钻井液性能与钻井的关系

对于纯水，[H+]=[OH-]=1.0×10-7，PH＝ 7，因为在任何水溶液中产生的[H+][OH-] 数都必须保持不变，若[H+]增加则[OH-] 相应减少。溶液中的[H+]>[OH-]时称之 为酸性，溶液中的[OH-]>[H+]时称之为 碱性。


⒉钻井液的PH值对钻井液有多方面的影 响，如粘土颗粒的亲水性和分散度，有 机和无机处理剂的溶解度和处理剂的效 果。井壁、泥岩和泥页岩、钻屑和水化 膨胀和分散，钻井液对钻具的腐蚀性等。 不论那种钻井液，几乎都有自己最适当 的PH值范围。但钻井液的PH值在使用 过程中由于种种侵污会发生变化，只要 能改变H+或OH-浓度的物质都能改变PH 值。

动滤失与静滤失的不同点，在于钻井液 沿着井壁流动时会冲掉滤失过程中形成 的滤饼，当形成速度大于冲掉速度时才 慢慢形成。当滤饼达到固定厚度时，滤 失率便慢慢减小，成为常数。这与静滤 失不同，在静滤失中滤饼随时间不断增 厚，滤失率便慢慢下降。在同样的一段 时间里，静滤失的滤饼比动滤失的滤饼 厚，而静滤失速率比动滤失的速率低。 因此，为了控制渗入地层的滤失量，必 须控制动滤失。如果要防止形成渗入地 层的滤失量，必须控制动滤失。如果要 防止形成厚滤饼，就应该控制静滤失。
Q2＝Q1√Vis1/ Vis2 式中：Q2－粘度为Vis2时的未知滤失量； Q1－粘度为Vis1时的已知滤失量。
（4） 滤饼的渗透性对滤失量的影响

一般控制滤失量的方法是控制滤饼的渗 透性。固相颗粒的大小、形状和压差下 的变形能力都是控制渗透性的重要因素。 小颗粒形成滤饼的渗透性比大颗粒形成 滤饼的渗透性低。因此小于1微米的小颗 粒作为滤失量的控制剂最好。薄而扁平 的颗粒比球形式不规则的颗粒更有效。 因为它可以形成致密的滤饼。如果颗粒 受压后能变形，滤饼就会变的致密，粘 土颗粒很小，形状扁而薄，也可以形成 压缩的滤饼使滤失量降低。
钻井液性能与钻井的关系
钻井液性能与钻井的关系

钻井液是在钻井过程中用来悬浮岩屑、清洗井底的一种 流体。大多数钻井液是由水、粘土、化学处理剂及一些 固体物质等组成，属溶胶悬浮体。搞好钻井液不仅可以 提高钻井效率减少井下事故，而且对于油田开发、以及 发现新油藏都有着密切的关系。因为钻井液是在钻井过 程中不停的运动或变化，其性能也在不停的演变。钻井 液各方面的性能不是孤立的，而是互相联系和互相影响 的，粘土是钻井液中常用的主要固相成分，在钻井液中 加入化学处理剂的主要目的是调节钻井液的理化性能， 保持钻井液各项性能的优良稳定，以适应钻井工艺的需 要。



钻井液的PH值表示钻井液中酸和碱的程度。 ⒈定义 表示水溶液中氢离子的浓度。 PH＝lg[H+] 式中：[H+]为氢离子的浓度，以摩尔/升为单位。 在室内温度条件下的离子产量不变， K 值为 1.0×10-14摩尔/升。因此，对水H2O⇌H+OHKw＝[H+][OH-]=1.0×10-14
二、 钻井液的粘度及切力

在钻井过程中钻井液的粘度与切力也是 一项非常重要的性能之一；所以钻井液 的粘度、切力的高低应根据井下情况具 体而定，通常在保证岩屑携带正常的前 提下，钻井液的粘度应尽量低。
⒈钻井液粘度的定义



钻井液在流动时，内部分子之间产生一种抵抗 流动的力，这个力称为内摩擦力，即用粘度表 示，单位：毫帕· 秒(mPa· s)。 ①表观粘度：钻井液在固定剪切速率下的粘 度，它是塑性粘度和屈服点的函数，对于牛顿 液体在数值上等于塑性粘度。 ②塑性粘度：钻井液在流动时，对其内部流 动阻力的测量称为塑性粘度，这种内部流动阻 力与钻井液中所含固相的类型、数量多少有关。
⒌粘度和切力的处理办法



① 提高粘度和切力的办法： 常用增加固相含量及固相分散度、加入增稠或降 滤失剂等办法。 ② 降低钻井液粘度、切力的办法： 常采用增加钻井液的自由水、减少固相含量、加 入稀释剂等办法。 ③通过离子交换、调节PH值、水化分散、絮凝 沉淀、溶胶等作用。调节钻井液的粘度和切力。 几乎所有的钻井液处理剂都能调节钻井液的粘度 和切力。 ④表面活性剂也能改善钻井液的流动性。
⒌控制滤失量的办法

通过离子交换、调节PH值、水分散、絮 凝、沉淀、络合、溶胶等都能控制钻井 液的滤失量。
四、滤饼的粘滞性


滤饼的粘滞性是指钻具、套管沿滤饼表 面移动时其摩擦力的大小。它也是主要 的钻井液性能之一。 ⒈滤饼的粘滞性太大对钻具、套管的粘 附力就大，容易产生粘附卡钻。给钻井 工程带来人力、物力上的损失。近年来 在我国各油田引起了重视，都做了大量 的工作，并且取得了明显的效果。
⒉钻井液的粘度与钻井的关系

在钻井过程中，若钻井液粘度太高，则会造成 流动性差、泵压高、排量低、钻速低。其次除 气困难，易泥包钻头，起下钻时易发生抽吸或 压力激动，以至引起喷、漏、塌、卡等复杂事 故，钻井时，钻井液的排量较小，若钻井液的 粘度太低，则携带岩屑困难。在易漏地层(区)， 粘度低了不利防漏，因此，钻井液的粘度的高 低要根据具体情况而定，在保证携带岩屑的前 提下，钻井液的粘度应尽量低。
三、 钻井液的滤失量与滤饼


⒈定义 在钻井液受到压差的作用下，通过可渗 透性地层，部分液体渗入地层的现象称 为滤失。失去液体的多少称为滤失量。 在滤失的同时井壁表面形成一层固体颗 粒的胶结物称为滤饼(泥饼)，它们都是 一个相对值。
⒉动滤失与静滤失


①动滤失：钻井液在钻进或循环 ( 动态 ) 过程中产生的滤失。 ②静滤失：钻井液在静止(停钻、起下钻) 时产生的滤失。
（5） 分散作用对滤饼的影响

适当地分散钻井液中的粘土颗粒对控制 滤失量也很重要。颗粒密集并有良好的 滤失性能，絮凝钻井液可以清楚的表明 为什么滤失量增大，因为液体很容易从 聚结体之间流过，所以滤失量增大，再 适当的分散就会使滤失量降低。加入化 学分散剂，除分散固相外，还可以形成 坚韧的滤饼，从而有利于降低滤失量。 在某些情况下，将水加入到钻井液体系 中滤失率可以降低，因为加水后产生较 好的分散性，从而降低滤失量。
⒋漏斗粘度

在测量漏斗粘度时由于漏斗中液体水平 面起变化，从漏斗出来的流速变化很大。 这就导致结果对非牛顿流体无定义，非 牛顿流体在给定管子尺寸下，在不同流 速条件下出现出不同视粘度。遗憾的是， 大多数钻井液都呈现为非牛顿液体状态。 因此，在漏斗粘度计测出的钻井液稠度 不标准时，在处理钻井液之前，做好小 型试验。




⒊钻井液密度的处理方法 ① 提高钻井液密度的常用办法： a. 利用惰性固体，如重晶石、石灰石等加 重剂； b. 利用可溶性盐类溶液，如NaCl、CaCl2等。 ② 降低钻井液密度的常用办法： a.机械除砂； b.利用气体； c.利用化学处理剂，如加入一定的絮凝剂，使 钻井液中的粘土颗粒聚沉，以降低其密度； d.清水稀释。

⒉防止滤饼粘滞性大的办法 在钻井液中加入减阻剂，防止粘附卡钻 和起溶胶作用的化学处理剂，能增加滤 饼强度和润滑性。
五、钻井液的含砂量

钻井过程中，对地层的破碎，是钻井液 循环把它带出来的，但有些小颗粒没有 分离出来，仍然悬浮在钻井液中，对钻 井速度影响很大。钻井液的含砂量是指 不能通过200目的分离筛，即直径大于 0.74毫米的固相颗粒所占钻井液的体积 百分数。
⒊钻井液的切力与钻井液的关系

切力是钻井液的胶结力，既是钻井液悬 浮固相颗粒的能力。在钻井过程中，钻 井液的切力应当适当，若钻井液的切力 太大流动阻力就大，泵压高，易蹩漏地 层，岩屑不易沉淀，影响净化，密度也 高；若钻井液的切力太小，则携带和悬 浮岩屑效果不好，停泵时易下沉，造成 积砂，通常在保证岩屑悬浮能力良好的 情况下，切力应尽量低。

当地层具有渗透性，既具有液体通过地层之 间的孔隙时，钻井液中的液体(通常是水)渗 入地层。如果缝隙大些，钻井液很快会流入 井壁缝隙。然后，当更少的液体漏失时，钻 井液中的固体在井壁上形成滤饼，此滤失量 才慢慢下降。滤饼有钻井液中的固体颗粒组 成，包括裸眼井段得到的天然固体和加入到 钻井液的各类固体。

⒊处理办法： 调节PH值不限于酸或碱，某些无机盐 亦可起相同的作用，如烧碱、纯碱、多 磷酸钠可提高PH值。氯化钠、氯化钙、 氯化铝等可降低PH值。


（2） 压差对滤失量的影响 压差是影响滤失量的另一个因素。如 果滤失介质恒定，滤失将随着压差的平 方根成正比变化。在有滤饼的情况下则 非如此。因为滤饼容易压缩，并且物质 将不断沉积到滤饼上，因此其孔隙度和 渗透性也会变化。

（3） 温度对滤失量的影响 钻井液的温度随着钻井深度的加深，温 度(一般为2.7～3℃/1000m)也随着上升， 使滤失量增大，如果其它因素不变，温 度会使液相的粘度降低，这也将滤失量 增加。所有其它因素不变时，滤失量将 随着液相粘度的平方根而变化，也就是 说滤失量Q1比滤失量Q2等于液相粘度 Vis2的平方根比液相粘度Vis1的平方根。
⒊控制滤失不当会产生的问题


①缩径造成阻卡； ②厚滤饼引起的泥页岩地层膨胀，产生 井塌。 ③由于滤失量太大易损害油气产层。
⒋影响滤失量的主要原因


（1） 时间对滤失量的影响 在井壁内随着时间的增长，滤失量会 慢慢的下降。时间与滤失量的关系，简 化或最简单的数学式为：
Q1＝Q2√T2/T1 式中：Q2－时间T2的未知滤失量； Q1－时间T1的已知滤失量
⒈钻井液的含砂量对钻井的关系

钻井液的含砂量不得超过1％。钻井液的 含砂量高易磨损钻具、造成沉砂卡钻、 密度升高、粘度升高、切力增大、滤饼 质量差、降低钻速等。

⒉处理办法 ①凡絮凝、溶胶、络合和胶凝作用的化 学处理剂均能在钻井液中起到沉砂作用。 ②机械除砂是最理想的办法。
六、酸碱值(PH值)
一、钻井液的密度


钻井液的密度在钻井过程中是一项很重 要的指标，因此，在钻井过程中应Biblioteka Baidu据 地层情况选择适当的钻井液密度。 ⒈钻井液密度的定义 钻井液的重量于同体积水的重量之比， 单位：g/cm3。

⒉钻井液的密度与钻井的关系 合理的钻井液密度可以平衡地层压力。通常在保 证井下正常的前提下，钻井液的密度应尽量低， 这样可有利于钻井液的稳定、提高机械钻速、保 护油气产层，若密度过高，则往往粘度也高、流 动性差，消耗循环设备功率大，影响钻速，并损 害油气产层。钻遇高压油气层时，钻井液密度应 根据其压力大小适当提高，否则，其液柱压力不 能和油气层压力保持平衡。油、气、水易侵入钻 井液，从而引起井喷、井塌、卡钻等复杂事故。 钻遇高压盐水层时，如无油气可采用高密度钻井 液，使其液柱压力将盐水层压死；钻遇一般油气 层时，钻井液密度应根据“压而不死、活而不喷” 的原则确定。钻遇低压油气层时，钻井液密度应 尽量低，尤其在探区钻井更应如此。所以说我们 对钻井液密度的要求是不能忽视的。