钻井液组成及作用
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。
钻井液原理
钻井液原理
钻井液原理是指在钻井作业中，通过将特定的液体注入井眼中，起到冷却钻头、清洗井眼、稳定井壁和输送岩屑等作用。
钻井液的选择和设计是钻井工程中非常重要的一环，它的性能直接影响到钻井作业的效率和质量。
钻井液的基本组成通常包括水和添加剂。
水既可以是淡水，也可以是海水，在部分情况下也可以使用有机溶剂或油基液体。
添加剂则包括饱和盐水、聚合物、乳化剂、润滑剂、扩散剂以及控制井壁稳定性的胶凝剂等。
这些添加剂的配比和使用条件需要根据井眼的地质特征和钻井计划来确定。
钻井液的性能主要包括黏度、密度、泡沫性、清洗性能以及润滑性能。
黏度决定了钻井液对井眼壁的润滑和冷却效果，密度则决定了钻井液在井眼中的压力和稳定井壁的能力。
泡沫性和清洗性能则影响着岩屑的悬浮和清除，润滑性能则影响钻头在钻井作业中的摩擦和磨损情况。
钻井液的工作原理是通过循环系统将液体从地面的储液池中泵注入井眼，然后通过钻杆进入到钻头中进行喷出，完成冷却和清洗作用。
同时，钻井液会带回地层中的岩屑和井眼溶解物，经过分离装置将其中的固体物质分离，保持液体的循环使用。
总的来说，钻井液的原理是通过合理选择和设计液体的组成和性能，在钻井作业中起到冷却、清洗、稳定和输送的作用，从而提高钻井作业的效率和质量。
钻井液基础知识
水基钻井液
水基钻井液是以水为分散介质，以粘土、碱、润滑剂等为添 加剂的钻井液。它是最常用的一种钻井液类型，具有制备方 便、成本低、易于维护等优点，适用于大多数地质条件。
水基钻井液根据其组成和性质可分为淡水钻井液、盐水钻井 液、钙处理钻井液等。不同类型的水基钻井液在性能、稳定 性、抗污染能力等方面存在差异，应根据具体地质条件和工 程需要进行选择。
01
钻井液的处理剂
粘土分散剂
作用
抑制粘土水化，防止粘土膨胀 和分散。
原理
通过离子交换或物理吸附，使处理 剂吸附在粘土颗粒表面，改变其表 面电性质，从而抑制粘土水化和膨 胀。
常用种类
有机处理剂如栲胶、磺化沥青；无 机处理剂如水玻璃、氯化钙。
降滤失剂
01
02
03
作用
降低钻井液的滤失量，保 持钻井液的稳定。
研究纳米材料在钻井液中 的应用
纳米材料具有许多独特的性质，如大的比表 面积、良好的化学稳定性等，将其应用于钻 井液中可以提高钻井效率、降低钻井成本。
提高钻井液的抗污染能力
要点一
加强钻井液的滤失性和稳定性
滤失性和稳定性是评价钻井液抗污染能力的重要指标 ，加强这两种性能的研究可以提高钻井液的抗污染能 力。
采用适当的过滤和净化设备， 去除钻井液中的杂质和有害物 质，提高钻井液的水质。
控制钻井液的密度
根据钻井工程的需要，控制钻井 液的密度以保证适当的浮力和稳
定性。
通过添加加重剂或减少水分含量 等方式，调整钻井液的密度。
定期检测钻井液的密度，确保其 在合适的范围内，以保证钻井工
程的顺利进行。
防止钻井液受污染
表面活性剂是钻井液处理剂的重要组成部分，开发保型表面活性剂可以降低钻井液对环 境的污染。
钻井液技术总结
钻井液技术总结
钻井液技术是石油勘探和钻井过程中必不可少的一项技术。
它是一种粘稠的液体，由多种化学物质混合而成，用于冷却钻头、清除岩屑、维持井壁稳定等多种作用。
下面将对钻井液技术进行总结。
一、钻井液的种类
钻井液根据其性质可分为水基钻井液、油基钻井液和气体钻井液三种类型。
水基钻井液是以水为主要成分，添加防腐剂和防冻剂等化学物质而成；油基钻井液则是以油为主要成分，添加的化学物质不同于水基钻井液；气体钻井液则是将气体作为钻井液的主要成分。
二、钻井液的作用
1.冷却钻头
钻井液具有良好的散热性能，能够有效地冷却钻头，防止钻头过热而损坏。
2.清除岩屑
钻井液具有较高的流动性，能够将岩屑冲刷出井口，确保钻井过程中的安全。
3.维持井壁稳定
钻井液能够填充井壁缺陷，维持井壁稳定，防止井壁塌陷。
三、钻井液的组成
钻井液是由多种化学物质混合而成，包括基础液体、增稠剂、分散剂、乳化剂、酸化剂等。
其中，基础液体是钻井液的主要成分，增稠剂用于增加钻井液的粘稠度，分散剂用于分散固体颗粒，乳化剂用于让水和油混合，酸化剂用于降低钻井液的pH值。
四、钻井液的处理
钻井液在使用过程中会受到污染，需要进行处理。
处理方法包括物理方法和化学方法。
物理方法包括离心、沉淀等，化学方法包括加入药剂、反应等。
五、总结
钻井液技术在石油勘探和钻井过程中扮演着重要的角色，其种类、作用、组成和处理方法都需要经过科学的设计和调整，才能保证钻井过程的安全和高效。
钻井液完井液技术手册
钻井液完井液技术手册钻井液和完井液是石油钻探过程中非常关键的两种液体。
它们在钻井过程中起到了很大的作用，既有助于钻井的顺利进行，又能保护钻井井壁和油层。
钻井液和完井液技术手册提供了有关这两种液体的详细信息和使用指导，以帮助从业人员正确使用和管理这些液体。
1. 钻井液技术手册1.1 钻井液的基本概念钻井液是钻井作业中的一种特殊液体，由水、泥土、聚合物、添加剂等组成。
它主要用于冷却钻头、清洗井壁、抬升钻屑和稳定井壁等。
钻井液能够有效地保护井壁，防止井壁塌陷，从而维持钻井的稳定。
1.2 钻井液的分类根据其组成成分和性能特点，钻井液可以分为水基钻井液、油基钻井液和气体钻井液等。
不同的钻井液适用于不同的钻井条件和地质环境。
1.3 钻井液的性能要求钻井液必须具备一定的性能指标，例如流变性能、持液能力、排滤性能和环境友好性。
这些性能要求对于钻井的顺利进行至关重要。
1.4 钻井液的添加剂钻井液中添加剂的选用和使用量对钻井液性能起着重要的影响。
添加剂可以改善钻井液的性能，提高钻井效率并降低成本。
在选用添加剂时，必须考虑其环境影响和健康安全。
1.5 钻井液的处理和回收钻井液在使用过程中会受到各种污染物的影响，因此需要进行处理和回收。
合理的处理和回收技术可以减少环境污染，降低成本，并延长钻井液的使用寿命。
2. 完井液技术手册2.1 完井液的基本概念完井液是在井筒完井后注入井筒的一种特殊液体。
它主要用于封堵油层裂缝、增加油层产能、保护完井设备和提高油井的采油效率。
完井液对提高油井开发效益起着至关重要的作用。
2.2 完井液的分类根据其使用时机和注入方式，完井液可以分为封堵液、压裂液和防砂液等。
不同的完井液适用于不同的油层条件和开采方式。
2.3 完井液的性能要求完井液必须具备一定的性能指标，例如封堵能力、压裂能力、破胶能力和温度稳定性等。
这些性能要求对于完井的顺利进行至关重要。
2.4 完井液的添加剂完井液中添加剂的选用和使用量对完井液性能起着重要的影响。
01 钻井液概述 功能 组成和类型
钻井液的性能要求 (Properties )
1）悬浮和携岩 2）保护井壁，防止垮塌 保护井壁， 平衡地层压力， 3 ） 平衡地层压力 ， 防止 井喷 4）传递水功率，清洗底 传递水功率， 5）冷却和清洗钻头 6）传递井下信息
─ 要求有足够的粘滞性和密度； 要求有足够的粘滞性和密度； 要求有足够的密度、良好的造壁性、 ─ 要求有足够的密度、良好的造壁性、 以及适当的化学性能； 以及适当的化学性能； 要求有适当的密度； ─ 要求有适当的密度； ─ 要求有较低的流动阻力(流变性)； 要求有较低的流动阻力(流变性) 要求有较好的散热性能； ─ 要求有较好的散热性能； ─ 要求与地层岩石或流体有较好的相容 性。
最早的钻井工艺 — 顿钻 软化地层、 泥浆的作用 — 软化地层、携带岩屑
初期的钻井液是由简单的泥土和水组成，俗称“泥浆” 初期的钻井液是由简单的泥土和水组成，俗称“泥浆”， 泥浆”就成为钻井液沿用至今的代名词。 “泥浆”就成为钻井液沿用至今的代名词。
钻井液(DRILLING 钻井液(DRILLING FLUIDS) 钻井过程中在钻具管内和钻具与井壁 的环形空间中流动的一种工作液。 的环形空间中流动的一种工作液。 有钻井的血液之称。 有钻井的血液之称。 最初常用粘土和水配制而成， 最初常用粘土和水配制而成，故又称 泥浆” Mud） “泥浆”（Mud）。
水（淡水、盐水、饱和盐水等） 分散介质油（轻质油等） 气体（空气、氮气、天然气等）
膨润土（钠、钙膨润土 ，有机土，抗盐土等） 分散相 加重材料（重晶石，铁 矿粉等） 水，气，油
二、钻井液的组成和类型
1、钻井液的组成 处理剂： 各种维护分散体系稳定和调整体系 处理剂 ： 性能的化学处理剂。 性能的化学处理剂。
钻井液概述—钻井液循环与功用
➢稳定井壁
稳定井壁、井眼规则是实现安全、优质、快速钻 井的基本条件。
性能良好的钻井液应能借助液相的滤失作用，在 井壁上形成一层薄而韧的泥饼，用来稳定已钻开的 地层，并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩的水化膨 胀和分散程度。
一、钻井液的循环过程：
钻井液的循环是通过钻井泵（俗称泥 浆泵）来维持的。
循环过程：
钻井液 泥浆泵 地面高压管汇 立管 水龙带 水龙头 方钻杆 钻杆 钻铤 钻头 环形空间 地面 排出管线 振 动筛 泥浆池 上水池再次循环
项目一：钻井液概述
任务 01 钻井液循环和功用
知识点 2 钻井液的功用
三、钻井液的功用：
➢传递水动力
钻井液在喷头喷嘴处以极高的流速喷出，所形成 的高速射流对井底产生强大的冲击力，大大提高钻 井速度和破岩效率。
在使用涡轮钻头钻进时，钻井液由钻杆内以高速 流经涡轮叶片，使涡轮旋转并带动钻头破碎岩石。
➢获取地下信息
钻井过程中，通过岩屑和钻井液性能的变化可以 获得井下各种信息，为钻井施工提供制定技术措施 的依据。
项目一：钻井液概述
任务一：
钻井液循环与功用
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
钻井液的循环 钻井液的功用 钻井工程对钻井液性能的要求
项目一：钻井液概述
任务 01 钻井液循环与功用
知识点 1 钻井液的功用
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。
➢平衡地层压力和岩石侧压力
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。
常用钻井液材料及其功用
一、稀释剂泥浆稀释剂，或分散剂，通过破碎粘土层边和面之间的附着而降低粘度（见图1）。
稀释剂吸附粘土层，因此破坏了层间的引力。
加入稀释剂可以降低粘度、切力和屈服值。
大多数的稀释剂都可以划分为有机材料或无机磷酸盐络合物。
有机稀释剂包括木质素磺酸盐、木质素和丹宁。
与无机稀释剂相比，有机稀释剂可用于高温条件下（铬酸盐也是很好的耐高温稀释剂，但是不适合用于环境敏感地区）。
有机稀释剂通常会有助于滤失控制。
聚合；絮凝；（面对面）；（边对面）；（边对边）；解胶；抗絮凝图. 1粘土颗粒的连接无机稀释剂包括焦磷酸钠（SAPP）、四焦磷酸钠、四磷酸钠和六偏磷酸钠。
无机稀释剂在低浓度情况下是有效的，但是通常只用于150ºF的温度以下。
它们的应用一般局限于氯化物浓度低和pH值低的淡水粘土泥浆。
长期以来，水被作为钻井泥浆的一种十分有效的稀释剂使用，其降粘效果是通过减少钻井液中的总体固相浓度来达到的。
钻井作业中钻屑不断混进泥浆中，那么这些钻屑最终也需要用水进行稀释或者必须用机械的方式清除。
应当定期添加水到水基泥浆中，以补充渗漏到地层和在泥浆池中蒸发的水份。
如果不补充水，那么由于固相浓度增加，粘度就会上升。
而化学方式的降粘效果不佳。
在没有添加重晶石或膨润土的情况下，塑性粘度的稳定上升就说明水分减少了。
磷酸盐是最早可以大批量供应的化学稀释剂之一。
磷酸盐通过吸附粘土颗粒而起作用，因此，它能达到令人满意的电平衡和允许颗粒自由地悬浮在溶液中。
磷酸盐的这种分散效果归因于轻度的阴性粘土片晶置换，它可使片晶相互排斥，最终这些断裂边缘的化合价趋于饱和。
在被严重污染的离子环境中，磷酸盐的使用是有限的。
如果有自由的钙离子或镁离子存在，不论其数量多少，都将会形成磷酸盐的络合物或者不溶的金属离子磷酸盐。
由于清除了可用的磷酸盐，这就限制了降粘能力。
表2列出了常用的用于现场钻井泥浆应用中的磷酸盐优点1) 在井深较浅的条件下，在大多数膨润土水基泥浆中，磷酸盐是一种十分有效的稀释剂。
钻井液
剪切应力—液流中各层速度不同，层间必有相对运动，发生内摩擦， 剪切应力 液流中各层速度不同，层间必有相对运动，发生内摩擦，阻碍液层
作相对运动。单位面积上的内摩擦力称为剪切应力，简称切力。 作相对运动。单位面积上的内摩擦力称为剪切应力，简称切力。
3．静滤失 ．
钻井液在停止循环时的滤失称为静滤失。 钻井液在停止循环时的滤失称为静滤失。 随着滤失过程的进行，滤饼逐渐增厚，滤失阻力逐渐增大，滤失速率逐渐减小。 随着滤失过程的进行， 滤饼逐渐增厚 ， 滤失阻力逐渐增大， 滤失速率逐渐减小 。
第三节 钻井液的性能
（三）影响滤矢量的因素
静滤失方程: 静滤失方程
液体流动的四种流型： 液体流动的四种流型：
dv 牛顿方程 dx dv 宾汉方程 τ = τ 0 + µ PV 塑性流型： 塑性流型： dx
牛顿流型： 牛顿流型： τ = µ
流速 梯度 dv/dx
假塑性流型： 假塑性流型： 膨胀流型： 膨胀流型：
dv τ = k dx
n
幂率方程
τs
µ 4. 表观粘度（视粘度或有效粘度） Av 表观粘度（视粘度或有效粘度）
dv
µAV =τ /
dv dv dv = τ −τ0） +τ0 / = µpv + µ结构 （ / dx dx dx
表观粘度等于塑性粘度与由屈服值和流速梯度所决定的那部分粘度（ 表观粘度等于塑性粘度与由屈服值和流速梯度所决定的那部分粘度（结构 等于塑性粘度与由屈服值和流速梯度所决定的那部分粘度 粘度）之和，它反映两者的总的粘滞作用， 总粘度”的意思。 粘度）之和，它反映两者的总的粘滞作用，是“总粘度”的意思。 5. 动塑比 τ 0 / µ PV ——动切力与塑性粘度之比，反映了钻井液结构强度与 动切力与塑性粘度之比， 动切力与塑性粘度之比 塑性粘度的比例关系。 塑性粘度的比例关系。 它影响钻井液在环空中的流态和剪切稀释特性。动塑比大， 它影响钻井液在环空中的流态和剪切稀释特性。动塑比大，流动过水断 面较平缓，剪切稀释能力强，但流动阻力大，要求的泵压高。 面较平缓，剪切稀释能力强，但流动阻力大，要求的泵压高。 τ 理想值： 理想值： 0 / µ PV = 0.36~0.48。 。 调整方法：采用调整动切力和塑性粘度的方法。 调整方法：采用调整动切力和塑性粘度的方法。
钻井液配方资料(修改版)
钻井液无机处理剂的作用主要有离子交换作用、调节值、控制絮凝、分散、 沉淀、络合、形成可溶性盐、水解、形成溶胶、抑制溶解、胶凝、调节密度等作 用。现将常用无机处理剂介绍如下。
（1）碱类 氢氧化钠别名为烧碱、火碱、苛性钠。烧碱是一种强碱，加入钻 井液后，其重要作用是：溶于水中完全电离，可提供钠离子和：氢氧根，遇二价 阳离子可形成低溶解度或难溶的氢氧化物，控制阳离子浓度，变难溶有机酸为易 溶于水的盐，如配制丹宁碱液、煤碱液等，变纤维素为碱纤维素。分散和活化粘 土、增强其它处理剂性能等。氢氧化钙别名消石灰和熟石灰，为白色粉末，常温 下密度为，吸潮性强，在空气中能吸收二氧化碳生成碳酸氢钙。它在水中的溶解 度小，常与水配成混浊的悬浮体即石灰乳，浓度饱和而澄清的水溶液叫石灰水。 氢氧化钙加入钻井液后，其主要作用是：加入钻井液中能控制 Na+和钙蒙脱土的 浓度：遇纯碱生成沉淀 CaCO3，可除去遇盐酸生成氯化钙，从而提高 Na+浓度:氢 氧化钾别名为苛性钾，为白色半透明晶体，常温密度为 2.044g/cm3 左右，熔点 360℃。氢氧化钾易溶于水，水溶液呈强碱性，也溶于酒精和甘油，难溶于醚及 烃类，极易吸潮气和而结成硬块及变质。其商品杂质可能含有氯化物、硫酸盐 。 在钻井液中，氢氧化钾的作用基本上与氢氧化钠相似，主要用作钾基钻井液的值 调节剂，也可提供大量钾离子，增加防塌效果。
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。
钻井液工艺学
钻井液工艺学钻井液工艺学，作为石油工程的一门学科，研究的是关于钻井液的性质、配方和使用等方面的知识和技术。
钻井液是在钻井过程中用于冷却、润滑、清洁井底、钻杆和工具的一种特殊液体。
它不仅对保持井眼稳定、减小地层损失、控制井底压力等具有重要作用，还能提供钻井过程中的必要信息。
钻井液的基本构成包括基础液体、增稠剂、胶凝剂、扩展剂、润滑剂和防腐剂等。
基础液体通常是水、油和乳化液，根据钻井的不同条件和要求选择不同的基础液体。
增稠剂和胶凝剂主要用于调整钻井液的粘度和流变性能，以提高井壁稳定性和增加堵漏效果。
扩展剂可用于调整钻井液的密度和降低液相黏度。
润滑剂主要用于减小钻杆和井壁之间的摩擦，降低钻具的损耗。
防腐剂一方面可用于保护钻杆和钻具，防止腐蚀；另一方面，还可用于控制钻井液中的微生物和细菌的繁殖，以保持钻井液的稳定性和性能。
钻井液工艺学研究的一项重要内容是钻井液的处理和回收利用。
钻井液在钻井过程中会受到井底状况、岩心性质和钻井液配方等因素的影响，导致钻井液中含有大量固体颗粒、悬浮物和化学物质。
这些杂质会降低钻井液的性能和使用寿命。
因此，钻井液需要经过一系列的处理步骤，包括固液分离、溶液处理和再循环等，以保持钻井液的稳定性和性能。
此外，钻井液工艺学还研究了钻井液的性能评价和监测方法。
通过对钻井液中各种物理化学参数的测试和分析，可以有效评估钻井液的质量和性能。
常用的测试方法包括密度、黏度、滤失、PH值、悬浮物含量、饱和度等。
这些测试参数能够反映钻井液的流变性能、稳定性能和过滤性能等关键指标。
综上所述，钻井液工艺学作为石油工程领域的一门学科，研究的是钻井液的性质、配方和使用等方面的知识和技术。
它在钻井过程中起着至关重要的作用，不仅对提高钻井效率和井下作业安全具有重要意义，还能为油气勘探和开发提供技术支持和经济效益。
钻井液工艺学是石油工程中的重要学科，它的研究对象是钻井液，也称为钻井泥浆。
钻井液在钻井作业中的应用非常广泛，不仅可以提供冷却、润滑和清洁井底的功能，还可以控制井底压力，保持井眼稳定。
钻井液处理剂类型及钻井液配方用途综述
钻井液处理剂类型及钻井液配方用途综述一处理剂类型和作用1、人工钠土我国钙搬土资源非常丰富，我们的科研人员研制成人工钠搬土，建立了生产车间生产流水线，将钙搬土加工活化变成完全符合标准的钠搬土，其性能已能赶上美国商品土的指标，如表l所示。
现在已经投产可以大量供应商品土，价格比国际市场价格低廉。
比用钙土粉在现场改性价格便宜而性能优越。
如表2所示：表1国家粘度计读数R600 动塑比YP／PVAPI失水FLAPI规范>30 <3 <13.5 MIL GEL(美) 53.4 1.64 12.4 MAGCO GEL(美) 118.6 3.6 12.6 KONIGE一3V(日) 59 1.8 12.3 中国NaViL 50 1.7 9.5(注：动塑比及失水为更重要的指标)表2产地搬土类型粘度计读数R600视粘度AV动塑比YP／PV失水量FL山东钙土加碱23.6 11.8 1.36 15.4 高阳人工钠±30.6 15.3 2.36 10 山东钙±加碱 20.6 10.3 1.38 18 付马营人工钠土5O 25 1.70 9.5我国还有极为丰富的海泡土及凹凸棒土资源，经加工其成品质量已达到标准。
这两种土可用于高温地热井，盐类地层钻井及海上钻井。
2，润滑剂：金刚石钻进使用的润滑剂，除使用传统的皂化溶解油，太古油外，还有癸脂酸钠，松香酸钠等，如：RY特效润滑剂，是当前使用较理想的金刚石钻探润滑剂，属于阴离子表面活性剂。
3、聚丙烯酸盐类处理剂：不分散低固相泥浆中采用的一种双作用的泥浆处理剂～选择性絮凝剂：对无用固相絮凝，而对有用固相增效。
理想的选择性絮凝是不易达到的。
但是我们选用聚丙烯酸盐类处理剂，在钻探实践中收到良好的技术经济效益。
具有流变性好、防塌，润滑性好等优点。
其中：部分水解聚丙烯酰胺（PHP）：本产品为白色或淡黄色粉末，水溶性好，能抑制泥页岩的水化作用和提高钻井液的粘度，是钻井液用强力包被剂。
钻井液的组成及用途
钻井液的组成及其功用******指导老师：龙*学号：**********专业：应用化工目录摘要 (2)关键词 (2)绪论 (2)一、钻井液的类型 (2)1.1分散钻井液(DISPERSED DRILLING FLUIDS) (2)1.2钙处理钻井液(CALCIUM-TREATEDDRILLINGFLUIDS) (2)1.3盐水钻井液(SALTWATERDRILLINGFLUIDS) (3)1.4饱和盐水钻井液(SATURATEDSALTWATERDRILLINGFLUIDS) (3)1.5聚合物钻井液(POLYMERDRILLINGFLUIDS) (3)1.6钾基聚合物钻井液(POTASSIUM-BASEDPOLYMERDRILLINGFLUIDS) (4)1.7油基钻井液(OIL-BASEDDRILLINGFLUIDS) (4)1.8合成基钻井液(SYNTHETICDRILLINGFLUIDS) (4)1.9气体型钻井流体(GAS-TYPEDDRILLINGFLUIDS) (4)二、钻井液的组成 (5)三、钻井液的功用 (6)3．1携带和悬浮岩屑 (7)3．2稳定井壁和平衡地层压力 (7)3．3冷却和润滑钻头、钻具 (7)3．4传递水动力 (7)四、钻井液处理剂 (8)4．1堵漏材料 (8)4．2防塌剂 (8)4．3 加重材料 (9)4．4降滤失剂 (9)参考文献 (10)致谢 (11)摘要：概述钻井液的组成、类型及其主要功用。
钻井液是什么？钻井液(DrillingFluids)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。
钻井液又称做钻井泥浆(DrillingMuds)，或简称为泥浆(Muds)。
关键词：钻井液的组成；钻井液类型；钻井液的主要功用。
绪论：钻井液是钻井工程里不可或缺的一项重要技术，钻井液被比喻为钻井的血液可见其重要性。
钻井液技术在国内外钻井行业都占据着重中之重的地位。
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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钻井液（drilling 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。
他们使用一种叫做绳式顿钻钻井的技术，实现方式是先使巨大的金属钻具下落，然后用一种管状容器收集岩石的碎片。
中国人在这项技术上比较领先，中国也被公认为是第一个在钻探过程中有意使用流体的国家。
此处所讲的流体是指水。
它能软化岩石，从而使钻具更容易穿透岩石，同时有助于清除被称作钻屑的岩石碎片。
（从钻孔中清除钻屑这一点非常重要，因为只有这样，钻头才能没有阻碍地继续深钻。
）1833 年，一位名叫弗劳威勒(Flauville) 的法国工程师有一次观察绳式顿钻钻井作业。
作业进行中，钻井设备钻出了水。
这时他意识到喷出的水对把钻屑从井中提出会非常有效。
使用流动的液体从钻孔中清除钻屑的原理由此确立。
他设想了一种装置，按照这一设想，泵将水沿钻杆的内侧送至钻孔内，而当水经钻杆和钻孔壁间的缝隙返回到地表后，就会将钻屑一并带出。
此操作程序沿用至今。
1900 年，在德克萨斯州的Spindletop 钻探油井期间，钻井工人驱赶一群牛趟过了一个灌满水的地坑。
被牛趟过的水坑中就会形成泥浆，它是一种粘稠的、泥浆状的水和泥土的混合物，钻井工人用泵将它送入钻孔中。
钻井液如今仍被称作泥浆，但工程师们已不再只依赖水和泥土作为钻井液的原料。
他们对混合物的成分进行精心调配，以满足各种钻探条件下的具体需要。
现代化的钻井液确实是油井的命脉。
今天如果没有它们，就不可能钻出深井。
旋转钻探已基本上取代了绳式顿钻钻井。
使用这种技术时，钻头位于旋转岩管的末端。
钻探过程与使用手持式电钻或螺丝钻钻入一块木头的过程类似。
不象钻木头那样只钻入几英寸或几厘米，现代油井可深达地下几千英尺或几千米。
钻木时，钻屑沿孔道的螺旋槽被从钻孔中带出。
这种方法对钻浅孔有效，却不适用于钻探深井。
钻探深井时，钻屑是随循环泥浆一起被带到地表上。
油井钻得越深，就愈加体现出钻井液的重要性。
它的用途很广并可解决各种问题，而这些问题各处差异极大。
钻井液的类型及组成钻井液按分散介质（连续相）可分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体等。
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（混油乳化液和反相乳化液）。
固相包括有用固相（膨润土、加重材料）和无用固相（岩石）。
化学处理剂包括无机、有机及高分子化合物。
①水基钻井液水基钻井液是一种以水为分散介质，以粘土（膨润土）、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。
其主要组成是水、粘土、加重剂和各种化学处理剂等。
水基钻井液基本经历了五个阶段，即天然钻井液（1904-1921年）、细分散钻井液（1921-1946年）、粗分散钻井液（1946-1973年）、不分散低固相钻井液（1966年至今）、无固相钻井液（1968年至今）、聚合物钻井液（1978年至今）阶段等。
水基钻井液还可分为：（1）淡水钻井液。
氯化钠含量低于10mg/cm³，钙离子含量低于0.12mg/cm³。
（2）盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）。
氯化钠含量高于10mg/cm³。
（3）钙处理钻井液。
钙离子含量低于0.12mg/cm³。
（4）饱和盐水钻井液。
含有一种或多种可溶性盐的饱和溶液。
（5）混合乳化（水包油）钻井液。
含有3%-40%乳化油类的水基钻井液（6）不分散低固相聚合物钻井液。
固相含量低于4%，含有适量聚合物。
（7）钾基钻井液。
氯化钾含量高于3%。
1978年以来开始在我国钻井现场使用。
（8）聚合物钻井液。
它是以聚合物（如：聚阴离子纤维素、羧甲基纤维素等）为主体，配以降粘剂，降滤失剂、防塌剂和润滑剂等多种化学处理剂所组成的钻井液。
它是20世纪80年代发展起来的一种新型钻井液体系。
包括阳离子聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液、全阳离子聚合物钻井液、深井聚合物钻井液和正电胶钻井液等。
②油连续相钻井液油连续相钻井液（习惯称为油基钻井液）是一种以油（主要是柴油或原油）为分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系。
其主要组成是原油、柴油、加重剂、化学处理剂和水等。
它基本经历了原油钻井液（1930年初）、油基钻井液、油包水（反相乳化）钻井液（1960年至今）等三个阶段。
（1）原油钻井液。
主要成分是原油。
（2）油基钻井液。
以柴油（或原油）为连续相，以氧化沥青为分散相，再配以加重剂和各种化学处理剂配制而成。
（3）油包水（反相乳化）钻井液。
一柴油（或原油）为连续相，以水为分散相呈小水滴分散在水中（水可占60%的体积），以有机膨润土（亲油鹏润土）和氧化沥青等稳定剂，再配以加重剂和各种化学处理剂等配制而成。
1978年以来开始在我国钻井现场使用。
③气体型钻井流体气体钻井液是以空气或天然气作为钻井循环流体的钻井液。
泡沫钻井液是以泡沫作为钻井循环流体的钻井液。
主要组成是液体、气体及泡沫稳定剂等。
20世纪80年代我国标准化委员会钻井液体系分委会把钻井液分为：不分散地固相聚合物钻井液、淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液、钙处理钻井液、钾基钻井液、油基钻井液、气体钻井液等八大体系。
API(美国石油学会)及LADC(国际钻井承包商协会)认可的钻井液体系如下：不分散钻井液体系、分散性钻井液体系、钙处理钻井液体系、聚合物钻井液体系、低固相钻井液体系、饱和盐水钻井液体系、修井完井钻井液体系、油基钻井液体系和空气、雾、泡沫和气体体系。
钻井液的选用标准钻井液是钻井的“血液”，在钻井作业中起着非常重要的作用。
因此对钻井液要求很高，主要有四个方面：①钻井循环的要求钻井循环对钻井液的要求是泵压低（粘度低），携砂能力强（动切力高），启动泵压低（静切力低），润滑性能好，摩擦力低，磨损小（固体颗粒少）。
②要保持井眼的稳定钻穿的地层要用钻井液的压力柱与地层压力取得平衡，钻井液密度稳定；钻井油气层时要靠钻井液的压力柱来平衡油气的压力要求钻井液密度适当。
要求钻井液有克服不稳定地层的性能，例如泥岩吸水膨胀造成井眼收缩；砾岩、火山岩遇水造成跨塌，盐岩遇水而形成溶洞等，即要求有不同性质的钻井液。
③要求钻井液保护油气层钻开油气层后，钻井液与油气层接触，为防止钻井液损害油气层，要求钻井液的失水小、泥饼薄（钻井液失水后，固压差固体颗粒在井壁上形成泥饼环）、固相含量低、滤液的水化作用低（滤液进入地层后与地层中的液体发生的化学作用）等。
④保护环境和生态钻井液中常含有原油、柴油和各种油类以及含有大量的化学处理剂，为防止钻井液对环境和生态可能造成的影响，要求使用无害、无毒的钻井液。
钻井液的主要作用地下钻井作业的严酷环境促进了对钻井液的研究和开发，要求能够在钻井过程中完成以下多项关键任务：悬浮、压力控制、岩层稳定性、浮力、润滑和冷却。
悬浮沿钻杆向下或从钻孔中向上流动的钻井液有时会停止运动。
出现这种情况只能有两种原因：一是出现了故障，二是在更换钻头时将钻杆提出了钻孔。
钻探停止时，悬浮在钻井液中的钻屑就会沉入钻孔的底部，将钻孔堵塞。
钻井液被设计为具有一种非常有趣的特性，而该特性可以解决这一问题。
钻井液的稠度（或粘度）随钻井液流速降低而增加。
钻井液停止流动后，就会形成一种粘稠的凝胶体，这种凝胶体可使岩石钻屑悬浮在其中，从而防止它们沉入钻孔底部。
而当钻井液又开始流动后，它就会越变越稀薄，恢复到其以前稀薄的液体形态。
压力控制许多人都看到过石油从钻井台中喷入高空，石油工人为之而欢呼雀跃的情景。
实际上，这类井喷罕有发生，也并不值得庆祝，因为钻探的目标是以控制流量的方式来开采石油。
泥浆被设计为可以抵消岩层中流体的自然压力，从而防止发生此类事故。
压力间必须达到适当的平衡，即钻井液对钻孔壁的压力应足以抵消岩层和石油或天然气施加的压力，但这种压力又不能太大，否则会对油井造成破坏。
如果钻井液的重量太大，可能会使岩石破裂，钻井液也会因此而流失入地下。
液体的压力随其浓度的变化而变化。
在钻井液中添加增重剂可以提高其浓度，进而增大它对钻孔壁的压力。
可调整液体的浓度以满足油井中的环境要求。
裸露岩层的稳定性钻井过程分为两个阶段：第一阶段是钻穿不含石油的岩层，目标是尽快钻穿不含油岩层，到达含油岩层，即储集层。
此时的重点是要保持钻孔中裸露岩层的稳定，同时还要避免钻井液流失。
而如果保持钻井液压力高于岩层孔隙流体压力，钻井液就会出现向岩层的透水岩石中渗入的自然趋势。
在钻井液中加入特殊的添加剂，就能防止发生这种情况。
钻井液可能会以其它方式与周围的岩石相互作用。
例如，如果岩石含盐量很高，水就会溶解其中的盐分，从而使钻孔壁变得不稳定。
在这种情况下，使用油基钻井液效果会更好。
粘土含量高的岩层也容易被水冲刷掉。
对这类岩层需使用抑止性的钻井液，以保持井眼稳定并防止井眼扩大或被冲蚀。
随着钻探不断深入，井眼被用钢套管保护起来，钢套管用水泥加固，这样既保持了井眼的稳定性，又为到达储集层后开采的石油提供了通往地表的通道。
到达储集层后，必须改变钻井液的成分，以避免阻塞岩石孔隙。