钻井与完井液(第7-8讲)
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钻井液与完井液2007年总目次(含增刊)
解决 Ｗ１－ 北 油 田钻井 井壁稳 定 问题 的多学 科实 践 ２１ 钻 井液 降黏剂 Ｓ ＭＴ Ｔ 的研 制 — 硅 化腐植 酸钠 ＧＦ １的研 制 Ｎ一 聚（ 苯乙烯一－ ｂ丙烯酰胺）蒙脱土纳米复合材料的合成及其降滤失性能研究 ／ 加盐超 浓 反相乳 液 的合成 、 表征 及性 能研究 超低 渗透 处理剂 的研 制 与应 用 新 型抗 高压 堵漏 剂 的研究 与评 价 煤 层垮 塌机 理分 析及 钻井液 防塌 探讨 甲酸盐／ 聚合 醇保 护 油层钻 井液在 冀 东油 田的应 用 缅甸 Ｐ Ｃ １ １ 高 密度 钻井液 技术 Ｓ 一０ 井 低 固相不 混油 钻井 液在 Ｃ １１ Ｂ — 双分 支水 平井 的应 用 复合 纤维 提 高油井 水泥 石韧 性 的研 究 隔离 液合 理选 材设 计 以改善 与水 泥浆相 容性 实验 探索 李 静等 Ｂ Ｅ２０ Ｃ ＿０ Ｓ防漏外 加 剂体系 的研 究与 应用 邹建 龙等 无机 硼耐 高温缓 交联 压裂 液研 究 号 ３ ３ ３３ ３ ３ ３ ３ ３ ３ ３３ ３ ４ ４ ４ ４４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４ ４４ ４ ４ ４ ５ ５ 壶 ＿ 邬 国栋等 新型砂 岩 酸—— 有机 膦 酸体 系 的性 能研究 王冬 梅等 致密砂 岩 与井筒 连通 ２条 垂直 裂缝 宽度变 化 的计算 机模 拟 李 相 臣等 油气藏 水相 圈 闭损 害预测 新方法 —— 相 圈闭 系数法 游 利 军等 钻井液 黏度 对套 管磨 损影 响 的实验研 究 韩 秀 明等 新 型磺 化腐植 酸 钻井 液添 加剂 的研究 张敬 畅等 纳 米改 性 Ｃ ＭＣ的制 备 、 构表 征和性 能评 价 结 朱 阿成 等 Ｆ ６／ Ａ３ ７ 膨润 土纳 米复合 增 黏剂 的微波 制备 与结 构表 征 刘 芳 等 徐 加放 等 井壁 稳定 新观 点—— 能 量守 恒 杨 泽星 等 高温 （ ２ ２ Ｏ℃） 密度 （ ． ／ ｍ。 水基 钻井 液技术 研 究 高 ２ ３ｇ ｃ ） 余 丽彬 等 快速 钻进 钻井 液 的研究 及其 在 吐哈油 田的应 用 克拉 ４井超 高 密度 钻井液 现场 应用 技术 张斌 等 王信 等 超低 渗透 成膜封 堵 钻井液 在冀 东油 田的应用 辽河 油 田浅 海钻 井 液技术 张洪 霞等 京 １ １平 ｌ 钻 井液技 术 井 刘亚元 等 聚丙烯 酰胺 和棉 纤维 复合堵 漏剂 的研 究与 应用 董伟 等 高 温高 压 固井降 失水 剂 的研 究 刘 讯 等 河 南油 田新庄 、 杨楼 区块 稠 油热采 井 固井 水 泥浆 沙林浩 等 高强 度低 密度 水泥 浆体 系 的研 究 冯 京海 等 储层 敏感 性 的测井 评价 方法及 其应 用 赵军 等 水平井 井筒 内滤 液侵 入地 层 的模 型评价 粟 超等
钻井液与完井液1
钻井液密度
– 平衡地层压力，防止井喷、井漏和钻井液受地层流 体的污染；
– 平衡地层压力，保持井壁稳定，防止井塌； – 实现近平衡钻井技术，减少压持效应，提高机械钻
速； – 合理选择打开油气层的钻井液密度，减少钻井液对 产层的伤害。 • 用比重秤测定。
18
钻井液的含砂量
– 定义:钻井液中不能通过200目筛的固相的体 积占钻井液体积的百分数。一般要求小于0.5 ％。
主要解决问题： 快速钻井 保护油气层
典型技术： 不分散低固相钻井液 气体钻井 保护油气层的完井液 合成基钻井液 抗高温钻井液
28
国内钻井液技术发展特点
• 同样经历了这些阶段，但滞后一定时间; • 水基体系的研究应用比油基体系多; • 深井水基钻井液、防塌钻井液、聚合物钻井液理论较成
熟； • 成功研制了一些钻井液处理剂，如FA367, XY27, SMP,
广义完井液 —— 一切与产层接触的流体（各种盐水、 聚合物溶液、钻井液、泡沫等）。
狭义完井液 —— 钻开油气层的钻井液（钻开液）。 (completion fluid)
4
第二节、 钻井液的组成、类型及性能
1. 钻井液的组成 主要由水、粘土和添加剂组成的体系 分散介质+分散相+化学处理剂 连续相+不连续相 液相+固相+化学处理剂
用组分表示的配方为： 5%膨润土浆+1%处理剂
配方表示的特点： • 用W/V百分数表示组分。 • 不考虑处理剂的体积。
7
钻井液的组成示例
8
2. 钻井液的分类 分类方法多
通常根据分散介质分为四大类：
水基钻井液（Water-Base Drilling Fluids） 油基钻井液（Oil-Base Drilling Fluids） 气态钻井液（Gas-Base Drilling Fluids） 合成基钻井液(Synthetic-Base Drilling Fluids)
钻井液与完井液
9
一般分类
淡水 : NaCL 1%; Ca 2 120 mg / L 饱和 ) : NaCL 1%(W / V ) 盐水( 海水 石膏 / 石灰 钙处理( ) : Ca 2 120 mg / L 水基 CaCL2 低固相( PAM ) : S ( V固 ) 4% FA367 V浆 混油(Oil / Water ) : Oil 10 %
34
习题：1、9、10
35
第二章、 粘土胶体化学基础
本章要求重点掌握内容：
1. 几种粘土矿物的晶体构造及其特点。
2. 粘土水化机理。 3. 扩散双电层理论和电解质对电动电势的影响。 4. 胶体体系的基本概念。 5. 聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响因素。
36
学习本章的意义
• 粘土是配浆的基础材料 • 泥浆是粘土 水的溶胶 悬浮体
– 钻井液中活性粘土的数量。 – 水基钻井液都有一个合适的膨润土含量， MBT过高，钻井液的粘度、切力增大，泥饼 增厚，容易造成井下事故。 MBT过小，钻井液的粘度、切力急剧下降， 失水增大。
21
钻井液不应具有的性能
• • • • • • • • 伤害钻井人员，损害或污染环境 对所设计的地层评估有不利的性能 对产层产生伤害 对钻井设备和管材造成较大腐蚀 Detrimental to the operators and environment. Detrimental to the formation evaluation . Cause any formation damage. Cause any corrosion of the drilling equipment and subsurface tubulars.
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一般分类
淡水 : NaCL 1%; Ca 2 120 mg / L 饱和 ) : NaCL 1%(W / V ) 盐水( 海水 石膏 / 石灰 钙处理( ) : Ca 2 120 mg / L 水基 CaCL2 低固相( PAM ) : S ( V固 ) 4% FA367 V浆 混油(Oil / Water ) : Oil 10 %
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习题：1、9、10
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第二章、 粘土胶体化学基础
本章要求重点掌握内容：
1. 几种粘土矿物的晶体构造及其特点。
2. 粘土水化机理。 3. 扩散双电层理论和电解质对电动电势的影响。 4. 胶体体系的基本概念。 5. 聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响因素。
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学习本章的意义
• 粘土是配浆的基础材料 • 泥浆是粘土 水的溶胶 悬浮体
– 钻井液中活性粘土的数量。 – 水基钻井液都有一个合适的膨润土含量， MBT过高，钻井液的粘度、切力增大，泥饼 增厚，容易造成井下事故。 MBT过小，钻井液的粘度、切力急剧下降， 失水增大。
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钻井液不应具有的性能
• • • • • • • • 伤害钻井人员，损害或污染环境 对所设计的地层评估有不利的性能 对产层产生伤害 对钻井设备和管材造成较大腐蚀 Detrimental to the operators and environment. Detrimental to the formation evaluation . Cause any formation damage. Cause any corrosion of the drilling equipment and subsurface tubulars.
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钻井液用高性能增黏剂的研制及性能评价
DOI: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.009钻井液用高性能增黏剂的研制及性能评价孙振峰， 杨超， 李杰， 张敬辉， 赵凯强， 王晨（中石化(大连)石油化工研究院有限公司, 辽宁大连 116045）孙振峰，杨超，李杰，等. 钻井液用高性能增黏剂的研制及性能评价[J]. 钻井液与完井液，2024，41（1）：84-91. SUN Zhenfeng, YANG Chao, LI Jie, et al.Development and performance evaluation of a high performance drilling fluid viscosifier[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid ，2024, 41（1）：84-91.摘要 为了解决钻井液用增黏剂高温高盐易降解失效的问题，以两性离子单体N-甲基二烯丙基丙磺酸（MAPS ）、甲基丙烯酰胺（MAC ）、N-乙烯基吡咯烷酮（NVP ）为聚合单体，以偶氮二异丁脒盐酸盐（AIBA ）为引发剂，采用自由基共聚法合成了高性能增黏剂DV-1。
通过正交实验对合成过程中的主要影响因素进行了考察，确定了最佳合成条件：反应温度为50 ℃，单体浓度为40%，引发剂用量为0.4%，反应时间为4 h 。
利用FTIR ，1H-NMR ，TG-DTA 等方法对DV-1进行了表征测试，并对产物的增黏性能、抗高温抗盐性能及长效性能等进行了评价。
评价结果显示，1%的DV-1水溶液表观黏度可达44.7 mPa·s 。
180 ℃、16 h 高温老化后，溶液黏度保持率高达53.2%；DV-1对高浓度盐离子的耐受性能较好。
经180 ℃老化72 h 和120 h 后，溶液黏度保持率能够达到50.5%和40.7%，长效性能优异。
DV-1的半致死浓度EC 50值为30 200 mg·L −1，符合水基钻井液在海域的排放标准。
钻井液与完井液
第一章1钻井液：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。
钻井液又称做钻井泥浆（Drilling Muds），或简称为泥浆(Muds)2完井液：在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液，这些作业包括钻开油层、下套管、射孔、防砂、试油、增产措施和修井等。
因此从广义上讲，从钻开油层到采油及各种增产措施过程中的每一个作业环节，所使用的与产层接触的各种工作液体系统称为完井液。
3钻井液的功能: 1．携带和悬浮岩屑(这是钻井液首要和最基本的功用)2．稳定井壁和平衡地层压力3．冷却和润滑钻头、钻具4．传递水动力5．获取井下信息6。
保护油气层4钻井液类型：1.分散钻井液2．钙处理钻井液3．盐水钻井液4．饱和盐水钻井液5．聚合物钻井液6．钾基聚合物钻井液7．油基钻井油8．合成基钻井液9．气体型钻并流体10．保护油气田钻井液。
5钻井液的常规性能：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、HTHP滤失量、pH值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量、滤液中各种离子的质量浓度6钻井液密度的调节方法：加重钻井液密度方法：加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。
在加重前，应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相的含量。
一般情况下，所需钻井液密度越高，加重前钻井液固含及粘度、切力应控制得越低。
可溶性无机盐也是提高密度常用方法。
如保护油气层清洁盐水钻井液，通过加入NaCl，可将钻井液密度提高至1.20 g/cm3左右。
降低钻井液密度方法：为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井，通常降低密度的方法有以下几种：(1)清除无用固相: 最主要的方法用机械和化学絮凝的方法清除无用固相，降低钻井液的固相含量。
(2)加水稀释:但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。
(3)混油:但有时会影响地质录井和测井解释。
(4)充气:钻低压油气层时可选用充气钻井液等。
8钻井液的固相含量：钻井液固相含量通常用钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数来表示，固相含量的高低以及这些固相颗粒的类型、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井速度及油气层损害程度等有直接的影响。
4.钻井与完井
48
10
四、钻井世界纪录
最大井深：12226m（俄罗斯）
最大单只钻头进尺：2134m(PDC钻头8 ½英寸/ 21.59cm）
最高温度、压力：温度200℃，压力110MPa 最长的连续取心：128m 最大水平位移：11278m(垂深1637m)
48
11
§4.2 旋转钻井系统的基本构成
又称为转盘钻井，其是从顿钻钻井 演变而来的。 地面钻具转动带动井下钻头转动， 钻头转动时就可破碎岩石，破碎了的 岩屑被泥浆泵泵入井内的泥浆循环带 到地面。 连续钻进，速度快，冲击+切削； 地面驱动地下钻头转动，浪费功率。
48
7
（2）井下动力钻具钻井
这是旋转钻井的又一种 方法，这种方法钻井就是在 钻柱下边接上井下动力钻具， 其他的和转盘钻井一样。
钻头转动不是靠转盘而 是靠井下动力钻具带动。因 此大部分钻具不转动，节省 了大量功率，磨损小、使用 寿命长。 井下动力钻具包括涡轮 钻具和螺杆钻具 该方法主要用于钻定向 井、丛式井和水平井。
48 8
钻井方法总结
井口是敞开的，无控制装臵；
常 用 钻 井 方 法
顿钻钻井(冲击钻井)
钻井是间断的，进展慢； 适用于浅层低压油气井。
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15
聚晶金刚石 复合片钻头
钻头尺寸
4¾ in(12.06cm) 5 7/8 in(14.92cm) 6½ in(16.51cm) 7 7/8 in(20.00cm) 8½ in(21.59cm) 9 ½ in(24.13cm) 10 5/8in(26.98cm) 12¼ in(31.11cm) 14¾ in(37.46cm) 17½ in(44.45cm) 20 in(50.80cm) 26 in(66.04cm)
完井液体系介绍
COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006
19
PDF-HTA完井液现场应用
海水
过滤
不合格
检测NTU值
NTU≤30 合格 粒径90%≤2μm
按设计 加药
入井
搅拌1小时后 静置2小时以上
检测NTU值及 固相粒径分布
返出液排放或用罐回收利用
COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006
记录留存
20
甲酸盐完井液体系
Formate Completion Fluid
COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2滤海水或过滤地热水
处理剂：粘土稳定剂（HCS）、甲酸盐材料（PF-CONa 或PF-COK）、缓蚀剂（CA101）
应用： 渤海地区的酸敏性油田，如:BZ25-1A油田 产层压力较大的油田,如：JZ20-2油田
泥浆塘沽基地系列培训教材 完井液体系介绍
COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006
1
完井液体系
过滤海水 NaCl盐水 KCl盐水 CaCl2盐水 PDF-HTA完井液
溴盐完井液
甲酸盐完井液
固化水堵漏压井液
隐形酸完井液体系
PDF-HTA Completion Fluid
COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006
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隐型酸完井液基本组成
配制介质：过滤海水或过滤地热水。 处理剂：粘土稳定剂（HCS）、隐型酸螯合剂（HTA）、缓蚀剂（ CA101）、返排剂（PF-WD）
密度调节剂：
NaCl/KCl PF-CONa/PF-COK CaCl2 CaCl2/CaBr2 CaBr2/ZnBr2 (1.01～1.20g/cm3)； (1.01～1.60g/cm3)； (1.01～1.39g/cm3)； (1.40～1.80g/cm3)； (1.81～2.30g/cm3)
钻井液和完井液化学—第七章 油基钻井液
油基钻井液的组成与性能
2．流变性
油包水乳化钻井液是水滴和各种固相颗粒分散在油相中 形成的多相分散体系，影响其流变性能的因素及影响程度与 水基钻井被有较大区别。下面着重讨论各组分和温度、压力 对流变性的影响．
1)油基钻井液中各组分对流变性的影响
使用一种具有典型配方的油包水乳化钻井液，在只改变其 中一种组分加量，而其余组分加量维持不变的情况下，分别 测定其流变参数。实验结果表明，随着有机土、重晶石、含 水量(常用水油比表示)和乳化剂的逐渐增加，钻井液的表观粘 度依次增大，均呈现出一种规律性的变化。
油基钻井液的组成与性能
2．流变性
关于油包水乳化钻井液中各组分影响流变性的机理， 到目前为止尚未形成统一的认识。比较一致的看法是，有 机土和氧化沥青等亲油胶体、加重材料以及水滴在油相中 的高度分散是引起塑性粘度增大的主要原因。
油基钻井液的组成与性能
2．流变性
(2) 温度和压力对油基钻井液Fra bibliotek变性的影响油基钻井液的组成与性能
5．亲油胶体
习惯上将有机土、氧化沥青以及亲油的褐煤粉、 二氧化锰等分散在油包水乳化钻井液油相中的固体 处理剂统称为亲油胶体，其主要作用是用做增粘剂 和降滤失剂。其中使用最普通的是有机土，其次是 氧化沥青。有了这两种处理剂，可以使油基钻井液 的性能可以像水基钻井液那样很方便地随时进行必 要的调整。
与水基钻井液相比较，油包水乳化钻井液的一个重要特 点是其流变性受压力影响较大，在高温高压下仍能保持较高 的粘度。在实际钻井过程中，井内钻井液历承受的温度和压 力同时随井深增加而升高。一方而温度升高使油包水乳化钻 井液表现粘度降低，另一方面压力升高使其表观粘度增大。 大量实验研究表明，常温下压力对表现粘度的影响确实很大， 但随着温度升高，压力的影响逐渐减小。当钻至深部地层时， 虽然井下高温引起的宏观粘度降低会从压力因素中得到部分 补偿，但总的效果是，温度的影响明显超过了压力的影响。
第8讲 完井方式
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
（二）裸眼完井方式（
Open-hole Completion
）
1）定义：裸眼完井就是井眼完全裸露，井内不 下任何管柱的完井方式。
2）分类：分先期裸眼完井、后期裸眼完井和复 合型完井。
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
1、先期裸眼完井
是钻头钻至油层顶界附近 后（在油层顶界20m左右）， 下技术套管注水泥固井。水 泥浆上返至预定的设计高度 后，再从技术套管中下入直 径较小的钻头，钻穿水泥塞， 钻开油层至设计井深完井。 此为先期裸眼完井。
（一）射孔完井方式（Perforating Completion） （二）裸眼完井方式（Open-hole Completion） （三）割缝衬管完井方式（Slotted Liner Completion） （四）砾石充填完井方式（Gravel Packed Completion） （五）其他防砂筛管完井
2、分类：一般的射孔完井包括
套管射孔完井和尾管射孔完井
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
1、套管射孔完井
1）工艺技术： 是钻穿油层直到设计井深，然后下油层套管至 油层的底部，注水泥固井，最后射孔。 射孔弹穿透套管、水泥环和一定深度的油层， 进而建立起油气流通的通道。 2）套管射孔完井的特点： ●可以有选择的射开不同压力体系、不同物性 的油层，以避免层间干扰。还可以避开夹水层、 底水、气顶和易坍塌段地层。 ●具备实施分层注、采和有选择性的压裂或酸 化等分层作业条件；
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
1、割缝衬管
3）割缝衬管的技术参数
（5）割缝衬管的尺寸 根据技术套管尺寸，裸眼井段的钻头直径，可确定割缝衬管外径，如 下表所示:
长江大学石油工程学院钻井工程研究所
钻井液和完井液化学—第三章 钻井液的流变性
τ0
τs
γ
第一节 钻井液的流动状态和基本概念
塑性流体流变模式与流变曲线
0 p
此式即是塑性流体 的流变模式，该式常称 τ 为宾汉模式，并将塑性 流体称为宾汉塑性流体。
0
τ
τs
γ
塑性流体机理分析
塑性流体表现上述流动特性是与它的内部结 构分不开的。例如．水基钻井液粘土颗粒表面的 性质(带电性和水化膜)极不均匀，可能出现如图 3—5所描述的三种不同连接方式，即面—面、 端—面和端—端连接，从而形成空间网架结构。
塑性流体机理分析
τ
随着结构拆散程度增大，拆散速度逐渐减小， 结构恢复速度相应增加。因此，当剪切速率增至一 定程度，结构破坏的速度和恢复的速度保持相等 τ0 (即达到动态平衡)时，结构拆散的程度将不再随剪 τs 切速率增加而发生变化，相应地粘度也不发生变化。 该粘度即钻井液的塑性粘度。因为该参数不随剪切 γ 应力和剪切速率而改变，所以对钻井液的水力计算 是很重要的。
假塑性流体
某些钻井液、高分子化 合物的水溶液以及乳状液等 均屑于假塑性流体。其流变 曲线是通过原点并凸向剪切 应力轴的曲线。 这类流体的流动特点：施 加极小的剪切应力就能产生 流动，不存在静切应力，它 的粘度随剪切应力的增大而 降低。
切应力继续增大，并超过τs时，塑性流体不能均 匀剪切，粘度随切应力的增加而 降低，即图中曲线段；继续增加 τ 切应力，粘度不随切应力的增加 而降低，图中直线段； 塑性粘度（ p 或PV）：不 随切力或流速梯度改变的粘度。 动切力（YP）：直线段延长 线与切应力的交点（τ0）为动 切应力或叫屈服值。
钻井液与完井液化学
第三章 钻井液的流变性
第三章 钻井液的流变性
钻井液的流变性是指钻井液流动和变形的特性。
τs
γ
第一节 钻井液的流动状态和基本概念
塑性流体流变模式与流变曲线
0 p
此式即是塑性流体 的流变模式，该式常称 τ 为宾汉模式，并将塑性 流体称为宾汉塑性流体。
0
τ
τs
γ
塑性流体机理分析
塑性流体表现上述流动特性是与它的内部结 构分不开的。例如．水基钻井液粘土颗粒表面的 性质(带电性和水化膜)极不均匀，可能出现如图 3—5所描述的三种不同连接方式，即面—面、 端—面和端—端连接，从而形成空间网架结构。
塑性流体机理分析
τ
随着结构拆散程度增大，拆散速度逐渐减小， 结构恢复速度相应增加。因此，当剪切速率增至一 定程度，结构破坏的速度和恢复的速度保持相等 τ0 (即达到动态平衡)时，结构拆散的程度将不再随剪 τs 切速率增加而发生变化，相应地粘度也不发生变化。 该粘度即钻井液的塑性粘度。因为该参数不随剪切 γ 应力和剪切速率而改变，所以对钻井液的水力计算 是很重要的。
假塑性流体
某些钻井液、高分子化 合物的水溶液以及乳状液等 均屑于假塑性流体。其流变 曲线是通过原点并凸向剪切 应力轴的曲线。 这类流体的流动特点：施 加极小的剪切应力就能产生 流动，不存在静切应力，它 的粘度随剪切应力的增大而 降低。
切应力继续增大，并超过τs时，塑性流体不能均 匀剪切，粘度随切应力的增加而 降低，即图中曲线段；继续增加 τ 切应力，粘度不随切应力的增加 而降低，图中直线段； 塑性粘度（ p 或PV）：不 随切力或流速梯度改变的粘度。 动切力（YP）：直线段延长 线与切应力的交点（τ0）为动 切应力或叫屈服值。
钻井液与完井液化学
第三章 钻井液的流变性
第三章 钻井液的流变性
钻井液的流变性是指钻井液流动和变形的特性。
聚合物钻井完井液
• (5)滤失量控制应视具体情况而定。在稳定 井壁的前提下，可适当放宽，以利提高钻 速。在易坍塌地层，应当从严。进入储层 后，为减轻污染也应控制得低些。 • (6)优化流变参数，若采用卡森模式，要求 η∞＝3～6mPa· s，τC＝0.5～3Pa，Im(剪切 降粘指数)＝300～600。 • (7)在整个钻井过程中应尽量不用分散剂。
• 选择性絮凝的机理是：钻屑和劣质土颗粒 的负电性较弱，蒙脱土的负电性较强。选 择性絮凝剂也带负电，由于静电作用易在 负电性弱的钻屑和劣质土上吸附，通过桥 联作用将颗粒絮凝成团块而易于清除；而 在负电性较强的蒙脱土颗粒上吸附量较少， 同时由于蒙脱土颗粒间的静电排斥作用较 大而不能形成密实团块，桥联作用所形成 的空间网架结构还能提高蒙脱土的稳定性。 下图是完全絮凝与选择性絮凝示意图。
• 3．钻井速度高。如前所述，聚合物钻井液 固相含量低，亚微米粒子比例小，剪切降 粘性好，卡森极限粘度低，悬浮携带钻屑 能力强，洗井效果好，这些优良性能都有 利于提高机械钻速。在相同钻井液密度的 条件下，使用聚丙烯酰胺钻井时的机械钻 速明显高于使用钙处理钻井液时的机械钻 速。
• 4．稳定井壁的能力较强，井径比较规 则。只要钻井过程中始终加足聚合物 处理剂，使滤液中保持一定的含量， 聚合物可有效地抑制岩石的吸水分散 作用。合理地控制钻井液的流型，可 减少对井壁的冲刷。这些都有稳定井 壁的作用。在易坍塌地层，通过适当 提高钻井液的密度和固相含量，可取 得良好的防塌效果。
（三）、聚合物处理剂的主要作用机理
• 1、桥联与包被作用 • 聚合物在钻井液中颗粒上的吸附是其发挥作用的 前提。当一个高分子同时吸附在几个颗粒上，而 一个颗粒又可同时吸附几个高分子时，就会形成 网络结构，聚合物的这种作用称为桥联作用。当 高分子链吸附在一个颗粒上，并将其覆盖包裹时， 称为包被作用。桥联和包被是聚合物在钻井液中 的两种不同的吸附状态。实际体系中，这两种吸 附状态不可能严格分开，一般会同时存在，只是 以其中一种状态为主而已。吸附状态不同，产生 的作用也不同，如桥联作用易导致絮凝和增粘等， 而包被作用对抑制钻屑分散有利。
精品课程钻井与完井工程-课件05井控
（1）计算环空流速；
（2）流态判别 幂律流体
Re 1
01
201n0(Dd)nV2nm
K(2n1)n
3n
塑性流体
Re
10(Dd)Vm s[180(0D0sVd)]
幂律流体，当Re(3470-1370n)时，为紊流。
塑性流体，当Re2000时，为紊流。
第二节 井内波动压力预测方法
二、波动压力计算 （3）计算波动压力Psw
Qs
(d2
4
di2)VP
环空平均流速
Qi:进入运动管柱内的液 体流量， m3/s
d:运动管柱的外径，m
di:运动管柱内径，m
V1D d2 h2 ddi22VP(D 4h2Q i d2)
Vp:运动管柱的速度，m/s Dh:井眼直径，m
Qi是一个未知数，需要进行迭代计算
井控——波动压力计算
计算环空流速
波动压力计算例题
解 2.钻头水眼未堵，即运动管柱为开口管。
JJ 1 2 J 2 2 J 3 22 12 2 12 3 2.4 m 1 m 起钻时环空钻井液流速：
V c 0 .6 0 (2.5 1 1 2 .9 8 7 2 1 .8 2 7 2 .1 2 2 4 .124 0 .4)8=1.54m/s
略高于地层压力的条件下，有效地排除溢流的技术 。具体措施包括：
如何用钻井液的液柱压力平衡地层压力？ 当平衡被破坏，又怎样恢复井内压力平衡？
概述
二、井控技术的基本内容
1.研究对象和目的： (1)客观对象:地层 地层压力和地层破裂压力是造成井喷的客观条
件，研究方法是预测。 (2)主观对象:控制方法 如何发现和控制液流 (3)研究目的 a.揭示各种压力关系 b.阐述控制方法
第四章钻井液的滤失和润滑性能
影响钻井液滤失量的因素
瞬时滤失 瞬时滤失时间很短。其滤失量—般占总滤失量 的比例不大。但对于固相含量低、分散和水化很好 的不分散低固相钻井液，瞬时滤失占的比例则较大。 对于相同的钻井液，如果渗滤介质不同，其瞬时滤 失量也是不同的。 影响瞬时滤失的因素主要有压差，岩层的渗透 性，滤液的粘度，钻井液中固相颗粒的含量、尺寸 和分布，水化程度以及钻井液在地层孔隙人口处能 否迅速形成“桥点” 。
影响钻井液滤失量的因素
动滤失的影响因素 (1)钻井液流动的影响 钻井液在循环流动中的滤失过程称为动滤失。影响 动滤失的因素与静滤失类似。不同之处是动滤失还与钻 井液流动有关，表现为剪切速率和钻井液流态对动滤失 的影响。在动滤失条件下、泥饼的增长受到钻井液冲蚀 作用的限制。当岩层的表面最初暴露时，滤失速率较高、 此时泥饼增长较快，但随着时间的推移，泥饼的增长速 率减小了，直到最终等于冲蚀影响的速率。此后、泥饼 厚度将不再发生变化。根据达西定律得到的滤失率表达 式积分，得到如下动滤失方程：
钻井液的滤失与造壁性
若钻井液中细粘土颗粒多，
而粗颗粒少，则形成的泥饼薄
而致密，钻井液滤失量则小。 反之粗多而细颗粒少，则形成 的泥饼厚而疏松，钻井液的滤 失量则大。 钻井液的滤失量以及泥饼 的厚度还和压差、井下温度以
及岩石的性质有关。
井内钻井液滤失的全过程
钻井液在井内发生滤失的全过程由三个阶段组成， 与此相对应的三种滤失量分别称为瞬时滤失量、动滤 失量和静滤失量。 瞬时滤失(Spurt loss) 从钻头破碎井底岩石，形成新的自由面的瞬间开始， 钻井液开始接触新的自由面，钻井液中的自由水便向 岩石孔隙中渗透，直到钻井液中的固相颗粒及高聚物 在井壁上开始出现泥饼，这段时间的滤失称为瞬时滤 失。 瞬时滤失特点：时间短、井底岩石表面尚无泥饼， 滤失速率很高，亦称初滤失。
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三 细分散淡水泥浆的侵污及其处理
1、钙侵
（1）现象
泥浆中钙离子 增多
钙离子取代粘土表面的钠离子
水化膜变薄，泥浆中形成结构
粘度、切力、失水量增加
出现水土分层而聚沉
石膏层
1 钙侵 （2）处理方法
石膏（CaSO4）侵时
应提高PH值
水泥（Ca(OH)2） 侵时
应降低PH值
药剂：纯碱、烧碱、碳酸氢钠、磷酸二氢钠
3 粘土侵
（1）现象 粘度增加
失去流动性
泥包钻头
（2）处理措施： 加水稀释的同时，加强机械除砂； 必要时，加降失水剂
较好的方法是转为盐水泥浆施工，以抑制粘土的水化分散。
四、淡水泥浆性能的调节
1、提高粘度 （1）钻井粉碱液、CMC提高塑性粘度 （2）石灰、氯化钙、氯化钠提高结构粘度 （3）加粘土及纯碱或烧碱，同时提高塑性 粘度和结构粘度。 2、降低粘度 （1）含钙量低时，加丹宁或栲胶； （2）含钙、含盐量高时，加铁铬盐； （3）粘土侵时，加水，同时加降失水剂（野生植物胶等）
适用：松散破碎地层
6.2 粗分散泥浆
是在分散的粘土悬浮液中，加入无机聚结剂，使泥浆中高度分 散的粘土颗粒变粗，同时加入有机保护胶处理剂，形成适度聚 结的粗分散体系。
• 常用的粗分散泥浆：钙处理泥浆、盐水泥浆
• 适用情况： 厚的覆盖层和大段泥页岩地层，控制 地层造浆，防止孔壁坍塌；
石膏地层、岩盐地层，降低粘度、切 力，改善泥浆的流动性等。 泥页岩
地质 6.1 细分散淡水泥浆
勘探 岩芯
6.2 粗分散泥浆
钻进
6.3 不分散低固相聚合物泥浆
石油 6.4 其他类型泥浆
无粘土相冲洗液；混油乳化泥浆；油基泥浆； 浅井常温泥浆；深井高温泥浆；低比重泡沫泥 浆；加重泥浆。
6.1 细分散淡水泥浆
细分散淡水泥浆:是指靠粘土在水中高度分散而获 得泥浆所需要的流变特性和失水特性的泥浆.
加入稀释剂铁铬盐降粘和降切力；加Na-CMC降失水
2 盐侵或盐水侵
（1）现象
粘度、切力、 失水量增加
NaCl含量增大
粘度、切力下 降，失水量更
大
钠离子置 换氢
PH值降低
（2）处理方案： • CMC降失水，FCLS降粘降切力 • 野生植物胶维护粘土颗粒的稳定和分散 • 用高碱比的煤碱剂处理
必要时，转为盐水泥浆施工。
(一) 盐水泥浆配制方法
（1）粘土（加碱处理）预水化，制备淡水粘土悬浮液； （2）加有机处理剂处理，低盐泥浆主要加稀释剂，高盐泥 浆主要加降失水剂； （3）加盐转为盐水泥浆，并用有机处理剂调节泥浆性能， 如加CMC降失水； （4）加NaOH提高PH值到合适值。 （5）钻进中，随盐的消耗（岩屑和孔壁吸附）需补加盐水 溶液（含有机处理剂）
（三）纯碱处理工艺
1、悬液碱处理法 2、湿挤压钠化法
不同工艺，所得浆液性能差别很大。
二、细分散淡水泥浆的组成和配方举例
1、铁铬盐（ FCLS ）泥浆
铁铬盐起到稀释作用，还有降失水和护壁效应；
同时，加入Na-CMC作为降失水剂。
2、木素在磺农酸业方盐面泥，浆有肥料增效、改良土壤、刺激作物生长、 改 腐3善植、农酸腐产镁植品、酸质腐泥量植等酸浆功锌能、；腐硝植基酸腐尿植素酸铁可分用别作在水补稻充育土秧壤调缺酸镁剂、；
பைடு நூலகம்
一、钙处 理泥浆
是在粘土悬浮液中，加入钙盐（石灰、石膏、氯 化钙），使粘土颗粒适度聚结，并用有机保护胶 处理剂（降失水剂和稀释剂）维持此适度聚结状 态的稳定的粗分散体系。
常用的钙处理泥浆：石灰泥浆、石膏泥浆、氯化钙泥浆。 （一）配制原理
（二）适度聚结的控制
1 钙离子对泥浆性能的影响 粘土 6%
分类
盐水泥浆：含盐量3—7% 海水泥浆：总矿化度3.3---3.7% 饱和盐水泥浆：氯化钠为33—36%
抑制泥页岩水化膨胀与坍塌剥落效果很好。
(一) 盐水泥浆配制原理 1、由淡水泥浆 转为盐水泥浆
PH值下降的原因是，钠离 子交换氢离子或酸性离子
若配制NaCl含量1—3%的盐水泥浆，则泥浆处理中应该着重于降 粘度和切力； 含盐量大于3%的盐水泥浆，泥浆处理主要应降低失水。
2 粘土对钙离子的吸附
滤液中的钙离子浓度须大于80-150ppm
3、钠离子存在对粘土吸钙量的影响 4、氢氧化钠对钙离子浓度的控制 5、粘土含量的影响
适度控制PH值
（四）钙处理泥浆举例
1、石灰-丹宁（栲胶）泥浆 2、石膏-铁铬盐泥浆
3、氯化钙木质素泥浆 4、氯化钙褐煤泥浆
（三）钙处理泥浆的配制方法
6、钻进中，因孔壁和岩屑吸附钙离子，泥浆钙离子不断下降，需 要经常补充钙盐。对于石膏地层，需要加NaOH调节PH值，并加 碳酸钠除钙。
二、盐水泥浆
是粘土悬浮液中氯化钠含量大于1%，或用盐水（海水）配 制的泥浆，它是靠氯化钠的含量较大而促使粘土颗粒适度 聚结并用有机保护胶维持此适度聚结的稳定的粗分散体系。
1、优质膨润土加量不超过6%（体积），普通粘土不超过8%---10% （体积）；
2、粘土应预水化，钙质膨润土应用纯碱处理；
3、钙离子浓度至少在80—150ppm以上，才有抑制性，依地层特点 确定钙离子合适含量；
4、为使结构稳定，需要加入有机保护胶（一般为降失水剂和稀释 剂）；
5、PH值应控制，并用NaOH调节；
•含盐量<1%，含钙量<120ppm，不含抑制性高聚物. •主要成份：粘土，碳酸钠，水，降失水剂，稀释剂。 一、钙质膨润土配浆 （一）纯碱处理原理
（二）最优加碱量的确定 1、化学当量法 2、最大造浆法 3、最低失水量法 4、最佳分散法 5、最大电动电位法 6、分散颗粒最佳 级配法 7、滤液分析法 碳酸钠加量一般为粘土重量的5—6%左右。
玉米缺锌、果树缺铁上有良好的效果；腐植酸和除草醚、莠 去津等农药混用，可以提高药效、抑制残毒；腐植酸钠对治 疗苹果树腐烂病有效。在畜牧业方面，腐植酸钠用于鹿茸止 血，硝基腐植酸尿素络合物作牛饲料添加剂也有良好的效果。 在工业方面，腐植酸钠用于陶瓷泥料调整；低压锅炉、机车 锅炉防垢；腐植酸离子交换剂用于处理含重金属废水；磺化 腐植酸钠用于水泥减水剂。
四 淡水泥浆性能的调节
3、降失水
FCLS+Na-CMC
4、降低比重 措施： （1）优质土配浆； （2）混油并加表面活性剂，配制乳化泥浆； （3）加强机械除砂，化学絮凝剂，清除无用固相； （4）转为泡沫泥浆
五 细分散淡水泥浆的缺点
（1）性能不稳定，易受外界离子的影响； （2）粘度大，特别是塑性粘度较大，流变性 能差，地表沉砂困难，固相含量高，钻效低； （3）对岩屑和孔壁无抑制作用，因此，粘度和切 力高。孔壁不易维护，对于水敏性地层，易造成 缩径、塌孔等事故；