钻井工程4钻井液

止状态下形成颗粒之间的内部结构，加外力进行
剪切时，要破坏结构后才能开始流动。例如，泥
浆中粘土颗粒的形状很不规则，表面性质也很不
均匀，因此颗粒之间容易彼此粘结，形成网状结
构。倘若颗粒的浓度足够大，网状结构能够在泥
浆中布满整个空间，那么要使这种泥浆发生流动，
就必须在一定程度上破坏这种连续结构。
2.动切应力（屈服值）(Yield Point) 当切应力继续增大，流变曲线出现直线段，延长
理想值： 0 / PV = 0.36～0.48。
（三）假塑性流型和膨胀流型的流变参数
1.流性指数n 表示流体在一定流速范围内的非牛顿性程度。 n＜1，假塑性流体，随剪切速率增加而变稀(剪切
稀释特性)； n＞1，膨胀型流体，随剪切速率增加而变稠。 n值影响钻井液的携岩效果和剪切稀释特性。
理想值：n=0.4～0.7。 2. 稠度系数k
3．静滤失 钻井液在停止循环时的滤失过程称为静滤失。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。
影响滤失量的因素： 滤失时间、压差、温度、固相含量及类型、滤饼 渗透率。
静
液
柱
泥
压
饼
力
静失水
动失水
（四）滤失量的控制
常用降滤失剂： Na-CMC（羧甲基纤维素钠盐） SMP（磺化酚醛树脂） NH4（Na、C a）HPAN（水解聚丙烯睛胺、钠、钙
(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
第二节 钻井液的组成和分类
一、钻井液的组成 (1)液 相：液相是钻井液的连续相，水或油。 (2)活性固相：人为加入的商业膨润土（般土）、有 机膨润土(油基钻井液用)和地层进入的造浆粘土。 (3)惰性固相：钻屑和加重材料。 (4)各种钻井液添加剂: 增粘、稀释、降失水、PH值、 防塌等。
第二节 钻井液的组成和分类
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
幂律流 体（膨 流 胀型） 速 梯 度
Βιβλιοθήκη Baidu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。
静切力产生原因
塑性流体其流变曲线为不通过原点O的一条直
线，它表示这种流体具有一定的颗粒浓度，在静
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)
1
μ AV
=
φ600 2
塑性粘度：
μPV = φ600 - φ300
流性指数：
n = 3.32 lg φ600 φ300
稠度系数：
0.511φ600 k = 1022n
(mPa.s) ( mPa.s)
(无因次）
(mPa.Sn）
这种钻井液在井内循环流动时的滤失过程称为动 滤失。
影响滤失量的因素： 地层、压差、固相类型和含量、粘度、流态。
为流体在 1s－1流速梯度下的粘度。k值越大，粘 度越大。
漏斗粘度计
ZNN型旋转粘度计
动力部分 双速同步电机、电源 变速部分 可变六速（转/分）
3 6 100 200 300 600
测量部分 扭力弹簧、刻度盘与内 外筒组成测量系统。
旋转粘度计实物与局部放大图
3. 粘度、流性指数及粘度系数
表观粘度：
盐） 降滤失剂作用机理： 1．护胶作用
一方面能吸附在粘土颗粒表面形成吸附层，以 阻止粘土颗粒絮凝变粗；
另一方面能把在钻井液循环搅拌作用下所拆散的 细颗粒吸附在分子链上，不再粘结成大颗粒，而形成 薄而韧的泥饼，称之为降滤失剂的护胶作用。
2．增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，降低滤失量 降滤失剂吸附于钻井液中的粘土颗粒上，使粘土
AV
/
dv dx
（
0）/
dv dx
0
/
dv dx
pv
结构
表观粘度：塑性粘度与结构粘度之和，它反映 两者的总的粘滞作用，是“总粘度”的意思。
5、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。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，泵压 高。
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。
该直线与切应力轴相交于τ0 ，称为动切应力或屈服 值。
它是钻井液处于层流状 态时钻井液中网状结构强度 的量度。
τ0 表示此流体运动时
结构的存在及其数值的大小。
4. 表观粘度（视粘度或有效粘度） Av
(Apparent Viscosity)
它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯 度的比值，即：
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。