钻井设备。 一般情况下，钻井液成本只占钻井总成本的7％～10％，然而先进的钻井 液技术往往可以成倍地节约钻时，从而大幅度地降低钻井成本，带来十分
3、稳定泡沫
注：钻井液中的固相分为两种类型，即活性固相（ActiveSolids）和惰性固相（Ineri Solids）。凡是容易 发生水化作用或易与液相中某些组分发生反应的称为活性固相，反之则称为惰性固相。前者主要指膨润 土，后者包括石英、长石、重晶石以及造浆率极低的粘土等。除重晶石外，其余的惰性固相均被认为是 有害固相，是需要尽可能加以清除的物质。
加重剂
SDMC 重晶石 英文：Barite powder SL—BAR 加重剂 产品描述：重晶石是一种以BaSO4为主要成分的天然矿石，经过机械加工 而成的灰白色粉末产品。主要用于提高密度不超过2.30g/cm3的水基钻井 液和油基钻井液的密度。 SL—BAR技术要求 性能 指标 密度，g/cm3 ≥4.20 水溶性碱金属（以钙计），mg/kg ≤250 大于75μm的筛余物质量分数，%（m/m） ≤3.0
第二章 钻井液体系
第二章钻井液体系目前，国内常用的钻井液体系分为水基、油基和含气钻井液三大系列。
水基钻井液因使用方便、配制简单、价格低廉、对环境污染较小而应用广泛；油基钻井液由于其良好的抗泥页岩水化膨胀缩径性能而主要应用于泥页岩水化缩径严重的区块和对油气层保护要求较高的井；含气钻井液主要用于钻易漏的低压底层。
上世纪90年代又成功发展出合成基钻井液、超低渗透钻井液和不渗透钻井液并在大量井现场应用中取得良好的效果。
合成基钻井液对环境污染更小，并具有部分油基钻井液的特性，能很好的保持井壁稳定；超低渗透钻井液和不渗透钻井液在防止地层损害和提高油气井产量上有较突出的效果而得到较广泛的应用；各种钻井液体系是人们在钻井液技术发展过程中不断实践创造和完善的，不要死记硬背，生搬硬套，而应该对其熟练掌握、灵活应用，并在解决所遇到的各种钻井液问题中不断总结，积累并不断的加以完善。
一、膨润土浆（坂土浆）1、膨润土浆是常用的水基钻井液的基础结构，用于代替清水开钻，形成泥饼以加固上部地层井壁防止冲坏基础和防止井漏；也用于储备钻井液，在钻井过程中各种事故复杂处理后钻井液量不足时用于做配制钻井液的基浆。
2、常规膨润土浆配方：（1）钠膨润土：水+ 0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3 纯碱+ 6-10% 钠膨润土（2）钙膨润土：水+ 0.3-0.5%烧碱+ 8-12% 钙膨润土+ 纯碱（钙膨润土的6%）配置好水化24小时以后可加入0.1-0.3%的CMC-LV护胶降失水。
土是膨润土浆的基础结构，烧碱用于除去水中镁离子和调节膨润土浆PH值并促进膨润土水化，纯碱用于除去水中钙离子和促进膨润土水化；实际应用中，烧碱和纯碱的加量可根据配浆水中的钙镁离子含量来适当增减调节。
3、配置步骤（1）清淘干净一个配浆罐，用清水清洗干净后装入配浆水（配浆水要求总矿化度小于1000mg/L）。
（2）软化配浆水：检测配浆水中钙镁离子含量，根据钙镁离子含量加入纯碱、烧碱除去配浆水中钙镁离子，软化水质，以提高膨润土的造浆率，使配制出的膨润土浆有较理想的粘度。
第二章钻井液体系
第二章钻井液体系第二章钻井液体系目前，国内常用的钻井液体系分为水基、油基和含气钻井液三大系列。
水基钻井液因使用方便、配制简单、价格低廉、对环境污染较小而应用广泛；油基钻井液由于其良好的抗泥页岩水化膨胀缩径性能而主要应用于泥页岩水化缩径严重的区块和对油气层保护要求较高的井；含气钻井液主要用于钻易漏的低压底层。
上世纪90年代又成功发展出合成基钻井液、超低渗透钻井液和不渗透钻井液并在大量井现场应用中取得良好的效果。
合成基钻井液对环境污染更小，并具有部分油基钻井液的特性，能很好的保持井壁稳定；超低渗透钻井液和不渗透钻井液在防止地层损害和提高油气井产量上有较突出的效果而得到较广泛的应用；各种钻井液体系是人们在钻井液技术发展过程中不断实践创造和完善的，不要死记硬背，生搬硬套，而应该对其熟练掌握、灵活应用，并在解决所遇到的各种钻井液问题中不断总结，积累并不断的加以完善。
一、膨润土浆（坂土浆）1、膨润土浆是常用的水基钻井液的基础结构，用于代替清水开钻，形成泥饼以加固上部地层井壁防止冲坏基础和防止井漏；也用于储备钻井液，在钻井过程中各种事故复杂处理后钻井液量不足时用于做配制钻井液的基浆。
2、常规膨润土浆配方：（1）钠膨润土：水+ 0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3纯碱+ 6-10%钠膨润土（2）钙膨润土：水+ 0.3-0.5%烧碱+ 8-12%钙膨润土+纯碱（钙膨润土的6%）配置好水化24小时以后可加入0.1-0.3%的CMC-LV护胶降失水。
土是膨润土浆的基础结构，烧碱用于除去水中镁离子和调节膨润土浆PH值并促进膨润土水化，纯碱用于除去水中钙离子和促进膨润土水化；实际应用中，烧碱和纯碱的加量可根据配浆水中的钙镁离子含量来适当增减调节。
3、配置步骤（1）清淘干净一个配浆罐，用清水清洗干净后装入配浆水（配浆水要求总矿化度小于1000mg/L ）。
（2）软化配浆水：检测配浆水中钙镁离子含量，根据钙镁离子含量加入纯碱、烧碱除去配浆水中钙镁离子，软化水质，以提高膨润土的造浆率，使配制出的膨润土浆有较理想的粘度。
钻井液知识
钻井液的概念：钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。
粘土是具有可塑性的、软、有各种颜色的泥土。
一般是含水氧化铝的硅酸盐，由长石和其它硅酸盐分解而成，颗粒直径约在0.1-100µm之间，在水中有分散性，带电性、离子交换性，属于多级分散体系。
简单地说，钻井液是粘土分散在水中形成的溶胶悬浮体（颗粒直径小于2µm）为使钻井液满足钻井工艺要求，常加入各种化学处理剂及惰性物质来调节钻井液的性能，使钻井液“由稀变稠，由稠变稀”。
因此钻井液的性能变化受粘土、水和化学处理剂三方面因素的影响。
我国标准化委员会钻井液分委会将钻井液分为八种：1、淡水钻井液：由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。
2、钙处理钻井液；3、不分散低固相聚合物钻井液；4、盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）5、饱和盐水钻井液；6、钾基钻井液；7、油基钻井液；8、气体（包括一般气体及气泡）钻井液。
各类新型钻井液体系：正电胶（MMH）钻井液体系、聚合物-铵盐钻井液体系、两性离子聚合物钻井液体系、大小阳离子钻井液体系、水基无粘土相钻井液。
我国于1986年经钻井液标准化委员会研究决定，把钻井液材料分为16类：1、粘土类：主要用来配制原浆，亦有正反增加粘切、降低漏失量作用，常用的膨润土、抗盐土及有机土等；2、加重材料：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力，防塌防喷；3、降滤失剂：主要用来降低钻井液的漏失量，常用的有CMC、预先胶化淀粉，聚丙烯酸盐等；4、降粘剂：改善钻井液的流动特性，如粘度、切力，以增加可泵性，减少摩阻。
常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、木质素磺酸盐等5、增粘剂：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。
常用的有CMC、高聚物、预先胶化淀粉等。
6、润滑剂：主要用来降低摩阻系数，减小扭矩，增加钻头的水马力以及防止粘卡。
常用的有某些油类、石墨、塑料小球及表面活性剂。
钻井液概述—钻井液的组成和分类
任务一：
钻井液的组成和分类
课程名称：泥浆材料检测与应用
知识点 01 知识点 02 知识点 03
钻井液的定义和组成 分散体系的分01 钻井液的组成和分类
知识点 1 钻井液的定义和组成
钻井液,又称泥浆或钻井泥浆，是石 油钻井的“血液”。 在油气钻井过程中，以其多种功能满
足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
一、钻井液的组成：
钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组 成。液相可以是水（淡水、盐水）、油（原 油、柴油）或乳状液（混油乳状液和反相乳 状液）。固相包括有用固相（膨润土、加重 材料）和无用固相（岩屑）。
项目一：钻井液概述
任务 01 钻井液的组成和分类
知识点 2 分散体系的分类
胶； 互不相溶液体组成的液-液溶胶，例如牛奶、原油等乳状
液； 液体和气体组成的液-气溶胶，例如泡沫。
➢固溶胶 包括固-固溶胶，例如有色玻璃，不完全互溶的合金；固-
液溶胶，例如珍珠、某些宝石； 固-气溶胶，例如泡沫塑料、沸石分子筛。
➢气溶胶 气-固溶胶，例如烟、含尘的空气； 气-液溶胶，例如雾、云。
（3）盐水钻井液和饱和盐水钻井液
盐水钻井液是用盐水（或海水）配制而成的。 含盐量从1%（Cl-质量浓度为6000mg/L）直至饱和 （Cl-质量浓度为189000mg/L）之间均属此种类型。
特点：对黏土具有较强抑制性
饱和盐水钻井液是指钻井液中NaCl含量达到饱 和时的盐水钻井液体系。它可以用饱和盐水配成， 或可先配成钻井液再加盐至饱和。可作为完井液或 修井液。
（8）合成基钻井液
合成基钻井液是以人工合成的有机化合物作为 连续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、降滤失 剂、流型改进剂的一类新型钻井液。有机物为无毒 并且能够生物降解的非水溶性有机物。
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将聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性能的钻井液
体系称为聚合物钻井液。
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§7-4 聚合物钻井液 第二章 第三节 粘土的水化膨胀作用 钻井液工艺原理电子教案
一、聚合物钻井液概述
1．发展概况 聚合物钻井液最初是为提高钻井效率开发研究的。研究资料指出：钻 井液的固相含量是影响钻井速度的一个主要因素。所以，清水的钻井速度 应最高。但当时并没有能够有效清除钻井液中固相的手段。直到1958年首 次应用了聚合物絮凝剂聚丙烯酰胺 (简称PAM)后，才实现了真正的清水钻 井。PAM可同时絮凝钻屑和蒙脱土，称为完全絮凝剂。在钻井液中加入极
（2）对钻柱和设备的腐蚀性较大；
（3） 配制成本相对较高。
§7-4 聚合物钻井液 第二章 第三节 粘土的水化膨胀作用 钻井液工艺原理电子教案
聚合物钻井液是自 20 世纪 70 年代初发展起来的一种新
型钻井液体系。广义地讲，凡是使用线型水溶性聚合物作
为处理剂的钻井液体系都可称为聚合物钻井液。但通常是
的阳离子交换容量和滤液中Ca2+的浓度。粘土的阳离子交换容量越高，所
吸附Ca2+的量就越大。同时，通过控制滤液中Ca2+的浓度，可以控制钠土 转变为钙土的数量，从而控制钻井液中粘土的分散度。
另一方面，Ca2+本身是一种无机絮凝剂，会压缩粘土颗粒表面的扩散
双电层，使水化膜变薄，电动电位下降，从而引起粘土晶片面—面和端— 面聚结，造成粘土颗粒分散度下降。
用并且使用时间相当长的一类水基钻井液。
特别是在钻开表层时，至今仍然普遍使用。
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§7-1
分散钻井液
一、分散钻井液的组成
1．膨润土及原浆的配制
膨润土逐渐分散在淡水中致使泥浆的粘度、切力不断增加的过程
称为造浆，每吨粘土能配出表观粘度为15mpa· s的钻井液体积称做粘土 的造浆率。 在配置原浆时，还需要加入适量的纯碱，以提高粘土的造浆率。
§7-2 钙处理钻井液 第二章 第三节 粘土的水化膨胀作用 钻井液工艺原理电子教案
使钻井液处于适度絮凝的粗分散状态有两条途径：一是在分散钻井液
中同时加入适量的钙盐(或石灰)和分散剂；二是在受钙侵后处于絮凝状态
的钻并液中及时加入分散剂。在适度絮凝的粗分散状态中，其絮凝和分散 程度也有所区别，加人分散剂可使颗粒变细，絮凝程度降低；反之加钙盐 则使颗粒变粗，絮凝程度提高。
钻井液工艺原理电子教案 钻井液工艺原理电子教案
第二章
钻井液体系简介
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钻井液工艺原理电子教案—第七章
• 本章要点：
• 1、了解常见钻井液体系及其特点 • 2、了解几种新型钻井液及其特点
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§7-1
分散钻井液
由淡水、配浆膨润土和各种分散剂（对粘土、钻屑起分散作用的处 理剂）配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液相 区别，有时又称为细分散钻井液或淡水钻井液。它是油气钻井中最早使
一类钻井液。
由于体系中粘土颗粒处于适度絮凝的粗分散状态，因此又称之为粗分 散钻井液。
目前常用的无机絮凝剂有三种：石灰、石膏和氯化钙。为了进一步增
强其抑制性能，采用石灰和KOH联合处理，称为钾石灰钻井液。 这四种钙处理钻井液都是以 Ca2+提供抑制性化学环境，使钻井液中的 钠土转变为钙土，从而使粘土颗粒由高度分散转变为适度絮凝。钙处理钻 井液可在很大程度上克服细分散钻井液的缺点，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。
§7-4 聚合物钻井液 第二章 第三节 粘土的水化膨胀作用 钻井液工艺原理电子教案
对钻屑的分散具有良好的抑制能力，处理过的钻井液体系中亚微米颗粒 含量明显低于其它类型的水基钻井液，这对提高钻井速度是十分有益的。
这类新型的聚合物钻井液体系称为“不分散低固相聚合物钻井液”。1966
年，泛美石油公司在加拿大西部油田首次系统地使用了这种不分散低固相 聚合物钻井液，大幅度提高了钻速。随后，这种钻井液体系在世界范围内
OH-所导致的结果。因此，在使用盐水钻井液时应注意及时补充烧碱，以便
维持一定的pH值。一般情况下，盐水钻井液的pH值应保持在9.5~11.0之间。
7-3 盐水钻井液 第三节 §粘土的水化膨胀作用 钻井液工艺原理电子教案 第二章
优点： （1）由于矿化度高，因此这种体系具有较强的抑制性，能有效地抑制 泥页岩水化，保证井壁稳定； （2）不仅抗盐侵的能力很强，而且能够有效地抗钙侵和抗高温，适于
§7-1
分散钻井液
2、缺点：（分散钻井液在使用、维护过程中存在难克服的缺点和局限
性）： (1) 性能不稳定，容易受粘土和可溶性盐类的污染。钻遇盐膏层时，少 量石膏、岩盐就会使钻井液性能发生较大的变化； (2) 滤液的矿化度低，容易引起井壁附近的泥页岩水化、松散、垮塌， 并使井壁的岩盐溶解，即钻井液抑制性能差，不利于防塌； (3)体系中固相含量高，特别是粒径小于 1 um的亚微米颗粒所占比例相 当高，因此对机械钻速有明显的影响，尤其不宜在强造浆地层中使用； (4) 滤液侵入易引起粘土膨胀，因而不能有效地保护油气层，钻遇油气 层时必须加以改造才能达到要求。
推广应用，经受了不同地层、不同井深和不同密度等方面的考验，在提高
钻井速度和降低钻井成本等方面效果显著，证明是一种技术先进的钻井液 体系。1971年，在第八届世界石油大会上，不分散低固相聚合物钻井液的
成功开发被列为70年代初钻井工艺最有影响的新进展之一，表明对钻井技
术发展的促进作用是显著的。
§7-4 聚合物钻井液 第二章 第三节 粘土的水化膨胀作用 钻井液工艺原理电子教案
§7-1
3．硫化氢污染
分散钻井液
H2S 主要来自含硫地层，此外某些磺化有机处理剂以及木质素磺酸盐 在 井底高温下 也会分解产生 H2S 。 H2S 对 人有很强的 毒性 ，在其浓度为 800mg／L以上的环境中停留就可能因窒息而导致死亡。同时，H2S对钻具和 套管有极强的腐蚀作用。总的腐蚀过程可用下式表示：(臭鸡蛋味) Fe+xH2S＝FeSx+xH2
剂的用量。由于采取的是化学清除方法，因此确定处理剂
用量的基本原则是：所用处理剂与污染物在钻井液滤液中 的当量浓度应保持相等。
§7-2 钙处理钻井液 第二章 第三节 粘土的水化膨胀作用 钻井液工艺原理电子教案
钙处理钻井液是在使用分散钻井液的基础上，于20世纪60年代发展起 来的具有较好的抗盐、抗钙污染能力和对泥页岩水化具有较强抑制作用的
§7-2 钙处理钻井液 第二章 第三节 粘土的水化膨胀作用 钻井液工艺原理电子教案
一、钙处理钻井液的配制原理及特点 Ca2+改变粘土分散度的作用机理，可以从以下两方面来理解。 一方面，Ca2+通过Na+／Ca2+交换，将钠土转变为钙土。钙土水化能 力弱，分散度低，故转化后体系分散度明显下降。转化的程度取决于粘土
少量的PAM即可使钻屑絮凝而全部除去。清水钻井大大提高了钻速，但因
其携带钻屑能力差，滤失量大，影响井壁稳定等缺点，不能广泛使用，只 能用于地层特别稳定的浅层井段。1960年，发现有两类高聚物，即部分水 解聚丙烯酰胺 ( 简称 PHPA 或 PHP) 和醋酸乙烯酯 — 马来酸酐共聚物 ( 简称 VAMA)，具有选择性絮凝作用。
§7-1
2、分散剂和钻井液
分散钻井液
用于分散型钻井液的降粘剂（分散剂）种类较多，主要降粘剂有丹
宁碱液、铁铬木质素磺酸盐、褐煤及其改性产品；主要降滤失剂有：钠羧
甲基纤维素CMC、聚阴离子纤维素、磺化褐煤或磺化酚醛树脂；烧碱调 节pH值；重晶石做加重剂。 国内深井、超深井使用的抗高温钻井液-三磺钻井液配方：磺化丹宁 或磺化栲胶、磺化褐煤、磺化酚醛树脂。重铬酸钾和Span-80提高抗温性。
§7-1
分散钻井液
二、分散钻井液的特点
分散钻井液的主要特点是粘土在水中高度分散，正是通过高度分散的 粘土颗粒使钻井液具有所需的流变和降滤失性能。 1、优点 (1)配制方法简便、成本较低；
(2)固相容量高，适于配制高密度钻井液，密度可高达2.00g／cm3以上；
(3)抗温能力较强，比如以磺化栲胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂为主处理 剂的三磺钻井液是我国常用于钻深井的分散钻井液体系，抗温可达 160200℃。
土颗粒的水化膨胀和分散，并在分散剂的协同作用下，形成抑制性粗分散钻
井液的。 盐水钻井液的pH值一般随含盐量的增加而下降，这一方面是由于滤液中 的Na+与粘土矿物晶层间的 H+发生了离子交换；另一方面则是由于工业食盐 中含有的 MgCl2 杂质与滤液中的 OH- 反应，生成 Mg(OH)2 沉淀，从而消耗了
关于腐蚀的机理，目前普遍认为是由于氢脆的发生。
由于H2S、HS-、S2-以及FeSx等的存在，电离出的H+会迅速地吸附在金 属表面，并进而渗入金属晶格内，转变为原子氢。当金属内有夹杂物、晶 格错位现象或其它缺陷时(通常都比较严重)，原子氢便在这些易损部位聚结，
结合成H2。
§7-1
分散钻井液
4. 清除污染物所需处理剂用量的确定 在判断出进入钻井液的是何种污染物，并已决定选用 何种处理剂将其清除之后，剩下的问题就是如何确定处理
钻含岩盐地层或含盐膏地层，以及在深井和超深井中使用；
（3）由于其滤液性质与地层原生水比较接近，故对油气层的损害较轻； （4）由于钻出的岩屑不易在盐水中水化分散，在地面容易被清除，因
而有利于保持较低的固相含量；
（5）盐水钻井液还能有效地抑制地层造浆，流动性好，性1
分散钻井液
三、钻井液的受侵及其处理
其中最常见的是钙侵、盐侵和盐水侵，此外还有Mg2+、CO32-、H2S