钻井液

1.泥页岩抑制剂（小阳离子）抑制岩屑分散的机理主要有以下几个方面：

一是小阳离子是阳离子型表面活性剂，靠静电作用可吸附在岩屑表面，另外与岩屑层间可交换阳离子发生离子交换作用也可进人岩屑晶层间。表面吸附的小阳离子的疏水基形成疏水层，阻止水分子进入岩屑粒子内部，层间吸附的小阳离子靠静电作用拉紧层片，抑制岩屑水化膨胀和分散。

二是小阳离子所带的正电荷可中和岩屑带的负电荷，削弱岩屑粒子间的静电排斥作用，从而降低岩屑的分散趋势。

用小阳离子作抑制剂比用KCl还有一些优越之处。其一是吸附了小阳离子的钻屑表面具有一定的疏水性，不易粘附在亲水性的钻头、钻铤和钻杆表面，具有明显的防泥包作用；其二是小阳离子具有一定的杀菌作用，可有效地防止某些处理剂如淀粉类的生物降解；其三是小阳离子不会明显影响钻井液的矿化度，具有不影响测井解释和减弱钻具在井下的电化学腐蚀等优点。

2.絮凝剂（大阳离子）的作用机理

大阳离子的主要作用是絮凝钻屑，清除无用固相，保持聚合物钻井液的低固相。

因为对岩屑的包被吸附作用和负电性降低作用。

大阳离子带有阳离子基团，靠静电作用吸附在钻屑上，吸附力较强，相对分子量较大，分子链足够长，桥联作用较好；

大阳离子可降低钻屑的负电性，减小粒子间的静电排斥作用，形成密实絮凝体，絮凝效果优于阴离子聚合物。

3.钻井液的功能：携带和悬浮岩屑；稳定井壁和平衡地层压力；冷却和润滑钻头，钻具；传递水动力。

4.膨润土在淡水钻井液中的作用有哪些？增加粘度和切力，提高井眼净化能力；形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；防止井漏。

5.不同的交换性阳离子引起水化程度不同的原因是：

粘土单元晶层间存在两种力：一是晶层间阳离子水化产生的膨胀力和带负电荷的晶层之间的斥力；另一种是粘土单元晶层-层间阳离子-粘土单元晶层之间的静电引力。如果粘土单元晶层-层间阳离子-粘土单元晶层之间的静电引力大于晶层间的斥力，粘土就只能发生晶格膨胀。如果晶层之间的产生的斥力大到足以破坏单元晶层-层间阳离子-粘土单元晶层之间的静电引力，黏土便发生渗透膨胀，形成扩散双电层，双电层斥力使单元晶层分离开。

6.试举例说明无机处理剂在钻井液中的作用机理A、离子交换吸附主要是粘土颗粒表面的Na+与Ca2+之间的交换。通过Na+浓度的增加，使之能够与钙蒙脱土颗粒表面的Ca2+发生交换，从而使粘土的水化和造浆性能提高，分散成更小的颗粒，表现为钻井液的粘度、切力升高，滤失量降低；B、调控钻井液的pH值向钻井液中加入Na2CO3，NaOH等，提高pH，提高黏土水化分散能力。C、沉淀作用如果有过多的Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，破坏钻井液的性能。此时，可先加入适量烧碱除去Mg2+，然后用适量纯碱除去Ca2+。D、络合作用在受到钙侵的钻井液中加入足量的六偏磷酸钠，则可通过络合反应除去Ca2+。E、与有机处理剂生成可溶性盐通过加入适量烧碱才使之转化为可溶性盐，如单宁酸钠和腐植酸钠，才能充分发挥其效能。这也是钻井液应始终保持碱性环境的一个重要原因。F、抑制溶解的作用在钻遇岩盐和石膏地层时，常使用盐水钻井液和石膏处理的钻井液；其目的是为了抑制和防止上述可溶性岩层的溶解，使井径保持规则。

7.聚合物钻井液的优点固相含量低，且亚微米粒子

所占比例也低；具有良好的流变性，主要变现为较强的

剪切稀释性和适宜的流型；机械钻速高；稳定井壁能力

强，井径比较规则；对油气层的损害小，有利于发现和

保护产层；可防止井漏的发生；钻井成本低

8.简述影响钻井液静滤失量的因素静滤失方程：滤失

量V f与渗滤时间t的平方根成正比，与渗滤压差△p的

平方根成正比；与滤液粘度μ的平方根成反比，与固体

含量因素（f sc／f sm-1）成正比，与泥饼的渗透率K的平

方根成正比。同时，随温度的升高，V f也逐渐增大。

9.举例说明钻井液页岩抑制剂的作用机理磺化沥青：由于磺化沥青含有磺酸基，水化作用很强，当吸附在页岩界面上时，可阻止页岩颗粒的水化分散起到防塌作用。同时，不溶于水的部分又能填充孔喉和裂缝起到封堵作用，并可覆盖在页岩界面，改善泥饼质量。但随着温度的升高，磺化沥青的封堵能力会有所下降。

10.举例说明钻井液降粘剂的作用机理。

单宁类降粘剂的作用机理是：单宁酸钠苯环上相邻的双酚羟基可通过配位键吸附在粘土颗粒断键边缘的Al 3+处。而剩余的一ONa和一COONa均为水化基团，它们又能给粘土颗粒带来较多的负电荷和水化层，使粘土颗粒端面处的双电层斥力和水化膜厚度增加，从而拆散和削弱了粘土颗粒间通过端-面和端-端连接而形成的网架结构，使粘度和切力下降。因此，单宁类降黏剂主要是通过拆散结构而起降黏作用的。

11.举例说明不分散低固相钻井液体系中，絮凝剂的作用机理是什么？

带负电的选择性絮凝剂易吸附在负电性较弱的钻屑和劣质土颗粒上，通过桥联作用将颗粒絮凝成团块而易于清除；对负电性较强的蒙脱土吸附较少，且蒙脱土颗粒间的静电排斥作用较大而不能形成密实团块，桥联作用形成的空间网架结构还能提高蒙脱土的稳定性。

12.钻井液的受侵及其处理

13.剪切稀释性的要求在高剪切速率γ下，有效的破岩；在

低剪切速率下，有效的携带岩屑；根据现场经验和平板型

层流流核直径的有关计算，一般将动塑比控制在

0.36-0.48(Pa/mPa.s).

14.对抗高温钻井液处理剂的一般要求高温稳定性好，在

高温条件下不易降解；对粘土颗粒有较强的吸附能力，受

温度影响小；有较强的水化基团，使处理剂在高温下有良

好的亲水特性；能有效地抑制粘土的高温分散作用；在有

效加量范围内，抗高温降滤失剂不得使钻井液严重增稠；

在pH值较低时（7～10）也能充分发挥其效力，有利于控

制高温分散，防止高温胶凝和高温固化现象的发生。

15.不分散低固相聚合物钻井液的性能指标固相含量应维持在4％或更小，这是核心指标，是提高钻速的关键；钻屑与膨润土的比例不超过2:1；动切力（Pa）与塑性粘度（mPa·s）之比控制在0．48左右；非加重钻井液的动切力应维持在1．5-3Pa；滤失量控制应视具体情况而定；优化流变参数；在整个钻井过程中应尽量不用分散剂。

16.分散钻井液体系影响聚结稳定性的因素①电解质浓度的影响、②反离子价数的影响、③反离子大小的影响、

④同号离子的影响、⑤相互聚沉影响

17.塑性粘度的影响因素钻井液中的固相含量；钻井液中的黏土的分散程度；高分子聚合物处理剂

18.钻井液动切力的影响因素黏土矿物的类型及浓度；电解质；降粘剂

19.调整塑性粘度和动切力的一般方法

20.聚合物处理剂的作用机理是什么？桥联与包被作用；

絮凝作用；增粘作用；降滤失作用；抑制与防塌作用；

降粘作用

21.分析黏土矿物的结构与性质高岭石：1:1型黏土矿物；

晶层与晶层之间容易形成氢键，因而晶层之间连接紧密；

几乎无晶格取代现象；为非膨胀型的黏土矿物；水化性

能差，造浆性能不好蒙脱石：2:1型黏土矿物；晶格取代

多在八面体中，负电量大，CEC大；晶层间引力以分子

间力为主，引力弱，晶层间距较大，水分子易进入晶层

间，引起晶格膨胀，水化阳离子进入晶层间，使层间距

增加，是膨胀型黏土矿物；晶层的所有表面（内外表面）

均可进行水化及阳离子交换，吸水性强，造浆率高伊利

石：2:1型黏土矿物晶格取代多发生在四面体中，且取代数目比蒙脱石多，晶胞平均负电荷高于蒙脱石，产生负电荷主要由K+来平衡，CEC大，介于高岭石与蒙脱石之间；晶层间引力以静电引力为主，比氢键强，晶层间距较小，是非膨胀型黏土矿物；水化作用仅限于外表面