第二章 钻井液体系
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。
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。
第二章 第5节流变性及其调整
按照流体流动时剪切速率与剪切应力之间的关系，流体可以划分为不同的 类型，即所谓流型。除牛顿流型外，根据所测出的流变曲线形状的不同，又可 将非牛顿流体归纳为塑性流型、假塑性流型和膨胀流型。以上四种基本流型的
流变曲线如图所示。符合这四种流型的流体分别叫做牛顿流体、塑性流体、 假塑性流体和膨胀性流体。
性和水化膜）极不均匀引起的。片状的粘土颗粒有两种不同的表面，即带永久负电荷的板 面和既可能带正电荷也可能带负电荷的端面，这样粘土表面在溶液中就可能形成两种不同 的双电层。一般说来，粘土胶体颗粒的相互作用受三种力的支配，即双电层斥力、静电吸 引力和范德华引力。粘土颗粒间净的相互作用力是斥力和吸力的代数和，因此在不同条件 下，会产生以上三种不同的连结方式。
③牛顿内摩擦定律：液体流动时，液体层与层之间的内摩擦力（F）的大 小与液体的性质及温度有关，并与液层间的接触面积（S）和剪切速率 （g）成正比，而与接触面上的压力无关，即 F = m S g 。 ④剪切应力 τ：内摩擦力F除以接触面积S即得液体内的剪切应力τ ，剪切 应力可理解为单位面积上的剪切力，即τ = F/S 。
①曲线过原点 原因：无网架结构；有脆弱不连续的网架结构，一经拆散不易恢复，故 一触即动。
②无直线段：γ ↑，dτ/dγ ↓，即剪切应力与剪切速率之比总是变化的。
（4）假塑性流体的流变模式： = K g n （0<n <1）
又称幂律模式（Power Low Model）。n 为流性指数和K 为稠度系数，是假塑 性流体的两个重要流变参数。
共七十六页
塑性(sùxìng)流体
一、钻井液的基本(jīběn)流型及其特点
（1）塑性流体：如高粘土含量的钻井液、 油漆和高含蜡原油等。 （2）静切应力s ：塑性流体当g = 0时， 0。 也就是说，它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，这种使流体开始流动的最低剪切 应 力 （ s） 称 为 静 切 应 力 （ 又 称 静 切 力 、
第二章 钻井液基础知识
第二章、钻井液基础知识钻井液在钻井中的作用。
1、清洗井底，携带岩屑，保持井底清洁，保证钻头不断地破碎地层，使钻进不中断。
2、平衡地层中的流体（油、气、水）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、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的化学污染，防止硫化氢污染和损害。
8、利用钻井液，准确获得井下资料。
一、钻井液性能与钻井工作的关系一）、钻井液密度与钻井的关系密度过大有以下害处：1、损害油气层；2、降低钻井速度；3、过大压差造成压差卡钻；4、易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；6、多消耗钻井液材料及动力；7、抗污染能力下降。
密度过低则容易发生井喷、井塌（尤其是负压钻井）、缩径（对塑性地层，如较纯的粘土、盐岩层等）及携屑能力下降等。
二）、钻井液粘度、切力与钻井的关系1、粘度、切力过大有以下害处。
⑴流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢；⑵净化不良（固控设备不易充分发挥效力），易引起井下复杂情况；⑶易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故；⑷脱气较难，影响气测并易造成气侵。
2、粘度和切力过低也不利于钻井，如：⑴洗井不良，井眼净化效果差；⑵冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故；⑶岩屑过细影响录井。
三）、滤失量和泥饼质量与钻井工作的关系钻井液滤失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题。
1、易造成地层孔隙堵塞而损害油气层，滤液大量进入油气层，会引起油气层的滲透率等物性变化，损害油气层，降低产能。
2、泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高。
3、易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼。
4、在高滲透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻。
钻井用化学剂
COONa
26
C：丙烯酸钠与（2-甲基-2-丙烯酰胺基）丙磺 酸钠共聚物
CH 2
CH m
CH 2
CH n
CH 3
COONa
可抗260℃的高温
CONH C CH 2SO 3Na CH 3
27
D：磺化苯乙烯顺酐共聚物
可抗400℃以上的 高温，是一种最有 发展前景的环保稀 释剂
CH2 CHm CH
CH n
7
3、钻井液的类型
油基钻井液
油包水乳化钻井液 -----逆乳化钻井液 热稳定性、防塌效果比较好 对油气层损害小
8
油基钻井液 oil-base drilling fluid
油基钻井液 由柴油和沥青和有关的化学剂配制而成 对油气层损害小，抗可溶盐侵污能力强
9
复习:
钻井液：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
聚合物钻井液中，由于聚合物长链分子与粘 土颗粒作用或聚合物分子间相互作用，也可 以形成网状结构
13
2、稀释剂作用原理
以丹宁碱液为例：
Na OOC
OH
HO
OH
Al粘土片Al
HO
OH
OH
COONa
14
拆散和削弱了网状结构，释放出包裹的自由 水，同时也减小了粘土颗粒运动时相互之间 的摩擦力，从而起到稀释作用。
OH
O
O
O
O
O
COH
COH
COH
COH
COH
O
OH
O H
O
OH
O H
O
OH
O H
O
OH
O H
O
OH
油田化学-钻井液化学(第二章)
3．冷却和润滑钻头＼钻具
1、井底温度高
热量 来源
2、钻头与井底岩石/钻柱
与井壁摩擦而产生热量 1、通过钻井液不断地循环
冷却和润 滑机理
作用，将这些热量及时带走 2、利用钻井液良好的润滑 作用，降低摩擦
4．传递水动力
（1）直接破碎岩石：钻井液在钻头喷嘴
处以极高的流速冲击井底，从而提高了钻
井速度和破岩效率。高压喷射钻井正是利
缺点: 可以使井壁的页岩膨胀、分散，不利于井 壁稳定
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二、钻井液酸碱性调整 钻井液工艺原理电子教案 2、氢氧化钾（KOH）
KOH K OH
第二章
有很强的pH值调节能力；
优 点
上一内容
电离→K+，可抑制井壁的页岩膨胀、 分散，有利于井壁稳定
下一内C
达西定律
dqFL k Ap dt L
q FL A
SC 2 k P 1t SM
式中： A----渗滤面积
k----泥饼渗透率 ΔP----渗滤压差
SC
SM
静滤失方程
----泥饼中固相体积分数 ----钻井液中固相体积分数 t----渗滤时间 μ----滤液粘度
酚酞碱度 Pf
碱度的分类 甲基橙碱度Mf
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一、钻井液酸碱性表示法 钻井液工艺原理电子教案
（4）碱度的测定
①酚酞碱度
第二章
－用酚酞做酸碱中和指示剂测得的碱度（Pf)
以酚酞为指示剂，用酸滴定水样由红色变为无色， 以下反应进行完全，消耗的硫酸体积。
OH-+H+=H2O CO32-+H+=HCO3上一内容 下一内容 回主目录
石油行业钻井技术手册
石油行业钻井技术手册第一章介绍石油行业钻井技术手册是为了指导钻井工程师和技术人员在石油行业开展钻井作业而编写的。
本手册详细阐述了钻井技术的原理、方法和操作流程，旨在提高钻井作业的效率和安全性。
第二章钻井勘探2.1 钻探目的钻井勘探是为了确定石油储量和矿藏质量，选择适宜的钻井点位和设计方案。
通过岩心取样和地层记录分析，可以评估油气资源的价值和开采潜力。
2.2 钻井点位选择钻井点位的选择是基于地质勘探和地层分析的结果，考虑到地下结构、资源分布以及环境因素。
综合地质勘探资料，确定最佳的钻井点位，以最大限度地提高勘探成功率。
2.3 预测井眼路径预测井眼路径是为了确定钻探井段的方向和造斜角度，以适应地下结构和实现最佳的石油开采效果。
通过地质勘探和地质力学分析，结合控制井斜的工具和技术，进行井眼路径的预测和规划。
第三章钻井装备3.1 钻井机械钻井机械是实施钻井作业的重要设备，包括钻机、钻杆、钻头、钻井液循环系统等。
合理选择和使用钻井机械，可以提高钻井效率和降低成本，同时保证作业安全。
3.2 钻井液体系钻井液体系是为了满足钻井作业的技术要求，包括平衡地层压力、冷却钻头、运输钻屑和控制井壁稳定等。
不同的地层和井型需要选择合适的钻井液类型和配方，以保证作业的顺利进行。
3.3 钻井管柱和下套管钻井管柱和下套管是连接钻机和钻头的关键部件，用于传递回转和下压力，支撑井壁和保持井眼稳定。
选择合适的钻井管柱和下套管，可以提高强度和耐腐蚀性，确保钻井作业的质量和安全。
第四章钻井操作流程4.1 钻头下套管操作钻头下套管操作是钻井作业的重要环节，主要包括套管下套、套管固井和套管测试等。
通过合理的套管操作，可以确保井壁稳定和井眼质量，提高钻井作业的成功率。
4.2 钻井液循环操作钻井液循环操作是为了冷却钻头、运输钻屑和控制井壁稳定，主要包括钻井液循环系统的建立和操作控制。
合理的钻井液循环操作可以提高钻井作业效率和安全性。
4.3 钻井井眼质量控制钻井井眼质量控制是为了确保井眼的规范和质量，主要包括井眼壁稳定、井眼直径控制和钻探井眼质量评估等。
油田化学复习
第一章粘土矿物1.基本概念：晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外阳离子所置换，而晶体结构不变的现象. 指在硅氧四面体中的硅原子和铝氧四面体中的铝原子被其他原子（通常是低一价的金属原子）所取代阳离子交换容量（C.E.C）:分散介质pH=7时，1kg粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）。
造浆率：1吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为15mPa.s钻井液的体积数，m3/T2.粘土矿物的结构：基本构造单元：硅氧四面体、铝氧八面体基本构造单元片：硅氧面体晶片、铝氧八面体晶片基本结构层：（1）1：1型晶层（2） 2 ：1型晶层：2硅氧四面体晶片+ 1铝氧八面体晶片构成。
3.常见的粘土矿物及其特点：高岭石、蒙脱石、伊利石的结构、性质高岭石A、1 ： 1型粘土矿物B、几乎不存在晶格取代，负电量少C、晶层间引力以氢键为主，引力强，晶层间距C=7.2AD、C.E.C 低（30-150 mmol/kg 土）在三种常见的粘土矿物中，高岭石的C.E.C最低。
原因在于高岭石几乎不存在晶格取代，带负电荷很少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子数目就更少了，所以C.E.C 小。
E、造浆率低高岭石晶层间以氢键为主，引力较强，晶层间连接紧密，水分子不易进入晶层间，水化作用仅限于外表面，故水化分散能力差，造浆率低。
蒙脱石膨胀型A、2 ：1型粘土矿物B、存在晶格取代，取代位置主要在Al-O八面体中，即AI3+被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，产生的负电荷由等量的Na+或Ca2+来平衡。
C、晶层间引力以分子间力为主，引力弱，晶层间距C=9.6A- 40A。
D、C.E.C 大（700-1300 mmol/1kg 土）原因在于蒙脱石存在晶格取代（AI-O八面体中），所以带负电荷较多，周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目多，所以C.E.C大。
E、造浆率高因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高，所以它是钻井泥浆的主要配浆材料。
中国石油天然气集团公司钻井液技术规范标准
中国石油天然气集团公司钻井液技术规第一章总则第一条钻井液技术是钻井技术的重要组成部分，直接关系到钻探工程的成败和效益。
为提高钻井液技术和管理水平，保障钻井工程的安全和质量，满足勘探开发需要，特制定本规。
第二条本规主要容包括：钻井液设计，现场作业，油气储层保护，钻井液循环、固控和除气设备，泡沫钻井流体，井下复杂的预防和处理，钻井液废弃物处理与环境保护，钻井液原材料和处理剂的质量控制与管理，钻井液资料管理等。
第三条本规适用于中国石油天然气集团公司所属相关单位的钻井液技术管理。
第二章钻井液设计第一节设计的主要依据和容第四条钻井液设计是钻井工程设计的重要组成部分，主要依据包括但不限于以下几方面：1. 以钻井地质设计、钻井工程设计及其它相关资料为基础，依据有关技术规、规定和标准进行钻井液设计。
2. 钻井液设计应在分析影响钻探作业安全、质量和效益等因素的基础上，制定相应的钻井液技术措施。
主要有：地层岩性、地层应力、地层岩石理化性能、地层流体、地层压力剖面（孔隙压力、坍塌压力与破裂压力）、地温梯度等信息；储层保护要求；本区块或相邻区块已完成井的井下复杂情况和钻井液应用情况；地质目的和钻井工程对钻井液作业的要求；适用的钻井液新技术、新工艺；国家和施工地区有关环保方面的规定和要求。
第五条钻井液设计容主要包括：邻井复杂情况分析与本井复杂情况预测；分段钻井液类型及主要性能参数；分段钻井液基本配方、钻井液消耗量预测、配制与维护处理；储层保护对钻井液的要求；固控设备配置与使用要求；钻井液仪器、设备配置要求；分段钻井液材料计划及成本预测；井场应急材料和压井液储备要求；井下复杂情况的预防和处理；钻井液HSE管理要求。
第二节钻井液体系选择第六条钻井液体系选择应遵循以下原则：满足地质目的和钻井工程需要；具有较好的储层保护效果；具有较好的经济性；低毒低腐蚀性。
第七条不同地层钻井液类型选择1. 在表层钻进时，宜选用较高粘度和切力的钻井液。
钻井用化学剂
02
1
钻井液：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
2
钻井液的功能：携带和悬浮钻屑；稳定井壁；冷却和清洗钻头、净化井底；平衡地层压力；获取井下信息
3
钻井液的类型：水基钻井液、油基钻井液
复习:
2.2 钻井液处理剂
2.2.1 稀释剂 --降低钻井液粘度和切力的化学剂 钻井液稠化的原因 钻井液中固相颗粒含量过多 粘土颗粒形成网状结构
2.3 固井水泥外加剂
固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥
固井是油井建设中的重要环节
2.3 固井水泥外加剂
固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥
固井是油井建设中的重要环节
油井水泥的主要作用:
隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层
2.3 固井水泥外加剂
固井是油井建设中的重要环节
钻井液配制时需注意:
钻井液中必须有大、中、小各种颗粒，并有合理的分布
钻井液中必须有大、中、小各种颗粒，并有合理的分布
胶体颗粒类型---颗粒扁平、水化性好，则在压力下容易变形
01
02
钻井液配制时需注意:
1、降滤失剂作用原理
稳定胶体颗粒作用---护胶作用
羧甲基纤维素与粘土颗粒的吸附方式
护 胶 作 用
部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）
聚丙烯酰胺 絮凝+降滤失
部分水解的聚丙烯酰胺
醋酸乙烯酯—顺丁烯二酸酐共聚物（VAMA）
几种典型的高分子絮凝剂:
井壁坍塌的原因
非膨胀性页岩裂解
页岩水化膨胀
---高岭石和伊利石吸水后会引起层间裂解
2.2.4 页岩抑制剂
无机盐---效果最好的是KCl、(NH4)2SO4
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 第2章 聚合物钻井液20100304
钻井液体系则应注意保持重晶石的悬浮。
(6)滤失量以保持井壁稳定，井下正常为宜。 (7)在整个钻井过程中，基本不用有机分散剂。
三、不分散低固相聚合物钻井液组成和性能指标
3、不分散钻井液体系处理剂的选用原则
(1)采用单一的处理剂是不可能满足不分散性钻井液所需
性能的要求，应将处理剂复配使用； (2)复配的基本原则应该是大分子(分子量为200万以上) 与中、小分子(分子量为60万以内)相结合。
二、达到不分散低固相的措施
(3)絮凝效果评价
a、形成一定清液所需要的时间； b、找最佳絮凝值C佳。
V1 d 1 D V 2 d 2 V1
式中：V1絮凝剂溶液体积； d1絮凝剂溶液比重； D絮凝剂百分含量； V2钻井液体积； d2钻井液比重。
C 佳
相同聚合物不同盐基絮凝能力大小为：K+>NH4+>Na+>Ca2+ 如：K-PAM>Na-PAM等。
类型
除砂器（Desander） 除泥器（Desilter） 超级旋流器
工作原理 影响因素
流量(压力) 尺寸 处理量 底流密度 底流形状
主要参数
3）离心机（Decanting centrifuges）
结构组成
外筒、内筒、离心泵、电机
类型
标准离心机 高速离心机
只要C和保持很低，即使使用低B，仍能获得大的钻速。
一、钻井液组成、性能对钻速的影响
4、固相含量
固含 、P液钻速。 (1)惰性固相(加重剂)，对钻速影响小； (2)岩屑、劣质土，对钻速影响居中； (3)活性土、高造浆率土(粘土类)，对钻速的影响大。 小于1微米的固相颗粒对钻速影响为粗颗粒的13倍，故钻井 液中亚微米颗粒越多，钻速降低得越严重。
第二章钻井液处理剂
第二章钻井液处理剂一、稀释剂（1）稀释剂是指能解除钻井液稠化的化学剂。
钻井液稠化的主要原因是钻井液中固相颗粒过多及粘土颗粒形成网架结构。
在含有聚合物的钻井液中，聚合物长链分子和粘土颗粒作用，或聚合物分子间相互作用形成网架结构也会引起钻井液粘切增大。
无机电机质的污染，使粘土颗粒水化层变薄也易形成空间网架结构导致钻井液增稠。
（2）稀释剂的作用机理稀释剂的稀释作用首先是通过试剂吸附在粘土颗粒的边-端面上，拆散或削弱了粘土颗粒形成的网架结构达到稀释作用。
同时，由于稀释剂具有较强的吸附能力及与聚合物分子形成化和物等作用，可使吸附在粘土颗粒上的长链聚合物分子解吸，从而起到稀释的作用。
单宁碱液单宁存在于植物的根、茎、叶、皮、果壳和果实中，是多元酚的衍生物，属弱有机酸。
单宁水解生成的双五倍子酸、五倍子酸在NaOH溶液中生成双五倍子酸钠、五倍子酸钠，统称为单宁酸钠或单宁碱液，在钻井液中起降粘作用。
单宁碱液的降粘机理单宁类降粘剂主要是通过拆散结构而起到降粘的作用，它主要降低动切力，对塑性粘度影响较小，其它分散型降粘剂的作用机理均与之相似。
由于降粘剂主要在粘土的端面上起作用，因此与降滤失剂相比，一般用量较少。
单宁类降粘剂的特点单宁碱液在高浓度的无机盐溶液中会发生盐析或生成沉淀，失去降粘效果,其抗盐、抗钙能力差。
单宁酸钠含有脂键，高温下易断裂,其抗温能力在100~120°C。
为提高单宁酸钠的使用效果，常通过磺甲基化制得磺甲基单宁（SMT），其抗温能力在180~200°C，加量0.5 ~1%,抗钙达1000ppm,抗盐效果差,小于1%。
铁铬木质素磺酸盐（FCLS）简称铁铬盐，是有含有大量木质素磺酸盐的纸浆废液制成。
由于铁铬盐分子中含有磺酸基，Fe3+和Cr3 +与木质素磺酸盐形成了稳定的螯合物。
所以FCLS是一种具有抗盐、抗钙能力强的稀释剂，其热稳定性高，可抗150˚以上的高温。
由于铁铬盐具有弱酸性，因此必须配合烧碱使用才能发挥良好的稀释作用。
第2章 聚合物钻井液
二、达到不分散低固相的措施
(2)选择性絮凝剂
PHP水解度H=30%时，絮凝效果最好。
Hn、0/p、水眼略有上升； 分子量M水眼、0/p、n变化不正常。
粘土：水化膜厚，带负电量大 膨润土：水化膜厚，带负电量大
不易吸附于PHP上(电性斥力大)
岩屑：水化膜薄，带负电量小，易吸附于PHP上(电性斥力小)。
六、聚合物钻井液的缺点
1、钻速快时，固相不能及时清除； 2、配制容易，维护困难； 3、在大多数情况下，固控设备不能配套； 4、受聚合物特性限制，抗温能力有限； 5、静切力大，电测困难； 6、静滤失量与滤饼质量之间难以兼顾，滤饼虚； 7、在造浆地层，不易真正实现低固相。 所以，在国外聚合物钻井液只占20%，一般情况下， 对于软地层(即：V钻>22.86m/h的地层)，因为岩屑多，不 宜使用聚合物钻井液。
五、聚合物钻井液的优点
1、无用固相少，钻井液密度低，压差小； 2、岩屑较粗，固相体积含量较小； 3、由于聚合物的增效作用，使膨润土造浆率高，因而膨润土可 以很低，亚微米颗粒含量少； 4、剪切稀释特性好，钻头水眼处的粘度低； 5、具有较强的携砂能力，有利于井眼清洁； 6、由于聚合物的抑制和包被作用，可以保持较好的井眼稳定性； 7、能减少油气层损害，有利于保护生产层。 8、能抗高温。
一、聚合物钻井液的定义：
广义上地讲，凡是使用线型水溶性聚合物作处理剂 的钻井液体系都可成为聚合物钻井液。
二、聚合物钻井液的分类：
1、按照活性固相含量高低分： 清水或盐水、油水乳状液、低固相聚合物钻井液(包括加重和非 加重低固相聚合物钻井液)。 2、按照聚合物品种分： 单一丙烯酰胺聚合物钻井液、多种大分子金属盐复合聚合物钻井 液、阳离子聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液。 3、从使用角度分： 聚合物快速钻井液、聚合物防塌钻井液、保护油气层的钻井完 井液、聚合物深井钻井液等。
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。
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第二章钻井液体系目前，国内常用的钻井液体系分为水基、油基和含气钻井液三大系列。
水基钻井液因使用方便、配制简单、价格低廉、对环境污染较小而应用广泛；油基钻井液由于其良好的抗泥页岩水化膨胀缩径性能而主要应用于泥页岩水化缩径严重的区块和对油气层保护要求较高的井；含气钻井液主要用于钻易漏的低压底层。
上世纪90年代又成功发展出合成基钻井液、超低渗透钻井液和不渗透钻井液并在大量井现场应用中取得良好的效果。
合成基钻井液对环境污染更小，并具有部分油基钻井液的特性，能很好的保持井壁稳定；超低渗透钻井液和不渗透钻井液在防止地层损害和提高油气井产量上有较突出的效果而得到较广泛的应用；各种钻井液体系是人们在钻井液技术发展过程中不断实践创造和完善的，不要死记硬背，生搬硬套，而应该对其熟练掌握、灵活应用，并在解决所遇到的各种钻井液问题中不断总结，积累并不断的加以完善。
一、膨润土浆（坂土浆）1、膨润土浆是常用的水基钻井液的基础结构，用于代替清水开钻，形成泥饼以加固上部地层井壁防止冲坏基础和防止井漏；也用于储备钻井液，在钻井过程中各种事故复杂处理后钻井液量不足时用于做配制钻井液的基浆。
2、常规膨润土浆配方：（1）钠膨润土：水+ 0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3 纯碱+ 6-10% 钠膨润土（2）钙膨润土：水+ 0.3-0.5%烧碱+ 8-12% 钙膨润土+ 纯碱（钙膨润土的6%）配置好水化24小时以后可加入0.1-0.3%的CMC-LV护胶降失水。
土是膨润土浆的基础结构，烧碱用于除去水中镁离子和调节膨润土浆PH值并促进膨润土水化，纯碱用于除去水中钙离子和促进膨润土水化；实际应用中，烧碱和纯碱的加量可根据配浆水中的钙镁离子含量来适当增减调节。
3、配置步骤（1）清淘干净一个配浆罐，用清水清洗干净后装入配浆水（配浆水要求总矿化度小于1000mg/L）。
（2）软化配浆水：检测配浆水中钙镁离子含量，根据钙镁离子含量加入纯碱、烧碱除去配浆水中钙镁离子，软化水质，以提高膨润土的造浆率，使配制出的膨润土浆有较理想的粘度。
（3）室内小型实验，配制小样，检测小样性能。
（4）通过加重泵按实验合格的小样配浆，配浆前应用配浆水排替管线，配好后连续搅拌并用泵循环2-4小时，然后预水化24小时备用。
（5）如有必要，加入一定数量的护胶剂护胶，通常是加入0.1-0.3%CMC-LV或中小分子处理剂。
4、膨润土浆性能指标：粘度：30-55 s ；塑性粘度：8-12 mPa.s屈服值：10-20 Pa ；静切力：3-15/10-30 PaAPI失水：不刻意控制，通常＜20ml ；PH 值：8-105、常遇到情况和处理措施（1）粘土和泥页岩侵入，钻井液增稠的处理。
A、排放部分钻井液并加水稀释；B、加入电解质抑制剂，如：盐、生石灰、氯化钾和石膏等；C、加入适量大分子聚合物包被抑制剂，絮凝部分土相；D、使用四级固控设备清除钻井液中有害固相；E、加入降粘稀释剂。
（2）滤失量控制：加入适量中分子、小分子降滤失剂，如CMC-LV、淀粉类降失水剂、KHPAN，NH4HPAN等降失水剂。
二、聚合物钻井液1、聚合物钻井液体系一般用于上部地层大井眼段钻进和地层水敏性较弱的浅井作业。
23、聚合物钻井液性能指标：粘度：30-45 s ；塑性粘度：7-15 mPa.s屈服值：5-15 Pa ；静切力：1-3/5-15 PaAPI失水：通常＜15ml ；PH 值：8-10摩阻系数：＜0.1 ；含砂：＜0.5 %4、注意事项：（1）用烧碱和纯碱控制体系的pH和Ca2+、Mg2+浓度，体系pH值不宜过高，防止KPAM、PLUS等进一步水解失效，Ca2+应控制在200ppm以下；（2）预水化坂土用于控制滤失量和提高泥饼质量，可在配制新浆时加入，也可直接向井浆补充，加入前最好用CMC-LV、KHPAN或有稀释作用的降滤失剂（铵盐）等进行处理护胶；（3）配制新浆时，先加其它处理剂对细分散的般土护胶，最后加入大分子包被剂和氯化钾；（4）用稀胶液稀释或用少量稀释剂处理来控制泥浆的粘切；（5）CMC-LV和铵盐用于控制泥浆的滤失量，随井深增加井温较高时，用SPNC或抗温降失水剂替代CMC-LV和铵盐，也可使用SMP、 SPNH来控制滤失量；（6）大分子包被剂和氯化钾用于提供体系的抑制性，由于钻屑的吸附消耗，应经常向井浆中补充，保持足够的浓度以维持体系的强抑制性；三、盐水钻井液1、盐水钻井液经常用于钻盐水层、盐岩层、盐膏层，也应用于钻大段易膨胀缩径、剥落垮塌的水敏性泥页岩层，以保持井筒内井壁稳定。
2、分类：（1）海水钻井液：含盐量约3%；（2）盐水钻井液：含盐量8-12%；（3）欠饱和盐水钻井液：含盐量12-30%；（4）饱和盐水钻井液：含盐量大于30%。
3、配方：（1）海水钻井液：含盐量约3%；A、基浆：淡水+ 0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3 %纯碱+ 6-10% 钠膨润土B、胶液：海水+0.1-0.2%烧碱+ 0.05%纯碱+ 2-3%中分子降失水剂（CMC-LV、PAC、淀粉、KHPAN等）+ 0.5%大分子包被剂（80A51、KPAM等）+ 0.1-0.2%降粘剂（XY-27、FCLS等）+ 1-2%沥青粉基浆用少量CMC护胶好，将胶液连续均匀的加入其中，根据实际情况需要加入适量润滑剂，根据失水情况调节降失水剂加量。
（2）盐水钻井液：含盐量8-12%；（34、性能指标：适用密度范围：1.05—2.50g/cm3；适用井深：0-10000米粘度：42-65 s ；塑性粘度：15-25 mPa.s屈服值：7-15 Pa ；静切力：1-5/6-15 PaAPI失水：通常＜8ml ；PH 值：9-10.5HTHP：通常＜12ml ；摩阻系数：＜0.15、注意事项：（1）加入盐后，通常会使钻井液PH值降低，应适时不断补充烧碱，以保持盐水钻进液PH值保持在9-10.5。
（2）盐水钻井液有时会出现发泡现象，应加入适量润滑剂改善其表面润滑性能或加入适量消泡剂消泡。
（3）应经常检测钻井液的盐含量（氯离子含量），在钻井过程中应根据盐含量的需求来不断补充盐，控制盐含量在一定范围内；同时应加入适量的降粘剂、降失水剂和其它添加剂，以使钻井液具备良好的性能。
四、聚磺钻井液体系1、聚磺钻井液一般是在水基聚合物钻井液中引入磺化材料【包括磺化单宁（SMT），磺化褐煤（SPNH）、磺化沥青及磺化酚醛树脂（SMP）】，从而提高钻井液抗高温抗盐性能，以适应深井、超深井钻探对钻井液的要求。
聚磺钻井液性能稳定，抗污染能力较强，配制维护简单；具有较强的抗温抗盐性能。
2、配方：3、性能指标：适用密度范围：1.05—2.30g/cm3；适用井深：0-7000米粘度：40-65 s ；塑性粘度：15-25 mPa.s屈服值：6-15 Pa ；静切力：1-4/5-15 PaAPI失水：通常＜8ml ；PH 值：8.5-10HTHP：通常＜15ml ；摩阻系数：＜0.14、注意事项：（1）用烧碱和纯碱控制体系的pH和Ca2+、Mg2+浓度；（2）控制体系的坂土含量在较低水平，若需加入预水化坂土用于控制滤失量和提高泥饼质量时，加入前必须用稀释剂或中分子降失水剂等进行处理护胶；（3）用聚合物解絮凝剂木质素磺酸盐（FCLS）、磺化褐煤（SMC）、磺化单宁（SMT）等来控制泥浆粘切；体系的坂土含量高引起过高粘切时，应优先使用稀胶液稀释的方法来处理。
（4）加入磺化沥青、阳离子乳化沥青类防塌剂增强体系的防塌能力；SMP、PSC、SPNH 用于控制HTHP滤失量。
五、氯化钾聚磺钻井液1、简介：氯化钾聚磺钻井液是最近几年应用非常广泛的钻井液体系，在塔里木油田和西北局塔河油田广泛应用于钻3000米以上的地层。
它抑制粘土和泥页岩水化膨胀、分散的能力相当强，能有效的防止软泥页岩水化膨胀缩径，防止硬脆性泥页岩地层的剥蚀掉快和垮塌。
经过近几年的实践表明：氯化钾聚磺钻井液非常适应该区块的深井钻井液体系；氯化钾聚磺钻井液性能稳定，抗污染能力强，配制维护简单；氯化钾聚磺钻井液能保证起下钻顺利通畅，提高钻井速度，减少事故复杂的发生；氯化钾聚磺钻井液中氯化钾适宜的加量为4-11%。
23、性能指标：适用密度范围：1.05—2.50g/cm3；适用井深：0-10000米粘度：40-60 s ；塑性粘度：15-25 mPa.s屈服值：6-15 Pa ；静切力：1-4/5-15 PaAPI失水：通常＜8ml ；PH 值：9-11HTHP：通常＜10ml ；摩阻系数：＜0.14、注意事项：（1）经常（每天至少一次）检测K+含量，并不断根据实测K+含量补充氯化钾，保证氯化钾在钻井液中含量在4-11%。
（2）保持钻井液中包被增稠剂、降失水剂的含量，以保持钻井液良好的包被性和较低的滤失量。
（3）有条件的情况下，尽量用KOH代替烧碱调节PH值，保持PH值=9-11。
（4）氯化钾聚磺钻井液通常是由上部使用的聚合物钻井液转化而成，转化时先将上部使用的钻井液用稀聚磺胶液稀释护胶，降低其膨润土含量在30-40kg/m3，然后加入0.2-0.5%的大分子包被剂KPAM或80A51，然后再加降失水剂和防塌剂调节失水低于5ml，搅拌均匀后再加入氯化钾，氯化钾一定要加过胶凝点3%，达到4%以上，否则钻井液有可能出现稠得流不动。
（5）转化最好在地面罐进行，因为，如果氯化钾聚磺泥浆中膨润土含量过高。
这时若同时加入KCL和包被增稠剂KPAM，往往会造成钻井液粘度升的极高而流动困难；应先降低膨润土含量并护好胶后加入氯化钾，达到设计的钾离子含量，然后不断的补充氯化钾维持K+含量，并根据粘度、失水情况加入适量降粘剂和降失水剂处理。
调整钻井液性能至优良。