钻井液体系
钻井液体系配方及井下复杂情况处理对策1
滤失量大，说明地层渗
透性强，也说明钻井液 形成封堵渗透层泥饼的 能力差。 在水敏性泥、页岩地层 、渗透性强的砂岩地层 都要严格控制API滤失 量。
滤失量概念
滤失量的意义
二、钻井液性能及测量仪器
（三）API滤失量
二、钻井液性能及测量仪器
（三）API滤失量
测定方法 该仪器是将泥浆用惰性气体 （二氧化碳、氮气或压缩空气） 加压的情况下，测量泥浆的失水 量。当泥浆在0.69MPa压力的作 用下，30分钟内通过截面为 45.6±0.5㎝2过滤面渗透出的水 量，以毫升表示。同时，可以测 按逆时针方向缓缓旋转放空阀5手 柄，同时观察压力表指示。当压力 表稍有下降或听见泥浆杯有进气声 响时，即停止旋转放空阀手柄，微 调减压阀3手柄，使压力表指示为 0.69MPa，泥浆杯内保持0.69MPa的
定义
是指钻井液中 不能通过200 目筛网，即粒 径大于74微米 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。
意义
含砂量高 密度大，对提 高钻速不利； 泥饼松软，导 致滤失量增大， 不利于井壁稳 定； 摩擦系数增大， 容易造成压差 卡钻； 增加对钻头和 钻具的磨损
（6）邻井钻井情况。
一、钻井液简介
（五）钻井液施工需要的资料、数据 2、重点探井、非常规井、深井、超深井
（1）范围
①重点探井：河南油田、集团公司重点探井、风险探井； ②非常规井：页岩油水平井、致密砂岩水平井、其它气井； ③深井、超深井： 深井：指井深大于4500米的井。 超深井：指井深大于6000米的井。
7、钻井液维护处理要点
10、钻井液材料汇总
8、钻井液材料
11、其它要求
一、钻井液简介
油气井钻井液体系分析及研究
油气井钻井液体系分析及研究随着油气资源的不断开发，钻井液的研究也越来越重要。
油气井钻井液体系是由多种化学物质组成的，可以根据其组成分为水基、油基和气基钻井液体系。
本文将从钻井液的物理化学特性、分类、应用和研究进展等方面进行探讨。
一、钻井液物理化学特性1.密度：钻井液的密度需要适当地调整，以保证井底压力正常，控制钻杆运动和油管回流，防止井口喷出。
2.黏度：黏度也是决定钻井液性能的一个重要指标。
黏度低的钻井液能够降低井筒阻力并提高洗井质量。
3.PH值：PH值通常在8-10之间，这是为了避免钻井液对地层的腐蚀和侵蚀。
4.泡沫度：泡沫度是油气钻井液的重要指标之一。
合适的泡沫度可保持井壁的稳定性，防止井壁崩塌，同时也有助于控制井底压力。
二、钻井液的分类1.水基钻井液：水基钻井液是目前使用最为广泛的钻井液，其主要成分为水、泥、聚合物材料以及一些添加剂。
水基钻井液相对来说价格比较实惠，但缺点是不适合一些高硫、高岩性、高温高压、高盐度的井。
2.油基钻井液：油基钻井液投资和使用成本相对较高，但优点是能够满足复杂地质情况下的钻井作业需求。
油基钻井液具有较强的化学稳定性和热稳定性，同时也具有低毒性，不会对环境造成污染。
3.气基钻井液：气基钻井液具有低黏度、高效率、对环境污染小等特点，但是价格较高，使用范围也较为有限。
三、钻井液的应用1.减阻除杂：钻井液通过旋转钻铤和注入钻井液来清除井底杂质，降低井壁阻力。
2.支壁孔、保持井壁稳定：在井口附近形成适当的孔道来保持井壁的稳定性。
3.导吸捞渣：在钻井时每过一定时间就要进行清理井底杂质，导吸捞渣就是用钻井液将杂质吸入到井底，然后抽出到地面。
四、钻井液研究进展近年来，国内外学者在钻井液领域开展了很多研究，其中不乏一些有意义的成果和突破。
例如，防漏减阻水基钻井液研制成为目前水基钻井液领域的热点问题之一，该钻井液能够同时满足沉积岩和结晶岩的掏污需求。
此外，在油基钻井液领域，一些合成油基钻井液已被广泛应用，该类钻井液能够承受高温高压环境的作业需求。
钻井液种类简介
钻井液种类简介
1、聚合物无固相钻井液体系
特点是不含土相，固含低、机械钻速快，用于提高上部地层机械钻速。
处理剂以选择性絮凝处理机为主，常用PHP（0.05～0.15%）和K-PAM(0.05～0.3%)。
小于30度和无固相钻井液已不能适应的井段。
调整原则
随地层破碎程度增加，胶结性变差或裂缝发育，应在保持矿化度的前提下（防起泡）提高沥青类处理剂含量作封堵只用。
易塌区块辅以0.5～1.0%聚合醇或无渗透
抑制剂，加强体系的防塌抑制性。
3、聚磺钻井液体系
聚磺钻井液体系具有如下特点：1.利用KPAM、KPHP、PAC等高分子聚合物作为包被抑制剂，既能提高钻井液体系粘度，同时提供体系K+增强钻井液的抑制性。
2.
5、应充分水化配制钻井液用膨润土。
6、配制钻井液用处理剂应配成胶液缓慢加入，避免直接加入固体或粉末状处理
剂。
7、应控制好钻井液处理剂的加入比例、顺序和方法。
现场维护
1、充分发挥固控设备清除钻屑的效率。
2、需补充处理剂，应缓慢、均匀加入钻井液处理剂胶液，尽量避免直接加入处
理剂固体或干粉。
6。
油气田钻井液体系设计及其优化研究
油气田钻井液体系设计及其优化研究钻井液是油气开采工程中必不可少的一种重要物质，其作用包括冷却钻头、输送岩屑、稳定井壁等。
钻井液的选用和设计直接关系到油气开采的效益和安全性。
本文将探讨油气田钻井液体系的设计及其优化研究。
一、油气田钻井液的性能要求油气田钻井液的性能要求主要有以下几点：1.良好的稳定性。
钻井液的稳定性一方面影响井筒的稳定性和钻井效率，另一方面也直接关系到安全性。
2.优异的输送性和冲刷性。
钻井液要能够有效地输送岩屑并冷却钻头，提高钻进效率。
3.低毒、低污染。
钻井液对环境的影响越小越好。
4.耐高温、耐高压。
油气田钻井作业常常在极端的高温和高压环境中进行，因此钻井液必须能够在这些条件下保持其性能。
5.适应性强。
兼顾地质条件和地层环境，能够适应各种复杂的地层条件。
二、油气田钻井液体系的组成油气田钻井液体系通常由基础液和添加剂组成。
基础液也称为钻井液骨架，是钻井液的主体部分。
添加剂则是钻井液的改性剂，对基础液进行改性以满足特定的钻井需要。
依据不同的基础液类型，钻井液可以分为水基钻井液、油基钻井液和气基钻井液。
1.水基钻井液水基钻井液是指以水为主要成分的钻井液体系。
它通常由清水、泥浆和添加剂组成。
泥浆的作用主要涉及稳定井壁和输送岩屑。
添加剂一般包括泡沫剂、黏土、固体控制剂等。
水基钻井液主要特点是价格低，成分清晰，环保性好。
但由于水会使井壁发生膨胀和崩塌，因此水基钻井液的稳定性不如油基钻井液。
2.油基钻井液油基钻井液是指以石油为主要成分的钻井液体系。
它通常由石油、黏土和添加剂组成。
油基钻井液的主要特点在于其极佳的稳定性，能够在地形复杂的地区稳定井壁，减少钻井事故的发生。
同时，油基钻井液还具有较好的抗高温性能，可以在高温下保持其性能不变。
但油基钻井液的价格较高，且由于含有石油，环保性较差。
3.气基钻井液气基钻井液是指以气体为主要成分的钻井液体系。
它通常由气体和添加剂组成，具有不易污染、安全性高的特点。
常见的钻井液体系-王宝田
单 位：钻井泥浆公司 讲课人： 讲课人：王宝田
常见的几种钻井液类型
•
• • • • • • • •
细分散钻井液体系 粗分散钻井液体系 不分散低固相钻井液 阳离子聚合物钻井液 两性离子聚合物钻井液 深井钻井液 聚合醇钻井液 油基钻井液 气体型钻井流体
一、细分散钻井液体系
细分散钻井液最常用的处理剂为：（ 烧碱） Na2C03（ 纯碱）； NaT（丹宁酸钠）； NaC（腐植酸钠 ）。 纯碱） （丹宁酸钠） （腐植酸钠）
（2）石膏钻井液 ）
•
用石膏作Ca 离子来源的钻井液称为石膏钻井液。 用石膏作 2+离子来源的钻井液称为石膏钻井液。该钻井液 的 pH 值 可 保 持 在 9.5 ～ 10.5 。 其 Ca2+ 含 量 保 持 在 600 ～ 1200mg／ L， 过量石膏浓度为 ／ ， 过量石膏浓度为6000～ 12000mg／L。 体系中 ～ ／ 。 要求含有未溶解的石膏，以便自动地、 要求含有未溶解的石膏，以便自动地、及时地补充被钻屑所 消耗的Ca2+，才能保持钻井液性能的稳定。 消耗的 才能保持钻井液性能的稳定。 石膏钻井液在抗高温、抗盐侵、抗石膏侵以及对付泥、 石膏钻井液在抗高温、抗盐侵、抗石膏侵以及对付泥、页岩 坍塌及保护油气层方面，都比石灰钻井液更优越， 坍塌及保护油气层方面，都比石灰钻井液更优越，在5000m 以上高温井段使用，不会发生固化。 以上高温井段使用，不会发生固化。但由于石膏比石灰溶解 度大，滤液含钙量高，钻井液絮凝程度大，处理钻井液时， 度大，滤液含钙量高，钻井液絮凝程度大，处理钻井液时， 需要大量的高效降粘剂，配合一定降滤失剂， 需要大量的高效降粘剂，配合一定降滤失剂，才能取得稳定 的钻井液性能。 的钻井液性能。
常见的钻井液体系-王宝田
• （2）石膏钻井液
• （3）氯化钙钻井液
• （4）盐水钻井液
1、石灰钻井液
•
用石灰作钙的来源时，称石灰钻井液。钻井液的pH值
应控制在 11 ． 5 以上，使 Ca2+ 含量保持在 120 ～ 200mg
／L，石灰过量时为3000～6000mg／L。
•
石灰钻井液，有高碱性石灰钻井液与低碱性石灰钻井 液之分，低碱性石灰钻井液是从高碱性石灰钻井液发 展来的，高碱性石灰钻井液在高温下有固化的缺点， 一般只能用到 4000 米以内的井，而低碱性、低石灰钻 井液， pH 值应控制在 11 ． 5 以内，用抗高温的处理剂
4．钠羧甲基纤维素的作用
钠竣甲基纤维素代号 Na-CMC，它是链状水溶性高分子化合物，
1945年Na-CMC开始引进用于钻井液。 Na-CMC水溶液性质如下： （1）pH对溶解度的影响较大 （2）热稳定性较差
（3）Na-CMC有一定的抗盐、抗钙能力
Na-CMC降滤失量机理：
Na-CMC降滤失量作用主要有三条。改善泥饼性质；增 加分散介质粘度；减少自由水。Na-CMC在钻井液中电 离生成多价负离子，它有多种官能团，-COONa、-OH
有用量少、絮凝能力强的特点。现在比较为人们所接受的是 “架桥理论”或“桥联理论”，即长链的高聚物，同时吸附在 几个粘上颗粒上，在它们之间架起桥来，然后通过大分子的卷 曲使这些颗粒产生絮凝和聚集。根据这样一个设想，高聚物产 生絮凝作用，必须具备以下几个条件：
高聚物产生絮凝作用，必须具备以下几个条件
可与粘上边缘断键处铝离子相吸，-OH和土粒氧形成氢
键，使CMC能吸附在粘土颗粒形成水化层，同时增大土 粒的了电势，细粘土粒亦可与大分子吸附粘结，参与网
钻井液体系介绍
PEM钻井液
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
PEM钻井液
应用范围： 用于中下部井眼段、强水敏性复杂地层、大斜度大位 移井，环境敏感地区作业井的作业。 基本配方（kg/m3） 预水化膨润土 烧碱 PAC-HV XC PF-JLX KCl 2040 23 35 12 3050 3050 纯碱 PF-FLO PF-PLUS PF-TEX PF-LPF 12 510 35 510 515
海水膨润土浆钻井液
常见性能： FV：30-40 s YP/PV〉2
维护处理： 用海水钻进，膨润土稠泥浆塞洗井携砂； 维持稠泥浆的YP(Pa)等于或大于PV(mPa.s)； 预水化膨润土浆配好以后，在泵入前加入石灰来提 高泥浆的粘度和切力，加入石灰后停止循环和搅动 以保持絮凝状态。
海水聚合物浆钻井液
分散体系
由水、配浆膨润土和各种对粘土、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称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液区别，有时又 称为细分散钻井液。 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 品调节或保持特定的泥浆性能。
钻井液体系分类
低固相钻井液体系
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 610%。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。该体系是不分散体系，通常使用结合添加剂作增粘剂和膨 润土增效剂。该体系的一个最显著优点是能大大提高钻井速度。
钻井液体系与材料简介
目录
钻井液概论 钻井液分类 钻井液技术的发展 我国钻井液技术发展概况 国内外钻井液技术对比分析
2
钻井液概论
3
钻井液体系介绍
PEMTM钻井液体系 PECTM钻井液体系 PRDTM储层钻进液 小阳离子钻井液体系 油基钻井液体系 其他钻井液体系简介
4
PEM钻井液体系 钻井液体系
国内领先近10年的环境可接受的水基防塌钻 国内领先近 10 年的 环境可接受的水基防塌钻 10年的 井液体系（ 简称PEM 泥浆体系， PEM泥浆体系 井液体系 （ 简称 PEM 泥浆体系 ， Protecting Mud） 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
9
PEC 钻井液体系
Polymer Enhance Cation Drilling Fluid
TM
10
PEC钻井液体系
主剂PF-JMH-YJ（有机正电胶材料）： 主剂PF-JMH-YJ（有机正电胶材料）： PF PF-JMH-YJ是由阳离子单体合成的，由于机理是需要有强的正电荷，因此 是由阳离子单体合成的，由于机理是需要有强的正电荷， 是由阳离子单体合成的 和小阳离子不同，在阳离子单体的选择上选择了强正电荷的阳离子单体， 和小阳离子不同，在阳离子单体的选择上选择了强正电荷的阳离子单体，而 且在合成工艺上减少了因自聚以及可能造成阳离子电荷下降的因素， 且在合成工艺上减少了因自聚以及可能造成阳离子电荷下降的因素，另外还 在控制分子量上使其分子量降低，从而保证该产品具有高的正电荷， 在控制分子量上使其分子量降低，从而保证该产品具有高的正电荷，其机理 主要是由于粘土表面都带负电荷的，地层粘土矿物高，也会带负电荷， 主要是由于粘土表面都带负电荷的，地层粘土矿物高，也会带负电荷，水进 入后势必会造成水化膨胀，而采用正电荷进入后， 入后势必会造成水化膨胀，而采用正电荷进入后，通过电荷中和使其压缩双 电层，因而减少粘土水化膨胀的可能性，以达到抑制的效果。 电层，因而减少粘土水化膨胀的可能性，以达到抑制的效果。 主剂PF JHA(聚醇醚材料 PF聚醇醚材料）： 主剂PF-JHA(聚醇醚材料）： 醇醚润滑剂是由天然物质（聚乙烯醚的衍生物）经精练提纯后， 醇醚润滑剂是由天然物质（聚乙烯醚的衍生物）经精练提纯后，在一定的 温度和压力下，进行相关的化学处理，使其具有活泼的反应性基团， 温度和压力下，进行相关的化学处理，使其具有活泼的反应性基团，再与低 分子烷氧基化合物缩合而成，由于其固有的结构特征， 分子烷氧基化合物缩合而成，由于其固有的结构特征，使醇醚润滑剂具有与 其他润滑剂比较更为突出的特点。该材料同样具有“浊点”行为。 其他润滑剂比较更为突出的特点。该材料同样具有“浊点”行为。
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。
钻井液体系总汇分类
钻井液的种类（1）稳定泡沫钻井液技术稳定泡沫钻井液是一种低密度钻井液体系，是在钻井液中加入表面活性剂，降低气、液、固三相表面张力，使空气均匀、稳定地存在于体系中，从而降低钻井液密度。
其特点是能够产生低于水的表观密度，在低压地层中产生微泡膨胀桥堵孔隙，保护油气层，提高勘探开发的综合效益。
通过对稳定泡沫钻井液系统研究，开发出适合大港油田低压油气藏特点的稳定泡沫钻井液体系。
我公司进行了稳定泡沫钻井液技术研究，形成了研究成果。
在现场应用中实现钻井液密度可调、泡沫稳定时间较长、抗污染能力强等优点。
在官新10-16井进行了现场试验，现场钻井液密度达到0.7g/cm3,收到了预期的效果。
2003年我公司在长庆油田气探井的服务中成功应用该钻井液技术，解决了低压气藏储层保护的难题。
（2）无固相欠平衡钻井液技术无固相欠平衡钻井液主要是为了解决低压、低渗油气藏而研究的钻井液体系，控制合理的钻井液密度实现欠平衡条件，减少钻井液滤液对储层的损害是该技术的核心，它适用于灰岩地层、稳定的砂泥岩地层。
1999年完成了第一口井深为5191.96m板深7井，所用的钻井液体系为具有防H2S损害、CO2腐蚀及防水锁损害的无土相钻井液，体系的特点主要表现在：体系采用无土相有利于保护油气层；体系的抑制性较强；体系具有防腐能力；体系便于维护；有利于清洗井眼，由于采用欠平衡有利于提高机械钻速；成本低。
到2002年使用该钻井液体系，相继完成了板深8、板深4、千18－18、西G2等16口井的现场应用，使用最高密度为1.42g/cm3，最低密度为0.84g/cm3。
该体系在现场应用中取得了明显的效果，尤其在保护油气层方面成果显著，该体系在大港油田首次欠平衡探井施工作业中一举成功，在所实施井中平均恢复值达到88%，实施井均获得良好的油气显示，为发现和保护油气层展现了光明的前景，尤其板深7井最为突出，经过5～11mm油嘴多次测试，平均产气量为1×105m3/d，其中轻质油31.75 m3/d，完钻后测试表皮系数为-1.35，投产后井口压力和油气产量相对稳定。
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。
钻井液基本解析
此外，结合国际钻井液分类方法，我国还将钻井液分为以下8个类别
1、聚合物钻井液体系：以聚合物作为主处理剂的水基钻井液。 2、钾基钻井液体系：钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、 钙）盐和KCI为主处理剂的防塌钻井液。 3、饱和盐水钻井液体系：常温下氯化钠含量达到饱和的水基钻井液。它 可以用饱和盐水配成，亦可先配成钻井液再加盐至饱和。 4、分散钻井液体系：加有分散剂的水基钻井液。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。 5、钙处理钻井液体系：经石灰、石膏或氯化钙等处理剂处理的水基钻井 液。该钻井液的组成特点是体系中同时含有一定浓度（质量浓度）的 Ca2+和分散剂。
7、帮助收集与解释从钻屑、岩芯与测井所得到的信息。
但是，钻井实践表明，作为一种优质的钻井液，仅做到以上几点是不够的。 为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须 具有： 1、钻井液对人和环境无损害。 2、对所钻井眼，不需要特别和昂贵的完井方法。
3、不能干扰生产井的正常生产。
4、不能腐蚀钻井设备。 一般情况下，钻井液成本只占钻井总成本的7％～10％，然而先进的钻井 液技术往往可以成倍地节约钻时，从而大幅度地降低钻井成本，带来十分
3、稳定泡沫
注：钻井液中的固相分为两种类型，即活性固相（ActiveSolids）和惰性固相（Ineri Solids）。凡是容易 发生水化作用或易与液相中某些组分发生反应的称为活性固相，反之则称为惰性固相。前者主要指膨润 土，后者包括石英、长石、重晶石以及造浆率极低的粘土等。除重晶石外，其余的惰性固相均被认为是 有害固相，是需要尽可能加以清除的物质。
加重剂
SDMC 重晶石 英文：Barite powder SL—BAR 加重剂 产品描述：重晶石是一种以BaSO4为主要成分的天然矿石，经过机械加工 而成的灰白色粉末产品。主要用于提高密度不超过2.30g/cm3的水基钻井 液和油基钻井液的密度。 SL—BAR技术要求 性能 指标 密度，g/cm3 ≥4.20 水溶性碱金属（以钙计），mg/kg ≤250 大于75μm的筛余物质量分数，%（m/m） ≤3.0
储层保护钻井液体系
储层保护钻井液体系目前国内外正在研究与应用的保护油层钻井/完井液体系主要有无侵入、正电胶、硅酸盐、甲基葡萄糖酐、甲酸盐、全油基、合成基钻井/完井液体系。
（1）无侵入钻井完井液体系及处理剂这是目前国外开发的一种新型钻井完井液体系，无侵入的意思是无液相与固相侵入损害。
该钻井完井液具有超低固相质量浓度(低于28.4g/L)，利用表面化学原理，使钻井液在地层表面产生一种可以密封地层的非渗透性薄膜。
国外该钻井完井液体系的主要处理剂包括增粘剂DWC2000TM、降滤失剂FLC2000和润滑剂KFA2000。
国内目前相类似的处理剂有系列产品BST及超低渗透的处理剂。
据SPE文献报道，无渗透钻井完井液技术的核心是一种聚合物油溶或水溶，它具有极其广泛的HLB值，能有效封堵储层。
当加入水基液中时，该聚合物形成可变形的聚集体或膜在溶液中是分子成组式的，形成球状、棒状和片状，在井眼内液体的压力下，这些膜迅速地封闭地层喉道，从而大大限制了流体的侵入，压力继续增大时，由于这些成层的膜是可以变形的，从而更好地封闭地层孔隙喉道，进一步降低了渗透率，其机理如图1-3所示。
图1-3 无渗透钻/完井液封堵机理（2）正电胶MMH钻井完井液混合金属层状氢氧化物钻井完井液又称为正电胶钻井完井液。
MMH是其主处理剂，带正电荷，MMH同时具有铝二八面体和铝三八面体，其正电荷主要来源于氢氧三八面体中未平衡的正电荷。
该体系的主要优点是具有很强的携岩能力和抑制性（是KCL的10倍）；具有独特的流变性，有利于井壁稳定，有良好的抗温及抗污染能力，对储层有保护作用。
目前这种钻井完井液体系已成为钻各类水平井、大位移井的重要手段。
通过大量研究工作，正电胶钻井完井液保护储层机理为“中和” 粘土表面负电荷，抑制粘土水化膨胀防止储层的碱敏性，防止储层微粒运移减少亚微米级颗粒进入储层。
从发展方向来看，无机正电胶或有机正电从发展方向来看，无机正电胶或有机正电胶体系与双聚钻井液体系，例如聚合醇配合应用很有前途。
几种适用于煤层气井的钻井液体系
几种适用于煤层气井的钻井液体系国内目前用于钻进煤层气储层的钻井液有:优质膨润土钻井液、低固相聚合物钻井液、空心玻璃漂珠钻井液、清水钻井液、无粘土钻井液等，金正纵横通过对各种钻井液的研究对比为您介绍其它几种有效的煤层气井钻井液体系。
1、泡沫钻井液体系通过混合水、表面活性剂和空气(或氮气)来制造泡沫，泡沫具有较宽的粒径分布，可以用于封堵大范围直径分布的的裂缝。
泡沫通过架桥来堵塞孔喉，减少钻井液进入储层，从而减少井底压力的传播和钻井液对储层的伤害。
金正纵横认为泡沫钻井液体系也有其自身方面的不足，主要表现在:需要专门的设备来产生泡沫，这些设备往往价格昂贵；在井底压力下，泡沫比较容易被破坏而失去封堵能力。
2、Aphron钻井液体系Aphron钻井液是国外研制的一种新型的具有高剪切稀释性的水基充气泡沫钻井液，已在世界范围内得到广泛应用。
Aphron是由三层表面活性剂所包裹的气核，在表面活性剂中间有一层粘度较高的稠化水层，最外层表面活性剂极性端朝外，使得Aphron与周围水基流体相溶，如图所示。
图表Aphron结构示意图资料来源：金正纵横根据相关资料整理加入一种由表面活性剂和聚合物组成的混合物(Aphron稳定剂)改进得到的Aphron稳定性增强。
Aphron除了有普通泡沫的优点以外，还具有以下特点:（1）相对于普通泡沫，Aphron 承压能力更强，特别是改进后的Aphron，在3.5MPa的压力下，直径为250μm的普通泡沫、Aphron以及改进后的Aphron直径都立即收缩到大约150μm，普通泡沫在2min内消失，Aphron 至少在10min后才消失，而改进后的Aphron则能稳定30min以上。
（2）在井底压力下，Aphrons 被压缩，体积很小，对钻井液的密度影响较小，使钻井液处于一个稳定的静水压力和循环压力下，有利于井壁稳定和井控；当Aphron进入地层后，体积开始膨胀，并在钻井液前端聚集封堵地层，保持了井筒压力和地层压力的平衡，减小钻井液向储层的侵入。
常用钻井液配方
3、化学溶液钻井液是无粘土钻井液的主体类 型，它是由无机盐和不同种类的聚 合物组合而成，化学溶液具有一定的流变特性和 降滤失特性。 无机盐起的作用是： 与有机聚合物进行适度交联，以提高溶液的 粘度，降低溶液的滤失量； 调节溶液的矿化度，以平衡地层的化学活度， 抑制地层的膨胀分散或破碎坍塌； 调节溶液的pH值。
应用领域
在无水、缺水、干旱、沙漠、永冻地 区钻井； 在低压地层中钻进； 向井底输送气体，实现井底气动冲击 碎岩。
谢谢！
（4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水 眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化 钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。 （5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压 力钻井 （6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液 对底层所含粘土矿物有抑 制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。
2）使用磺化沥青类页岩抑制剂稳定硬 脆性泥岩、少量高分子聚合物稳定伊/ 蒙混 层粘土矿物的机理来防止井壁坍塌。故具 有一定防塌能力。 3）在进入产层前通过使用磺化沥青及 超细碳酸钙运用屏蔽暂堵保护油层技 术进 行改造后，具有良好的保护诸层功能。
4）可容纳较多的固相，适合配置高密 度的钻井液密度可高达2.0克/厘米3 。 5）含有大量的分散剂，故亚微米固相 颗粒含量可达70%以上，对机械钻速有 一 定的影响。 6）可形成较致密的高质量滤饼，护壁 能力强。
4.推荐性能
5.使用环境
（1）主要用于水敏性强的易塌页岩层。 （2）适应温度:不分散型150℃；分散型 可达到180℃左右。故前者 用于钻3500～ 4000米深井用，而后者可用于钻6000米深 井。 （3）不分散型较适用于正常压力地层； 分散型可配较高的密度而用 于异常压力地 区。
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。
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国内外钻井液技术发展概述(2012-05-2711:05:36)摘要：本文主要论述了国内外钻井液的发展状况及发展趋势，介绍了近年来国内外发展起来的16种新型钻井液技术，国内外钻井液技术仍以抗高温、高压、深井复杂地层的钻井液技术为主攻目标，指出了钻井液处理剂的发展方向是高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染，并寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液体系及钻井液处理剂。
对钻井液技术发展进行了展望，由于深井、复杂井、特殊工艺井以及特殊储藏的开发、环境保护的重视，对钻井液完井液的要求越来越高，所以抗高温、高压、深井复杂地层、油气层保护仍是钻井液完井液技术发展的重要方向。
关键词：钻井液技术发展一、国内外钻井液技术新发展概述钻井液作为服务钻井工程的重要手段之一。
从90年代后期钻井液的主要功能已从维护井壁稳定，保证安全钻进，发展到如何利用钻井液这一手段来达到保护油气层、多产油的目的。
一口井的成功完井及其成本在某种程度上取决于钻井液的类型及性能。
因此，适当地选择钻井液及钻井液处理剂以维护钻井液具有适当的性能是非常必要的。
钻井液及钻井液处理剂经过80年代的发展高潮以后，逐渐进入稳定期，亦即技术成熟期。
可以认为，由于钻井液及钻井液处理剂都有众多的类型及产品可供选择，因此现代钻井液技术已不再研究和开发一般钻井液及钻井液处理剂产品，而是在高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染等方面进行深入研究，以寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液及钻井液处理剂。
1．抗高温聚合物水基钻井液所使用的聚合物在其C-C主链上的侧链上引入具有特殊功能的基团如：酰胺基、羧基、磺酸根（S03H）、季胺基等，以提高其抗高温的能力。
不论是其较新的产品，如磺化聚合物P OLYDRILL，或早己生产的产品如S.S.M.A.（磺化苯乙烯与马来酸酐共聚物）均是如此，并采取下列措施：①利用表面活性剂的两亲作用来改善钻井液的抗温性；②抗氧化剂可以大幅度提高磺化聚合物抗高温降滤失剂的高温稳定性能。
③膨润土一直是水基钻井液的基础。
但随着温度的升高和污染，它是最难控制和预测其性能的粘土矿物。
而皂石和海泡石最重要的特征是随着温度的升高而转变为薄片状结构的富镁蒙脱石，比膨润土能更好的控制流变性和滤失量。
2．强抑制聚合物水基钻井液随着钻井液的发展，研制成功了阳离子聚合物钻井液。
这种抑制能力很强的新型钻井液与原阴离子的聚合物钻井液的本质区别就是在“有机聚合物包被剂”这一主剂上引入了阳离子基团即（-N一）基基团（如阳离子聚丙烯酰胺），另外又添加了一种分子量较小的季胺盐类，（如羟丙基三甲基氯化胺）。
另外，在PAM分子链上引入阳离子基团、疏水基团和AMPS（2-丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸），从而使改性的PAM赋予了新的性能。
通过改性，使聚合物分子中的阳离子中和了粘土颗粒上的负电荷而减小静电斥力，使聚合物能在更多位置上与粘土发生桥链，对粘土能够起到很好的保护作用。
由于分子链中含有疏水基团，使吸附在粘土表面的聚合物表现为憎水性质，故有利于阻止水分子的进入，从而能有效地抑制页岩的膨胀。
3．合成基油包水钻井液合成基钻井完井液体系在组成上与传统的油基钻井液类似，主要由有机合成物基液、乳化剂、水相、加重剂和其它性能调节剂组成。
其中有机合成物为连续相，水相为分散相，加重剂用于调节密度，乳化剂和其它调节剂用于分散体系的稳定及调节流变性。
体系中常用的合成基液类型有酯类、醚类、聚-А-烯烃类和直链烷基苯类等，而尤以酯类用得最多，其次是聚-А-烯烃类。
多元醇（P OLYOLS）类和甲基多糖（M ETHYL G LUCOSIDE）类是合成基钻井完井液中广为使用的两种多功能添加剂，它们具有乳化、降滤失、润滑和增粘的功效，也可以单独作为多元醇钻井液和甲基多糖钻井液两种新体系的主要添加剂。
合成基钻井液的乳化剂有专用的，如水生动物油乳化剂：但多数使用与普通油基钻井液相同的乳化剂，如脂肪酸钙、咪唑啉衍生物、烷基硫酸（酯）盐、磷酸酯、山梨糖醇酐酯类（S PAN）、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯脂肪醇醚（平平加类）等。
该钻井完井液体系已应用了上千口井，取得了井眼稳定、井下安全提高钻速、有利于保护环境和油气层等较好的效果和效益。
4．有机盐盐水钻井液有机盐钻井液完井液的核心是高密度和强的抑制性它是基于低碳原子（C1—C6）碱金属（第一主族）有机酸盐、有机酸铵盐、有机酸季铵盐的钻井液完井液体系。
优点为：①配方简单：一种主处理剂有机盐构成一个钻井液体系；②类油基特点：该钻井液是一种高浓度有机物连续相流体；③抑制性强：能够有效地抑制储层泥岩胶结物的水化膨胀和水化分散，有利于井壁稳定、井眼规则，有效地保护油气层；④低固相，高密度；⑤有利于提高机械钻速；⑥无毒、无害、易生物降解、无生物富集，有利于保护环境。
有机盐钻井液完井液技术机理分析：有机盐钻井液完井液的五种作用机理都能有效地抑制泥岩水化膨胀、水化分散，有利于井壁稳定和油气层保护。
1）、类油基钻井液性质：有机盐钻井液中较长链有机酸根浓度较高，呈有机物连续相性质，可达到趋近于油基钻井液的抑制能力，可有效抑制粘土、钻屑的分散和膨胀，同时有利于保护油气层。
2）、水的活度较低：有机盐钻井液中有机盐含量较高，可束缚大量自由水，水活度低（例如：15%水溶液水的活度为0.85），粘土颗粒、钻屑在其中浸泡时水化应力较低，在其中的分散趋势被强烈抑制，同时能够有效地抑制储层泥岩胶结物的水化膨胀、水化分散，有利于保护油气层。
3）、阳离子吸附和阳离子嵌入机理：有机盐钻井液中含大量的K＋、NH4＋、NR4＋可通过化学键吸附于带负电的粘土颗粒表面，也可嵌入粘土颗粒晶格内，增大粘土颗粒的水化阻力，起到抑制其分散、膨胀的作用，同时有利于保护油气层。
4）、有机酸根阴离子吸附机理：有机盐钻井液中大量的有机酸根阴离子可吸附于带正电的粘土颗粒端面上，阻止水进入粘土颗粒，抑制其表面水化及渗透水化，同时有利于保护油气层。
5）、有机盐钻井液的滤失造壁性分析：有机盐钻井液中大量的有一定链长的有机酸根阴离子，可与土结合形成薄而韧的泥饼，从而有效地保护井壁和降低滤失量，也有利于保护油气层。
钻井液的典型配方：有机盐水溶液(1.00-2.30G/CM3)综合考虑抑制性、流变性、价格等因素，首先确定有机盐基液的密度：烧碱N A OH0.1-0.2%+降滤失剂R EDU11-2%降失水+无萤光白沥青NFA-250.5-2%改善泥饼质量注：根据现场具体情况，有时需要加入包被剂IND10、提切剂V ISCO1、黄原胶X C、聚合醇PGCS-1。
5．甲酸盐类水基钻井液甲酸盐钻井液是国外90年代研制并使用的一种新型钻井液。
将甲酸与氢氧化钠或氢氧化钾在高温高压下反应制成碱性金属盐如甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯配制成甲酸盐类水基钻井液。
甲酸盐盐水钻井液体系是在盐水钻井液和完井液基础上发展起来的，因而除具有盐水钻井液的特点外，还具有其独特的优点。
甲酸盐的优点：（1）由于其强抑制性，可有效地抑制泥页岩的水化膨胀和分散，也有利于减少钻井液对油气层的损害。
（2）易生物降解，不会造成对环境的污染。
（3）钻具、套管等金属材料在这种钻井液中的腐蚀性小，有利于延长它们的使用寿命。
（4）不需要加重材料就可以配制高密度钻井液，甲酸纳和甲酸钾盐类的水溶液密度分别为L.34G/CM3和1.60G/CM3，甲酸铯水溶液密度可高达2.3G/CM3不仅有利于提高机械钻速，而且有利于保护油气层。
（5）这种钻井液体系的低粘度、高动态瞬时滤失量有利于提高机械钻速。
（6）这种钻井液体系具有良好的抗高温、抗污染的能力，并可以降低所使用的各类添加剂在高温条件下的水解和氧化降解的速度。
甲酸盐盐水具有作为深井和小井眼钻井的无固相钻井液的特性：（1）在高温下能维持携屑。
（2）在高温下能阻止固相沉降。
（3）降低了压差卡钻的可能性（滤饼很薄）。
（4）在长且狭窄的井筒中具有低的当量循环密度。
（5）可以向钻井液马达和钻头传送最大的动力。
（6）与油层的矿物和油层中的液相相容。
（7）与完井设备的硬件和人造橡胶相容。
（8）符合环保要求而且易被生物降解。
6．硅酸盐钻井液钻井液中添加了对页岩抑制性最好的可溶性硅酸盐。
这种硅酸盐钻井液体系已用于钻水敏性页岩地层、分散性白垩岩地层和含伊利石的地层。
硅酸盐钻井液的抑制能力比任何水基钻井液都高，实际上已达到油基钻井液的抑制能力。
1）硅酸盐的化学性质硅酸盐是一种无机材料，是由碳酸盐与二氧化硅混合后加热生成的。
硅钠比是硅酸钠最重要的物理性能。
改变S I O2、N A2O和H2O的比例能控制硅酸钠的化学和物理性能。
硅钠比决定了硅酸钠的下列特性：（1）固相和粉末的溶解度；（2）硅酸盐的反应能力；（3）诸如粘度等物理性能。
室内试验证明，高硅钠比的硅酸盐具有更高的抑制效率。
在一般情况下，硅钠比为2.6的硅酸盐就能达到基本的抑制能力。
2）钻井液配方和特性典型的硅酸盐钻井液配方见表1。
体系普遍使用黄原胶和聚阴离子纤维素来达到要求的流变性和控制滤失。
硅基钻井液在P H值为11～12.5时稳定性最好。
高P H值可防止溶解硅的聚合。
因此，需要添加硅酸钠来达到要求的P H值。
P H值下降是硅酸盐耗损的信号。
要添加硅酸盐来维持钻井液的抑制性。
钻井液中硅酸盐的浓度可用试验和从硅酸钠的浓度计算出来。
可通过直接把硅酸钠加到钻井液中或通过预混合加到钻井液中的方式来维持理想的浓度。
表1硅酸盐钻井液配方当可溶性硅酸盐与页岩表面接触时，P H值下降并且与页岩中的两价离子（C A＋2和M G＋2）反应，在页岩表面形成一道可以防止滤液和颗粒侵入地层的屏障。
当使用硅酸盐钻井液钻进时，要注意下列问题：（1）由于钻井液的抑制性强，所以钻屑等固相对钻井液的流变性可能不会产生影响；（2）在钻屑吸收钻井液的滤液之前，新配制的钻井液具有较高的滤失量；（3）钻进时，重要的是要定时记录泵入和返出钻井液中的硅酸盐含量，以便监测硅酸盐的消耗率和确定是否需要对钻井液进行处理；（4）硅酸盐钻井液的高抑制性保持了钻屑的完整性，需要钻井液具有较高的屈服值和较低的剪切粘度以保证井眼的清洁能力，同时振动筛的负荷也要比使用普通钻井液高；（6）由于硅酸盐与钙和镁反应产生沉淀物，所以钻井液体系的硬度为零；（7）硅酸盐钻井液的P H值一般为11.0～12.5。
钻井液的P H值是从硅酸盐含量推导出来的，所以钻井液的碱度（P M和P F）是监测硅酸盐含量的有效方法。
P M为10～30，而P F为8～25。
在钻进时P H 值和碱度下降归咎于硅酸盐消耗。
要通过加入硅酸钠来维持P H值和碱度。
在通常情况下，不需要通过加氢氧化钾和氢氧化钠来维持P H值。
（8）硅酸盐是一种金属材料的防腐剂，所以不需要往钻井液中加防腐剂。