钻井化学
一．背景
Drilling chemistry
Producing chemistry
Transporting chemistry
1.石油概念
石油（petroleum）又称原油（crude oil ）,是从地下深处开采的棕黑色（由浅色到深色）的可燃性气体，第一层。主要是各种烷烃，环烷烃，芳香烃的混合物-----烃类与非烃类的混合物，第二层。它是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的混合物。石油主要作为燃料和化工原料，是重要的战略资源和不可再生的能源（200万-5亿年）
2.石油的聚集碳酸岩沉积岩
石油不像水聚集在水库中那样聚集在沉积盆地，最初形成的岩油------生油原岩，也就是沉积岩，而是通过岩石的孔隙被挤压到压力分布空隙和孔隙中，直至停留在被完全封闭的储集岩中。储集岩形成了储藏石油的地质环境。圈闭构造：阻止石油被继续运移的地质构造。3.世界石油的分布
1804.9亿吨①中东探明储量1012.7亿吨，约占三分之二。沙特，伊朗，伊拉克，科威特，阿联酋②北美加拿大244.5亿吨，稠油，美国29.8亿吨，墨西哥③欧洲及欧亚大陆157.1亿吨，百分之八。俄罗斯，88.2亿吨，第八位④非洲利比亚，尼日利亚，阿尔苏156.2亿吨⑤中南美洲生产出口，委内瑞拉，巴西，厄瓜多尔⑥亚太45.7 中国印度印尼马来西亚
4.天然气产量：俄罗斯，美国，加拿大，英国，伊朗，阿尔及利亚，印尼，马来西亚，中国。储量：俄罗斯，伊朗，卡塔尔
二．学习方法：油田问题→理论（机理）药剂：筛选（单剂）→复配→现场应用→研究→合成药剂
三．石油炼厂的产品气C1-C4 汽油（C3-C4）C5-C8初馏点--200℃煤油150--280℃柴油（燃料油）C12-C16-C20 200-350℃
第一章粘土矿物O,F,N 氢键
基本单元：Si—O四面体→硅氧四面体片六方网状结构，空心，内切圆半径0.288nm Al—O八面体→铝氧八面体片，六方网状结构，实心。
高岭石：由一个硅氧四面体和一个铝氧八面体组成，属于1:1层型粘土矿物。
由于晶层一面有氢键，以及很少晶格取代，属于非膨胀型粘土。
蒙脱石：2:1型，晶层间为分子间作用力，以及有大量的晶格取代（可交换阳离子在水中解离，形成扩散双电层，使晶层表面带负电，互相排斥），使粘土膨胀。可作钻井液的悬浮剂和增粘剂。
伊利石：2:1型，晶格取代主要发生在硅氧四面体中，钾离子直径为0.266um,与0.288相近，使其进入六方网格而不易释放，属于非膨胀型粘土。
绿泥石：2:1型，非膨胀型粘土。
坡缕石与海泡石：有增粘作用，具有良好的抗盐性。
第三节粘土矿物的性质
带电性：表面羟基与H+带正电，与OH-反应带负电。
吸附性：物质在粘土矿物表面浓集的现象。有物理吸附，靠的是分子间力，氢键产生的吸附也属于物理吸附。化学吸附：化学键。
粘土矿物表面都有一定数量的可交换阳离子。当粘土矿物与水接触时，这些可交换阳离子就从粘土表面解离下来，以扩散的方式排列在粘土矿物表面周围，形成扩散双电子层，使粘土矿物表面带负电。
第二章钻井化学
钻井液：是指钻井中使用的工作流体，它可以是流体或气体，确切称为钻井流体。钻井液对于钻井如同血液对于人体一样重要。
第一节钻井设备
钻机：旋转，吊升，循环，动力系统。
钻杆:10米一个或8—10米钻井过程：|钻进，固井，完井，洗井
二，钻井液
组成：1.液相（淡水，盐水，油）2.固相：重晶石（密度调整材料），调解压力
Na蒙脱石，配浆粘土
D.F.固体含量→钻速→成本
3.处理剂：用来调整钻井液性能，常用无机物和有机物的化学处理剂。
4.污染物：钻井过程中带来的钻屑及地层中各种盐类。
钻井液引申定义：如果没有性能良好，足够数量泥浆（钻井液），或者在钻井过程中由于某种原因（如地层漏失，滤失，钻具折断）而不能正常循环泥浆时钻井工作将无法进行，有时还将严重危及井的生命。
二．钻井液的作用（八大功能）
①清洗井底：
钻井液可在钻头水眼处形成高速的液流，喷向井底。这高速喷出的钻井液可将由于钻井液压力与地层压力差而被压持在井底的岩屑冲起，起冲洗井底的作用。
②携带岩屑
当钻井液在环空中的上升速度大于岩屑的沉降速度时，钻井液可将井中的岩屑带出，即在一定上返速度下，钻井液带有携带岩屑的作用。
③平衡地层压力
钻井液的液柱压力必须与地层压力相平衡才能达到防止井喷或钻井液大量漏失进地层的目的。
可通过调整钻井液密度控制钻井液的液柱压力，使它与地层压力平衡。
④冷却与润滑钻头
钻井液可将钻井过程中钻具（钻头和钻柱）与地层摩擦产生的热带至地面，起冷却作用。同时，钻井液能有效地降低钻具与地层的摩擦，起润滑作用。
⑤稳定井壁
可在钻井液中加入适量的处理剂，使钻井液具有抑制页岩膨胀和（或）分散的能力，同时产生薄而韧的滤饼，起稳定井壁的作用。
⑥悬浮岩屑和密度调整材料
当停止循环时，钻井液处于静止状态，其中的膨润土颗粒可以相互联结，形成结构，将岩屑悬浮起来。若钻井液中加油密度调整材料（如重晶石），则在停止循环时，钻井液可将它悬浮起来。钻井液悬浮岩屑和密度调整材料的能力，可使钻井液停止循环后易于再启动。⑦.获取地层信息
通过钻井液携带出的岩屑，可以获取地层许多信息，如油气显示，地层物性等。
⑧传递功率
钻井液可将钻井液泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻井速度。
第二节钻井过程
1.定义：利用机械设备将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的过程。
2.钻井目的：⑴确切的说了解地质情况，正确地判断储油构造，为油田勘探开发提供第一
手资料。⑵开采油气，提高油气采收率：形成油气到地面的通道；油田开采期间或后期钻注水油气井。3.油气井的类型：①地质基准井（参考井）为了了解地质年代，地层的沉积年代，岩性，厚度，生、储、盖层的组合，为地球物理勘探提供各种参数。②预探井：为了探明油田的面积，油水边界线，为油田计算可靠的工艺储量提供资料。③详探井：在已探明储量的基础上，针对有开采工业价值的油田构造上所钻产的油气水井④注水，注油井：为了提高采收率，达到稳产而钻的生产井和注入井。注水：提高采收率，为地层提供能量。
3.国外钻探水平：世界上最深的直井：12260米，德国14000米。最深水平井：4446米（造
斜点井深）垂深：4642米测深：5212米。勘探开发的标志：钻井深度。
一．准备工作：
1.定位井：当井深的轴线按铅垂线设计时，井口位置与井底位置在同一垂直线上，这叫直
井（可偏离<5度）如果井底偏离于垂线，则井口位置和井底位置不在同一垂线，这叫定向井（斜井和水平井）斜井：斜井，水平井。5-45°常规斜井。45-90°定向斜井。
2.修公路：运移物资，钻井设备。
3.开井场：100×60㎡，120×80㎡
4.打基础，立井架：井架40米，
5.安装：直井可偏离3-5度。
二：钻进定义：用钻头直接破碎岩石。钻头的压力足以吃透岩石，并把其破碎。（大庆2000-3000米）
井越深油层越深，取决于其成熟度。
单根8-10米，钻进过程接单根：以三根为一组（立根/立柱26-30米），立根（立柱）：起下钻，处理掉钻头，换钻杆等事故中。
钻井中重要工序：1.加固井壁，防止浅处井壁坍塌。2.隔离钻井油气水层，防止开采时层间相互干扰。
三．固井
套管：1.表层套管：100-300米2.技术套管：2000-3000米3.油层套管：4000米
表层套管作用：用以封住粘土层，砾石层，水层及流沙层。当地层的压力大于钻井液的压力时，会使钻井液产生回流，而浮。箍就起到防止井喷的作用。
技术套管作用：钻井液与泥浆接触，导致泥浆污染，从而破坏了固井的防护程度，为了防止
防止污染，我们通常注入隔离液。
目的：通常是在1000-1500米①主要用以封固易坍塌地层（高岭石层）和高压水层；防止油气水层互窜。（保护浅处的油气层）
油层套管作用：
完井：⑴裸眼完井：这种完井的最大优点是油层全部裸露，没有任何遮挡，直接与井底相通，因而油层不仅有最大的渗透面积而且流线平直，油气流入井内阻力最小。
缺点：①井底易坍塌②不易防止油层出砂③不易进行分层作业（只针对一个油层的）④油气水层易相互干扰。
使用范围较小，只适用于岩层坚固、稳定，而且无油、气、水夹层的单一油、气层和一些油、气层性质相同的多油层井中，而且这种方法已经很少用。
⑵射孔完井：应用最广
优点：①比较有效的分离和支持疏松易坍塌的生产层②能够分离不同压力不同特点的油气层，便于进行分层测试，分层开采，分层生产等工艺③可根据钻井取芯，电测和地层测试等取得生产层的实际资料，确定是否下油层套管，可以减少或消除因无油气而下油层套管的盲目性。④可以进行无油管完井和多油管完井。⑤除裸眼完井外，比其他完井都经济。
缺点：①在钻井和固井过程中生产层受洗井液和水泥的侵害较严重②由于射孔速度和射孔深度有限，油、气层与井底的连通面积小，而且流线弯曲，向射孔孔眼集中，导致油气流入井内阻力较大，不易防止地层出砂。
四．关于表面活性剂的基础问题
C12-C18 亲油基团
五．PAM 聚丙烯酰胺非离子型通过部分水解→部分水解的聚丙烯酰胺，产生一定的水基度PAM 具有遇水伸展和卷曲的特点（卷曲，遇水成团）
第三章钻井液化学
第一节钻井液的组成和功能
组成：液相固相处理剂污染物
处理剂：1.PH控制剂2..钻井液（D.F.）除钙剂3. D.F.起泡剂4. D.F.乳化剂
5. D.F.降粘剂
6. D.F.增粘剂
7. D.F.絮凝剂
8.D.F.絮凝剂
9. 页岩抑制剂（防塌剂）10. D.F.缓蚀剂11. D.F.润滑剂12.解卡剂
13.温度稳定剂14.密度调整材料15.堵漏材料
第二节 D.F.的密度及其调整
一．目的：增加或降低钻井液的密度一般是增加（防漏失，井喷）
二．具体方法：降低：充气或加水
增加：1.加入高密度的不溶性矿物或矿石（整体调控）选硫酸钡
2.加入可溶性盐（同时加入缓蚀剂、盐结晶抑制剂）微调选氯化钠，氯化钡
选硫酸钡：来源广泛，成本低，环保，生产环节简单。
盐结晶抑制剂：NTA 次氨基三乙酸盐EDTA乙二胺四乙酸盐（也有螯合作用，也可作为清洗剂）二乙烯三胺五乙酸盐
第三节钻井液的酸碱性及其控制
D.F.的PH值一般控制在弱碱性（8-10）粘土有一定的分散性，D.F.处理剂有足够溶解，对Ca2+Mg2+在钻井液中的浓度有一定的抑制性，D.F.对钻具有较低的腐蚀性
常用PH控制剂：
强碱：氢氧化钠价格低
氢氧化钾较贵，对井壁页岩有抑制膨胀（0.266）分散作用，有利于提高井壁的稳
定性
弱碱：碳酸钠碳酸氢钠
碳酸钠在控制钻井液PH值同时，还起到降低钙镁离子浓度作用，因此可作为钻井液的除钙剂和除镁剂。
第四节钻井液滤失性及其控制
在一定温度和一定压差下钻井液可滤失进地层而钻井液的的滤失必将在其渗滤面上形成滤饼。
钻井液滤失性：是指D.F.是否滤失地层的性质，而钻井液滤失性是可用钻井液滤失量来衡量。滤失量：钻井液在一定温度，一定压差，一定时间，通过一定面积的渗滤面所得到的滤液体积，用ml表示。
按测定过程中钻井液是否流动，分为静滤失量和动滤失量，按测试温度和压差不同分常规滤失量，高温高压滤失量。
（24+/-3℃0.69MPa 45.8㎝230min ）
(150+/-3℃ 3.45MPa 45.8㎝230min )
滤失量少的钻井液一般可在渗滤面上形成薄而韧，结构致密耐冲刷和低摩擦系数的滤饼。滤失性的控制：降滤失剂
静态滤失方程
钻井液降滤失剂：
一．天然类
1.改性褐煤（来源广，便宜，但成分及其不确定）褐煤是煤的一种，含20-80%的腐殖
酸，分子量是102-106 3×104mg/L、
改性褐煤，腐殖酸钠/钾，耐温可达到180℃，不耐盐，腐殖酸钾与腐殖酸钠性质相似。
2.改性淀粉
3.改性纤维素
4.改性树脂
二．人工类
1.稀类单烃树脂
2.降滤失作用机理
①增粘机理：D.F.降滤失剂是水溶性高分子，它们溶在钻井液中，可提高钻井液的粘度，钻井液粘度的提高可降低钻井液的滤失量。
②吸附机理：D.F.降滤失剂可通过氢键吸附在粘土颗粒表面，使粘土表面的负电性增加和水化层加厚，提高粘土颗粒的聚结稳定性，使粘土颗粒保持较小的粒度并有合理的粒度大小分布，这样可产生薄而韧结构致密的滤饼，降低滤饼的渗透率。渗透率下降，D.F.滤失量减少。
③捕集机理：捕集是指高分子的无规线团（或固体颗粒）通过架桥而滞留在孔隙中的现象。dc=（1/3—1）dp
④物理堵塞机理：对于dc 大于dp的高分子无规线团，它们虽然不能进入滤饼的孔隙，但可以通过封堵滤饼孔隙的入口而减少起钻井液滤失的作用。
第五节钻井液的流变性及其调整
流变性：流动性和变形性。在就剪切力作用下粘性↑或↓，但一旦撤销剪切力，粘度↓或↑钻井液的流变性对井的冲洗能力，对钻屑的携带和冲洗能力，对功率的传递和井壁的稳定有直接关系。
一．概念 1.流态
①层流：流体质点呈层状，流动方向平行，每层流速不等。
②湍流（紊流）：不规则流动，流动方向不同，流速相同。
③塞流：流体的流动像塞状物一样，各质点流速相等（大小方向一致）。
塞流过渡流层流过渡流紊流
流变性有剪切应力τ和剪切速率γ来表征。
2.剪切应力流体的流态处于层流时，层与层之间存在内摩擦力，叫做剪切力。剪切力除
以相邻流层的接触面积为剪切应力。τ=F/A
3.剪切速率：层流时，相邻流层的剪切速率之差除以它们之间的垂直距离。γ=dv/dz
4.牛顿粘度和表观粘度
牛顿型流体牛顿粘度：μ=τ/γμ为常数，τ与γ是一条过原点的直线，τ与γ成正比。τ为横坐标。
非牛顿流体表观粘度：μA V=τ/γμA V=随着γ的变化而变化。
二．D.F.的流变模式
τ与γ之间的关系曲线叫做流变曲线，用于判断是否为牛顿型流体。
1.Bingham模式（塑性流体）
τ必须经过一定值后才开始流动，而这个能使流体流动的最小的τ称为屈服值。
0→τ1:流体不流动（静止）
τ1→τ 2 ：当τ＞τ1，塞流τ2→τ 3 ：过渡期，τ3→τ4：当τ＞τ3，产生层流
τ4→：当τ＞τ4，处于层流，此时不能用bingham描述。
由配浆粘土配制的钻井液具有bingham模式
三．钻井液流变性的调整
钻井液的粘度：在固体如岩屑等添加时，粘度↑，遇到水层，高压气层时，粘度↓。
降粘剂：1.改性单宁（Tannin）
五倍子单宁（酸钠）分子式5（C10H9O9）C6H7O
五倍子酸+5水→5双五倍子酸+葡萄糖双五倍子酸+水→2五倍子酸
2.改性木质素磺酸盐
⑴木质素磺酸盐，大分子的链段结构。
⑵多核羟桥络离子的形成（Cr3+ Fe3+Al3+）
①金属离子解离MCl3→M3++3Cl-
②络合M3++6H2O→[(H2O)6M]3+
③水解[(H2O)6M]3+→[(H2O)5M（OH）]3+ +H+
OH
④羟桥作用[(H2O)5M（OH）]3+→[(H2O)4M M(H2O)4]4+
OH
⑤进一步水解羟桥作用
H2O
OH OH OH [(H2O)4M M(H2O)4]4++n[(H2O)5M（OH）]2+→[(H2O)4（M M）n M(H2O)4]n+4 OH OH OH
H2O
+nH+2nH2O 三价金属的多核羟桥络离子
⑥交联作用→改性木质纤维素
3.烯类单体低聚物：通过氢键吸附在粘土颗粒的羟基表面，其余未吸附链节的极性基团则通过增加粘土颗粒表面的负电性和水化层厚度，拆散粘土颗粒联结所产生的结构，起降低粘度和切力的作用。
四.D.F.稠化的原因：
D.F.中固相颗粒含量过多及粘土颗粒形成空间网状结构是一般水基钻井液稠化的原因。（配制钻井液的颗粒是片状）
1.由于晶格取代的原因使粘土颗粒表面带有一定的负电荷。
2.又因断键的缘故，使粘土颗粒边角局部带正电荷，这样使粘土颗粒的不同部位的带电情况和水化程度不同。
3.一旦D.F.受到地层中无机电解质的侵污时，由于挤压双电层的结果，使得粘土颗粒边角处净负电荷更少，水化层进一步变薄，使粘土颗粒在这些部分的相互吸引力增大（靠氢键吸附），这些部位就容易相互吸引到一起，（自由基被水包裹）。
4.而其余带电量较多，水化层较厚的部位，相互排斥（静电斥力），这种有吸有斥的作用就形成了空间网状结构。
包裹了大量的自由水，这些被包裹的自由水就失去了流动性，只能随着网状结构运动。由湿摩擦变为干摩擦。
这种网状结构的引起的后果：自由水大量减少，D.F.稠化，表现为切力增大，稠度增高，流动困难，工业上出现憋泵现象。
五．降粘剂的稀释原理
降粘剂在钻井液中的作用主要是削弱和拆散粘土颗粒形成的网状结构，或拆散削弱粘土与聚合物形成的空间网状结构，对于分散型粘土颗粒（这里所说的分散型就是含有粘土的）单宁碱液是一种常用的降粘剂。单宁碱液的主要成分是五倍子酸钠，五倍子酸钠含有一个钠羧基和和三个相邻的酚羟基，五倍子酸钠主要是通过相邻的双酚羟基与片状粘土颗粒上断键处的Al3+以螯合键发生吸附，并增加了水化层厚度。结果是拆散或削弱D.F.粘土颗粒形成的网状结构，释放出包裹的自由水。同时也减小了粘土颗粒运动时的摩擦，从而起降粘作用。
第六节钻井液中的固相及其含量测定
第七节随着钻井业的发展，人们更加注重钻井液中固相组成，（钻井技术---石油行业发展的重要标志）研究表明：钻井液的组成类型和性能是直接影响钻井成本的因素，
尤其是钻井液中固相含量是影响钻速和成本的关键因素。
一．D.F.的固相含量
1.按来源分类：配浆粘土，岩屑，密度调整材料，处理剂中的固相物质
2.按密度分类：低密度固相ρ＜2.7g/cm3,高密度固相ρ≥2.7g/cm3
3.按表面活性：表面活性固相（配浆粘土，处理剂）
表面惰性固相（重晶石）
4.在钻井液中是否有用：有用固相，无用固相---岩屑
5.按颗粒直径：胶粒（＜2μm）,泥（2-74μm）砂（＞74μm）
二．钻井液中固相含量控制方法
（一）D.F.中固相对钻速的影响：固相含量对D.F.有重要影响：
粘土含量过高，使D.F.的粘度和切力增加;岩屑含量过高，使滤饼的渗透速率增高，滤失量增大，滤饼增厚，易发生卡钻。
研究表明：D.F.密度降低，钻速随之提高，D.F.密度每降低0.02 g/cm3，钻速度可提高10%--29%钻井液如果从1.20降到1.10 g/cm3，钻速可提高64%，若下降到1.08，钻速可提高90%以上，（控制在1.03-1.06）
固相含量：含量每增加2 g/cm3，钻速下降10-29%，固相含量为0时钻速最大;在低固相含量范围内，下降最快。
固相类型：一般认为砂石，重晶石等惰性固体对钻速影响较小，钻屑、低造浆率的劣质粘土对钻速影响居中，高造浆粘土影响最大（钠蒙脱石造浆最高，钙蒙脱石造浆居中，高岭石最小）。
固相颗粒尺寸大小：结果表明，颗粒尺寸越小，对钻井速率影响越大，越容易卡钻，尤其是小于1μm的亚微米粒子，对钻速影响最大，是1μm及1μm以上颗粒的13倍。
（二）控制方法
1．沉降法2.稀释法3.机械设备法4.化学控制法
絮凝原理：①絮凝②聚结③沉降
三．钻井液絮凝剂
有机：助凝剂无机：混凝剂
无机：絮凝—絮体，再加入有机—氢键吸附—卷曲
1.PAM选择（非离子型）
絮凝作用：①氢键作用→卷曲→②聚结成团→絮凝。非离子型PAM都是通过桥接卷曲机理其絮凝作用，即通过分子链卷曲→絮凝。
降滤失作用：大粒絮凝，小粒形成滤饼。
CPAM：絮凝+静电作用带负电链节，吸水基团是选择性吸附。
四．机理
1.吸附作用
2.架桥作用
吸附絮凝颗粒使电荷减少→卷曲、
3.浓度：①相对分子量越高越好，链长，吸附的颗粒多。②水解度（30%最宜）低，影响链伸展，减小絮凝；水解度高，影响粘土负电表面的吸附，减小絮凝③浓度低，絮凝不完全，浓度高，与粘土形成网状结构，不利于絮凝④PH低，卷曲；高，分散。
第七节钻井液的润滑性及其控制
一．润滑剂
1.液体：油：植物油，蓖麻油；动物油；矿物油（真正用的是柴油中的废柴油）
表面活性剂十二烷基磺酸钠十二烷基苯磺酸钠油酸钠蓖麻油酸钠
聚氧乙烯辛基苯酚醚-10即OP-10
3.固体：固体小球
尼龙（聚酰胺）小球，聚苯乙烯与乙二烯共聚物小球，玻璃小球
第八节井壁稳定性及其控制（井壁稳定性指井壁保持原始状态的能力）
一．不稳定因素：
1.地层因素：高亚地层的压力释放；高构造地层的应力释放；松散地层（膨润土吸水膨胀）
的坍塌及盐岩（高岭石）地层的塑性形变。
2.工程因素：起下钻过程中的钻头对井壁的碰撞；钻井液流量过大对井壁的过度冲刷；起
下钻速度过快引起压力波动。
3.物理化学因素：页岩与水接触可引起井壁不稳定。页岩是指粘土含量高的地层。若页岩
主要含有膨胀型粘土，则与水接触后引起也页岩的膨胀和分散；若页岩主要含有非膨胀型粘土（如伊利石，高岭石），则与水接触后可引起粘土的剥落，引起地层不稳。二．控制方法
由于引起井壁不稳的因素不同，所以井壁稳定性的控制方法也不同。
若由地质因素引起井壁不稳，则可采用适当提高钻井液密度或化学固壁（如用硅酸与井壁矿物中可交换的钙、镁离子反应生成硅酸钙、硅酸镁固结井壁）的方法解决。
若有工程因素引起井壁不稳，则可用改进钻井工艺的方法加以预防。
若为物理化学因素引起井壁不稳，则主要通过改进钻井液性能，如调整钻井液密（非膨胀？）度或加入页岩抑制剂（膨胀）等方法解决。
三．页岩抑制剂
1.盐NH4+ 0.286 K+ 0.288 六方网状结构0.288nm
2.阳离子表面活性剂季铵盐C12-C18 烷基氯化吡啶C12-C18
3.阳离子型聚合物PAM HPAM
4.非离子型聚合物聚丙二醇聚乙二醇
5.改性沥青
第九节钻井液的；漏失与地层的堵漏
一．钻井液的漏失
1.渗透性漏失（难观测到）：漏失速度0.5-10m3/h,地层中砂岩和砾岩的孔隙危害最大。
2.裂缝性漏失：10-100 m3/h,天然裂缝和人工裂缝（压裂）
3.溶洞性裂缝：＞100 m3/h,钻井液有进无出，灰岩地层，熔洞。
二．地层的堵漏
1.渗透性地层的堵漏：①硅酸凝胶②铬冻胶③酚醛树脂
2.裂缝性或熔洞性地层的堵漏|：（物理堵漏）①纤维性材料：短棉绒，矿物纤维②颗粒性材料：植物性材料（核桃壳、花生壳、玉米芯）吸水性好；矿物性材料（粘土、硅藻土、石灰岩）易吸附
第十节钻井液体系
一．钻井液功能（八大功能）
二．钻井液的类型
1.按密度分：加重钻井液（加重晶石）非加重钻井液（深井压力大，加重晶石）
2.按与粘土的水化作用：抑制性钻井液非抑制性钻井液
3.按固相含量的不同：低固相钻井液无固相钻井液
4.按介质：水基钻井液油机钻井液气体钻井液合成基钻井液（加PAM类）
钻井液体系：一般地层
特殊地层：盐岩层页岩层石膏层高温层
三．水基钻井液：以水作分散介质的钻井液，由水、膨润土和处理剂组成。
1.非抑制性钻井液：以降粘剂为主要处理剂配成的水基钻井液，由于降粘剂主要是通过拆散粘土粒子间结构起降低粘度和切力的作用，所以降粘剂又称为分散剂。以降粘剂（改性单宁）为主要处理剂配成的水基钻井液又称为分散型钻井液。
特点：①可以容纳较多的固相，适合于配置高密度性钻井液。
②容易在井壁上形成薄而韧结构致密耐冲刷低摩擦系数的的滤饼，故其滤失量一般较低。
③某些分散性钻井液是以三磺为主要处理剂（磺化栲胶、磺化褐煤、磺化单宁）磺化具有较高的抗温能力，适合深井、超深井。
缺点：抗污能力差，抗钙侵、盐侵差。
2.抑制性钻井液：以页岩抑制剂为主要处理剂配成的水基钻井液。页岩抑制剂可使粘土粒子保持在较粗的状态，又称为粗分散钻井液。
①钙处理钻井液：具有抗钙侵、盐侵稳定页岩和控制钻井液中粘土分散性等特点。钻井遇到石膏层，盐岩层，页岩层这种特殊地层时，会发生钙侵。钙侵会导致泥浆粘度、切力猛增。PH↑，这时要使用碱和单宁碱（高碱比较好）混合剂，形成氢氧化钙，防止钙出来。可用的钙处理剂包括石灰，石膏，和氯化钙等。、
②钾盐钻井液
③盐水钻井液：这是以盐为主要处理剂配成的水基钻井液。盐侵：粘土颗粒水化层变薄，形成空间网状结构，包裹自由水，粘度升高。
④硅酸盐钻井液
⑤聚合物钻井液无固相钻井液
3.水包油型钻井液
四．油基钻井液：含水、油包水（油水比50:80—50:20），用于深井（＞3000米）、超深井（＞4000米）、水平井
第三章水泥浆化学与技术水泥浆
↓
环形空间
钻井液
（固井：防止油、气、水混合，防止井壁坍塌）
影响：1.能否继续钻井 2.能否进行油气开采
注意：1.质量 2.对油层环境的侵害/入侵/污染/堵塞→解堵。
消耗：大量钢材、水泥、化学添加剂、添加料占成本10-25%，钻井液占7-10%
水泥：溶液—溶胶—凝胶—固化
第一节油井水泥浆的性能
目的：1.封隔油气层，保护套管，将套管与地层结合在一起。
2.保护生产层，特别是高压油气层。
3.封隔严重漏失层和其他复杂地层。
过程：混合配制水泥浆液，用水泥代替钻井液（井内残存），使水泥浆在套管内下行再在套管外的环形空间上行，并在外环空间凝固形成水泥环，将套管和水泥环胶结在一起。1000-1200m,50-60℃
注水泥浆注意：流动性，凝胶时间，水泥环的强度渗透性。
一．油井水泥的矿物成分
1. 油井水泥的矿物成分：
生料：石灰（含石灰质的凝灰岩），粘土，铁矿，在1450-1650℃，煅烧→熟料→研磨成细粉。矿物成分：1.硅酸三钙（3CaO.SiO2）1-28天颗粒细，有助于增加水泥强度
2.硅酸二钙（2CaO.SiO2）缓慢型颗粒粗，有助于增加水泥强度
3.铝酸三钙(3CaO.Al2O3) 决定粘度，稠化时间，初凝时间
4.铁铝酸四钙（4 CaO.Al2O3..Fe2O3）决定粘度，稠化时间，初凝时间
2.油井水泥所发生的水化反应
3CaO.SiO2+2H2O→2CaO.SiO2. H2O+Ca(OH)2
3CaO. Al2O3+6H2O→3CaO. Al2O3. 6H2O
3 CaO.Al2O3..Fe2O3+7H2O→3 CaO.Al2O3.H2O+ CaO. Fe2O3. H2O
水泥由液体到固体的三个阶段：
⑴胶凝期：水泥与水垢颗粒表面立即发生固相溶解的水化反应，溶液中各种水化产物浓度迅速增长，达到饱和状态后，并有部分水化产物、细小晶体产物析出，使水泥浆形成胶态体系。
⑵凝结期：由表面向颗粒的深化发展，胶体颗粒显著增加，部分胶体颗粒开始相互连接，由凝胶体系逐渐絮凝而形成凝胶结构，水泥因此也很快凝结而丧失流动性。
⑶硬化作用：水化作用不断加深，大量晶体析出，他们之间相互连接，以及大量胶体的紧密作用，促使结构强度显著增加，由凝胶结构的状态逐渐硬化形成微晶结构的水泥环构型。二．水泥浆的性能（物理）：
1.水泥浆的密度：减轻为主。干3.15g/m3,配之后1.8-1.9 g/m3,加重会造成对地层的伤害，一般都是降低。
2.水泥浆颗粒的细度：颗粒越细，比表面积越大，水化反应越快，<40μm具有较高活性，国产以0.08mm为界，>0.08mm，不超过15%即为合格。
3.水泥的稠化时间：注水泥的时间应控制在稠化时间以内。
4.水泥浆的滤失性：
⑴水灰比：水占水泥的20%。会产生大量的自由水，这些水最终会渗透到地层。
⑵地层的渗透性：
①使水泥浆粘度急剧增加，流动性急剧下降，严重时会发生不能把水泥浆输送
到指定位置，甚至不能把钻井液顶提出套管。
②如果大量滤失发生，就会影响产能，即由于大量滤失和漏失，堵塞油井，无
法使用。
③大量自由水滤失，易在水泥环形成水流通道。严重时会长生一条知道井口的
通道，影响水泥的密度，所以对于水泥浆施工时，应降低水泥浆的滤失性
5.水泥浆的强度
应满足以下几点：⑴支撑加强套管（水泥一旦固化，体积不能变小，可以适当膨胀）
⑵抵挡钻井时的冲击，（针对表层套管和技术套管）
⑶承受钻压
⑷水泥环的腐蚀
第二节油井水泥分类及其性能
一．标准油井水泥三类九个等级A、B、C、D、E、F、G、H、J 九个级别
1.定义：
2.使用范围、
二类：G,H0-2440m油基水泥，中抗、高抗
三类：J 3600-4880m超高温，油基
二．特种水泥适用于：低压、低渗透油气田、裂缝性油气田、、古潜山油气田（古代山脉经过地壳运移、塌陷、由其他沉积岩沉积）、稠油油气田
特点：油田油层的压力系数低（孔隙裂缝较多）
原因：1.原始压力对低压低渗透油气田2.由于长期开采油气层压力降低，钻进时发生漏失3.由于封固井段长。
分类：六种
（一）低密度水泥：不仅可以降低套管外液柱压力从而降低水泥浆液柱压力与地层孔隙压力差，实行合理压差固井（正压差）（下面的比上面的高一点）减少水泥浆滤液和固体颗粒侵入油气层，可以减少对油气层的损害，有利于保护油气层。
分为以下三种：
1.普通低密度水泥：1.00-1.60减轻添加剂：膨润土、硅藻土（硅铝酸盐、孔多壁薄，比表面积大）、硬沥青、火山灰、膨胀珍珠盐，水玻璃等。
2.低密度水泥：1.2-1.4减轻添加剂：粉煤灰、空心微珠（质轻粒细壁薄，有一定活性）、陶粒空心微珠。
3.超低密度水泥：0.9-1.2泡沫水泥：水泥浆中混入气泡形成泡沫水泥浆。
特点：1.
2.由于空心微珠的水灰比低（即水与空心微珠的体积比），所以水泥环强度高，特别是在高温下，由于空心微珠具有一定活性，能起化学反应，生成具有胶凝性质的化合物，提高水泥环强度，在低温下和粗凝剂使用。
3.特别注意空心微珠的稳定性：由于空心微珠与水泥的密度差较大，所以在使用时特别注意水泥的稳定性。如果稳定性不好，会造成空心微珠上浮，水泥下沉。
水灰比越低固化时间越长。水泥也可用于堵水。
补充：1.水泥的稳定性：①包括测试自由水含量和沉降稳定性测定。②在精制过程中水泥浆中自由水自水泥中析出而形成连续水相，称为析水。③沉降稳定性|：静止状态下，由于颗粒沉降，而导致水泥浆上下密度不一致的现象。
2.析水和沉降稳定性的关系：水泥浆析水实际上沉降稳定性不好，水泥浆不析水，沉降稳定性不一定好。
3.沉降稳定性危害：①水泥浆析水量过大和沉降稳定性不好，将导致水泥浆密度分布不均，所形成的水泥环强度不一致，影响对底层的封隔。
②如果在井下，由于析水而形成纵向水槽，将影响环空的封隔。
③在定向井水平井中，如果不控制析水，容易在环空的上侧形成连续水层。
4.要求：原则上析水越快越好，水泥浆上密度差越小越好，在定向、水平井中，要使用零析水的水泥浆。
超密度水泥配制方法：机械：在水泥浆中注入发泡剂和稳泡剂，使气体混合在水泥浆中。化学：在干水泥中加入发泡物质和控制剂，当水泥和水混合一段时间后，该物质与水泥某些化学成分反应，产生气体，形成泡沫水泥浆。
机械法：控制难
化学法：反应不确定
泡沫水泥性能：1.泡沫水泥的稳定性：均匀分散，不聚集，不上浮。
2.强度问题：耐
3.5MPa即可，由于泡沫水泥浆中混入一定气体，必将造成抗压强度降低，但较其他低密度水泥浆相同的水泥环抗压强度要高。气体水泥浆中分散越均匀，起泡越小，泡沫泥浆稳定性越好，加入泡沫使韧性增强，不易产生脆裂破坏。
3.渗透性：由于泡沫水泥中含大量可压缩气体的稳定性起泡，使泡沫水泥的渗透性要比普通水泥的渗透性要低，并且可控制环空气窜。
4.滤失性：滤失量明显减少，气泡增多，密度下降。
5.凝结：泡沫水泥凝结和稠化时间与废泡沫基本一致，水泥浆中气体对凝结影响很小。
6.流变性：泡沫水泥含大量气泡，且很小，且稳定，造成恶劣水泥浆稠度上升，流变性变差，候凝时间减小，泡沫流变曲线近似于普通水泥（假塑性流体）。
（一）防气窜水泥
一.气窜：是指高压气层中的气体沿着水泥石与井壁和水泥石与套管间的缝隙进入低压层或上窜至地面的现象。
二．产生原因：1.顶替效果：水泥浆对钻井液的顶替，水泥浆对井壁滤饼顶替不好(使颗粒尽量小)。
2.环空的压力小于井壁或地层压力，导致失重。
3.其他原因：①泥饼的干裂②水泥石外部的体积收缩③管内憋压造成微环孔隙。
补充：失重：由于一定原因水泥柱在凝结过程中对其下部和地层的作用力将逐渐降低，就好像失去一部分重力一样，这种现象叫做水泥浆在凝结过程中的失重。
失重的种类|：①胶凝：胶凝和结晶网的形成，使水泥浆柱的重量部分悬挂在井壁（液→溶胶→凝胶）或管壁上，这种结构与水泥浆的性能，地层的温度，压力有关，这种结构一旦形成就叫结晶网结构。下部水泥由于水泥浆水化体积收缩和失水发生体积减小时，水泥柱要向下移动，以弥补下部体积的减小，从而向下传递压力，但水泥浆柱的网状结构使水泥浆柱的一部分重量悬挂在井壁和套管上，使压力不能有效向下传递，从而降低了作用在下部地层的有效压力，即导致失重。
②桥堵引起的失重：沉降等原因导致形成了桥塞，水泥浆体积收缩，上面的压力不能不能传递下去。
三．气窜的机理
1.注水泥时环空中钻井液顶替不好，因钻井液的胶凝，脱水和收缩而促使地层流体进入环空。
2.气体通过套管水泥界面和水泥地层界面之间的微环空中发生流动，这些为环空是由钻井液滤饼，水泥体积收缩压力损失等原因造成的。
3.在刚凝固不久的水泥中，水泥的渗透率相当高。
4.当水泥注入井眼环空后，由于体积损失和净胶凝强度发生变化的影响，环空水泥柱的压力很快开始下降。当水泥柱的传递压力低于地层气体压力时，气体就容易进入水
泥柱内，产生气窜。
四．防止气窜方法：工艺加特种水泥
特种水泥：
1.膨胀水泥浆：①加入石膏，产生硫铝酸钙，在70-100℃下分解。
②加入金属氧化物：氧化钙，氧化镁，氧化亚铁等，它们在水中可产
生对应的氢氧化物，结合了水，体积膨胀，膨胀后是原来的1.486倍
③5%或饱和盐水。
2.不渗透性水泥：不渗透性水泥是通过增大孔隙阻力，来防止气窜。
具体方法是：在水泥中加入高分子乳胶为主要成分的气流阻止剂。当气流进入水泥浆时，发生化学反应，产生一定不渗透的膜，而阻止气流进入水泥浆，也可以在水泥浆中加入高分子化合物，如聚丙烯醇类—桥堵剂。
3.硅石微粒水泥：是一种超细粒径水泥，<40μm，其表面积为普通水泥的2倍。水泥向地层的渗透能力强，早期强度高，可用于固结和堵塞岩石的裂缝。
4.触变水泥：通过加入交联大分子使水泥浆停止流动后，静切力增大，缩短了气侵容易发生的时间，并使水泥的胶凝强度很快达到一定值，一般用于井漏处理。
5.延迟胶凝强度水泥：加入缓蚀剂能使水泥在较长时间内保持液体特性，在环空中不失重从而减少孔隙压力的下降，防止气侵。这种水泥浆过渡时间段，其过渡时间内滤失极低。
6.可压缩水泥：加有阻气剂的水泥（铝粉、铁粉、锌粉），氢气均匀分散在水泥浆中，并在膨胀过程中产生附加压力，以便使包括有附加压力在内的浆柱孔隙压力与静液柱压力之和大于地层压力，而防止气窜。
使用时：确定附加压力大小和气侵发生的时间，这样才能控制铝粉的加量和反应时间，在制作阻气剂时，使金属粉表面生成保护层，保护层的厚度要根据需要产生氢气的时间来确定，并用适当的初始稠度来保证气泡均匀分布在水泥浆中。
固井时间：1-6小时----操作
24小时----凝固
钻井液体系和配方
钻井液体系和配方 一.不分散聚合物体系 不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种：及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。 1.不分散聚合物体系特点 （1）具有很强的抑制性。通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。 （2）具有较强的悬砂、携砂功能。通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。 （3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。 （4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，
有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。 （5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井 （6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。 2.配方
3.技术关键 1.加大包被剂用量（171/2″井眼平均约3.5千克/米，121/4″井眼约3.0 千克/米），并采用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被，抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。 2.控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳 范围为30～45克/升）。般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。 3.使用磺化沥青（2%）和超细碳酸钙（2%）改善和提供聚合物钻井液的泥 饼质量。 4.使用足量的润滑剂RH-3(0.5%～0.8%)及防泥包剂RH-4（0.3%～0.5%），降
钻井液组成及作用
钻井液（drilling fluid） 钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。 旋转钻井初期，钻井液的主要作用是把岩屑从井底携带至地面。目前，钻井液被公认为至少有以下十种作用： （1）清洁井底，携带岩屑。保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率。 （2）冷却和润滑钻头及钻柱。降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。 （3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。防止对油气层的污染和井壁坍塌。 （4）平衡（控制）地层压力。防止井喷，井漏，防止地层流体对钻井液的污染。 （5）悬浮岩屑和加重剂。降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻。 （6）在地面能沉除砂子和岩屑。 （7）有效传递水力功率。传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。 （8）承受钻杆和套管的部分重力。钻井液对钻具和套管的浮力，可减小起下钻时起升系统的载荷。 （9）提供所钻地层的大量资料。利用钻井液可进行电法测井，岩屑录井等获取井下资料。 （10）水力破碎岩石。钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。 钻井液的运用历史 很久以前，人们钻井通常是为了寻找水源，而不是石油。实际上，他们偶然间发现石油时很懊恼，因为它把水污染了！最初，钻井是为了获得淡水和海水，前者用于饮用、洗涤和灌溉；后者用作制盐的原料。直到19 世纪早期，由于工业化增加了对石油产品的需求，钻井采油才逐渐普及。 有记载的最早的钻井要追溯到公元前三世纪的中国。他们使用一种叫做绳式顿钻钻井的技术，实现方式是先使巨大的金属钻具下落，然后用一种管状容器收集岩石的碎片。中国人在这项技术上比较领先，中国也被公认为是第一个在钻探过程中有意使用流体的国家。此处所讲的流体是指水。它能软化岩石，从而使钻具更容易穿透岩石，同时有助于清除被称作钻屑的岩石碎片。（从钻孔中清除钻屑这一点非常重要，因为只有这样，钻头才能没有阻碍地继续深钻。）
钻井液的考试内容
01．下列不属于钻井液功用的是（ A ）。（A）起升钻具 02．下列属于钻井液传递水动力功用的是（ A ）。（A）高压喷射钻井03．分散钻井液可容纳较（ D ）的固相，较适于配制（ D ）密度钻井液。 （D）多，高 04．分散钻井液的滤失量一般较（ B ）。（B）低 05．三磺钻井液具有较（ C ）的抗温能力，体系中固相含量（ C ）。 （C）强，高 06．下列不属于聚合物钻井液的优点的是（ B ）。（B）对钻头的损害程度较小07.有机硅防塌钻井液具有防塌性强，润滑防卡性好，粘土容量大，抗岩屑污染 能力强，抗温性好，但体系抗( D )能力相对较弱。 (D)盐、钙 08．聚合物钻井液具有较强的携带岩屑的能力，主要是因为这种钻井液的切力稀释特性（ D ），环空流体的粘度、切力较（）。（D）强，高09．在钻遇（ C ）地层时，使用钾基聚合物钻井液可以取得比较理想的防效果。 （C）泥页岩 10．下列不属于油基钻井液的优点的是（ B ）。（B）能提高钻速 11．油基钻井液的应用受到一定的限制，其主要原因是（ C ）。 （C）配制成本较高，使用时会对环境造成一定污染 12．在钻井液中膨润土是最常用的配浆材料，它主要起（ C ）作用。 （C）提粘切，降滤失和造壁 13．钻屑称为无用固相，在钻井液中，应通过各种固控措施尽量减少钻屑的含量，膨润土的用量也应以够用为度，不宜过大，否则会（ A ）。 （A）造成钻井液粘切过高，还会严重影响机械钻速 14．为了降低钻井液密度，将（A）均匀地分散在钻井液中，便形成充气钻井液。 （A）空气 15．钻井液密度在钻井中的主要作用是（ B ）。（B）平衡地层压力 16．钻井液密度随钻井液中（ A ）的增加而增大。（A）固相含量 17．油气侵入钻井液后对密度的影响是（ C ）。（C）下降 18．能够提高钻井液密度的是（ D ）。（D）加入可溶性盐 19．提高钻井液密度的加重材料，以使用（ B ）最为普遍。（B）重晶石20．在条件允许的情况下降低钻井液密度，最有效且经济的办法是（ A ）。 （A）清水稀释法 21．降低钻井液密度的方法是（ D ）。（D）机械法、稀释法 22．在正常情况下，进行钻井液密度设计时，如果按压力计算，附加的安全系数为（ A ）。（A）气层：3.5 ～ 5.0 MPa，油层：1.5 ～ 3.5 MPa 23．合理的钻井液密度必须根据所钻地层的（C）及钻井液的流变参数加以确定。 （C）孔隙压力、破裂压力
第二章 钻井液体系
第二章钻井液体系 目前，国内常用的钻井液体系分为水基、油基和含气钻井液三大系列。水基钻井液因使用方便、配制简单、价格低廉、对环境污染较小而应用广泛；油基钻井液由于其良好的抗泥页岩水化膨胀缩径性能而主要应用于泥页岩水化缩径严重的区块和对油气层保护要求较高的井；含气钻井液主要用于钻易漏的低压底层。 上世纪90年代又成功发展出合成基钻井液、超低渗透钻井液和不渗透钻井液并在大量井现场应用中取得良好的效果。合成基钻井液对环境污染更小，并具有部分油基钻井液的特性，能很好的保持井壁稳定；超低渗透钻井液和不渗透钻井液在防止地层损害和提高油气井产量上有较突出的效果而得到较广泛的应用； 各种钻井液体系是人们在钻井液技术发展过程中不断实践创造和完善的，不要死记硬背，生搬硬套，而应该对其熟练掌握、灵活应用，并在解决所遇到的各种钻井液问题中不断总结，积累并不断的加以完善。 一、膨润土浆（坂土浆） 1、膨润土浆是常用的水基钻井液的基础结构，用于代替清水开钻，形成泥饼以加固上部地层井壁防止冲坏基础和防止井漏；也用于储备钻井液，在钻井过程中各种事故复杂处理后钻井液量不足时用于做配制钻井液的基浆。 2、常规膨润土浆配方： （1）钠膨润土：水+ 0.1-0.2%烧碱+ 0.2-0.3 纯碱+ 6-10% 钠膨润土 （2）钙膨润土：水+ 0.3-0.5%烧碱+ 8-12% 钙膨润土+ 纯碱（钙膨润土的6%）配置好水化24小时以后可加入0.1-0.3%的CMC-LV护胶降失水。 土是膨润土浆的基础结构，烧碱用于除去水中镁离子和调节膨润土浆PH值并促进膨润土水化，纯碱用于除去水中钙离子和促进膨润土水化；实际应用中，烧碱和纯碱的加量可根据配浆水中的钙镁离子含量来适当增减调节。 3、配置步骤 （1）清淘干净一个配浆罐，用清水清洗干净后装入配浆水（配浆水要求总矿化度小于1000mg/L）。 （2）软化配浆水：检测配浆水中钙镁离子含量，根据钙镁离子含量加入纯碱、烧碱除去配浆水中钙镁离子，软化水质，以提高膨润土的造浆率，使配制出的膨润土浆有较理想的粘度。 （3）室内小型实验，配制小样，检测小样性能。 （4）通过加重泵按实验合格的小样配浆，配浆前应用配浆水排替管线，配好后连续搅拌并用泵循环2-4小时，然后预水化24小时备用。 （5）如有必要，加入一定数量的护胶剂护胶，通常是加入0.1-0.3%CMC-LV或中小分子处理剂。 4、膨润土浆性能指标：
钻井液习题
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
钻井液处理剂作用原理-蒲晓林
水基钻井液及处理剂作用机理 蒲晓林 课程简介 本课程是“泥浆工艺原理”、“深井泥浆”的后续课程，是根据钻井液化学研究方向总结、整理的课程。着重从钻井液工艺性能和胶体化学的角度讲述钻井液处理剂作用原理。 1．课程特点 （1）课程目前还在完善中。 ①国外：对处理剂应用阐述多，作用机理研究少，在此研究领 域还没有这样一门专门课程； ②国内：近年来文章多，文献报道多，但不系统，各说各的； ③关于此方面的研究：大都以产品、专利出现，有关理论研究 的报道较少，尤其是许多研究还触及到许多商业秘密。因此，许多单位从机理出发，从理论出发去开发产品不多，缺乏理论指导。例如：中山大学、天津大学、山东大学、成都科大。 全国：产品成系列的仅两家：我院和勘探开发研究院。 根本原因：机理不清楚，研究失去方向。 （2）本课程主要从钻井液的发展和类型的角度讲述处理剂的作用机理。使学者掌握各种处理剂在不同钻井液条件下的作用原理和用途。 2．课程主要任务 ①分析、揭示水基钻井液作用机理，学习进一步深入研究这种作用机理的方法和思路；②讲述目前主要使用的国内外钻井液处理剂的作用机理。引导机理研究入手，力求把处理剂研究、研制理论化、条理化，为有目的地、有针对性地研制处理剂和研究新型
钻井液体系创造条件； ③从研究机理入手，掌握使用规律。更好地指导产品应用和质量提高，把处理剂研制、生产和应用规律有机地结合起来。3．课程的主要内容和思路 （1）核心内容 ●处理剂作用机理及其对钻井液宏观性能的影响； ●处理剂作用性质和作用效果的实验研究方法。 （2）处理剂研究的一般思路 ①从钻井工程对钻井液性能要求出发研究处理剂 适应钻井工程、地质勘探及其技术发展，钻井液性能应具备的性能要求；钻井工程、地质勘探技术发展同钻井液技术发展的相互促进关系。 ②考虑如何选用处理剂实现钻井液作用效能 通过什么样的（运用）处理剂，起什么作用，作用规律（机理）是什么？ 具有实现钻井液作用效能，处理剂应具有的性质， ——如水溶性、抗盐性和抗温性，同粘土的作用规律等等。 ③钻井液性能、作用效能要求与处理剂分子结构的关系 处理剂分子结构组成、分子量、分子链型、基团种类、比例、处理剂分子构象等等。 ——最终落实到处理剂的分子结构设计。 ④处理剂的合成、研制 要实现处理剂分子结构设计，所需的化学途径、合成工艺路线、合成条件。 ⑤处理剂应用规律和效能评价 处理剂效能评价的原则：满足优质、安全、低成本钻井、完井
常用钻井液处理剂及作用
常用泥浆药品及作用 一、聚合物类 1、聚丙烯酰胺（PAM） 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，它也是一种良好的包被剂，可使钻屑不分散，易于清除，并有防塌作用。 2、聚丙烯酸钾（K-PAM） 作用：主要用来抑制页岩中所含粘土矿物的水化膨胀和分散而引起的井塌。 3、螯合金属聚合物（CMP）作用：用来提高聚合物体系粘度兼防塌作用。 4、钻井液用成膜树脂防塌剂（BLC-1）作用：用来控制聚合物体系失水，增加润滑性从而达 到防塌的目的。 5、高粘乙烯基单体共聚物防塌降失水剂（BLA-MV） 作用：用来控制聚合物体系失水，提高粘度，封堵页岩孔隙从而达到防塌的目的。 6、增粘降失水剂（KF-1） 作用：用来提高聚合物体系液相粘度，提高泥浆的携带岩屑能力。 7、非极性防卡润滑剂（BLR-1） 作用：主要用来提高钻井液体系的润滑性，降低摩阻系数，增加钻头的水马力以及防止粘卡。 二、细分散类作用：主要用来配制原浆，亦有增加粘切、降低滤失的作用。 1、羧甲基纤维素钠盐（CMC） 作用：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，提高粘度，降低失水。 2、烧碱(NaOH) 作用：调节钻井液PH值，促进白土水化分散。 4、纯碱（Na2CO3） 作用：调节钻井液PH值，促进白土水化分散,沉降钻井液中过多的钙离子。 5、防塌润滑剂（FT-342或FT-1）作用：防塌，改善钻井液的流动性和泥饼质量。 6、硅氟防塌降虑失剂（SF）作用：防塌降失水，改善钻井液的流动性和泥饼质量。 7、封堵护壁增粘剂（改性石棉）（SM-1）或（XK-1）作用：提高低固相钻井液的动切力。 8、硅氟稀释剂(SF-150) 作用：主要用作稀释改善细分散钻井液体系的流动性 三、堵漏剂 1、单向压力封堵剂（DF-A）作用：主要用作渗透性漏失地层的堵漏。 2、综合堵漏剂（HD-I、II）作用：主要用作裂缝性漏失地层的堵漏。 3、桥塞堵漏剂（QD-I、II）作用：主要用作裂缝性漏失地层的堵漏。 四、加重剂 1、石灰石粉（CaCO3） 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。可用来配制密度不 超过1.30g/cm3的钻井液。 2、重晶石粉（BaSO4） 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。可用来配制密度 2.00g/cm3以上的钻井液。 常见膨润土浆配方
钻井液处理剂成分
1、降滤失剂(Filtrate Reducers) 用来降低钻井液的滤失量，如膨润土、褐煤、CMC、PAC、预胶化淀粉等。 2、增粘剂(Viscosifiers) 用来提高粘度以保证钻井液的更好的井眼清洁能力和悬浮固相能力，包括膨润土、CMC、PAC、凹凸棒土和高分子量聚合物等。 3、乳化剂(Emulsifiers) 用来使两种互不相溶的液体成为非均匀混合物(乳状液)。 包括：用于油基钻井液中的脂肪酸和胺基化学产品和用于水基钻井液中的清洁剂、脂肪酸盐、有机酸、水溶性表面活性剂等，可以是阴离子型、非离子型或阳离子型的化学产品。 4、页岩抑制剂(ShaleControl Inhibitors) 可溶性钙盐、钾盐等无机盐和一些有机化合物因降低页岩的水化作用而具有页岩抑制性。 5、堵漏材料(Lost Circulation Materials) 用来封堵漏失层，隔离井眼表面和地层，以便在随后作业中不会再造成钻井液的漏失。 6、表面活性剂(SurfaceActive Agents) 降低接触面(水-油、水-固体、水-空气等)之间的界面张力，可作为乳化剂、破乳剂、润湿剂、絮凝剂或解絮凝剂等使用。 高温稳定剂(TemperatureStability Agents)
用来提高钻井液在高温条件下的流变性能和滤失性能稳定性，并在高温条件下持续发挥其功能，例如丙烯酸盐聚合物、磺化聚合物和共聚物，以及褐煤、木质素磺酸盐和丹宁基添加剂等。 7、润滑剂(Lubricants) 用来降低钻井液的摩阻系数，以便降低扭矩和阻力；如各种油、合成基液体、石墨、表面活性剂、乙二醇、甘油以及其他化学产品。 8、加重材料(Weighting Material) 9、消泡剂(Defoamers) 用来减少钻井液发泡作用，特别是在盐水和饱和盐水钻井液中。 10、发泡剂(FoamingAgents) 通常作为表面活性剂在有水时发泡，发泡剂可使空气或天然气用于钻水层。 11、杀菌剂(Bactericides) 用来防止淀粉、生物聚合物等有机添加剂细菌降解。
关于胶体化学的几个基本概念
一、概述 1．关于胶体化学的几个基本概念 (1）相和相界面 相是指那些物质的物理性质和化学性质都完全相同的均匀部分。体系中有两个或两个以上的相，称为多相体。相与相之间的接触面称为相接面。 (2) 分散相与分散介质 在多相分散体系中，被分散的物质叫做分散相。包围分散相的另一相，称为分散介质。例如，水基钻井液中，粘土颗粒分散在水中，粘土为分散相，水为分散介质。 (3)分散度和比表面 分散度是某一分散程度的量度，通常用分散相颗粒平均直径或长度的倒数来表示。如果用D表示分散度，用a表示颗粒的平均直径或长度，则分散度可表示为D＝1／a。比表面是物质分散度的另一种量度，其数值等于全部分散相颗粒的总面积与总质量(或总体积)之比。如果用S代表总表面积，用V表示总体积，用m表示总质量，则比表面可表示为： S 比 ＝S／V (m-1) (2-2) 或 S 比 ＝S／m (m-1／kg) (2-3) 物质的颗粒愈小，分散度愈高，比表面愈大，界面能与界面性质就会发生惊人的变化。所有颗粒分散体系的共性是具有极大的比表(界)面。 按分散度不同，可将分散体系分为细分散体系与粗分散体系。胶体实际上是细分散体系，其分散相的比表面≥104 m2／kg，其颗粒长度在1 nm～1 μm 之间。悬浮体则属于粗分散体系，其比表面大致不超过104m2／kg分散相的颗粒直径在1～40／μm之间。钻井液是复杂的胶体分散体系。水基钻井液基本上是溶胶和悬浮体的混合物，本书中统称为胶体分散体系。 (4)吸附作用 物质在两相界面上自动浓集(界面浓度大于内部浓度)的现象，称为吸附。被吸附的物质称为吸附质，吸附吸附质的物质称为吸附剂。按吸附的作用力性质不同，可将吸附分为物理吸附和化学吸附两类。仅由范德华引力引起的吸附，是物理吸附。这类吸附一般无选择性，吸附热较小，容易脱附。若吸附质与吸附剂之间的作用力为化学键力，这类吸附叫化学吸附。化学吸附具有选择性，吸附热较大，不易脱附。 2．沉降与沉降平衡 钻井液中的粘土粒子，在重力场的作用下会沉降。由于粒子沉降，下部的粒子浓度增加，上部浓度低，破坏了体系的均匀性。这样又引起了扩散作用，即下部较浓的粒子向上运动，使体系浓度趋于均匀。因此，沉降作用与扩散作用是矛盾的两个方面。 若胶体粒子为球形，半径为r，密度为ρ，分散介质的密度为ρ ，则 下沉的重力F 1 为： F 1＝（4/3）πr3(ρ－ρ )g (2-4) 式中 g－重力加速度；
钻井液常用处理剂的作用机理(一)概要
钻井液常用处理剂的作用机理（一） 钻井液处理剂用于改善和稳定钻井液性能,或为满足钻井液某种性能需要而加入的化学添加剂。处理剂是钻井液的核心组分，往往很少的加量就会对钻井液性能产生很大的影响。钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多，为了使用和研究方便将按其功能进行分类。 根据2006年API钻井液处理剂分类方法，将钻井液处理剂分为降滤失剂、增粘剂、乳化剂、页岩抑制剂、堵漏材料、降粘剂、腐蚀抑制剂、表面活性剂、润滑剂/解卡剂、加重剂、杀菌剂、消泡剂、泡沫剂、絮凝剂、除钙剂、pH控制剂、高温稳定剂、水合物控制剂。共计18类。其中润滑剂/解卡剂合并，另外增加了水合物控制剂 我国钻井液标准化委员会根据国际上的分类法，并结合我国的具体情况，将钻井液配浆材料和处理剂分为16类，分别为粘土类、加重剂、碱度控制剂、降滤失剂、降粘剂、增粘剂、页岩抑制剂、絮凝剂、润滑剂、解卡剂、杀菌剂、缓蚀剂、乳化剂、堵漏剂、发泡剂、消泡剂。 这16类处理剂所起的作用不同，但在配制和使用钻井液是，并不同时使用这些处理剂，而是根据现场需要选择其中的几种。下面对这16种处理剂进行介绍。 1 粘土类 粘土的本质是粘土矿物。粘土矿物是细分散 的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿 物的总称。粘土矿物是整个粘土类土或岩石的性 质，它是最活跃的组分。晶质含水的层状硅酸盐矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等；含水的非晶质硅酸盐矿物：水铝英石、硅胶铁石等。 1.1 粘土矿物的两种基本构造单元 1.1.1 硅氧四面体与硅氧四面体晶片 硅氧四面体：有一个硅原子与四个氧原子，硅原子在四面体的中心，氧原子在四面体的顶点，硅原子与各氧原子之间的距离相等，其结构见右图。 图1硅氧四面体结构 硅氧面体晶片：指硅氧四面体网络。硅氧四面体网络由硅氧四面体通过相临的氧原子连接而成，其立体结构见右图。 图2 硅氧四面晶片结构图 1.1.2 铝氧八面体与铝氧八面体晶片
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。
常用钻井液料及其功用
一、稀释剂 泥浆稀释剂，或分散剂，通过破碎粘土层边和面之间的附着而降低粘度（见图1）。稀释剂吸附粘土层，因此破坏了层间的引力。加入稀释剂可以降低粘度、切力和屈服值。 大多数的稀释剂都可以划分为有机材料或无机磷酸盐络合物。有机稀释剂包括木质素磺酸盐、木质素和丹宁。与无机稀释剂相比，有机稀释剂可用于高温条件下（铬酸盐也是很好的耐高温稀释剂，但是不适合用于环境敏感地区）。有机稀释剂通常会有助于滤失控制。 聚合；絮凝；（面对面）；（边对面）；（边对边）；解胶；抗絮凝 图. 1粘土颗粒的连接 无机稀释剂包括焦磷酸钠（SAPP）、四焦磷酸钠、四磷酸钠和六偏磷酸钠。无机稀释剂在低浓度情况下是有效的，但是通常只用于150oF的温度以下。它们的应用一般局限于氯化物浓度低和pH值低的淡水粘土泥浆。 长期以来，水被作为钻井泥浆的一种十分有效的稀释剂使用，其降粘效果是通过减少钻井液中的总体固相浓度来达到的。钻井作业中钻屑不断混进泥浆中，那么这些钻屑最终也需要用水进行稀释或者必须用机械的方式清除。 应当定期添加水到水基泥浆中，以补充渗漏到地层和在泥浆池中蒸发的水份。如果不补充水，那么由于固相浓度增加，粘度就会上升。而化学方式的降粘效果不佳。在没有添加重晶石或膨润土的情况下，塑性粘度的稳定上升就说明水分减少了。 磷酸盐是最早可以大批量供应的化学稀释剂之一。磷酸盐通过吸附粘土颗粒而起作用，因此，它能达到令人满意的电平衡和允许颗粒自由地悬浮在溶液中。磷酸盐的这种分散效果归因于轻度的阴性粘土片晶置换，它可使片晶相互排斥，最终这些断裂边缘的化合价趋于饱和。 在被严重污染的离子环境中，磷酸盐的使用是有限的。如果有自由的钙离子或镁离子存在，不论其数量多少，都将会形成磷酸盐的络合物或者不溶的金属离子磷酸盐。由于清除了可用的磷酸盐，这就限制了降粘能力。 表2列出了常用的用于现场钻井泥浆应用中的磷酸盐
泥浆化学材料
第十六章常用钻井液材料 润土类 浆岩或变质岩中硅酸盐矿物（如长石）风化沉积形成的，其组成为。 物：蒙脱石、高岭石、伊利石和海泡石，钻井用膨润土主要粘土矿物为蒙脱石，含量在70%以上。 石膏、石英、长石、云母、氧化铁等含量越小越好。 ：木屑、树叶及腐质物起染色作用，膨润土有红色、黄色、紫色等不同颜色，就是这个原因。 盐类：碳酸盐、硫酸盐和氯化物等。 钙基膨润土钠基膨润土和改性膨润土三种。 润土：造浆率8-12立方米每吨。 润：造浆率15-18立方米每吨。 润土：通过加入纯碱、烧碱、羧甲基纤维素、低分子量聚丙烯酰胺等无机盐和有机分散剂来提高膨润土的造浆率，达途 黄土层漏失、基岩裂隙漏失都需要用来配浆堵漏。 在井壁上形成泥饼，减少钻井液内的水份向井壁渗透，起到保护井壁稳定的作用。 配制一定数量的高比重大粘度的膨润土泥浆定期打入井内，将井内掉块、岩屑顺利携带出井外，保持井内干净。 泥浆：井壁长时间浸泡发生垮塌，常规泥浆仍不能维护井壁时，就要加膨润土以提高比重、切力、粘度达到稳定井壁泥浆：遇到涌水或高压油气层时，都需在泥浆中加膨润土来平衡地层压力。 液和封闭浆：为顺利测井，完钻时需配完钻液；在易塌井段需配封闭浆，这些都需加膨润土。 土性能的因素 量：原矿石蒙脱石含量高低是影响膨润土性能最重要的因素，蒙脱石含量越高，膨润土造浆率相应地就高。
粒度越细造浆率相应的就越高，反之亦然。 ：合理地加入分散剂，会明显改善膨润土的性能。 膨润土在高矿化度和酸性中水造浆率会明显降低甚至不造浆。 ：1吨膨润土配制出胶体率95%以上的泥浆的体积。如造浆率15立方米每吨，就是在100克水中加6.67克膨润土搅0毫升）中，24小时胶体率在95%以上。 度：用马氏漏斗测其粘度，一般不低于28秒。 ：用ANS气压失水仪测失水量。一般不大于 ：将100克膨润土加到1000克水中搅拌30分钟，再加1000克水搅拌30分钟静止30分钟。将沉淀物上面的泥浆全次，把最后的砂子烘干，称其重量，即膨润土含砂量，含砂量小于5%为合格品。 材料 主要成份分子式密度数目可配最高密度 碳酸钙CaCO3 2.7-2.9 200 1.68 碳酸钙CaCO3 2.8-3.1 600 1.80 硫酸钡BaSO4 3.9-4.2 200 2.3 硫酸钡BaSO4 3.9-4.2 200 3.1 氧化铁Fe2O3 4.9-5.3 150 4.0 硫化铅PbS 7.4-7.7 150 5.2 盐类
钻井液配浆材料与处理书
第四章钻井液配浆材料与处理剂 钻井液技术的发展是随着整个钻井行业的发展而发展的。随着钻井技术的发展，对钻井液的要求越来越高。实际上，钻井液在很大程度上决定了钻井的成败。因此，人们常用“钻井液是钻井的血液”来形象地比喻其在钻井作业中的重要作用。而钻井液技术的发展直接受到钻井液配浆材料和处理剂制约。 我国钻井液配浆材料和处理剂发展较晚，近年才有较大进步。1972年，钻井液材料及其处理剂不过21种，直至1975年也只不过30种（包括无机盐）。1975 年以后开始飞速发展，到1983年底增至76种，1985年底达到166种。1993年增加到16类260种,总费用达10.3亿元。近几年更是得到飞速发展，在有些剂种研究和开发方面与国外基本同步。 据《世界石油》杂志每两年公布一次全世界钻井液完井液及修井液处理剂的品种、用途和厂家等报道，目前商品牌号就有2700多种，这还不包括前苏联、东欧和中国的产品。我国从80年代以来，钻井液技术发展很快，钻井液处理剂的类别和品种已与国外相当，某些处理剂的性能还优于国外的产品。总的说来，钻井液处理剂是钻井液技术的关键、是核心，没有新的处理剂就没有新的钻井液体系。 第一节钻井液原材料 配制钻井液时所用的各种物质称为钻井液材料，其中包括原材料及处理剂。钻井液原材料是指那些用于配浆、用量较大构成钻井液的基本组分，臂如膨润土、水、油和重晶石等。处理剂是指那些用于改善和稳定钻井液性能或为满足钻井液某种特殊需要而加人钻井液中的化学添加剂。它是钻井液组分中的关键成分。随着钻井液技术的发展，处理剂的种类日益增多。 一、钻井液材料的分类 钻井液材料种类繁多，为了使用和研究的方便，有必要对它们予以分类。目前基本上有以下两种分类方法。 第一类分类方法是按钻井液材料的化学性质和组成分类。通常分为钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。这种方法容易掌握其主要组分和性质，一般常为钻井液研制单位和专业技术人员所使用。 (1)钻井液原材料：粘土、水、油、加重材料等。 (2)无机处理剂：凡是用于钻井液的无机化学药剂均可划入此类。按其它化学组分的 不同尚可分为氯化物、硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和重铬酸盐等。 应该还包括混层金属氢氧化物，即正电胶类。 (3)有机处理剂：凡是用于钻井液的有机化合物均属此类。通常可分为天然产品、天 然改性产品和有机合成化合物。按其化学组分又可分为下列几类：腐殖酸类、纤 维素类、木质素类、丹宁酸类、丙烯酸盐类、沥青类、淀粉类和其它高聚物类，
钻井液功能
钻井液功能 来源：本站作者：qingshan731888日期：2010-4-14 8:26:26浏览次数：1139 1．钻井液的组成是什么？ 钻井波是由液相，固相和化学处理剂组成。液相可以是水（淡水、咸水）、油（原油、柴油）或乳状液（油包水和水包油）固相包括有用固相（造浆土和加重材料）和无用固相（钻屑）。化学处理剂包括无机、有机及高分子化合物。 2．钻井液的作用有哪些？ （1）清除井底岩屑，并携带至地面。 （2）冷却，润滑钻头和钻具，给地层以冲击力，加快破碎岩石速度。 （3）悬浮岩屑。 （4）平衡地层压力，防上井喷、井漏、井塌和卡钻等事故。 （5）形成低渗透性泥饼巩固井壁。 （6）涡轮钻具的井底动力液。 （7）控制腐蚀。 （8）承受部分钻柱和套管的重量． （9）帮助录井。 （10）减少油气层伤害。 3．何谓粘土的扩散双电层？它是怎样形成的？ 由于黏土表面带负电行，在钻井液中形成一个负由场，粘枯上周围就吸引与粘土所带负电荷数相同的带正电的离子。其中一部分正电离子吸附在粘土颗粒表面上，形成紧密层（吸附层），其余的正离子则扩散分布在溶液中，称为扩散层。这种分布模型称为扩散双电层。 在淡水中的扩散双电层是由粘土晶层中的可交换阳离子电离、扩散而形成的。 4．何谓粘土的ξ电位？ 粘土的ξ电位是指由粘土颗粒所具有的负电荷与紧密层（吸附层）中的阳离子相抵消后的剩余电位，通常为负值。它是粘土颗粒在体系中运动时所具有的实际电位，又称电动电位。 5．粘土矿物有几种基本种类？粘土矿物的两种基本构造单位是什么？ 常见的粘土矿物有：高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、伊蒙混层、绿蒙混层、凹凸棒石和海泡石等。 粘土矿物的两种基本构造单位为硅一氧四面体和铝一氧八面体 6．什么是粘土的水化作用？什么是胶体体系？ 粘土的水化是指水分子被粘土表面及其所带阳离子极化后定向排列而形成水化膜的作用。它包括表面水化（主要由粘土表面吸附产生）和渗透水化（主要由吸附阳离子在表面和本体浓度差产生）两种。 胶体体系一般是指分散相的粒径在1nm~1μm范围的体系。 7．粘土的阳离子交换容量（CEC）的含义是什么？ CEC是指分散介质在PH=7时，每100g粘土能交换下来的阳离子的毫克当量数（按1价阳离子定义）。
钻井液复习题答案
第一章概述 1．钻井液的定义 钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质 2．钻井液的主要应用领域有哪些？ 地质勘察钻探、石油天然气钻井、地下水等资源钻采、矿山钻掘工程、工程地质勘察、基础工程施工、地质灾害治理 3．钻井液的基本功用是哪些？ 平衡地层压力、水力碎岩、冷却和润滑、携带、悬浮岩屑、形成泥饼、传递孔底信号、保护油气层 4．钻井液的主要类型（按密度、分散介质、固相含量）？ 5．谈谈你对钻井液技术未来发展趋势的看法。 1、体系简单，成本低 2、有效解决钻探钻井过程中的复杂技术问题，如井漏、井喷和井塌 3、满足环保要求，如钻屑、废弃钻井液的处理 4、保护油气层,提高采收率及油气井产量 6．钻井液的循环方式有哪些？简要描述。 正循环、反循环、局部反循环 7．以正循环为例，描述钻井液循环系统的组成。 泥浆池（箱）—— >泥浆泵——>高压胶管 ——>水龙头——>主动钻杆 ——>孔内钻杆——>孔底钻具——>上返环空 ——>地面循环槽—— >沉淀池、净化系统 8．什么是钻井液循环阻力（循环压降）。 钻进过程中在泥浆循环系统中所产生的阻力损失。 9．影响钻井液循环阻力的因素有哪些？ 1、循环通道的长度，主要取决于钻孔的深度。钻孔越深，压力损失越大。 2、循环液的流变性。循环液的粘性越大，压力损失越大。 3、泵量或流速的大小。泵量或流速越大，压力损失越大。 4、过流断面的截面积。钻井口径越大（钻杆直径不变），压力损失越小。 第二章粘土胶体化学理论 1．为什么说粘土与钻探（井）有十分密切的关系？ 钻井泥浆是由粘土、水（或油）和少量处理剂混合形成，具有可调控的粘性、比重和降失水等性能，在大多情况下能够满足悬排钻碴、稳定井壁、防止漏失、冷却润滑钻具的基本钻进需要，并且来源广泛，成本较低，配制使用方便，所以成为应用最广泛的钻井液。2．粘土矿物有哪两种基本的构造单元？ 1、硅氧四面体与硅氧四面体晶片 2、铝氧八面体与铝氧八面体晶片
钻井液体系和配方
钻井液体系和配方 一. 不分散聚合物体系 不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种：及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。 1.不分散聚合物体系特点 （1）具有很强的抑制性。通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。 （2）具有较强的悬砂、携砂功能。通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。 （3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。 （4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。 （5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井
（6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。 2.配方
3.技术关键 1.加大包被剂用量（171/2″井眼平均约3.5千克/米，121/4″井眼约3.0 千克/米），并采用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被，抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。 2.控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳 范围为30～45克/升）。般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。 3.使用磺化沥青（2%）和超细碳酸钙（2%）改善和提供聚合物钻井液的泥 饼质量。 4.使用足量的润滑剂RH-3(0.5%～0.8%)及防泥包剂RH-4（0.3%～0.5%），降 低磨阻，防止钻头泥包。 5.使用适量的HPAN、双聚铵盐等中小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大 /小分子聚合物的最佳比例2.5～3:1）,降低滤失，有利于形成优质泥饼。 6.不使用稀释剂。 4.推荐性能
钻井液与岩土工程浆液
钻井液与岩土工程浆液 基本内容目录 1、绪论 2、力学与化学基础 3、性能分析与评价 4、钻井液类型，应用与完井液 5、岩土工程注浆 第一章：绪论 一、注浆、钻井液概述 二、岩土工程浆液、钻井液发展史 三、注浆发展趋势 四、浆液、钻井液的分类 五、工程应用 1、概念：岩土工程注浆，灌浆，它是将一定材科配制成浆液，用压送设备将其灌入地层或 缝隙内使其扩散、胶凝或固化，以达到加固地层或防渗堵漏的目的。 2、加固：浆液在地层中的运动规律受到地层孔隙特性、浆液压力的控制，从而形成渗透 流动、缝隙流动、劈裂流动等形式。浆体分布与地质构造相关，具有不确定性，概率分布。 3、应用：基础工程施工、地质灾害防治、钻井工程技术领域。 4、发展阶段：原始、初级阶段、中级、现代注浆。 5、钻井液类型： 1.水基泥浆，以水位分散介质，基本组分是黏土，水，化学处理剂。分为淡水泥浆、盐 水泥浆、钙处理泥浆、低固相泥浆 2.油基泥浆，分为油包水乳化泥浆和油基泥浆 3.合成基泥浆，全部由人工合成，与水不混溶。 6、工程应用： （ 1 ）堵水防渗 （ 2 ）地层加固 （ 3 ）地基加固 （ 4 ）地质灾害治理 （ 5 ）能源采掘 （ 6 ）科学考察 第二章：注钻井液和工程浆液力学基础和化学基础 1.流体介质的基本性质 2.流体静力学的基本方程 3.流体动力学的基本方程 4.液体流动时的压力损失与流量计算 5.液体流经孔口及缝隙的流量 一、基本性质 1.物理性质：
1.密度与重度 2.压缩性：体积弹性模量K 3.粘性：分子内聚力阻止分子间相对运动产生的内摩擦力 相关性质：流动的液体才出现粘性，使流动液体内部各处的速度不等。 4.粘度：液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。 ?动力粘度：在流体中取两面积各为1平方米，相距1m，相对移动速度为1m/s时所产生的阻力称为动力粘度。此时动力粘度等于单位面积上的内摩擦力。 动力粘度，又叫绝对粘度。量纲： Pa? S=1N?S/m 2cP 1Pa.s=1N.s/m 2 =10P 泊 =103cP ?运动粘度：动力粘度除以密度 物理意义：无，只是计算中常出现。油的牌号用 50 度时油的运动粘度表示。量纲：m 2 /s。st （斯）， cst （厘斯） 1 m 2 /s=10 的4次方 st= 10 的6次方 cst ?相对粘度：是以流体的粘度相对于水的粘度大小程度来表 示该液体的粘度。如恩氏黏度、雷氏粘度等 粘温特性：温度影响液体粘性，温度高分子之间的运动越剧烈，内聚力小，则粘度低。 压力大则粘度大。 二、动力学基本方程 1、流体，流动： ?理想流体：既无粘性又不可压缩的液体； ?实际流体：既有粘性又有压缩性的液体； ?稳定（恒定）流动：液体流动时，液体中任何一点处的压力、速度和密度都不随时间变化的液体；
第五章 钻井液胶体化学基础
第五章钻井液胶体化学基础 一、有关胶体的基本概念和术语 胶体化学研究的是难溶物分散在分散介质中构成的系统的性质，在这种系统中，分散相高度分散，具有很大的相界面，这是热力学上一个不稳定的系统，但有些胶体体系却是相对稳定的，所以胶体稳定性的原因，胶体体系的制备和破坏，都是胶体化学研究的对象。钻井液就是这样一个相对稳定的胶体体系。 分散系统的分类：按分散相粒子尺度分类。 1、分子分散体系（R＜10-9m） 2、胶体分散体系（10-9m ＜R＜10-7m ） 3、粗分散体系（R＜10-7m） 胶体实际上是分散颗粒直径在1nm～1um之间的细分散体系。由于钻井液中的粘土颗粒、聚合物分子及乳化状态的微小水珠，具有明显的胶体特征和特性，聚合物溶液中的高分子线团结构也具有胶体的一些通性，因此，了解胶体的基本性质，特别是熟悉胶体化学的基础理论和基本概念，对于掌握钻井液的胶体特性，以便更好地控制和维护处理钻井液的性能是十分重要的。 胶体是由难溶物构成的高度分散的系统，粒子的粒度为10-9m ＜R＜10-7m，胶体的性质主要是由于它特殊的分散程度。从热力学上来讲，他是一个不稳定的系统，这时因为界面很大，所以界面能很大，有聚沉的趋势。但有些胶体却是十分稳定的，这种稳定性来源于胶体特殊的胶粒结构。 如果光是把不溶性的固体分散在一种介质中，是不能制备出一种稳定的胶体的，还必须有第三种作为稳定剂的物质存在（这种物质通常是电解质），作为稳定剂的离子吸附在胶粒的表面，形成双电层，由于胶粒的带电和离子的溶剂化作用，胶粒才能稳定的存在于介质中形成胶体体系。 我们可以从以下几方面认识胶体体系：1、胶体中的不溶物具有晶体的特性，在溶液里，晶体颗粒大小不定（在一定范围内）；2、胶体是一个多相体系，相界面大，是一个热力学不稳定的系统，有聚沉的趋势。3、胶体的稳定性来源于稳定剂的存在而形成的双电层结构体系。 二、胶体化学中的基本术语 ⑴相—是指物质的物理化学性质都完全相同的均匀部分。体系中有两个或两个以上的相，称为多相体系。
常用钻井液处理剂的名称及主要作用
常用处理剂的名称及主要作用
2 纯碱Na2CO 3 改善水质、土质、沉除钙离子。 3 烧碱NaOH 提高动切力、提高PH值。 4 随钻堵漏剂ZD-1 预堵漏、堵漏。 5 复合堵漏剂HD-1 堵漏。 6 羧甲基纤维素钠盐(高) HV-CMC 提高粘切、与钙离子产生沉淀。 7 羧甲基纤维素钠盐(低) LV-CMC 降低滤失量，改善泥饼质量，与钙离子产生沉淀。 8 复合离子丙烯酸盐SD-17W 抗钙、提粘切、絮凝抗温。
9 阳离子沥青粉CAS-2000 防塌。 10 钻井用特种性能调整剂SD-21 降低滤失量，抗污染。 11 防塌润滑剂SD-20 防塌、润滑、降粘度、降滤失量。 12 水解聚丙烯腈铵盐NH4-HPAN 降滤失量，改善流型。 13 悬浮性水解聚丙烯酰胺DPHP 不分散低固相体系页包被抑制剂絮凝剂 14 磺化酚醛树脂SMP 抗污染、抗高温降滤失量，尤其是高温高压滤失量，改善泥饼质量。 15 阳离子褐煤PMC 抗污染、抗高温降滤失量，尤其是高温高压滤失量，改善泥饼质量。 16 钻井液强包被剂FA367 絮凝剂。 17 石灰石粉CaCO3 加重、堵漏、预堵漏。 18 腐植酸钾KHm 防塌、降粘度、降滤失量、能容纳较高的固相含量。 19 氯化钾KCL 用于钾基钻井液中含量要大于90%，提供钾离子能容纳较高的固相含量。 20 正电胶干粉MMH 防塌、提高动切力。 21 锯末堵漏。 22 水泥堵漏。 23 麦秸堵漏。 24 红胶泥堵漏。 25 磺化单宁SMT 抗高温、抗污染、稀释、除钙离子。 26 黄河二号HSHY 抗高温、抗污染、稀释、除钙离子。 27 氢氧化钾KOH 提供钾离子，提高PH值。 28 水解聚丙烯腈钾盐K-HPAN 防塌、降滤失量、调整流型、用于钾基钻井液。 29 聚丙烯酸钾KPAM 防塌、絮凝。 30 聚丙烯酰胺PAM 絮凝。 31 无荧光封堵防塌剂TDW-2 抗高温，封堵防塌，稳定井壁，降滤失量，能容纳较高的固相含量。 32 磺化褐煤SMC 抗污染、抗高温降滤失量，尤其是高温高压滤失量，改善泥饼质量。 33 多功能处理剂降滤失量、润滑、防塌。 34 多功能固体润滑剂HFT-102 降滤失量、润滑、防塌。 35 SL-1 降滤失量。 36 SL-2 降滤失量、提粘切。 37 原油润滑、解除卡钻。 38 石灰CaO 处理碳酸根、碳酸氢根污染。