钻井液工艺原理

《钻井液工艺原理》综合复习资料

一、概念题

1．粘土晶格取代

粘土矿物晶体片中硅氧四面体和（或）铝氧八面体片中的硅原子和（或）铝原子被同号低价离子所取代，而晶体结构保持不变的现象。

2．钻井液碱度

滴定1mL样品（钻井液滤液）所需0.01mol/L（标准）H2SO4（硫酸）的毫升数。钻井液碱度又可分为酚酞碱度和甲基橙碱度。

3．压差卡钻

又称为泥饼粘附卡钻，是指钻具在钻井液与地层压力差的作用下，被挤入泥饼而不能活动的现象。

4．聚结稳定性

分散相粒子（粘土颗粒）是否自动聚结变大的性质（现象）。

5．井喷

地层流体失去控制，喷出井口或进入其他地层的现象。

6．粘土水化作用

粘土颗粒（晶体片）由于表面水化力、渗透水化力和毛细管作用（各种原因）吸水膨胀（体积变大）的现象。

7．井漏

在钻井、固井、测试等各种井下作业中，各种工作液（包括钻井液、水泥浆、完井液及其它流体等）在压差作用下漏入地层的现象。

8．滤失

在压差作用下钻井液向地层中渗透的现象。

9．剪切速率

垂直于流速方向上单位距离流速的增量。

10．钻井液剪切稀释特性

钻井液静止变稠、流动变稀，且随剪切速率增大粘度变小的特性

11．流变模式

描述钻井液（流体）剪切应力与剪切速率之间关系的数学表达式，称为钻井液（流体）的流变方程，即流变模式。

12．动力稳定性

在重力作用下分散相粒子（粘土颗粒）是否容易下沉的性质。

13．钻井液滤失造壁性

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，就是钻井液的滤失造壁性。

1．钻井液的主要功能有（1）、（2）、（3）、（4）等。

携带和悬浮岩屑、传递水动力、平衡地层压力、稳定井壁、保护油气层、冷却和润滑钻头钻具。（写出其中4种即可）

2．一般来说，钻井液处于（5）状态时，对携岩效果较好；动塑比τ0/ηp越（6）或流性指数n越（7），越有利于提高携岩效率。

平板型层流，大，小

3．粘土矿物基本构造单元有（8）和（9）。

硅氧四面体和铝氧八面体

4．常见粘土矿物有（10）、（11）、（12）等。

伊利石、重晶石、蒙脱石

5．钻井过程可能遇到的复杂情况有（13）、（14）、（15）等。

井漏、井喷和卡钻

6．一般来说，要求钻井液滤失量要（16）、泥饼要（17）。

小，薄

7．钻井液的基本组成（18）、（19）、（20）。

连续相、分散相、处理剂

8．油气层敏感性评价包括（21）、（22）、（23）、（24）和（25）等。

速敏、盐敏、酸敏、碱敏、水敏

9．现场常用钻井液降滤失剂按原料来源分类有（26）、（27）、（28）、（29）。

纤维素类、腐殖酸类、丙烯酸类聚合物、树脂类、淀粉类。（写出其中4种即可）

10．钻井液常用流变模式有（30）、（31）。

宾汉模式（塑性流体）、指数模式（假塑性流体）

1．简述伊利石和蒙脱石的晶体构造、带电性及水化特性。

答：①伊利石和蒙脱石的晶体构造均为2:1型。

②晶格取代位置不同，伊利石主要发生在硅氧四面体上，且结合的补偿阳离子为K+，具有晶格固定作用，带电性强；蒙脱石晶格取代主要发生在铝氧八面体上，可结合各种补偿阳离子，带电性较强。

③伊利石中的K+离子具有晶格固定作用，因此层间结合紧密，不易水化膨胀；而蒙脱石层间主要为分子间力，较弱，易水化膨胀。

2．发生井喷的原因有哪些？应该怎样预防？

答：①地层压力高于钻井液液柱压力；井漏造成钻井液液面下降，液柱压力低于地层压力；起下钻抽吸压力太大，钻井液有效压力低于地层压力。

②发现油气侵及时加重，提高钻井液密度；防止严重的井漏发生；防止起下太快，及时灌入泥浆，防止拔活塞。

3．分析钻井液遇盐侵后粘度和滤失量如何变化及其原因。

答：钻井液遇盐侵后粘度和滤失量均上升。

钻井液中Na+浓度不断增大，必然会增加粘土颗粒扩散双电层中阳离子的数目，从而压缩双电层，使扩散层厚度减小，颗粒表面的ξ电位下降。在这种情况下，粘土颗粒间的静电斥力减小，水化膜变薄，颗粒的分散度降低，颗粒之间端-面和端-端连接的趋势增强。由于絮凝结构的产生，导致钻井液的粘度和滤失量均逐渐上升。

4．简述钻井液降粘剂的作用机理。

答：①通过增加粘土颗粒电动电位（ζ电位）和水化膜厚度，增加颗粒间斥力，分散钻井液（非抑制性钻井液）中拆散粘土颗粒间网架结构；

②聚合物钻井液中竞争参与粘土-聚合物吸附点，拆散粘土-聚合物网架结构。

5．简述低固相聚合物钻井液能显著提高钻速的原因。

答：低固相聚合物钻井液固相含量低，①亚微米粒子比例小，②剪切稀释性好，③卡森极限粘度低，④悬浮携带钻屑能力强，⑤洗井效果好，这些优良性能都有利于提高钻速。

6．简述钻井液常用润滑剂的类型与作用机理

答：钻井液常用润滑剂包括惰性固体润滑剂和液体类润滑剂。

固体润滑剂能够在两接触面之间产生物理分离，其作用是在摩擦表面上形成一种隔离润滑薄膜，从而达到减小摩擦、防止磨损的目的。

矿物油、植物油、表面活性剂等液体润滑剂主要是通过在金属、岩石和粘土薄膜形成吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触（或水膜接触）产生的固-固摩擦，改变为活性剂非极性端之间或油膜之间的摩擦，或者通过表面活性剂的非极性端还可以再吸附一层油膜。从而使钻柱与岩石之间的摩阻力大大降低。

7．简述钻井液滤失量的影响因素及其调整。

答：①影响因素

（滤失）时间、压差、滤液的粘度和温度、固相含量、泥饼的压实性和渗透性。 钻井液静滤失方程：μt f f p K A V sm sc f ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆=12

②调整：滤失量太大时加入降滤失剂或高聚物提高滤液粘度、护胶。

8．井壁不稳定的原因有哪些？应该怎样预防？

答：井壁不稳定的原因包括力学因素、物理化学因素和工程技术措施等三个方面。 稳定井壁的技术措施包括：

① 用合理的钻井液密度，保持井壁力学稳定。

② 优选防塌钻井液类型与配方，采用物理化学方法阻止或抑制地层的水化作用。

9．简述钻井液塑性粘度的影响因素及其调整。

答：①影响因素

a. 钻井液塑性粘度是指钻井液内部由于机械内摩擦引起的那部分粘度，它的主要影响因素有钻井液总固相含量、固相分散度、有机增粘剂以及温度等。

b. 影响规律为：固相含量增加，钻井液塑性粘度升高；固相分散度越大，塑性粘度越大；有机增粘剂含量越高，钻井液粘度也越大；温度升高，粘度下降。

②调整：塑性粘度太高：⎪⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧化学絮凝剂离心机除泥器

除砂器振动筛机械法除去固相加水稀释

塑性粘度太低：增加膨润土含量，增加高聚物含量。

10．简述K+、聚合物和聚合醇类处理剂稳定泥页岩的作用机理。

答：K+的水化能低，并且具有晶格固定作用，因此能有效抑制粘土水化。

聚合物通过氢键或静电引力吸附在粘土颗粒上，通过桥接作用阻止页岩分散。 聚合醇类处理剂通过浊点效应和吸附阻止页岩水化膨胀分散。