钻井液技术

一、钻井液概论
⊙降低粘度的常用方法： →清水补充； →加入稀释剂（或降粘剂）。 c、切力：
钻井液具有切力，有利于携带和悬浮岩屑、重晶石等，不会因为短 停泵而发生沉砂卡钻，也不至于重晶石加重沉淀。 如果切力过大，则清除砂粒和岩屑困难，密度上升快，含砂量高， 磨损设备，降低钻速；流动阻力大，开泵困难，容易憋泵或憋漏地层， 转动扭矩大、浪费动力，滤饼质量差、滤失大，容易引起缩径、井漏和 卡钻事故。 如果切力过小，则携带和悬浮岩屑能力降低，停泵容易造成沉砂， 开泵容易形成沉砂倒灌或者迅速堆积填死钻铤、钻头水眼，下钻不到底 甚至沉砂卡钻。
用漏斗粘度计测量钻井液流动时间越长，表观 粘度越大，钻井液流动性越不好。表观粘度只具有 相对意义，不能表示钻井液内部结构的变化。 c、切力： 钻井液中的粘土颗粒，由于其形状不规则，表 面带电性和亲水性不均匀，常易形成网状结构，破 坏钻井液中单位面积上的网状结构所需的最小切应 力，称为钻井液的极限切应力，简称钻井液切应 力。 符号：θ ，单位：mg/cm2。
⊙降低钻井液密度的方法：
→机械除砂，利用除砂器、除泥器、振动筛等清除钻井 液中的钻屑、砂粒等有害固相，达到降低密度目的；
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→加入清水稀释； →加入化学絮凝剂，使部分固体颗粒聚结沉淀； →加入发泡剂。 b、粘度：实践证明，粘度升高，钻速就会降低，但也会有 利于携带岩屑，保持井底、井内清洁。 基本要求：钻井液粘度大小应根据钻井速度要求、设备 功率、地层特点、井深来确定。 调整方法： ⊙提高粘度的常用方法： →提高固相含量。这一种方法通常在钻进过程中自然升 高明显，但不一定有利于井下安全。 →加入高分子化合物，即提粘剂。钻井中比较常用。
它和重晶石等加重材料称为有用固相，钻屑则称为 无用固相在钻井液中，应通过各种固控措施尽量减 少钻屑的含量，膨润土的用量也不宜过大，否则， 会造成钻井液战且过高，严重影响钻速，不利于油 气层保护，严重时，还会形成加泥饼粘附在井壁， 夹杂大量细岩屑，使上提钻具遇阻，甚至卡钻，现 场表现为起钻时井下“拔活塞”现象。
液。本类钻井液使用历史较长，配制简单，成本低
，常用于配制完井液、加重液、深井及超深井钻井 液。 特点： ＄ 可容纳较多的固相，适宜于配置高密度钻井 液； ＄ 容易在井壁上形成较致密的泥饼，滤失量较 低； ＄ 某些分散钻井液，如以磺化栲胶、磺化褐 煤、磺化酚醛树脂为主处理剂的三磺钻井液，具有 抗高温能力。
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基本要求：“压而不死，活而不喷”。即密度大，打不
能 把油层压死；密度小，但不能发生井喷。（所以，密度值也 要通过获得地层等相关信息进行科学计算）。
调整方法： ⊙提高钻井液密度：
→加入惰性的、密度大的固体颗粒，例如常用的是加入 重晶石、石灰石粉等； →假如可溶性盐类，例如NacL、CacL2等。
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缺点：
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▼ 抑制性和抗污染能力较差； ▼ 固相体系中固相含量高，不利于提高机械钻 速及油气层的保护。 b、无固相高分子聚合物钻井液： 无固相高分子聚合物钻井液是指以某些具有絮 凝和包被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基 钻井液。由于这些聚合物的存在，体系所包含的各 种固相颗粒可保持在较粗的粒度范围内，与此同时 所钻出的岩屑也因及时受到包被保护而不易分散成 微细颗粒。该类钻井液是现在钻井中常用的钻井 液，常用于钻进时配置使用。
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特点： ＄ 钻井液密度和固相含量高，钻进速度高，对 油气层的损害程度小； ＄ 钻井液剪切稀释特性强。在一定的泵排量 下，环空流体的粘度、切力较高，因此具有较强的 携带岩屑能力；而在钻头喷嘴处的高剪切速率下， 流体的流动阻力较小，有利于提高钻速。 ＄ 聚合物处理剂具有较强的包被和抑制分散作 用，有利于保护井壁的稳定。 c、钾基聚合物钻井液：
d、滤失和滤饼： 对于统一钻井液而言，其滤失量越大，泥饼就越厚。 基本要求：泥饼质量高，具有润滑作用，有利于防止粘 附卡钻，有利于井壁稳定，防止地层坍塌与剥蚀掉块；但如 果滤失量过大，滤饼厚而虚，则容易引起环空间隙小、泵压 升高，泥包钻头、下钻遇阻、遇卡、堵死水眼、松软地层坍 塌，井漏等。 钻井液滤失量的确定原则：虽然滤失量过大会引起一系列 问题，但滤失量越小也不一定越好，更何况在一般地层中也 不需要过小的滤失量。因为一方面瞬时滤失量可以大大加快 钻速，有利于钻头破碎岩石，提高机械效率，延长钻头使用
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4、钻井液常规性能的概念：
a、密度： 是指一定体积的钻井液质量与其体积的比值。
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钻井液密度（ρ）=钻井液质量（m）/钻井液体积 （V） 测量仪器：密度计。 b、粘度： 因为反映钻井液粘度的角度不同，粘度 可以分为：塑性粘度和表观粘度，表观粘度 也叫有效粘度、视粘度。 塑性粘度：钻井液在层流时，钻井液中的固体 颗粒与固体颗粒之间、固体颗粒与液体分子之间、 液体分子与液体分子之间内摩擦力的综合。
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钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或 铵、钙）盐和KCL为主处理剂的防塌钻井液。在各种 常见无机盐中，以KCL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，可以较好的防塌。 该类钻井液常用于直罗、富县层防塌，由于较高 的钾离子浓度不利于测井解释的正确选择，所以，钻 遇其它层位时的钻井液转换也相当重要，并且，必须 进行。
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基本要求：切力大小要适中，应根据钻井需要制定。 调整方法： ⊙提高切力的常用方法： →提高钻井液中固相含量； →水化粘土，提高粘土颗粒分散度； →加入水溶性高分子化合物； →加入适当电解质，如NacL、 CacL2、石灰石等。 ⊙降低切力的方法： →加水稀释； →加稀释剂。
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3、水基钻井液的组成： 水基钻井液是由膨润土、水（或盐）、各种处 理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系。 其中，膨润土和钻屑被称为低密度固相平均密 度为2.6g/cm3。加重材料被称为高密度固相，常用 重晶石，主要成分为硫酸钡（BaSO4），密度为 4.2g /㎝3 ；石灰石，其主要成分是碳酸钙,理论成分 含量为:CaO 56%,CO2 44%密度为2.7g/cm3。由于 在水基钻井液中膨润土是最常用的配浆材料，在其 中主要起提粘切、降滤失和造壁等作用，因此，将
钻井液技术
2007年1月10日-16日 陕西地矿厅汉中地质工程公司培训 材料
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钻井液是指油气钻井过程中多种功能满足钻井工 作需要的各种循环流体的总称。钻井液流经的各种管 件、设备，形成一整套钻井液循环系统。 1、钻井液的基本功用： a、携带和悬浮岩屑； b、稳定井壁和平衡地层压力； c、冷却和润滑钻头、钻具； d、传递水动力。 除此之外，钻井液还兼有满足保护油气层的需， 所使用的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层
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寿命；另一方面，过分降低滤失量会造成巨大成本消耗。确 定钻井液滤失量时应注意以下几点： →井浅时可放宽，井深时要从严； →裸眼时间短时可放宽，裸眼时间长时要从严； →使用不分散处理剂时可放宽，使用分散处理既要放严； →矿化度高者可放宽，矿化度低者要从严； →在油气层中钻进，控制越低越有利于油层保护，高温高 压时控制在10-15mL； →在易塌地层钻进，严格控制，小于5mL； →一般地层控制在10mL以下，高温高压20mL以下； →滤饼薄而坚韧，有利于保护井壁，避免压差卡钻； 降低滤失的方法：
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中流体介质和体系的组成特点来区分，可以分： 水基钻井液、油基钻井液、合成钻井液、泡沫、充 气钻井液、空气和天然气。 依据当前钻井需要，参考国外钻井液分类标 准，我们介绍以下两种分类。
a、细分散钻井液：
细分散钻井液是指用淡水、膨润土和各种对粘 土和岩屑其分散作用的处理剂配制而成的水基钻井
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钻井液的触变性即流体在搅动时会变得稀薄一 点,但放置一段时间后又回复到原来稠厚状态的现 象。 d、滤失和滤饼： 滤失：在井眼内钻井液的部分水分因受压差的 作用而渗透到地层中去，这种现象叫滤失。滤失的 多少叫滤失量（失水量）。 滤失量：钻井液在常温及一定压差作用下， 30min内，透过直径为75mm的过滤面积所律师的水 量。用符号B表示，单位为mL。
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切力的大小与钻井液本身性质有关，也与钻井 液静止间有关。 初切时力：钻井液静止1分钟后所测之切力，
用θ1表示； 终切力：钻井液静止10分钟后所测之切力，
用θ10表示。 初切与终切的差值表示了钻井液得触变性，即 网状结构随静止时间 的长短恢复的程度。差值越 大，触变性越强，反之触变性越弱。
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5、钻井对钻井液性能的基本要求： a、密度：钻井液密度的大小决定着钻井液质量 的大小，从而决定了钻井液液柱压力的大小，即密 度大，质量就大，液柱压力就大，反之就小。
钻井液密度对钻井的影响，总体有两点：一是平衡地层压力。因钻 井液具有质量，必然通过钻井液液柱对井底产生压力，对井壁有一定支 撑力。该压力可以平衡地层和油、气、水层压力，防止井喷，保护和巩 固井壁，防止地层中的高压油、气、水侵入钻井液而破坏钻井液性能， 导致井下复杂事故。二是对钻速的影响。钻井液密度大，产生的液柱压 力就大，钻具在井中在井中转动的摩擦阻力就大，从而增加了动力消 耗，加重了钻头研磨新地层的负担，致使钻速降低。密度过大，容易压 漏地层，破坏油层渗透率，甚至把油、气层压死。所以，作为甲方项目 组监督要求，对于密度的监督十分重视。
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的地质评价；还应对钻井人员及环境不发生伤害和污 染，对井下工具及地面装备不腐蚀或尽可能的减少腐 蚀。 一般情况下钻井液成本要占到钻井总成本的7%10%，然而先进的钻井液技术往往可以成倍的节约钻 时，从而整体上大幅降低了钻井成本。
2、常用钻井液类型：
按照分类方法不同，钻井液分类类型也很多，但 是作为常用的分类，我们按照其固相含量的不同可以 分为低固相钻井液和无固相钻井液；如果按照钻井液
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→清除有害固相，使膨润土保持在一定含量； →加电解质清除钻井液污染，恢复粘土良好水化分散状 态； →加入降滤失剂，依靠高分子增粘降失水。 e、含砂量： 含砂量高时，钻井液密度升高，钻速降低，滤饼质量变 差，滤失变大，滤饼摩擦系数变大，影响固井质量，电测遇 阻，砂样失真，对设备（尤其是泵的缸套活塞）磨损严重。 所以，含砂量越小越好，应控制在0.5%以下。 降低含砂量的方法： →机械除砂。利用振动筛、除砂器、除泥器等除砂设 备。
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滤饼：由于井筒内液柱于底层的压差作用，在滤 失的同时，粘土颗粒在井壁上形成一层粘土与处理 剂的堆积物，此堆积物叫滤饼。 测滤失时，滤纸上附着一层滤饼，其标准以厚 薄来衡量，符号为K,单位为mm。 e、含砂量： 是指钻井液中不能通过200目筛子（目的边长 为0.074mm）的砂粒 ，其占钻井液总体积的百分 数。符号为N，无单位。 f、酸碱值（PH值）：
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酸碱值代表钻井液含酸、碱的程度，即钻井液 中氢离子(H+)（酸）和氢氧根离子（OH-）（碱）的 浓度，符号为PH，又称PH值，常用PH值试纸测 量。 0≤PH＜7 呈酸性 PH=7 呈中性 7＜PH≤14 呈碱性 g、固相含量： 指钻井液中除液体以外的全部固体占钻井液总 体积的百分数。
符号：η塑，常用单位：MPa.s。 塑性粘度实际上是流动阻力的反应。固相含量
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高、颗粒分散或研磨较细都会使η塑增加。塑性粘 度受化学稀释剂或分散剂影响不大。 表观粘度：用一定体积的钻井液流经规定尺寸 的小孔所需的时间来表示，故也叫漏斗粘度。 符号：T，单位：s。 使用漏斗粘度计测量的粘度就叫表观粘度，它 是钻井液只管流动性的表现，既受钻井液内摩擦力 的影响，也受钻井液结构力的影响。