钻井液完井液化学
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钻井液与完井液1
钻井液密度
– 平衡地层压力，防止井喷、井漏和钻井液受地层流 体的污染；
– 平衡地层压力，保持井壁稳定，防止井塌； – 实现近平衡钻井技术，减少压持效应，提高机械钻
速； – 合理选择打开油气层的钻井液密度，减少钻井液对 产层的伤害。 • 用比重秤测定。
18
钻井液的含砂量
– 定义:钻井液中不能通过200目筛的固相的体 积占钻井液体积的百分数。一般要求小于0.5 ％。
主要解决问题： 快速钻井 保护油气层
典型技术： 不分散低固相钻井液 气体钻井 保护油气层的完井液 合成基钻井液 抗高温钻井液
28
国内钻井液技术发展特点
• 同样经历了这些阶段，但滞后一定时间; • 水基体系的研究应用比油基体系多; • 深井水基钻井液、防塌钻井液、聚合物钻井液理论较成
熟； • 成功研制了一些钻井液处理剂，如FA367, XY27, SMP,
广义完井液 —— 一切与产层接触的流体（各种盐水、 聚合物溶液、钻井液、泡沫等）。
狭义完井液 —— 钻开油气层的钻井液（钻开液）。 (completion fluid)
4
第二节、 钻井液的组成、类型及性能
1. 钻井液的组成 主要由水、粘土和添加剂组成的体系 分散介质+分散相+化学处理剂 连续相+不连续相 液相+固相+化学处理剂
用组分表示的配方为： 5%膨润土浆+1%处理剂
配方表示的特点： • 用W/V百分数表示组分。 • 不考虑处理剂的体积。
7
钻井液的组成示例
8
2. 钻井液的分类 分类方法多
通常根据分散介质分为四大类：
水基钻井液（Water-Base Drilling Fluids） 油基钻井液（Oil-Base Drilling Fluids） 气态钻井液（Gas-Base Drilling Fluids） 合成基钻井液(Synthetic-Base Drilling Fluids)
钻井液完井液化学.ppt
3. 常见降粘剂
▪ 单宁酸钠（NaT） ▪ 磺甲基单宁（SMT） ▪ 铁铬木质素磺酸盐 (FCLS) ▪ 两性离子聚合物降粘剂（XY -27） ▪ SSMA(磺化聚苯乙烯顺丁烯二酸酐钠盐）
铁铬木质素磺酸盐 (FCLS)的使用 —— 通常配制成碱液使用。 • FCLS碱液的配制
FCLS : NaOH = 3 ~ 5 :1
(4) 絮凝剂选择方法 仪 器: 几个带塞量筒。 方 法：
10分钟 30分钟 60分钟
评价标准： 指定时间内絮凝物下降的高度。
习题 1、3、4
第六章 水基钻井液体系
水基钻井液体系 钻井液体系 油基钻井液体系
气态钻井液体系 合成基钻井液体系
水基钻井液： 水基分散型钻井液 水基抑制性钻井液 水基聚合物钻井液 正电胶钻井液 抗高温水基钻井液
配浆 —— 配制原浆 原浆：仅由水 + 膨润土组成的一种初始钻井液。 基浆：原浆 + 处理剂
膨
润土 钠 钙
膨 润C 土a土（） 膨 润N 土a土（）
钙膨润土特点：
Ca++价数高，与晶层吸引力强，水中不易分散； Ca++半径大，水化差，胶粒周围扩散双电层薄，造浆性差。
性能上表现为：
表观粘度小、造浆率低、静失水量大。
长链高分子中的吸附基能够与粘土粒子表面氧、氢 氧发生氢键吸附，由于高聚物分子链很长，可以吸附在 几个粘土粒子上，使它们桥联在一起。同时，这种吸附 了几个粘土颗粒的长链分子相互间通过共同吸附粘土颗 粒彼此互相缠绕在一起，形成絮凝团块。这种絮凝团块 容易脱水收缩、密度增高，从而容易下沉，失去沉降稳 定性。
烧碱量 = 2 1/100 =0.02 （t） 答：需要褐煤 0.3 t，烧碱0.02t。
油田化学-第二章钻井液化学-第一～三节
二、钻井液的固含量 （一）定义 泥浆中所含固相物质的多少称为泥浆 的固相含量，一般用体积百分数来表 示。 （二）分类 根据钻井液中固体的性质可将其分为 活性固体和惰性固体两类：
活性固体
这些固体在水中水化分散，它们的物理化 学性质受水中离子和钻井液处理剂的影响， 如粘土。 活性固体受化学剂处理以后
例如泥浆中2Na+ 与 Ca 2+的交换吸附； 饱含盐水泥浆PH下降，Na+ 与 H+的交 换吸附。
可以控制钻井液的性质。 惰性固体
这些固体不溶于水，它在水中也不水化分 散，如重晶石、石灰石等。
（三）钻井液固含量对钻速的影响 水是钻速最快的液体，当水中加入
固体物质以后将导致钻速下降。固含 量越高，钻井速度越慢。 空气和天然气是钻速最快的流体。 固相含量是影响钻速最主要的因素， 因而现代钻井工艺中特别强调控制固 相含量。
Vf
Cc A K( 1)P t Cm u
Cc K( 1)P t Cm A u
A：滤饼面积（cm2）； K：滤饼的渗透率（达西）； ：钻井液滤液粘度（厘泊）； ΔP：压差（Pa）；T：时间（s）； Cc：滤饼中固相的体积分数； Cm：钻井液中固相体积分数；
其中 固相含量系数 、K主要由钻 井液固相含量、固相类型、颗粒分布以及 水化分散程度有关，具体来讲： 钻井液中优质活性固体——膨润土含量增 加一般滤失量下降。然而钻井液中固相含 量增加会使钻井液粘度升高，为了使钻井 液有好的流动性，不采用提高钻井液固相 含量的方法来降低滤失量。 降滤失剂如CMC、磺甲基褐煤、酚醛树 酯等能堵塞滤饼的孔，降低K。
家住高桥镇的周永祥告诉记者，23日 晚10时20分左右，他正在家里看电视， 忽然闻到一股刺鼻的煤气味道，他还 以为是家里的煤气罐泄漏，就跑到厨 房去检查，没发现什么问题。后来， 味道越来越浓，他预感不妙，赶紧到 街上看情况。结果让他大吃一惊：街 上几个八九岁的小孩走路都走不稳了， “歪歪倒倒，像喝醉了酒一样”！
钻井液完井液化学2
γ
τ
P；P；
0
τ
0
γ
0
Q；V；n
6
粘度 Viscosity
同义名称：有效粘度、视粘度。 常用符号：η 定 单 义： η= τ/ γ(单位剪切速率的剪切应力)。 位： η= τ/ γ= dyn/cm2/s-1 = dyn.s/cm2 = 泊 1泊 = 100cp = 100mPa.s = 1dyn.s/cm2=0.1Pa.s
28
影响因素（类似于静切力）： 单个链环的强度—— 颗粒间引力—— 电位、水化膜 厚度。 结构链环数目/单位体积（结构密度）—— 颗粒浓度、 分散度。 调整方法： 升τo—— 提高 c、分散度，降低 及水化膜厚度，加增 粘剂。 降τo—— 冲稀、加降粘剂拆结构。
29
二、钻井液的粘度
26
静切力的实际应用
（1）悬浮岩屑和加重材料 悬浮岩屑（球形）所需静切力为： τs（dyn/cm2) = 980d(岩- 浆）/6 d----颗粒直径，cm
G =重力-浮力
τs
经验数据：
初切力 =2~6 Pa时，可达到良好的悬浮能力。 终切力 =2初切力，属于良好型触变体。
终切力 =5初切力，属于递增型触变体。此时，会造成泵压过高，易
2
稳定流动类型的变化 塞流 Plug Flow---流体象塞子一样流动，流速为常数. 稳定流 层流 Laminar Flow---流体分层运动。任意流层与相邻流
层方向相 同，流速不同。
紊流 Turbulent Flow---流体内形成无数小旋涡。任一定
点的流速，其大小、方向都在进行着不规则的、连续的变化。
τ
15
塑性粘度 Plastic Viscosity 定 义：塑性流体与其结构强弱无关的粘度。 常用符号： ηs、PV 单 位：公制：dyn.s/cm2、泊、厘泊。 国际：Pa.s、mPa.s 模式讨论 τ- τ0 = ηs γ 或者 η= ηs+ τ0/ γ 优点： γ 0， τ τ0 能够反映多数钻井液具有内部结构情况。 γ ，η 能够反映多数钻井液的剪切稀释性。 γ， η ηs 能够反映出钻井液的极限粘度。 缺点： 低剪切速率下： τ实> τ宾 表明模型拟合实际曲线有较大 偏差.
τ
P；P；
0
τ
0
γ
0
Q；V；n
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粘度 Viscosity
同义名称：有效粘度、视粘度。 常用符号：η 定 单 义： η= τ/ γ(单位剪切速率的剪切应力)。 位： η= τ/ γ= dyn/cm2/s-1 = dyn.s/cm2 = 泊 1泊 = 100cp = 100mPa.s = 1dyn.s/cm2=0.1Pa.s
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影响因素（类似于静切力）： 单个链环的强度—— 颗粒间引力—— 电位、水化膜 厚度。 结构链环数目/单位体积（结构密度）—— 颗粒浓度、 分散度。 调整方法： 升τo—— 提高 c、分散度，降低 及水化膜厚度，加增 粘剂。 降τo—— 冲稀、加降粘剂拆结构。
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二、钻井液的粘度
26
静切力的实际应用
（1）悬浮岩屑和加重材料 悬浮岩屑（球形）所需静切力为： τs（dyn/cm2) = 980d(岩- 浆）/6 d----颗粒直径，cm
G =重力-浮力
τs
经验数据：
初切力 =2~6 Pa时，可达到良好的悬浮能力。 终切力 =2初切力，属于良好型触变体。
终切力 =5初切力，属于递增型触变体。此时，会造成泵压过高，易
2
稳定流动类型的变化 塞流 Plug Flow---流体象塞子一样流动，流速为常数. 稳定流 层流 Laminar Flow---流体分层运动。任意流层与相邻流
层方向相 同，流速不同。
紊流 Turbulent Flow---流体内形成无数小旋涡。任一定
点的流速，其大小、方向都在进行着不规则的、连续的变化。
τ
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塑性粘度 Plastic Viscosity 定 义：塑性流体与其结构强弱无关的粘度。 常用符号： ηs、PV 单 位：公制：dyn.s/cm2、泊、厘泊。 国际：Pa.s、mPa.s 模式讨论 τ- τ0 = ηs γ 或者 η= ηs+ τ0/ γ 优点： γ 0， τ τ0 能够反映多数钻井液具有内部结构情况。 γ ，η 能够反映多数钻井液的剪切稀释性。 γ， η ηs 能够反映出钻井液的极限粘度。 缺点： 低剪切速率下： τ实> τ宾 表明模型拟合实际曲线有较大 偏差.
钻井液和完井液化学—第七章 油基钻井液
油基钻井液的组成与性能
油基钻井液的组成与性能
9．油基钻井液的配制
大多数情况下，油基钻井液是在生产现场配制 而成的。为了能够形成稳定的油包水乳状液，在配 制时必须按照一定的步骤和顺序将各种组分混合在 一起。
油基钻井液的组成与性能
二、油基钻井液的性能
由于油基钻井液的连续相是油，因此在性能上与 水基钻井液有较大区别： 1．密度 温度和压力对密度的影响：钻井液作为一种多相 流体，既具有热膨胀性，又具有可压缩性，因此其 密度是温度和压力的函数。 密度的调控方法：通常使用的油基钻井液的密度为 0.84~ 2.64 g/cm3 。 最常用的加重材料是重晶石和碳 酸钙。不使用加重材料，而采取调整油水比和改变水 相密度的方法也能在一定程度上控制油基钻井液的密 度。
油基钻井液的组成与性能
2．流变性
油包水乳化钻井液是水滴和各种固相颗粒分散在油相中 形成的多相分散体系，影响其流变性能的因素及影响程度与 水基钻井被有较大区别。下面着重讨论各组分和温度、压力 对流变性的影响．
1)油基钻井液中各组分对流变性的影响
使用一种具有典型配方的油包水乳化钻井液，在只改变其 中一种组分加量，而其余组分加量维持不变的情况下，分别 测定其流变参数。实验结果表明，随着有机土、重晶石、含 水量(常用水油比表示)和乳化剂的逐渐增加，钻井液的表观粘 度依次增大，均呈现出一种规律性的变化。油基钻井 Nhomakorabea的组成与性能
5．亲油胶体
习惯上将有机土、氧化沥青以及亲油的褐煤粉、 二氧化锰等分散在油包水乳化钻井液油相中的固体 处理剂统称为亲油胶体，其主要作用是用做增粘剂 和降滤失剂。其中使用最普通的是有机土，其次是 氧化沥青。有了这两种处理剂，可以使油基钻井液 的性能可以像水基钻井液那样很方便地随时进行必 要的调整。
钻井液和完井液化学钻井液概论学习教案
第11页/共49页
第十二页，共49页。
钻井液的类型(lèixíng)
5．聚合物钻井液 (Polymer Drillig Fluids) 聚合物钻井液是以某些具有絮凝和包被作用
(zuòyòng)的高分子聚合物作为主处理剂的水基钻井液 。这些聚合物可使钻井液中各种固相颗粒保持在较微 细其颗主粒要(z状hǔy态ào)优。点表现在：
(3)混 油:但有时会影响(yǐngxiǎng)地质录井和测井解释。
(4)充
气:钻低压油气层时可选用充气钻井液等。
第23页/共49页
第二十四页，共49页。
钻井液的性能(xìngnéng)及测 试
钻井液的流变性
钻井液的流变性(Rheological Properties of Drilling F1uids)是指钻井 液流动和变形(biàn xíng)的特性。
第21页/共49页
第二十二页，共49页。
钻井液的性能(xìngnéng)及测 试
钻井液密度调节(tiáojié) 方加法重钻井液密度方法：
加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。在加重前， 应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相 的含量。一般情况下，所需钻井液密度越高，加重前钻井 液固含及粘度、切力应控制得越低。可溶性无机盐也是提 高密度常用方法。如保护油气(yóuqì)层清洁盐水钻井液， 通过加入NaCl，可将钻井液密度提高至1.20 g/cm3左右。
该特性通常是由不同的流变模式及其参数来表征的，最常用的流 变模式为宾汉和幂律模式。其中宾汉模式的参数为塑性粘度(PV)和 动切力(YP)；幂律模式的参数为流性指数和稠度系数。此外，漏斗 粘度、表现粘度和静切力等也是钻井浓的重要流变参数。由于钻井 液的流变性与携岩、井壁稳定、提高机械钻速和环空水力参数计算 (jìsuàn)等一系列钻井工作密切相关，因此它是钻井液最重要的性能 之一。有关内容将在第三章中作详细讨论。
第十二页，共49页。
钻井液的类型(lèixíng)
5．聚合物钻井液 (Polymer Drillig Fluids) 聚合物钻井液是以某些具有絮凝和包被作用
(zuòyòng)的高分子聚合物作为主处理剂的水基钻井液 。这些聚合物可使钻井液中各种固相颗粒保持在较微 细其颗主粒要(z状hǔy态ào)优。点表现在：
(3)混 油:但有时会影响(yǐngxiǎng)地质录井和测井解释。
(4)充
气:钻低压油气层时可选用充气钻井液等。
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钻井液的性能(xìngnéng)及测 试
钻井液的流变性
钻井液的流变性(Rheological Properties of Drilling F1uids)是指钻井 液流动和变形(biàn xíng)的特性。
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钻井液的性能(xìngnéng)及测 试
钻井液密度调节(tiáojié) 方加法重钻井液密度方法：
加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。在加重前， 应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相 的含量。一般情况下，所需钻井液密度越高，加重前钻井 液固含及粘度、切力应控制得越低。可溶性无机盐也是提 高密度常用方法。如保护油气(yóuqì)层清洁盐水钻井液， 通过加入NaCl，可将钻井液密度提高至1.20 g/cm3左右。
该特性通常是由不同的流变模式及其参数来表征的，最常用的流 变模式为宾汉和幂律模式。其中宾汉模式的参数为塑性粘度(PV)和 动切力(YP)；幂律模式的参数为流性指数和稠度系数。此外，漏斗 粘度、表现粘度和静切力等也是钻井浓的重要流变参数。由于钻井 液的流变性与携岩、井壁稳定、提高机械钻速和环空水力参数计算 (jìsuàn)等一系列钻井工作密切相关，因此它是钻井液最重要的性能 之一。有关内容将在第三章中作详细讨论。
钻井液和完井液化学—第三章 钻井液的流变性
τ0
τs
γ
第一节 钻井液的流动状态和基本概念
塑性流体流变模式与流变曲线
0 p
此式即是塑性流体 的流变模式，该式常称 τ 为宾汉模式，并将塑性 流体称为宾汉塑性流体。
0
τ
τs
γ
塑性流体机理分析
塑性流体表现上述流动特性是与它的内部结 构分不开的。例如．水基钻井液粘土颗粒表面的 性质(带电性和水化膜)极不均匀，可能出现如图 3—5所描述的三种不同连接方式，即面—面、 端—面和端—端连接，从而形成空间网架结构。
塑性流体机理分析
τ
随着结构拆散程度增大，拆散速度逐渐减小， 结构恢复速度相应增加。因此，当剪切速率增至一 定程度，结构破坏的速度和恢复的速度保持相等 τ0 (即达到动态平衡)时，结构拆散的程度将不再随剪 τs 切速率增加而发生变化，相应地粘度也不发生变化。 该粘度即钻井液的塑性粘度。因为该参数不随剪切 γ 应力和剪切速率而改变，所以对钻井液的水力计算 是很重要的。
假塑性流体
某些钻井液、高分子化 合物的水溶液以及乳状液等 均屑于假塑性流体。其流变 曲线是通过原点并凸向剪切 应力轴的曲线。 这类流体的流动特点：施 加极小的剪切应力就能产生 流动，不存在静切应力，它 的粘度随剪切应力的增大而 降低。
切应力继续增大，并超过τs时，塑性流体不能均 匀剪切，粘度随切应力的增加而 降低，即图中曲线段；继续增加 τ 切应力，粘度不随切应力的增加 而降低，图中直线段； 塑性粘度（ p 或PV）：不 随切力或流速梯度改变的粘度。 动切力（YP）：直线段延长 线与切应力的交点（τ0）为动 切应力或叫屈服值。
钻井液与完井液化学
第三章 钻井液的流变性
第三章 钻井液的流变性
钻井液的流变性是指钻井液流动和变形的特性。
τs
γ
第一节 钻井液的流动状态和基本概念
塑性流体流变模式与流变曲线
0 p
此式即是塑性流体 的流变模式，该式常称 τ 为宾汉模式，并将塑性 流体称为宾汉塑性流体。
0
τ
τs
γ
塑性流体机理分析
塑性流体表现上述流动特性是与它的内部结 构分不开的。例如．水基钻井液粘土颗粒表面的 性质(带电性和水化膜)极不均匀，可能出现如图 3—5所描述的三种不同连接方式，即面—面、 端—面和端—端连接，从而形成空间网架结构。
塑性流体机理分析
τ
随着结构拆散程度增大，拆散速度逐渐减小， 结构恢复速度相应增加。因此，当剪切速率增至一 定程度，结构破坏的速度和恢复的速度保持相等 τ0 (即达到动态平衡)时，结构拆散的程度将不再随剪 τs 切速率增加而发生变化，相应地粘度也不发生变化。 该粘度即钻井液的塑性粘度。因为该参数不随剪切 γ 应力和剪切速率而改变，所以对钻井液的水力计算 是很重要的。
假塑性流体
某些钻井液、高分子化 合物的水溶液以及乳状液等 均屑于假塑性流体。其流变 曲线是通过原点并凸向剪切 应力轴的曲线。 这类流体的流动特点：施 加极小的剪切应力就能产生 流动，不存在静切应力，它 的粘度随剪切应力的增大而 降低。
切应力继续增大，并超过τs时，塑性流体不能均 匀剪切，粘度随切应力的增加而 降低，即图中曲线段；继续增加 τ 切应力，粘度不随切应力的增加 而降低，图中直线段； 塑性粘度（ p 或PV）：不 随切力或流速梯度改变的粘度。 动切力（YP）：直线段延长 线与切应力的交点（τ0）为动 切应力或叫屈服值。
钻井液与完井液化学
第三章 钻井液的流变性
第三章 钻井液的流变性
钻井液的流变性是指钻井液流动和变形的特性。
(完整word版)第1章钻井液完井液化学
第1章钻井液完井液化学1。
1粘土胶体化学基础 (3)1。
1.1粘土矿物的基本构造单元 (3)1.1.2高岭石 (4)1。
1。
3叶腊石、蒙脱石、伊利石 (4)1。
1。
4粘土—水界面双电层 (6)1。
1.5粘土的水化作用 (8)1.1.6粘土—水悬浮体的稳定性 (10)1。
1.7凝胶 (12)1.2钻井液的性能 (13)1。
2.1钻井液密度 (13)1.2.2钻井液的流变性 (14)1.2.3钻井液的滤失性 (17)1.2.4钻井液的润滑性能 (20)1。
2。
5钻井液的PH值与碱度 (23)1.2。
6钻井液的抑制性 (25)1.3泥浆处理剂及其作用原理 (26)1。
3。
1无机处理剂 (26)1.3.2有机降粘剂 (28)1。
3.3有机降失水剂 (31)1.3。
4增粘剂 (36)1.3.5油层保护剂 (36)1。
3.6表面活性剂 (37)1.4常用的钻井液体系 (42)1。
4。
1分散性钻井液 (42)1.4.2无机盐抑制性钻井液 (46)1。
4。
3聚合物钻井液体系 (51)1。
5完井洗井液及腐蚀 (57)1.5。
1钻井液对油气层的不良影响 (57)1.5。
2钻开油气层的洗井液 (58)1。
5.3封闭液 (59)1.6高温对钻井液性能的影响 (61)1。
6。
1高温水基泥浆的主要特点 (62)1。
6。
2高温对泥浆中粘土的作用 (65)1.6.3高温对处理剂及其作用效能的影响 (70)参考文献 (74)钻井液完井液化学是研究钻井液及完井液的配制、组成、性能、维护以及相关化学反应的学科，涉及到粘土矿物学、表面化学、高分子材料、石油工程等相关学科，它是一门涉及多个领域的边缘科学、实验科学、工程科学.钻井液是指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。
钻井液又称为钻井泥浆，或简称泥浆.钻井液的循环是通过泥浆泵来完成的.从泥浆泵排出的高压钻井液通过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻挺到钻头，从钻头喷嘴喷出，以清洗井底并携带岩屑，然后再沿着钻杆与井壁(或套管)形成的环形空间向上流动，在达到地面后经排出管线流入泥浆池，经各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入泥浆泵循环使用.钻井液的种类很多，分类也很复杂,通常把钻井液分为水基泥浆和油基泥浆两大类。
油田化学：第二章 钻井液化学
60
第五节 钻井液流变性及其调整
（1）塑性粘度ηp ①物理意义 反映流体在层流下达到动平衡时，固相
颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及液相内 部内摩擦力的大小。
61
第五节 钻井液流变性及其调整
②影响因素 A、固相含量多→固相颗粒数目多→塑性粘度ηp大 B、固相分散度大→ 固相表面积大→ 塑性粘度ηp 大 C、液相粘度大→内摩擦力大 → 塑性粘度ηp 大
8
第二节 钻井液密度及其调整
三、怎样调整钻井液密度
1、调整钻井液密度原则
平衡地层压力和地层构造应力
2、调整钻井液密度方法 （1）降低钻井液密度
降低钻井液固相含量 √
加水稀释 混油 充气
低密度惰性固体
9
第二节 钻井液密度及其调整
（2）提高钻井液密度 方法：加入高密度材料
加重材料
高密度不溶性矿物或矿石粉末 高密度的可溶性盐类
15
第二节 钻井液密度及其调整
盐结晶抑制剂： 为防止盐从钻井液中析出所加的物质
抑制机理： 通过离子交换转变为相应的盐，选择性地吸附 在刚析出的盐晶表面，使盐晶发生畸变，不利 于盐在其表面继续生长变大。
16
第二节 钻井液密度及其调整
17
第二章 钻井液化学
第三节 钻井液酸碱性及其控
制
18
第三节 钻井液酸碱性及其控制
不同分
酚酞碱度
钻井液的酚酞碱度（Pm） 滤液的酚酞碱度（Pf）
22
第三节 钻井液酸碱性及其控制
酚酞为指示剂，体系滴定变色时（pH=8.3）发 生的化学反应：
OH-+ H+ → H2O CO3 2 - + H+ → HCO3-
钻井液和完井液化学—第八章 钻井液固相控制
固控设备概述
三、泥浆清洁器
泥浆清洁器(Mud cleaner)是一组旋流器和一台细目振动筛的组合。上部为旋 流器，下部为细目振动筛，如图8—8所示。泥浆清洁器处理钻井液的过程分为两 步：第一步是旋流器将钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流，其中溢流返 回钻井液循环系统，底流落在细目振动筛上； 第二步是细目振动筛将高密度的底流再分离 成两部分，一部分是重晶石和和其它小于网 孔的颗粒透过筛网，另一部分是大于网孔的 颗粒从筛网上被徘出。 泥浆清洁器主要用于从加重钻井液中除 去比重品石粒径大的钻屑。加重钻井液在经 过振动筛的一级处理之后，仍含有不少低密 度固体的颗粒。这时如果再单独使用旋流器 进行处理，重晶石会大量地流失。使用泥浆 清洁器的优点就在于：既降低了低密度固体 的含量，又避免了大量重晶石的损失。
钻井液与完井液化学
第八章 钻井液固相控制
钻井液固相控制
钻井液中的固相按作用可分为两类：一类是有用固相， 如膨润土、加重材料以及非水溶性或油溶性的化学处理剂； 另一类是无用固相，如钻屑、劣质土和砂粒等。钻井实践表 明，过量无用固相的存在是破坏钻井液性能、降低钻速并导 致各种井下复杂情况的最大隐患。所谓钻井液固相控制，就 是指在保存适量有用固相的前提下，尽可能地清除无用固相。 正确、有效地进行固控可以降低钻井扭矩和摩阻，减少环空 抽吸的压力波动，减少压差卡钻的可能性，提高钻井速度， 延长钻头寿命，减轻设备磨损，改善下套管条件，增强井壁 稳定性，保护油气层，以及减低钻井液费用，从而为科学钻 井提供必要的条件。
固控设备概述
二、旋流器
1．旋流器的结构与工作原理
用于钻井液固相控制的旋流器是一种带有圆柱部分 的立式锥形容器，其结构如图8—4所示。 在压力作用下，含有固体颗粒的钻井液出进浆口沿切 线方向进入旋流器。在高速旋转过程中，较大较重的颗粒 在离心力作用下被甩向器壁，沿壳体螺旋下降，由底流口 排出；而夹带细颗粒的旋流液在接近底部时会改变方 向．形成内螺旋向上运动，经送流口排出。这样，在旋流 器内就同时存在着两股呈螺旋流动的流体，一股是含有大 量租颗粒的液流向下作螺旋运动．另一股携带较细颗粒连 同中间的空气柱一起向上作螺旋运动。这正是使用旋流器 和离心机控制固相的基本原理。
钻井液完井液化学3、4章详解
漏斗粘度 Funnel Viscosity
定 义：定体积泄流时间。
单 位：秒；s
类 型： 马氏漏斗粘度 Marsh Funnel Viscosity 定义：1500ml 流出946ml 的时间。 标准：清水测量值：26±0.5s 中国漏斗粘度 定义：700ml流出500ml的时间。
标准：清水测量值：15±0.5s
1. 有效粘度（视粘度）
定义： η= τ/ γ 意义：钻井液作层流流动时，有效粘度等于以下四部分内摩擦力的微 观统计结果： 固 ~ 固颗粒间内摩擦阻力； 固 ~ 液相分子间内摩擦阻力； 液 ~ 液分子间内摩擦阻力；
固相结构 ~ 液相分子间内摩擦阻力；
几种流体（模式）表示的有效粘度： 宾 汉 体：η= ηs+ τ0/ γ
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影响因素（类似于静切力）： 单个链环的强度—— 颗粒间引力—— 电位、水化膜 厚度。 结构链环数目/单位体积（结构密度）—— 颗粒浓度、 分散度。 调整方法： 升τo—— 提高 c、分散度，降低 及水化膜厚度，加增 粘剂。 降τo—— 冲稀、加降粘剂拆结构。
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二、钻井液的粘度
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真实泥浆与不同流型的比较
r
钻井液 假塑性流体 宾汉流体 0 s 0
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假塑性流体 Pseudoplastic Fluids 流变模式： τ = Kγn 流变曲线：过原点凸向切应力轴的曲线。
r
流变参数： 稠度系数 K 意义：反映流体的粘滞性。K越大，流体越难流动。 单位：dyn.sn/cm2 流型指数 n 0 意义：偏离牛顿流体的程度。 模式讨论 τ = Kγn 或者 η= Kγn-1 γ 0， τ 0 不符合大多数钻井液具有屈服应力的特点。 γ ，η 能够反映钻井液的剪切稀释性。 γ， η 0 无极限粘度，不符合钻井液情况。
《钻井液完井液化学》课件
油类物质
柴油
作为燃料提供能量，同时也可以作为润滑剂和加重剂。
油基处理剂
如油酸、脂肪酸等，用于提高钻井液的润滑性和稳定性。
聚合物
高分子聚合物
如聚丙烯酰胺、聚合物硅酸盐等，用于提高钻井液的粘度、 切力和稳定性。
生物聚合物
如淀粉、纤维素等，用于提高钻井液的粘度和稳定性，同时 可生物降解。
03
钻井液完井液的物理化学性质
04
钻井液完井液的性能评价
静切力评价
静切力
是指钻井液在静止状态下，受到外力作用时抵抗剪切的内部摩擦力。静切力是评价钻井液完井液性能 的重要指标之一，它能够反映钻井液的悬浮能力和稳定性。
静切力评价方法
通过测量钻井液在不同剪切速率下的剪切应力和粘度，绘制出剪切应力与剪切速率的关系曲线，从而 评估钻井液的静切力性能。
滤失性评价方法
通过测量钻井液在不同压力和温度下的滤失量和滤饼厚度，从而评估钻井液的滤失性。
05
钻井液完井液的配制与维护
配制方法与步骤
调整优化
根据性能检测结果，对钻井液完井液的配 方或配制参数进行调整优化，以提高其性 能。
配制方法
根据钻井液完井液的配方，按照规定的比 例混合各种原材料，确保配制出的钻井液 完井液符合性能要求。
润滑性
是指钻井液在钻进过程中对钻具和岩石表面 的润滑能力。润滑性是评价钻井液完井液性 能的重要指标之一，它能够降低钻进过程中 的摩擦阻力，提高钻进效率。
润滑性评价方法
通过测量钻井液在不同压力和温度下的摩擦 系数和润滑系数，从而评估钻井液的润滑性
。
滤失性评价
滤失性
是指钻井液在压力作用下通过滤饼时滤失量的多少。滤失性是评价钻井液完井液性能的 重要指标之一，它能够反映钻井液的封堵能力和保护油气层的能力。
钻井液 化学
钻井液密度和固相含量低，因而钻进速度可明显提高，对油气层 的损害程度也较小； 剪切稀释特性强。在一定泵排量下，环空流体的粘度、切力较高， 因此具有较强的携带岩屑的能力；而在钻头喷嘴处的高剪切速率 下，流体的流动阻力较小，有利于提高钻速； 聚合物处理剂具有较强的包被和抑制分散的作用，因此有利于保 持井壁稳定。
钻井液的pH值和碱性
1．钻井液的pH值 通常用钻井液滤液的pH值表示钻井液的酸碱性。 2．钻井液的碱度 碱度是指溶液或悬浮体对酸的中和能力。
为了建立统一的标准，API选用酚酞和甲基橙两种指示 剂来评价钻井液及其滤液碱性的强弱。酚酞的变色点为 pH=8.3。在进行滴定的过程中，当pH值降至该值时，酚酞 即由红色变为无色。因此，能够使pH值降至8.3所需的酸量 被称做酚酞碱度（Phenolphthalein Alkalinity）。钻井液及 其滤液的酚酞碱度分别用符号Pm和Pf表示。
6. 钾基聚合物钻井液（Potassium-based Polymer Drilling Fluids） 钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、钙） 盐和KCl为主处理剂的防塌钻井液。在各种常见无机盐中， 以KCl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。
水泥浆化学是通过研究水泥浆的组成、性能及其控制与调整，达 到封隔漏失层、复杂地层和保护产层、套管的目的。因此，水泥浆外 加剂和外掺料的类型、结构、性能及其作用机理成为水泥浆化学的主 要组成部分。 粘土是配制钻井液的重要原材料，它的主体矿物为粘土矿
物，粘土矿物的结构和基本特性与钻井液的性能及其控制与调整密切
7. 油基钻井液（Oil-based Drilling Fluids） 以油（通常使用柴油或矿物油）作为连续相的钻井液
钻井液的pH值和碱性
1．钻井液的pH值 通常用钻井液滤液的pH值表示钻井液的酸碱性。 2．钻井液的碱度 碱度是指溶液或悬浮体对酸的中和能力。
为了建立统一的标准，API选用酚酞和甲基橙两种指示 剂来评价钻井液及其滤液碱性的强弱。酚酞的变色点为 pH=8.3。在进行滴定的过程中，当pH值降至该值时，酚酞 即由红色变为无色。因此，能够使pH值降至8.3所需的酸量 被称做酚酞碱度（Phenolphthalein Alkalinity）。钻井液及 其滤液的酚酞碱度分别用符号Pm和Pf表示。
6. 钾基聚合物钻井液（Potassium-based Polymer Drilling Fluids） 钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、钙） 盐和KCl为主处理剂的防塌钻井液。在各种常见无机盐中， 以KCl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。
水泥浆化学是通过研究水泥浆的组成、性能及其控制与调整，达 到封隔漏失层、复杂地层和保护产层、套管的目的。因此，水泥浆外 加剂和外掺料的类型、结构、性能及其作用机理成为水泥浆化学的主 要组成部分。 粘土是配制钻井液的重要原材料，它的主体矿物为粘土矿
物，粘土矿物的结构和基本特性与钻井液的性能及其控制与调整密切
7. 油基钻井液（Oil-based Drilling Fluids） 以油（通常使用柴油或矿物油）作为连续相的钻井液
钻井用化学材料
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。
油田化学-第2章钻井液化学-第1-3节
第二章 钻井液化学
三、钻井液的酸碱度 PH值：控制在8.5--11.5 OH-、CO32-、HCO3酚酞碱度：当PH值降到8.3所需酸的 数量称为酚酞碱度，一般用Pm表示钻 井液的酚酞碱度。用Pf表示钻井液滤 液的酚酞碱度，单位是ml。控制在 1.3--1.5ml HCO3- 还存在，
第二章 钻井液化学
第二章 钻井液化学
五、钻井液的滤失性和造壁性 滤失性 在钻井过程中，在液柱压力与地 层压力差（以及浓度）的作用下，钻 井液的水向地层渗透的现象。 造壁性 钻井液在滤失水的同时，其中固体颗 粒在井壁上形成一层滤饼，称为造壁 性。
第二章 钻井液化学
滤失量
钻井液在一定的压差下和温度下，通 过45.8±0.6cm2过滤面积的滤纸，经过 30min后滤液的数量称为滤失量，单位是 （ml）。 常规滤失量(API)：压差0.69MPa、24℃ 高压高温滤失量：压差3.45MPa，150℃
第二章 钻井液化学
硅氧四面体晶片
第二章 钻井液化学
硅氧四面体的六方网格结构 内切圆直径0.288nm,硅氧四面体片的厚度0.5nm
第二章 钻井液化学
铝氧八面体与铝氧八面体晶片 铝氧八面体的六个顶点为氧或氢氧原 子团，Al3+或Fe3+、Fe2+、Mg2+置于八面体 的中央，通常是Al3+。
铝氧八面体
第二章 钻井液化学
调整： （1）提高密度采用合格的加重剂，如 石灰石、重晶石； （2）降低密度可采用加水稀释，或是 气体或加稀的处理剂。
第二章 钻井液化学
二、钻井液的固相含量 定义：泥浆中所含固相物质的多少称为泥 浆的固相含量，一般用体积来表示。 分类：根据钻井液中固体的性质可将其分 为两类： （ 1）活性固体。这些固体在水中水化分散，它 （2）惰性固体。这些固体不溶于水，它在水中