第6章钻井液
第六章钻井液
第一节钻井液的功用和组成(钻井的血液)
一、钻井液的种类和发展
种类：清水、自然造浆、泥浆（细分散、粗分散、不分散、油基、水基）、乳化钻井液、泡沫钻井液、气体钻井液。
1、旋转钻井初期用清水钻进，遇井下粘土层自然造浆，这一时期称为自然造浆阶段。(1901～1920年）
2、在清水中加入粘土和分散剂，使粘土充分分散以提高其稳定性，这一时期称为细分散阶段。（1921～1942年）
3、为提高泥浆的抗钙污染能力，加入一些抗钙处理剂（无机絮凝剂，如石灰、石膏、氯化钙等）使粘土处于适当絮凝状态（初分散），这一时期称为初分散阶段。（1942～1965年）
4、为提高钻速和适应喷射钻井的需要，在泥浆中加入有机絮凝剂，使粘土不分散，这一时期称为不分散阶段。
★5、八十年代开始重视和研究钻井液对储层的损害问题，因而进入了钻井液的保护储层阶段。
二、钻井液的基本功用
1、清洁井底
2、携带和悬浮清除钻屑
环空返速（0.6～1 m/s）＞钻屑沉降速度→钻屑上行
迟到时间（深井0.5～1h）：钻屑自井底升到井口所需时间
3、保护井壁（泥饼）
4、冷却、润滑钻头和钻柱
5、控制与平衡地层压力（密度）
★6、提供地层有关资料和信息（泥浆录井提供油、气、水和地层压力资料）。
在钻井作业过程中，钻井液直接与地层接触，并且不断地从地下循环到地面上来，因而地层的情况总会或多或少地在钻井液中被反映出来。因而我们可以通过钻井液间接和直接的来了解地层的情况。这就是钻井液的录井功能。
比如，正在钻进地层的钻屑是通过钻井液的循环而被带到地面，因而我们便可以从这些钻屑来了解地层的岩性特征和划分地层层位。
钻遇水层时，地层水的侵入会使钻井液的密度降低、粘度降低、含盐量和氯根含量发生变化。
钻遇气层时，钻井液的密度下降、粘度上升、并且可以闻到浓烈的天然气味和见到很多气泡。
钻遇油层时，钻井液的密度、粘度等也会发生变化，钻井液中也会见到原油。气相色谱测井就是在钻井过程中连续测量泥浆中各种烃类含量的变化从而发现油气层。
6、传递水功率（井下动力钻进）
7、直接或辅助破岩（喷射钻井）
★8、保护储层（最新发展）。
三、泥浆的组成
1、组成：
水基泥浆━━水、粘土、各种添加剂（活性固相，惰性固相）
油基泥浆━━油、粘土、各种添加剂。
2、粘土结构
粘土矿物的两种基本构造单元
硅氧四面体：一个硅原子与四个氧原子（或氢氧）以等距相连，硅在四面体中心，氧在四面体顶点。（片状
结构）
铝氧八面体：两层紧密堆叠的氧和氢氧组成，铝（或镁）原子居于正八面体中心。
氧
粘土矿物：
蒙脱石（搬土）、伊利石、高岭石、海泡石 3、粘土水化
粘土在水中吸附一层水形成水化膜，水化膜的厚度取决于粘土片上结合的阳离子种类和数量。---→分散作用
粘土颗粒（片体）的双电层
负电荷来源：晶格取代，四面Al +3→Si +4，八面Mg +2→Al +3 裸露的OH 层的电离 吸附阴离子 4、粘土颗粒间的连接方式
片状粘土颗粒平面上带负电荷，边缘表面带正电，边面上晶格破裂有一断键→面－－面连接，边－－边连接，边－－面连接 （1）分散作用：片间分离
（2）聚结作用：面－－面相连，石膏层Ca ++→聚结
（3）絮凝作用：边－－边、边－－面连接→空间网架颗粒间斥力↓，水化膜厚度↓→絮凝↑
（4）解絮凝作用：化学剂→水化膜厚度↑→絮凝↓ 5、粘土造浆率
一吨粘土配成视粘度为15 mPa.s 的钻井液的量。
第二节 泥浆性能
钻井液的性能是由多项指标来反映的，常用的评价指标有：密度、粘度、切力、失水量、泥饼、pH 值、含盐量、氯根含量、固相含量等，通过这些性能指标我们可以知道钻井液是否满足其基本功能的各项要求。
图 搬土结构及水化
一、密度
定义：单位体积钻井液的重量，用ρ表示，单位是“g/cm3”。
作用：平衡地层压力、防止井喷、稳定井壁
密度↑↑→钻速↓──→控制好钻井液密度
→井漏，要求近平衡钻井。
确定：根据地层压力、地层破裂压力、地应力来确定钻井液的密度，既要考虑井眼的稳定和清洁，又要考虑提高钻速。
钻井液密度的公式：
ρ＝Ｐ／9.81Ｈ＋β
式中：
ρ－钻井液密度，克／厘米3;
Ｐ－地层压力，千帕；
Ｈ－井深，米；
β－附加安全值（取0.1～0.2），克／厘米3。
调整：可通过调节其固相含量或加入加重剂（如重晶石、钛铁矿ρ＝4.5）的办法加以控制。当地层流体（如地层水、原油、天然气）侵入后则会降低钻井液的密度。
测量：密度秤
二、粘度
粘度：流体流动时，液体中固体颗粒之间以及分子间摩擦力的综合反映。
粘度用η表示，单位是mPaS（厘泊）。
粘度↑→悬浮岩屑，携带岩屑，防止井漏；
→流动阻力↑，功率损耗↑，钻速↓，固控效率↓；
剪切应力：抵抗流体流动的力，τ；
剪切速率：垂直于流动方向单位长度流速变化量；
流动特征（流变曲线）：剪切速率与剪切应力关系（曲线）；
有效粘度（表观粘度，视粘度）：某一剪切速率下剪切应力与该剪切速率之比。
剪切稀释性：
牛顿流体：符合牛顿内摩擦定律的流体。
τ＝η塑（ｄｕ／ｄｘ）
非牛顿流体：不符合牛顿内摩擦定律的流体。
流变模式：
(1) 宾汉模式
τ＝τ0＋η塑（ｄｕ／ｄｘ）
：屈服值，动切力；
τ
因素：固相颗粒的表面性质、带电状况，液相中离子的类型和浓度。
：塑性粘度；
η
塑
因素：固相颗粒的浓度与分散程度
(2) 幂律模式（指数模型）
τ＝Ｋ（ｄｕ／ｄｘ）ｎ
适用于低剪切速率（＜511 S-1区）
Ｋ：稠度系数→流体的可泵性
ｎ：流性指数→非牛顿特性的程度
(3) 赫—巴模式
τ＝τ0＋Ｋ（ｄｕ／ｄｘ）ｎ
粘度测量：
(1) 漏斗粘度
(2) 旋转粘度计3,6,100,200,300,600 r/min
三、触变性和切力
由于大多数钻井液是粘土和水配制的胶体－悬浮体，因而它有形成结构的能力。
触变性：在流动时钻井液的结构被破坏，而在静止时又恢复其结构。
钻井液视粘度随剪切速率的增加而减小。
切力：反映钻井液触变性的指标，流体静止一段时间后，由于粘土颗粒相互吸引而形成的胶体强度。
把钻井液搅拌后分别静置1分钟和10分钟后所测的切力分别称为初切力θ1和终切力θ10（克／厘米2）。由θ1和θ10便可以判断钻井液形成结构的速度和强度。
钻井液触变性的意义在于满足钻进和不钻进时的不同需要。钻进时，为了获得高的钻速要求钻井液流动性好、没有结构。而在没有钻进时（起下钻、检修设备、停工……），则需要钻井液形成一定的结构以悬浮钻屑和加重剂。 搬土钻井液触变性的四种典型情况：
（1）较快的强凝胶 （2）较慢的强凝胶 （3）较快的弱凝胶 （4）较慢的弱凝胶
四、失水量与泥饼
地层象一个大的过滤器，当钻井液液柱压力高于地层压力时，钻井液
中的自由水就会渗入地层→失水、动失水、静失水，而被滤除的固相颗粒则在井壁形成一层泥饼。
因素：粘土分散↓、压差↑、浸泡时间↑、温度↑、地层渗透率↑→失水量↑
失水量↑→地层内粘土膨胀，水锁→地层损害； →电测解释↓，井壁稳定性↓； →泥饼疏松→固井质量↓； →缩径→卡钻。
泥饼的形成将有助于保护井壁和阻止滤液进一步渗入地层。 要求：优质钻井液应当具有低的失水量和薄而韧的泥饼。 测量：泥浆失水仪。
API （American Petroleum Institute ）标准：
100 psi (0.69 MPa)压力，面积为45cm 2的滤纸在30?分钟时间里所滤
时间：分
力
切1
2
3
4
20
406080
100
25
5075m g /c m 2
出的滤液量（单位：毫升），被滤除留在滤纸上的固相颗粒则形成了泥饼，泥饼厚度用毫米表示。
高温高压失水：模拟井下条件的失水，
500 psi (3.45 MPa)，300°F(149℃)。
动失水＞静失水
五、pH值
由于钻井液中一般都要加入烧碱NaOH、纯碱Na
2CO
3
或其它碱性材料来维
持钻井性能的稳定，所以钻井液多为弱碱性。
六、含砂量
定义：钻井液中不能通过200号筛（或直径大于0.074?毫米）的砂子占钻井液总体积的百分数。
含砂量↑→钻具和泵零件磨损↑、泥饼质量↓、摩擦系数大↑、比重↑、卡钻可能性↑。
要求：钻井液的含砂量小于1％。
钻井液中固相的清除可用机械清除法（振动筛、沉砂池、除砂器、除泥器），也可用化学清除法（各种化学絮凝剂）。
第三节性能控制（主要为自学）
性能控制原理：清除钻屑和劣质粘土，控制粘土的分散与聚集，搬土含量2～7％。
常用处理剂类型有：
1、控制pH（NaOH、Na
2CO
3
）
2、除钙剂
3、降失水
4、絮凝剂
5、页岩稳定剂（钙、钾、有机物）
6、稀释剂
7、增粘剂（高分子）
8、加重剂（石灰石CaCO
32.7、重晶石BaSO
4
4.2～4.6、菱铁矿FeCO
3
3.8、
方铅矿PbS 6.8～6.9）
9、堵漏剂（粗纤维、高分子聚合物）
10、润滑剂
11、其它（防腐、杀菌、起泡、消泡、乳化、活性剂）
一、粘度与失水量的控制
1、采用优质粘土，使粘土含量为最低；
2、塑性粘度大时，清除多余的固相颗粒或加水稀释；
3、塑性粘度小、且失水量大，增加搬土；
4、屈服值变大、失水量增大，加处理剂（木质素磺酸盐、高分子聚合物）改善粘土颗粒分散程度并保持分散状态。
二、抑制性泥浆
1、钙处理钻井液
钻井液中加入石灰或石膏以增大Ca++离子的浓度。
2、高矿化度钻井液（NaCL含量＞10％）
三、固相控制
筛除、沉淀、化学絮凝、稀释
目：筛网每英寸长度上的孔眼数，常用10～14目筛网，可筛除1.1 mm 的颗粒。
第四章作业：
1、钻井液的作用是什么？
2、钻井液的主要性能有哪些？
3、一口井钻进至3200米时，地层压力为50MPa，?问安全钻进所需的钻
井液密度应该是多大？
钻井液完井液技术手册(09)
1.3.4页岩抑制剂 实际上，钻井液中所用的所有的处理剂在钻井过程中的主要作用只有两个，一个作用是维护钻井液性能稳定，另一个作用是保证井眼稳定。这种起稳定井眼作用的处理剂就称之为页岩抑制剂，又称页岩抑制剂。页岩抑制剂的作用是防止页岩水化膨胀和分散引起的井壁坍塌、破裂和掉块，以防造成钻井事故。 1.3.5.1钻井液和泥页岩的水化作用 钻井液对泥页岩的化学作用，最终可以归结到对井壁岩石力学性能参数、强度参数以及近井壁应力状态的改变。泥页岩吸水一方面改变井壁岩石的力学性质，使岩石强度降低；另一方面产生水化膨胀，体积增加，若这种膨胀受到约束便会产生膨胀压，从而改变近井壁的应力状态。如何将钻井液对泥页岩的化学作用带来的力学效应定量化，并将其同纯力学效应结合起来研究井壁稳定问题；F.K.Mody 和A.H.Hale 认为，钻井液和泥页岩间存在的活度差驱使钻井液中的自由水进入泥页岩，从而使近井壁地带的孔隙压力增高，岩石强度降低。井内水进入泥页岩主要受钻井液与泥页岩井壁间的孔隙压力差和化学势差的控制。 钻井液与泥页岩间化学势差引起的孔隙压力变化为： 式中：λ-有效半透膜系数，R -气体常数，T -绝对温度，V -水的偏莫尔体积，A S 、A m -分别为泥页岩和钻井液的水活度，P -钻井液液柱压力，P p -远场孔隙压力，?μ-化学势差。 如果?μ大于零，即井眼水化学势大于孔隙水化学势，井眼水就可以进入岩石孔隙内，从而使泥页岩吸水后产生水化膨胀，且井壁的孔隙压力增大，岩石的强度降低，不利于井壁稳定。反之，泥页岩产生解吸脱水，使井壁的孔隙压力减小，岩石强度增大，有利于井壁的稳定。因此，从活度平衡的理论出发，要求降低钻井液中水的活度。这可以通过控制调节钻井液中不同盐的含量或使用特殊的处理剂来改变钻井液中水的活度。钻井液中水的活度可以通过实验来测定出来，而泥页岩中水的活度却较难确定，一般可以通过地层条件下泥页岩的含水量来测定。具体做法是：用已知不同活度的溶液在恒湿气中与页岩达到活度平衡后（至少静置15天），测定页岩的吸水量，再绘制该页岩的吸水量与其活度的等温关系曲线。在已知地层水成分和矿化度的情况下，将岩样置于恒湿器中与溶液达到活度平衡后测定页岩的含水量。然后和曲线相对照即可得出页岩中水的活度。 不过该模型只反映了井壁岩石与钻井液直接接触所产生的水化现象，而未能描述井壁内岩体中水化过程的应力变化。 p m s P P P A A V RT -=?±==?)/ln(λμ
无线随钻测量泥浆脉冲信号的干扰分析
无线随钻测量泥浆脉冲信号的干扰分析 发表时间：2016-09-27T10:39:10.847Z 来源：《基层建设》2015年31期作者：吴伟[导读] 摘要：介绍了无线随钻测量系统中泥浆脉冲信号的传输方式和特点，分析了干扰脉冲信号传输的因素，以及造成脉冲信号衰减的影响因素，并提出了相应的解决方法。中国石化胜利石油工程有限公司-钻井工程技术公司-定向井公司摘要：介绍了无线随钻测量系统中泥浆脉冲信号的传输方式和特点，分析了干扰脉冲信号传输的因素，以及造成脉冲信号衰减的影响因素，并提出了相应的解决方法。关键词：传输方式；信号干扰；信号衰减随钻测量是获得井下信息最重要的技术手段。目前该技术普遍应用在中国各油田的大位移水平井、定向斜井的钻进过程中，并取得了显著的成果，大大提高了油气井的钻采效率比。信号的传输是随钻测量的关键技术之一，无线随钻测量系统信号的传输主要有电磁波和泥浆脉冲两种，电磁波在地层中传输时，信号严重衰减，只能以较低的频率发送信号，因此国内主要采用泥浆脉冲进行信息传输，可靠性较好，能远距离传输，更符合钻井实际情况。但泥浆脉冲信号在传输过程中需要解决两大问题：信号干扰和信号衰减。本文将对泥浆脉冲随 钻测量系统的工作方式以及信号传输过程中的干扰和衰减问题进行探讨。 1、泥浆脉冲信号传输方式及特点目前，泥浆脉冲信号传输方式主要有三种，即连续波、正脉冲和负脉冲三种方式。（1）连续波方式 连续波脉冲发生器的转子在泥浆作用下产生正弦压力波，由井下探管编码后的测量数据通过调制系统控制的定子相对于转子的角位移，使这种正弦或余弦压力波在时间上出现相位移或角位移，在地面连续检测这些相位或频率的变化，并通过数字译码和计算得到测量数据。其优点是数据传输速度快、精度高；缺点是结构复杂，数字译码能力较差。（2）正脉冲方式 泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔的相对位置能够改变泥浆在小孔处的截面积，从而引起钻柱内部泥浆压力的升高，针阀的运动是由井下微处理器编码的测量数据通过调制器控制电路来实现的。在地面通过连续地检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的测量数据。正脉冲发生器具有结构简单、尺寸小、使用操作和维修方便等优点，但正脉冲发生器数据传输慢，不适合传输地质资料参数。（3）负脉冲方式 泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的无磁钻铤中使用，开启泥浆负脉冲发生器的泄流阀，使钻柱内的泥浆从泄流阀经无磁钻铤细流孔流到井眼环空，从而降低钻柱内部的泥浆压力。泄流阀的动作是由井下微处理器编码的测量数据通过调制器控制电路来实现的，在地面通过连续检测立管压力的变化，并通过译码转换成不同的数据。优点是数据传输速度快，适合传输定向和地质资料；缺点是下井仪器的结构复杂，组装、操作和维修不便，需要专用的无磁钻铤。 2、信号的干扰因素 泥浆脉冲信号在传输过程中存在很多干扰信号，这些信号在同时间内可能组合在一起，使得对有用的钻井液脉冲信号识别非常困难。（1）泥浆泵 当泥浆泵工作良好时，在立管上产生的干扰主要有两个：①较弱的泵的冲程干扰可忽略不计；②较强的活塞运动干扰。通常，无线随钻测量的脉冲信号传输频率的可选范围为 0.5-1.0Hz，而泥浆泵的频率通常大于 1Hz，MWD 地面设备用低通滤波器即可将其过滤。但当泵工作不平衡或密封性有问题时，也能对脉冲信号产生干扰，因此应及时排除泵的故障。（2）泥浆中的气泡 泥浆中的气泡在上升过程中，由于压力逐渐减小而导致体积膨胀并最终破裂。破裂的气泡形成众多微小的干扰信号源，这些干扰信号在冲洗液通道中反射、叠加，从而增加了信号分离的难度，此时可以通过控制泥浆中的气泡量来减少这种干扰的影响。（3）噪声干扰 泥浆压力脉冲信号以一定的速度在钻柱中沿轴向向地面传播，泥浆压力脉冲信号传到地面后，会造成一定的衰减，与很多干扰信号混合在一起。在泥浆介质中有很多噪声源以及由于现场条件变化而产生的一些噪声。这些噪声主要包括泵噪声、钻井噪声和反射信号。反射信号主要由于脉冲遇到钻头或泵时，反弹形成的反射波产生反射信号。这些噪声大多都属于非同频的噪声，在信号识别和检测中，可以采用硬件电路滤波方式来滤除这些噪声。（4）活动钻具 活动钻具的速度过快、过猛，将导致立管中的压力突变，从而造成泥浆脉冲信号丢失，所以在活动钻具时要尽量做到轻提、轻放，这样才能保证泥浆脉冲信号的有效传输。（5）使用空气室的影响空气室的作用是减小压力变化和机械震动，使泥浆流动平稳。但与此同时空气室也会衰减井下脉冲发生器传上来的有用的泥浆脉冲信号，通常情况下不会有显著的衰减，不至于造成信号接收问题。但当条件恶劣时，如钻井较深、地层复杂，则必须考虑它。（6）井底动力机 井底动力机的频率一般远高于信号传输的频率，且这种干扰信号在沿冲洗液通道向井口传播的过程中会逐渐衰减并很快消失，一般可以忽略，但某些异常情况下，如在钻头阻力大于螺杆产生的扭矩而导致螺杆压死停转时，地面立管压力将突然升高，可能淹没泥浆脉冲信号，导致地面解码失败。 3、造成信号衰减的原因分析（1）深度对信号的衰减泥浆脉冲信号传输的路径越长，丢失的能量越多。当井比较深时，地面接收到的泥浆脉冲信号幅度相对来说要小些，信噪比不可避免地受到影响。这时可以选择使用较小尺寸的孔板，或减小蘑菇头与孔板间的距离，以增大初始脉冲的幅度，提高信噪比。（2）气体对信号的衰减
钻井液用固体润滑剂
现如今，在许多的钻井工作中都会使用到钻井液润滑剂，它可以减少钻头、钻具及其它配件的磨损，延长使用寿命，同时防止粘附卡钻、减少泥包钻头，易于处理井下事故等。若钻井液的润滑性能不好，会造成钻具回转阻力增大，起下钻困难，甚至发生粘附卡钻和日钻具事故；由此可见润滑性好坏至关重要，那么影响其润滑性的主要因素有哪些呢？下面就简单的给大家介绍下。 1、粘度、密度和固相的影响 随着钻井液固相含量、密度增加，通常其粘度、切力等也会相应增大。这种情况下，钻井液的润滑性能也会相应变差。这时其润滑性能主要取决于固相的类型及含量。砂岩和各种加重剂的颗粒具有特别高的研磨性能。 钻井液中固相含量对其润滑性影响很大。随着钻井液固相含量增加，·除使泥饼粘附性增大外，还会使泥饼增厚，易产生压差粘附卡钻。另外，固相颗粒尺
寸的影响也不可忽视。研究结果表明，钻井液在一定时间内通过不断剪切循环，其固相颗粒尺寸随剪切时间增加而减小，其结果是双重性的：钻井液滤失有所减小，从而钻柱摩阻力也有所降低；颗粒分散得更细微，使比表面积增大，从而造成摩阻力增大。可见，严格控制钻井液粘土含量，搞好固相控制和净化，尽量用低固相钻井液，是改善和提高钻井液润滑性能的最重要的措施之一。 2、滤失性、岩石条件、地下水和滤液pH值的影响 致密、表面光滑、薄的泥饼具有良好的润滑性能。降滤失剂和其它改进泥饼质量的处理剂(比如磺化沥青)主要是通过改善泥饼质量来改善钻井液的防磨损和润滑性能。 在钻井液条件相同的情况下，岩石的条件是通过影响所形成泥饼的质量以及井壁与钻柱之间接触表面粗糙度而起作用的。底温度、压差、地下水和滤液的pH值等因素也会在不同程度上影响润滑剂和其它处理剂的作用效能，从而影响
钻井液润滑性测定
中国石油大学钻井液工艺原理实验报告 实验日期：2015.03.23 成绩： 班级：石工12-1 学号姓名：教师：范鹏 同组者： 实验四钻井液润滑性测定 一.实验目的 1. 掌握钻井液润滑性测定仪器的使用方法； 2. 掌握钻井液润滑性的调整方法及常见润滑剂对钻井液润滑性能的影响。 二.实验原理 液体类润滑剂通过在金属、岩石和粘土表面形成吸附膜，减少钻具对井壁和套管的摩擦；多数固体润滑剂类似细小滚珠，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，因而可大幅度降低扭矩和阻力。 在斜板倾斜条件下，放在泥饼上的滑块受向下的重力作用，当克服粘滞力后开始下滑，根据牛顿内摩擦定律，设滑块重量为W，其与斜面平行的分力为F，F 即摩擦力，垂直于斜面的力为P，F=Wsinα，P=Wcosα，摩擦系数f=F/P=tgα。泥饼的摩擦系数即仪器所测的粘滞系数。 三.仪器、药品 1.ZNS型打气筒失水仪一台 2.粘滞系数测定仪一台 3.高搅机一台 4. 秒表一只 5. 钢板尺一个 6. 20ml量筒1个 7.滤纸 8. 待测泥浆泥浆约500ml 四、实验步骤 1.接通粘滞系数测定仪的电源，预热15min，并检查电机、清零及显示屏工作是否正常。
2.通过手动调节测试板和仪器箱底的升降螺母使仪器测试板水平泡居中。 3.按清零按钮将数字显示屏归零。 4.测定基浆的滤失量后，将泥饼平整的放置在测试板上，将长方体滑块以垂 直于测试者身体方向，缓慢地放置在泥饼的中心位置，并静置1min。 5.按动电机按钮，测试板开始以一定速率缓慢的倾斜，直到滑块开始与泥饼 出现相对滑动时，立即记录下此时显示屏的读数。此读数的正切值即为泥饼的粘 滞系数。 6.取基浆加入一定量的NaCl并高速搅拌10min，按实验步骤4和5测定盐水 泥浆泥饼的粘滞系数。 五、数据处理 确定加入NaCl前后的润滑系数降低或提高率，并简要解释原因并提出简要的对策。 润滑系数提高率=（1.1504-0.0612）/0.0612=17.80 润滑系数提高。 钻井液中加入NaCl后，发生盐侵，会压缩粘土的扩散双电层，使其 电位降低，水化膜变薄，粘土颗粒间形成或增强网架结构，从而导致钻井液粘度、切力上升，摩擦阻力增大。 由此可知为了提高钻井液的润滑性，应该降低钻井液的矿化度。 六．实验总结 通过本次实验的具体操作，我掌握钻井液润滑性测定仪器的使用方法，对钻 井液润滑性的调整方法及常见润滑剂对钻井液润滑性能的影响有了初步的认识。 最后感谢老师的细心指导！
润滑剂最新标准
中原油田企业标准 Q/SH1025 0512—2011 代替 Q/SH1025 0512—2007 钻井液用润滑剂技术条件 2011-10-01发布2011-12-01实施中原油田发布
前言 本标准按照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。 本标准代替Q/SH1025 0512—2007《钻井液用润滑剂通用技术条件》。主要技术变化如下：——新增了钻井液用油酸脂类润滑剂的技术要求； ——液体润滑剂外观指标更改为：均匀状液体； ——更改了原标准中细度测试的叙述方式，不再描述为“引用SY/T 5559—1992中第6章”，而是直接明确了测试步骤。 本标准由中原油田石油化工油田化学专业标准化委员会提出并归口。 本标准起草单位：中原油田技术监测中心。 本标准主要起草人：何卫、孙明卫、朱玉萍、湛玉玲、魏玲艳。 本标准2007年首次发布，本次为第一次修订。
钻井液用润滑剂技术条件 1 范围 本标准规定了钻井液用润滑剂的要求、试验方法、检验规则、标志、包装、质量检验单及使用说明书。 本标准适用于中原油田钻井液用液体润滑剂、固体润滑剂、油酸脂类润滑剂的准入、验收和质量监督检验，不适用于小球类润滑剂。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 6678—2003 化工产品采样总则 GB/T 16783.1—2006 石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液 SY/T 5490 钻井液试验用钠膨润土 3 要求 钻井液用润滑剂应符合表1的规定。 表1 指标 项目 液体润滑剂固体润滑剂油酸脂类润滑剂外观均匀状液体松散状流动粉末或颗粒均匀状液体 细度（筛孔0.25 mm筛余），% ≤—10.0 — 水分，% ≤—7.0 — 酸值，mg/g ≤——35 荧光级别*≤ 4.0 4.0 4.0 表观粘度升高值，mPa?s ≤ 3.0 3.0 2.0 润滑系数降低率，% ≥75 60 84 注：荧光级别指标仅限于钻井液用低荧光润滑剂。 4 试验方法 4.1 仪器设备和试剂 仪器设备和试剂包括： a)天平：精度0.01 g、0.0001 g；
新型钻井液用润滑剂GXRH的研制
新型钻井液用润滑剂ＧＸＲＨ的研制 孙金声潘小镛刘进京 （中石油石油勘探开发研究院北京） 摘要润滑剂ＧＸＲＨ是一种台高分子脂肪政和脂化剂的聚酯化台物，亲油基团及亲水基团均为长链．使其在金属、岩石和粘土表面形成的吸附膜厚度增大．从而在高密度钻井液中能有较好的润滑性。设化合物具有较高的耐磨性．稳定性好，克服了天然脂肪酸易于水解、易与高价阳离子如钙、镁离子生成币溶性盐及在高密度钻井液中效能低等缺点，抗盐、抗温性能好，适用于各种钻井液体系，满足了高密度钻井液对）闺滑剂的要求。合成ＧＸＲＨ的原料力合成脂肪酸鲞残．合成工艺简单，成本低；ＧＸＲＨ为直链化台物，无荧光，可降解达到环保要求。 关键词：润滑剂高密度钻井液耐温抗盐 目前常用的改善钻井液润滑性能的方法，主要是通过合理使用润滑剂降低摩阻系数以及通过改善泥饼质量来增强泥饼的润滑性。８０年代以来，国内外钻井液润滑剂发展比较快，不仅数量多而且品种丰富。人工合成及油脂改性制成的润滑剂，以它们特殊的功能，已成为今Ｅｔ钻井液润滑剂的主流。为适应钻井工程的需要及保护环境的要求，研制出了新型高效润滑剂ＧＸＲＨ。该处理剂在密度为２，０ｇ／ｃｍ３的钻井液中仍有良好的降摩阻性能。 室内评价 润滑剂ＧＸＲＨ是一种含高分子脂肪酸和脂化剂的聚酯化合物，以合成脂肪酸釜残为原料，在脂化剂作用下娜催化法，在１１５～１３０℃下反应ｌ～３ｈ生成聚酯化合物。该化合物具有较高耐磨性，稳定性好，克服了天然脂肪酸易于水解、易与高价阳离子如钙、镁离子生成不溶性盐及在高密度钻井液中效能低等缺点，满足了高密度钻井液对润滑剂的要求。 室内评价仪器包括Ｅ—Ｐ极压润滑仪、泥饼粘滞系数测定仪和ＬＥＭ润滑仪。 １．在淡水钻井液中的性能 如表ｉ～表３所示，ＧＸＲＨ在不同淡水钻井液中均有良好的润滑性能、降摩阻及降扭矩性能。表１～表３中钻井液配方如下。 ｌ８６％钠膨润土浆 ２。ｌ４十１％ＦＣＬＳ＋０．２％ＣＭＣ ３。１。＋０．３％ＦＡ３６７十０．２％ＸＹ一２７ ４８ｌ”＋Ｏ．２％ＸＹ２７＋０．２％ＣＰＡＭ＋１．０％ＮＨ。ＨＰＡＮ 表ｌＧＸＲＨ在淡水钻井液中的泥饼粘甜系数 ２ＧＸＲＨ在不同密度钻井液中的润滑性 ＧＸＲＨ在不同密度钻井液中的润滑性能见表４。表４说明，ＧＸＲＨ在密度为２．０４ｇ／ｃｍ３的钻井液中仍能保持良好的润滑性，润滑系数降低率为７９．０％，扭矩降低率为４０．２％。表４中钻井液配方如下。 ５８５％潍县土＋０．１％ＨＰＡＮ＋０．１％ＰＡｃ＋２％ＳＬＳＰ 钻井液与完井液?２００２年第１９卷第６期?１３? 万方数据万方数据
第6章钻井液
第六章钻井液 第一节钻井液的功用和组成(钻井的血液) 一、钻井液的种类和发展 种类：清水、自然造浆、泥浆（细分散、粗分散、不分散、油基、水基）、乳化钻井液、泡沫钻井液、气体钻井液。 1、旋转钻井初期用清水钻进，遇井下粘土层自然造浆，这一时期称为自然造浆阶段。(1901～1920年） 2、在清水中加入粘土和分散剂，使粘土充分分散以提高其稳定性，这一时期称为细分散阶段。（1921～1942年） 3、为提高泥浆的抗钙污染能力，加入一些抗钙处理剂（无机絮凝剂，如石灰、石膏、氯化钙等）使粘土处于适当絮凝状态（初分散），这一时期称为初分散阶段。（1942～1965年） 4、为提高钻速和适应喷射钻井的需要，在泥浆中加入有机絮凝剂，使粘土不分散，这一时期称为不分散阶段。 ★5、八十年代开始重视和研究钻井液对储层的损害问题，因而进入了钻井液的保护储层阶段。 二、钻井液的基本功用 1、清洁井底 2、携带和悬浮清除钻屑 环空返速（0.6～1 m/s）＞钻屑沉降速度→钻屑上行 迟到时间（深井0.5～1h）：钻屑自井底升到井口所需时间 3、保护井壁（泥饼） 4、冷却、润滑钻头和钻柱 5、控制与平衡地层压力（密度） ★6、提供地层有关资料和信息（泥浆录井提供油、气、水和地层压力资料）。
在钻井作业过程中，钻井液直接与地层接触，并且不断地从地下循环到地面上来，因而地层的情况总会或多或少地在钻井液中被反映出来。因而我们可以通过钻井液间接和直接的来了解地层的情况。这就是钻井液的录井功能。 比如，正在钻进地层的钻屑是通过钻井液的循环而被带到地面，因而我们便可以从这些钻屑来了解地层的岩性特征和划分地层层位。 钻遇水层时，地层水的侵入会使钻井液的密度降低、粘度降低、含盐量和氯根含量发生变化。 钻遇气层时，钻井液的密度下降、粘度上升、并且可以闻到浓烈的天然气味和见到很多气泡。 钻遇油层时，钻井液的密度、粘度等也会发生变化，钻井液中也会见到原油。气相色谱测井就是在钻井过程中连续测量泥浆中各种烃类含量的变化从而发现油气层。 6、传递水功率（井下动力钻进） 7、直接或辅助破岩（喷射钻井） ★8、保护储层（最新发展）。 三、泥浆的组成 1、组成： 水基泥浆━━水、粘土、各种添加剂（活性固相，惰性固相） 油基泥浆━━油、粘土、各种添加剂。 2、粘土结构 粘土矿物的两种基本构造单元 硅氧四面体：一个硅原子与四个氧原子（或氢氧）以等距相连，硅在四 面体中心，氧在四面体顶点。（片状结构） 铝氧八面体：两层紧密堆叠的氧和氢氧组成，铝（或镁）原子居 于正八面体中心。 氧
钻井液润滑剂主要原料
钻井液润滑剂大多为动植物油类衍生物、合成化合物(如脂肪酚胺)和表面活性剂调配而成。它们大多具有极好的润滑性，此类为液体润滑剂；另一类为固体润滑剂，如石墨玻璃微珠、塑料微珠、碳珠等，专用于降低钻杆扭矩的场合。有些润滑剂有防钻头泥包的作用，又可称为防泥包剂。 本院采用了国际上先进的胶体化学、表面化学、抗磨油品化学合成技术，集中了有机极压吸附膜与无机弹性电荷沉积—极压膜的优点，特别开发了本款多能型的极压抗磨剂。水溶性润滑剂有环保节能、清洗、冷却、不燃等诸多优点，但由于润滑性差，一直制约着水溶性润滑剂的使用，使用本品可有效解决水溶性润滑剂润滑性差的问题，推进水性润滑剂快速发展。 ●能在摩擦的金属钻具表面形成坚固的极压润滑膜，对钻具起有效保护作用，延长钻头寿命，减少下钻次数，降低钻杆扭矩，提高钻速，有效减轻对钻杆和钻头的磨损，大幅度提高钻井效率。 ●使用本品可有效克服普通润滑剂润滑性不足的缺陷。本品可升级泥浆润滑剂的配方，提供一种泥浆极压润滑剂。 ●极高负荷条件下，极压抗磨性能更为出色，极压润滑膜更为牢固。 ●添加本剂的泥浆润滑液，被摩擦的金属表面变的更加光滑，有效减少压差卡钻的可能性。尤其在不规则的井径和斜井以及定向井中，可以减少对钻杆和钻铤的磨损。 ●本剂有利于使泥浆形成水包油乳化泥浆，降低界面张力 ●极低的使用浓度，极高的极压润滑效果。 国内开展了基于植物油、合成酯、聚合醇等原料的环保润滑剂研制工作，但在现场应用中，很多环保润滑剂抗温、抗盐不足，150℃以上时润滑性能下降明显，今后应进一步提升环保润滑剂的抗温和抗盐性能，以满足深部复杂地层的需要。 除CMC外，聚阴离子纤维素、磺化酚醛树脂和改性淀粉等也是常用的抗盐降滤失剂，铁铬盐(FCLS)等是常用的抗盐稀释剂。 羧甲基纤维素(Carboxymethyl Cellulose,简称CMC)是最重要的纤维素醚之一,它是以天然纤维素(浆粕)为基本原料,经过碱化、醚化反应而生成的,原料为绿色产品有很高的市场价值。羧甲基纤维素具有增稠、悬浮、分散和降滤失等性能,已被广泛应用于石油钻井液中。但是,随着石油勘探领域的扩大和钻井深度的增加,高粘、中粘和低粘等普通CMC溶液在140℃、12h密闭高温实验后其粘度损失率均大于90%,进一步提高CMC的抗高温性能成为了纤维素醚类大分子新的研究内容。为了提高产品质量,通过交联也是纤维素及其衍生物功能化改性的方便途径之一。采用适当的交联剂,并控制交联度,可显著提高纤维素的抗温性能,在不破坏其活性的前提下,提高产品的物性。本文在总结大量的国内外文献报道,研究了不同交联剂与羧甲基纤维素交联改性后的的抗温性能,包括水溶性密胺树脂、戊二醛、对二氯苄、水溶性酚醛树脂和三氯乙醛等。交联产品经140℃、12h密闭高温实验比较,水溶性酚醛树脂改性的羧甲基纤维素具有较好的抗温性能,粘度损失率3.7%。本文研究了羧甲基纤维素和水溶性酚醛树脂的交联缩合动力学的测试方法并得到了该反应的动力学方程。因为水溶性酚醛树脂是多种活性中间体的混合物,羧甲基纤维素是受羧甲基取代度和聚合度影响的大分子,两者的交联缩合反应可以同时发生在多点、多分子之间,动力学研究较为复杂,所以本文分别采用Borchardt-Daniels模型和Kissinger模型方法,根据差示扫描量热仪(DSC)测定不同升温速率下的羧甲基纤维素和水溶性酚醛树脂交联缩合反应的热流曲线数据,计算得到反应动力学方程。利用非等温单一扫瞄速率法的Borchardt-Daniels模型得到的动力学参数为:反应级数n1.05,反应活化能E93.86kJ/mol,指前因子lnA16.23。采用非等温多加热扫描速率法的Kissinger 模型计算得到的动力学参数为:反应级数n1.04,反应活化能E94.37kJ/mol,指前因子lnA15.96。三个热力学参数值分别相差0.55%、1.71%和1.14%,证明两种模型计算结果较一致。水溶性
钻井液性能要求及处理剂类型和作用
钻井液性能要求及处理剂类型和作用 一般而言，煤田地质勘探采用金刚石绳索取芯钻进在稳定岩层可使用清水作钻井液。而对各种不稳定岩层,如各种水敏岩层、破碎岩层、特别是对于深孔、长孔段的不稳定岩层,则必须采用泥浆作钻井液。由于金刚石岩心钻探内外管间隙小、钻头转速高、钻头价格贵,因此对泥浆提出了一些特殊要求。 金刚石绳索取芯钻进用钻井液，主要要求润滑性、流变性、滤失性、固相含量等项指标。并据此来选择钻井液类型、添加剂种类和工艺措施。 金刚石钻进要求钻井液有好的润滑性是不言而喻的。为发挥钻头的破岩效率，特别是使用孕镶钻头，要求高转速，只有泥浆润滑性能好，才能减少钻头磨损，提高钻头进尺；减少钻杆磨损和钻杆折断事故，降低功率消耗。不管用清水还是用泥浆作钻井液，都要重视其润滑性指标。 为保护孔壁和有效排除钻屑，要求钻井液有较好的流变性。以前用漏斗粘度来衡量流动性能是不够的。金刚石钻探的特点，要求钻井液通过小间隙处流动阻力小，即粘度小；而在大断面处粘度高，对孔壁冲刷小。 我们在金刚石绳索取芯钻探中应用流变学的理论解决生产实际问题，选择流变性能好的泥浆，取得较好满意的效果。 要使泥浆有较好的护壁能力，必须注意其滤失性能。失水量过大是造成泥页岩，盐类地层、破碎地层的膨胀、溶蚀、剥蚀、坍塌的主要根源。 在这些地层要求失水量低,金刚石钻进环空间隙很小，泥饼厚度过大是很不利的。此外，滤液的成分对护壁有重要影响。滤液中含有盐类离子、高分子材料等抑制性成分，即使失水量大一些，护壁能力也很好。因此，对滤失性能要注意失水量、泥饼厚度及滤液成分三个方面。为控制失水常加入多种降失水剂。 固相含量过高，尤其是钻屑含量过高，给钻进工作带来很多问题，如钻速下降、钻头寿命降低，设备磨损加快、孔内事故多。固相含量的多少和类型，直接影响到钻井液的流变性、滤失性和润滑性。 煤田金刚石绳索取钻进通常用低固相泥浆，固相含量可由比重观测。一般要求固相含量(体积)在4%以内，泥浆比重在1.06以下。 控制固相的方法有二；一是采用物理、化学的方法，即使用具有选择性絮凝的处理剂对钻屑起絮凝作用，而对搬士起增效的作用，或使用具有抑制性的处理剂，抑制钻屑的分散；二是采用机械的方法控制固相，安装机械净化设备。岩心钻探不能采用石油钻井的净化设备，必须按本身的特点发展净化装置。 一人工钠土、处理剂类型和作用
钻井液的作用
聚 乙 烯 醇 在 钻 井 液 中 的 应 用 班级：10油田化学三班 姓名：李涛涛
聚乙烯醇，英文名称2： polyvinyl alcohol，viny)alcohol polymer，poval，简称PVA，分子式： [C2H4O]n 摘要：主要讲述了聚乙烯醇胶乳对油井水泥浆的失水、稠化性能、游离水和水泥石抗压强度等参数的影响。结果表明，胶乳加量增大时，油井水泥浆的失水量迅速变小，稠化时间延长，初始稠度减小，游离水得到有效的控制，水泥石的抗压强度减小而柔性增大。试验证明，聚乙烯醇胶乳通过成膜、吸附、水化等作用能有效地控制油井水泥浆的液相运移情况，调节其稠化性能，改善水泥石的物理力学性能。自行设计了一套测定水泥石胶结强度的装置，实验证明所提出的测定方法是可行的。 首先聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性聚合物,分子中有大量的羟基存在。因此,可以把它作为油井水泥降失水剂的原料。文章研究了在不同的聚合度和醇解度的PVA作为油井水泥降失水剂的滤失性能,研究发现PVA17-88是以PVA作为油井水泥降失水剂的最好原料。并对PVA17-88作为油井水泥降失水剂与分散剂和消泡剂的配伍性、耐温、抗盐以及水泥浆的综合性能进行了系统的研究。 高分子聚合物材料作为油井水泥外加剂在油田固井工程中的应用,其地位日益突出,对提高固井质量起到了重要的作用.该文较详强的介绍了固井工程与油井水泥外加剂的关系以及相关的概念,综述了前人的研究成虹,研制出了新型聚合物胶乳水泥体系,同时设计了相应的特种实验仪器.该文重点研究了水溶性聚合物-聚乙烯醇作为油井水泥外加剂的一些行为特征,同时研究了配套组分对聚合物水泥浆体系的性能影响.聚乙烯醇水溶液与硼砂在碱性条件下交联是该文 研究应用的最基本原理之一,聚乙烯醇与硼砂交联形成了一定的网状结构,加入的有机酸组分参加进一步的交联,使之形成了立体柔性的网状交联结构,这种结构吸附到水泥颗粒上,阻碍和束缚了水泥浆中自由水的运移,同时这种交联吸附性质使水泥浆体系在压差作用下能够在滤失界的目的,减少了水泥石的表观和 内部体积由于失水而造成的收缩,同时也对地层流体的外窜起到了封堵作用,保证了水泥浆在井下的正常凝固.另外聚乙烯醇与其他组分的配合作用,使水泥浆体系还具备了"直角稠化","零自由水"和剪切稀释等特性.该文发展了油田固井工程中的防窜理论,在水泥外加剂的研究方面达到了一个新的水平.在现场试验和推广应用过程中为解决大庆油田的高压层固井、水平井固井,地矿部浅气层固井和渤海海上深层气层固井问题起到了重要作用. 聚乙烯醇用作石油及天燃气钻井、固井过程中的降失水添加剂增强水泥浆保水作用防止水泥浆在渗透性地层中先期脱水，对缓凝时间和抗压强度影响小，并有效防止气窜用作石油及天然气钻井过程中的防塌添加剂，能有效阻止钻井液滤液浸入泥页岩，从而达到防止井壁失稳甚至井壁坍塌的作用聚乙烯醇的抑制防塌性能是长久有效。聚乙烯醇等是我国近年来研究应用最广的堵水调剖剂，包括合成聚合物、自然改性聚合物、生物聚合物等。它们的共同特点是溶于水，在水中有优良的增粘性，线性大分子链上都有极性基团，能与某些多价金属离子或有机基团（交联剂）反应，天生体型的交联产物冻胶，粘度大幅度增加，失往活动性和水溶性，显示较好的粘弹性。 聚丙烯酰胺的大量应用，给化学堵水调剖技术开创了新局面。将聚丙烯酰胺水解后溶于水，混进甲醛或306树脂（多羟基的三聚氰胺酰化物），在酸性条件下，缩聚天生冻胶。本剂适合层间或层内纵向渗透率差异较大但油层无裂缝
泥浆脉冲工作原理
不论是正脉冲还是负脉冲，都是改变了钻具中的泥浆压力来传送信号的。 现在正脉冲仪器比较多，我们就拿坐键式正脉冲mwd的举例说明. MWD随钻测斜仪是将传感器测得的井下参数按照特定的方式进行编码，产生脉冲信号，该电脉冲信号控制脉冲器的小控制阀上下运动，再利用循环泥浆的力量使蘑菇头产生同步的上下运动，这样就改变了蘑菇头与下面的限流环之间的泥浆流通截面积。在蘑菇头提起状态下，钻柱内的泥浆可以较顺利地从限流环通过；在蘑菇头插下状态时，泥浆流通截面积减小，从而在钻柱内产生了一个正的泥浆压力脉冲。定向探管产生的脉冲信号控制着蘑菇头提起或插下状态的时间，从而控制了脉冲的宽度和间隔。蘑菇头与限流环之间的泥浆流通截面积决定着信号的强弱，我们可以通过选择蘑菇头的外径和限流环的内径尺寸来控制信号强弱，使之适用于不同井眼、不同排量、不同井深的工作环境。实际上，整个过程涉及到如何在井下获得数据以及如何将这些数据输送到地面，这两个功能分别由探管和泥浆脉冲发生器完成。 泥浆脉冲发生器的工作原理 本测斜仪脉冲发生器通过控制（蘑菇头）间隙插入限流环，改变其间的环空截面积。使钻杆内流动的泥浆压力产生变化，形成正的泥浆压力脉冲，实现信号传输。如果由电磁阀机构直接带动（蘑菇头）上下运动，需要相当大的功率，在井下是难以实现的。本脉冲发生器是由电磁机构驱动小型控制阀，从而改变活塞上下端面的压力对比。再利用泥浆流动产生的压力，推动活塞上下运动，经提升杆带动（蘑菇头）间歇插入限流环，形成正的泥浆压力脉冲。 停泵状态： 井下钻杆内泥浆静止不流动。则脉冲器的控制阀上下，活塞上下、大阀上下等处压力都相同。活塞被大弹簧推下，蘑菇头插入限流环，钻机立管压力传感器输出为零。 开泵，无信号状态：开泵后钻杆内泥浆达到一定流量，通过蘑菇头与限流环之间较小的流通截面积时，产生压力降。在限流环内孔形成低压区。蘑菇头内孔通过提升杆内孔、增压环和活塞上都相通。此时小控制阀为关闭状态。这样活塞上部就与蘑菇头内孔和限流环内孔处于相同的低压状态。而活塞下部是与脉冲器外的钻杆内高压直接相通。此时活塞上下的压差大于大弹簧推力，活塞被推到上位。蘑菇头随之提升，它与限流环其间环空截面积变大。钻杆内泥浆压力维持常压，钻机立管压力传感器输出为一常压。 开泵，有信号状态：正常开泵打钻时，探管若送一个电脉冲信号到脉冲器，电磁机构驱动小控制阀抬起。这样脉冲器外钻杆内的高压泥浆通过控制阀座孔道进入活塞上部，再通过增压环、提升杆、蘑菇头内孔向下流动。于是活塞上部压力增加为中压。使活塞上下端面压差小于大弹簧推力，活塞被推到下位。蘑菇头随之插入限流环内。其间的环空截面积突然减小，使钻杆内泥浆压力增高，钻机立管压力传感器输出一个教高压力脉冲。这个压力脉冲宽度和间隔由探管送的电脉冲信号决定。从而把探管的电脉冲信号转变成为泥浆压力脉冲信号
钻井液润滑剂润滑性能及影响因素
钻井液润滑剂润滑性能及影响因素 国内外研究者对钻井液的润滑性能进行了评价，得出的结论是：空气与油处于润滑性的两个极端位置，而水基钻井液的润滑性处于其间。用Baroid公司生产的钻井液极压润滑仪测定了三种基础流体的摩阻系数(钻井液摩阻系数相当于物理学中的摩擦系数)，空气为0．5，清水为0．35，柴油为0．07。在配制的三类钻井液中，大部分油基钻井液的摩阻系数在o．08～o．09之间，各种水基钻井液的摩阻系数在0．20～0．35之间，如加有油晶或各类润滑剂，则可降到0．10以下。 对大多数水基钻井液来说，摩阻系数维持在o．20左右时可认为是合格的。但这个标准并不能满足水平井的要求，对水平井则要求钻井液的摩阻系数应尽可能保持在0．08～0．10范围内，以保持较好的摩阻控制。因此，除油基钻井液外，其它类型钻井液的润滑性能很难满足水平井钻井的需要，但可以选用有效的润滑剂改善其润滑性能，以满足实际需要。近年来开发出的一些新型水基仿油性钻井液，其摩阻系数可小于0．10，很接近油基钻井液，其润滑性能可满足水平井钻井的需要。 从提高钻井经济技术指标来讲，润滑性能良好的钻井液具有以下优点： (1)减小钻具的扭矩、磨损和疲劳，延长钻头轴承的寿命； (2)减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间； (3)能用较小的动力来转动钻具； (4)能防粘卡，防止钻头泥包。 钻井液润滑性好，可以减少钻头、钻具及其它配件的磨损，延长使用寿命，同时防止粘附卡钻、减少泥包钻头，易于处理井下事故等。在钻井过程中，由于动力设备有固定功率，钻柱的抗拉、抗扭能力以及井壁稳定性都有极限。若钻井液的润滑性能不好，会造成钻具回转阻力增大，起下钻困难，甚至发生粘附卡钻和日钻具事故；当钻具回转阻力过大时，会导致钻具振动，从而有可能引起钻具断裂和井壁失稳。 1．钻井作业中摩擦现象的特点 随着密封轴承的出现，改善钻井液润滑性能的目的主要是为了降低钻井过程中钻柱的扭矩和阻力。在钻井过程中，按摩擦副表面润滑情况，摩擦可分为以下三种情况(见图4-11)：
钻井液脉冲信号的传输特性分析
８ 石油钻采Ｉ艺２０００年（第２２卷）第４期 钻井液脉冲信号的传输特性分析” 裁警善 （清华大学，北京１０００８４） 苏义赫 （中国石油勘探开发研究院，北京ｌＯ００８３） 摘纂井眼轨迹盎动控制技木是当前国内外钻井撞采墙域的研完热点，蒜撞采关键是地藏与井下的信息道传簿遐。旗毒液酶冲馋为这静售惠逮｛吝辨一肆毒建方式，越采趋爱戴＾弼蟑熏撬和青睐。但是，瓣蘸对钻井囊彝冲砖赣特性的研究多是议试骚为手较进行产菇开发，而对蓦抟输瓤理的研究善少。根据钻井工艺技术的具律特．囊，建意了钻井液脉冲信号砖辅系统的数学谟型，并给出了求解方法。最后，通过实例分析了钻井液脉冲信号的传赣特性。 研究的结果对现有钻井液脉冲信号传输系统的改进以魔新系统的开发都其有拳考价值。 主题词莽眠辘汝导向钻井鑫动控制钻井液辣冲信号傣毒囊数学模型 作者简介刘掺善．１９６２年生。１９８４年毕韭于大废石油擘院哥寰未，分别于１９９０丰、１９９８年获硕士、博士学 位，现为博士后，副教授。 苏义脑，１９４９年生。１９７６年毕业于武汉钢筏学院机械系，分别于１９８２年、１９８８年授硝 士、博士学位，１９８８～１９９０年在北京航堂航矗大学从事博士后研究工作，现为钻井所副所长，教授旺高级工程师，博 士生导师。 音２０世纪５０年代以来，井眼轨逋控制技术一 直是钻井工程中的研究热点０１。为此，国内外专家和 学者从钻柱力学特性分析、钻头与地层相互作用关 系以及弗暇孰迹预溅方法等方嚣傲了大慧鲍磅究工 作，取褥了丰硬懿研究藏幕，获丽谴并袋辘逑控翻理 论和技术得到了不断的发展和完善。进入８０年代后期，地质搏向钻井技术和弗眼轨迹自动控制技术叉 掀起了新一轮的哿｝究热潮。 壤瓣与劳下懿售崽掩辕是实理建爨每起链劳鞍 并眼轨逸自动控制的关键技术，担负着对井下工况 和参数的监测以及对井下执行系统实懈决策、干预等控制功能的双向通倍任务，直接关系到整个控制系撬翡成黢。 盘警锗井工艺技术的特辣性，要墩蟪面与并下实现无线信息传输，因此增加了问题的复杂性。在井眼中，电磁波衰减严重，耐声波又受环境噪声的强烈干扰。整装中继装置会增加成本，丽盛其可靠性较差ｏ】。壹戮１９６３年，Ｊ．ｊ＋Ａｒｐｓ发鹱了铱舞渡繇滓麴传输方法啪，才使这一难题取得了突破性的进展。目前，大多数的随钻测量系统都是采用钻井液脉冲的 传输方式。 然露，瓣莛对链势渡辣瘁舞谤究多蹩班试验为手段进行产品开发，对钻井液脉｛中传输机理的研究 甚步。目前，这种传输方式所丽嵇的主要问题姥传输 距离受限、传输速率较低。为了充实对钻井液脉冲传 输机理的研究，本文建立了钻井液脉冲传输系统的 数学模型，逶避对链势渡赫冲倍号的传输特性及其影响蠢素分耩，使这一褥嚣褥潮解决。 一、信号传输的基本方稷 钻井液脉冲以压力波的形式传输信号。压力波燕一种动能秘势能（压力能）之间的能量转按过程。 在并敷孛，鐾势渡弥砖鲍话撵簿作为一维不窥嚣流动来处理。 应用管道中一维不定常流动的运动方稷和连续 方程“］，可以褥到描述钻井液脉冲传输特性的基本方程 ｆ罾＋ｙ鬈＋ｓ鬈＋掣一 Ｉ警ｗａ。Ｈ＋ｖ“ｎａ＋ａ９２ａ。Ｖ＝ｏ 式孛 舅一一采头，４ｉ ，…沿程损失因数； 矿——钻井液流速，ｍ／ｓ， ｘ…管路轴向坐橼； 。——链劳渡黩堙波懿蒋辕速囊，ｍ／ｓ； Ｄ——链柱直径，ｍｍ｛ －注；靠更是８６３青年基虫课题（蝙号：８２０－－Ｑ－－０４）的降段研完成最。 万方数据万方数据
钻井液设计
第8章钻井液设计 本章主要介绍了新疆地区常用的钻井液体系，结合A1-4井及探井资料，设计了A区块井组所使用的钻井液体系、计算了所需钻井液用量，提出了钻井液材料计划等。 钻井液体系设计 钻探的目的是获取油气，保护地层是第一位的任务，因此，搞好钻井液设计，首先必须以地层类型特性为依据，以保护地层为前提，才能达到设计的目的。 新疆地区常用钻井液体系简介： (1)不分散聚合物钻井液体系：不分散聚合物钻井液体系指的是具有絮凝及包被作用的有机高分子聚合物机理的水基钻井液。该体系的特点是：具有很强的抑制性；具有强的携沙功能；有利于提高钻速；有利于近平衡钻井；可减少对油气层的伤害。 (2)分散性聚合物体系（即聚合物磺化体系）：聚合物磺化体系是指以磺化机理及少量聚合物作用机理为主配置而成的水基钻井液。该体系的特点是：具有良好的高温稳定性，使用于深井及超深井；具有一定的防塌能力；具有良好的保护油层能力；可形成致密的高质量泥饼，护壁能力强。 (3)钾基（抑制性）钻井液体系：该体系是以聚合物的钾，铵盐及氯化钾为主处理剂配制而成的防塌钻井液。它主要是用来对付含水敏性粘土矿物的易坍塌地层。该体系特点：对水敏性泥岩，页岩具有较好的防塌效果；抑制泥页岩造浆能力较强；对储层中的粘土矿物具有稳定作用；分散型钾基钻井液有较高的固相容限度。 (4)饱和盐水钻井液体系：该体系是一种体系中所含NaCl达到饱和程度的钻井液，是专门针对钻岩盐层而设计的一种具有较强的抑制能力，抗污染能力及防塌能力的钻井液。该体系特点：具有较强的抑制性，由于粘土在其中不宜水化膨胀和分散，故具有较强的控制地层泥页岩造浆的能力；具有较强的抗污染能力，由于它已被NaCl所饱和，故对无机盐的敏感性较低，可以抗较高的盐污染，性能变化小；具有较强的防塌能力，尤其再辅以KCL对含水敏性粘土矿物的页岩具有较强抑制水化剥落作用；可制止盐岩井段溶解成大肚子井眼。由于钻井液中氯化钠已达饱和，故钻遇盐岩时就会减少溶解，以免形成大井眼；缺点是腐蚀性较强。 (5)正电胶钻井液体系是一种以带正电的混合层状金属氢氧化物晶体胶粒(MMH或MSF）为主处理剂的新型钻井液体该体系的特点：具有独特的流变性;有利于提高钻井速度；对页岩具有较强的抑制性；具有良好的悬浮稳定性；有较强
负脉冲MWD泥浆脉冲信号的影响因素
负脉冲MWD泥浆脉冲信号的影响因素 摘要：通过分析负脉冲泥浆压力脉冲传输原理并结合现场使用的经验，研究和总结了负脉冲MWD泥浆压力脉冲信号传输过程中的衰减及干扰因素，对负脉冲MWD的现场应用具有一定的指导意义。 主题词：负脉冲 MWD 泥浆脉冲信号影响因素 负脉冲MWD无线随钻测量仪已成功地应用于定向井、水平井及欠平衡钻井中。对负泥浆脉冲信号的检测是MWD仪器能否正常工作的重要条件，但是在实际应用中，往往由于外部环境不能满足仪器的正常工作条件，特别是负脉冲泥浆脉冲信号的传输条件，而使泥浆脉冲信号不能被正确地检测出来，造成仪器不能正常工作。因此对影响MWD泥浆脉冲信号检测的因素进行分析，对负脉冲MWD的现场应用具有一定的指导意义。 一、脉冲MWD的脉冲遥测系统简介 负脉冲MWD的脉冲遥测系统主要包括：脉冲发生器、脉冲传输通道（泥浆信道）和地面接收识别设备。由脉冲发生器发出的脉冲信号经泥浆信道传至地面，通过地面接收识别设备接收,如图1所示。 脉冲发生器由阀门（从钻杆通向环空）组成，当阀瞬时开启时，使泥浆从钻铤中流入环空从而产生一个微小的压降，该压降以音速通过钻柱中的泥浆传到地面，这些压力脉冲被立管上的压力传感器检测出来。 图1 负脉冲MWD的脉冲遥测系统 压力信号变为电信号后，首先经过一个滤波器以提高信噪比，然后送到脉冲鉴别电路，该电路从杂散的信号中识别出真正的信号，并送到解码器，解码器把
信息编码脉冲变成模拟电压，经过模数转换，最终送到上位机中处理。 二、负脉冲泥浆脉冲信号的影响因素 对于泥浆压力脉冲传输系统来说，一般有两个经验性的假设。 1、如果没有粘滞损失或者钻柱大小没有变化，到达地面的脉冲与井底的脉冲大小相同。 2、对于负脉冲系统，稳定状态的压降方程如下： 2)(21 v b A A Q p +=?ρ （1） 此压降是通过钻头和阀的压降，如果阀关闭，则Av=0。通常，该方程假定适用于下面的非稳态方程： 2))((21 t A A Q p v b +=?ρ （2） 其中： ρ - 泥浆密度 Q - 排量 b A - 钻头水眼的当量面积 )(t A v - 时间t 时阀的开启面积 当Av(t)=0，即阀关闭时，⊿P 即是通常所说的钻头水眼的压差，只有当保证足够的（钻杆内与环空的）压差，才能产生足够的压降（即通向环空的的阀瞬间开启所产生的压降经传输后仍然能够被检测到）。 但在实际应用中，现场环境并不是总能够满足上述两式成立的条件。在不同的钻井条件下，由于钻柱大小、泥浆特性、井眼深度、泥浆泵噪声、动力钻具等的复杂性，地面设备所检测到的压力脉冲特性并不总是准确的，从而影响了MWD 仪器测量的准确性。通常情况下，MWD 仪器在现场应用中，影响泥浆脉冲信号的因素主要是脉冲信号的衰减和外部环境对信号的干扰。 （一）泥浆脉冲信号的衰减 泥浆脉冲信号的衰减是由于泥浆压力波的传播特性引起的，其衰减程度与深度、压力波频率、泥浆压缩系数及压力缓冲器有关。 众所周知，压力波在传输的过程中是有能量损失的，这种能量损失体现在压力脉冲幅度的衰减上，随着深度的增加，能量损失增多，泥浆压力脉冲信号幅度就会降低。 压力缓冲器是一个密闭容器，部分充满泥浆，上面是气体，当局部压力增高
钻井液习题参考答案
一、概念 1.粘土晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外阳离子所置换，而晶体结构保持不变的现象。 2.钻井液剪切稀释性：钻井液中塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性称为剪切稀释性。 3.碱度：指溶液或悬浮液对酸的中和能力。API选用酚酞和甲基橙两种指示剂来评价钻井液及其滤液碱性的强弱。 4.聚结稳定性：分散相粒子是否容易自动聚结变大的性质。 5. 粘土水化作用：粘土矿物表面容易吸附较多水分子的特性。 6. 流变模式：钻井液流变性的核心问题是研究各种钻井液的剪切应力与剪切速率之间的关系。用数学关系式表示称为流变方程，又称为流变模式。 8.粘土阳离子交换容量：是指在分散介质pH=7时，粘土所能交换下来的阳离子总量，包括交换性盐基和交换性氢。阳离子交换容量以100克粘土所能交换下来的阳离子毫摩尔数来表示．符号为CEC。 9.造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为15mPa.s钻井液的体积数，m3/T。 10.页岩抑制剂：凡是能有效地抑制页岩水化膨胀和分散，主要起稳定井壁作用的处理剂均可称做页岩抑制剂，又称防塌剂。 11．剪切稀释性：塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性称为剪切稀释性。 12．动切力：塑性流体流变曲线中的直线段延长线与切应力轴的交点为动切力，又叫屈服值。 13．静切力：使流体开始流动的最低剪切应力称为静切力。 14．流变性：是指在外力作用下，物质发生流动和变形的特征；对于钻井液而言，其流动性是主要的方面。 15．滤失造壁性：在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透，称为钻井液的滤失作用。在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼(细小颗粒也可能渗入岩层至一定深度)，这便是钻井液的造壁性。 16．粘土高温分散作用：在高温作用下，钻井液中的粘土颗粒分散程度增加，颗粒浓度增加、比表面增大的现象。 17．钻井液高温增稠作用：高温分散作用使钻井液中粘土颗粒浓度增加，钻井液的粘度和切力也均比相同温度下理想悬浮体的对应值高的现象，称为高温增稠作用。 18．钻井液高温胶凝作用：高温分散引起的钻井液高温增稠与钻井液中粘土含量