第八章 水基钻井液滤液化学分析
水基钻井液及处理剂作用机理
水基钻井液及处理剂作用机理1课程简介本课程是“泥浆工艺原理”、“深井泥浆”的后续课程，是根据钻井液化学研究方向总结、整理的课程。
着重从钻井液工艺性能和胶体化学的角度讲述钻井液处理剂作用原理。
1.1 课程特点(1) 课程目前还在完善中①.国外：对处理剂应用阐述多，作用机理研究少，在此研究领域还没有这样一门专门课程；②.国内：近年来文章多，文献报道多，但不系统，各说各的；③.关于此方面的研究：大都以产品、专利出现，有关理论研究的报道较少，尤其是许多研究还触及到许多商业秘密。
因此，许多单位从机理出发，从理论出发去开发产品不多，缺乏理论指导。
例如：中山大学、天津大学、山东大学、成都科大。
④.全国：产品成系列的仅两家：我院和勘探开发研究院。
⑤.根本原因：机理不清楚，研究失去方向。
(2) 本课程目的主要从钻井液的发展和类型的角度讲述处理剂的作用机理。
使学者掌握各种处理剂在不同钻井液条件下的作用原理和用途。
1.2 课程主要任务①.分析、揭示水基钻井液作用机理，学习进一步深入研究这种作用机理的方法和思路；②.讲述目前主要使用的国内外钻井液处理剂的作用机理。
引导机理研究入手，力求把处理剂研究、研制理论化、条理化，为有目的地、有针对性地研制处理剂和研究新型钻井液体系创造条件；③.从研究机理入手，掌握使用规律。
更好地指导产品应用和质量提高，把处理剂研制、生产和应用规律有机地结合起来。
1.3 课程的主要内容和思路1.3.1核心内容●处理剂作用机理及其对钻井液宏观性能的影响；●处理剂作用性质和作用效果的实验研究方法。
1.3.2处理剂研究的一般思路1.3.2.1 从钻井工程对钻井液性能要求出发研究处理剂适应钻井工程、地质勘探及其技术发展，钻井液性能应具备的性能要求；钻井工程、地质勘探技术发展同钻井液技术发展的相互促进关系。
1.3.2.2 考虑如何选用处理剂实现钻井液作用效能通过什么样的（运用）处理剂，起什么作用，作用规律（机理）是什么？具有实现钻井液作用效能，处理剂应具有的性质，—如水溶性、抗盐性和抗温性，同粘土的作用规律等等。
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。
钻井液滤液分析操作方法
钻井液滤液分析操作方法（一）亚甲基蓝容量测定1、在已加有10mL 水的锥形瓶中加入2.0mL 钻井液样品。
所用注射器的容量应大于2.0 mL ，通常为2.5mL 或3.0mL 。
使用较大的注射器则可不必除去进入注射器内的空气。
为保证准确加入2.0mL 样品，采取下列步骤：⑴ 通过搅拌或来回倾倒几次或加入几滴适当的消泡剂并缓慢搅拌清除混入钻井液样品中的空气或天然气。
搅拌钻井液以破坏其凝胶，并迅速将样品吸入注射器内。
保持注射器口浸没在钻井液中，缓慢地把注射器内的钻井液排出。
⑵ 再次将钻井液样品吸入注射器内，直至柱塞的顶端到达注射器上的最后刻度线为止（如3.0mL 注射器上的3.0mL 刻度线）。
2、加入3%过氧化氢溶液15mL 和2.5mol/L 硫酸0.5mL 。
缓慢煮沸10min ，但不要蒸干。
加水稀释至约50mL 。
3、以每次0.5mL 的量将亚甲基蓝溶液逐次加入到锥形瓶中。
每次加入亚甲基蓝溶液后，将锥形瓶摇动30s 。
在保持固相颗粒悬浮的情况下，用搅拌棒取一滴悬浮液滴在滤纸上。
当滤纸上的已被染色的固体颗粒周围出现如图2-62所示的蓝色或绿蓝色环时，即已达到最初的滴定终点。
4、当观察到固体颗粒斑点周围的蓝色环后，继续摇动锥形瓶2min ，并再取一滴悬浮液于滤纸上。
如果蓝色环仍很明显，则已达到滴定终点。
如果不出现蓝色环，则按上述操作方法，继续加入亚甲基蓝溶液，直至2min 后所取悬浮液滴显示蓝色环为止。
5、计算按下式计算并记录钻井液的亚甲基蓝容量（MBT ）：dfmbV V MBT式中：MBT ──亚甲基蓝容量；V mb ──滴定消耗亚甲基蓝溶液的体积，mL ； V df ──钻井液样品的体积，mL ；另外，亚甲基蓝容量还可以g/L 或 kg/m 3膨润土当量表示（BE ，膨润土的阳离子交换容量为 70mol/100g ），按下式计算：BE ＝14.25×MBT式中：BE ──膨润土当量，g/L 或kg/m 3。
钻井液滤液分析操作方法
钻井液滤液分析操作方法（一）亚甲基蓝容量测定1、在已加有10mL 水的锥形瓶中加入2.0mL 钻井液样品。
所用注射器的容量应大于2.0 mL ，通常为2.5mL 或3.0mL 。
使用较大的注射器则可不必除去进入注射器内的空气。
为保证准确加入2.0mL 样品，采取下列步骤：⑴ 通过搅拌或来回倾倒几次或加入几滴适当的消泡剂并缓慢搅拌清除混入钻井液样品中的空气或天然气。
搅拌钻井液以破坏其凝胶，并迅速将样品吸入注射器内。
保持注射器口浸没在钻井液中，缓慢地把注射器内的钻井液排出。
⑵ 再次将钻井液样品吸入注射器内，直至柱塞的顶端到达注射器上的最后刻度线为止（如3.0mL 注射器上的3.0mL 刻度线）。
2、加入3%过氧化氢溶液15mL 和2.5mol/L 硫酸0.5mL 。
缓慢煮沸10min ，但不要蒸干。
加水稀释至约50mL 。
3、以每次0.5mL 的量将亚甲基蓝溶液逐次加入到锥形瓶中。
每次加入亚甲基蓝溶液后，将锥形瓶摇动30s 。
在保持固相颗粒悬浮的情况下，用搅拌棒取一滴悬浮液滴在滤纸上。
当滤纸上的已被染色的固体颗粒周围出现如图2-62所示的蓝色或绿蓝色环时，即已达到最初的滴定终点。
4、当观察到固体颗粒斑点周围的蓝色环后，继续摇动锥形瓶2min ，并再取一滴悬浮液于滤纸上。
如果蓝色环仍很明显，则已达到滴定终点。
如果不出现蓝色环，则按上述操作方法，继续加入亚甲基蓝溶液，直至2min 后所取悬浮液滴显示蓝色环为止。
5、计算按下式计算并记录钻井液的亚甲基蓝容量（MBT ）：dfmbV V MBT式中：MBT ──亚甲基蓝容量；V mb ──滴定消耗亚甲基蓝溶液的体积，mL ； V df ──钻井液样品的体积，mL ；另外，亚甲基蓝容量还可以g/L 或 kg/m 3膨润土当量表示（BE ，膨润土的阳离子交换容量为 70mol/100g ），按下式计算：BE ＝14.25×MBT式中：BE ──膨润土当量，g/L 或kg/m 3。
石油钻井行业钻井液滤液分析
石油钻井液滤液分析第一节滤液分析的有关知识一、溶液1、溶质与溶剂凡是几种物质均匀混合的体系都称为溶液。
所谓水溶液，就是以水为溶剂，其它物质为溶质组成的溶液。
如盐水、糖水、海水、水基钻井液等都属于水溶液。
一般来讲，溶质和溶剂没有绝对的划分界限。
一般由水和其它物质组成的溶液，都把水看成溶剂，而把其它物质看成溶质，如糖水溶液、盐水溶液、酒精水溶液，其中水是溶剂，糖、盐、酒精均是溶质。
如果是其它物质（无水情况下）组成的溶液，则把液态物质看作溶剂，而把其它固态或气态物质看成溶质。
如医用碘酒，把酒精看成溶剂，把碘（I2）看成溶质。
如果都是由液态物质组成的溶液（如酒精与苯、各种油料、汽油、柴油等），则把成分比例大者称为溶剂，量少者称为溶质。
2、真溶液与胶体溶液真溶液是指溶剂以分子或离子状态均匀地分散到溶剂之中。
如酒精溶液就是以酒精分子均匀地分散到水中形成的真溶液。
真溶液属于单相分散体系，溶质和溶剂之间不存在界面。
胶体溶液，是分散相（相当于溶质）以颗粒或粒珠、气泡等形式分散于分散介质（相当于溶剂）之中。
分散相与分散介质之间有明显的界面。
胶体溶液为多相不稳定体系。
如粘土颗粒分散到水中形成的钻井液，粘土是分散相，水是分散介质。
粘土颗粒是不连续相，水是连续相，这种胶体溶液称为“悬浮液”。
凡是分散相为固体颗粒者，一般都称为“悬浮液”。
如果是油珠分散在水中，油珠为分散相（不连续相），而水为分散介质（连续相），这种溶液称为“乳状液”。
3、溶解度把在一定温度下100g水中能溶解某物质的质量数（g 数），称为该物质的溶解度。
通常把溶解度在10g以上的物质称为易溶物质，把溶解度在1～10g的物质称为能溶物质，把溶解度在0.1～1g的物质称为微溶物质，把溶解度在0.1g 以下的物质称为难溶物质。
温度对物质的溶解度有显著的影响。
一般情况下，随着温度的升高，固体物质在水中的溶解度都有所增加。
但也有极个别的例外，随温度的升高溶解度反而降低，如熟石灰〔Ca （OH）2〕。
第八章 水基钻井液滤液化学分析
第八章水基钻井液滤液化学分析一、氯离子含量的测定钻遇岩盐层或盐水层时，NaCl等无机盐会进入钻井液造成污染，使其性能变坏，因此需要检测钻井液滤液中Cl-浓度。
检测方法，取1毫升钻井液滤液，用0.0282M 标准AgNO3溶液滴定，指示剂为K2CrO4，当试样中出现橘红色Ag2CrO4沉淀时为终点。
1、仪器和试剂（1）硝酸银溶液 : 浓度为0.0282N和0.2820N ；（2）铬酸钾溶液 : 5g/100 ml水；（3）硫酸或硝酸溶液: 0.02N 标准溶液；（4）酚酞指示剂：将1g酚酞溶于100 ml浓度为50%的酒精水溶液中配制而成；（5）沉淀碳酸钙：化学纯；（6）蒸馏水；（7）带刻度的移液管: 1 ml和10 ml的各一支；（8）锥形瓶: 100-150 ml，白色。
（9）搅拌棒。
2、测定步骤（1）取1ml或几ml滤液于滴定瓶中，加2～3滴酚酞溶液。
如果显示粉红色，则边搅拌边用移液管逐滴加入酸，直至粉红色消失。
如果滤液的颜色较深，则先加入2 ml 0.2N硫酸或硝酸并搅拌，然后再加入1g碳酸钙并搅拌。
（现场实际操作中此步意义不大，粗略测定情况下此步可省略）（2）加入25-50 ml蒸馏水和5-10滴铬酸钾指示剂。
在不断搅拌下，用滴定管或移液管逐滴加入硝酸银标准溶液，直至颜色由黄色变为橙红色并能保持30s为止。
记录达到终点所消耗的硝酸银的ml数。
如果硝酸银溶液用量超过10ml，则取少一些滤液进行重复测定。
如果滤液中的氯离子浓度超过1000mg/l，应使用0.2820N的浓度的硝酸银溶液。
3、计算AgNO3 + CL-→ AgCL↓ + NO3-如果取样1ml滤液，用0.282N当量浓度的AgNO3的标准溶液滴定，0.282N当量浓度的AgNO3摩尔浓度为0.282 mol/L，硝酸银和氯离子反应的关系是1：1，假如滴定时消耗Xml的硝酸银，就消耗了0.282*X mol的硝酸银，就说明有0.282X mol的CL-，在把它转换成自量浓度mg/L，就成了0.282*X*35.45*1000mg/L。
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第二节 钻井液性能要求与调整
一、钻井液密度 •定义：指单位体积内钻井液的质量kg/m3。 •作用：主要用来调节钻井液的静液柱压力，以平衡 地层压力，防止发生井喷、井塌。 •要求：必须根据所钻地层的孔隙压力、破裂压力以 及钻井液的流变参数加以确定。 •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。
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• 针对具体情况，对钻井液中各种盐的含量有不同的 要求。例如：淡水钻井液含盐量不得超过10 kg/m3。 而钻盐岩的钻井液的含盐量随时保持饱含状态，甚 至可以过饱含。
• 对于水敏层，含一定量的K+或NH4+的钻井液有利于 防塌。
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五、钻井液的滤失性和造壁性
1、滤失性
使用时经常出现复杂井下问题。
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2、细分散钻井液体系（1921-） 又称Na-基泥浆，特点是粘土颗粒高度分散。 在本阶段中，由于人为地加入粘土来配制钻井
液，并加入一些化学分散剂如：纯碱、烧碱、丹宁 等，使粘土充分分散，大大改善了钻井液性能。
随着井的加深，井温的升高，此种钻井液对地 层的盐类和粘土特别敏感，性能不稳定，粘度和切 力变化比较大。
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（1）油包水泥浆 以柴油或原油作分散介质，水及有机膨润土或
其它的亲油粉末物质作分散相，加乳化剂等处理剂 配制而成。
特点：热稳定性高，有较好的防塌、润滑效果， 对油气层的损害小，常用于超深井的高温地段，钻 进易塌地段。
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（2）油基泥浆 由柴油或原油和氧化沥青或有机膨润土及有
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6、悬浮岩屑和固体密度调整材料 钻井液悬浮岩屑和固体密度调整材料的能力，
水基钻井液
水基钻井液2.1钻井液体系分类按照美国石油学会(API)和国际钻井承包商协会(IADC)的分类方法，钻井液可分为以下10种体系：2.1.1不分散体系该体系包括开钻泥浆、自然原浆和其它通常用于浅井或上部井段钻井的轻度处理的体系，不需要添加稀释剂和分散钻井固相和粘土颗粒的分散剂。
2.1.2分散体系在较深井段，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。
添加专门的化学品可调节或保持特定的泥浆性能。
2.1.3钙处理泥浆体系在淡水钻井泥浆中加入像钙、镁这样的二价阳离子，能抑制地层粘土和页岩膨胀。
高浓度可溶性钙盐用来控制坍塌性页岩和括径，防止地层损害。
熟石灰（氢氧化钙）、石膏（硫酸钙）和氯化钙是钙处理体系的主要组分。
石膏体系通常pH值为9.5~10.5，过量浓度石膏钙含量为0.6~1.2g/l；典型的石灰体系有两种，对于低浓度石灰体系，pH值为11~12，石灰过量浓度为0.3~0.6g/l；对于高浓度石灰体系，石灰过量浓度为1.5~4.5g/l。
特殊的泥浆性能靠添加专门的产品来控制。
钙处理泥浆能抗盐和硬石膏污染，但在高温条件下易发生胶凝和固化。
2.1.4聚合物泥浆体系长链高分子量聚合物在泥浆中用于包被钻井固相以防止其分散，或覆盖页岩以提高其抑制性或提高粘度和降低滤失量。
对此可使用不同类型的聚合物，包括丙烯酰胺类，纤维素和天然植物胶类产品。
还经常使用像氯化钾和氯化钠这样的抑制性盐来增强页岩的稳定性。
这些体系通常膨润土含量很少，对钙、镁这样的二价阳离子比较敏感。
大部分聚合物的使用温度限制在140oC以下，但在某些条件下，也可用于井底温度较高的井中。
2.1.5低固相泥浆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6~10％。
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。
《钻井液化学》课件
固控设备是实现固相控制的关键设备，包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机等 ，用于分离和清除钻井液中的固相物质。
钻井液的油气层保护技术
油气层保护的重要性
油气层是油田开发的重要资源，保护油气层不受损害对于提 高油田采收率和降低开发成本至关重要。
油气层保护技术
采用适当的钻井液和完井液体系，减少对油气层的损害，同 时采取有效的油气层保护措施，如采用屏蔽暂堵技术、酸化 解堵技术等，提高油气层的渗透率和产能。
钻井液的滤失性
滤失性
钻井液中的水分通过滤饼在井壁上形成的液柱压 力差，向地层渗透的性能。
滤失量的测量
使用滤失仪测量钻井液在一定时间内向滤纸渗透 的水量。
滤失性的控制
通过调节钻井液的配方，控制滤失量，以保持井 壁稳定和防止地层水化膨胀。
钻井液的润滑性
01
02
03
润滑性
描述钻井液在钻柱与井壁 、钻屑与钻柱之间的润滑 性能。
润滑系数的测量
使用润滑系数测试仪测量 钻柱在钻井液中旋转时的 摩擦阻力。
润滑性的改善
通过添加润滑剂，降低摩 擦阻力，减少磨损和卡钻 事故。
钻井液的抗温性与抗盐性
抗温性
描述钻井液在高温下保持其性能稳定的能力。
抗盐性
描述钻井液在高盐度的地层水中保持其性能稳定的能力。
抗温性与抗盐性的改善
通过使用耐温、耐盐的钻井液处理剂，提高其抗温性和抗盐性，保 证钻井作业的安全和效率。
率。
教训分析
在钻井液技术应用中，也出现过一些问题和事故。这些问题和事故的原因主要包括技术 不成熟、操作不当、管理不善等。在教训分析中，需要深入剖析问题原因，提出改进措
施，避免类似问题的再次发生。
钻井液的化学基础
1．粘土矿物晶格内部离子置换 ． 前述已提到，蒙脱石粘土矿物内部离子置换量大， 产生负电荷多，能吸附较多的外部阳离子。而高岭石粘 土矿物，一般不存在内部离子置换作用。伊利石粘土矿 物也有少量内部离子置换作用。 2．粘土矿物晶格表面氢氧层中氢的电离 ． 由于氢的电离使粘土带负电，引起阳离子交换，这 只能在碱性条件下产生。酸性条件下，则产生氢氧的电 离，使粘土带正电，变为吸附外界的阴离子。 这是高岭 石粘土矿物产生负电荷的主要原因，但这一原因所产生 的交换量是不大的。 3．断键作用 ． 断键(有的叫破键)作用是指粘土晶格周围存在断裂面， 电荷不饱和所产生的吸附外界阳离子的作用(也可吸附阴 离子)。 由于断键作用产生的负电荷也是不大的。当粘 土矿物晶格破坏严重及分散度增加时，这一作用所引起 的交换量也增加。如蒙脱石矿物就约有20％的阳离子交 换量是由于断键作用引起的。断键作用也是高岭石、伊 利石和海泡石族矿物产生离子交换的重要原因。
图2 渗透水化膨胀与双电层斥力
(二)粘土的水化性能 粘土的水化性能或水化作用是指粘土颗粒吸附水分子 的状态和能力。 如前所述，粘土颗粒表面可以直接吸附极性水分子一 吸附水。更主要的是，粘土颗粒表面的水化作用，还可 通过吸附阳离子的水化来实现，使粘土颗粒表面形成水 化膜。 各种阳离子的水化能力是不相同的，如表3—2所 示。
2．离子交换次序及其影响因素 粘土中阳离子交换次序如下： H+＞Fe3+＞A13+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+ 影响因素有下列方面： (1)离子电价的影响 电价高的离子，其电荷密度大，引力强，因 此一般是高价离子取代低价离了，高价离子的交换能力比低 价离子强。如Ca2+比Na+更易被粘土所吸附。 (2)离子半径或原子序数的影响 价数相同的离子，离子半径或周 期表中原子序数大的，其交换能力要比小的强。如同样是一 价的钾、钠离子，钾的离子半径为1.33A，原子序数为19，而 钠离子半径为0.98A，原子序数为11，因此钾的交换能力比钠 强。 (3)离子水化能力的影响 同价离子，离子半径大的水化能力要弱 些。水膜薄些，更易被吸附，即水化能力小的离子易被吸附 (参考前表3—2)，交换能力大些。 上述次序中，氢离子是个例外，它虽属一价阳离子，而 其交换能力比三价离子还强。这主要是由于H+的体积特别小， 水化能力又差，易被粘土吸附。但这种吸附是不稳定的，并 且只有在酸性条件下才存在。
《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。
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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。
水基钻井液体系介绍
BZ25-1C
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COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006
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PEC和PEM钻井液对比
PEC钻井液较PEM钻井液优点：
可提供较好的携砂和悬浮能力，有利于钻速很快的井的作业，如渤海 的优快钻井 由于携带效果好，环空岩屑浓度低，生产井作业钻速较PEM泥体系作 业的井快 生产井起钻相对较PEM体系作业的井快 电测一次成功率更高 油层浸泡时间更短，有利于油层保护 体系本身对渤中25-1油田和NB35-2油田油层保护能力略强于PEM钻井 液（对以上两个油田的天然岩心渗透率恢复值高于用PEM钻井液做的实 验） 使用有机抑制剂，不用无机盐抑制剂，对测井影响较小
Protecting Environment Mud
TM
COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006
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PEM钻井液体系
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
COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006 6
PEM 泥浆钻井液体系 PF-JLX 的浊点效应
A
B
C
A: 低于浊点，全部可溶。 B: 在浊点处，不溶且为雾滴壮。 C: 高于浊点，形成胶束。 COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006 7
PEM 泥浆钻井液体系 作用原理
• PF-JLX 胶素能够侵入孔吼并堵塞防止泥浆进 一步进入地层. • PF-JLX 包被钻屑防止分散和水化. • PF-JLX 能吸附在钻具和井壁改善润滑性. • PF-JLX 能增加泥饼韧性，降低失水.
钻井液及滤液分析
钻井液性能测试步骤一、高温高压滤失量测试方法：1、把温度计插入钻井液压滤器外加热套的温度计插孔中，接通电源，预热至略高于所需温度(5-6℃)。
2、将待测钻井液高速搅拌1min后，倒入压滤器中，使钻井液液面距顶部约13mm,放好滤纸，盖好杯盖，用螺丝固定。
3、将上、下两个阀杆关紧，放进加热套中，把另一支温度计插入压滤器上部温度计的插孔中。
4、连接气源管线，把顶部和底部压力调节至690kPa,打开顶部阀杆，继续加热至所需温度（样品加热时间不要超过1h）。
5、待温度恒定后，将顶部压力调节至4140kPa,打开底部阀杆并记时，收集30min的滤出液。
在试验过程中温度应在所需温度的±3℃之内。
如滤液接收器内的压力超过690kPa，则小心放出一部分滤液以降低压力至690kPa，记录30min收集的滤液体积（单位:ml）。
6、试验结束后，关紧顶部和底部阀杆，关闭气源、电源、取下压滤器，并使之保持直立的状态冷却至室温，放掉压滤器内的压力，小心取出滤纸，用水冲洗滤饼表面上的浮泥，测量并记录滤饼厚度及质量好坏。
洗净并擦干压滤器。
二、坂含的测定：1、把2ml的钻井液加到盛有10ml水的锥形瓶中。
2、加入15mlH2O2溶液和0.5mlH2SO4溶液，缓慢煮沸10min，但不能蒸干，用水稀释至50ml。
3、以每次0.5ml的量把亚甲基蓝溶液加入锥形瓶中，并旋摇30S。
在固体悬浮的状态下，用搅拌棒取一滴液体在滤纸上，当染料在染色固体周围显出蓝色环时，即以达到滴定终点，当蓝色环从斑点向外扩展时，再旋摇2min，再取一滴滴在滤纸上，如果蓝色环仍然是明显的，则以达到终点。
如果色环不出现，则继续滴定，直至摇2min后显出蓝色环为止。
4、计算公式:MBT=1000V1/70VV1—滴定时所用亚甲基蓝溶液体积（ml）。
V—钻井液体积（ml）。
滤液分析一、氯离子的测定：1、用移液管移取2ml钻井液滤液于锥形瓶中，加入蒸馏水10ml和酚酞指示液（5g/l）1滴（用0.1mol/LnaOH或0.1mol/L硝酸溶液调至粉红色刚刚消失），加入铬酸钾溶液（50g/L）1-2滴（约0.5mL），用0.1mol/L硝酸银标准溶液滴定至刚刚有砖红色沉淀出现为终点，记录消耗硝酸银标准溶液的体积。
水基钻井液配方
水基钻井液配方水基钻井液是一种常用的钻井液，它的配方通常包括水、泥浆、聚合物、胶体、添加剂等成分。
水基钻井液的配方需要根据不同的地质条件、井深、井壁稳定性等因素进行调整，以保证钻井过程的顺利进行。
首先，水基钻井液的主要成分是水，因此在配方中需要考虑水的来源和质量。
一般来说，地下水是一种较为理想的水源，但在实际应用中，由于地下水中含有的杂质和微生物等因素，需要进行处理和消毒。
此外，还需要考虑水的硬度、PH值等因素，以保证钻井液的稳定性和性能。
其次，泥浆是水基钻井液中的另一个重要成分。
泥浆的主要作用是在钻井过程中冷却钻头、清洗井眼、稳定井壁等。
泥浆的配方需要考虑泥浆的类型、粘度、密度等因素。
一般来说，泥浆的类型包括黏土泥浆、聚合物泥浆、硅酸盐泥浆等，不同类型的泥浆具有不同的性能和适用范围。
此外，泥浆的粘度和密度需要根据井深、井壁稳定性等因素进行调整，以保证钻井过程的顺利进行。
除了水和泥浆外，水基钻井液中还需要添加一些聚合物和胶体等成分。
聚合物的主要作用是增加钻井液的黏度和稳定性，以防止井壁塌陷和漏失等问题。
胶体的主要作用是增加钻井液的粘度和密度，以提高钻井液的冷却和清洗效果。
此外，还需要添加一些防腐剂、消泡剂、润滑剂等添加剂，以保证钻井液的性能和稳定性。
总之，水基钻井液的配方需要根据不同的地质条件、井深、井壁稳定性等因素进行调整，以保证钻井过程的顺利进行。
在配方中需要考虑水的来源和质量、泥浆的类型、粘度、密度等因素、聚合物和胶体等成分的添加以及防腐剂、消泡剂、润滑剂等添加剂的使用。
只有在配方合理、稳定性好的情况下，才能保证钻井过程的安全和顺利进行。
泥浆材料检测与应用：深井水基钻井液上
分类： 磺化褐煤 SMP-1 SMP-2
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任务 04 深井水基钻井液
知识点 2 目前技术措施
第一种方法：控制黏土含量。实验表明，只有当黏土 含量超过了容量限，才会发生高温凝胶；而低于此容 量限时，钻井液只发生高温增稠，而不会发生凝胶。 对于高温深井超深井水基钻井液，在使用中必须将黏 土的实际含量严格控制在其容量限内。
第二种方法：使用抗高温处理剂，钻井液中使用抗高温处理 剂，根据高温对钻井液处理剂性能的影响，抗高温钻井液处 理剂一般要求为：高温稳定性好，在高温条件下不易降解； 对黏土颗粒有较强的吸附能力，受温度影响小；有较强的水 化基团，使处理剂在高温下有良好的亲水特性；能有效地抑 制黏土的高温分散作用；在有效加量范围内，抗高温降滤失 剂不得使钻井液严重增稠；在pH值较低时（7~10）也能充 分发挥其效力，有利于控制高温分散，防止高温胶凝和高温 固化现象的发生。
项目八：水基钻井液
任务四：
深井水基钻井液
知识点 01 钻井行业标准 知识点 02 目前技术措施 知识点 03 抗高温降粘剂 知识点 04 抗高温降滤失剂
项目一：水基钻井液
任务 04 深井水基钻井液
知识点 1 钻井行业标准
井深4572m以上的井称为深井 井深60钻井液
项目一：水基钻井液
任务 04 深井水基钻井液
知识点 3 抗高温降粘剂
抗高温降粘剂与一般降粘剂的不同之处主要表现 在不仅能有效地拆散钻井液中粘土晶体的网架结 构，而且能通过高价阳离子的络合作用，有效地 抑制粘土的高温分散。
分类： 磺化单宁 磺化栲胶 SSMA
项目一：水基钻井液
任务 04 深井水基钻井液
水基钻井液—细分散钻井液
知识点 2 膨润土
膨润土是分散钻井液中不可缺少的配浆材料。 主要作用： 提高体系的塑性粘度、静切力和动切力； 目的： 增强钻井液对钻屑的悬浮和携带性能，增强造壁。
项目一：水基钻井液
任务 01 细分散钻井液
知识点 3 分散剂
起降粘作用的分散剂 多聚磷酸盐、丹宁碱液、铁铬木质素磺酸盐、 褐煤及改性褐煤等； 起降滤失作用的分散剂 CMC和聚阴离子纤维素等。
项目八：水基钻井液
任务一：
细分散钻井液
课程名称：泥浆材料检测与应润土 分散剂
项目一：水基钻井液
任务 01 细分散钻井液
知识点 1 定义
细分散钻井液：由淡水、配浆膨润土和各种对 粘土、钻屑起分散作用的处理剂配制而成的水 基钻井液。
项目一：水基钻井液
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第八章水基钻井液滤液化学分析一、氯离子含量的测定钻遇岩盐层或盐水层时，NaCl等无机盐会进入钻井液造成污染，使其性能变坏，因此需要检测钻井液滤液中Cl-浓度。
检测方法，取1毫升钻井液滤液，用0.0282M 标准AgNO3溶液滴定，指示剂为K2CrO4，当试样中出现橘红色Ag2CrO4沉淀时为终点。
1、仪器和试剂（1）硝酸银溶液 : 浓度为0.0282N和0.2820N ；（2）铬酸钾溶液 : 5g/100 ml水；（3）硫酸或硝酸溶液: 0.02N 标准溶液；（4）酚酞指示剂：将1g酚酞溶于100 ml浓度为50%的酒精水溶液中配制而成；（5）沉淀碳酸钙：化学纯；（6）蒸馏水；（7）带刻度的移液管: 1 ml和10 ml的各一支；（8）锥形瓶: 100-150 ml，白色。
（9）搅拌棒。
2、测定步骤（1）取1ml或几ml滤液于滴定瓶中，加2～3滴酚酞溶液。
如果显示粉红色，则边搅拌边用移液管逐滴加入酸，直至粉红色消失。
如果滤液的颜色较深，则先加入2 ml 0.2N硫酸或硝酸并搅拌，然后再加入1g碳酸钙并搅拌。
（现场实际操作中此步意义不大，粗略测定情况下此步可省略）（2）加入25-50 ml蒸馏水和5-10滴铬酸钾指示剂。
在不断搅拌下，用滴定管或移液管逐滴加入硝酸银标准溶液，直至颜色由黄色变为橙红色并能保持30s为止。
记录达到终点所消耗的硝酸银的ml数。
如果硝酸银溶液用量超过10ml，则取少一些滤液进行重复测定。
如果滤液中的氯离子浓度超过1000mg/l，应使用0.2820N的浓度的硝酸银溶液。
3、计算AgNO3 + CL-→ AgCL↓ + NO3-如果取样1ml滤液，用0.282N当量浓度的AgNO3的标准溶液滴定，0.282N当量浓度的AgNO3摩尔浓度为0.282 mol/L，硝酸银和氯离子反应的关系是1：1，假如滴定时消耗Xml的硝酸银，就消耗了0.282*X mol的硝酸银，就说明有0.282X mol的CL-，在把它转换成自量浓度mg/L，就成了0.282*X*35.45*1000mg/L。
（其中35.45为CL-的摩尔质量分数，1000为ml到L的换算系数）在实际操作中，我们不可能每次取样都是1ml，也不可能每次都用到浓度为0.0282N和0.2820N的AgNO3的硝酸银，那我们根据上式可以得出：硝酸银浓度（N或mol/L）*消耗硝酸银体积（ml）* 35450氯离子浓度Cl－(mg/l) =取样滤液体积（ml）若用ppm为单位表示氯离子浓度，则：氯离子浓度Cl－(ppm) = (氯离子浓度，mg/l) / (滤液密度g/ ml)式中，滤液密度可由Cl－(mg/l)浓度通过查表而得到，如果滤液的盐较复杂，不是单纯的NaCl，CaCl2或KCl等，则滤液密度难于从表中查到，只能实际测定。
对于淡水钻井液，由于滤液密度近似1g/ml，因此，用mg/l表示的氯离子浓度近似等于用ppm表示的数值。
注：取样时，由于淡水一般取10ml或20ml，CL-浓度超过50000mg/L的滤液取样0.2—0.5ml。
二、钙离子含量的测定当配浆水硬度大，钻水泥塞，或者钻遇石膏层、盐膏层都会引起钻井液中Ca2+、Mg2+浓度增大，使钻井液受到污染。
此时要测定Ca2+、Mg2+浓度。
测定方法，取1毫升滤液，用0.01M 的EDTA（乙二胺四乙酸二钠盐）标准溶液滴定，铬黑T做指示剂。
当指示剂颜色由酒红色变为蓝色反应到达终点。
1、仪器和试剂a.EDTA标准溶液: 0.01mol/l 的二水合乙二胺四乙酸二钠盐溶液， 1 ml=1000mg/l 的CaCO3或 1 ml= 400 mg/l 的Ca2+；b.氢氧化钠溶液 : 1Nc.钙指示剂 : 羟基萘酚蓝或Calver Ⅱ；d.冰醋酸 :e.滴定瓶 : 150 ml烧杯；f.带刻度移液管 : 1 ml一支和10 ml的二支；g.移液管 : 1 ml、2 ml和5 ml的各一支；h.加热板 :i.掩蔽剂 : 体积比为1:1:2的三乙醇胺、四乙烯基戊胺和水混合液(备用)；j.pH试纸 :k.次氯酸钠溶液 : 5.25%的次氯酸钠去离子水溶液(Clorox或相当的试剂)，要确保新鲜且不含次氯酸钙或草酸。
应测定其钙离子含量；l.蒸馏水或去离子水: 应测定其钙离子含量；m.量筒 : 50 ml。
2、测定步骤(1)取1.0 ml或更多一些试样于150 ml烧杯中。
如果试样颜色较深，可加入10 ml次氯酸钠溶液并混匀，再加入1 ml冰醋酸混匀，然后煮沸试样以除去氯气。
为了保持试样体积不减少，应适时补充蒸馏水或去离子水。
将pH试纸浸入到试样中，如果试纸不被漂白，表明氯气已被除净，否则要继续煮沸。
氯气除净后，冷却试样并用蒸馏水或去离子水冲洗烧杯内壁；(2)用蒸馏水或去离子水稀释试样至约50 ml，如果试样中存在可溶性铁，则滴加1 ml掩蔽剂。
加入10～15 mlNaOH溶液使试样pH值达到12～13；(3)加入适量的钙指示剂(0.1～0.2g)并混匀。
如果存在钙离子，试样将显示粉红色至酒红色。
指示剂加得太多时，终点将会不明显，可同时加入几滴甲基橙指示剂以改善终点的判断；(4)边搅拌边用EDTA溶液滴定至红色变成蓝色时，再继续加入EDTA溶液而不再有由红到蓝的颜色变化即为终点。
记录所用EDTA溶液的体积。
(5)计算 :40000×消耗EDTA溶液体积（ml）×EDTA溶液浓度钙离子含量Ca2+(mg/l) =试样体积 (ml)注意：如果所用的次氯酸钠溶液和蒸馏水中含有钙离子，测定结果应校正。
三、钻井液碱度与石灰含量的测定碱度是衡量钻井液酸碱性的另一种方法。
API规定用酚酞和甲基橙两种指示剂来评价钻井液及其滤液的碱性强弱。
酚酞指示剂在PH=8.3时，由红变为无色，能够使钻井液或滤液PH值降到8.3所需的酸量叫酚酞碱度。
钻井液的酚酞碱度用P m表示。
滤液的酚酞碱度用P f表示。
甲基橙指示剂在PH=4.3时由黄色转变为橙红色。
能使钻井液或滤液PH值降到4.3所需酸量叫甲基橙碱度。
钻井液的甲基橙碱度用M m表示，滤液的甲基橙碱度用M f表示。
API规定P m、P f、M f均以滴定1毫升样品，所需0.02N硫酸的毫升数来表示。
由测出的P m、P f、M f值计算出钻井液滤液中OH-、HCO3-、CO32-浓度。
这三种离子是引起钻井液呈碱性的根源。
1、仪器与试剂（1）硫酸溶液: 0.02N标准溶液；（2）酚酞指示剂溶液: 将1g酚酞溶于100 ml浓度为50%的酒精水溶液中配制而成；（3）甲基橙指示剂溶液: 将0.1g甲基橙溶于100 ml水中配制而成；（4）pH计；（5）滴定瓶: 100～150 ml，最好白色；（6）带刻度移液管: 1 ml和10 ml各一支；（7）搅拌棒。
2、测定步骤① 测定Pf和Mfa、用注射器或移液管取1 ml或更多一些滤液于滴定瓶中，加入2滴或更多一些酚酞指示剂溶液。
如果显示粉红色，则用移液管逐滴加入0.02N 的硫酸并不断搅拌，至粉红色恰好消失为止。
如果样品颜色较深不能判断颜色变化，则可用pH计测定试样的变化，当pH值降至8.3时即为滴定终点。
b、记录所消耗的0.02N硫酸溶液的体积(V1 ml)。
c、在上述试样中再加入2～3滴甲基橙指示剂溶液，用移液管逐滴加入0.02N硫酸溶液并不断搅拌，直到颜色从黄色变为粉红色为止(如果用pH计，则pH值降到4.3时即达到滴定终点)。
d、记录加入甲基橙指示剂后所滴加的0.02N硫酸溶液的体积(V2 ml)。
e、计算：滤液酚酞碱度Pf (ml) = V1/滤液试样体积(ml)滤液甲基橙碱度Mf (ml) = (V1 + V2)/滤液试样体积(ml)② 测定Pma、用注射器或移液管取1 ml或更多一些泥浆于滴定瓶中，加入25～50 ml蒸馏水，再加入4～5滴酚酞指示剂溶液。
边搅拌边用0.02N 的硫酸溶液迅速滴定到粉红色消失若用pH计测定试样的变化，则当pH值降至8.3时即为滴定终点。
b、记录所消耗的0.02N硫酸溶液的体积(V3 ml)。
c、计算:钻井液酚酞碱度Pm (ml) = V3/钻井液试样体积(ml)四、钾离子含量的测定钻井液中使用钾离子的目的是稳定页岩和抑制膨胀性粘土。
对于含氯化钾或其它钾盐的钻井液有时要求测定钻井液的钾离子含量，作为对补充钾盐的依据以便控制钻井液的性能。
根据钾离子的浓度范围不同，测定分为两种测定方法，即：（1）氯化钾浓度高于9.98kg/m3(或钾离子含量高于5000mg/L)时的测定；（2）氯化钾浓度低于9.98kg/m3(或钾离子含量低于5000mg/L)时的测定。
测定结果可以得出钾离子浓度，对于钻井液中只含有氯化钾时，可以计算出氯化钾含量。
1、氯化钾浓度高于9.98kg/m3(或钾离子含量高于5000mg/l)时的测定:（1）、仪器和试剂a.高氯酸钠溶液 : 150.0g NaClO4/ 100ml蒸馏水；b.氯化钾标准溶液: 14.0g氯化钾溶于去离子水或蒸馏水配成100 ml溶液；c.离心机 : 手摇或电动水平悬摆式，转速能达到1800rpm；d.离心试管 : 10 ml， Kolmer型， Corning #8360；e.移液管 : 0.5 ml， 1.5 ml，2.5 ml和3.0ml各一支；f.注射器或带刻度移液管: 10 ml；g.蒸馏水或去离子水。
（2）、标准曲线的绘制步骤(对不同类型的离心机必须分别绘制其标准曲线):a.用氯化钾标准溶液配制三种样品: 分别取0.5 ml，1.5 ml及2.5 ml氯化钾标准溶液于三支离心试管内(最后能得到3.5、10.5和17.5lb/bbl的溶液)；b.在离心管内，用蒸馏水将试样稀释至7 ml的刻度并搅匀；c.加入3 ml高氯酸钠标准溶液(不要搅拌)；d.在恒定转速(约为1800rpm)下离心一分钟并立即读出沉淀体积；e.用过的离心试管应立即清洗；f.在直角坐标纸上以沉淀物体积对氯化钾含量(lb/bbl)作图，绘制出标准曲线。
（3）、测定步骤a.参考下表取样置于离心管中；b.若滤液试样取样体积少于7 ml时，在离心试管内用蒸馏水稀释至7 ml并搅匀；c.加入3 ml高氯酸钠标准溶液(不要搅拌)，如果有K+存在，立即会出现沉淀；d.在恒定转速(约1800rpm)下离心一分钟，然后立即读取沉淀体积；e.再加入2-3滴高氯酸钠溶液于离心试管中，如果仍有沉淀生成，则证明没有测定出全部钾离子，应当再参考取样体积表将试样体积减小，并重复上述测定步骤，直至加入2-3滴高氯酸钠溶液后不再有沉淀生成，测定结果以这次为准；获得的氯化钾浓度超过18 lb/bbl，测定的准确度会变得越差，为了较准确的测定，g.可按表中规定的取样体积，另取一份较少体积的滤液试样重复测定一次。