第二章钻井液4
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钻井液基础知识讲座课件
2、粘土矿物带电量影响因素 粘土阳离子交换容量大小的因素有三：粘土矿物的本性， 粘土的分散度和分散介质的酸碱度。 （1）粘土矿物的本性． C.E.C实际上是粘土所带净负电荷的量度。
晶格取代的数量 影响粘土矿物所带净负电荷的因素为： 晶格取代的位置
吸附阳离子类型 分散介质的PH
•钻井液基础知识讲座
•27
粘土带电量通常用C.E.C表示， C.E.C越大，说明粘土所带电荷 越多， 三种常见粘土矿物的C.E.C大致如下。
矿物名称 高岭石 蒙脱石 伊利石
C.E.C 3-15 70-130 20-40
思考题：为什么伊利石单位晶胞所带负电荷比蒙脱石多，而 C.E.C却比蒙脱石小？
•钻井液基础知识讲座
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三、粘土矿物带电量及影响因素
Ｅ、造浆率高 ◆蒙脱石上下相临的层面皆为O面，晶层间引力以分子间力为主，层间引 力较弱，水分子易进入晶层，引起蒙脱石水化膨胀。 ◆蒙脱石由于晶格取代产生较多的负电荷，在它周围必然会吸附等电量的阳离
子，水化阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石水化膨胀。
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
关，蒙脱石的永久负电荷最高，约占负电荷总和的95％，伊利
石约占60％，高岭石•只钻井古液2基5础％知o识讲座
•24
二、电荷种类及产生原因
3、正电荷
很多研究结果证明，当粘土介质的pH值低于9时，粘土晶体端面上 带正电荷。兹逊(P．A．Thiessen)用电子显微镜照相观察到高岭石边角 上吸附了负电性金溶胶，由此证明了粘土端面上带有正电荷。
1、粘土吸附阳离子的多少决定于其所带负电荷的数量； 2、钻井液中的无机＼ 有机处理剂的作用； 3、钻井液胶体的分散＼絮凝等性质，也都受到粘土电荷的影响。 粘土晶体因环境的不同或环境的变化，可能带有不同的电性，或 者说带有不 同的电荷。粘土晶体的电荷可分为永久负电荷＼可变负 电荷＼正电荷三种。
钻井液固相控制技术及设备(钻机厂)
钻井液固相控制技术及设备第一章钻井液中的固相及其影响第一节概论钻井液是钻井过程中使用的循环流体，它是液体固体和化学处理剂的混合物。
钻井液中的固体颗粒分为有害固相和有用固相，岩屑是钻井中的最主要的有害固相。
有害固相在钻井过程中将影响钻井液的物理性能，使钻井液的密度、粘度、动切力、失水、泥饼、研磨性、粘滞性、流动阻力增加，其结果导致损害油气层，降低钻速，增加钻盘扭矩，起下钻遇阻，粘附卡钻，井漏井喷等井下复杂情况，对钻井液循环系统造成磨损。
第二节钻井液的作用与组成一、 作用：1、清洗井底2、携带岩屑3、冷却和润滑钻头及钻柱4、形成泥饼保护井壁5、控制与平衡地层压力6、悬浮钻屑和加重剂沉砂7、提供地层资料保护油气储层防止伤害8作为动力液传递水功率。
二、 钻井液组成1、水－淡水、盐水、咸水和饱和盐水2、膨润土－钠膨润土，钙膨润土3、化学处理剂－无机类、有机类、表面活性剂类、高分子聚合物类4、油－轻质油或厚油类5、加重剂－重晶石类、赤铁矿6、气－空气、天然气，三、 液相选择的原则选择何种液相主要取决于对所钻地层需要的抑制作用。
液相抑制能力强可防止流体减少和活性固体的膨胀，抑制地层的造浆。
第三节固相颗粒粒度的影响（固相颗粒粒度通常指颗粒的大小尺寸）一、固相颗粒粒度对钻速的宏观影响宏观上钻井液中不同性质的固相颗粒对钻速影响不同，小于1微米的胶体要比粗颗粒的影响更严重，在固相量大于6%时，分散性钻井液细颗粒与不分散钻井液细颗粒固相对钻速的影响几乎一样，当固相含量低于6%时，不分散钻井液比分散钻井液的钻速要高，固相含量越低，钻速差别越大，这是因为固相含量低于6%时，分散性钻井液中的胶体颗粒所占的百分比越大。
二、 固体颗粒粒度的微观影响任何水基钻井液中的颗粒，其表面都吸附水分子，自由液体受到约束。
钻井液中的钻屑在钻井循环中不断破裂，其表面积不断增加，因而增加了吸附的水分子。
一个小颗粒被立体型分裂后，颗粒变为多少倍，表面积就增加多少倍。
石油工程-钻井液
第四章钻井液在钻井工程中，人们常常以“泥浆是钻井的血液”来形象地说明钻井液在钻井中的重要地位。
钻井液的作用可以概括为：清洗井底，携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡地层压力；保护井壁；协助破岩；地质录井；将水力功率传递给钻头；保护油气层等。
在钻井实践过程中钻井液技术不断发展，从最初采用清水开始，经历了清水、天然泥浆、细分散泥浆、粗分散泥浆、不分散低固相泥浆、无固相泥浆等几个阶段。
在这一过程中，为了解决某些复杂问题，出现了油基泥浆以及空气、泡沫等新型钻井液，远远超出了粘土和水形成的“泥浆”范围，因此人们用“钻井液”来代替“泥浆”这一名称。
本章从钻井液的基本组成——粘土出发，介绍钻井液的基本性能及调整方法、现场常用钻井液的组成和特点。
第一节粘土基本知识一、几种主要粘土矿物的晶体构造及特点粘土主要是由粘土矿物(含水的铝硅酸盐)组成。
粘土矿物的种类很多，不同粘土矿物有不同的晶体构造及特点，但其晶体都是由两种基本构造单位组成的。
1．粘土晶体构造中的基本单位1)硅氧四面体。
每个四面体中都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连，硅在四面体的中心，四个氧原子(或氢氧)在四面体的顶点。
2)铝氧八面体。
铝原子处于八面体的中心，与上面和下面的各三个氧原子或氢氧形成一个正八面体。
2．高岭石的晶体结构高岭石晶体由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成。
四面体片的顶尖都朝着八面体片，二者由共用的氧原子和氢氧原子团联结在一起。
由于它是一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，所以称高岭石为1：1型粘土矿物。
高岭石单元晶层，一面为OH层，另一面为O层，片与片之间易形成氢键，晶胞之间连结紧密，故高岭石的分散度低。
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。
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。
《油田化学》(4)2-4
V
瞬时滤失量
VSP
滤失量与时间的关系
t
• ③ 如果瞬时滤失量（Vsp）大到可以测量的话 • ，则API标准滤失量按下式计算： • V 2(V V ) V
30 7.5 sp sp
• 对于滤失量较大的钻井液 ， • 用Vf = V7.5 ×2 计算滤失量误差不大； • 对于7.5min的滤失量小于8ml的钻井液，应测 30min的滤失量。
• （7）泥饼的压实性和渗透性对泥饼的 影响 • 泥饼越厚，渗透率越大，Vf越大。 泥 饼越薄，渗透率越小，Vf越小。
• 2、影响动滤失的因素 • （1）钻井液流动的影响 • 动滤失方程：
KAPt Vf hmc
• 式中 hmc—泥饼厚度 • 不同流态下动滤失量是不相同的。 • 紊流>准层流>层流。
• 控制和调整钻井液滤失性能，关键在 于改善泥饼的质量。其方法是： • （1）使用膨润土造浆。可以将钻井液 的滤失量控制在钻井或完井工艺的范围 内。 • （2）加适量纯碱、烧碱或有机分散剂。 可以提高粘土的ζ电位、水化程度和分 散度。
• （3）加入CMC或其它聚合物。可以保 护粘土颗粒，阻止其聚结，有利于提 高分散度；同时，聚合物的大分子可 以堵塞部分孔隙，使滤失量降低。 • （4）加入一些极细的胶体粒子堵塞泥 饼孔隙。可以降低泥饼的渗透性，提 高泥饼的抗剪切能力。
• （2）钻井液处理剂的影响 • 钻井液处理剂的加入，对静滤失和动 滤失的影响不同。 • 加入某些处理剂，使静滤失达到最小 值时，动滤失不一定达到最小值，有 些物质如油类在降低动滤失的同时， 却使动滤失增加。
• 3、影响瞬时滤失的因素 • 瞬时滤失时间短，其滤失量一般占总滤 失量的比例不大。 • 但对于固相含量低、分散和水化很好的 不分散低固相钻井液，瞬时滤失占的比 例则较大。 • 对于相同的钻井液，如果渗滤介质不同， 其瞬时滤失量也是不同的。
钻井工程-4-钻井液
n
dx
幂律流 体（膨 流 胀型） 速 梯 度
牛顿流 体
幂律流体（假塑性 型）
宾汉流体 卡森流体
s 0
赫切尔—巴尔克莱流体
切应力
(二)塑性流型的特点
1. 静切力（静切应力） (Gel Strength) 所加切应力达到某一最低τs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。
它代表了钻井液静止 时单位面积上所形成的 连续空间网架结构强度。
第三节 钻井液的性能
一、钻井液的密度 1. 对密度的要求
调节井内钻井液的静液柱压力 平衡岩石侧向压力，维持井壁稳定，防塌。 平衡地层压力， 避免发生井喷及井涌等事故
钻井液密度不能太高，也不能太低，也合适。
第三节 钻井液的性能
2. 调整钻井液密度的方法
提高密度 (井喷)
加重
降低密度 (井漏)
重晶石：BaSO4，>=4.2 石灰石：CaCO3，>=2.7 钛铁矿粉：TiO2.FeO，4.7
洗井液－钻井泥浆－钻井液－ 气体钻井？
第一节 钻井液的定义和功用
二、钻井液的功用 （循环过程见图） 1．携岩 2．冷却和润滑钻头及钻柱 3．造壁，维持井壁稳定 4．控制地层压力 5. 悬浮钻屑和加重材料，防止下沉 6. 获得地层和油气资料 7. 传递水功率
钻井液的流动路径
(开始)钻井液池(泥浆池)钻井泵地面高 压管汇立管水龙带水龙头方钻杆钻杆 钻铤钻头环空导管高架泥浆槽振动 筛除砂器/除泥器钻井液池(泥浆池)
第二节 钻井液的组成和分类
(4)聚合物体系——水基钻井液+高聚物(聚丙烯酰胺 PAM、PHP)
特点：增粘，降失水，稳定性能。 (5)低固相体系——总固相含量6%～10%的水基钻井 液。其中，膨润土含量小于3%，钻屑与膨润土的比 值小于2∶1。
钻井工程4钻井液
钻井工程
钻井液
中国石油大学（北京） 2011年9月16日
主要内容
第一节 钻井液的定义和功用 第二节 钻井液的组成和分类 第三节 钻井液的性能 第四节 钻井液的固相控制 第五节 井塌及防塌钻井液 第六节 油气层保护及完井液
第一节 钻井液的定义和功用
一、钻井液的定义 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 行的流体称为钻井液或洗井液。
(4)聚合物体系——水基钻井液+高聚物(聚丙烯酰胺 PAM、PHP)
特点：增粘，降失水，稳定性能。 (5)低固相体系——总固相含量6%～10%的水基钻井 液。其中，膨润土含量小于3%，钻屑与膨润土的比 值小于2∶1。
特点：提高钻速，减少对产层的伤害。
第三节 钻井液的性能
2. 调整钻井液密度的方法
颗粒周围的水化膜增厚，形成的滤饼在压差作用下容 易变形，滤饼的渗透率降低。 3．提高滤液粘度，降低滤失量
滤失量与滤液粘度的二分之一次方成正比。 4．降滤失剂分子本身的堵孔作用
（2） K+的水化较弱，抑制粘土水化膨胀。 K+离子的未水化直径（0.266nm）比Na+离子未
水化直径（0.19nm）大，而K+离子水化半径比Na+离 子水化半径小，因而K+离子水化能(322 J／mol)比 Na+离子的水化能(406 J／mol)低，水化膜薄。当它 进入粘土的层间，既减少粘土的水化，又增加粘土 层间的吸引力。
提高密度 (井喷)
加重
降低密度 (井漏)
重晶石：BaSO4，>=4.2 石灰石：CaCO3，>=2.7 钛铁矿粉：TiO2.FeO，4.7
降低固相含量 加水稀释 混油 充气 加絮凝剂
钻井液
中国石油大学（北京） 2011年9月16日
主要内容
第一节 钻井液的定义和功用 第二节 钻井液的组成和分类 第三节 钻井液的性能 第四节 钻井液的固相控制 第五节 井塌及防塌钻井液 第六节 油气层保护及完井液
第一节 钻井液的定义和功用
一、钻井液的定义 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 行的流体称为钻井液或洗井液。
(4)聚合物体系——水基钻井液+高聚物(聚丙烯酰胺 PAM、PHP)
特点：增粘，降失水，稳定性能。 (5)低固相体系——总固相含量6%～10%的水基钻井 液。其中，膨润土含量小于3%，钻屑与膨润土的比 值小于2∶1。
特点：提高钻速，减少对产层的伤害。
第三节 钻井液的性能
2. 调整钻井液密度的方法
颗粒周围的水化膜增厚，形成的滤饼在压差作用下容 易变形，滤饼的渗透率降低。 3．提高滤液粘度，降低滤失量
滤失量与滤液粘度的二分之一次方成正比。 4．降滤失剂分子本身的堵孔作用
（2） K+的水化较弱，抑制粘土水化膨胀。 K+离子的未水化直径（0.266nm）比Na+离子未
水化直径（0.19nm）大，而K+离子水化半径比Na+离 子水化半径小，因而K+离子水化能(322 J／mol)比 Na+离子的水化能(406 J／mol)低，水化膜薄。当它 进入粘土的层间，既减少粘土的水化，又增加粘土 层间的吸引力。
提高密度 (井喷)
加重
降低密度 (井漏)
重晶石：BaSO4，>=4.2 石灰石：CaCO3，>=2.7 钛铁矿粉：TiO2.FeO，4.7
降低固相含量 加水稀释 混油 充气 加絮凝剂
第2章第4节钻井液录井
1．油气水显示的分级
按钻井液中油气水显示的情况，分为四级：
➢油花气泡：油花或气泡占槽面面积 30％以下。 ➢油气浸：油花或气泡占槽面面积 30％以上，钻井液性能变化明显。
➢井涌：钻井液涌出至转盘面以上不超过1m。
➢井喷：钻井液喷出转盘面lm以上。喷高超过二层平台称强烈井喷。
2．油、气显示资料收集
（1）泥浆槽液面变化情况（泥浆槽连接泥浆池）
• 岩屑录井资料的应用
第四节 钻井液录井
钻井液录井定义：
钻井液在钻遇油、气、水层和特殊岩性地层时其性能将 发生各种不同的变化，根据钻井液性能的变化及槽 面显示，来判断井下是否钻遇油、气、水层和特殊 岩性的方法称为钻井液录井。
与人类看病查血类似。
相关知识：钻井液简介
第四节 钻井液录井
一、钻井液录井原则和要求 二、钻井液录井资料的收集 三、影响钻井液性能的地质因素 四、钻井液录井资料的应用
3）泥浆槽和泥浆池显示情况；
4）定时取样做氯离子滴定实验。
（2）氯离子滴定实验
钻进过程中如钻遇盐水层特别是高压盐水层时，氯离子含量的变化很
快，并迅速破坏钻井液性能，常引起井下事故或井喷。因此， 对氯离子含量的测定是很有意义的。
测定方法自学。
测定原理：
以铬酸钾溶液（K2CrO4）作指示剂，用硝酸银溶液（AgNO3）滴定氯离子 （Cl-），因氯化物是强酸生成的盐，首先和 AgNO3作用生成 AgCl白色沉淀。
）m/h。
v
H
h t
T1
T2
T0
式中：v为油气上窜速度，m／h； H为油、气层深度，m；
h为循环钻井液时钻头所在井深，m； t为钻头所在井深的迟到时间，min；
T1为见油、气显示时间，min；
按钻井液中油气水显示的情况，分为四级：
➢油花气泡：油花或气泡占槽面面积 30％以下。 ➢油气浸：油花或气泡占槽面面积 30％以上，钻井液性能变化明显。
➢井涌：钻井液涌出至转盘面以上不超过1m。
➢井喷：钻井液喷出转盘面lm以上。喷高超过二层平台称强烈井喷。
2．油、气显示资料收集
（1）泥浆槽液面变化情况（泥浆槽连接泥浆池）
• 岩屑录井资料的应用
第四节 钻井液录井
钻井液录井定义：
钻井液在钻遇油、气、水层和特殊岩性地层时其性能将 发生各种不同的变化，根据钻井液性能的变化及槽 面显示，来判断井下是否钻遇油、气、水层和特殊 岩性的方法称为钻井液录井。
与人类看病查血类似。
相关知识：钻井液简介
第四节 钻井液录井
一、钻井液录井原则和要求 二、钻井液录井资料的收集 三、影响钻井液性能的地质因素 四、钻井液录井资料的应用
3）泥浆槽和泥浆池显示情况；
4）定时取样做氯离子滴定实验。
（2）氯离子滴定实验
钻进过程中如钻遇盐水层特别是高压盐水层时，氯离子含量的变化很
快，并迅速破坏钻井液性能，常引起井下事故或井喷。因此， 对氯离子含量的测定是很有意义的。
测定方法自学。
测定原理：
以铬酸钾溶液（K2CrO4）作指示剂，用硝酸银溶液（AgNO3）滴定氯离子 （Cl-），因氯化物是强酸生成的盐，首先和 AgNO3作用生成 AgCl白色沉淀。
）m/h。
v
H
h t
T1
T2
T0
式中：v为油气上窜速度，m／h； H为油、气层深度，m；
h为循环钻井液时钻头所在井深，m； t为钻头所在井深的迟到时间，min；
T1为见油、气显示时间，min；
钻井液
发展概况
①初步形成时期：1888~1928年，旋转钻井开始，最初用清水钻井。 ②快速发展时期：1928~1948年，发现带有砂的泥浆比清水的携带能力 更好。于是出现细分散钻井液，并使用简单的处理剂。 ③高速发展时期：1948~1965年，发现细分散泥浆的不足：抗侵能力差， 于是发展为钙处理、适度絮凝的粗分散钻井液。 ④科学优化时期：1965~，高压喷射钻井中，要求低固相，于是出 现聚合物不分散低固相钻井液。 上个世纪80年代末90年代初~至今，先后出现：正电胶、硅酸盐、甲酸盐、多元醇、生物降解型等钻井液体 系，并得到广泛应用。但都没有形成主流，不能完全取代聚合物钻井液体系。 与此同时，上个世纪40年开始使用的油基钻井液也在不断发展，从开始用原油发展为柴油，到矿物油；从全 油基发展为油包水乳化钻井液；从有毒污染的油基发展为低毒无毒的油基钻井液。
作用
旋转钻井初期，钻井液的主要作用是把岩屑从井底携带至地面。钻井液被公认为至少有以下十种作用： （1）清洁井底，携带岩屑。保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率。 （2）冷却和润滑钻头及钻柱。降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。 （3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。防止对油气层的污染和井壁坍塌。 （4）平衡（控制）地层压力。防止井喷，井漏，防止地层流体对钻井液的污染。 （5）悬浮岩屑和加重剂。降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻。 （6）在地面能沉除砂子和岩屑。 （7）有效传递水力功率。传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。 （8）承受钻杆和套管的部分重力。钻井液对钻具和套管的浮力，可减小起下钻时起升系统的载荷。 （9）提供所钻地层的大量资料。利用钻井液可进行电法测井，岩屑录井等获取井下资料。 （10）水力破碎岩石。钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。
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。
泥浆技术员应知应会基础知识与试题
3、高温高压滤失：钻井液在高温（150℃）、高压（3.5MPa）作用下,透过直径为75mm的过滤面积所滤失的水量。
4、滤饼：因液柱与地层的压差作用，在滤失的同时，粘土颗粒在井壁上形成一层粘土与处理剂的堆积物。
符号：K
单位：mm
五、滤饼的摩擦系数：钻井液形成的滤饼表面上有一定的粘滞性，当一物体在其表面产生相对运动时所受到的摩擦力。
符号：η塑
单位：mpa﹒s
2、表观粘度：用一定体积的钻井液流经规定尺寸的小孔所需的时间来表示，故也叫漏斗粘度
符号：Γ
单位：s
三、切力：钻井液中的粘土颗粒，由于其形状不规则，表面带电性和亲水性不均匀，常易形成网状结构，破坏钻井液中单位面积上的网状结构所需的最小切应力，称为钻井液的极限静切力，简称：切力。
（A）携带岩屑（B）平衡地层压力（C）悬浮岩屑（D）冷却润滑钻具
2、为提高钻井液密度，通常在钻井液中添加（）。
（A）膨润土（B）原油（C）重晶石（D）水
3、通常在保证携带岩屑的前提下，粘度应尽量（）。
（A）高（B）低（C）保持不变（D）提高
4、钻井液的初切是钻井液静止（）后所测得的切力。
（A）1min（B）3min（C）5min（D）10min
（A）0.5%以上（B）0.5%以下（C）1.5%以下（D）1.5%左右
12、钻井液的（）时，有机处理剂易在高温下发酵变质。
（A）PH值过低落（B）PH值过高（C）密度高（D）密度低
13、一般钻井液PH值控制在（）。
（A）7-8.5（B）8.5-9.5（C）9-10（D）6-7
14、钻井液的总矿化度是指钻井液中所含水溶性（）的总质量浓度。
K-1、NPAN、CMS、L-CMC、
3、抑制剂：
4、滤饼：因液柱与地层的压差作用，在滤失的同时，粘土颗粒在井壁上形成一层粘土与处理剂的堆积物。
符号：K
单位：mm
五、滤饼的摩擦系数：钻井液形成的滤饼表面上有一定的粘滞性，当一物体在其表面产生相对运动时所受到的摩擦力。
符号：η塑
单位：mpa﹒s
2、表观粘度：用一定体积的钻井液流经规定尺寸的小孔所需的时间来表示，故也叫漏斗粘度
符号：Γ
单位：s
三、切力：钻井液中的粘土颗粒，由于其形状不规则，表面带电性和亲水性不均匀，常易形成网状结构，破坏钻井液中单位面积上的网状结构所需的最小切应力，称为钻井液的极限静切力，简称：切力。
（A）携带岩屑（B）平衡地层压力（C）悬浮岩屑（D）冷却润滑钻具
2、为提高钻井液密度，通常在钻井液中添加（）。
（A）膨润土（B）原油（C）重晶石（D）水
3、通常在保证携带岩屑的前提下，粘度应尽量（）。
（A）高（B）低（C）保持不变（D）提高
4、钻井液的初切是钻井液静止（）后所测得的切力。
（A）1min（B）3min（C）5min（D）10min
（A）0.5%以上（B）0.5%以下（C）1.5%以下（D）1.5%左右
12、钻井液的（）时，有机处理剂易在高温下发酵变质。
（A）PH值过低落（B）PH值过高（C）密度高（D）密度低
13、一般钻井液PH值控制在（）。
（A）7-8.5（B）8.5-9.5（C）9-10（D）6-7
14、钻井液的总矿化度是指钻井液中所含水溶性（）的总质量浓度。
K-1、NPAN、CMS、L-CMC、
3、抑制剂：
钻井液工艺技术复习题及答案
《钻井液工艺技术》复习题适用班级：10钻井—1、2、3、4、5班绪论一、选择题：1．下列不属于钻井液组成的是（）dA、分散介质B、分散相C、各种化学处理剂D、各种有用的物质2．一般钻井液属于（）cA、分子分散系B、胶体分散系C、粗分散体系D、全不是3．钻井液按其中流体介质不同可分为多种，不属于此分类系统的是（）d A、水基钻井液 B、油基钻井液 C、合成基钻井液 D、加重钻井液4．下列不属于气体型钻井流体特点的是（）bA、密度低B、有很强的抑制性和抗盐、钙污染的能力C、钻速快D、能有效防止井漏等复杂情况的发生5．钻井液的功用中不包括（）aA、控制在碱性条件下，使某些化学反应进行得更顺利B、携带和悬浮岩屑C、稳定井壁D、平衡地层压力和岩石侧压力E、传递水动力F、冷却和润滑作用G、获取地下信息6、钻井施工对钻井液性能的要求中不包括（）cA、必须与所钻遇的油气层相配伍B、必须有利于地层测试C、必须是单项体系D、必须对钻井人员和环境不产生伤害和污染7．下列说法错误的是（）aA、为了节省成本，尽可能采用自然造浆B、聚合物不分散钻井液产生于20世纪70年代C、新的钻井技术的不断出现，大大推动了钻井液技术的快速发展。
D、欠平衡钻井液技术是钻井液应用技术的发展方向之一二、判断题1.钻井液由分散介质（连续相）、分散相和化学处理剂组成的分散系。
（）a2.胶体分散系目测是澄清均匀的，但实际是多相不均匀体系。
（）a3.钻井液按固相含量不同可分为：低固相钻井液、基本不含固相钻井液。
（）a2+和分散剂的油基钻井液。
（Ca ）b 4.钙处理钻井液是指含有一定浓度5.气体型钻井流体是以空气或天然气为流体介质或分散有气体的钻井流体。
（）a6.钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求（）a7.钻井液是“钻井的血液”。
（）a三、填空题*1．钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。
是实现健康、安全、快速、高效钻井及保护油气层、提高油气产量的重要保证。
第二章第四节 井身结构设计1PPT课件
最大允许压差（避免压 差卡钻）
▪ ΔPN(ΔPa)
Gf Gp
当量泥浆密度
井身结构设计
1、正常作业时（起下钻、钻进）： 起钻： 最大钻井液密度：某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液密
度应不小于和该井段中的最大地层压力梯度当量密度与最大抽吸 压力梯度当量密度之和。
ma x PmaxSw
ρmax:某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井液密度，g/cm3； ρpmax该井段的最大地层压力梯度， g/cm3； Sw:考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，为了平衡地层压力
井底压力随作业不同而变化： (1)静止状态，井底压力＝环形空间静液压力； (2)正常循环时，井底压力＝环形空间静液压力+环形空间压力损失； (3)用旋转防喷器循环钻井液时，井底压力＝环形空间静液压力+环形空间压力损
失+旋转防喷器的回压， (4)循环出气涌时，井底压力＝环形空间静液压力十环形空间压力损失+节流器压
压力的差值过大．除使机械钻速降低外，而且也 是造成压差卡钻的直接原因，这会使下套管过程 中，发生卡套管事故。）。
套管层次和下入深度确定
考虑的因素
地层压力剖面
地层破裂压力剖面
工程参数(必封点确定）
正常作业：抽吸压力系
数地层Sw压、裂激安动全压增力值系S数f Sg、井深
出现井涌：抽吸压力系 数Sw、地层压裂安全增 值Sf、考虑液流情况下 地层压力增加值 SK
Sk
pa 0.00981H x
关井后井内压力平衡方程 pmE pm pa
mEH (p Sw)H Sk Hx
mE p
Sw Sk
Hx H
x
井身结构设计
井身结构设计关键参数
▪ ΔPN(ΔPa)
Gf Gp
当量泥浆密度
井身结构设计
1、正常作业时（起下钻、钻进）： 起钻： 最大钻井液密度：某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液密
度应不小于和该井段中的最大地层压力梯度当量密度与最大抽吸 压力梯度当量密度之和。
ma x PmaxSw
ρmax:某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井液密度，g/cm3； ρpmax该井段的最大地层压力梯度， g/cm3； Sw:考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，为了平衡地层压力
井底压力随作业不同而变化： (1)静止状态，井底压力＝环形空间静液压力； (2)正常循环时，井底压力＝环形空间静液压力+环形空间压力损失； (3)用旋转防喷器循环钻井液时，井底压力＝环形空间静液压力+环形空间压力损
失+旋转防喷器的回压， (4)循环出气涌时，井底压力＝环形空间静液压力十环形空间压力损失+节流器压
压力的差值过大．除使机械钻速降低外，而且也 是造成压差卡钻的直接原因，这会使下套管过程 中，发生卡套管事故。）。
套管层次和下入深度确定
考虑的因素
地层压力剖面
地层破裂压力剖面
工程参数(必封点确定）
正常作业：抽吸压力系
数地层Sw压、裂激安动全压增力值系S数f Sg、井深
出现井涌：抽吸压力系 数Sw、地层压裂安全增 值Sf、考虑液流情况下 地层压力增加值 SK
Sk
pa 0.00981H x
关井后井内压力平衡方程 pmE pm pa
mEH (p Sw)H Sk Hx
mE p
Sw Sk
Hx H
x
井身结构设计
井身结构设计关键参数
钻井液课件
29
19
粘土矿物的晶格构造和特点
• 常见的粘土矿物(clay minerals)
–高岭土（Kaolinite） –蒙脱石(Montmorillonite) –伊利石(illite)
• 化学组成
30
一、粘土矿物的两种基本构造单元
1.硅氧四面体与硅氧四面体片
硅氧四面体
由一个硅原子和四个等距的氧原子组 成的正四面体。硅原子在四面体的中心， 氧原子在四面体的顶点。
22
14
第二章 粘土矿物和粘土胶体化学基础
本章要求重点掌握内容： 1. 几种粘土矿物的晶体构造特点及其水化性质。
2. 扩散双电层理论和电解质对电动电势的影响。 3. 胶体体系的基本概念。 4. 分散度、比表面的概念。 5. 聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响因素。
23
15
粘土胶体化学基础(Fundaments of clay colloid chemistry)
—— 氢氧原子 —— 铝原子 Al4(OH)12 最小重复单位分子式
34
23
3.
晶片的结合
晶层 四面体片和八面体片沿C轴按一定 C 比例相互重合，通过共用氧原子连接 形成电中性的统一结构层。 C 晶体 间 许多单位晶层在C轴方向上按一定 距 距离反复重合而成。 单位晶胞 能代表晶体性质的单位层内最小物 b 质组合。常以a、b轴范围表示其大小。 C轴间距 a 某一晶面与相邻晶层的对应晶面间的距离。 晶格取代 晶体结构中四面体的Si4+ 被Al3+取代,或铝氧八面体的Al3+被Fe2+、 Mg2+等取代，其结果是晶体结构不变，晶体带负电。
9
4
组分举例
某种水基钻井液组分为： 水 + 膨润土 + 处理剂
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第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
钙污染处理
处理原则：除钙、护胶、拆结构。 • 除钙：加纯碱。
CO3--+Ca++ CaCO3 • 护胶：加降失水剂（NaC、CMC） • 拆结构：加入稀释剂（NaT、FCLS）
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
A、石膏侵的处理 特点：PH 降低，失水增大，粘切先升后降。 处理： • 对于薄层石膏层
缺点：
• 固相含量高
• 高 • 分散性强、抑制性差，不适应强造浆地层钻进。
• 油气层保护能力差，钻达油气层必须加以改造。 • 对可溶性盐类敏感。
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
2、水基抑制性钻井液
组成： 水 + 粘土 + 无机盐 +处理剂 水 + 粘土 + 聚合物
作用：能抑制地层中的粘土水化、膨胀和分散。 类型： 钙处理钻井液
第二章 钻井液 lg
第五节 钻井液体系
lg15
0
CC
C
造浆率（m3/t） = 1000 / Cc ＋0.4 Cc —— 表观粘度为15mPa.s时膨润土的加量，g/l；
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
（3）配浆 —— 配制原浆 原浆：仅由水 + 膨润土组成的一种初始钻井液。 基浆：原浆 + 处理剂
盐水钻井液、海水钻井液 硅酸盐钻井液 钾石灰钻井液
甲酸盐聚合物钻井液（环保型）
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
二、油基钻井液
抗盐、护胶：加入抗盐能力强的有机护胶剂。 如：CMC
拆 结 构：加入抗盐稀释剂。如：FCLS 换 土：换抗盐土。
如：海泡石、凹凸棒石。
第三章 钻井液
第五节 钻井液体系
水基分散型钻井液的优缺点
优点：
• 泥饼质量好 —— 薄、密、韧。 • 固相容量高 —— 最适合配制高密度钻井液。 • 抗温能力强＞200℃。
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
水基钻井液体系 钻井液体系 油基钻井液体系
气态钻井液体系
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
一、水基钻井液
水基钻井液
水基分散型钻井液 水基抑制性钻井液 水基聚合物钻井液
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
（1） 水基分散型钻井液的组成及特点 组成： 淡水 + 粘土 + 处理剂 特点：
纯碱 + 烧碱 （除钙）（提PH） • 对于大段石膏层 使用高碱比的混合液 • 预处理 预先配成钙处理钻井液，抑制石膏溶解。
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
B、水泥侵的处理
特点：PH 增加，失水增大，粘切先升后降。
处理：
• 加低碱比的护胶混合液
NaC : NaOH : NaT : Na2CO3 : H2O 5 : 1~2 : 1 : 2 : 50
• 清水钻水泥塞，钻完放掉。
第二章 钻井液
2）盐污染及其处理
污染规律
Vf
NaCL增加：
PH 降低、
Vf 增大 、先 升后
3%为分界线
• 3%前，Vf增 加小，升高
• 3%后，Vf 增 加多， 降低。
3
第五节 钻井液体系
失水 粘度 NaCL g/100ml
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
处理原则：抗盐、护胶、拆结构、换土。
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
•失水：Ca++增加， Vf 增大， •有效粘度、切力：先升后降 •pH: 石膏侵，下降；水泥侵，上升
Vf
失水
Ca++ mg/l
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
钙污染机理：
—— 电解质压缩双电层， 降低 ，水化膜变薄， 改变聚结稳定性。
-
d1
-
d2
-
d3
钙离子增加
• 粘土颗粒能高度分散。
• 粘土分散度改变 会导致性能改变。 • 性能容易受电解质污染，稳定性差。 • 维护、处理需要很多水量。
• 成本低。
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
（2） 选土与配浆 选土 要求：最少的土量得到最高的粘度。 实验观察：不同的土达到相同粘度时，用土量相差很大。
粘度 mPa.s
第五节 钻井液体系
配制定量、定密度钻井液所需土量
W土V浆土 土 (浆 水水)
式中： 浆 —— 钻井液密度，g/cm3; 土 —— 粘土密度，g/cm3; 水 —— 配浆水密度，g/cm3； V浆 —— 欲配钻井液体积。
配制定量、定密度钻井液所水量 V水 = V浆 - W土 / 土
第二章 钻井液
膨润土 钠 钙膨 膨润 润N C 土 土aa土 土 （ （） ）
第二章 钻井液
钙膨润土特点：
第五节 钻井液体系
Ca++价数高，与晶层吸引力强，水中不易分散； Ca++半径大，水化差，胶粒周围扩散双电层薄，造浆性差。
性能上表现为：
表观粘度小、造浆率低、静失水量大。
第二章 钻井液
钠膨润土特点：
第五节 钻井液体系
优质膨润土
普通粘土
劣质粘土
15 0
土量%
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
选择配浆土的指标 —— 造浆率。
造浆率：每吨干土配出表观粘度为15mPa.s的钻井液的体积 量。
单位：M3/T 测定计算方法： • 三个样品杯，加入350ml蒸馏水，再加入不同重量的土； • 搅拌20分钟 ， 陈化24小时 ，搅拌5分钟； • 测定600r/min读数，计算表观粘度； • 在半对数坐标上作图，找出15mPa.s时的膨润土加量； • 按照公式计算造浆率。
例题：
第五节 钻井液体系
用密度为2.4的粘土，欲配密度为1.25钻井液45m3， 计算需要多少吨粘土？多少m3水？ 解：
W土
V浆土(浆水) 土水
4
52.4(1.251.0) 2.41.0
1
9.2(t)
V水
4
519.2 2.4
3
7(m3)
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
现场配浆流程图
第二章 钻井液
Na+价数低、吸引力弱； Na+水化能力强，造浆性好。
表观粘度大、 造浆率高、 静失水量小。
第二章 钻井液
钙土改造为钠土：
第五节 钻井液体系
Ca土 + Na2CO3 Na土 + CaCO3 Ca土 + NaOH Na土 + Ca（OH）2
原理：利用离子交换吸附，钙钠置换。
纯碱加量：5％～8％
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
（4）水基分散型钻井液受污染及其处理 污染物定义:凡进入钻井液中使性能变坏的物质.
污染物类型
可溶性盐 （钙、钠盐、盐水） 钻屑 地层流体 (水、气体)
第二章 钻井液
第五节 钻井液体系
1）钙污染（钙侵）及其处理 钙来源：
• 石膏层：CaSO4 Ca++ +SO4-2 • 水泥塞：Ca(OH) Ca++ + 2OH -