第2章钻井化学 钻井液化学
第二章 第5节流变性及其调整
按照流体流动时剪切速率与剪切应力之间的关系，流体可以划分为不同的 类型，即所谓流型。除牛顿流型外，根据所测出的流变曲线形状的不同，又可 将非牛顿流体归纳为塑性流型、假塑性流型和膨胀流型。以上四种基本流型的
流变曲线如图所示。符合这四种流型的流体分别叫做牛顿流体、塑性流体、 假塑性流体和膨胀性流体。
性和水化膜）极不均匀引起的。片状的粘土颗粒有两种不同的表面，即带永久负电荷的板 面和既可能带正电荷也可能带负电荷的端面，这样粘土表面在溶液中就可能形成两种不同 的双电层。一般说来，粘土胶体颗粒的相互作用受三种力的支配，即双电层斥力、静电吸 引力和范德华引力。粘土颗粒间净的相互作用力是斥力和吸力的代数和，因此在不同条件 下，会产生以上三种不同的连结方式。
③牛顿内摩擦定律：液体流动时，液体层与层之间的内摩擦力（F）的大 小与液体的性质及温度有关，并与液层间的接触面积（S）和剪切速率 （g）成正比，而与接触面上的压力无关，即 F = m S g 。 ④剪切应力 τ：内摩擦力F除以接触面积S即得液体内的剪切应力τ ，剪切 应力可理解为单位面积上的剪切力，即τ = F/S 。
①曲线过原点 原因：无网架结构；有脆弱不连续的网架结构，一经拆散不易恢复，故 一触即动。
②无直线段：γ ↑，dτ/dγ ↓，即剪切应力与剪切速率之比总是变化的。
（4）假塑性流体的流变模式： = K g n （0<n <1）
又称幂律模式（Power Low Model）。n 为流性指数和K 为稠度系数，是假塑 性流体的两个重要流变参数。
共七十六页
塑性(sùxìng)流体
一、钻井液的基本(jīběn)流型及其特点
（1）塑性流体：如高粘土含量的钻井液、 油漆和高含蜡原油等。 （2）静切应力s ：塑性流体当g = 0时， 0。 也就是说，它不是加很小的剪切应力就 开始流动，而是必须加一定的力才开始 流动，这种使流体开始流动的最低剪切 应 力 （ s） 称 为 静 切 应 力 （ 又 称 静 切 力 、
钻井液化学分析的应用
钻井液化学分析的应用精确测定钻井液中污染物以及钻井液处理剂的浓度是钻井液维护和处理的关键，是实现钻井液设计意图和获得良好经济效益的手段。
钻井液污染物包括钙,盐,细菌,地层液和侵入气等。
通常可以预测污染并实施相应的预处理。
如果污染出乎预料之外发生，必须采用化学分析和物理性能分析去辨别和确定污染类型。
在处理污染物的过程中，需要准确计算污染处理剂的浓度，因为过量的污染处理剂本身也是钻井液的污染物。
同时，钻井液化学分析还可用于确定钻井液处理剂的浓度及其被消耗的量，并据此确定需要补充的量。
如在钻井的过程中，定期测定水解聚丙烯酰胺的浓度并确定需要补充的量，从而保持足够水解聚丙烯酰胺的以发挥其抑制页岩和钻屑的分散作用。
因此，钻井液工作者需要一种能够在钻井现场简易条件下进行，易于操作和试验结果可靠的钻井液化学分析方法。
那么，本方法正是你的选择:在远离精致的化学实验室的地方，无需担心没有雄厚的化学需背景，你可以自信应用本钻井液化学分析方法，精确地应用处理剂，成为受人尊重的钻井液工作者。
本方法测试范围基本上覆盖所有钻井液处理剂和污染物,包括硅酸盐,聚合醇,硫酸铵,硫化氢,碳酸锌,硝酸根,硫酸根,亚硫酸根,硫酸钙,磷酸根测定等,而且,可以根据用户的要求开发对新的处理剂和污染物的测试程序。
针对目前中国钻井现场状况，我们开发一种包括七种急需测试的钻井液化学分析。
其应用和效益简介如下：CEC 测定MBT是用于确定水基钻井液中活性粘土的阳离子交换能力。
在般（左加土,下同）土钻井液，MBT表示钻井液中活性粘土含量，从而有效地应用良好的钻井液配方。
在无般土水基钻井液中，MBT反映了所钻岩屑的活性，高活性的岩屑将在水中水化分散从而提高钻井液的粘度和带来其他不利的影响，同时，也说明所钻地层的井壁的不稳定性，需要实施相应的井壁稳定技术。
在般土钻井液中，如果知道所钻岩屑的活性，就可计算出钻井液中般土含量。
典型粘土的CEC氯离子的测定氯离子在氯化钠，氯化钙和氯化钾等类型钻井液中存在。
钻井液中的化学剂
钻井液中的化学剂在钻井液（一般称作钻井泥浆）中常加入各种添加剂以改善泥浆的性能。
一般地说，井越深，地层温度越高，为使泥浆达到施工要求就要加入更多的添加剂。
这些添加剂分为以下几类：1、加重剂加重剂用于调整泥浆密度和井筒液柱施加给地层的静水压力，防止井喷，保持钻井平衡。
硫酸钡是一种常用的加重剂。
其他包括赤铁矿、菱铁矿、硫化铝等。
此外，在水基泥浆中加入NaCl、CaCl2、NaBr、cabr2、ZnBr2或其混合体系作为加重剂。
这种盐溶液具有一定的腐蚀性，需要添加防腐剂巯基酸盐。
2.滤失剂在泥浆中加入固体微粒或聚合物，可以降低钻井液向地层滤失。
固体微粒材料有膨润土、粘土、煤碱剂、树脂、沥青、级配好的硼酸钙、硼酸钠和云母等。
可溶性的聚合物降失水剂有：cmc、低相对分子量hec、cmhec（水溶性线性高分子）、乙烯基单体的二元或三元共聚物如二丙烯酰胺，二甲基丙烯磺酸-n，n二甲基丙烯酰胺-丙烯酸（钠盐）三元共聚物。
hec是最常用的降失水剂。
除此之外亦可用泡沫降失水的方法。
常将泡沫钻井液用于浅表地层钻井。
所有的泡沫添加剂有c14h11a-烯烃磺酸盐和乙氧基乙醇磺酸盐。
盐水泥浆常用消泡剂如磷酸三丁酯、低分子量脂肪族醚、乙二醇乙炔、硬脂酸铝、氯化钾、硅油、烷基芳基磺酸钠等。
3.堵剂钻遇漏失层时，必须加入堵漏剂。
常用的堵漏剂材料有：速凝水泥浆或硅酸钠凝胶，当情况严重时可用赛璐珞屑，压碎的胡桃壳，松木纤维，级配的caco3和nacl等微粒材料。
4、增粘剂增粘剂也可用作流变改性剂。
常用材料为粘土、聚合物材料，如聚丙烯酰胺，聚丙烯酸脂等。
5、稀释剂和稳定剂稀释剂用于防止粘土过度絮凝，并在井下条件下保持泥浆的流变特性。
常用的有木质素磺酸盐，四磷酸钠和合成聚合物如苯乙烯磺酸盐与马来酸酐共聚物，阴离子聚丙烯酰胺，聚氧乙烯等。
稳定剂：除上述物质外，还有二乙基二硫代氨基甲酸钠，可用于稳定多糖溶液，如山楂胶。
6.发卡机构解卡剂用以减小摩擦，增加斜井中钻井柱接触部位的润滑性，常用的解卡剂有：肥皂，表面活性剂，石油，naco3，玻璃微珠，阳离子型pam等。
钻井液基础知识
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一、钻井液性能与钻井工作的关系 一）、钻井液密度与钻井的关系 密度过大有以下害处： 1、损害油气层； 2、降低钻井速度； 3、过大压差造成压差卡钻； 4、易憋漏地层； 5、易引起过高的粘切；
• 6、多消耗钻井液材料及动力； • 7、抗污染能力下降。 • 密度过低则容易发生井喷、井塌（尤其 是负压钻井）、缩径（对塑性地层，如 较纯的粘土、盐岩层等）及携屑能力下 降等。
• 式中 W加——加重剂量，t； • V加——加重钻井液体积，m3； • V原——原钻井液体积，m3； • ρ重——加重剂的密度，g/cm3； • ρ加——加重钻井液密度，g/cm3； • ρ原——原钻井液密度，g/cm3。
• 3）、清洁器 • 清洁器是旋流器与超细网振动筛的组合。 上部为旋流器，下部为超细网振动筛。 • 清洁器是二次处理设备。它处理钻井液 的过程分为两布：第一步是旋流器把钻 井液分离成低密度的溢流和高密度的底 流。第二步是超细网振动筛将高密度的 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尾部排出。
• 四）、增粘剂 • 1、高粘CMC • 代号HV－CMC，不溶于酸和醇等有机溶剂， 易分散于水中成胶体溶液。主要用作水基钻 井液增粘剂，也可作乳化剂。有一定降滤失 作用和抗盐能力。 • 2、复合离子型聚丙烯酸盐 • 代号PAC141，为白色或微黄色可流动粉末。 本品不仅可以提高粘度,还可改善流变参数、 提高剪切稀释能力、降低滤失量、包被岩屑 和抑制粘土颗粒分散的作用，并有抗盐、抗 钙、和抗温能力。主要用于水基钻井液，也 可用于海水及饱和盐水钻井液。
• 3、固相含量高、滤失量大时，泥饼必然 厚，摩阻系数增大，因而易引起井下复 杂情况的发生。 • 4、固相含量高，钻井液的流变性难以控 制，且流阻大，功耗多，钻井效率低。 • 5、含砂量大，易造成钻头、钻具等机械 设备的磨损。 • 6、在固相含量高时，钻井液受外界影响 大且敏感（如对温度、各种污染物等的 影响变大）。
02 第二章钻井工程
第二章溢流的检测尽早发现溢流显示是井控技术的关键环节。
从打开油气层到完井，要注重观察井口和钻井液罐液面的变化.”因此，准确、有效地进行溢流的检测是实施井控的首要前提。
在现场施工中，溢流的检测通常分三步进行。
第一，在钻井设计时进行的溢流检测，即对邻近井的资料进行分析对比，表明可能遇到的异常压力地层、含酸性气体（H2S）地层、地质情况复杂的地层或漏失层。
第二，钻井过程中根据井上的直接或间接显示，判断井内地层压力增加或者钻井液静液压力减少，可能发生溢流。
第三，钻井过程中通过观察或判断溢流的显示，表明地层流体侵入井内，已发生溢流。
溢流的发生、发展是有一个过程的，对于潜在的或即将发生的溢流。
钻井人员应密切监控井下的情况，并且考虑和预测可能出现井控问题。
有准备的钻井人员应能够迅速发现井内异常情况，有效地把溢流、地面压力及井控的各种困难减到最小程度。
地层压力的增加或静液压力的减少，必然导致地层压力大于钻井液静液压力，这是溢流的最直接的警告信号，地层流体向井内流动及各种显示也就是溢流的具体显示。
认识与判断这些显示通常需要用关井或把流体从井场分流排出的办法。
若溢流预兆或显示没有及时发现和有效的控制，就可能出现溢流和井喷事故。
因此，钻井人员应做到以下几点：①熟悉各种溢流的原因；②认识溢流的发生、发展过程；③使用适当的设备和技术来检测意外的液柱压力减少；④使用适当的设备和技术来检测可能出现的地层压力增加；⑤能够正确识别静液压力与地层压力之间失衡的各种显示；⑥能够对溢流采取有效控制措施。
第一节溢流的迹象地层流体进入井内，在地面上会从各个方面显示出来。
认真观察和监视这些显示，就能及时的发现溢流。
一、钻井液量的增加地层流体侵入井内，而且变成钻井液循环系统中的一部分时，钻井液量就会增加。
这是发现井内侵入流体的一个可靠、确切的信号，通常需用钻井液罐液面指示器或流量检查来加以确认。
对于不同地层，地层流体进入井内的情况有所不同，钻井液量的增加速度也有所不同。
油田化学-钻井液化学(第二章)
(qFL AL) SM AL SC
达西定律
dqFL k Ap dt L
q FL A
SC 2 k P 1t SM
式中： A----渗滤面积
k----泥饼渗透率 ΔP----渗滤压差
SC
SM
静滤失方程
----泥饼中固相体积分数 ----钻井液中固相体积分数 t----渗滤时间 μ----滤液粘度
第二章
第二节 钻井液密度及其调整
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一、钻井液密度 钻井液工艺原理电子教案
1、定义：单位体积钻井液的质量。 g/cm3, kg/m3, lbm/bbl
1 g/cm3 = 8.33 lbm/bbl 2、对钻井的影响
第二章
（1）影响井下安全（井喷、井漏、井塌和卡钻等）
（2）影响钻井速度 （3）与油气层损害有关
碱性来源 :OH-、CO3
2-、
第二章
HCO3pH值
(2)钻井液酸碱性表示方法
碱度 pH值法缺点：pH值不能反映维持钻井液碱性的
离子种类和类型。
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一、钻井液酸碱性表示法 钻井液工艺原理电子教案 （3）碱度表示法
第二章
碱度:用[0.01M]的标准硫酸中和1mL样品(滤 液)至指示剂变色时所需的体积(单位：mL)。
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二、钻井液酸碱性调整 钻井液工艺原理电子教案
3、纯碱（Na2CO3)
第二章
Na2CO3 2 Na CO32 CO32 H 2O HCO3 OH HCO3 H 2O H 2CO3 OH
◑间接产生OH◑作除钙剂或除镁剂—CaCO3，Mg(OH)2
钻井液的组成和分类
钻井液的组成和分类钻井液的组成钻井液是由分散介质（连续相）、分散相和化学处理剂组成的分散体。
例如，以水为连续相的水基钻井液是由水（淡水或盐水）膨润土、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系。
以油为连续相的油包水钻井液是由油（柴油或矿物油）、水滴（淡水或盐水）、乳化剂、润湿剂、亲油固体等处理剂所形成的乳状液分散体系。
分散体系的分类分散体系是指一种或多种物质分散在另一种物质中所形成的体系。
被分散的物质称为分散相（不连续相）另一种物质称为分散介质连续相）。
热力学上把体系中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相。
相与相之间有明显的相界面。
例如，膨润土颗粒分散在水中，膨润土颗粒为分散相，水为分散介质，黏土颗粒和水之间有明显的分界面；水滴分散在油中,水是分散相,油是分散介质,水滴和油之间有明显的分界面。
分散体系按分散相颗粒的大小分为以下几类：1.分子分散体系。
分子分散体系是指溶质以小分子、原子或离子状态分散在溶剂中形成的体系，没有界面，是均匀的单相，其粒子直径在Inrn以下。
通常把这种体系称为真溶液。
2.胶体分散体系。
胶体分散体系是指分散相颗粒的直径小于IOOnm的分散体系。
其目测是均匀的，但实际是相不均匀体系（也有将分散相颗粒的直径为I-IOOOnm的颗粒归入胶体范畴），如AgI溶胶等。
3.粗分散体系。
粗分散体系是指当分散相颗粒的直径大于100nm时，目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如浑浊的河水等。
钻井液中的分散相颗粒一般介于胶体分散体系与粗分散体系之间，其稳定性规律可以通过研究胶体体系稳定性规律来获得。
钻井液的分类钻井液按密度可分为非加重钻井液和加重钻井液;按其与黏土水化作用可分为非抑制性钻井液和抑制性钻井液力安其固相含量来分）各固相含量较低的称为低固相钻井液，基本不含固相的称为无固相钻井液；根据分散（流体）介质不同，分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体和合成基钻井液4种类型。
第二章钻井液处理剂
第二章钻井液处理剂一、稀释剂（1）稀释剂是指能解除钻井液稠化的化学剂。
钻井液稠化的主要原因是钻井液中固相颗粒过多及粘土颗粒形成网架结构。
在含有聚合物的钻井液中，聚合物长链分子和粘土颗粒作用，或聚合物分子间相互作用形成网架结构也会引起钻井液粘切增大。
无机电机质的污染，使粘土颗粒水化层变薄也易形成空间网架结构导致钻井液增稠。
（2）稀释剂的作用机理稀释剂的稀释作用首先是通过试剂吸附在粘土颗粒的边-端面上，拆散或削弱了粘土颗粒形成的网架结构达到稀释作用。
同时，由于稀释剂具有较强的吸附能力及与聚合物分子形成化和物等作用，可使吸附在粘土颗粒上的长链聚合物分子解吸，从而起到稀释的作用。
单宁碱液单宁存在于植物的根、茎、叶、皮、果壳和果实中，是多元酚的衍生物，属弱有机酸。
单宁水解生成的双五倍子酸、五倍子酸在NaOH溶液中生成双五倍子酸钠、五倍子酸钠，统称为单宁酸钠或单宁碱液，在钻井液中起降粘作用。
单宁碱液的降粘机理单宁类降粘剂主要是通过拆散结构而起到降粘的作用，它主要降低动切力，对塑性粘度影响较小，其它分散型降粘剂的作用机理均与之相似。
由于降粘剂主要在粘土的端面上起作用，因此与降滤失剂相比，一般用量较少。
单宁类降粘剂的特点单宁碱液在高浓度的无机盐溶液中会发生盐析或生成沉淀，失去降粘效果,其抗盐、抗钙能力差。
单宁酸钠含有脂键，高温下易断裂,其抗温能力在100~120°C。
为提高单宁酸钠的使用效果，常通过磺甲基化制得磺甲基单宁（SMT），其抗温能力在180~200°C，加量0.5 ~1%,抗钙达1000ppm,抗盐效果差,小于1%。
铁铬木质素磺酸盐（FCLS）简称铁铬盐，是有含有大量木质素磺酸盐的纸浆废液制成。
由于铁铬盐分子中含有磺酸基，Fe3+和Cr3 +与木质素磺酸盐形成了稳定的螯合物。
所以FCLS是一种具有抗盐、抗钙能力强的稀释剂，其热稳定性高，可抗150˚以上的高温。
由于铁铬盐具有弱酸性，因此必须配合烧碱使用才能发挥良好的稀释作用。
钻井液化学品简介
钻井液化学品简介钻井液用聚丙烯酰胺钾盐（大钾）性能与特点本产品由丙烯酰胺聚合、水解而成，用作水基钻井液的包被抑制剂，并兼有一定的降滤失作用。
技术指标使用方法本产品应预先配制成稀溶液投入。
加量为0.2～0.5%。
包装储存本产品采用三合一包装，内衬聚乙烯薄膜袋，每袋净重不少于25kg；储存于阴凉、干燥、通风处。
避免与眼睛接触，否则用大量清水冲洗。
润滑剂性能与特点以高馏程液烃和不饱和脂肪酸和多种表面活性剂按一定的比例和工艺经反应制成的一种液态润滑剂，具有降低摩擦系数和提高极压膜强度，对固体表面吸附能力强，并具有防塌效果。
按一定的比例直接加到钻井液中既能改善润滑性能的良好效果，而且抗盐、无泡，对钻井液的流变和降滤失性能无不良影响，是一种理想的降摩阻抗磨损且防塌的润滑剂。
技术指标使用方法本产品可以直接加入各种钻井液体系中，用作钻井液润滑剂。
加量为1.0～2.0%。
包装储存本产品采用铁桶包装，每袋净重200kg；储存于阴凉、干燥、通风处。
避免与眼睛、皮肤接触，否则用大量清水冲洗。
钻井液用降滤失剂水解聚丙烯腈盐性能与特点本产品为自由流动的粉末或颗粒。
含有—COOH、—COONH4 (—COOK)、—CONH2、—CN等基团，分子量在10000～50000之间，具有一定的抗盐抗温能力。
由于NH4+ (K+)、在泥页岩中的镶嵌作用，具有良好的防塌、降失水效果。
技术指标理化性能钻井液性能使用方法本产品可以直接应用于各种水基钻井液体系中，用作降滤失剂、防塌剂，与聚丙烯酰胺钾盐共同使用兼有降粘作用，可与多种处理剂配合使用。
一般加量为0.5～2%。
包装储存本产品采用三合一包装，内衬聚乙烯薄膜袋，每袋净重不少于25kg；储存于阴凉、干燥、通风处。
安全事项避免与眼睛、皮肤接触，否则用大量清水冲洗。
阳离子乳化沥青防塌剂KFYL-n性能与特点本品为棕褐色液体或胶状物，是通过沥青改性制成。
能有效地抑制泥页岩水化，封堵微裂缝，改善泥饼质量，并兼有润滑、降滤失的作用。
第2章 聚合物钻井液
二、达到不分散低固相的措施
(2)选择性絮凝剂
PHP水解度H=30%时，絮凝效果最好。
Hn、0/p、水眼略有上升； 分子量M水眼、0/p、n变化不正常。
粘土：水化膜厚，带负电量大 膨润土：水化膜厚，带负电量大
不易吸附于PHP上(电性斥力大)
岩屑：水化膜薄，带负电量小，易吸附于PHP上(电性斥力小)。
六、聚合物钻井液的缺点
1、钻速快时，固相不能及时清除； 2、配制容易，维护困难； 3、在大多数情况下，固控设备不能配套； 4、受聚合物特性限制，抗温能力有限； 5、静切力大，电测困难； 6、静滤失量与滤饼质量之间难以兼顾，滤饼虚； 7、在造浆地层，不易真正实现低固相。 所以，在国外聚合物钻井液只占20%，一般情况下， 对于软地层(即：V钻>22.86m/h的地层)，因为岩屑多，不 宜使用聚合物钻井液。
五、聚合物钻井液的优点
1、无用固相少，钻井液密度低，压差小； 2、岩屑较粗，固相体积含量较小； 3、由于聚合物的增效作用，使膨润土造浆率高，因而膨润土可 以很低，亚微米颗粒含量少； 4、剪切稀释特性好，钻头水眼处的粘度低； 5、具有较强的携砂能力，有利于井眼清洁； 6、由于聚合物的抑制和包被作用，可以保持较好的井眼稳定性； 7、能减少油气层损害，有利于保护生产层。 8、能抗高温。
一、聚合物钻井液的定义：
广义上地讲，凡是使用线型水溶性聚合物作处理剂 的钻井液体系都可成为聚合物钻井液。
二、聚合物钻井液的分类：
1、按照活性固相含量高低分： 清水或盐水、油水乳状液、低固相聚合物钻井液(包括加重和非 加重低固相聚合物钻井液)。 2、按照聚合物品种分： 单一丙烯酰胺聚合物钻井液、多种大分子金属盐复合聚合物钻井 液、阳离子聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液。 3、从使用角度分： 聚合物快速钻井液、聚合物防塌钻井液、保护油气层的钻井完 井液、聚合物深井钻井液等。
钻井与完井工程(第一至第四章)
(a)脆性岩石
(b)塑脆性岩石
(c)塑性岩石
W 硬度： p y A
屈服极限： 0 W0
A
AF 面积OABC 塑性系数：k AE 面积ODE
第二节 岩石的研磨性与可钻性
一、岩石的研磨性
岩石研磨性概念：钻井过程中，钻井工具和岩石产生连续的或间歇的接触
和摩擦，从而在破碎岩石的同时，这些工具本身也受到岩石的磨损而逐渐变钝甚 至损坏。岩石磨损这些材料的能力称为岩石的研磨性。 研磨性磨损是由钻头工作刃与岩石相摩擦的过程中产生微切削、刻划、擦痕等 所造成，属表面磨损。这种研磨性磨损除了与摩擦副材料性的性质（如化学组成和 结构）有关外，还取决于摩擦的类型和特点、摩擦表面的形状和尺寸（如表面粗糙 度）及摩擦面的介质等因素。研磨性磨损是一个十分复杂的问题。
σ σ =σ
1
σ
1
2
3
σ
3
σ
(a)液压作用下的压（拉）试验 （常规三轴试验） σ
1
2
(b)用三个液缸的柱塞进行的 三面压缩试验（真三轴试验） σ
1
σ
σ
2
3
(c)液压作用下的压扭试验
(d)液压作用下的两面柱塞 压缩试验
σ
1
σ
3
（a）压缩试验
（b）拉伸试验
常规三轴试验
P=σ
1
=σ
2
τ
2. 三轴应力下岩石的强度和变形的特点
由岩石可钻性概念和研究方法可知，岩石可钻性会因条件不同，所以实际应用时就有一定 的困难。如果设法固定工作条件，使可钻性指标只反映岩石破碎难易程度，有可能就能克 服应用时的问题，采用微钻头可钻性是行之有效的研究方法。 所谓微钻头岩石可钻性是指在室内固定测试条件下，通过微钻头模拟试验，将所测得 的微钻头指标称之为微钻头岩石可钻性或条件可钻性。我国钻井界目前广泛采用的岩石可 钻性测定仪为华东Ⅲ型微钻头测定仪。测试条件为：钻压W＝889.7牛，转速N＝55转／分， 钻头直径D＝31.75毫米（它是由八片厚2.5毫米硬质合金材料组成的，硬度为HRC ≌ 58）。 实测记录钻孔深度H为2.4毫米所需的时间。测量精度要求控制在测量仪器本身允许的误差 范围以内。 由测量值表示的钻速公式可知，当以钻速作为可钻性指标时，钻进速度V与测量钻进深度 H和钻进时间T之间的表达式为：
钻井液种类及组成
钻井液种类及组成降滤失剂，白油，腐植酸，重晶石，等都是一些处理剂，些都是泥浆性能调节的，重金石是用来增加比重的，每个处理剂都有不同的作用，如果你想写毕业设计，你自己必须看一些有关的书籍，推荐几个书籍，钻井液与岩土工程浆液，岩土钻掘工程等，我以前写过的一个课程报告，发给你吧，1、胶体率成孔液的胶体率是配液材料水化分散程度及悬浮稳定性的简易且有效的衡量指标。
胶体率的测定："将100毫升泥浆装入量筒中，将瓶塞塞紧，静止24小时后，观察量筒上部澄清液的体积（毫升数）。
"胶体率以百分数表示:"2、比重成孔液的比重是指成孔液的重量与同体积水的重量之比。
3、固相含量成孔液的固相含量指成孔液中固体颗粒占的重量或体积百分数。
成孔液中的固相包括有用固相和无用固相，前者如造浆粘土、重晶石等，后者为钻屑。
成孔液中的固相，按固相比重来划分，可分为重固相（重晶石比重为4.5，赤铁矿为6.0，方铅矿为6.9等）和轻固相（粘土比重一般为2.3～2.6，岩屑比重一般在2.2～2.8之间）。
固相含量测定方法⌝“蒸馏分离原理”：A. 取一定量（20ml）成孔液，置于蒸馏管内；B. 用电加热高温将其蒸干；C. 水蒸气则进入冷凝器，用量筒收集冷凝的液相；D. 然后称出干涸在蒸馏器中的固相的重量；E. 读出量筒中液相的体积；F. 计算固相含量；G. 其单位为重量或体积百分比。
4、含砂量钻井液含砂量是指钻井液中不能通过200目筛网，即粒径大于74μm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。
这是由于含砂量过大会对钻井造成以下危害：（1）使钻井液密度增大，对提高钻速不利。
（2）使形成的泥饼松软，导致滤失量增大，不利于井壁稳定，并影响固井质量。
（3）泥饼中粗砂粒含量过高会使泥饼的磨擦系数增大，容易造成压差卡钻。
（4）增加对钻头和钻具的磨损，缩短其使用寿命。
降低钻井液含砂的最有效的方法，是充分利用振动筛、除砂器、除泥器等设备，对钻井液的固相含砂量进行有效的控制。
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。
钻井液——精选推荐
钻井液（泥浆）工艺学第一章 钻井液功用无论在石油钻探还是在岩心钻探中，要保证优质快速钻进，正确的选择、使用钻井液十分的重要，因此钻井液被称为钻进过程的血液。
其功用有以下几点： 1、 清洗孔底，悬浮和携带岩粉。
例如：利用钻井液的触变性，将岩粉悬浮起来，可以防止岩粉迅速沉淀造成埋钻事故。
2、 冷却钻头，提高钻头的使用寿命。
例如：金刚石钻进，其钻头温度可以升到300度以上，如果得不到及时的冷却，就会造成烧钻（即金刚石的碳化）。
3、 润滑钻头和钻具，减弱钻具的振动。
例如：在高速钻进的金刚石钻进中，加入润滑剂的乳化冲洗液，可以减小钻头与孔底岩石、钻杆与孔壁间的摩擦阻力和有效地减弱钻具高速回转时的振动及减轻钻机等动力机的荷载，使钻头平稳工作。
4、 形成泥皮，保护孔壁。
例如：钙处理剂泥浆对水敏性地层有抑制作用，有效地防止孔壁的膨胀和坍塌。
5、 在反循环钻进中，输送岩心。
6、 在采用涡轮钻、螺杆钻及冲击回转钻进中，起传递动力的工作介质。
第二章 钻井液的性能按照API 推荐的钻井液性能指标，包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度（视粘度）、动切力、静切力、API 滤失量、HTHP 滤失量、PH 值、含砂量、固相含量、膨润土含量、和各种离子的质量浓度等。
1、 粘土的选择：含蒙脱石的粘土、海泡石抗盐粘土。
粘土的性质：粘土因晶格取代而带负电，因内外表面都能进行水化及阳离子交换容量高故而水化膨胀性强。
2、 粘土的扩散双电子层理论：粘土溶于水中，吸附的阳离子便解离，向外扩散，结果形成胶粒带负电的扩散双电层。
3、 粘土-水胶体分散体系的稳定性与聚结：1) 稳定性包括动力稳定性和聚结稳定性。
其中影响动力稳定性因素主要有：颗粒半径、介质粘度；影响聚结稳定性的因素是分散介质的电解质浓度与价态。
2) 缩小颗粒半径和增加介质粘度可以提高动力稳定性；降低电解质浓度和价数可以提高聚结稳定性。
4、 钻井液的流变性：在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性。
中国石油天然气集团公司钻井液技术规范
中国石油天然气集团公司钻井液技术规范第一章总则第一条钻井液技术是钻井技术的重要组成部分，直接关系到钻探工程的成败和效益。
为提高钻井液技术和管理水平，保障钻井工程的安全和质量，满足勘探开发需要，特制定本规范。
第二条本规范主要内容包含：钻井液设计，现场作业，油气储层维护，钻井液循环、固控和除气设备，泡沫钻井流体，井下繁杂的防治和处置，钻井液废弃物处置与环境保护，钻井液原材料和处理剂的质量掌控与管理，钻井液资料管理等。
第三条本规范适用于中国石油天然气集团公司所属相关单位的钻井液技术管理。
第二章钻井液设计第一节设计的主要依据和内容第四条钻井液设计就是钻井工程设计的关键组成部分，主要依据包含但不局限于以下几方面：1.以钻井地质设计、钻井工程设计及其它相关资料为基础，依据有关技术规范、规定和标准进行钻井液设计。
2.钻井液设计应当在分析影响勘探作业安全、质量和效益等因素的基础上，制订适当的钻井液技术措施。
主要存有：地层岩性、地层形变、地层岩石化学性能、地层流体、地层压力剖面（孔隙压力、倒塌压力与断裂压力）、地温梯度等信息；储层维护建议；本区块或相连区块已完成井的井下繁杂情况和钻井液应用领域情况；地质目的和钻井工程对钻井液作业的建议；适用于的钻井液新技术、新工艺；国家和施工地区有关环保方面的规定和建议。
第五条钻井液设计内容主要包括：邻井复杂情况分析与本井复杂情况预测；分段钻井液类型及主要性能参数；分段钻井液基本配方、钻井液消耗量预测、配制与维护处理；储层保护对钻井液的要求；固控设备配置与使用要求；钻井液仪器、设备配置要求；分段钻井液材料计划及成本预测；井场应急材料和压井液储备要求；井下复杂情况的预防和处理；钻井液hse管理要求。
第二节钻井液体系挑选第六条钻井液体系选择应遵循以下原则：满足地质目的和钻井工程需要；具有较好的储层保护效果；具有较好的经济性；低毒低腐蚀性。
第七条相同地层钻井液类型挑选1.在表层钻进时，宜选用较高粘度和切力的钻井液。
钻井液配方资料(修改版)
钻井液配方资料(修改版)很好的钻井液资料钻井液配方资料钻井液材料是配制各种钻井液所用的物质，其中包括原材料及处理剂。
钻井液原材料是指那些组成钻井液的基本组分。
处理剂是指那些用来调整钻井液性能的物质，它是钻井液组分中的关键成分，随着钻井液技术的发展，处理剂的品种正日益增多。
一、钻井液概述钻井流体是在旋转钻井中使用的循环流体，由于绝大多数使用的是液体，少量使用气体或泡沫，因此又称“钻井液”。
钻井液在钻井工程中的主要功用是：清洗井底，携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；形成泥饼，保护井壁；控制与平衡地层压力；悬浮岩屑和加重剂；在地面沉除岩屑；提供所钻地层的有关资料；将水功率传给钻头等。
钻井液的主要成分有：水，如淡水、盐水、咸水或饱和盐水等；膨润土，如钠膨润土、钙膨润土、有机土或抗盐土等；化学处理剂有无机类、有机类、表面活性剂类、高聚合物类或生物聚合物类等；油类，如轻质油或原油等；气体，如空气或天然气等。
由于这些成分在各类钻井流体中所形成的分散体系不同，因此所起的作用也不同。
从物理化学观点看，钻井液是一种多相不稳定体系，其包括由重晶石粉、钻屑、粘土粉等组成的的悬浮液、高聚合物组成的胶体、膨润土粉的水溶液等和氯化钠的真溶液、碳酸钠的水溶液等。
钻井液有以下分类方法：按密度可分为低密度未加加重剂和高密度加有加重剂两种；按对粘土的作用可分为“抑制法”和“非抑制性”两种，前者加有抑制粘土水化分散的抑制剂；按分散体系中的连续相可分为水基（以水为连续相）、油基（以油为连续相）和气体。
水基钻井液是目前应用最广泛、研究最深入的一类钻井液；油基钻井液是为了钻复杂地层如岩盐、石膏、泥岩页岩以及钻定向井、高温井和完井、修井的需要而发展出来的；气体钻井使用空气或天然气体做为钻井时的循环流体，是为了钻低压油气层、严重漏失层或坚硬而不含水的地层而发展起来的。
我国标准化钻井液现分为淡水钻井液、钙处理钻井液、木分散聚合物钻井液、盐水（包括海水或咸水）钻井液、饱和盐水钻井液、钾基钻井液、油基钻井液、气体（包括一般气体及泡沫）钻井液等八类。
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第三节 钻井液酸碱性及其控制
能使pH值降至4.3所需的酸量，被称做甲基橙碱度 （Methyl Orange Alkalinity）。 能使pH值降至8.3所需的酸量被称做酚酞碱度 （Phenolphthalein Alkalinity.）
甲基橙碱度
按指示剂 不同分 酚酞碱度
钻井液的甲基橙碱度（Mm) 滤液的甲基橙碱度 (Mf) 钻井液的酚酞碱度(Pm) 滤液的酚酞碱度(Pf)
泥浆泵
水龙带
立管
水龙头
固控设备
加重装置
地面高压管汇 方钻杆
钻杆
地面排出 管线
振动筛 泥浆池 环空 钻铤 岩屑下滑 井眼 钻头
1 井眼 2 钻铤外壁 3 钻铤内壁
环形空间的概念
4 钻井液 5 环形空间
6 钻头
永远怀念铁人时代精神！
有条件要上，没有条件 创造条件也要上!
钻井液的定义:
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；钻井液（drilling fluid)又称做 泥浆(Mud)。
解:加重后钻井液的体积为: V2=V1(ρ-ρ1)／(ρ-ρ2) =200 (4.2-1.32)／(4.2-1.38) =204.255(m3) 所需重晶石的质量为: m=(V2 - V1) ρ =(204.255-200)4.2×1000 =17871(kg)
1000
有时受现场泥浆体积的限制,加重前应排出一部分泥浆,这种 情况下首先根据加重后可以容纳的体积V2 ，用下式计算应保 留的原浆体积V1 : V1 =V2(ρ-ρ2)／(ρ-ρ1) 然后用下式计算出重晶石用量: m=(V2 - V1) ρ 若上题中加重后的泥浆体积为200m3 ,试求重晶石用量？
油田化学
第二章 钻井液化学
第三节
钻井液酸碱性及其控制
第三节 钻井液酸碱性及其控制
pH值对膨润土基浆表观粘度的影响 当pH值大于9时，表观粘度随pH值的升高而剧增。 其原因是由于当pH值升高时，会有更多的OH－被吸附 在粘土晶层的表面，进一步增强表面所带的负电性， 从而在剪切作用下使粘土更容易水化分散。
4.冷却与润滑钻头钻具
5.稳定井壁 6.悬浮岩屑和固体密度调整材料 7.获取地层信息 8.传递功率
第一节 钻井液的功能与组成
三、钻井液的组成
分散介质 水、油、气体 粘土、密度调整材料（悬浮体） 分散相 组成
油或水（乳状液）
气体（泡沫） 降滤失剂 增粘剂 降粘剂 钻井液处理剂 絮凝剂 ……
油田化学
第二章 钻井液化学
固相颗粒悬浮在水或油中所形成 的一种分散体系，最常用
钻井液的循环流程：泥浆泵－地面高压管汇－立管－水龙 带－水龙头－钻柱（方钻杆－钻杆－钻铤）－钻头－环形 空间－地面排出管线－固控设备－泥浆池 －泥浆泵。
泥浆池 泥浆泵
高压管汇 立管 水龙带 水龙头 钻柱 钻头 环形空间
废水池
钻井液循环流程
振动筛、除砂器、 除泥器、除气器
第三节 钻井液酸碱性及其控制
一、为什么要控制钻井液酸碱性
粘土具有适当的分散度
可以使有机处理剂充分发挥其效能 原因
如丹宁类、褐煤类和木质素磺酸盐类处理剂等
对钻具腐蚀性低 可抑制体系中钙、镁盐的溶解
一般控制在8-11范围，较弱的碱性环境
第三节 钻井液酸碱性及其控制
1、碱性主要来源: 钻井液中的OH-、CO32-、HCO3-
8、第八节 井壁稳定性及其控制
9、第九节 卡钻与解卡
10、第十节 钻井液的漏失与地层的堵漏
11、第十一节 钻井液体系
重点内容
1、掌握钻井液的功能、组成
2、掌握钻井液的密度、调整密度材料 3、掌握钻井液控制酸碱性的原理
4、掌握钻井液的静滤失方程（达西定律） 5、掌握钻井液的流变性：层流、紊流等 6、掌握钻井液的固相的作用及处理方法 7、掌握钻井液的润滑性能
第三节 钻井液酸碱性及其控制
3、碱度分类:
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，酚酞即由红色变无色。 甲基橙的变色点为 pH=4.3。当pH值降至该值时， 甲基橙由黄色转变为橙红色。
(2)如果最终体积200m3，求重晶石的用量
1 V2 V1 2
2 V1 V2 1
200 (4.2 1.38) /(4.2 1.32 ) 195 .833 (m 3 )
m (V2 V1 ) 4.2 1000 (200 195 .833 ) 17501 (k g)
钻井液中CO32-和HCO3- 均为有害离子，影响钻 井液的流变和降滤失性能，应尽量除去。
第三节 钻井液酸碱性及其控制
1、 烧碱（NaOH） NaOH → Na+ + OH－ 2、 氢氧化钾（KOH） KOH → K+ + OH－
有利于 井壁稳定
第三节 钻井液酸碱性及其控制
3、 纯碱（Na2CO3) Na2CO3 → 2 Na+ + CO32－ CO32－ + H2O → HCO3－ + OH－ HCO3－ + H2O → H2CO3 + OH－ Ca 2+ + CO32－ → Ca CO3 ↓
第四节 钻井液滤失性及其控制
一、钻井液滤失性
1、相关概念 （1）钻井液滤失性： 在压差作用下,钻井液 中的自由液向地层渗透的现象。
（2）钻井液滤失量： 在一定温度、一定压差
和一定时间内通过一定过滤面积的滤液体积。
第四节 钻井液滤失性及其控制
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（但有时会增加处理剂的用量和费用 ） 混油 （但会使钻井液成本增加，且影响地质录井 ） 充气
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 高密度不溶性矿物或矿石粉末 加重材料 高密度的可溶性盐类
除钙除镁
第三节 钻井液酸碱性及其控制
4、 碳酸氢钠（NaHCO3) NaHCO3 → Na+ + HCO3－ HCO3－ + H2O → H2CO3 + OH－
Ca 2+ + OH－ + NaHCO3 → Ca CO3 ↓ + Na+ + H2O
控制钙侵
油田化学
第二章 钻井液化学
第四节
钻井液滤失性及其控制
，体积为V2，试求密度为ρ 的加重剂用量？
加重前后体积关系式： 加重前后质量关系式：
V2 V1 V V1
m
（1） （2）
2V2 1V1 m
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1 V2 V1 2
（3）
（4）
m (V2 V1 )
若泥浆罐有限制，加重前需排放掉部分钻井液， 可根据加重后体积V2，计算出应保留的原浆体积
第一节 钻井液的功能与组成
一、钻井液的循环
泥浆罐
立管 方钻杆 钻头 泥浆泵 水龙带 钻杆 地面高压管汇 水龙头 钻铤
钻柱与井壁形成的环形空间
从井口返出，流经固控设备进行处理
钻井液循环系统
第一节 钻井液的功能与组成
一、钻井液的循环
第一节 钻井液的功能与组成
二、钻井液的功能 1.冲洗井底 2.携带岩屑 3.平衡地层压力
第二节
钻井液密度及其调整
第二节 钻井液密度及其调整
一、钻井液密度定义
定义：单位体积钻井液的质量（用ρ表示） 单位： g/cm3 或 t/m3
第二节 钻井液密度及其调整
钻井液的密度是使用泥浆密度计测得的。
将搅拌均匀的泥浆注入杯中齐杯口为止，轻轻将 盖旋转盖紧，擦去外溢泥浆，然后将杠杆主刀口 置于底座的刀垫上，移动游码，使水平泡与中间 两根红线相切，游码左侧边线所对刻度，即为该 泥浆的密度（ρ/cm3）.
2、酸碱性表示方法：
pH值（ pH 试纸和pH计） 碱度 碱度的定义：
用[0.01M]的标准硫酸中和1ml样品至指示剂
变色时所需标准硫酸的体积(ml)定义为碱度。
第三节 钻井液酸碱性及其控制
碱度的意义：通过碱度可以判断钻井液的碱
性来源，从而在调整钻井液酸碱性的同时还能针
对性的有效清除体系中的有害离子。 测定碱度可以确定钻井液体系中悬浮石灰 Ca(OH)2的量（即储备碱度）。
第二节 钻井液密度及其调整
表1
名称
高密度不溶性矿物或矿石
分子式 密度 g/cm3 酸溶性 备注
重晶石 石灰石 铁矿粉 钛铁矿粉 方铅矿
BaSO4 CaCO3 Fe2O3 · FeO TiO2.Fe2O3 · FeO PbS
4.2-4.6 2.7-2.9 4.9-5.3 4.5-5.1 7.4-7.7 酸溶 酸溶 酸溶 酸溶
第三节 钻井液酸碱性及其控制
碱性来源判断
Pf 0
HCO
f
3
Pf M
OH
f
Pf 1 / 2 M
CO
2 3
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第三节 钻井液酸碱性及其控制
钻井液要求 ： Pf =1.3 ~ 1.5ml（控制 CO32-和 HCO3-）
Mf /Pf ＜ 3 （控制 CO32-含量）
1-秤杆； 2-主刀口；3-泥浆杯；4-杯盖；5-校正筒； 6-游码；7-底座；8-主刀垫；9-挡臂
第二节 钻井液密度及其调整