钻井与完井液主要内容

钻井与完井液主要内容

第一章绪论

一、钻井液的主要作用

1. 清洗孔底，携带和悬浮岩屑

冲洗液清洗孔底和携带岩屑的能力，决定于送入孔内的冲洗液量及冲洗液的性能指标，其次也与钻具和钻头的结构有关。

冲洗液的携带和悬浮岩屑的能力--切力和粘度；

有效携带岩屑的前提下可降低冲洗液的上返速度。

泥浆悬浮岩屑的能力主要取决于泥浆的静切力值。

2、冷却钻头

冷却钻头的效果，取决于单位时间流经孔底的冲洗液量和冲洗介质的热容量和粘度。

水的粘度低，热容量大，冷却能力强。空气的粘度低，热容量小，需要较大的流量，才能有效地冷却钻头。泥浆的粘度大，流速低，冷却能力不如清水

3、润滑钻具和钻头

冲洗液的润滑效果，取决于在钻具和孔壁岩石表面形成的润滑膜的强度。

润滑膜的强度取决于使用的冲洗液类型和往冲洗液中添加的添加剂的种类和数量。

乳状液，表面活性剂溶液，乳化泥浆和油基泥浆的润滑性能远高于空气、清水和普通的水基泥浆。表面活性剂的添加，可提高冲洗液的润滑性能。

4. 保护孔壁

复杂地层：松散、破碎、坍塌、遇水膨胀等岩层

维护孔壁的影响因素：冲洗液类型、冲洗液的性能参数、在环空中的流态。

矿化度高的聚合物泥浆，具有较好的抑制孔壁的效应，特别是含钾的聚合物泥浆。

油基泥浆具有最强的抑制孔壁的能力。

复杂地层钻进时，维护孔壁是能否持续钻进的关键。

二、钻井液类型

泥浆：

概念：粘土分散在液体（水或油）中形成的分散体系，水基泥浆，油基泥浆。

性能：比重；粘度和切力；失水量。可在较大范围内调节，可适应不同地层的要求；对钻头、牙轮轴承、钻具和套管有一定的润滑作用，可减少其磨损。

适用：风化、破碎、松散和遇水失稳地层（复杂地层）。石油和天然气钻井几乎都是在沉积岩中钻进，冲洗液主要使用泥浆。泥浆称为石油钻井的“血液”。固体矿床勘探钻进，泥浆是对付复杂地层的主要手段。

乳状液

概念：液体（油或水）分散在另一种液体（水或油）中形成的稳定的分散体系。分为：水包油乳状液、油包水乳状液。使小口径金刚石钻进的钻进速度和钻进深度大幅度地提高。

无固相冲洗液

概念：含有无机盐和有机高分子（或聚合物）的溶液。适用：裂隙发育、易坍塌和轻微膨胀的地层。小口径金刚石钻进，绳索取芯钻进中，可防止钻杆内壁结泥皮和降低压损。

完井液：在石油钻井中，无固相钻井液用于钻进生产层，可减轻使用泥浆时对油层的损害

第二章泥浆总论

一、泥浆概念及类型：

泥浆是粘土颗粒（小于2微米）分散在水（或油）中所形成的溶胶——悬浮体系。大多由粘土、水和化学处理剂组成。水基和油基。油基泥浆使用很少。

水基泥浆（细分散淡水泥浆、粗分散抑制性泥浆、不分散低固相泥浆、混油乳化泥浆、地热井及深井泥浆）、充气和泡沫泥浆、油基泥浆。

二、造浆粘土及水

粘土矿物

粘土的主要组成是粘土矿物。非粘土矿物：如长石、石英、方解石、方英石、蛋白石、黄铁矿、沸石。

粘土矿物以其单位晶层的叠置方式不同和层间离子的差别，分为四类：高岭石族、蒙脱石族、水云母族、海泡石族

粘土矿物的基本构造单位是硅氧四面体和铝氧八面体。

粘土的评价：一般采用的是以蒙脱石为主的钠膨润土造浆材料。

钻井液用水：淡水为主，咸水和海水有时用。水的总矿化度：水中离子、分子和各种化合物的总含量。水的硬度一般指水中钙、镁盐的含量。水的硬度又分为：暂时硬度和永久硬度。

三、粘土—水分散体系

分散相、分散介质、均匀体系概念

粘土颗粒表面带电的原因：晶格置换、氢氧层中氢的电离、断键作用、吸附阴离子

阳离子交换容量：一百克粘土所能吸附的阳离子毫克当量数。

粘土—水界面扩散双电层结构：

影响电动电位的因素：吸附高价阳离子，电动电位降低，扩散层中阳离子数目少，粘土表面水化膜薄，粘土颗粒易于聚结；阳离子的浓度大，挤入吸附层机会增大，电动电位降低，本身水化性能不好，并夺去粘土直接吸附的水分子

粘土颗粒端部带正电荷的扩散双电层：必须使粘土悬浮液处于碱性状态，即PH值大于7，一般为8.0—9.0

粘土水化与膨胀：粘土颗粒的表面吸附水分子，粘土颗粒表面形成水化膜，粘土晶格的距离增大，产生膨胀以至分散的过程。原因粘土表面直接吸附水分子；粘土吸附的阳离子的水化。

泥浆的性能及其测定：

1、泥浆的固相含量：泥浆中固体颗粒占的重量或体积百分数，有用固相（粘土、重晶石），无用固相（岩屑）。采用造浆率高的膨润土配制泥浆，粘土含量（重量/体积）在4-6%以下，便可达到要求的粘度，比重在1.03-1.05左右。

2、无用固相的危害：泥浆流变特性变差；引起卡钻、抽吸、压力激动，造成漏失或井塌。泥饼松疏，韧性低。失水量大，孔壁水化崩塌；泥皮易脱落，形成井下事故。对管材、钻头、水泵缸套、活塞拉杆磨损大。

四、泥浆的流变特性

牛顿流体：

塑性流体

①静止时流体内部形成结构，需要附加一定的力，才能开始流动，流动开始后，剪切应力和剪切速率之间呈正比关系

②从静止开始流动，需要附加一定的力，但流动开始后的最初速度较低的阶段，剪切应力和剪切速率之间不是线性关系，达到一定的剪切速率后，剪切应力与剪切速率呈正比关系。

幂律流体

流体静止施加一剪切应力，便开始流动，即流体静止时没有凝胶强度，其流变曲线通过原点。流动开始后，随着剪切速率的增加，流体逐渐变稀或变稠，即剪切应力和剪切速率之间的关系不是直线关系。

n<1 假塑性流体，如长链高分子化合物溶液、高分子熔体、、抗菌素溶液; n>1膨胀性流体,如淀粉糊、蔗糖溶液.

静切力：衡量静止时泥浆体系凝胶强度的大小。反映静止状态时，泥浆内部颗粒之间引力的大小。