钻井液
钻井液技术介绍
6．钾基聚合物钻井液 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。在各种常见无机盐中，以KCI抑制粘土水化分散的效果为最好；而聚合物处理剂的存在使该类钻井液具有聚合物钻井液的各种优良特性。因此，在钻遇泥页岩地层时，使用它可以取得比较理想的防塌效果。
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8．合成基钻井液 合成基钻井液是以合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻井液。由于使用无毒并且能够生物降解的非水溶性有机物取代了油基钻井液中通常使用的柴油，因此这类钻井液既保持了油基钻井液的各种优良特性，同时又能大大减轻钻井液排放时对环境造成的不良影响，尤其适用于海上钻井。
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1．分散钻井液 分散钻井液是指用淡水、膨润土和各种对粘土与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。其主要特点是： （1）可容纳较多的固相，较适于配制高密度钻井液。 （2）容易在井壁上形成较致密的泥饼，故其滤失量一般较低。 （3）某些分散钻井液，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。缺点：除抑制性和抗污染能力较差外，还因体系中固相含量高，对提高钻速和保护油气层均有不利的影响。
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1．合成聚合物类处理剂 合成聚合物主要用作钻井液降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂等。 2．天然改性高分子类处理剂 改性天然材料来源丰富，价格低廉，在石油工业中有广泛的用途。可生物降解的天然大分子如淀粉纤维素作为主链结构可赋予材料以生物降解特性，使材料具有环保功能。 3．利用工业废料制备的钻井液处理剂 利用工业下脚料制备钻井液处理剂技术性较强，油田化学工作者在这方面进行了一些研究工作。
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（二）国内外钻井液处理剂开发应用 一、国外发展情况 二、国内发展情况
预备知识3：钻井液简介
塑性粘度：
动切力（屈服值）：
0 0.511300 pv )(Pa) (
600 (无因次) 300
流性指数：
n 3.321lg
稠度系数：
k
0.511 600 (mPa s ) n 1022
四、钻井液的造壁性能
（1）滤失和造壁过程 钻井液中的液体在压差作用下向地层中渗透的 过程称为钻井液的滤失。 在钻井液产生滤失的同时，钻井液中的固相颗 粒附着在井壁上形成滤饼。一般，滤饼的渗透率比 地层的渗透率小几个数量级，所以形成的滤饼阻止 滤液向地层渗透，同时又有保护井壁的作用。滤饼 在井壁上的形成过程称为造壁过程。
稠度系数k、流性指数n upv为塑性粘度
钻井液大多数为塑性流体，某 些为假塑性流体。
塑性流型的特点:
（1）所加切应力达到某一最低值 s 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。
静切应力越大，悬浮岩屑能力强， 但流动阻力大，开泵困难。
（2）当切应力继续增大，流变曲线出 现直线段，延长该直线与切应力轴线交于
常见的粘土矿物
高岭土（Kaolinite） 蒙脱石(Montmorillonite) 伊利石(illite)
二、钻井液的分类
用的最多
分三类：水基体系；
油基体系；
空气-天然气体系。
(1) 水基钻井液体系： 固相颗粒悬浮在水中或盐水中，油可以乳化到水中，此时， 水是连续相。 膨润土+水+化学处理剂+加重材料＋钻屑 淡水、盐水、钙处理钻井液、聚合物钻井液等
四、钻井液的造壁性能
（2）几种不同的滤失情况
瞬时滤失、动滤失、静滤失
瞬时滤失 在钻头破碎岩石形成新井眼而滤饼尚未形成的一段时间内， 钻井液迅速向地层内渗滤，此时的滤失称为瞬时滤失，瞬时滤 失量有利于提高钻速，但严重损害油气层。
简述钻井液的主要功用
简述钻井液的主要功用
钻井液是一种在钻井过程中使用的地下水,其主要功用是在钻井过程中提供支持和保护,以及在钻井过程中去除岩石和矿物,以便进行钻井作业。
以下是钻井液的主要功用:
1. 支持钻井作业:钻井液具有黏性,能够在钻井过程中提供支持,防止岩石掉落或钻井工具受到损坏。
钻井液还具有一定的渗透性,能够去除钻井过程中产生的矿物和岩石,保持钻井作业的顺利进行。
2. 保护钻井工具:钻井液能够防止钻井工具受到损坏,同时也能够防止岩石和矿物侵入钻井工具。
钻井液还具有抗化学性,能够抵御钻井过程中产生的化学物质,防止钻井工具受到腐蚀。
3. 去除岩石和矿物:钻井液能够在钻井过程中去除岩石和矿物,使得钻井作业能够顺利进行。
钻井液可以通过渗透性将岩石和矿物带到深处,然后通过过滤和分离将这些物质去除。
4. 控制钻井深度:钻井液能够在钻井过程中控制钻井深度。
通过使用钻井液,可以调整钻井深度,以适应钻井作业所需的条件。
钻井液在钻井过程中扮演着至关重要的角色,其功用决定了钻井作业的顺利进行和安全性。
因此,钻井液的制备和使用需要遵循严格的操作规程,以确保钻井作业的安全和高效。
钻井液
简答题：1、钻井液是如何让分类的？P2-3答：钻井液按密度大小可分为非加重钻井液和加重钻井液；按其黏土水化作用的强弱可分为非抑制型钻井液和抑制型钻井液；按其固相含量的多少，将固相含量较低的叫做低固相钻井液，基本不含固相的叫做无固相钻井液；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四种类型。
2、主要钻井液类型有哪些？ P3-5答：主要钻井液类型有：（1）分散钻井液；（2）钙处理钻井液；（3）盐水钻井液和饱和盐水钻井液；（4）聚合物钻井液；（5）钾基聚合物钻井液；(6)油基钻井液；（7）气体型钻井流体；（8）合成基钻井液；（9）保护油气层的钻井液；（10）不侵入地层钻井液。
3、膨润土在钻井液中的主要作用是什么？P31答：膨润土在钻井液中的主要作用是增加粘度和切力、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；防止井漏等。
4、常用配制钻井液的粘土有哪些？P31答：钻井液常用粘土有膨润土、抗盐粘土（包括凹凸棒石粘土、海泡石粘土等）及有机膨润土。
5、钻井液的功用有哪些？P5答：钻井液的功用：（1）携带和悬浮岩屑；（2）稳定井壁；（3）平衡地层压力和岩石侧压力；（4）冷却和润滑钻头；（5）传递水动力；（6）获取地下信息。
6、配制泥浆的膨润土的主要作用有哪些？P31答：膨润土在钻井液中的主要作用是增加粘度和切力、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；防止井漏等。
7、什么是压力激动？答：8、简述钻井液的循环过程. P5答：钻井液的循环是通过钻井泵（俗称泥浆泵）来维持的。
从钻井泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，返回地面后经排出管线、振动筛流入泥浆池，再经各种固控设备惊醒处理后返回水池，进入再次循环，这就是钻井液的循环过程和循环系统。
钻井液原理
钻井液原理
钻井液原理是指在钻井作业中，通过将特定的液体注入井眼中，起到冷却钻头、清洗井眼、稳定井壁和输送岩屑等作用。
钻井液的选择和设计是钻井工程中非常重要的一环，它的性能直接影响到钻井作业的效率和质量。
钻井液的基本组成通常包括水和添加剂。
水既可以是淡水，也可以是海水，在部分情况下也可以使用有机溶剂或油基液体。
添加剂则包括饱和盐水、聚合物、乳化剂、润滑剂、扩散剂以及控制井壁稳定性的胶凝剂等。
这些添加剂的配比和使用条件需要根据井眼的地质特征和钻井计划来确定。
钻井液的性能主要包括黏度、密度、泡沫性、清洗性能以及润滑性能。
黏度决定了钻井液对井眼壁的润滑和冷却效果，密度则决定了钻井液在井眼中的压力和稳定井壁的能力。
泡沫性和清洗性能则影响着岩屑的悬浮和清除，润滑性能则影响钻头在钻井作业中的摩擦和磨损情况。
钻井液的工作原理是通过循环系统将液体从地面的储液池中泵注入井眼，然后通过钻杆进入到钻头中进行喷出，完成冷却和清洗作用。
同时，钻井液会带回地层中的岩屑和井眼溶解物，经过分离装置将其中的固体物质分离，保持液体的循环使用。
总的来说，钻井液的原理是通过合理选择和设计液体的组成和性能，在钻井作业中起到冷却、清洗、稳定和输送的作用，从而提高钻井作业的效率和质量。
大学课件钻井液PPT课件
3) 正电荷。不少研究者指出，当pH值低于9时，粘土晶体边面上带正电荷。 多数人认为其原因是由于裸露在边缘上的Al-O八面体在碱性条件从介质中接受 质子引起的。
高分子化合物对聚结稳定性的影响：
钻井液中粘土颗粒能够和高分子化合物之间发生相互作用，绝大部分高分子 化合物都会吸附在粘土颗粒的表面上。若高分子物质较多，粘土颗粒会尽可能多 地吸附高分子物质在它的表面上，当颗粒完全被高分子所包围，没有剩余的空白 表面，就会失去再吸附其它颗粒上的高分子的可能，使颗粒间的桥联作用无法实 现，使钻井液体系的稳定性增强，这种现象称为胶体的保护作用。
1) 物理吸附。物理吸附是靠吸附剂和吸附质之间分子间引力产生的，物 理吸附是可逆的，吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。非离子 型的有机处理剂，往往是因在粘土表面发生物理吸附而起作用的。
2) 化学吸附。化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的。 例如铁铬木质素磺酸盐在粘土晶体的边缘上可以发生螯合吸附。
离子交换吸附的规律：
浓度相同，价数越高，与粘土表面的吸力越强，交换到粘土表面上的 能力越强；
价数相同、浓度相近时，离子半径越小，水化半径越大，离子中心离 粘土表面越远，吸附能力弱(K+与H+除外)；
当浓度很高时，低价离子同样能交换高价离子。常见的阳离子交换能 力强弱顺序是：
H+>Fe3+>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+ 粘土的阳离子交换容量是指在pH等于7的条件下，粘土所能交换下来的 阳离子总量。它包括交换性氢和交换性盐基，其数值均以每100 g粘土所交 换下来的阳离子的量表示。 粘土的阳离子交换容量，直接关系到粘土颗粒带电荷的多少和吸附处 理剂的能力。影响粘土阳离子交换容量的因素有粘土矿物的本性、粘土矿 物的分散度及溶液的pH值。
钻井液和完井液
铁铬木质素磺酸盐 (FCLS)使用 —— 一般配制成碱液使用。 • FCLS碱液旳配制
FCLS : NaOH = 3 ~ 5 :1
（FCLS + NaOH）混合碱液 = 1/5或1/10
例题
40ml FCLS碱液（3：1，1/5）中，含固体 FCLS多少克？NaOH多少克？ 解：FCLS+NaOH总重为：
1.钻井液稠化原因 因为粘土颗粒表面与端面性质不同：
带电情况不同 —— 表面带负电，端面带正电。
Si +
Al +
水化程度不同 —— 表面水化膜厚，端面水化膜薄。
钻井液稠化原因： 当钻井液中固相含量高和外界污染变化粘土表面性
质时，极易形成：端-端、端 — 面联结旳空间片架构造， 从而造成： • 钻井液构造粘度增长； • 片架构造包住大量自由水，流动阻力增长。
降粘剂作用特点
• 主要作用于端面 • 用量少、效果明显 0.5~1%（因为端面少）。 • 降失水与降粘作用有时相一致，有时不同。 • 主要降低 0、 c、’，不降 s。
3. 常见降粘剂
单宁酸钠（NaT） 磺甲基单宁（SMT） 铁铬木质素磺酸盐 (FCLS) 两性离子聚合物降粘剂（XY -27） SSMA(磺化聚苯乙烯顺丁烯二酸酐钠盐） 硅氟降粘剂
• 成本低。
关键： 保持粘土颗粒旳高度分散。
2. 选土与配浆 选土 要求：至少旳土量得到最高旳粘度。 试验观察：不同旳土到达相同粘度时，用土量相差很大。
粘度 mPa.s
优质膨润土
一般粘土
劣质粘土
15 0
土量%
选择配浆土旳指标 —— 造浆率。
造浆率：每吨干土配出表观粘度为15mPa.s旳钻井液旳体 积量。
钻井液基础知识
钻井液相关基础知识
乳 状 液 泥 浆
乳状液是液体(油和水)分散在另一种液体( 乳状液是液体(油和水)分散在另一种液体(水和 油 ) 中形成稳定的分散体系. 常用的是水包油型乳状 中形成稳定的分散体系 . 液 , 它有较好的润滑性能, 不仅能有效地提高钻头和 它有较好的润滑性能 , 钻具的寿命, 而且能明显地降低钻进所需的功率消耗 , 钻具的寿命 , 而且能明显地降低钻进所需的功率消耗, 还可以起到降低或消除钻杆柱的振动, 还可以起到降低或消除钻杆柱的振动 , 从而提高钻具 的钻速, 的钻速 , 使小口径金刚石钻进的钻进速度和钻进深度 大幅度的提高. 近年来 , 大幅度的提高 . 近年来, 随着小口径金刚石钻进的发 展 , 水包油乳状液已成为固体矿床钻探中主要的钻孔 冲洗液之一. 钻探时可购买已配制好的乳化油 , 冲洗液之一 . 钻探时可购买已配制好的乳化油, 现场 使用时加水稀释成乳化液(乳化油的含量一般为0 使用时加水稀释成乳化液(乳化油的含量一般为0.3% 一0.5%).
钻井液相关基础知识
泥浆密度与钻井的关系
平衡地层压力和井壁侧压力
钻井过程中,钻井液的密度过小,钻井液的液 柱压力过小,一方面不足以平衡地层压力,地层中 的油,气,水可进入钻井液中,破坏钻井液性能, 同时造成钻井液密度下降,引起井喷事故的发生; 另一方面液柱压力过小,不足以提供足够的支撑力 来平衡井壁侧压力,易使井壁垮塌.密度过大,钻 井液的液柱压力过大,当液柱压力大于地层压力, 钻井液进入地层中去,对油气层造成破坏;当钻井 液的液柱压力大于地层的破裂压力时,压漏地层, 产生井漏.
钻井液主要分类
液态-清水,低固相-无固相, 水基-油基,细分散-粗分散- 不分散,淡水-盐水等; 气态-空气,天然气; 气液混合态-充气泥浆,泡沫泥 浆等.
钻井液的配置标准
钻井液的配置标准
钻井液是钻井过程中使用的重要液体，其配置标准应该符合以下要求：
1. 密度：钻井液的密度应该能够克服井口压力，同时又不能对地层造成损害。
一般来说，密度控制在8到16磅/加仑之间。
2. 粘度：钻井液的粘度应该足够大，以便在钻井过程中有效地传递钻头的动力，但又不能过于粘稠以至于影响钻井速度。
3. pH值：钻井液的pH值应该控制在7到9之间，以避免对地层造成腐蚀。
4. 清洁度：钻井液应该保持清洁，以避免在钻井过程中出现回流问题。
5. 抗污染能力：钻井液应该具有一定的抗污染能力，以避免来自地层的污染物对钻井液造成损害。
6. 稳定性：钻井液应该具有一定的稳定性，以避免在钻井过程中出现波动。
综上所述，钻井液的配置标准应该根据不同的钻井条件和要求进行调整，以保证钻井过程的安全和高效。
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石油钻井液性能基础
钻井液性能 4) 钻井液滤液碱度两种测定方法对比
缺 点
优 点
方 法
a) Mf 滴定中有干扰 b) 通常碳酸氢根测定结果偏高
a) 传统的方法 b) 用一个样品滴定二次
Pf/Mf
a) 用三个样品滴定三次 b) 碱的测定很关键 c) 使用有毒物质(BaCl2)
a)消除Mf滴定中的干扰
P1/P2
钻井液性能 15、氯离子浓度(Chloride Concentration) 测定方法：以铬酸钾溶液为指示剂，用硝酸银标准溶液(0.0282mol/l)滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变为橙红色并能保持30s即为滴定终点。 计算： CCl-＝ CNaCl＝1.65 CCl- 式中： CCl- －滤液中的Cl-浓度，mg/l； CNaCl －滤液中的NaCl含量，mg/l； VAgNO －滴定所消耗的硝酸银溶液体积，ml； V －滤液样品体积，ml。 注：若滤液中的氯离子浓度超过10,000mg/l，可使用每毫升相当于0.01g氯离子的硝酸银溶液(0.282mol/l)，此时，把上式中的系数1000改为10000。
钻井液性能 5、动切力(Yield Point) 钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构强度，用直读式粘度计测定，用YP表示，单位为Pa。 动切力的计算： YP = AV－PV 或 YP = (300 －PV) 英制单位为lb/100ft2，Pa = 0.5 lb/100ft2。
1 b━ lg
钻井液性能 (5) 低密度固相、加重材料和悬浮固相浓度的计算： Clg = 9.96lgVlg Cb = 9.96bVb Css = Clg + Cb 式中：Clg －低密度固相浓度，kg/m3； Cb －加重材料浓度， kg/m3 ； Css－悬浮固相浓度， kg/m3 。
钻井用化学材料
钻井用化学材料一、钻井液的作用钻井液又称“泥浆”是由各种油田化学剂（约19类）混合组成的流体。
当钻进至油、气层时所用的钻井液为“完井液”。
修井作业时所用的化学剂配成的流体称为“修井液”。
基本功能有：钻井液具有平衡地层压力、冷却润滑钻头、冲洗井底、携带岩屑、辅助破坏岩层、悬浮岩屑、保护井壁等作用。
保证优质快速钻进。
对于开发，保护油气层。
对于勘探，发现并保护油气层。
二、钻井液的类型水基钻井液：无固相饱和盐水钻井液低固相不分散钻井液（钾铵聚合物、三磺、两性复合离子、阳离子、正电胶等）油基钻井液：油基液、油包水乳化液、低胶性油基液、无毒油基液气体型（空气、雾、泡沫、充气）钻井液钻井液材料分为十六大类。
1.粘土类作用：主要用来配制原浆，亦有增加粘切、降低滤失量的作用。
主要材料：膨润土（主要以蒙脱石为主）、抗盐土（主要为凹凸棒石及海泡石土）、有机土（钠土经阳离子型表面活性剂处理的人造土）。
2.加重材料作用：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力、防塌、防喷。
主要材料：重晶石粉：以硫酸钡为主要成分的天然矿石，经过机加工而成细度适宜的粉末状产品。
石灰石粉：以碳酸钙为主要成分的天然矿石，经过机械加工而成细度适度的粉末产品。
钛铁矿粉：以氧化钛与四氧化三铁为主要成份。
3.增粘剂作用：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，增加胶凝强度以形成高流阻。
主要材料：黄孢胶、黄原胶、羧甲基纤维素CMC、羟乙基纤维素HEC、正电胶、石棉、胍胶等。
4.降粘剂作用：主要用来改善钻井液的流动性，例如粘度、切力，以增加可泵性、减少摩阻等。
主要材料：酸式焦磷酸盐、四磷酸钠、铁铬盐、木质磺酸盐类、单宁、腐植酸钾、丙烯酸聚合物、硅稀释剂、氧化木质素衍生物等。
5.降滤失剂作用：主要用来降低钻井液的滤失量。
主要材料：淀粉类、低粘度聚阴离子纤维素、钠羧甲基纤维素、共聚物类、聚丙烯腈衍生物或聚丙烯盐、树脂类、复全合纤维素等。
6.絮凝剂作用：主要用来絮凝钻井液中过多的粘土细微颗粒及清除钻屑，从而使钻井液保持低固相，可使钻屑不分散，易于清除，并有防塌作用。
钻井液的配置标准
钻井液的配置标准
钻井液是一种在钻井作业中必不可少的液体，它在钻井过程中起着冷却、润滑、承压、控制井壁稳定等多种作用。
为了使钻井液能够发挥最佳效果，在其配置过程中需要遵循以下标准：
1. 密度标准：钻井液的密度需要与井壁的压力相匹配，以达到
承压的效果。
密度的标准值应该根据钻井地层的压力和井深来确定。
2. 粘度标准：钻井液需要具备一定的粘度，以确保沿井壁形成
一层稳定的薄膜，避免井壁塌陷。
粘度标准应根据钻井地层的类型来决定。
3. pH值标准：钻井液的pH值需要保持在一定范围内，以避免
对岩石和井管的腐蚀。
pH值标准通常在7-10之间。
4. 水硬度标准：水硬度会影响钻井液的稳定性和效果，一般来说，水硬度应控制在150 mg/L以内。
5. 过滤性能标准：钻井液的过滤性能需要达到一定标准，以避
免井底出现泥饼或者钻头被堵塞。
通常来说，过滤性能应该达到10-20μm。
以上就是钻井液的配置标准，只有在严格遵循这些标准的基础上，才能够制备出优质的钻井液，确保钻井作业的成功进行。
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钻井液概述—钻井液的组成和分类
任务一：
钻井液的组成和分类
课程名称：泥浆材料检测与应用
知识点 01 知识点 02 知识点 03
钻井液的定义和组成 分散体系的分01 钻井液的组成和分类
知识点 1 钻井液的定义和组成
钻井液,又称泥浆或钻井泥浆，是石 油钻井的“血液”。 在油气钻井过程中，以其多种功能满
足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
一、钻井液的组成：
钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组 成。液相可以是水（淡水、盐水）、油（原 油、柴油）或乳状液（混油乳状液和反相乳 状液）。固相包括有用固相（膨润土、加重 材料）和无用固相（岩屑）。
项目一：钻井液概述
任务 01 钻井液的组成和分类
知识点 2 分散体系的分类
胶； 互不相溶液体组成的液-液溶胶，例如牛奶、原油等乳状
液； 液体和气体组成的液-气溶胶，例如泡沫。
➢固溶胶 包括固-固溶胶，例如有色玻璃，不完全互溶的合金；固-
液溶胶，例如珍珠、某些宝石； 固-气溶胶，例如泡沫塑料、沸石分子筛。
➢气溶胶 气-固溶胶，例如烟、含尘的空气； 气-液溶胶，例如雾、云。
（3）盐水钻井液和饱和盐水钻井液
盐水钻井液是用盐水（或海水）配制而成的。 含盐量从1%（Cl-质量浓度为6000mg/L）直至饱和 （Cl-质量浓度为189000mg/L）之间均属此种类型。
特点：对黏土具有较强抑制性
饱和盐水钻井液是指钻井液中NaCl含量达到饱 和时的盐水钻井液体系。它可以用饱和盐水配成， 或可先配成钻井液再加盐至饱和。可作为完井液或 修井液。
（8）合成基钻井液
合成基钻井液是以人工合成的有机化合物作为 连续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、降滤失 剂、流型改进剂的一类新型钻井液。有机物为无毒 并且能够生物降解的非水溶性有机物。
钻井液工艺学
钻井液工艺学钻井液工艺学，作为石油工程的一门学科，研究的是关于钻井液的性质、配方和使用等方面的知识和技术。
钻井液是在钻井过程中用于冷却、润滑、清洁井底、钻杆和工具的一种特殊液体。
它不仅对保持井眼稳定、减小地层损失、控制井底压力等具有重要作用，还能提供钻井过程中的必要信息。
钻井液的基本构成包括基础液体、增稠剂、胶凝剂、扩展剂、润滑剂和防腐剂等。
基础液体通常是水、油和乳化液，根据钻井的不同条件和要求选择不同的基础液体。
增稠剂和胶凝剂主要用于调整钻井液的粘度和流变性能，以提高井壁稳定性和增加堵漏效果。
扩展剂可用于调整钻井液的密度和降低液相黏度。
润滑剂主要用于减小钻杆和井壁之间的摩擦，降低钻具的损耗。
防腐剂一方面可用于保护钻杆和钻具，防止腐蚀；另一方面，还可用于控制钻井液中的微生物和细菌的繁殖，以保持钻井液的稳定性和性能。
钻井液工艺学研究的一项重要内容是钻井液的处理和回收利用。
钻井液在钻井过程中会受到井底状况、岩心性质和钻井液配方等因素的影响，导致钻井液中含有大量固体颗粒、悬浮物和化学物质。
这些杂质会降低钻井液的性能和使用寿命。
因此，钻井液需要经过一系列的处理步骤，包括固液分离、溶液处理和再循环等，以保持钻井液的稳定性和性能。
此外，钻井液工艺学还研究了钻井液的性能评价和监测方法。
通过对钻井液中各种物理化学参数的测试和分析，可以有效评估钻井液的质量和性能。
常用的测试方法包括密度、黏度、滤失、PH值、悬浮物含量、饱和度等。
这些测试参数能够反映钻井液的流变性能、稳定性能和过滤性能等关键指标。
综上所述，钻井液工艺学作为石油工程领域的一门学科，研究的是钻井液的性质、配方和使用等方面的知识和技术。
它在钻井过程中起着至关重要的作用，不仅对提高钻井效率和井下作业安全具有重要意义，还能为油气勘探和开发提供技术支持和经济效益。
钻井液工艺学是石油工程中的重要学科，它的研究对象是钻井液，也称为钻井泥浆。
钻井液在钻井作业中的应用非常广泛，不仅可以提供冷却、润滑和清洁井底的功能，还可以控制井底压力，保持井眼稳定。
钻井液
钻井液1前言钻井液是安全、快速、低成本钻井的前提条件。
它是粘土以小颗粒状分散在水中所溶胶—悬浮体。
粘土颗粒大小不一，多数是悬浮体范围（0.1微米以上），少数在溶胶范围（1-100毫微米），属多级分散体系。
为使钻井液满足钻井工艺的各种要求，需要加入各种化学处理剂，以及加重材料。
1．1钻井液类型为了满足钻井的各种要求，研究和开发了各种类型的钻井液。
常用的钻井液类型有：1．1．1液体类1、水基钻井液水基钻井液以水为分散介质，基本组分是水、粘土和化学剂。
这种钻井液发展最早，使用也最广泛，这类钻井液又分以下几种：（1）淡水钻井液。
含盐量少于1%，含钙量少于120毫克/升；（2）盐水泥浆。
含盐量大于1%，包括盐水泥浆、饱和盐水泥浆及海水泥浆等。
主要用于海上钻井、钻岩盐层和易垮塌的泥岩地层等；（3）钙处理泥浆。
含钙量大于120毫克/升，包括石灰泥浆、石膏泥浆和氯化钙泥浆。
主要特点是防塌性能好，抗可溶盐侵污能力强，性能稳定性好；（4）低固相泥浆。
粘土含量少于7%，不分散低固相泥浆粘土含量少于4%。
主要特点是流变性能好，钻速快，钻井成本低；（5）混油泥浆。
根据需要可在泥浆中加入原油或柴油，使油呈小珠分散的乳化状态。
主要特点是润滑和流动性好，失水低，摩擦系数小。
2、油基泥浆（1）油包水乳化泥浆。
以柴油或原油为分散介质，水及有机坂土或其他亲油粉末作为分散相，加乳化剂等配制而成的。
主要特点是热稳定好，防塌效果好，对油气层损害小，常用于超深井的高温井段，钻易坍塌地层和低压油气层；（2）水包油泥浆。
以水为分散介质，油为分散相，加入其他处理材料配置而成。
特点是对油气层污染小，抗污染能力强，耐高温等。
1．1．2混气液类1、泡沫泥浆。
在一般泥浆中加入泡沫发生剂或充入一定数量的惰性气体及稳定剂，即可配成泡沫泥浆。
主要特点是密度低，可用于低压油气钻井和完井，保护油气层；2、混气泥浆。
在泥浆中混入惰性气体及稳定剂。
其目的是降低泥浆密度，常用于低压钻井，防止油气层污染。
钻井液计算公式
一、 配制水基钻井液所需材料的计算 1. 钻井液的循环容积1.1 井筒容积计算V 1（即井内钻井液量计算） 计算式：H D V 2141π= D －井径，m; H －井深，m 。
经验式：221D V =（m 3/1000m ）1.2 泥浆罐容积V 21.3 泥浆槽容积V 3（钻井液液面一般只达槽深的2/3） 1.4 循环管汇容积V 4 钻井液循环量计算：V =V 1＋V 2＋2/3V 3 ＋V 42. 配制定量V f 、定密度ρf 的水基钻井液所需的粘土量已知：钻井液质量=粘土质量+水质量 钻井液的体积＝粘土体积＋水体积wc f w c f V V V m m m +=+=其中：钻井液质量f f f V m ρ= 粘土质量c c c V m ρ= 水的=w w w V m ρ= 所以：cf W ww c c f f V V V V V V -=+=ρρρwcf f w w c w f c f c m V m V m ρρρρρρρ-=--=)(式中, m c ---粘土质量，t ；V f --- 钻井液体积，m 3； V c ---粘土体积，m 3； V w ---水体积，m 3；f ρ---钻井液密度，g/cm 3； c ρ---粘土密度，g/cm 3；w ρ---水的密度，g/cm 3。
3. 配制定量、定密度的水基钻井液所需的水量水量=（欲配置钻井液的体积）-（所需的粘土体积） 其中：所需粘土体积=粘土密度粘土重量所需水量=欲配钻井液体积-粘土密度粘土重量二、 调整钻井液密度所需要的材料 1. 加重钻井液所需加重材料的计算：（1）定量钻井液加重时所需要加重材料的计算：23123)(ρρρρρ--=浆V W式中：W---加入的加重材料重量； V 浆--- 原浆体积； 1ρ---原浆密度；2ρ---欲配的钻井液密度；3ρ---加重材料的密度；（2）配置定量加重钻井液时所需要加重材料的计算： 13122)(ρρρρρ--=V W式中：W---加入的加重材料重量； V --- 欲配的钻井液体积； 1ρ---原浆密度；2ρ---欲配的钻井液密度；3ρ---加重材料的密度；2. 降低钻井液密度所需水量的计算1)(221--=ρρρ浆水V V式中：水V ---降低密度时需要的水量；V 浆--- 原浆体积； 1ρ---原浆密度；2ρ---加水稀释后的钻井液密度； 三、 钻井液的循环体积（即井内钻井液量计算） （1） 经验式井眼内的钻井液量V 1(m 3/1000m 井段)= 2井径井径⨯（2） 算数式井眼内的钻井液量V 1=H D⨯⨯42π式中D------井径，m; H-----井深，m; 2. 泥浆罐容积V 2计算 泥浆罐容积V 2=高宽长⨯⨯ 3. 泥浆罐容积计算V 3=槽深槽长槽宽⨯⨯（钻井液液面一般只达到槽深的2/3） 4. 循环管汇容积计算 V 4=H D D⨯⨯=⨯⨯2785.042管长π5. 钻井液循环量计算 V=V 1+2V 2+2/3V 3+V 4钻井液流变参数的计算一. 表观粘度：A V=1/2φ600（mPa.s）式中：φ600----600r/min下的读值。
钻井液基础知识
钻井液基础知识一、钻井液概述1、钻井液概念钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。
2、钻井液的分类（1）淡水钻井液（2）钙处理钻井液（3）不分散低固相聚合物钻井液（4）盐水钻井液（5）饱和盐水钻井液（6）钾基钻井液（7）油基钻井液（8）气体钻井液3、钻井液在钻井中的作用（1）清洗井底，携带岩屑，保持井底干净，保证钻头不断的破碎地层，使钻进不中断。
（2）平衡地层中的流体压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。
（3）平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。
（4）发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。
（5）悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。
另外承受钻杆和套管的部分重力。
（6）润滑并冷却钻头钻具。
（7）防止地层中盐水、岩盐、石膏、芒硝等对钻井液的污染，防止硫化氢污染和损害。
（8）利用钻井液，准确获得井下资料。
二、钻井液性能指标1、钻井液密度（1）概念：指单位体积钻井液的质量，常以g/cm3表示。
（2）钻井液密度与钻井的关系密度的大小直接关系着钻井速度的快慢，因此密度必须符合地质和工程的要求，大小适中。
密度过大有以下害处：A、损害油气层B、降低钻井速度C、过大压差易造成压差卡钻D、易憋漏地层E、易引起过高的粘切F、多消耗钻井液材料和动力G、抗污染能力下降密度过低则容易发生井喷、井塌、缩径及携岩能力下降等。
（3）提高钻井液密度的方法一般可在钻井液体系中加入密度较大的惰性物质，如石灰石粉、重晶石粉等；也可加入可溶性盐，另外根据情况可选用除气、除泡等工艺方法。
（4）降低钻井液密度的方法A、机械法：把有害物质通过机械设备清除，如使用震动筛、除砂器等。
B、稀释法：加入一定量的清水稀释钻井液，使其密度下降。
C、使用化学絮凝剂来降低密度。
D、使用发泡剂或充气来增大体积而降低密度。
2、钻井液的流动性（1）、钻井液的粘度、切力A、表观粘度：是用一定体积的钻井液流过规定尺寸的小孔所需的时间来表示。
简述钻井液的主要功用
简述钻井液的主要功用
钻井液是在钻井作业过程中使用的一种特殊液体，主要用于冷却和润滑钻头、控制井底压力、清除岩屑和保持井壁稳定。
以下是钻井液的主要功用的简要描述：
1. 冷却和润滑钻头：钻井液通过循环注入井口和沿着钻杆到达钻头，起到冷却和润滑的作用。
在高温和高压的井下环境中，钻井液能够降低摩擦和磨损，延长钻头的使用寿命。
2. 控制井底压力：钻井液通过对井底施加一定的压力，使井底的地层压力得到控制。
这种控制能够防止油气的突出和井喷事故的发生。
3. 清除岩屑：钻井液通过循环运动的方式，能够将钻头切削岩屑带到地面。
这样不仅有助于保持钻头的正常工作，还可以提供地层信息，帮助地质工程师评估井下情况。
4. 保持井壁稳定：钻井液在钻井过程中能够形成一层薄膜覆盖在井壁上，提供支撑和防止井壁塌陷的作用。
这对于保持井眼的稳定性和避免井壁坍塌非常重要。
除了上述主要功能外，钻井液还可以起到密封井眼、调整钻井液密度、携带钻屑和添加化学药剂等作用。
不同类型的钻井液可以根据具体的钻井条件和需求来选择和调整，以最大程度地提高钻井效率和安全性。
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应用化学1205 秦玉文1201020504国内外钻井液技术发展概述一、国内外钻井液技术新发展概述钻井液作为服务钻井工程的重要手段之一。
从90年代后期钻井液的主要功能已从维护井壁稳定，保证安全钻进，发展到如何利用钻井液这一手段来达到保护油气层、多产油的目的。
一口井的成功完井及其成本在某种程度上取决于钻井液的类型及性能。
因此，适当地选择钻井液及钻井液处理剂以维护钻井液具有适当的性能是非常必要的。
钻井液及钻井液处理剂经过80年代的发展高潮以后，逐渐进入稳定期，亦即技术成熟期。
可以认为，由于钻井液及钻井液处理剂都有众多的类型及产品可供选择，因此现代钻井液技术已不再研究和开发一般钻井液及钻井液处理剂产品，而是在高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染等方面进行深入研究，以寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液及钻井液处理剂。
1．抗高温聚合物水基钻井液所使用的聚合物在其C-C主链上的侧链上引入具有特殊功能的基团如：酰胺基、羧基、磺酸根（S03H）、季胺基等，以提高其抗高温的能力。
不论是其较新的产品，如磺化聚合物Polydrill，或早己生产的产品如S.S.M.A.（磺化苯乙烯与马来酸酐共聚物）均是如此，并采取下列措施：①利用表面活性剂的两亲作用来改善钻井液的抗温性；②抗氧化剂可以大幅度提高磺化聚合物抗高温降滤失剂的高温稳定性能。
③膨润土一直是水基钻井液的基础。
但随着温度的升高和污染，它是最难控制和预测其性能的粘土矿物。
而皂石和海泡石最重要的特征是随着温度的升高而转变为薄片状结构的富镁蒙脱石，比膨润土能更好的控制流变性和滤失量。
2．强抑制聚合物水基钻井液随着钻井液的发展，研制成功了阳离子聚合物钻井液。
这种抑制能力很强的新型钻井液与原阴离子的聚合物钻井液的本质区别就是在“有机聚合物包被剂”这一主剂上引入了阳离子基团即（-N一）基基团（如阳离子聚丙烯酰胺），另外又添加了一种分子量较小的季胺盐类，（如羟丙基三甲基氯化胺）。
另外，在PAM分子链上引入阳离子基团、疏水基团和AMPS（2-丙烯酰胺基—2—甲基丙磺酸），从而使改性的PAM赋予了新的性能。
通过改性，使聚合物分子中的阳离子中和了粘土颗粒上的负电荷而减小静电斥力，使聚合物能在更多位置上与粘土发生桥链，对粘土能够起到很好的保护作用。
由于分子链中含有疏水基团，使吸附在粘土表面的聚合物表现为憎水性质，故有利于阻止水分子的进入，从而能有效地抑制页岩的膨胀。
3．合成基油包水钻井液合成基钻井完井液体系在组成上与传统的油基钻井液类似，主要由有机合成物基液、乳化剂、水相、加重剂和其它性能调节剂组成。
其中有机合成物为连续相，水相为分散相，加重剂用于调节密度，乳化剂和其它调节剂用于分散体系的稳定及调节流变性。
体系中常用的合成基液类型有酯类、醚类、聚-а-烯烃类和直链烷基苯类等，而尤以酯类用得最多，其次是聚-а-烯烃类。
多元醇（Polyols）类和甲基多糖（Methyl Glucoside）类是合成基钻井完井液中广为使用的两种多功能添加剂，它们具有乳化、降滤失、润滑和增粘的功效，也可以单独作为多元醇钻井液和甲基多糖钻井液两种新体系的主要添加剂。
合成基钻井液的乳化剂有专用的，如水生动物油乳化剂：但多数使用与普通油基钻井液相同的乳化剂，如脂肪酸钙、咪唑啉衍生物、烷基硫酸（酯）盐、磷酸酯、山梨糖醇酐酯类（Span）、聚氧乙烯脂肪胺、聚氧乙烯脂肪醇醚（平平加类）等。
该钻井完井液体系已应用了上千口井，取得了井眼稳定、井下安全提高钻速、有利于保护环境和油气层等较好的效果和效益。
4．有机盐盐水钻井液有机盐钻井液完井液的核心是高密度和强的抑制性它是基于低碳原子（C1—C6）碱金属（第一主族）有机酸盐、有机酸铵盐、有机酸季铵盐的钻井液完井液体系。
优点为：①配方简单：一种主处理剂有机盐构成一个钻井液体系；②类油基特点：该钻井液是一种高浓度有机物连续相流体；③抑制性强：能够有效地抑制储层泥岩胶结物的水化膨胀和水化分散，有利于井壁稳定、井眼规则，有效地保护油气层；④低固相，高密度；⑤有利于提高机械钻速；⑥无毒、无害、易生物降解、无生物富集，有利于保护环境。
有机盐钻井液完井液技术机理分析：有机盐钻井液完井液的五种作用机理都能有效地抑制泥岩水化膨胀、水化分散，有利于井壁稳定和油气层保护。
1）、类油基钻井液性质：有机盐钻井液中较长链有机酸根浓度较高，呈有机物连续相性质，可达到趋近于油基钻井液的抑制能力，可有效抑制粘土、钻屑的分散和膨胀，同时有利于保护油气层。
2）、水的活度较低：有机盐钻井液中有机盐含量较高，可束缚大量自由水，水活度低（例如：15%水溶液水的活度为0.85），粘土颗粒、钻屑在其中浸泡时水化应力较低，在其中的分散趋势被强烈抑制，同时能够有效地抑制储层泥岩胶结物的水化膨胀、水化分散，有利于保护油气层。
3）、阳离子吸附和阳离子嵌入机理：有机盐钻井液中含大量的K＋、NH4＋、NR4＋可通过化学键吸附于带负电的粘土颗粒表面，也可嵌入粘土颗粒晶格内，增大粘土颗粒的水化阻力，起到抑制其分散、膨胀的作用，同时有利于保护油气层。
4）、有机酸根阴离子吸附机理：有机盐钻井液中大量的有机酸根阴离子可吸附于带正电的粘土颗粒端面上，阻止水进入粘土颗粒，抑制其表面水化及渗透水化，同时有利于保护油气层。
5）、有机盐钻井液的滤失造壁性分析：有机盐钻井液中大量的有一定链长的有机酸根阴离子，可与土结合形成薄而韧的泥饼，从而有效地保护井壁和降低滤失量，也有利于保护油气层。
钻井液的典型配方：有机盐水溶液(1.00-2.30 g/cm3) 综合考虑抑制性、流变性、价格等因素，首先确定有机盐基液的密度：烧碱NaOH 0.1-0.2%+降滤失剂Redu11-2%降失水+无萤光白沥青NFA-250.5-2%改善泥饼质量注：根据现场具体情况，有时需要加入包被剂IND10、提切剂Visco1、黄原胶Xc、聚合醇PGCS-1。
5．甲酸盐类水基钻井液甲酸盐钻井液是国外90年代研制并使用的一种新型钻井液。
将甲酸与氢氧化钠或氢氧化钾在高温高压下反应制成碱性金属盐如甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯配制成甲酸盐类水基钻井液。
甲酸盐盐水钻井液体系是在盐水钻井液和完井液基础上发展起来的，因而除具有盐水钻井液的特点外，还具有其独特的优点。
甲酸盐的优点：（1）由于其强抑制性，可有效地抑制泥页岩的水化膨胀和分散，也有利于减少钻井液对油气层的损害。
（2）易生物降解，不会造成对环境的污染。
（3）钻具、套管等金属材料在这种钻井液中的腐蚀性小，有利于延长它们的使用寿命。
（4）不需要加重材料就可以配制高密度钻井液，甲酸纳和甲酸钾盐类的水溶液密度分别为l.34g/cm3和1.60g/cm3，甲酸铯水溶液密度可高达2.3g/cm3不仅有利于提高机械钻速，而且有利于保护油气层。
（5）这种钻井液体系的低粘度、高动态瞬时滤失量有利于提高机械钻速。
（6）这种钻井液体系具有良好的抗高温、抗污染的能力，并可以降低所使用的各类添加剂在高温条件下的水解和氧化降解的速度。
甲酸盐盐水具有作为深井和小井眼钻井的无固相钻井液的特性：（1）在高温下能维持携屑。
（2）在高温下能阻止固相沉降。
（3）降低了压差卡钻的可能性（滤饼很薄）。
（4）在长且狭窄的井筒中具有低的当量循环密度。
（5）可以向钻井液马达和钻头传送最大的动力。
（6）与油层的矿物和油层中的液相相容。
（7）与完井设备的硬件和人造橡胶相容。
（8）符合环保要求而且易被生物降解。
6．硅酸盐钻井液钻井液中添加了对页岩抑制性最好的可溶性硅酸盐。
这种硅酸盐钻井液体系已用于钻水敏性页岩地层、分散性白垩岩地层和含伊利石的地层。
硅酸盐钻井液的抑制能力比任何水基钻井液都高，实际上已达到油基钻井液的抑制能力。
1）硅酸盐的化学性质硅酸盐是一种无机材料，是由碳酸盐与二氧化硅混合后加热生成的。
硅钠比是硅酸钠最重要的物理性能。
改变SiO2、Na2O和H2O的比例能控制硅酸钠的化学和物理性能。
硅钠比决定了硅酸钠的下列特性：（1）固相和粉末的溶解度；（2）硅酸盐的反应能力；（3）诸如粘度等物理性能。
室内试验证明，高硅钠比的硅酸盐具有更高的抑制效率。
在一般情况下，硅钠比为2.6的硅酸盐就能达到基本的抑制能力。
2）钻井液配方和特性典型的硅酸盐钻井液配方见表1。
体系普遍使用黄原胶和聚阴离子纤维素来达到要求的流变性和控制滤失。
硅基钻井液在pH值为11～12.5时稳定性最好。
高pH值可防止溶解硅的聚合。
因此，需要添加硅酸钠来达到要求的pH值。
pH值下降是硅酸盐耗损的信号。
要添加硅酸盐来维持钻井液的抑制性。
钻井液中硅酸盐的浓度可用试验和从硅酸钠的浓度计算出来。
可通过直接把硅酸钠加到钻井液中或通过预混合加到钻井液中的方式来维持理想的浓度。
表1硅酸盐钻井液配方添加剂加量（kg/m3）作用黄原胶 3 悬浮聚阴离子纤维素 8 控制失水淀粉 10 控制失水硅酸钠溶液 100 抑制性杀菌剂 1 杀菌碳酸钾 40 增加抑制性盐（NaCl） 300 氯含量、密度纯碱 0.2～0.4 控制硬度、补水当可溶性硅酸盐与页岩表面接触时，pH值下降并且与页岩中的两价离子（Ca＋2和Mg＋2）反应，在页岩表面形成一道可以防止滤液和颗粒侵入地层的屏障。
当使用硅酸盐钻井液钻进时，要注意下列问题：（1）由于钻井液的抑制性强，所以钻屑等固相对钻井液的流变性可能不会产生影响；（2）在钻屑吸收钻井液的滤液之前，新配制的钻井液具有较高的滤失量；（3）钻进时，重要的是要定时记录泵入和返出钻井液中的硅酸盐含量，以便监测硅酸盐的消耗率和确定是否需要对钻井液进行处理；（4）硅酸盐钻井液的高抑制性保持了钻屑的完整性，需要钻井液具有较高的屈服值和较低的剪切粘度以保证井眼的清洁能力，同时振动筛的负荷也要比使用普通钻井液高；（6）由于硅酸盐与钙和镁反应产生沉淀物，所以钻井液体系的硬度为零；（7）硅酸盐钻井液的pH值一般为11.0～12.5。
钻井液的pH值是从硅酸盐含量推导出来的，所以钻井液的碱度（Pm和Pf）是监测硅酸盐含量的有效方法。
Pm为10～30，而Pf为8～25。
在钻进时pH值和碱度下降归咎于硅酸盐消耗。
要通过加入硅酸钠来维持pH值和碱度。
在通常情况下，不需要通过加氢氧化钾和氢氧化钠来维持pH值。
（8）硅酸盐是一种金属材料的防腐剂，所以不需要往钻井液中加防腐剂。
在盐饱和体系中游离态氧的含量非常少，硅酸盐与铁反应生成一种可防止发生化学反应的硅酸盐包被物。
硅酸盐钻井液可以有效地抑制页岩。
钻进时要把钻井液的pH值控制在11～12.5。
使用硅酸盐钻井液时，固控设备对维持钻井液特性和降低钻井液成本起决定性作用，因此要选择处理量大的固控设备。
7．用减轻剂配制低密度钻井液钻进低压地层时，为减少漏失和对油气层的损害，采用密度小于1.0g/cm3的钻井液。