钻井液
钻井液技术介绍
6．钾基聚合物钻井液 钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCI为主处理剂的防塌钻井液。在各种常见无机盐中，以KCI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。
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8．合成基钻井液 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。由于使用无毒并且能够生物降解的非水溶性有机物取代了油基钻井液中通常使用的柴油，因此这类钻井液既保持了油基钻井液的各种优良特性，同时又能大大减轻钻井液排放时对环境造成的不良影响，尤其适用于海上钻井。
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1．分散钻井液 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。其主要特点是： （1）可容纳较多的固相，较适于配制高密度钻井液。 （2）容易在井壁上形成较致密的泥饼，故其滤失量一般较低。 （3）某些分散钻井液，如以磺化栲胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂作为主处理剂的三磺钻井液具有较强的抗温能力，适于在深井和超深井中使用。缺点：除抑制性和抗污染能力较差外，还因体系中固相含量高，对提高钻速和保护油气层均有不利的影响。
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1．合成聚合物类处理剂 合成聚合物主要用作钻井液降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂等。 2．天然改性高分子类处理剂 改性天然材料来源丰富，价格低廉，在石油工业中有广泛的用途。可生物降解的天然大分子如淀粉纤维素作为主链结构可赋予材料以生物降解特性，使材料具有环保功能。 3．利用工业废料制备的钻井液处理剂 利用工业下脚料制备钻井液处理剂技术性较强，油田化学工作者在这方面进行了一些研究工作。
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（二）国内外钻井液处理剂开发应用 一、国外发展情况 二、国内发展情况
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。
钻井液常规性能测定及常用钻井液计算公式
钻井液常规性能测定及常用钻井液计算公式钻井液是在钻井过程中用来冷却钻头、清理井孔并携带钻屑到地面的一种重要材料。
常规性能测定是评估钻井液性能和保证钻井活动的安全和高效进行的关键步骤。
本文将探讨钻井液常规性能测定及常用计算公式。
1.钻井液基本性能测定1.1密度测定钻井液的密度是指单位体积钻井液所含质量。
测定钻井液的密度可以通过常用的密度计来实现。
常用的密度计有密度计、密度测井仪和滴定法等。
常用密度计测量钻井液密度的计算公式如下：密度 = (wt / Vt) / (ws / Vs)其中，wt是钻井液质量，Vt是钻井液体积，ws是钻井液中饱和盐水的质量，Vs是饱和盐水体积。
1.2粘度测定粘度是指钻井液流动阻力的大小。
钻井液的粘度可以通过常用的转子粘度计等设备进行测定。
粘度的测量单位为帕斯卡秒（Pa·s）或者倍秒（cP）。
常用的粘度计算公式如下：动力粘度（cP）=测量粘度（帕斯卡秒）×10001.3悬浮性测定悬浮性是指钻井液携带钻屑的能力。
测定钻井液的悬浮性可以通过悬浮度计来实现。
悬浮度是钻井液中所含固相物质的体积百分比。
1.4pH值测定pH值是衡量钻井液酸碱性的指标。
测定钻井液的pH值可以通过pH 电极测量仪来实现。
2.1钻井液的固相含量计算固相含量（%）=(Ws/Wt)×100其中，Ws是固相物质的质量，Wt是钻井液的总质量。
2.2钻井液的毛孔压力计算毛孔压力（psi）= (H × ρ × g) + P其中，H是钻井液的高度（英尺），ρ是钻井液的密度（磅/立方英尺），g是重力加速度（英尺/秒²），P是大气压力（psi）。
2.3钻井液的等效循环密度计算等效循环密度（ppg）= (H × ρ) / (Hf × ρf)其中，H是钻井液的高度（英尺），ρ是钻井液的密度（磅/立方英尺），Hf是液体段的高度（英尺），ρf是液体段的密度（磅/立方英尺）。
钻井液与完井液
第一章1钻井液：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（Drilling Muds），或简称为泥浆(Muds)2完井液：在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液，这些作业包括钻开油层、下套管、射孔、防砂、试油、增产措施和修井等。
因此从广义上讲，从钻开油层到采油及各种增产措施过程中的每一个作业环节，所使用的与产层接触的各种工作液体系统称为完井液。
3钻井液的功能: 1．携带和悬浮岩屑(这是钻井液首要和最基本的功用)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．获取井下信息6。
保护油气层4钻井液类型：1.分散钻井液2．钙处理钻井液3．盐水钻井液4．饱和盐水钻井液5．聚合物钻井液6．钾基聚合物钻井液7．油基钻井油8．合成基钻井液9．气体型钻并流体10．保护油气田钻井液。
5钻井液的常规性能：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、HTHP滤失量、pH值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量、滤液中各种离子的质量浓度6钻井液密度的调节方法：加重钻井液密度方法：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。
降低钻井液密度方法：为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井，通常降低密度的方法有以下几种：(1)清除无用固相: 最主要的方法用机械和化学絮凝的方法清除无用固相，降低钻井液的固相含量。
(2)加水稀释:但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。
(3)混油:但有时会影响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。
8钻井液的固相含量：钻井液固相含量通常用钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数来表示，固相含量的高低以及这些固相颗粒的类型、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井速度及油气层损害程度等有直接的影响。
钻井液
简答题：1、钻井液是如何让分类的？P2-3答：钻井液按密度大小可分为非加重钻井液和加重钻井液；按其黏土水化作用的强弱可分为非抑制型钻井液和抑制型钻井液；按其固相含量的多少，将固相含量较低的叫做低固相钻井液，基本不含固相的叫做无固相钻井液；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四种类型。
2、主要钻井液类型有哪些？ P3-5答：主要钻井液类型有：（1）分散钻井液；（2）钙处理钻井液；（3）盐水钻井液和饱和盐水钻井液；（4）聚合物钻井液；（5）钾基聚合物钻井液；(6)油基钻井液；（7）气体型钻井流体；（8）合成基钻井液；（9）保护油气层的钻井液；（10）不侵入地层钻井液。
3、膨润土在钻井液中的主要作用是什么？P31答：膨润土在钻井液中的主要作用是增加粘度和切力、提高井眼净化能力；形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；防止井漏等。
4、常用配制钻井液的粘土有哪些？P31答：钻井液常用粘土有膨润土、抗盐粘土（包括凹凸棒石粘土、海泡石粘土等）及有机膨润土。
5、钻井液的功用有哪些？P5答：钻井液的功用：（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）冷却和润滑钻头；（5）传递水动力；（6）获取地下信息。
6、配制泥浆的膨润土的主要作用有哪些？P31答：膨润土在钻井液中的主要作用是增加粘度和切力、提高井眼净化能力；形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；防止井漏等。
7、什么是压力激动？答：8、简述钻井液的循环过程. P5答：钻井液的循环是通过钻井泵（俗称泥浆泵）来维持的。
从钻井泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，返回地面后经排出管线、振动筛流入泥浆池，再经各种固控设备惊醒处理后返回水池，进入再次循环，这就是钻井液的循环过程和循环系统。
大学课件钻井液PPT课件
3) 正电荷。不少研究者指出，当pH值低于9时，粘土晶体边面上带正电荷。 多数人认为其原因是由于裸露在边缘上的Al-O八面体在碱性条件从介质中接受 质子引起的。
高分子化合物对聚结稳定性的影响：
钻井液中粘土颗粒能够和高分子化合物之间发生相互作用，绝大部分高分子 化合物都会吸附在粘土颗粒的表面上。若高分子物质较多，粘土颗粒会尽可能多 地吸附高分子物质在它的表面上，当颗粒完全被高分子所包围，没有剩余的空白 表面，就会失去再吸附其它颗粒上的高分子的可能，使颗粒间的桥联作用无法实 现，使钻井液体系的稳定性增强，这种现象称为胶体的保护作用。
1) 物理吸附。物理吸附是靠吸附剂和吸附质之间分子间引力产生的，物 理吸附是可逆的，吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。非离子 型的有机处理剂，往往是因在粘土表面发生物理吸附而起作用的。
2) 化学吸附。化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的。 例如铁铬木质素磺酸盐在粘土晶体的边缘上可以发生螯合吸附。
离子交换吸附的规律：
浓度相同，价数越高，与粘土表面的吸力越强，交换到粘土表面上的 能力越强；
价数相同、浓度相近时，离子半径越小，水化半径越大，离子中心离 粘土表面越远，吸附能力弱(K+与H+除外)；
当浓度很高时，低价离子同样能交换高价离子。常见的阳离子交换能 力强弱顺序是：
H+>Fe3+>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+ 粘土的阳离子交换容量是指在pH等于7的条件下，粘土所能交换下来的 阳离子总量。它包括交换性氢和交换性盐基，其数值均以每100 g粘土所交 换下来的阳离子的量表示。 粘土的阳离子交换容量，直接关系到粘土颗粒带电荷的多少和吸附处 理剂的能力。影响粘土阳离子交换容量的因素有粘土矿物的本性、粘土矿 物的分散度及溶液的pH值。
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。
钻井液基础知识
钻井液相关基础知识
乳 状 液 泥 浆
乳状液是液体(油和水)分散在另一种液体( 乳状液是液体(油和水)分散在另一种液体(水和 油 ) 中形成稳定的分散体系. 常用的是水包油型乳状 中形成稳定的分散体系 . 液 , 它有较好的润滑性能, 不仅能有效地提高钻头和 它有较好的润滑性能 , 钻具的寿命, 而且能明显地降低钻进所需的功率消耗 , 钻具的寿命 , 而且能明显地降低钻进所需的功率消耗, 还可以起到降低或消除钻杆柱的振动, 还可以起到降低或消除钻杆柱的振动 , 从而提高钻具 的钻速, 的钻速 , 使小口径金刚石钻进的钻进速度和钻进深度 大幅度的提高. 近年来 , 大幅度的提高 . 近年来, 随着小口径金刚石钻进的发 展 , 水包油乳状液已成为固体矿床钻探中主要的钻孔 冲洗液之一. 钻探时可购买已配制好的乳化油 , 冲洗液之一 . 钻探时可购买已配制好的乳化油, 现场 使用时加水稀释成乳化液(乳化油的含量一般为0 使用时加水稀释成乳化液(乳化油的含量一般为0.3% 一0.5%).
钻井液相关基础知识
泥浆密度与钻井的关系
平衡地层压力和井壁侧压力
钻井过程中,钻井液的密度过小,钻井液的液 柱压力过小,一方面不足以平衡地层压力,地层中 的油,气,水可进入钻井液中,破坏钻井液性能, 同时造成钻井液密度下降,引起井喷事故的发生; 另一方面液柱压力过小,不足以提供足够的支撑力 来平衡井壁侧压力,易使井壁垮塌.密度过大,钻 井液的液柱压力过大,当液柱压力大于地层压力, 钻井液进入地层中去,对油气层造成破坏;当钻井 液的液柱压力大于地层的破裂压力时,压漏地层, 产生井漏.
钻井液主要分类
液态-清水,低固相-无固相, 水基-油基,细分散-粗分散- 不分散,淡水-盐水等; 气态-空气,天然气; 气液混合态-充气泥浆,泡沫泥 浆等.
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。
钻井液的配置标准
钻井液的配置标准
钻井液是钻井过程中使用的重要液体，其配置标准应该符合以下要求：
1. 密度：钻井液的密度应该能够克服井口压力，同时又不能对地层造成损害。
一般来说，密度控制在8到16磅/加仑之间。
2. 粘度：钻井液的粘度应该足够大，以便在钻井过程中有效地传递钻头的动力，但又不能过于粘稠以至于影响钻井速度。
3. pH值：钻井液的pH值应该控制在7到9之间，以避免对地层造成腐蚀。
4. 清洁度：钻井液应该保持清洁，以避免在钻井过程中出现回流问题。
5. 抗污染能力：钻井液应该具有一定的抗污染能力，以避免来自地层的污染物对钻井液造成损害。
6. 稳定性：钻井液应该具有一定的稳定性，以避免在钻井过程中出现波动。
综上所述，钻井液的配置标准应该根据不同的钻井条件和要求进行调整，以保证钻井过程的安全和高效。
- 1 -。
石油钻井液性能基础
钻井液性能 4) 钻井液滤液碱度两种测定方法对比
缺 点
优 点
方 法
a) Mf 滴定中有干扰 b) 通常碳酸氢根测定结果偏高
a) 传统的方法 b) 用一个样品滴定二次
Pf/Mf
a) 用三个样品滴定三次 b) 碱的测定很关键 c) 使用有毒物质(BaCl2)
a)消除Mf滴定中的干扰
P1/P2
钻井液性能 15、氯离子浓度(Chloride Concentration) 测定方法：以铬酸钾溶液为指示剂，用硝酸银标准溶液(0.0282mol/l)滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变为橙红色并能保持30s即为滴定终点。 计算： CCl-＝ CNaCl＝1.65 CCl- 式中： CCl- －滤液中的Cl-浓度，mg/l； CNaCl －滤液中的NaCl含量，mg/l； VAgNO －滴定所消耗的硝酸银溶液体积，ml； V －滤液样品体积，ml。 注：若滤液中的氯离子浓度超过10,000mg/l，可使用每毫升相当于0.01g氯离子的硝酸银溶液(0.282mol/l)，此时，把上式中的系数1000改为10000。
钻井液性能 5、动切力(Yield Point) 钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构强度，用直读式粘度计测定，用YP表示，单位为Pa。 动切力的计算： YP = AV－PV 或 YP = (300 －PV) 英制单位为lb/100ft2，Pa = 0.5 lb/100ft2。
1 b━ lg
钻井液性能 (5) 低密度固相、加重材料和悬浮固相浓度的计算： Clg = 9.96lgVlg Cb = 9.96bVb Css = Clg + Cb 式中：Clg －低密度固相浓度，kg/m3； Cb －加重材料浓度， kg/m3 ； Css－悬浮固相浓度， kg/m3 。
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。
_钻井液技术手册(中文版)
_钻井液技术手册(中文版)钻井液技术手册(中文版)本文档旨在介绍钻井液技术相关的知识和操作指南，为钻井工程师和相关人员提供参考。
本手册将详细介绍钻井液的组成、性质、分类、选型以及常见的技术问题和解决方案。
同时，本手册还包括涉及到的法律名词及其注释，以及相关附件列表。
--------------------以下为文档正文--------------------第一章：钻井液概述1.1 钻井液简介1.2 钻井液分类1.3 钻井液的作用第二章：钻井液组成及性质2.1 钻井液的组成2.2 钻井液基础性质2.3 钻井液附加性质第三章：钻井液选型原则3.1 钻井液性能要求3.2 钻井液选型指南3.3 钻井液处理与回收第四章：钻井液问题与解决方案4.1 钻井液稳定性问题4.2 钻井液污染问题4.3 钻井液泥浆损失问题4.4 钻井液气体问题第五章：其他钻井液技术5.1 钻井液预处理技术5.2 钻井液添加剂5.3 钻井液监测与控制技术第六章：常见钻井液配方6.1 基础钻井液配方6.2 高温高压钻井液配方6.3 气体钻井液配方6.4 高灰分钻井液配方第七章：附件列表附件1：国内钻井液技术标准附件2：钻井液处理设备参数表附件3：钻井液配方示例------------------ 此处为文档结尾 ------------------附件：1：附件1：国内钻井液技术标准2：附件2：钻井液处理设备参数表3：附件3：钻井液配方示例法律名词及注释：1：法律名词1：注释12：法律名词2：注释23：法律名词3：注释3。
钻井液知识
钻井液的概念：钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。
粘土是具有可塑性的、软、有各种颜色的泥土。
一般是含水氧化铝的硅酸盐，由长石和其它硅酸盐分解而成，颗粒直径约在0.1-100µm之间，在水中有分散性，带电性、离子交换性，属于多级分散体系。
简单地说，钻井液是粘土分散在水中形成的溶胶悬浮体（颗粒直径小于2µm）为使钻井液满足钻井工艺要求，常加入各种化学处理剂及惰性物质来调节钻井液的性能，使钻井液“由稀变稠，由稠变稀”。
因此钻井液的性能变化受粘土、水和化学处理剂三方面因素的影响。
我国标准化委员会钻井液分委会将钻井液分为八种：1、淡水钻井液：由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。
2、钙处理钻井液；3、不分散低固相聚合物钻井液；4、盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）5、饱和盐水钻井液；6、钾基钻井液；7、油基钻井液；8、气体（包括一般气体及气泡）钻井液。
各类新型钻井液体系：正电胶（MMH）钻井液体系、聚合物-铵盐钻井液体系、两性离子聚合物钻井液体系、大小阳离子钻井液体系、水基无粘土相钻井液。
我国于1986年经钻井液标准化委员会研究决定，把钻井液材料分为16类：1、粘土类：主要用来配制原浆，亦有正反增加粘切、降低漏失量作用，常用的膨润土、抗盐土及有机土等；2、加重材料：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力，防塌防喷；3、降滤失剂：主要用来降低钻井液的漏失量，常用的有CMC、预先胶化淀粉，聚丙烯酸盐等；4、降粘剂：改善钻井液的流动特性，如粘度、切力，以增加可泵性，减少摩阻。
常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、木质素磺酸盐等5、增粘剂：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。
常用的有CMC、高聚物、预先胶化淀粉等。
6、润滑剂：主要用来降低摩阻系数，减小扭矩，增加钻头的水马力以及防止粘卡。
常用的有某些油类、石墨、塑料小球及表面活性剂。
钻井液当量密度和钻井液密度
钻井液当量密度和钻井液密度
钻井液是在石油勘探和钻井过程中使用的一种特殊液体。
它的主要功能是冷却钻头、清洁井底、稳定井壁和输送钻屑。
钻井液的密度是一个重要的参数，对于钻井工程的顺利进行至关重要。
钻井液当量密度是指钻井液在特定工况下的密度。
它与钻井液的实际密度有一定的关联，通常使用钻井液密度在规定条件下的当量密度进行计算。
当量密度的计算公式为：当量密度=（0.052×钻井液密度）+0.018。
这个公式的目的是为了考虑到钻井液中其他组分的密度对整体密度的影响。
钻井液当量密度的控制非常重要。
如果当量密度过低，可能导致井筒不稳定，引起井内塌陷等问题；而当量密度过高，则会增加钻井液对井壁的压力，导致井壁破裂，甚至引发井喷等严重事故。
因此，在钻井过程中，必须根据地层情况和井深变化及时调整钻井液当量密度，以确保井筒的稳定和钻井作业的安全进行。
钻井液密度是指钻井液的实际密度，一般通过测量钻井液的比重来计算。
钻井液密度的选择需要根据具体的钻井条件和地层情况来确定。
一般来说，钻井液密度的选择应能够满足以下几个方面的要求：一是能够稳定井壁，防止井壁塌陷；二是能够悬浮钻屑，保持井底清洁；三是能够冷却钻头，防止钻头过热；四是能够输送钻屑，确保钻井作业的顺利进行。
总之，钻井液当量密度和钻井液密度是钻井过程中非常重要的参数。
它们的合理控制和选择对于井筒稳定、钻井作业的安全进行起到了关键作用。
在实际操作中，钻井液当量密度和钻井液密度需要根据地层情况和井深变化进行调整，确保钻井作业的顺利进行。
钻井液概述—钻井液的组成和分类
任务一：
钻井液的组成和分类
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
钻井液的定义和组成 分散体系的分01 钻井液的组成和分类
知识点 1 钻井液的定义和组成
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。
一、钻井液的组成：
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（混油乳状液和反相乳 状液）。固相包括有用固相（膨润土、加重 材料）和无用固相（岩屑）。
项目一：钻井液概述
任务 01 钻井液的组成和分类
知识点 2 分散体系的分类
胶； 互不相溶液体组成的液-液溶胶，例如牛奶、原油等乳状
液； 液体和气体组成的液-气溶胶，例如泡沫。
➢固溶胶 包括固-固溶胶，例如有色玻璃，不完全互溶的合金；固-
液溶胶，例如珍珠、某些宝石； 固-气溶胶，例如泡沫塑料、沸石分子筛。
➢气溶胶 气-固溶胶，例如烟、含尘的空气； 气-液溶胶，例如雾、云。
（3）盐水钻井液和饱和盐水钻井液
盐水钻井液是用盐水（或海水）配制而成的。 含盐量从1%（Cl-质量浓度为6000mg/L）直至饱和 （Cl-质量浓度为189000mg/L）之间均属此种类型。
特点：对黏土具有较强抑制性
饱和盐水钻井液是指钻井液中NaCl含量达到饱 和时的盐水钻井液体系。它可以用饱和盐水配成， 或可先配成钻井液再加盐至饱和。可作为完井液或 修井液。
（8）合成基钻井液
合成基钻井液是以人工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。有机物为无毒 并且能够生物降解的非水溶性有机物。
1 第一节 钻井液概述
第一节钻井液概述一、钻井液的发展最初的钻井液就是清水。
但在钻进含泥岩的地层时，由于许多的泥质岩屑分散在水中而形成混浊的泥水，在当时就把钻井液又称为“泥浆”。
钻井液是钻井工程中的一个重要组成部分。
有“钻井血液”之称。
就定义而言，钻井液的定义为：钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面，维持钻井操作正常进行的流体，又称为洗井液。
随着科学的发展，钻井液体系是在不断的发展和变化着的，钻井液体系基本上经历了五个发展阶段：①天然钻井液体系。
在约使用在1904~1921年间。
由于人们是使用清水造浆，不加任何的处理剂和化学处理，故一般不能很好的满足钻井的要求，在使用中经常出现事故。
②细分散钻井液体系。
大约用于1921~1946年间。
由于在该阶段人为的采用粘土来配制钻井液，同时还加入了一些化学的分散剂（如纯碱），使其充分的分散，从而大大的改善了钻井液的性能，基本上可以满足一般中深井的需要。
但是随着井深的增加，温度的升高，这种钻井液的性能就变的极不稳定，尤其是粘度和切力变化较大。
经过实践探索，人们发现认识到粘土在钻井液中分散的愈好，其受外界的影响就会愈大，性能的波动愈明显。
而经过无机盐处理的适度絮凝钻井液可以大大改善其不稳定性。
③粗分散钻井液体系。
用于1946~1973年间。
该段的特点就是使用了多种无机盐作抑制剂，并配合了各种耐盐的降粘剂。
从而大大地提高钻井液的耐温及抗各种侵污的能力。
从而减小了井下复杂情况的发生，使钻速有了一定的提高。
而进一步的研究发现，钻井液中所含的固相数量及其粘度的大小对钻速的影响很大。
④不分散低固相钻井液体系。
用于1966年以后。
本阶段主要是使用了“有机选择性絮凝剂”及“高分子聚合物抑制剂”（如“聚丙烯酰胺”及其衍生物）。
它们起了很好的“包被”作用，使岩屑在体系中不再分散，同时使用较为完备的固控设备可保持较低的固相含量（5%左右），从而大幅度提高了钻速。
⑤无固相钻井液体系。
用在1968年以后。
实践证明，钻井液中所含固相，尤其是粘土，不但是会阻碍钻速的提高，同时还会对产层造成较大的损害。
钻井液基础知识
钻井液基础知识一、钻井液概述1、钻井液概念钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。
2、钻井液的分类（1）淡水钻井液（2）钙处理钻井液（3）不分散低固相聚合物钻井液（4）盐水钻井液（5）饱和盐水钻井液（6）钾基钻井液（7）油基钻井液（8）气体钻井液3、钻井液在钻井中的作用（1）清洗井底，携带岩屑，保持井底干净，保证钻头不断的破碎地层，使钻进不中断。
（2）平衡地层中的流体压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。
（3）平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。
（4）发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。
（5）悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。
另外承受钻杆和套管的部分重力。
（6）润滑并冷却钻头钻具。
（7）防止地层中盐水、岩盐、石膏、芒硝等对钻井液的污染，防止硫化氢污染和损害。
（8）利用钻井液，准确获得井下资料。
二、钻井液性能指标1、钻井液密度（1）概念：指单位体积钻井液的质量，常以g/cm3表示。
（2）钻井液密度与钻井的关系密度的大小直接关系着钻井速度的快慢，因此密度必须符合地质和工程的要求，大小适中。
密度过大有以下害处：A、损害油气层B、降低钻井速度C、过大压差易造成压差卡钻D、易憋漏地层E、易引起过高的粘切F、多消耗钻井液材料和动力G、抗污染能力下降密度过低则容易发生井喷、井塌、缩径及携岩能力下降等。
（3）提高钻井液密度的方法一般可在钻井液体系中加入密度较大的惰性物质，如石灰石粉、重晶石粉等；也可加入可溶性盐，另外根据情况可选用除气、除泡等工艺方法。
（4）降低钻井液密度的方法A、机械法：把有害物质通过机械设备清除，如使用震动筛、除砂器等。
B、稀释法：加入一定量的清水稀释钻井液，使其密度下降。
C、使用化学絮凝剂来降低密度。
D、使用发泡剂或充气来增大体积而降低密度。
2、钻井液的流动性（1）、钻井液的粘度、切力A、表观粘度：是用一定体积的钻井液流过规定尺寸的小孔所需的时间来表示。
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钻井液
钻井液工艺（90%的原题，可能考试中有选择，自己感觉吧。
以下内容仅供参考）
一、选择
1、高温对钻井液处理剂的影响是（高温降解、高温交联）。
2、用六速旋转粘度计测量静切力，用（3r/min）的速度。
3、盐水钻井液体系中除了必要的配浆土和盐以外，还需要加入（降粘剂、降滤失剂）。
4、测得某钻井液旋转计600r的读数为60，300r的读数为38，则该钻井液塑性粘度为（22）。
5、机械钻速增大或出现放空现象，并且钻井液中出现油气显示，钻屑中发现油砂或水砂，气测值升高，氯离子含量升高，这种现象一般表示为（井喷）。
6、钻井液密度、粘度、切力和含砂量都有升高，泵压忽高忽低，有时突然憋泵，这属于（井塌）。
7、不能防塌的钻井液是（分散型钻井液）。
8、如果旋流器的底流口调节到比平衡点的开口大，则（这种不合理调节成为湿底）。
9、对于一般地层，API滤失量要求（小于10ml）,HTHP滤失量要求（小于20ml）。
10、聚合物钻井液的携岩能力强，主要是因为这种钻井液的剪切稀释性（强），环空钻井液的粘度和切力（大）。
11、进入除砂器的钻井液必须首先经过（振动筛）。
12、旋流器的规格尺寸指（圆柱部分的内径）。
13、钻井液清洁器的筛网通常使用（150）目。
14、由于钻井液悬浮性能不好，其中所悬浮的钻屑或重晶石沉淀，埋住井底一段井眼，造成卡钻，称为（沉砂卡钻）。
15、若沉砂卡钻发生后不能恢复循环，只能采取（倒扣套铣）。
16、钻井液密度在钻井中的主要作用是（平衡地层压力）。
17、化学除砂是通过加入化学（絮凝剂），将细小颗粒由小变大，再通过机械方法除砂。
18、易塌地层钻进时，滤失量应（不大于5ml）。
19、配浆用量较大的基础材料是（原材料）。
20、膨润土因为其所吸附的阳离子不同而分为（钠土、钙土）。
21、不用作调节钻井液PH的无机处理剂为（Ca(OH)2）。
二、填空
1、粘土中常见的粘土矿物有三种，分别是高岭石、蒙皂石、伊利石。
其中阳离子交换容量最大是蒙皂石。
2、常用的固控方法有机械法、化学法、稀释法。
3、提高动塑比的目的是解决携岩能力问题，同时还可加强钻井液的剪切稀释性。
4、当钻到水泥塞时，引起钻井液污染，是由于钙离子和氢氧根离子同时进入钻井液中导致，此时应使用处理剂NaHCO3.
5、油气层敏感性评价是指通过岩心流动实验时对油气层的速敏、盐敏、水敏、酸敏、碱敏强弱及其所引起的油气层损害程度进行评价。
通常称为五敏实验。
6、在钻开含硫地层时，除去硫化氢的试剂是碱式碳酸锌。
7、分散钻
井液中常用的配浆原材料是水和膨润土，加重剂是重晶石。
8、当P地<P液时，钻井液密度满足什么条件，才能达到保持井壁稳定：P坍<钻井液液柱压力<P破裂。
9、阳离子聚合物的钻井液体系中，大阳离子作为包被絮凝剂，小阳离子作为页岩抑制剂。
10、通常钻井液要求有较好的剪切稀释性，n值在0.4~0.7范围，在0.36~0.48Pa/mPa.s范围。
11、聚合醇钻井液在井下的温度超过浊点温度时，所形成的乳状液的乳滴容易吸附在井壁上，或包被在钻屑表面，达到抑制、防塌、润滑的效果。
12、水包油乳化钻井液的HLB要求在8~18。
13、常用的钙处理钻井液的类型有石灰钻井液、石膏钻井液、氯化钙钻井液、钾石灰钻井液。
14、现场常用的测量仪器，可直观反映钻井液粘度的仪器是漏斗粘度计。
三、名词解释
1、钙侵：钻遇石膏层和含Ca2+的盐水层、钻水泥塞、使用硬水配浆及用石灰作为钻井液添加剂等，都会使Ca2+进入钻井液，这种现象叫做钙侵。
2、高温分散：高
温使粘土颗粒的热运动加剧，增强了水分子渗入粘土晶层内部的能力，高温使粘土表面的阳离子扩散能力增强，电位提高的现象叫做高温分散。
3、含砂量：指在钻井液中不能通过200目筛网，即粒径大于74的砂粒占钻井液总体积的百分数。
4、压差卡钻：指钻具在井中静止时，在钻井液液柱压力与地层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。
5、活度平衡：指通过适当增加水相中无机盐的浓度，使钻井液和地层中水的活度保持相等，从而达到阻止体系中的水向地层运移的目的。
6、钻井液的造壁性：在钻井液滤失的同时，钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成泥饼的过程称为钻井液的造壁性。
7、水敏：主要指矿化程度较低的钻井液等工作液进入地层后引起粘土水化膨胀、分散和运移，进而导致渗透率下降的现象。
8、油气层损害：任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象均称为对油气层的损害。
9、屏蔽暂堵钻井液技术：在钻开油气层前，向钻井液中加入与油气层孔喉尺寸相匹配
的架桥粒子与可变形粒子，使其在油气层附近快速形成屏蔽暂堵带的技术。
四、简答
1、简述钻井液在钻井过程中的主要作用？a携带和悬浮钻屑b稳定井壁c平衡地层压力和岩石侧压力d冷却和润滑作用e传递水动力f获取地下信息
2、简述低毒油包水乳化钻井液的组成成分及其作用？a基油：用作连续相。
b水（盐水）：控制水相活度。
c乳化剂：形成稳定的油包水乳化钻井液。
d润湿剂：使重晶石和钻屑颗粒表面由亲水变为亲油。
e亲油胶体：增粘和降滤
失。
f石灰：提供钙离子，维持pH值，防止酸性气体对钻井液的污染。
g重晶石：加重材料。
3、简述钻井液受到钙侵的途径，并说明在哪种钻井液中钙离子是有用的？钻遇石膏层和含Ca2+的盐水层、钻水泥塞、使用硬水配浆及用石灰作为钻井液添加剂等，都会使
Ca2+进入钻井液。
油包水乳化钻井液
4、盐水钻井液适用于什么样的地层，若用细分散钻井液钻进这些地层会出现哪些问题？大段岩盐层、盐膏层、盐膏与泥页岩互层、高压盐水层。
若用细分散钻井液，则会有大量的NaCl和其他无机盐溶解于钻井液中，使钻井液的粘
度、切力升高，滤失量剧增。
同时盐的溶解还会造成井径扩大，给继续钻进带来困难，并且会严重影响固井质量。
5、简述保护油气层对钻井液的要求？A必须与储层岩石相配伍。
B必须与储层流体相配伍。
C尽量降低固相含量。
D密度可调。
6、分别列举三种常用的降滤失剂和降粘剂？
降滤失剂：褐煤碱液降滤失剂、硝基腐殖酸钠降滤失剂、铬腐殖酸降滤失剂。
降粘剂：单宁碱液降粘剂、铁铬木质素磺酸盐降粘剂、两性离子聚合物降粘剂（XY-27）。
7、简述硅酸盐钻井液稳定井壁的作用机理？A反应生成的硅酸钙沉淀覆盖子岩石表面起封堵作用。
B与低pH值地层水产生胶凝现象，变成凝胶封堵地层孔喉和裂缝。
C温度超过80度，与铝醇基发生缩合反应，产生胶结性物质，封固井壁。
D体系中的高聚物可调节流变性，还可增加粘度，减少滤液的浸入量。
E与钙、镁离子反应形成沉淀，形成坚韧致密的封固壳来加固井壁。
8、聚合物钻井液的特点有哪些？A固相含量低，具有良好的流变性，钻井速度高。
B 稳定井壁能力较强，井径比较规则。
C对油气层的损害小，有利于发现和保护产层。
D 可防止井漏发生。
9、三磺基钻井液的主要处理剂及其作用？SMP，作用降滤失；SMC，作用降滤失；SMT，
作用降粘。
10、正电胶钻井液的特点有哪些？A独特的流变性。
B较强的抑制性。
C较低的负电性。
11、简述井壁不稳定的类型及现象？A井塌：钻屑数量增多，钻井液的粘度、切力、密
度、含砂量增高，泵压增高，憋泵。
B缩径：扭矩增大，憋泵，严重时转盘无法转动，甚至被卡死。
C压裂：地层出现裂缝，钻井液漏失，泵压下降。