钻井液知识总结
钻井液基础知识
第三章钻井液基础知识一、钻井液概念钻井液是指油气开发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。
钻井液的循环是通过泥浆泵实现的。
循环池中的钻井液由泥浆泵泵入地面高压管汇，经过立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到达钻头，然后从钻头喷嘴喷出，沿着钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间返出，到达地面后经各种固控设备处理后返回循环池。
因此，钻井液又被人们普遍称为石油钻井工程的“血液”。
钻井液又称做钻井泥浆或简称泥浆。
钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分，在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。
现场钻井液循环系统如图所示。
泥浆池泥浆泵地面高压管汇立管水龙带水龙头方钻杆固控设备沉砂池震动筛泥浆槽井眼环空钻头钻铤钻杆二、钻井液的组成1、分散介质---水（盐水）或油2、分散相---膨润土、加重材料、各种处理剂、钻屑膨润土是常用的配浆材料，主要起提粘和造壁作用，加重材料用于提高钻井液密度，处理剂用于调整钻井液性能，钻屑是无用固相应通过各种固控措施除去。
三、钻井液的基本功用1、携带和悬浮岩屑通过钻井液循环将钻头破碎的岩屑从井底携带到地面，让钻头始终接触、破碎新地层，保证快速钻进。
钻井液停止循环时使钻屑在钻井液中悬浮不下沉，防止沉沙卡2、稳定井壁和平衡地层压力钻井液借助液相滤失作用，在井壁上形成一层薄而致密的泥饼，阻止液相进一步滤失，从而减弱泥页岩水化膨胀和分散程度，达到稳定井壁的作用。
平衡地层压力是通过钻井液提供的液注压力来实现，从而防止井塌、井喷、卡钻等复杂情况。
3、冷却和润滑钻头钻具钻进过程中钻头破碎岩屑，钻具与井壁摩擦会产生大量热，这些热量通过钻井液循环被带出地面从而达到冷却钻头钻具的作用。
钻具在井下旋转过程中钻井液在钻具与地层之间又会起到很好的润滑作用。
4、传递水动力钻井液将地面泥浆泵赋予的动力除了用于克服沿程阻力外，当它从钻头喷嘴高速喷出时，对井底产生强大冲击力从而显著提高钻速。
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。
钻井液总结
钻 井 泥 浆 的 性 能
泥浆静切力及其测定：
泥浆静切力是指泥浆网状结构的强 度，即破坏1cm2面积上泥浆颗粒间结构 连接所需要的最小的力，以mg/cm2表示。 分为初切力（静止1min）和终切力（静 止10min）。 测量静切力有两种仪器：在施工现 场经常使用的圆筒下沉式切力计和试验 室常用的电动静切力仪。使用旋转黏度 计测量静切力，是使中心轴以600r/min的 剪切速率旋转，用转数表和秒表测量， 单位是厘泊。使用流变仪测量泥浆静切 力，以mg/cm2表示。
学习汇报
姓名：王震 日期：2012.10
近期工作状况
• 暑假里阅读并翻译了水合物的储层、风险和流动保障等方 面的英语文献
• 近期阅读了钻井液方面的文献
由于水合物方面的刘师兄他们已经做过了总结汇报，我就 关于钻井液方面进行了部分总结。
钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质， 俗称钻井泥浆
功能
钻 井 液
• 针对泥浆除了进行化学处理外，还在工艺 上加以配合，使之更加有效的抑制造浆
钻井工艺上抑制造浆
1)加大冲洗量，使钻凿下的泥屑能及时从工作中清 除并排到地面； 2）及时清理泥浆池并运出排到地面上的钻屑，避 免泥浆流的冲刷； 3）机械除砂，以减少泥浆中砂粒含量而增加泥浆 相对密度，导致泥浆变稠，进而阻碍钻屑的沉降； 4）泥浆沉淀池的设计要有利于颗粒的沉淀，使其 合理流动； 5)合理布置刀具，合理选择齿形，合理设计吸口的 位置和大小，便于吸收，减少重复破碎。
若按用途，则可分为下列15类，即钻井液pH值控制剂、 钻井液除钙剂、钻井液起泡剂、钻井液絮凝剂、页岩抑 制剂（又称防塌剂）、钻井液缓蚀剂、钻井液降黏剂、 钻井液增黏剂、钻井液降滤失剂、钻井液润滑、解卡剂、 温度稳定剂、密度调整材料、堵漏材料。在钻井液处理 剂按用途分类中最后两类之所以称为材料是因为它们用 量较大，一般超过5%。
钻井液复习资料
钻井液复习资料1、钻井液概念：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。
2、钻井液功能：（1）携带和悬浮岩屑（2）稳定井壁和平衡地层压力（3）冷却和润滑钻头、钻具（4）传递水压力（5）获取井下信息（6）保护油气层3、钻井液类型：（1）分散钻井液（2）钙处理剂钻井液（3）盐水钻井液（4）饱和盐水钻井液（5）聚合物钻井液4、黏土矿物有哪三种：高岭石、蒙脱石、伊利石5、晶格取代的概念：在其结构中某些原子被其他化合价不同的原子取代而晶体骨架保持不变的作用6、黏土晶体的电荷分为哪三种：永久荷载、可变荷载、正电荷7、交换型阳离子的概念：黏土一般带负电，为了保持电中性，黏土必然从分散介质中吸附等电量的阳离子，这些被黏土吸附的阳离子，可以被分散介质中其他阳离子所交换。
8、黏土阳离子交换容量：在分散介质PH=7的条件下，黏土所能交换阳离子的总量。
9、黏土水化膨胀受哪三种力的制约：表面水化力、渗透水化力、毛细管作用。
10、表面水化、渗透水化的概念：表面水化是由黏土晶体表面吸附水分子与交换性阳离子水化而引起的；渗透水化是当黏土表面吸附的阳离子浓度高于介质中的浓度，便产生渗透压，从而引起水分向黏土晶层扩散的现象。
11、分散介质和分散项的概念：被分散的物质叫分散相。
包围分散相的另一相称为分散介质。
12、吸附作用及其分类：物质在俩相界面上自动浓集（界面浓度大于内部浓度）的现象。
吸附分为物理吸附和化学吸附。
13、电动电位、热力学电位的概念：滑动面到均匀液相内的电位称为电动电位。
从固相表面到均匀液相内的电位称为热力学电位。
14、动力稳定性、聚结稳定性的概念：动力稳定性是指在重力作用下分散相粒子是否容易下沉的性质。
聚结稳定性是指分散相粒子是否容易自动的聚结变大的性质15、黏土矿物的俩种基本构造是：硅氧八面体、铝氧四面体。
16、钻井液流变性的概念：在外力作用下，钻井液发生流变和变形的特性17、钻井液粘度的物理意义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力。
钻井液基础知识
由于晶层之间的阳离子浓度大于溶液内部的浓度，水发生浓差扩散， 进入层间，在双电层斥力作用下层间距增大。渗透膨胀引起的体积增加比 晶格膨胀大得多。
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(2) 影响粘土水化膨胀的因素
Daqing Petroleum Institute
影响粘土水化膨胀的因素有：
1) 粘土晶体的部位不同，水化膜的厚度不相同。粘土晶体所带的负电荷大 部分都集中层面上，吸附的阳离子多，因此水化膜厚。在粘土晶体的边面上带电 荷较少，因此水化膜薄。
高岭石晶格中几乎没有晶格取代现象，它的电荷是平衡的，因此高岭石电 性微弱。
这些特点决定了高岭石水化很差，造浆性能不好，不是配浆的好材料。
油气层中高岭石颗粒大而附着力弱，常常因运移堵塞孔喉而降低渗透率。
3. 蒙脱石的晶体结构
Daqing Petroleum Institute
蒙脱石是由上下两个硅氧四面体片中间夹一层铝氧八面体片组成，硅 氧四面体的尖顶朝向铝氧八面体，铝氧八面体片和上下两层硅氧四面体片 通过共用氧原子和氢氧联结形成紧密的晶层，因此称为2∶1型。
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。
粘土的负电荷与正电荷的代数和即为粘土的净电荷数，由于粘土的负电荷 一般都多于正电荷，因此粘土一般都带负电荷。
Daqing Petroleum Institute
影响沉降稳定性的主要因素：
粘土颗粒的大小、颗粒与分散介质的密度差、分散介质的粘度和钻井液中 粘土颗粒的多少，颗粒愈大、颗粒愈重、介质粘度越小则沉降稳定性越不好。
2. 钻井液的聚结稳定性
钻井液基本知识
钻井液基本知识钻井液就是用于钻井的流体,在钻井中的功用:1、清洗井底,悬浮携带岩屑,保持井眼清洁。
2、平衡地层压力,稳定井壁、防止井塌、井喷、井漏。
3、传递水功率、以帮助钻头破碎岩石。
4、为井下动力钻具传递动力,5、冷却钻头、钻具。
6、利用钻井液进行地质、气测录井。
钻井液常规性能对钻井工作有很大的影响。
一、钻井液密度1、钻井液密度概念:单位体积钻井液的质量称为钻井液的密度,其单位就是克/厘米3(g/cm3)常用符号表示。
现场一般用钻井液密度计测定钻井液的密度。
2、钻井液密度的计算公式P=(P地×102)÷H+PeP----钻井液密度g/cm3式中:P地----地层压力MPaH-----井深mPe-----附加密度、油层附加0、05—0、1气层附加0、07—0、15由于起钻时可能产生抽吸或液面下降,另外,气体进入井内,也会引起液柱压力降低,因此钻井液密度要有附加值。
3、钻井液密度与钻井工作的关系:在钻井作业中,钻井液密度的作用就是通过钻井液柱对井底与井壁产生压力,以平衡地层中油、气压力与岩石侧压力、防止井喷、保护井壁,同时防止高压油气水侵入钻井液,以免破坏钻井液的性能引起井下复杂情况,在实际工作中,应根据具体情况,选择恰当的钻井液密度,若钻井液密度过小,则不能平衡地层流体压力,与稳定井壁,可能引起井喷、井塌、卡钻等事故,若钻井液密度过大则压漏地层,并易损害油气层。
钻井液对钻速有很大的影响,密度大液柱压力也大,钻速变慢,因钻井液柱压力与地层压力之间的正压差使岩屑的清除受到阻碍。
造成重复破碎,降低钻头破碎岩石的效率,使钻速下降,通常在保证井下情况正常的前提下,为了提高钻速,应尽量使用低密度钻井液。
二、钻井液粘度1、钻井液的粘度概念:钻井液粘度就是指钻井液流动时,固体棵粒之间,固体颗粒与液体分子之间,以及液体分子之间内摩擦的总反映,钻井液粘度可用漏斗粘度计与旋转粘度计进行测定,由于测定的方法不同,有不同的粘度值,现场常采用漏斗粘度计测量钻井液的粘度,单位就是秒。
钻井液知识
第五章钻井液钻井液（Drilling fluids）是在旋转钻井时循环使用的流体，包括水基、油基、气基三种类型。
由于绝大多数使用的是液体，少量使用气体或泡沫，因此称之为“钻井液”，又由于最初的钻井液主要是由水和粘土组成，而且粘土一直是钻井液的主要配制材料，因此习惯称之为“泥浆”。
尽管目前钻井液的成本仅占钻井总成本的5～10％左右，但它却是影响钻井工程成败的主要因素之一，井愈深，其重要性愈突出，因此，人们形象地把泥浆比喻为“钻井的血液”。
第一节钻井液性能一．钻井液性能钻井液性能测试与计算的技术指标总共有40多项，但对一种钻井液体系，一般要求测定和相适应的指标常常只是几项或十几项。
测试钻井液性能的方法可参见1993年版API RP 13 B－l《水基钻井液现场测试程序推荐作法》和B－2《油基钻井液现场测试程序推荐作法》以及我国行业标准ZB／TE 13004《钻井液测试程序》。
各项性能的代号及单位见表5－1。
二．钻井液性能的控制1．密度（MW）（1）钻井液密度是单位体积钻井液所含物质的质量，法定计量单位为克／厘米3（g／cm3）或千克／米3（kg／m3），钻井现场也常用其他非法定计量单位，如磅／加仑（1b／gal）或磅／英尺3（fo／f t3），有时则用压力梯度表示，如磅／英寸2／英尺（1b／in2／f t）、磅／英寸2／1000英尺（1b／in2／1000f t）、千帕／米（kPa／m）或者是公斤／厘米2／米（kg／cm2／m）等。
它们之间的换算关系见单位换算表。
（2）钻井液密度的设计应控制在合适的数值上。
一般而言，钻井液密度提高有利于支承井壁，保证井眼的稳定，阻止地层流体流入井筒污染钻井液及引发井涌与井喷，但密度高不利于提高钻进速度。
（3）钻井液密度降低有利于避免井漏，提高钻进速度和减少压差卡钻机率，也有利于产层保护，但密度降低容易引发井涌或井喷。
（4）钻井液密度升高的可能因素是：①加入加重材料。
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。
钻井液基本知识
流动时,固体棵粒之间,固体颗粒与液体分子之间,以及液体分子之间内摩擦得总反映,钻井液粘度可用漏斗粘度计与旋转粘度计进行测定,由于测定得方法不同,有不同得粘度值,现场常采用漏斗粘度计测量钻井液得粘度,单位就是秒。
2、钻井液与钻井工作关系,钻井液粘度得大小,对钻井液携带岩屑能力有很大得影响,一般来说,钻井液粘度大,携带岩屑能力强,但在钻井过程中,钻井液粘度要适当,否则将会引起不良后果。若钻井液粘度过低,不利于携带岩屑,井内沉砂快,冲刷井壁,易造成井壁剥落,坍塌,井漏等,钻井液粘度过高,则可能造成下列危害:(1)流动阻力大,泵压高,井底清洗效果差,严重影响钻速。(2)钻头易泥包,起下钻易产生抽吸作用或压力激动。以至引起井漏、井喷、井塌等复杂情况。(3)沉砂困难,净化不良,磨损钻具与配件。(4)除气困难,钻井液密度下降,易引起下钻复杂情况。(5)岩屑在井壁形成假泥饼,易引起阻卡。(6)固井时水泥浆易串槽,影响固井质量。
由于起钻时可能产生抽吸或液面下降,另外,气体进入井内,也会引起液柱压力降低,因此钻井液密度要有附加值。
钻井液基本知识
钻井液基本知识钻井液是用于钻井的流体，在钻井中的功用：1、清洗井底，悬浮携带岩屑，保持井眼清洁。
2、平衡地层压力，稳定井壁、防止井塌、井喷、井漏。
3、传递水功率、以帮助钻头破碎岩石。
4、为井下动力钻具传递动力，5、冷却钻头、钻具。
6、利用钻井液进行地质、气测录井。
钻井液常规性能对钻井工作有很大的影响。
一、钻井液密度1、钻井液密度概念：单位体积钻井液的质量称为钻井液的密度，其单位是克/厘米3（g/cm3）常用符号表示。
现场一般用钻井液密度计测定钻井液的密度。
2、钻井液密度的计算公式P=(P地×102)÷H+PeP----钻井液密度g/cm3式中：P地----地层压力MPaH-----井深mPe-----附加密度、油层附加0.05—0.1气层附加0.07—0.15由于起钻时可能产生抽吸或液面下降，另外，气体进入井内，也会引起液柱压力降低，因此钻井液密度要有附加值。
3、钻井液密度与钻井工作的关系：在钻井作业中，钻井液密度的作用是通过钻井液柱对井底和井壁产生压力，以平衡地层中油、气压力和岩石侧压力、防止井喷、保护井壁，同时防止高压油气水侵入钻井液，以免破坏钻井液的性能引起井下复杂情况，在实际工作中，应根据具体情况，选择恰当的钻井液密度，若钻井液密度过小，则不能平衡地层流体压力，和稳定井壁，可能引起井喷、井塌、卡钻等事故，若钻井液密度过大则压漏地层，并易损害油气层。
钻井液对钻速有很大的影响，密度大液柱压力也大，钻速变慢，因钻井液柱压力与地层压力之间的正压差使岩屑的清除受到阻碍。
造成重复破碎，降低钻头破碎岩石的效率，使钻速下降，通常在保证井下情况正常的前提下，为了提高钻速，应尽量使用低密度钻井液。
二、钻井液粘度1、钻井液的粘度概念:钻井液粘度是指钻井液流动时，固体棵粒之间,固体颗粒与液体分子之间,以及液体分子之间内摩擦的总反映,钻井液粘度可用漏斗粘度计和旋转粘度计进行测定,由于测定的方法不同,有不同的粘度值,现场常采用漏斗粘度计测量钻井液的粘度,单位是秒。
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.
钻井液知识详解
钻井液钻井液是用于钻井的一种循环流体，在钻井过程中有着特别重要的作用。
人类最早进行旋转钻井时用的循环流体是清水，钻进时因地层中的泥质成分不断分散在水中而变成混浊的泥水，当时，把它称之为“泥浆”。
以后，随着钻井的实践和进展，钻井时用的泥浆还可用油和气体，从而形成了不同类型的钻井液流体，故而称其为钻井液。
钻井液是钻井施工中非常重要的组成部分，钻井液性能的优劣对钻井速度、钻井平安和油井投产后产量的凹凸有着至关重要的作用。
钻井过程中若失去钻井液的循环，钻井工作则无法进行，故人们常用“泥浆是钻井的血液”来形象地比方钻井液在钻井中的重要地位。
钻井液主要有六项功能。
携带和悬浮井筒中的岩屑。
钻井液是一种胶状的流体，在钻进循环钻井液时能将钻头破裂的岩屑带出地面，在钻井泵不能工作或起下钻的过程中，钻井液还可将岩屑悬浮在井筒内并使之不致下沉到井底。
平衡井下地层压力。
地层中油、气、水层的压力是不同的，因此要求使用有肯定密度的钻井液，平衡地层流体的压力以防止发生井喷。
冷却、润滑钻头和钻具。
钻头和钻具在井下工作时与地层摩擦发热，钻井液在不断循环的过程中可汲取并带走热量，钻井液从井内返出流到地面后，可自行放出汲取在钻井液中的热量，同时，钻井液还对钻头和钻具有润滑的作用。
爱护井壁。
由于井下地层岩石中有孔隙、裂缝，在压力下钻井液中的自由水会向地层内渗透，钻井液中固相颗粒粘附在井壁上形成薄而坚韧的滤饼，可爱护井壁不垮不塌。
爱护油气层。
钻井过程中使用优质的钻井液可削减钻井液液柱压力与井下产层的压差，在井筒的井壁上形成优质的滤饼，防止钻井液中的水和微细颗粒进入地层，这些方法和措施都可有效的爱护油气层。
提高钻井速度。
在喷射钻井过程中，钻井液的高压射流可帮助破岩，并清除井底钻头破裂地层处的垫层，大大加快钻头的钻进速度。
随着油气勘探开发工作的不断深化和进展，钻井的深度越来越大、地层也越来越简单，钻井井型也越来越多种多样，因此，对钻井液就提出了新的更高的要求，所以，钻井液技术的进展也越来越受到关注。
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。
钻井液知识
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。
钻井液基本知识
二、钻井液的分类
API和IADC分类： （1）不分散体系——膨润土+清水；天然钻井液（自然造浆而成），浅层钻进。 （2）分散体系——水+膨润土+分散剂（铁络木质素黄酸盐等），深井或复杂井。 （3）钙处理体系——水基钻井液+钙盐（石灰、石膏、氯化钙），抑制粘土膨胀。 （4）聚合物体系——水基钻井液+高聚物（聚丙烯酰胺PAM，水解聚丙烯酰胺
2. 动切应力（屈服值） o
第三章 钻井液 §3-3 钻井液的性能
dv dv dv （ 0） / 0 / pv 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（结构 粘度）之和，它反映两者的总的粘滞作用，是“总粘度”的意思。 动塑比 0 / PV ——动切力与塑性粘度之比，反映了钻井液结构强度与塑性 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， 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。 0 / PV = 0.36~0.48。 理想值： 调整方法：采用调整动切力和塑性粘度的方法。
应知应会
1.钻井液与钻井静切力、动切力、表观粘度、塑性拈度的物理意义。
3.说明瞬时滤失、动滤失、静滤失各自的涵义。 4.降滤失剂是如何起降滤失作用的？ 5.从钻井液角度出发，为了防止井塌应采取什么措施？ 6.固相控制设备有几种，各自的使用范围如何？
7.引起油气储层损害的主要原因是什么？怎样预防。
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。
钻井液基础知识资料讲解
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。
钻井液相关基础知识
细分散泥浆
细分散泥浆一般指的是含盐量小于1%、含 钙量小于1.2×10-4、不含抑制性高聚物的分散 型泥浆。其组分除黏土、碳酸钠和水外，往往 还加稀释剂和降失水剂，以满足降粘和降失水 的需要。常用的添加剂有铁络盐（主要起稀释 作用，为了降失水，常加入Na-CMC），以及 木质素磺酸盐（一般与煤碱剂配合使用）等。
钻井液相关基础知识
不分散泥浆
不分散低固相聚合物泥浆是指在高聚物的作 用下，粘土颗粒聚成较大的颗粒，且泥浆中的 固相含量（包括膨润土和岩屑）按体积计不大 于4％。这种泥浆是以聚丙烯酞胺（(PAM）絮 凝剂为主要处理剂的不分散低固相聚合物泥浆， 其主要组成包括：预水化膨润土、PAM、降失 水剂、润滑剂和水。
钻井液基础知识
什么是钻井液？其有什么作用？ 钻井液主要分类及其适用范围 钻井液相关基础知识 钻井液主要性能及其测定 钻井液使用及其调整维护要点
与钻井液有关的基础理论知识
无机化学 有机化学 高分子化学 胶体化学 流体力学 矿物学
钻井液相关基础知识
什么是钻井液？
钻进过程中，用液体或气体的连续循环 把孔内的岩屑冲洗或吹洗出来，称为钻孔冲 洗。冲洗用的介质，不论是液体还是气体习 惯上都被叫做冲洗液或钻井液(drilling fluid)。 由于早期的冲洗液多为粘土与水的混合物， 所以冲洗液也被笼统地称做泥浆(mud) ，泥 浆这个术语一直沿用，现在还有不少人把冲 洗液统称为泥浆。
钻井液相关基础知识钻井液的主要能参数密度drilling fluid density与固相含量solid content ； 流变性能（漏斗粘度funnel viscosity 、塑性粘度 plastic viscosity 、表观粘度apparent viscosity 、 动切力yield point 、静切力等gel strength ）； 滤失性能（失水量与滤饼filter cake厚度）； filtration qualities 含砂量sand content ； 润滑性drilling fluid lubricity ； 胶体率和pH值等。
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钻井液知识总结
首先，我了解到了钻井液的主要功用: (1)携带和悬浮岩屑(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)传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层(6)保护油气层。
钻井液的分类，综合分类法：分为10类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油基钻井液⑧合成基钻井液⑨气体型钻井流体⑩保护储层的钻井液。
钻井液流变性是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。
其次，还可以充当加重剂、降失水剂和分散剂。
1）加重剂：当钻井液的液柱压力不能平衡地层压力或出现井喷需要压井时，需向体系中加入加重剂来提高钻井液的比重，以达到平衡地层压力和制止井喷事故的目的，常用的加重剂是重晶石(BaSO4)．2）降失水剂：为了减少钻井液向地层中的滤失，保证井身安全，而采用的保护泥浆胶体稳定性的化学剂称为降失水剂。
目前常用的降滤失剂有：
羧甲基纤维素，羟乙基纤维素，改性淀粉等。
这些产品能分散于水中，但不溶解．以堵塞地层中的孔隙，防止滤失，又因其是油溶性的．所以不会堵塞油气通道，同时它们也可用于完井液，修井液和射孔液中。
3）分散剂(又称稀释剂)
当钻井液中的粘土和钻屑达到一定浓度时，会形成空间网状结构．钻遇盐膏层时，地层水中的溶解盐，尤其是高价阳离子会加剧网状结构的形成．使钻井液的流动性变差。
能够拆散这种网状结构，释出自由水，使钻井液粘度和切力降低的添加剂称为分散剂。
常用的分散剂有：木质素磺酸盐及其与铁铬，钛，锰，锡离子形成的络合物等。
常见的粘土矿物有三种；高岭石、蒙脱石、伊利石。
降失水剂：能够降低水泥浆滤失量的材料统称为水泥浆降失水剂，目前较常用的降失水剂有，聚丙烯酰胺类、羧甲基纤维素和有机酸的复合物等。
2、减阻剂(稀释剂、分散剂、减水剂、紊流诱发调节剂)
用紊流泵送水泥浆常常可取得满意的结果，减阻剂能控制水泥浆的流动性，在低的泵排量下，引起紊流流动。
磺甲基单宁、单宁碱液、磺甲基褐煤等在一定掺量范围都有较好的减阻效果。
3 稠化时间调节剂
由于固井井深不同，要求水泥浆具有适当的稠化时间，以满足安全作业的需要。
稠化时间调节剂包括促凝剂和缓凝刺。
促凝剂是能使水泥快速凝固的添加剂，常用的有氯化钙，氯化
钠．氯化铵等；缓凝剂是能使水泥浆凝固或稠化时间延长的添加剂，常用的缓凝剂有木质素磺酸盐及其衍生物，羟基羧酸的盐类(如柠檬酸酒石酸)及其衍生物等。
4 比重调节剂
根据不同的地层压力条件，需用不同密度的水泥浆，能改变水泥浆密度的添加剂称比重调节剂，包括减轻剂和加重剂。
减轻剂有膨润土(也称搬土)、硬沥青等；加重剂有重晶石、赤铁矿、砂，食盐等。
钻井进入目的层时，为了保护油气层，常采用一种特殊的钻井液进行钻井，这一种特殊的钻井液即完井液。
常用的完井液添加剂有羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚丙烯酸衍生物、聚阴离子纤维素等。
目前较为普遍使用的钻井助剂有：
1.腐植酸盐类
腐植酸(HA)是一种芳香类高分子化合物，具有降失水、耐高温和抗盐的功能。
腐植酸与KOH 溶液反应后，经过抽提，可得到含有HA的腐植酸钾(KHm)。
2.聚合物类
聚合物类钻井助剂主要利用乙烯、丙烯等烯类单体发生缩聚或共聚反应制得，在不分散泥浆中应用广泛。
常见的产品有PAC、丙烯酸多元共聚物和速溶PAN等。
PAC由氢氧化铝与盐酸发生中和反应生成，由于氯化铝中铝原子的共价性强，在不同的条件下，可生成不同聚合度的PAC。
PAC絮凝体成型快，活性好，适应pH值宽，利于油水分离。
而丙烯酸多元共聚物由于可以在碳链上添加酰胺基、羟基和磺酸基等多种亲水或疏水基团，使得其产品性能广泛，抗盐能力突出。
聚合物类产品的应用性能与分子聚合度密切相关。
由于分子中含有较长的分子链，其宏观表现为具有良好的剪切稀释性能和热稳定性，因此，该类助剂都具有较好的耐温性。
3.三磺类
三磺类助剂是指磺化酚醛树脂、磺化沥青粉、磺化褐煤三类产品，其中以磺化酚醛树脂的应用较为广泛。
主要用作降滤失剂，抗盐、抗钙效果显著。
磺化酚醛树脂是由苯酚、甲醛与亚硫酸氢钠缩合与磺化后，再与水进行树脂化和络合反应制得，能显著改善钻井液的流变性。
磺化褐煤是在苯环上添加一磺酸基，能够抗高温。
磺化沥青是使沥青与发烟硫酸发生磺化反应后，再水解得到的产物该助剂水化作用强，可防钻井井壁坍塌。
此外，还具有润滑、堵漏和降阻的作用。
三类助剂共同使用，是理想的高温深井泥浆体系。