钻井液工艺学复习资料
钻井液工艺学-第三章
第二节
数学表达式：
钻井液的基本流型及特点
y
第二节
钻井液的基本流型及特点
流型判断（作图法）
（1）多点测试（τ，γ ） （2）分别以τ和γ为坐标轴绘图 （3）结合标准流变曲线进行判断
第三节
流变参数测量与计算
一.测量仪器及原理
1、漏斗粘度计
漏斗粘度 Funnel Viscosity 定 单 类 义：定体积泄流时间。 位：秒；s 型：
第四节 钻井液流变性与钻井作业的关系
三.钻井液流变性与井壁稳定的关系
流态对井壁稳定的影响：层流比紊流有利于井壁稳定。
第四节 钻井液流变性与钻井作业的关系
四.钻井液流变性与钻速的关系
第四节 钻井液流变性与钻井作业的关系
五.钻井液流变性与井内压力激动的关系
下钻: 当钻头在井内向下运动时，钻井液被推动着向上流动。这时钻头 处的压力等于钻头以上钻井液的流动阻力与该段钻井液的静液柱压力 。超出静液柱压力的部分被称为“激动压力”。这是造成井漏的原因之 一。 起钻:相反，当钻头在井内向上运动时，钻井液向下流动。这时钻头处 的压力等于钻头以上钻井液的静液柱压力减去该段钻井液的流动阻力 。低于静液柱压力的部分被称为“抽吸压力”。这是诱发井喷、井塌的 原因之一。 主要控制措施： 控制起下钻速度； 降低钻井液粘切。
μ a=τ/γ ，mPa· s
第三节
流变参数测量与计算
某一剪切速率下的表观粘度可用下式表示：
μ a=（300ѲN）/N
N—表示转速，单位为r/min； ѲN—表示转速为N时的刻度盘读数。 在评价钻井液的性能时，为便于比较，如果没有特别注明某一剪切速率， 一般是指测定600r/min时的表观粘度，即：
μp
《钻井液工艺原理》考前综合复习资料(适用于2020年6月考试)
《钻井液工艺原理》课程综合复习资料一、判断题1.溶液的pH愈大则酸性愈强。
2.大多数钻井液属于非牛顿液体。
3.在任何时候泥浆的失水量越小越好。
4.钻井过程中最主要的污染物是钻屑。
5.泥浆中加入磺化沥青来提高防塌能力，其防塌机理主要是通过增加液相粘度来实现的。
6.100磅等于50公斤。
7.适用无固相聚合物钻井液可达到最高的钻速。
8.MMH正电胶钻井液具有固液双重特性，静止瞬间即成固体，加很小的力即可流动。
9.对于高温深井水基钻井液须严格控制粘土的含量。
10.对区域探井和预探井的钻井液可混入原油和柴油。
11.生产井对钻井液的要求是保护好油气层和提高钻速。
12.钻表层用的钻井液必须提前24-48h配制，以保证钻井液性能均匀稳定。
13.钻表层时，如果邻井资料有“防塌”，“防漏”提示，要用清水开钻。
14.当井中液柱压力大于地层坍塌压力时，会发生井塌。
15.地层中含有石膏，氯化钠和芒硝等无机盐时，会促使地层发生吸水膨胀。
16.盐水钻井液中的滤液对油气层的损害较轻。
17.分散钻井液是油气钻井中最早使用，并且适用时间相当长的一类油基钻井液。
18.钻井液中氧的存在没有什么影响。
19.钻屑不易在盐水中水化分散。
20.Ca2+抑制粘土的水化分散，任何时候都要将它除去，是有害离子。
二、单选题1、在水中易膨胀分散的粘土矿物是（）。
A. 高岭石B. 云母C. 蒙脱石D. 绿泥石2、泥浆10秒和10分钟静切力是电动旋转粘度计以3转/分转动时刻度盘指针的（）。
A. 最大读数B. 最小读数C. 稳定后的读数3、泥浆含砂量是指大于74微米的颗粒在泥浆中的体积百分数，因此测试时需用（）目数的过滤网过滤泥浆样。
A. 150B. 200C. 325D. 1004．油基钻井液的应用受到一定的限制，其主要原因是（）。
A不能抗高温B不能提高钻速C配制成本较高，使用时会对环境造成一定污染D不能抗钙污染5.有机硅防塌钻井液具有防塌性强，润滑防卡性好，粘土容量大，抗岩屑污染能力强，抗温性好，但体系抗（）能力相对较弱。
钻井液工艺技术考点
钻井液工艺技术考点绪论：钻井液定义、组成、分类；基本公用。
第一章：粘土矿物水化膨胀性的好坏，粘土的稳定性、连接方式。
第二章：定义；塑性粘度，动切力，表观粘度，静切力，剪切稀释性。
简述；钻井液流变性与钻井作业的关系第三章：钻井液的虑失和润滑性；定义：滤失，滤失量，滤失范围及合理的滤失量；测量API滤失量指标第四章：水基钻井液：1、细分散钻井液优缺点及使用2、盐水钻井液优缺点及使用3、MMH正电胶钻井液特点4、高温对粘土、处理剂、黏土及处理剂的影响5、聚合物的特点第五章：油基钻井液：组成，滤失量低的原因，活度平衡第六章：振动筛、旋流器工作特点第七章：井壁不稳的机理、井壁失稳的对策、堵漏剂、漏失的原因、堵漏方法。
绪论1、定义：钻井液：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。
钻井液俗称钻井泥浆或泥浆。
2、钻井液的组成：钻井液是由分散介质，分散相和化学处理剂组成的分散体。
3、钻井液的分类：1）、按密度分非加重钻井液和加重钻井液。
2）、按其与粘土水化作用强度分非抑制性钻井液和抑制性钻井液。
3）、按其固相含量的多少分低固相含量和无固相含量。
4）、根据分散介质不同：水基钻井液、油基钻井液、气体性钻井液和合成基井液。
4、钻井液的基本功用1）、携带和悬浮岩屑2）、稳定井壁3）、平衡地层压力和岩石侧压力4）、冷却和润滑作用5）、传递水功率6）、获取地下信息第一章、粘土胶体化学基础一、粘土矿物水化膨胀的强弱1、高岭石：为非膨胀性粘土矿物，其水化性能差，造浆性能不好，最不容易发生水化膨胀。
2、蒙皂石：是膨胀型粘土矿物，其晶层表面包括内外表面都可以进行水化及阳离子交换，蒙皂石具有很大的比表面。
最容易发生水化膨胀。
3、伊利石：不易水化膨胀4、绿泥石：非膨胀性粘土矿物，不易发生水化膨胀。
5、海泡石族：膨胀型粘土矿物，具有较好的热稳定性，适用于配制深井钻井液，具有良好的抗盐稳定性。
6、混合晶层粘土矿物：最常见的为伊利石和蒙皂石混合层，简称依蒙混层，是膨胀型粘土矿物。
钻井液复习资料
钻井液复习资料1、钻井液概念：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。
2、钻井液功能：（1）携带和悬浮岩屑（2）稳定井壁和平衡地层压力（3）冷却和润滑钻头、钻具（4）传递水压力（5）获取井下信息（6）保护油气层3、钻井液类型：（1）分散钻井液（2）钙处理剂钻井液（3）盐水钻井液（4）饱和盐水钻井液（5）聚合物钻井液4、黏土矿物有哪三种：高岭石、蒙脱石、伊利石5、晶格取代的概念：在其结构中某些原子被其他化合价不同的原子取代而晶体骨架保持不变的作用6、黏土晶体的电荷分为哪三种：永久荷载、可变荷载、正电荷7、交换型阳离子的概念：黏土一般带负电，为了保持电中性，黏土必然从分散介质中吸附等电量的阳离子，这些被黏土吸附的阳离子，可以被分散介质中其他阳离子所交换。
8、黏土阳离子交换容量：在分散介质PH=7的条件下，黏土所能交换阳离子的总量。
9、黏土水化膨胀受哪三种力的制约：表面水化力、渗透水化力、毛细管作用。
10、表面水化、渗透水化的概念：表面水化是由黏土晶体表面吸附水分子与交换性阳离子水化而引起的；渗透水化是当黏土表面吸附的阳离子浓度高于介质中的浓度，便产生渗透压，从而引起水分向黏土晶层扩散的现象。
11、分散介质和分散项的概念：被分散的物质叫分散相。
包围分散相的另一相称为分散介质。
12、吸附作用及其分类：物质在俩相界面上自动浓集（界面浓度大于内部浓度）的现象。
吸附分为物理吸附和化学吸附。
13、电动电位、热力学电位的概念：滑动面到均匀液相内的电位称为电动电位。
从固相表面到均匀液相内的电位称为热力学电位。
14、动力稳定性、聚结稳定性的概念：动力稳定性是指在重力作用下分散相粒子是否容易下沉的性质。
聚结稳定性是指分散相粒子是否容易自动的聚结变大的性质15、黏土矿物的俩种基本构造是：硅氧八面体、铝氧四面体。
16、钻井液流变性的概念：在外力作用下，钻井液发生流变和变形的特性17、钻井液粘度的物理意义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力。
钻井液复习资料
钻井液复习资料钻井液，又称“泥浆”（Mud），是石油钻井的“血液”。
在旋转钻井过程中，凡是能够满足钻井工艺要求的循环流体都称为钻井液。
泥浆的主要功能清洗井底，携带岩屑冷却和润滑钻头；形成泥饼,保护井壁；控制和平衡地层压力；悬浮加重剂和岩屑；提供所钻地层的有关资料；将水功率传给钻头。
钻井液分类固相含量低固相钻井液无固相钻井液流体介质和体系的组成特点水基钻井液油基钻井液气体型钻井液合成基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，也称为细分散钻井液或淡水钻井液。
它是一类使用历史较长、配制方法较简单、配制成本较低的常用钻井液。
钙处理钻井液体系主要由含Ca2+的无机絮凝剂、降粘剂和降滤失剂组成。
由于体系中的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。
盐水钻井液是用盐水(或海水)配制而成的。
凡NaCl含量超过1％(Cl-质量浓度约为6000mg/L)的钻井液统称为盐水钻井液。
聚合物钻井液是指将聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性能的水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KCl为主处理剂的防塌钻井液。
以油（通常使用柴油或矿物油）作为连续相的钻井液称油基钻井液。
目前含水量在5％以下的普通油基钻井液已较少使用，而主要使用油水比在(50-80)：(50-20)范围内的油包水乳化钻井液。
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。
气体型钻井流体主要适用于钻低压油气层、易漏失地层以及某些稠油油层。
空气或天然气钻井流体、雾状钻井流体、泡沫钻井流体、充气钻井液。
水基钻井液是由膨润土、水(或盐水)、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系。
其中膨润土和钻屑的平均密度均为2.6 g/cm3，通常称它们为低密度固相，而加重材料常被称为高密度固相。
《钻井液工艺原理》综合复习资料
钻井液工艺原理》综合复习资料、名词解释1、晶格取代（P29最后一段）在粘土结构中某些原子被其它化合价不同的原子取代而晶格骨架保持不变的作用。
2、压差卡钻（P402倒数第三段）压差卡钻又称泥饼粘附卡钻,是指钻具在井中静止时,在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用下,将钻具紧压在井壁上而导致的卡钻。
3、剪切稀释特性（P65最后一段）塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性。
4、油气层损害（P409第一段）任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象，均称为油气层损害。
5、塑性粘度（P60第一段）在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值。
钻井液中的塑性粘度是塑性流体的性质，不随剪切速率而变化；反映了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱。
6、胺点在标准实验条件下，石油产品与等体积的苯胺，在相互溶解形成单一液相时的最低温度，叫苯胺点。
7、造浆率（P147第一段）常将1t粘土所能配出的表观粘度为15mPa・s的钻井液体积称为造浆率。
8、泥饼粘附卡钻（P402倒数第三段）压差卡钻又称泥饼粘附卡钻,是指钻具在井中静止时,在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用下,将钻具紧压在井壁上而导致的卡钻。
9、水敏性损害（P420倒数第三段）水敏性损害是指当进入油气层的外来流体与油气层中的水敏性矿物不相配伍时，将使得这类矿物发生水化膨胀和分散从而导致油气层的渗透率降低。
10、静切力（P59最后一段）塑性流体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,这种使钻井液开始流动所需的最低切应力，称为静切力。
11、乳状液（）一种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形成的分散体系。
钻井液是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。
（P1）12、钻井液碱度（P9第六段）碱度是指溶液或悬浮体对酸的中和能力。
《钻井液工艺技术》复习题及答案
《钻井液工艺技术》复习题适用班级：10钻井—1、2、3、4、5班绪论一、选择题：1．下列不属于钻井液组成的是（）dA、分散介质B、分散相C、各种化学处理剂D、各种有用的物质2．一般钻井液属于（）cA、分子分散系B、胶体分散系C、粗分散体系D、全不是3．钻井液按其中流体介质不同可分为多种，不属于此分类系统的是（）dA、水基钻井液B、油基钻井液C、合成基钻井液D、加重钻井液4．下列不属于气体型钻井流体特点的是（）bA、密度低B、有很强的抑制性和抗盐、钙污染的能力C、钻速快D、能有效防止井漏等复杂情况的发生5．钻井液的功用中不包括（）aA、控制在碱性条件下，使某些化学反应进行得更顺利B、携带和悬浮岩屑C、稳定井壁D、平衡地层压力和岩石侧压力E、传递水动力F、冷却和润滑作用G、获取地下信息6、钻井施工对钻井液性能的要求中不包括（）cA、必须与所钻遇的油气层相配伍B、必须有利于地层测试C、必须是单项体系D、必须对钻井人员和环境不产生伤害和污染7．下列说法错误的是（）aA、为了节省成本，尽可能采用自然造浆B、聚合物不分散钻井液产生于20世纪70年代C、新的钻井技术的不断出现，大大推动了钻井液技术的快速发展。
D、欠平衡钻井液技术是钻井液应用技术的发展方向之一二、判断题1.钻井液由分散介质（连续相）、分散相和化学处理剂组成的分散系。
（）a2.胶体分散系目测是澄清均匀的，但实际是多相不均匀体系。
（）a3.钻井液按固相含量不同可分为：低固相钻井液、基本不含固相钻井液。
（）a4.钙处理钻井液是指含有一定浓度Ca2+和分散剂的油基钻井液。
（）b5.气体型钻井流体是以空气或天然气为流体介质或分散有气体的钻井流体。
（）a6.钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求（）a7.钻井液是“钻井的血液”。
（）a三、填空题*1．钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。
是实现健康、安全、快速、高效钻井及保护油气层、提高油气产量的重要保证。
钻井液工艺原理复习题
填空题27、现场钻井液常用四级固相控制设备指 ______ 、______ 、______ 、 ______28、现场常用钻井液降滤失剂按原料来源分类有 ____ 、_____ 、____ 、_____29、 ___________________________________________________________________ 宾汉模式中的塑性粘度反映了钻井液中 _______________________________________30、水基钻井液维持弱碱性的原因有 ____________________名词解释：1、晶格取代：2、阳离子交换容量：6塑性粘度：7、钻井液的流变曲线：8、流变模式：9、钻井液剪切稀释特性14、井漏：15、剪切稀释特性16、压差卡钻17、剪切速率18、动切力19、粘土的吸附性20、粘土的凝聚性选择题一、单项选择题1、蒙脱石属于_C—层型粘土矿物。
A 1 : 1;B 1 : 2 ;C 2 : 1 ;D 2 : 2A氢键力；B色散力；C静电力；D诱导力3、几种常见的粘土矿物中，_B_的膨胀性最强。
A高岭石；B蒙脱石；C伊利石；D绿泥石4、高岭石属于A层型粘土矿物。
A 1 : 1 ；B 1 : 2；C 2 : 1 ；D 2 : 25、粘土矿物的基本构造单元是 A 。
A硅氧四面体和铝氧八面体；B硅氧四面体片和铝氧八面体片; C硅氧八面体和铝氧四面体；D硅氧八面体和铝氧四面体。
6、调整钻井液密度是为了 B 。
A悬浮和携带B平衡地层压力C润滑D降低钻井液粘度7、钻井液按密度大小可分为 C 。
A淡水钻井液和盐水钻井液B水基钻井液和油基钻井液C加重钻井液和非加重钻井液D分散性钻井液和抑制性钻井液8、钻井液中固相的类型有 B 。
A无机固相和有机固相B活性固相和惰性固相C可溶固相和不溶固相D粘土和加重剂9、决定钻井液中粘土颗粒间静电斥力的是 B 。
A表面电位B电动电位C表面电荷D电解质10、两个溶胶粒子之间的吸引力本质上是 C 。
钻井液工艺原理复习题
1、钻井时，如果发生井喷，如何处理？答：出现井喷，第一个现象总是出现井涌（外溢）。
当井喷已经发生，需要立即压井。
这时应提方钻杆、停泵、关防喷器，观察立管压力（P立）和套管压力（P套），P套与P立之差越大，说明程度越严重。
然后按下列步骤进行压井：1、用原密度泥浆排除井内受油气侵污的泥浆出井。
2、然后用加重泥浆压井至井涌停止、井完全稳定为止。
3、进行排除井内受污泥浆和用重泥浆压井时，都要控制一定的回压，过大会压漏，过小将继续井涌。
循环排污时，控制回压的数值应为P套＋P加。
P加是附加压力，一般定为7～15公斤/平方厘米。
4、压井泥浆密度可按下式计算：ρ加重=ρ原+()HPP安全立+10式中ρ加重—加重后的泥浆密度；ρ原—原浆密度；P立—立管压力，kg/cm2；P安全—附加安全压力，一般为15kg/cm2；H—井深，m。
2、试论述正电胶钻井液(MMH)的原理与作用。
答：传统的水基钻井液都是将粘土分散在水中，形成负电分散体系。
传统的钻井液处理剂绝大多数是阴离子型的，能提高粘土的负电性，对粘土的分散作用是明显的。
但处理剂起分散作用的同时也会使钻屑分散和引起井壁不稳定，引起井下情况复杂。
这种钻井液的稳定措施同抑制钻屑分散和保护井壁的措施相互矛盾的状况长期困难着钻井工作者。
为降低钻井液体系粒子的负电性（有时也为提高处理剂在粘土表面的吸附能力），近年来研究开发了混合金属氢氧化物，在现场应用中收到了良好效果。
带正电荷的胶体颗粒和带负电荷的粘土颗粒可形成稳定的空间复合体，从而可保证钻井注液的稳定性。
同时，正电胶颗粒又能抑制岩屑分散和保持井壁稳定，因而可使钻井液稳定和井壁稳定达到统一。
虽然研制MMH的初衷是提高钻井液体系的正电性，抑制钻屑分散和保护井壁稳定，但后来大量的研究结果发现，MMH正电胶钻井液还具有其它一系列优良性能，如悬浮携带岩屑能力强、钻速高、成本低、保护油气层等。
3、井塌的原因是什么？如何预防及处理？答：1、井塌的原因：1）地质方面的原因。
钻井液工艺学复习资料
1.钻井液的主要功能（答出四点即可）①携带和悬浮岩屑②稳定井壁和平衡地层压力③冷却和润滑钻头、钻具④传递水动力⑤保护油气层⑥传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层2.粘土矿物表面带有负电荷的原因：同晶置换或晶格取代3.泥饼的概念与描述方法及其对钻井作业的影响：①泥饼：自由水渗入地层、固相附着井壁，行程泥饼。
②描述方法：硬、软、韧、致密、疏松、薄、厚等③泥饼薄而韧有利于降低失水，保护孔壁；厚而疏松则失水大，减小孔壁直径、引起压差卡钻。
不利于孔壁稳定。
4.Na2CO3在钻井液中的作用及作用原理：纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变成钠粘土，即Ca –粘土+Na2CO3 → Na-粘土+CaCO3↓早钻井泥塞或钻井液受到钙侵的时候，加入适量纯碱使Ca 2+沉淀变成CaCO3，从而使钻井液性能变好。
Na2CO3 + Ca 2+ →CaCO3↓+2Na +5.根据水镁石Mg(OH)2和正电胶结构，说明MMH晶片带有正电荷的原因：MMH中由于高价的Al3+取代了部分低价的Mg2+，使得正电荷过剩，所以MMH 经ian带正电荷。
6.钻井液密度及其对钻井作业的影响，并说明钻井流体密度设计基础和调节密度的方法：钻井液的密度是指每体积钻井液的质量，常用（或）表示；通过钻井液密度的变化，可调节钻井液在井筒内的静液柱压力，以平衡1）地层空隙压力，或；2）地层构造压力，以避免井塌的发生。
或；③如果密度过高，将引起钻井液过度增稠、易漏失、钻速下降，甚至压裂地层；④密度降低有利于提高机械钻速，但密度过低则容易噶生井涌甚至井喷，还会早晨井塌、井径缩小和携屑能力下降；⑤加重剂可以提高密度，混入气体则可降低密度。
⑥设计原理：地层坍塌压力或地层空隙压力≤（泥浆密度产生的静液柱压力+动压力+循环压力）≤地层破裂压力⑦对机械钻速的影响：随着泥浆比重的增加，钻速下降，特别是泥浆比重大于1.06~1.08时，钻速下降尤为明显7．井壁不稳定和产生的原因：井壁不稳定是指钻井或完井过程中的井壁坍塌，缩径，地层压裂等三种基本类型，前两者造成井孔扩大或减小，后者易造成井漏。
《钻井液工艺学》
2 : 1型
9.6×10-1 ~ 40×10-1 nm
O
n H2O
6O
OH
4(Si或Al)
Al
4O＋2(OH)
4~6(Al，Mg，Fe)
Si
4O＋2(OH)
4(Si或Al)
6O
伊
伊利石也叫水云母，它比原生云母少钾、多水。
淡水（NaCl＜1%、Ca++< 120mg/l）：最初使用。
水 基
盐水（NaCl＞1%）（盐水、饱和盐水、海水）
钻
用于海上和岩盐层及泥、页岩易塌地层。
井 钙处理（ Ca++＞120mg/l）：防塌、抗钙、盐侵强。
钻 液 低固相（固相＜7%，不分散的<4%）：钻速快。
井
混油（乳化）：润滑性、流动性好，失水量少。
晶体结构与蒙脱石相似，也是三层型粘土矿物，区别
利 在于晶格取代多发生在四面体中，Al3+取代Si4+。所带
石 电荷比蒙脱石高。伊利石不易膨胀。
10×10-1 nm
O
K
OH
Al
Si K
2 : 1型
6O 3Si＋1Al 4O＋2(OH) 4Al 4O＋2(OH) 3Si＋1Al 6O
三种粘土矿物晶体构造特点比较 K
0.5
0.4
0.3
0.2 0.1
00
F1 F3
F2 F4
12.5 25.0 37.5 50.0 井眼半径（mm）
平板型层流的实现
d0
δ
d
D
井眼环空平板型层流
钻井液工艺学
钻井液工艺学钻井液是钻井过程中用来携带岩屑及循环携带钻井液并携走钻井泥浆中污染物的循环携带工具。
钻井液的功能有两个方面，一是为钻头提供冷却润滑；二是携带钻井液携带的岩屑返出地表。
钻井液在钻井过程中起着三大重要作用：冷却钻头；携带岩屑返出地表；保护油气层。
目前石油企业在钻井施工过程中对钻井液使用量较大，主要存在以下问题： 1、钻井液性能不稳定； 2、新技术、新设备应用不够； 3、储运管理体系不完善。
钻井液的主要功能：一是冷却钻头和钻柱，防止烧蚀和磨损；二是清洗钻头、钻柱和钻具，携带岩屑和钻井液；三是平衡地层压力，保护油气层；四是钻井液中某些组分还可抑制某些地层流体侵入油气层。
因此，只有经常处于良好状态的钻井液才能实现以上各项功能。
钻井液的主要成分：钻井液的主要成分包括以下四类：原油（或天然气）、水、岩屑和其他添加剂。
目前国内大多数采用油基钻井液体系，而油基钻井液由原油和水混合而成，一般由原油和水混合形成原钻井液（钻井液原料组成：由原油与添加剂组成，见图1），油基钻井液（原钻井液）体系原钻井液原油钻井液中所含的水占60-70%，钻井液原油钻井液中所含的原油占20-30%。
在这种体系中，钻井液原油的最终用途通常取决于地质勘探结果和钻井目的。
按作用形式分类：第一种是循环钻井液，钻井液沿井筒的全过程中从地表到地下深处的一种连续循环流动的液体，它把从钻头切削下来的岩屑悬浮在流动的钻井液中，携带岩屑返出地表。
第二种是钻井液循环，它是指利用钻井液循环泵，强迫循环钻井液，使钻井液在钻头和井底钻具之间循环流动。
循环方式可分为强制循环、自然循环、混合循环等。
强制循环是用外部动力钻机或潜水电泵强迫钻井液循环，主要适用于一般地层；自然循环则靠重力流动，适用于一些松散易坍塌地层；混合循环是把强制循环与自然循环结合起来，既保持强制循环的优点又利用自然循环的特点，钻井液的循环方式多样化。
第三种是混合泥浆，它是指钻井液和泥浆组成的混合物。
钻井液
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。
钻井液工艺原理
钻井液工艺原理一、选择题 共( 27 题)1、黏土晶体随着环境的变化可能带有的电荷()。
、永久负电荷B 、 可变负电荷C 、 正电荷D 、 都有可能考生答案： D2、宾汉塑性模型常用来描述()液体的流动特性。
、塑性流体B 、 牛顿流体C 、 膨胀流体D 、 假塑性流体考生答案： A3、氯化钠的含量超过()统称为盐水钻井液。
A 、0.5% B 、1% C 、1.5% D 、2%考生答案： B4、 泥浆含砂量是指大于 74 微米的颗粒在泥浆中的体积百分数，因此测试时需用()目数的过滤网过滤泥浆样。
A A8、A 、 150B 、200C 、325D 、100考生答案： B 5、下列那种基团叫酰胺基()。
A 、、、、考生答案： A 6、压差对滤失量的影响是 ()。
、随压差增大而增大 B 、不随压差而变化 C 、压差越大滤失量反而越小 D 、都有可能考生答案： D7、低固相钻井液若使用宾汉模式,其动塑比值普通应保持在()Pa/mPa · s 。
A 、 0.48B 、1.0C 、4.8D 、2.1考生答案： AA D C B在水中易膨胀分散的黏土矿物是()。
、高岭石 B 、云母 C 、蒙脱石 D 、绿泥石考生答案： C 9、泥浆中的活性固相是指 ()。
、泥浆中的实用固相 B 、泥浆中的钻屑 C 、能与处理剂起化学反应的固相 D 、上述都是考生答案： B10、能在盐水中造浆的黏土矿物是()。
、高岭石 B 、凹凸棒石 C 、蒙脱石 D 、绿泥石考生答案： B 11、黏土颗粒处于边－边和边－面联结状态称为()。
、解絮凝B 、分散C 、絮凝D 、聚结A A A A考生答案：C12、屈服值的定义是引起流体流动所需的()。
A、剪切速率B、粘度C、剪切应力考生答案：C13、钻井液密度越高，机械钻速越()。
A、高B、低C、不影响考生答案：B14、标准 API 滤失量测定的压力要求是()。
A、686kPaB、7MPaC、100PaD、100kPa考生答案：A 15、不分散低固相聚合物钻井液中膨润土与钻屑的比值应大于()。
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1.钻井液的主要功能（答出四点即可）①携带和悬浮岩屑 ②稳定井壁和平衡地层压力③冷却和润滑钻头、钻具 ④传递水动力 ⑤保护油气层⑥传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层2.粘土矿物表面带有负电荷的原因：同晶置换或晶格取代3.泥饼的概念与描述方法及其对钻井作业的影响：①泥饼：自由水渗入地层、固相附着井壁，行程泥饼。
②描述方法：硬、软、韧、致密、疏松、薄、厚等③泥饼薄而韧有利于降低失水，保护孔壁；厚而疏松则失水大，减小孔壁直径、引起压差卡钻。
不利于孔壁稳定。
4.Na2CO3在钻井液中的作用及作用原理：纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变成钠粘土，即Ca –粘土+Na 2CO 3 → Na-粘土+CaCO 3↓早钻井泥塞或钻井液受到钙侵的时候，加入适量纯碱使Ca 2+沉淀变成CaCO 3，从而使钻井液性能变好。
Na 2CO 3 + Ca 2+ →CaCO 3↓+2Na +5.根据水镁石Mg(OH)2和正电胶结构，说明MMH 晶片带有正电荷的原因：MMH 中由于高价的Al 3+取代了部分低价的Mg 2+，使得正电荷过剩，所以MMH 经ian 带正电荷。
6.钻井液密度及其对钻井作业的影响，并说明钻井流体密度设计基础和调节密度的方法： ①钻井液的密度是指每体积钻井液的质量，常用3gcm （或3kgm ）表示；②通过钻井液密度的变化，可调节钻井液在井筒内的静液柱压力，以平衡1）地层空隙压力，或m p ρρ≥；2）地层构造压力，以避免井塌的发生。
或m c ρρ≤；③如果密度过高，将引起钻井液过度增稠、易漏失、钻速下降，甚至压裂地层m f ρρ≤； ④密度降低有利于提高机械钻速，但密度过低则容易噶生井涌甚至井喷，还会早晨井塌、井径缩小和携屑能力下降；⑤加重剂可以提高密度，混入气体则可降低密度。
⑥设计原理：地层坍塌压力或地层空隙压力≤（泥浆密度产生的静液柱压力+动压力+循环压力）≤地层破裂压力⑦对机械钻速的影响：随着泥浆比重的增加，钻速下降，特别是泥浆比重大于 1.06~1.08时，钻速下降尤为明显7．井壁不稳定和产生的原因：井壁不稳定是指钻井或完井过程中的井壁坍塌，缩径，地层压裂等三种基本类型，前两者造成井孔扩大或减小，后者易造成井漏。
井壁不稳定实质是力学不稳定。
当井壁岩石所受力超过其本身的强度就会发生井壁不稳定，其原因十分复杂，主要原因可归纳为力学因素，物理化学因素和工程技术措施等三个方面，但后两个因素最终均因影响井壁应力分布和井壁岩石的力学性能而造成井壁不稳定。
8.根据蒙脱石和伊利石的结构及化学成分解释这两种粘土矿物以下不同特性：①伊利石与蒙脱石晶格取代位置的区别：伊利石多发生在硅氧四面体，蒙脱石多发生在铝氧八面体②为什么伊利石的负电荷比蒙脱石多？伊利石晶格取代比蒙脱石多③为什么蒙脱石阳离子交换容量比伊利石多？伊利石层间阳离子K +不易交换④为什么蒙脱石的造浆能力强？蒙脱石O-O 分子连接，阳离子交换容量大⑤为什么用K+钻进含蒙脱石地层？利用K +进入粘土晶层，大小与Si-O 四面体六角环形大小相近，可嵌入特点9.写出宾汉塑性流体的流变方程，并阐述流变方程中各流变参数的物理意义和影响因素：1) 写出流变方程：0p ττμγ=+2) 0τ—动切力0τ：是塑性流体流变曲线中的直线段在τ轴上的截距。
它反映了钻井液在层流流动时，形成空间网架结构能力的强弱。
其主要影响因素有：粘土矿物的类型和浓度、电解质、降粘剂3) p μ—塑性粘度p μ：反映了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动态平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续相内部的内摩擦作用的强弱。
影响塑性粘度的主要因素：钻井液中的固相含量、钻井液中粘土的分散度、高分子聚合物处理剂。
10.动切力，影响因素及其调控措施定义见上一问影响因素：粘土矿物的类型和浓度；电解质；降解剂：大多数降解剂的作用原理都是吸附在粘土颗粒的端面上，使端面带一定的负电荷，于是拆散网架结构，因此，降粘剂的作用主要是降低动切力，而不是降低塑性粘度。
调控措施：降低0τ：最有效的方法是加入适量降粘剂，以拆散钻井液中已形成的网架结构。
如果是因22Ca Mg ++、等污染引起0τ升高，则可用沉淀的方法出去这些例子，此外，用清水或稀浆稀释也可以起到降0τ的作用。
提高0τ：可加入预水化膨润土浆，或增大高分子聚合物的加量。
对于钙处理钻井液或盐水钻井液，可通过适当增加2Ca ++、Na 浓度来达到提高0τ的目的。
11.塑性粘度，影响因素及其调控措施：塑性流体随着剪切力（当其数值达到一定程度之后），粘度不再随剪切速率睁大而发生变化，此时流变曲线变成直线，此直线段的斜率称为塑性粘度p μ或PV 。
影响因素：见上上一问调控措施：①降低p μ：通过合理使用固控设备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减少固相含量。
②提高p μ：加入低造浆率粘土、重晶石、混入原油或适当提高pH 值等，均可提高p μ。
另外增加聚合物处理剂的浓度使钻井液的液相粘度提高，也可起到提高p μ的作用。
12.根据静滤失方程f V = 说明： 1）影响钻井液失水的因素压差、泥饼渗透性、滤液粘度、固相含量和泥饼固相含量2）失水对钻井作业的影响失水增大，会引起地层岩石水化膨胀、剥落、使井径增大或缩小3）虑失性能的调控使用优质膨润土造浆；加入纯碱，提高ξ电位、水化程度和分散度；加入CMC 等4）为什么说采用泡沫泥浆可以预防钻孔漏失泡沫泥浆可以降低压差。
13．静切力及其物理意义、以及其对钻井作业的影响使流体开始流动的最低剪切力就是静切力。
物理意义：当钻井液静止的时候，破坏其内表面上的结构所需的剪切力。
静切力是提供悬浮能力的决定意义。
14．同晶置换（或晶格取代）及其对粘土性能的影响同晶置换是指在晶格构架不改变的情况下，四面体中的硅（+4）被低价钴（+3）或铁（+3）置换，八面体中的钴（+3）被低价镁（+2）等置换。
同晶置换导致粘土颗粒带负点，而粘土颗粒的负点性是影响其性能的重要因素。
一般情况下，同晶置换是粘土原生条件所决定的，不同粘土矿物的同晶置换程度有着明显的差异。
15.加重材料又称加重剂，由不溶于水的惰性物质经研磨加工制备而成。
为了对付高压地层和稳定井壁，虚将其添加到钻井液中心，提高钻井液密度，加重材料应具备的条件是自身密度大，磨损性小，易粉碎，并且应属于惰性物质，既不溶于钻井液也不与钻井液中其他组分发生相互作用。
16.动塑比0pτη及其物理意义； 在钻井液工艺中，动切力与塑性粘度的比称为动塑比。
比值表示剪切力稀释性的强弱，p τη比值越大，剪切稀释性越强。
17. 剪切稀释性：表观粘度随剪切速率的增加而降低的特性。
18.表面活性剂的润滑机理表面活性剂主要是通过在金属。
岩石和粘土表面行程吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触产生的固-固摩擦，改变为活性剂非极性端之间的摩擦，或者通过表面活性剂的非极性端还可在吸附一层油膜。
从而使回转钻柱与岩石之间的摩阻力大大降低，减少钻具和其他金属部件的磨损，降低钻具回转阻力。
（书111页）19．说明蒙脱石的结构特点及其造浆特性蒙脱石其晶体构造是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体组成一个晶胞，四面体和八面体共用的氧原子联结。
由于蒙脱石矿物的晶胞是由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成，故称为2：1型粘土矿物，其晶胞底面距为9.6A，吸水后可达21.40A。
由以上可以分析出，蒙脱石粘土由于晶胞间联系不紧密。
可交换的阳离子数目多，故水分子易进入晶胞之间，粘土易水化膨胀，分散性好，造浆率高，每吨粘土可达12~163m左右，同时，因可以吸引较多的阳离子，故“活性”大，接受处理的能力强，易改性或用化学处理剂调节泥浆性能，是优质的造浆粘土矿物。
20.滤失、造壁作用湖区对钻井作业的影响：在压力差作用下，钻井液的自由水想井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透，称为钻井液的滤失作用。
通常用滤失量或失水量来表示滤失性的强弱。
钻井液滤失的两个前提条件是：存在压差和存在裂隙或孔隙性岩石。
随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒使附着在井壁上形成泥饼，这便是钻井液的造壁性。
井壁上形成泥饼后，渗透性减小，阻止或减慢了钻井液继续侵入地层。
钻井液循环时，对于井壁为泥页岩的地层，滤失量过大会引起地层岩石水化膨胀、剥落，使井径扩大或缩小，又会引起卡钻、钻杆折断，降低机械效率，缩短钻头、钻具的使用寿命等问题。
对于储层，滤失量过大则会引起储层渗透率下降。
钻井液循环时，如果在井壁上形成的泥饼过厚，则会减小井的有效直径，钻具与竟比的接触面积增大从而有可能引起各种钻井问题，如旋转时扭矩增大，起下钻遇阻以及高的抽吸与波动压力，功率消耗增加，甚至引起井壁垮塌或造成井漏、井涌等事故。
厚的泥饼易引起压差卡钻事故，泥饼过厚会造成测井工具、打捞工具不能顺利下至井底；同时泥饼过厚还会影响测试结果的正确性，甚至会影响发现低压生产层。
21.有效或表观粘度：它是在某一剪切速率下，剪切应力与剪切速率的比值，即a =τηγ。
22.剪切稀释特征：塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率而的增加而降低的特性。
23．讨论扩散双电位和影响电动电位的因素胶体粒子带电，在它周围必然分布着电荷数相等的反离子，于是在固液界面行程双电层。
双电层中的反离子一方罗列固体表面电荷的吸引，靠近固体表面。
另一方面，由于反离子的热运动，又有扩散到液相内部去的能力，这两种相反作用的结果，似的反离子扩散的分布在脚力周围，构成扩散双电层。
影响因素：吸附曾滑动面上的静电荷数、阳离子种类、阳离子浓度24.阐述配制钙处理泥浆的两种途径、原理及钙处理泥浆的特点，并说明利用钙基膨润土配置石灰泥浆时加入23a N CO 、NaT 、CMC 和()2a C OH 的作用及原理(1)配置钙处理泥浆的两种有效途径：①只加适量钙盐，不加有机分散剂，使粘土颗粒适度絮凝为较粗颗粒②加适量钙盐和有机分散剂，使粘土颗粒分散而不行程网状结构(2)原理：通过调节2+Ca 和分散剂的相对含量，使钻井液处于十渡絮凝的分散状态，从而使其性能能够保持象队稳定，并达到满足钻井工艺要求的目的。
(3)钙处理泥浆的特点：①性能较稳定，具有较强的抗钙污染，盐污染和粘土污染的能力。
②固相含量相对减少，容易在高密度条件下维持较低的粘度和切力，有利于提高钻速。
③能在一定程度上一直泥页岩水化膨胀，滤失量较小，泥饼薄且韧性好，有利于井壁稳定。
④由于钻井液中粘土的颗粒含量较少，对油气层损害程度相对较小。
(4) 2+Ca 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，ξ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。
但是如果只加入2+Ca 就相当于细分散钻井液受到钙侵，使流变和滤失性能均受到破坏，因此钙处理钻井液在加入2+Ca 的同时还必须加入NaT 、23a N CO 、CMC 和()2a C OH 等分散剂。