钻井液体系介绍
油基钻井液体系介绍
8
油基钻井液基础
油包水钻井液的组成 以水为分散相（内相），油为连续相 （外相），并添加乳化剂、亲油性胶体及
其它处理剂和加重材料所形成的稳定的乳
状液，常用符号W/O表示。
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油基钻井液基础
（1）油相
又称基油或基液，目前普遍使用的基油为白油 要求： 闪点及燃点分别在82℃及93℃以上； 白油苯胺点在60℃以上； 粘度不易过高，便于对流变性进行调控；
泥浆塘沽基地系列培训教材 油基钻井液体系介绍
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1
目
油基钻井液基础
录
PDF-MOMSM钻井液体系
HTHP-MOMSM钻井液体系
PDF-SBMSM钻井液体系
PDF-SBMⅡSM钻井液体系
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油基钻井液基础
Oil Base Mud Basic Class
油包水钻井液的性能参数
电稳定性（ES）
ES高低代表油基钻井液的乳化稳定性状况
加重钻井液要求ES>400伏
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油基钻井液基础
油包水钻井液的性能参数
滤失量（FL）
不但可检查油相损失程度 还可判断乳状液乳化的好坏
滤液中不能含水
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提高了油基钻井液的动携静悬能力
泥浆中心产品：
提切剂：PF-MOHSV
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油基钻井液基础
加重材料
常用的有铁矿粉、重晶石和石灰石等
油气井钻井液体系分析及研究
油气井钻井液体系分析及研究随着油气资源的不断开发，钻井液的研究也越来越重要。
油气井钻井液体系是由多种化学物质组成的，可以根据其组成分为水基、油基和气基钻井液体系。
本文将从钻井液的物理化学特性、分类、应用和研究进展等方面进行探讨。
一、钻井液物理化学特性1.密度：钻井液的密度需要适当地调整，以保证井底压力正常，控制钻杆运动和油管回流，防止井口喷出。
2.黏度：黏度也是决定钻井液性能的一个重要指标。
黏度低的钻井液能够降低井筒阻力并提高洗井质量。
3.PH值：PH值通常在8-10之间，这是为了避免钻井液对地层的腐蚀和侵蚀。
4.泡沫度：泡沫度是油气钻井液的重要指标之一。
合适的泡沫度可保持井壁的稳定性，防止井壁崩塌，同时也有助于控制井底压力。
二、钻井液的分类1.水基钻井液：水基钻井液是目前使用最为广泛的钻井液，其主要成分为水、泥、聚合物材料以及一些添加剂。
水基钻井液相对来说价格比较实惠，但缺点是不适合一些高硫、高岩性、高温高压、高盐度的井。
2.油基钻井液：油基钻井液投资和使用成本相对较高，但优点是能够满足复杂地质情况下的钻井作业需求。
油基钻井液具有较强的化学稳定性和热稳定性，同时也具有低毒性，不会对环境造成污染。
3.气基钻井液：气基钻井液具有低黏度、高效率、对环境污染小等特点，但是价格较高，使用范围也较为有限。
三、钻井液的应用1.减阻除杂：钻井液通过旋转钻铤和注入钻井液来清除井底杂质，降低井壁阻力。
2.支壁孔、保持井壁稳定：在井口附近形成适当的孔道来保持井壁的稳定性。
3.导吸捞渣：在钻井时每过一定时间就要进行清理井底杂质，导吸捞渣就是用钻井液将杂质吸入到井底，然后抽出到地面。
四、钻井液研究进展近年来，国内外学者在钻井液领域开展了很多研究，其中不乏一些有意义的成果和突破。
例如，防漏减阻水基钻井液研制成为目前水基钻井液领域的热点问题之一，该钻井液能够同时满足沉积岩和结晶岩的掏污需求。
此外，在油基钻井液领域，一些合成油基钻井液已被广泛应用，该类钻井液能够承受高温高压环境的作业需求。
钻井液体系简介
小。
钻第井三液节工§艺粘7-3原土盐理的水电水钻子化井教膨液胀案作用第二章
一、盐水钻井液的定义和分类
凡NaCl含量超过1％的钻井液统称为盐水钻井液。一般将其分为以下
三种类型：
(1)一般盐水钻井液 其含盐量自1％直至饱和之前均属此类。
钻第井三液节工§艺粘7-3原土盐理的水电水钻子化井教膨液胀案作用第二章
优点： （1）由于矿化度高，因此这种体系具有较强的抑制性，能有效地抑制泥
页岩水化，保证井壁稳定； （2）不仅抗盐侵的力很强，而且能够有效地抗钙侵和抗高温，适于钻
含岩盐地层或含盐膏地层，以及在深井和超深井中使用； （3）由于其滤液性质与地层原生水比较接近，故对油气层的损害较轻； （4）由于钻出的岩屑不易在盐水中水化分散，在地面容易被清除，因而
§7-1 分散钻井液
2、分散剂和钻井液
用于分散型钻井液的降粘剂（分散剂）种类较多，主要降粘剂有丹 宁碱液、铁铬木质素磺酸盐、褐煤及其改性产品；主要降滤失剂有：钠羧 甲基纤维素CMC、聚阴离子纤维素、磺化褐煤或磺化酚醛树脂；烧碱调 节pH值；重晶石做加重剂。
国内深井、超深井使用的抗高温钻井液-三磺钻井液配方：磺化丹宁 或磺化栲胶、磺化褐煤、磺化酚醛树脂。重铬酸钾和Span-80提高抗温性。
另一方面，Ca2+本身是一种无机絮凝剂，会压缩粘土颗粒表面的扩散 双电层，使水化膜变薄，电动电位下降，从而引起粘土晶片面—面和端— 面聚结，造成粘土颗粒分散度下降。
钻第井三液节§工7艺-粘2原土钙理的处电水理化子钻膨教井胀案作液用 第二章
使钻井液处于适度絮凝的粗分散状态有两条途径：一是在分散钻井液 中同时加入适量的钙盐(或石灰)和分散剂；二是在受钙侵后处于絮凝状态 的钻并液中及时加入分散剂。在适度絮凝的粗分散状态中，其絮凝和分散 程度也有所区别，加人分散剂可使颗粒变细，絮凝程度降低；反之加钙盐 则使颗粒变粗，絮凝程度提高。
必看！钻井液三大体系和配方
必看！钻井液三大体系和配方一. 不分散聚合物体系不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。
常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。
1.不分散聚合物体系特点（1）具有很强的抑制性。
通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。
（2）具有较强的悬砂、携砂功能。
通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。
（3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。
（4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。
（5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井（6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。
2.配方3.技术关键1.加大包被剂用量（17-1/2” 井眼平均约3.5千克/米，12-1/4”井眼约3.0千克/米），并采用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被，抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。
2.控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳范围为30~45克/升）。
般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。
3.使用磺化沥青（2%）和超细碳酸钙（2%）改善和提供聚合物钻井液的泥饼质量。
4.使用足量的润滑剂RH-3(0.5%~0.8%)及防泥包剂RH-4（0.3%~0.5%），降低磨阻，防止钻头泥包。
5.使用适量的HPAN、双聚铵盐等中小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大/小分子聚合物的最佳比例2.5~3:1）,降低滤失，有利于形成优质泥饼。
钻井液种类简介
钻井液种类简介
1、聚合物无固相钻井液体系
特点是不含土相，固含低、机械钻速快，用于提高上部地层机械钻速。
处理剂以选择性絮凝处理机为主，常用PHP（0.05～0.15%）和K-PAM(0.05～0.3%)。
小于30度和无固相钻井液已不能适应的井段。
调整原则
随地层破碎程度增加，胶结性变差或裂缝发育，应在保持矿化度的前提下（防起泡）提高沥青类处理剂含量作封堵只用。
易塌区块辅以0.5～1.0%聚合醇或无渗透
抑制剂，加强体系的防塌抑制性。
3、聚磺钻井液体系
聚磺钻井液体系具有如下特点：1.利用KPAM、KPHP、PAC等高分子聚合物作为包被抑制剂，既能提高钻井液体系粘度，同时提供体系K+增强钻井液的抑制性。
2.
5、应充分水化配制钻井液用膨润土。
6、配制钻井液用处理剂应配成胶液缓慢加入，避免直接加入固体或粉末状处理
剂。
7、应控制好钻井液处理剂的加入比例、顺序和方法。
现场维护
1、充分发挥固控设备清除钻屑的效率。
2、需补充处理剂，应缓慢、均匀加入钻井液处理剂胶液，尽量避免直接加入处
理剂固体或干粉。
6。
常见的钻井液体系-王宝田
• （2）石膏钻井液
• （3）氯化钙钻井液
• （4）盐水钻井液
1、石灰钻井液
•
用石灰作钙的来源时，称石灰钻井液。钻井液的pH值
应控制在 11 ． 5 以上，使 Ca2+ 含量保持在 120 ～ 200mg
／L，石灰过量时为3000～6000mg／L。
•
石灰钻井液，有高碱性石灰钻井液与低碱性石灰钻井 液之分，低碱性石灰钻井液是从高碱性石灰钻井液发 展来的，高碱性石灰钻井液在高温下有固化的缺点， 一般只能用到 4000 米以内的井，而低碱性、低石灰钻 井液， pH 值应控制在 11 ． 5 以内，用抗高温的处理剂
4．钠羧甲基纤维素的作用
钠竣甲基纤维素代号 Na-CMC，它是链状水溶性高分子化合物，
1945年Na-CMC开始引进用于钻井液。 Na-CMC水溶液性质如下： （1）pH对溶解度的影响较大 （2）热稳定性较差
（3）Na-CMC有一定的抗盐、抗钙能力
Na-CMC降滤失量机理：
Na-CMC降滤失量作用主要有三条。改善泥饼性质；增 加分散介质粘度；减少自由水。Na-CMC在钻井液中电 离生成多价负离子，它有多种官能团，-COONa、-OH
有用量少、絮凝能力强的特点。现在比较为人们所接受的是 “架桥理论”或“桥联理论”，即长链的高聚物，同时吸附在 几个粘上颗粒上，在它们之间架起桥来，然后通过大分子的卷 曲使这些颗粒产生絮凝和聚集。根据这样一个设想，高聚物产 生絮凝作用，必须具备以下几个条件：
高聚物产生絮凝作用，必须具备以下几个条件
可与粘上边缘断键处铝离子相吸，-OH和土粒氧形成氢
键，使CMC能吸附在粘土颗粒形成水化层，同时增大土 粒的了电势，细粘土粒亦可与大分子吸附粘结，参与网
油基钻井液体系介绍
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PDF-MOM油基泥浆现场作业
顶替隔离液
准备8方稠塞作为隔离液； 用海水钻穿水泥塞后，先替入4方隔离液＋海水20方＋4方隔 离液，紧跟油基泥浆，在顶替过程中高速不停泵； 待第一个稠塞返出可直接排放，同时可以携带出大部分水泥 塞钻屑，减少跑浆现象； 第二个稠塞返出时进计量罐进行回收；
碱度调节剂：PF-MOALK
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油基钻井液基础
（6）亲油性胶体
习惯上将有机土、氧化沥青以及亲油性褐煤等分 散在油包水钻井液中的固相处理剂统称为亲油胶 体。
主要作用就是增稠和降滤失，其中使用最普遍的 是有机土和氧化沥青。
泥浆中心产品： 有机土：PF-MOGEL
温度、压力对油基钻井液流变性影响
温度升高，粘度下降；压力上升，粘度上升 温度越高，压力对流变性影响程度越小 压力引起的流变性增幅大于温度引起的降幅，故在实
际钻井中，同一油包水钻井液在井底的流变性都比地 面高，若为加重钻井液，还会高得更多
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PDF-MOM 钻井液体系
PDF-MOM Oil Base Drilling Fluid
SM
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PDF-MOM油基泥浆的组成
主要是针对渤海油田使用的，其配方由下列具有良好抗温稳定性的配
套处理剂组成： 油相 PF-MO
水相
乳化剂 降失水剂
CaCl2水溶液
PF-MOEMUL、PF-MOCOAT PF-MOTEX
25－35 kg/m3 5－15 kg/m3 5－15 kg/m3 30－50 kg/m3
钻井液体系与材料简介
目录
钻井液概论 钻井液分类 钻井液技术的发展 我国钻井液技术发展概况 国内外钻井液技术对比分析
2
钻井液概论
3
钻井液体系介绍
PEMTM钻井液体系 PECTM钻井液体系 PRDTM储层钻进液 小阳离子钻井液体系 油基钻井液体系 其他钻井液体系简介
4
PEM钻井液体系 钻井液体系
国内领先近10年的环境可接受的水基防塌钻 国内领先近 10 年的 环境可接受的水基防塌钻 10年的 井液体系（ 简称PEM 泥浆体系， PEM泥浆体系 井液体系 （ 简称 PEM 泥浆体系 ， Protecting Mud） Environment Mud） - 满足钻井作业要求 - 满足环境保护的要求 - 满足保护油气层的要求 - 节约钻井整体成本 - 提高泥浆服务质量
9
PEC 钻井液体系
Polymer Enhance Cation Drilling Fluid
TM
10
PEC钻井液体系
主剂PF-JMH-YJ（有机正电胶材料）： 主剂PF-JMH-YJ（有机正电胶材料）： PF PF-JMH-YJ是由阳离子单体合成的，由于机理是需要有强的正电荷，因此 是由阳离子单体合成的，由于机理是需要有强的正电荷， 是由阳离子单体合成的 和小阳离子不同，在阳离子单体的选择上选择了强正电荷的阳离子单体， 和小阳离子不同，在阳离子单体的选择上选择了强正电荷的阳离子单体，而 且在合成工艺上减少了因自聚以及可能造成阳离子电荷下降的因素， 且在合成工艺上减少了因自聚以及可能造成阳离子电荷下降的因素，另外还 在控制分子量上使其分子量降低，从而保证该产品具有高的正电荷， 在控制分子量上使其分子量降低，从而保证该产品具有高的正电荷，其机理 主要是由于粘土表面都带负电荷的，地层粘土矿物高，也会带负电荷， 主要是由于粘土表面都带负电荷的，地层粘土矿物高，也会带负电荷，水进 入后势必会造成水化膨胀，而采用正电荷进入后， 入后势必会造成水化膨胀，而采用正电荷进入后，通过电荷中和使其压缩双 电层，因而减少粘土水化膨胀的可能性，以达到抑制的效果。 电层，因而减少粘土水化膨胀的可能性，以达到抑制的效果。 主剂PF JHA(聚醇醚材料 PF聚醇醚材料）： 主剂PF-JHA(聚醇醚材料）： 醇醚润滑剂是由天然物质（聚乙烯醚的衍生物）经精练提纯后， 醇醚润滑剂是由天然物质（聚乙烯醚的衍生物）经精练提纯后，在一定的 温度和压力下，进行相关的化学处理，使其具有活泼的反应性基团， 温度和压力下，进行相关的化学处理，使其具有活泼的反应性基团，再与低 分子烷氧基化合物缩合而成，由于其固有的结构特征， 分子烷氧基化合物缩合而成，由于其固有的结构特征，使醇醚润滑剂具有与 其他润滑剂比较更为突出的特点。该材料同样具有“浊点”行为。 其他润滑剂比较更为突出的特点。该材料同样具有“浊点”行为。
油基钻井液体系介绍
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油基钻井液基础
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水滴大小及其分布
80/20乳状液 的放大图
80/20乳化不良
➢分散液滴越小，体系分布均匀，稳定性好 ➢分散相增多，可变形粒子增多
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泥浆塘沽基地系列培训教材 油基钻井液体系介绍
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目录
油基钻井液基础 PDF-MOMSM钻井液体系 HTHP-MOMSM钻井液体系 PDF-SBMSM钻井液体系 PDF-SBMⅡSM钻井液体系
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油基钻井液基础
Oil Base Mud Basic Class
➢闪点及燃点分别在82℃及93℃以上； ➢白油苯胺点在60℃以上； ➢粘度不易过高，便于对流变性进行调控；
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油基钻井液基础
（2）水相
淡水、海水或盐水均可作为水相
➢ 有效控制水相活度，消除泥、页岩水化膨胀，保证井壁稳定 ➢ 有的盐类可降低水相的表面张力，对乳状液起稳定作用 ➢ 增加抗地下水或盐类的污染能力 ➢ 可提高乳状液密度
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油基钻井液基础
（3）乳化剂
乳化剂是乳状液能否稳定的成具有一定强度的吸附膜，阻止液滴碰撞时发生聚
并而使乳状液稳定
➢ 降低油水界面张力，使得体系稳定 ➢ 增加外相粘度，增加液滴发生碰撞阻力
泥浆中心产品： 主乳化剂：PF-MOEUAL
钻井液的组成和分类
钻井液的组成和分类钻井液的组成钻井液是由分散介质（连续相）、分散相和化学处理剂组成的分散体。
例如，以水为连续相的水基钻井液是由水（淡水或盐水）膨润土、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系。
以油为连续相的油包水钻井液是由油（柴油或矿物油）、水滴（淡水或盐水）、乳化剂、润湿剂、亲油固体等处理剂所形成的乳状液分散体系。
分散体系的分类分散体系是指一种或多种物质分散在另一种物质中所形成的体系。
被分散的物质称为分散相（不连续相）另一种物质称为分散介质连续相）。
热力学上把体系中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相。
相与相之间有明显的相界面。
例如，膨润土颗粒分散在水中，膨润土颗粒为分散相，水为分散介质，黏土颗粒和水之间有明显的分界面；水滴分散在油中,水是分散相,油是分散介质,水滴和油之间有明显的分界面。
分散体系按分散相颗粒的大小分为以下几类：1.分子分散体系。
分子分散体系是指溶质以小分子、原子或离子状态分散在溶剂中形成的体系，没有界面，是均匀的单相，其粒子直径在Inrn以下。
通常把这种体系称为真溶液。
2.胶体分散体系。
胶体分散体系是指分散相颗粒的直径小于IOOnm的分散体系。
其目测是均匀的，但实际是相不均匀体系（也有将分散相颗粒的直径为I-IOOOnm的颗粒归入胶体范畴），如AgI溶胶等。
3.粗分散体系。
粗分散体系是指当分散相颗粒的直径大于100nm时，目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如浑浊的河水等。
钻井液中的分散相颗粒一般介于胶体分散体系与粗分散体系之间，其稳定性规律可以通过研究胶体体系稳定性规律来获得。
钻井液的分类钻井液按密度可分为非加重钻井液和加重钻井液;按其与黏土水化作用可分为非抑制性钻井液和抑制性钻井液力安其固相含量来分）各固相含量较低的称为低固相钻井液，基本不含固相的称为无固相钻井液；根据分散（流体）介质不同，分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体和合成基钻井液4种类型。
钻井液体系
1. 抑制性钻井液的基本特点
2. 石灰钻井液性能指标及维护原理
3. 盐水钻井液性能指标及维护原理（自学）
38
抑制性钻井液
组成： 水 + 粘土 + 无机盐 +处理剂
水 + 粘土 + 聚合物
实质（特点）：利用粘土粒子的适度分散，保持 钻井液性能稳定。 核心：保持固相具有适当的分散度。 方法：利用无机盐压缩双电层作用使粘土粒子絮 凝，再利用稀释剂的解絮凝作用去抵消一 部分絮凝，直到分散度合适 —— 性能符 合要求。
此时，粘度合适，钻屑对粘度影响最小。
44
滤液含钙量的保证 滤液碱度 Pf 意义：滤液中OH- 浓度的量度。
作用：控制石灰溶解度： Pf↗→Ca++↘
一般： Pf = 1 - 10 ml 方法：用NaOH控制。
45
泥浆碱度 Pm 意义：钻井液中溶解和未溶解的氢氧化物多少的 量度。
规律：Ca(OH)2 ↗→ Pm ↗
300 1.35 1.15） （ 3 V水 400(米 ） 1.15 1.00
答：需加清水400米3。
35
水基分散型钻井液的优缺点
本质：尽量提高粘土粒子的分散度来保持钻井液性能
的稳定。
方法： 分散介质 —— 淡水 （PH >10）
处理剂 —— 分散剂 （稀释、护胶剂）
优点：
23
水泥侵的处理 特点：PH ↗
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。
24
钻井液体系总汇分类
钻井液的种类（1）稳定泡沫钻井液技术稳定泡沫钻井液是一种低密度钻井液体系，是在钻井液中加入表面活性剂，降低气、液、固三相表面张力，使空气均匀、稳定地存在于体系中，从而降低钻井液密度。
其特点是能够产生低于水的表观密度，在低压地层中产生微泡膨胀桥堵孔隙，保护油气层，提高勘探开发的综合效益。
通过对稳定泡沫钻井液系统研究，开发出适合大港油田低压油气藏特点的稳定泡沫钻井液体系。
我公司进行了稳定泡沫钻井液技术研究，形成了研究成果。
在现场应用中实现钻井液密度可调、泡沫稳定时间较长、抗污染能力强等优点。
在官新10-16井进行了现场试验，现场钻井液密度达到0.7g/cm3,收到了预期的效果。
2003年我公司在长庆油田气探井的服务中成功应用该钻井液技术，解决了低压气藏储层保护的难题。
（2）无固相欠平衡钻井液技术无固相欠平衡钻井液主要是为了解决低压、低渗油气藏而研究的钻井液体系，控制合理的钻井液密度实现欠平衡条件，减少钻井液滤液对储层的损害是该技术的核心，它适用于灰岩地层、稳定的砂泥岩地层。
1999年完成了第一口井深为5191.96m板深7井，所用的钻井液体系为具有防H2S损害、CO2腐蚀及防水锁损害的无土相钻井液，体系的特点主要表现在：体系采用无土相有利于保护油气层；体系的抑制性较强；体系具有防腐能力；体系便于维护；有利于清洗井眼，由于采用欠平衡有利于提高机械钻速；成本低。
到2002年使用该钻井液体系，相继完成了板深8、板深4、千18－18、西G2等16口井的现场应用，使用最高密度为1.42g/cm3，最低密度为0.84g/cm3。
该体系在现场应用中取得了明显的效果，尤其在保护油气层方面成果显著，该体系在大港油田首次欠平衡探井施工作业中一举成功，在所实施井中平均恢复值达到88%，实施井均获得良好的油气显示，为发现和保护油气层展现了光明的前景，尤其板深7井最为突出，经过5～11mm油嘴多次测试，平均产气量为1×105m3/d，其中轻质油31.75 m3/d，完钻后测试表皮系数为-1.35，投产后井口压力和油气产量相对稳定。
钻井液的化学基础
1．粘土矿物晶格内部离子置换 ． 前述已提到，蒙脱石粘土矿物内部离子置换量大， 产生负电荷多，能吸附较多的外部阳离子。而高岭石粘 土矿物，一般不存在内部离子置换作用。伊利石粘土矿 物也有少量内部离子置换作用。 2．粘土矿物晶格表面氢氧层中氢的电离 ． 由于氢的电离使粘土带负电，引起阳离子交换，这 只能在碱性条件下产生。酸性条件下，则产生氢氧的电 离，使粘土带正电，变为吸附外界的阴离子。 这是高岭 石粘土矿物产生负电荷的主要原因，但这一原因所产生 的交换量是不大的。 3．断键作用 ． 断键(有的叫破键)作用是指粘土晶格周围存在断裂面， 电荷不饱和所产生的吸附外界阳离子的作用(也可吸附阴 离子)。 由于断键作用产生的负电荷也是不大的。当粘 土矿物晶格破坏严重及分散度增加时，这一作用所引起 的交换量也增加。如蒙脱石矿物就约有20％的阳离子交 换量是由于断键作用引起的。断键作用也是高岭石、伊 利石和海泡石族矿物产生离子交换的重要原因。
图2 渗透水化膨胀与双电层斥力
(二)粘土的水化性能 粘土的水化性能或水化作用是指粘土颗粒吸附水分子 的状态和能力。 如前所述，粘土颗粒表面可以直接吸附极性水分子一 吸附水。更主要的是，粘土颗粒表面的水化作用，还可 通过吸附阳离子的水化来实现，使粘土颗粒表面形成水 化膜。 各种阳离子的水化能力是不相同的，如表3—2所 示。
2．离子交换次序及其影响因素 粘土中阳离子交换次序如下： H+＞Fe3+＞A13+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+ 影响因素有下列方面： (1)离子电价的影响 电价高的离子，其电荷密度大，引力强，因 此一般是高价离子取代低价离了，高价离子的交换能力比低 价离子强。如Ca2+比Na+更易被粘土所吸附。 (2)离子半径或原子序数的影响 价数相同的离子，离子半径或周 期表中原子序数大的，其交换能力要比小的强。如同样是一 价的钾、钠离子，钾的离子半径为1.33A，原子序数为19，而 钠离子半径为0.98A，原子序数为11，因此钾的交换能力比钠 强。 (3)离子水化能力的影响 同价离子，离子半径大的水化能力要弱 些。水膜薄些，更易被吸附，即水化能力小的离子易被吸附 (参考前表3—2)，交换能力大些。 上述次序中，氢离子是个例外，它虽属一价阳离子，而 其交换能力比三价离子还强。这主要是由于H+的体积特别小， 水化能力又差，易被粘土吸附。但这种吸附是不稳定的，并 且只有在酸性条件下才存在。
钻井液基本解析
此外，结合国际钻井液分类方法，我国还将钻井液分为以下8个类别
1、聚合物钻井液体系：以聚合物作为主处理剂的水基钻井液。 2、钾基钻井液体系：钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、 钙）盐和KCI为主处理剂的防塌钻井液。 3、饱和盐水钻井液体系：常温下氯化钠含量达到饱和的水基钻井液。它 可以用饱和盐水配成，亦可先配成钻井液再加盐至饱和。 4、分散钻井液体系：加有分散剂的水基钻井液。如以磺化栲胶、磺化褐 煤和磺化酚醛树脂作为主处理剂的三磺钻井液具有较强的抗温能力，适于 在深井和超深井中使用。 5、钙处理钻井液体系：经石灰、石膏或氯化钙等处理剂处理的水基钻井 液。该钻井液的组成特点是体系中同时含有一定浓度（质量浓度）的 Ca2+和分散剂。
7、帮助收集与解释从钻屑、岩芯与测井所得到的信息。
但是，钻井实践表明，作为一种优质的钻井液，仅做到以上几点是不够的。 为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须 具有： 1、钻井液对人和环境无损害。 2、对所钻井眼，不需要特别和昂贵的完井方法。
3、不能干扰生产井的正常生产。
4、不能腐蚀钻井设备。 一般情况下，钻井液成本只占钻井总成本的7％～10％，然而先进的钻井 液技术往往可以成倍地节约钻时，从而大幅度地降低钻井成本，带来十分
3、稳定泡沫
注：钻井液中的固相分为两种类型，即活性固相（ActiveSolids）和惰性固相（Ineri Solids）。凡是容易 发生水化作用或易与液相中某些组分发生反应的称为活性固相，反之则称为惰性固相。前者主要指膨润 土，后者包括石英、长石、重晶石以及造浆率极低的粘土等。除重晶石外，其余的惰性固相均被认为是 有害固相，是需要尽可能加以清除的物质。
加重剂
SDMC 重晶石 英文：Barite powder SL—BAR 加重剂 产品描述：重晶石是一种以BaSO4为主要成分的天然矿石，经过机械加工 而成的灰白色粉末产品。主要用于提高密度不超过2.30g/cm3的水基钻井 液和油基钻井液的密度。 SL—BAR技术要求 性能 指标 密度，g/cm3 ≥4.20 水溶性碱金属（以钙计），mg/kg ≤250 大于75μm的筛余物质量分数，%（m/m） ≤3.0
第二章钻井液体系
；I 丿fi 内容第二章钻井液体系目前，国内常用的钻井液体系分为水基、汕基和含气钻井液三大系列。
水基钻 井液因使用方便、配制简单、价格低廉、对环境污染较小而应用广泛：汕基钻井液由 于其良好的抗泥页岩水化膨胀缩径性能而主要应用于泥页岩水化缩径严重的区块和 对油气层保护要求较高的井：含气钻井液主要用于钻易漏的低压底层。
上世纪90年代又成功发展出合成基钻井液、超低渗透钻井液和不渗透钻井液并 在大量井现场应用中取得良好的效果。
合成基钻井液对环境污染更小，并具有部分汕 基钻井液的特性，能很好的保持井壁稳左：超低渗透钻井液和不渗透钻井液在防止地 层损害和提高油气井产量上有较突出的效果而得到较广泛的应用：^$种钻井液体系是人们在钻井液技术发展过程中不断实践创造和完善的，不要死 记硬背，生搬硬套，而应该对其熟练掌握、灵活应用，并在解决所遇到的各种钻井液 问题中不断总结，积累并不断的加以完善。
一. 膨润土浆(坂土浆)1、 膨润土浆是常用的水基钻井液的基础结构，用于代替淸水开钻，形成泥饼以加固 上部地层井壁防止冲坏基础和防止井漏：也用于储备钻井液，在钻井过程中徉种事故 复杂处理后钻井液量不足时用于做配制钻井液的基浆。
2、 常规膨润土浆配方：(1) 钠膨润土：水+0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3纯碱+ 6-10%钠膨润土(2) 钙膨润土：水+03-0.5%烧碱+ 8-12%钙膨润土+纯碱(钙膨润上的6%) 配置好水化24小时以后可加入0.1-03%的CMC-iN 护胶降失水。
土是膨润土浆的基础结构，烧碱用于除去水中镁离子和调节膨润土浆PH 值并促 进膨润土水化，纯it 用于除去水中钙离子和促进膨润土水化；实际应用中，烧礙和纯«的加量可根据配浆水中的钙蟆《子含量来适当増减调节。
淸淘干净一个配浆罐，用淸水淸洗丁•净后装入配浆水(配浆水要求总矿化度 小于 1000mg/L)Q软化配浆水：检测配浆水中钙镁离子含虽，根据钙镁离子含量加入纯碱、烧 碱除去配浆水中钙镁离子，软化水质，以提高膨润上的造浆率，使配制出的 膨润上浆有较理想的粘度。
几种适用于煤层气井的钻井液体系
几种适用于煤层气井的钻井液体系国内目前用于钻进煤层气储层的钻井液有:优质膨润土钻井液、低固相聚合物钻井液、空心玻璃漂珠钻井液、清水钻井液、无粘土钻井液等，金正纵横通过对各种钻井液的研究对比为您介绍其它几种有效的煤层气井钻井液体系。
1、泡沫钻井液体系通过混合水、表面活性剂和空气(或氮气)来制造泡沫，泡沫具有较宽的粒径分布，可以用于封堵大范围直径分布的的裂缝。
泡沫通过架桥来堵塞孔喉，减少钻井液进入储层，从而减少井底压力的传播和钻井液对储层的伤害。
金正纵横认为泡沫钻井液体系也有其自身方面的不足，主要表现在:需要专门的设备来产生泡沫，这些设备往往价格昂贵；在井底压力下，泡沫比较容易被破坏而失去封堵能力。
2、Aphron钻井液体系Aphron钻井液是国外研制的一种新型的具有高剪切稀释性的水基充气泡沫钻井液，已在世界范围内得到广泛应用。
Aphron是由三层表面活性剂所包裹的气核，在表面活性剂中间有一层粘度较高的稠化水层，最外层表面活性剂极性端朝外，使得Aphron与周围水基流体相溶，如图所示。
图表Aphron结构示意图资料来源：金正纵横根据相关资料整理加入一种由表面活性剂和聚合物组成的混合物(Aphron稳定剂)改进得到的Aphron稳定性增强。
Aphron除了有普通泡沫的优点以外，还具有以下特点:（1）相对于普通泡沫，Aphron 承压能力更强，特别是改进后的Aphron，在3.5MPa的压力下，直径为250μm的普通泡沫、Aphron以及改进后的Aphron直径都立即收缩到大约150μm，普通泡沫在2min内消失，Aphron 至少在10min后才消失，而改进后的Aphron则能稳定30min以上。
（2）在井底压力下，Aphrons 被压缩，体积很小，对钻井液的密度影响较小，使钻井液处于一个稳定的静水压力和循环压力下，有利于井壁稳定和井控；当Aphron进入地层后，体积开始膨胀，并在钻井液前端聚集封堵地层，保持了井筒压力和地层压力的平衡，减小钻井液向储层的侵入。
1 第一节 钻井液概述
第一节钻井液概述一、钻井液的发展最初的钻井液就是清水。
但在钻进含泥岩的地层时，由于许多的泥质岩屑分散在水中而形成混浊的泥水，在当时就把钻井液又称为“泥浆”。
钻井液是钻井工程中的一个重要组成部分。
有“钻井血液”之称。
就定义而言，钻井液的定义为：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，又称为洗井液。
随着科学的发展，钻井液体系是在不断的发展和变化着的，钻井液体系基本上经历了五个发展阶段：①天然钻井液体系。
在约使用在1904~1921年间。
由于人们是使用清水造浆，不加任何的处理剂和化学处理，故一般不能很好的满足钻井的要求，在使用中经常出现事故。
②细分散钻井液体系。
大约用于1921~1946年间。
由于在该阶段人为的采用粘土来配制钻井液，同时还加入了一些化学的分散剂（如纯碱），使其充分的分散，从而大大的改善了钻井液的性能，基本上可以满足一般中深井的需要。
但是随着井深的增加，温度的升高，这种钻井液的性能就变的极不稳定，尤其是粘度和切力变化较大。
经过实践探索，人们发现认识到粘土在钻井液中分散的愈好，其受外界的影响就会愈大，性能的波动愈明显。
而经过无机盐处理的适度絮凝钻井液可以大大改善其不稳定性。
③粗分散钻井液体系。
用于1946~1973年间。
该段的特点就是使用了多种无机盐作抑制剂，并配合了各种耐盐的降粘剂。
从而大大地提高钻井液的耐温及抗各种侵污的能力。
从而减小了井下复杂情况的发生，使钻速有了一定的提高。
而进一步的研究发现，钻井液中所含的固相数量及其粘度的大小对钻速的影响很大。
④不分散低固相钻井液体系。
用于1966年以后。
本阶段主要是使用了“有机选择性絮凝剂”及“高分子聚合物抑制剂”（如“聚丙烯酰胺”及其衍生物）。
它们起了很好的“包被”作用，使岩屑在体系中不再分散，同时使用较为完备的固控设备可保持较低的固相含量（5%左右），从而大幅度提高了钻速。
⑤无固相钻井液体系。
用在1968年以后。
实践证明，钻井液中所含固相，尤其是粘土，不但是会阻碍钻速的提高，同时还会对产层造成较大的损害。
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PEM钻井液
国内领先近10年的环境可接受的水基防塌钻井 液体系（简称PEM泥浆体系，Protecting Environment Mud） - 满足钻井作业要求 - 满足环境保护的要求 - 满足保护油气层的要求 - 节约钻井整体成本 - 提高泥浆服务质量
PEM钻井液
应用范围： 用于中下部井眼段、强水敏性复杂地层、大斜度大位 移井，环境敏感地区作业井的作业。 基本配方（kg/m3） 预水化膨润土 烧碱 PAC-HV XC PF-JLX KCl 2040 23 35 12 3050 3050 纯碱 PF-FLO PF-PLUS PF-TEX PF-LPF 12 510 35 510 515
海水膨润土浆钻井液
常见性能： FV：30-40 s YP/PV〉2
维护处理： 用海水钻进，膨润土稠泥浆塞洗井携砂； 维持稠泥浆的YP(Pa)等于或大于PV(mPa.s)； 预水化膨润土浆配好以后，在泵入前加入石灰来提 高泥浆的粘度和切力，加入石灰后停止循环和搅动 以保持絮凝状态。
海水聚合物浆钻井液
分散体系
由水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂（简称为分散剂） 配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液区别，有时又 称为细分散钻井液。 在较深井段，需要泥浆密度较高或井眼条件可能比较复杂时，泥浆通常需要 分散，典型的分散剂有木质素磺酸盐、褐煤或单宁。它们是有效的反絮凝剂 和降滤失剂。经常使用一些含钾化学品可提高页岩稳定性。添加专门的化学 品调节或保持特定的泥浆性能。
钻井液体系分类
低固相钻井液体系
该体系的固相体积含量和类型受到控制，总的固相体积含量不能超过 610%。粘土固相体积含量不超过3%并要求钻井固相和膨润土的比 例小于2:1。该体系是不分散体系，通常使用结合添加剂作增粘剂和膨 润土增效剂。该体系的一个最显著优点是能大大提高钻井速度。
盐水钻井液体系
这一类包括几种钻井液体系。用于钻含盐地层的饱和盐水体系中，氯化物的浓 度 接近190g/l。一般盐水体系中氯化物的浓度为10190g/l。浓度较低的 体系通常指咸 水和海水体系。盐水钻井液通常是由咸水、海水或产出水配制的。 该类钻井液用淡水或盐水配制，加入干的氯化钠达到要求的矿化度（也使用氯 化钾这样的盐以抑制页岩膨胀）。凹凸棒土、羧甲基纤维素和淀粉等其它一些 专用产品可用来增加钻井液的粘度以提高井眼净化能力，降低滤失量。
钻井液体系分类
空气、雾、泡沫和天然气体系
这类体系包括4种基本作业类型： 干空气钻井，以一定速率将干空气或天然 气注入井眼内， 并根据有效清除岩屑所需环空流速来确定注入速率的大小； 雾化钻井，就是向空气流中注入发泡剂，并与产出水混合， 包裹钻屑，以防止泥环产生，清除钻屑； 泡沫钻井，是使用表面活性剂，还可能使用粘土或聚合物， 形成具有高输送能力的泡沫； 充气流体，用注入空气的泥浆来清除井眼内钻屑。
应用范围： 一般用于上部大井眼段钻进，也可用于地层水敏性较 弱的浅井作业。 基本配方（kg/m3） 预水化膨润土 2040 烧碱 35 纯碱 13 PAC-HV 35 PF-FLO 510
海水聚合物浆钻井液
常见性能： FV： 40 60 s MW： 1.101.30 g/cm3 YP: 2035 lb/100ft2 Gel: 310/820 pH: 910 FL: < 105 ml MBT： < 70 g/l
PEC钻井液
PEC钻井液的特点
保证钻井液在整个钻井过程中的包被效果 减少压力及滤液的传递是井壁稳定的重要因素 控制物理因素 缓解化学因素压力 良好的携砂、悬浮能力 无机盐－强抑制 适度抑制 增强封堵能力——减少压力及滤液的传递
PEC钻井液
应用范围： 本体系对粘土矿物颗粒具有一定的抑制防膨作用，一 般在大套软泥岩井段钻进。 基本配方（kg/m3） 预水化般土 PAC-HV PF-JMH PF-PAC LV PF-EPF PF-GRA 2030 35 35 23 1015 510 烧碱 PF-FLO PF-TEX PF-PLH PF-LPF 35 510 510 35 515
钻井液体系分类
油基泥浆体系
在高温井和深井钻井过程中，由于经常涉及卡钻和井壁稳定的问题，要 求使用的流体具有很好的稳定性和页岩抑制性，此时，可以使用油基体 系。它们有两种类型： 逆乳化泥浆即油包水乳状液，典型的是使用氯化钙盐水作分散相，油作 连续相，并添加乳化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等所形成的稳定的 乳状液体系。在该体系的液相中盐水含量最高可达50％，低标准的逆 乳化泥浆是一种“松散”的乳化液，电稳定性较低，滤失量较高。调节 添加剂浓度、盐水含量，可以控制该体系的流变性、滤失量和乳化稳定 性。 仅用油做连续相的体系，通常用作取心流体。虽然该体系不额外添加水 或盐水，但它们会从地层中吸收水。所有油基体系视粘度需要添加大量 的胶凝材料。专门的油基泥浆添加剂包括：乳化剂和润湿剂（通常为脂 肪酸和胺衍生物）、高分子量皂类、表面活性剂、胺处理的有机材料、 有机土和用于调节碱度的石灰。
钻井液体系介绍
主要内容
钻井液体系分类
水基钻井液体系
油基钻井液体系 完井修井液体系
钻井液体系分类
参照美国石油学会(API)和国际钻井承包商协会(IADC)的分类方法，钻 井液可分为以下10种体系：
不分散体系
该体系包括开钻泥浆、自然原浆和其它通常用于浅井或上部井段钻井的轻度处 理的体系，不添加稀释剂和分散钻井固相和粘土颗粒的分散剂。
钻井液体系分类
钙处理钻井液体系
钙处理钻井液体系是在使用分散性钻井液的基础上发展起来的具有较好抗盐、 钙污染能力和对泥页岩水化具有较强抑制作用的粗分散钻井液体系。 在淡水钻井泥浆中加入像钙、镁这样的二价阳离子，能抑制地层粘土和页岩膨 胀。高浓度可溶性钙盐用来控制页岩坍塌井径扩大和避免地层损害。 钙处理钻井液体系主要由含Ca2+的无机絮凝剂、降粘剂和降滤失剂组成。目 前常用的无机絮凝剂主要有三种：熟石灰（氢氧化钙）、石膏（硫酸钙）和氯 化钙。用石灰处理者称为石灰钻井液，用石膏处理者称为石膏钻井液，用氯化 钙处理者称为氯化钙钻井液。 石膏体系通常pH值为9.510.5，过量浓度石膏钙含量为0.61.2g/l；典 型的石灰体系有两种，对于低浓度石灰体系，pH值为1112，石灰过量浓度 为0.30.6g/l；对于高浓度石灰体系，石灰过量浓度为1.54.5g/l。特殊 的泥浆性能靠添加专门的产品来控制。钙处理泥浆能抗盐和硬石膏污染，但在 高温条件下（井底温度超过135℃时）钻井液中的各种粘土会与石灰、烧碱发 生反应，生成水合硅酸钙等类似于水泥凝固后的物质，导致钻井液急剧增稠或 胶凝和固化。
海水聚合物浆钻井液
维护处理： 海水中加入烧碱和纯碱降低钙、镁离子含量，再加入需要量 的预水化膨润土；
调节预水化膨润土含量，加水稀释或用木质素磺酸盐、褐煤、 PF-THIN等处理可控制泥浆的粘切；
需要时加入生物聚合物XC来提高泥浆的屈服值YP和切力Gel， 增大PAC-HV的加量提高泥浆的粘度； 控制泥浆滤失量用PF-FLO、PF-PAC-LV,还可使用铵盐 NPAN； 加入氯化钾和PF-TEX可提高体系的抑制性能； 加入PF-LUBE或PF-BLA(塑料微珠)提高体系的润滑性。
PEM钻井液
常见性能： FV： 40 55 s MW： 1.101.50 g/cm3 YP: 1530 lb/100ft2Gel: 310/515 pH: 8.59.5 FL: ≤4 ml MBT： < 50 g/l 维护处理： 用烧碱和纯碱控制体系的pH和Ca2+、Mg2+浓度； 预水化膨润土用于控制滤失量和提高泥饼质量，可在配 制新浆时加入，也可直接向井浆补充，加入前最好用稀 释剂如铵盐NPAN、PF-THIN等进行处理护胶； 配制新浆时，先加其它处理剂对细分散的膨润土护胶， 然后加入PF-PLUS、 PF-JLX、PF-WLD和氯化钾；
水基钻井液体系
水基钻井液体系
水基钻井液体系
海水膨润土浆钻井液
海水聚合物钻井液 PEM钻井液 PEC钻井液
PRD钻开液
GID钻井液
海水膨润土浆钻井液
应用范围： 一、二开表层钻井作业使用。要求配制快捷，净化能 力好，能支撑上部疏松地层。 基本配方（kg/m3） 淡水 1m3 烧碱 0.51 纯碱 0.51 膨润土 6080 在膨润土预水化后视需要用海 水稀释
PEM钻井液
维护处理： PF-JLX和PF-WLD需在井温超过50oC的条件下使用，PFJLX加量必须达到 3％以上；
用生物聚合物PF-XC来提高泥浆的屈服值YP和切力Gel；
PF-PAC-HV和PF-FLO、RS-1用于控制泥浆的滤失量，高温 深井段，用PAC-LV代替PAC -HV，用PF-SMPC、PF-TEMP 来控制HTHP滤失量； 随着钻屑的吸附消耗，应及时补充PF-JLX和PF-PLUS，保 持足够的浓度以维 持体系的强抑制性，高温深井段(>150oC)， 停止使用PF-PLUS，加大PF-WLD的浓度维持体系的强抑制 性； 加入PF-TEX或PF-GLA来增强体系的防塌性能； 必要时可加入PF-LUBE或PF-BLA进一步提高体系的润滑性。
钻井液体系分类
合成基泥浆体系 设计合成基流体时借鉴了油基泥浆的特性，但消除了油基 泥浆对环境的危害。合成基流体的主要类型有酯、醚、聚 －烯烃和异构化－烯烃钻井液。它们对环境无危害，能直 接排到海里，无荧光，具有生物可降解性。 完井修井液体系 修井液、完井液和打开油层钻井液是为减少地层损害而专 门设计的体系，或用作完井作业之后的封隔液，这些体系 对产层的影响必须是能用酸化、氧化或通过完井技术及一 些生产作业等补救措施消除的。该体系包括从清洁盐水到 聚合物钻井液（由细盐和碳酸钙加重）各种液体，以及高 度处理的泥浆（封隔液）。
PEC钻井液
Polymer Enhance Cation Drilling Fluid
PF-JMH-YJ能够牢固地吸附在粘土颗粒表面并进入层 间，使粘土颗粒所带电荷发生变化，使其电位转化为正 电位，利于PF-PLH对粘土颗粒的包被并形成较强的结 构。 PEC钻井液利用PF-PLH与PF-JMH-YJ的复配，可以 达到较理想的“软抑制”效果，同时使用PF-EPF（纳 米级乳化石蜡）配合PF-TEX加强泥浆的封堵效果，阻 止压力及滤液的传递。 PF-JHA同样具有类似PF-JLX的浊点行为，但抑制性 较PF-JLX差，但其润滑性更佳。 本体系不含无机盐，不会造成地层内离子局部浓集