钻井液技术简答题1

1、什么是DLVO理论？其要点是什么？p50-51
答：该理论是由四位科学家提出的关于静电稳定理论，是目前对胶体稳定性，以及电解质对胶体稳定性的影响解释比较完善的理论。

根据这一理论，溶胶粒子之间存在两种相反的作用力：吸力与斥力。

如果胶体颗粒在布朗运动中相互碰撞，吸力大于斥力，溶胶就聚积；反之，当斥力大于吸力时，粒子碰撞后又分开了，保持其分散状态。

2、常见粘土矿物有哪些？他们的晶体构造各有什么特点？p27-35
答：粘土中常见的粘土矿物有三种：高岭石、蒙脱石、伊利石。

（1）高岭石单元晶层构造特征是1：1型（硅氧四面体：铝氧八面体），单元晶层一面为OH层，另一面为O层，而OH键具有强的极性，晶层与晶层之间容易形成氢键。

因而晶层之间连接紧密，故高岭石的分散度低且性能比较稳定，为非膨胀型粘土矿物，几乎无晶格取代现象。

（2）蒙脱石单元晶层构造特征是2：1型，它由于晶格取代作用而带电荷，晶层上下面皆为氧原子，各晶层之间以分子间力连接，连接力弱，水分子易进入晶层之间，引起晶格膨胀，为膨胀型粘土矿物。

由于晶格取代作用，蒙脱石带有较多的负电荷，于是吸附等电量的阳离子。

（3）伊利石单元晶层构造特征是2：1型，晶格取代作用多发生在四面体中，铝原子取代四面体的硅，它的晶格不易膨胀，水不易进入晶层之间，由于它的负电荷主要产生在四面体晶片，离晶层表面近，K+与晶层的负电荷之间的静电引力比氢键强，水也不易进入晶层间，另外K+的大小刚好嵌入相邻的晶层间的氧原子网格形成的空穴中，起到连接作用，通常非常牢固。

3、什么叫粘土的阳离子交换容量？其大小与水化性能有何关系？与钻井液性能、井壁稳定又有何关系？
答：粘土的阳离子交换容量是指在分散介质的PH值为7的条件下，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。

粘土矿物的阳离子交换容量越大，这种粘土矿物的水化作用就越强。

例如蒙脱石阳离子交换容量最大，水化能力最强，属于膨胀性粘土矿物，适合作为配浆材料，当钻遇含蒙脱石含量高的地层时水化的地层土易造成钻井液粘切升高，固相含量上升；而高岭石阳离子交换容量比较小为非膨胀型粘土矿物，水化能力差，造浆能力差，在钻井过程中易
剥落掉快，注意井壁稳定；伊利石阳离子交换容量介于前面两者之间，其水化程度不如蒙脱石，在含有伊利石的地层钻进时也易剥落掉快需采用抑制粘土分散的钻井液体系。

4、粘土矿物的水化机理是什么？蒙脱石、伊利石、高岭石的水化机理有何异同？答：粘土的水化作用根据水化膨胀力的不同，分为表面水化它是由粘土晶体吸附水与交换性阳离子水化引起，水化作用力为氢键，水化的结果只发生晶格膨胀；另外一种为渗透水化它是由于粘土晶层之间的阳离子浓度大于溶液内部浓度，产生渗透压，从而引起水分子向粘土晶层内部扩散，水化的结果是发生渗透膨胀。

由于粘土类矿物的晶格结构的不同，蒙脱石水化包括表面水化和渗透水化，因而决定其为膨胀性粘土矿物；伊利石由于晶格结构的特点和K+离子的双重作用其水化只发生表面水化；而高岭石由于晶格特点决定其不发生任何水化，属非膨胀型粘土矿物。

5、什么是舒采-哈迪规则？影响溶胶聚结稳定性的指标是什么？他们是如何影响溶胶聚结稳定性的？p53
答：舒采-哈迪规则是电解质的聚沉值与反离子价数的6次方成反比。

影响溶胶聚结稳定性的指标是聚沉值和聚沉率。

聚沉值是指在指定条件下，使胶体明显聚沉所需的最低浓度。

聚沉率是聚沉值的倒数，聚沉率愈高，电解质的聚沉能力愈强。

电解质中起聚沉作用的是胶体所带反离子，反离子的价数越高，聚沉值愈低。

6、钻井液固相含量与井下安全的关系？p12
答：在钻井过程中，过高的固相含量往往对井下安全造成很大的危害，其表现主要有以下几个方面：
（1）使钻井液流变性能不稳定，粘度、切力偏高，流动性和携岩效果变差。

（2）使井壁上形成厚的泥饼，而且质地松散，摩擦系数大，从而导致起下钻遇阻，容易造成粘附卡钻。

（3）泥饼质量不好会使钻井液滤矢量增大，常造成井壁泥页岩水化膨胀、井径缩小、井壁剥落或坍塌。

（4）钻井液易发生盐钙侵和粘土侵，抗温性能变差，维护其性能的难度明显增加。

（5）钻遇油气层时，由于钻井液固相含量高、滤矢量增大，还将导致钻井液侵
入油气层的深度增加，降低近井壁地带油气层的渗透率，使油气层损害程度增大，产能下降。

7、简述国内钻井液技术与国外的差距？p23
（1）在新型钻井液体系及处理剂的研制开发方面，有自主知识产权的创新性成果并不多见，而且总是滞后一段时间。

（2）钻井液、完井液处理剂在品种上虽然发展较快，但在质量、配套方面问题较多，尚未形成系列配套。

（3）性能良好的固控设备，从数量上、质量上远远不能满足油田的需要。

固控设备与固控工艺技术的优选仍停留在初级阶段。

（4）基础理论研究比较薄弱，仪器设备与国际先进水平相比差距较大，因而影响了我国处理剂与钻井液技术的进一步发展与创新。

（5）目前我国钻深井、超深井和特殊工艺井的数量，以及在完钻时间、成本效益和工艺措施等方面与国外先进水平有较大差距。

（6）环境保护方面的研究工作尚处于起步阶段，应积极进行无毒处理剂和钻井液、完井液的研究，加速解决废弃钻井液固液分离问题，并发展固化等新技术。

8、粘土胶体的电荷来源与一般胶体有何异同？粘土层面和端面上的双电层结构有何特点？p36-37
答：粘土胶体的电荷来源有晶格取代，离子吸附以及电离作用，而一般胶体的电荷来源除了以上三点外，还有未饱和键等。

（1）粘土层面上的双电层结构：由于粘土层面上晶格取代作用造成粘土晶格表面上带永久负电荷，于是它们吸附等电量的阳离子。

结果形成了胶粒带负电的扩散双电层。

粘土表面上紧密地连接着一部分水分子和部分带水化壳的阳离子，构成吸附溶剂化层；其余的阳离子带着它们的溶剂化水扩散地分布在液相中，组成扩散层。

（2）粘土端面上的双电层结构：粘土矿物晶体端面上裸露的原子结构和层面上不同，结构单元端面上键被断开了。

八面体处端部表面相当于铝矶土[Al(OH)3]颗粒的表面。

当介质的pH值低于9时，这个表面上OH-解离后会露出带正电的铝离子，故可以形成正溶胶形式的双电层;而在碱性介质中，由于这个表面上的
氢解离，裸露出带负电的表面(>Al-O-)。

在这种情况下所形成的双电层，也形成了胶粒带负电的扩散双电层。

9、简述粘土水化膨胀的作用机理？粘土水化的影响因素？p41-42
答：粘土水化膨胀受三种力制约：表面水化力、渗透水化力和毛细管作用。

粘土水化的影响因素：（1）因粘土晶体的部位不同，水化膜的厚度也不相同；（2）粘土矿物不同，水化作用的强弱也不同；（3）因粘土吸附的交换性阳离子不同，其水化程度有很大差别。

10、简述无机处理剂在钻井液的作用机理p125-126
答：无机处理剂在钻井液的作用机理可归位以下方面：
（1）离子交换吸附，主要是粘土颗粒表面的Na+与Ca2+之间的交换
（2）调控钻井液的pH值
（3）沉淀作用，过多的Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，破坏钻井液的性能。

（4）络合作用，利用无机处理剂的络合作用，可以除去钻井液中的Ca2+或Mg2+等污染离子。

（5）与有机处理剂生成可溶性盐
（6）抑制溶解的作用
11、随着钻作业中的进行，盐水钻井液的PH值将趋于下降，其原因何在？为防止PH下降，因采取何措施？P167
答：盐水钻井液的PH值将趋于下降一方面是由于滤液中的Na+与粘土矿物晶层间的H+发生了离子交换，另一方面是工业食盐中含有的MgCl2杂质与滤液中的OH-反应，生成Mg（OH）2沉淀，从而消耗了所导致的结果。

在防止pH值下降，可以补充烧碱。

12、盐水钻井液的主要特点？P167
答：盐水钻井液的主要特点：
（1）由于矿化度高因此这种体系具有较强的抑制性，能有效地抑制泥页岩水化，保证井壁稳定；（2）不仅抗盐侵的能力强，而且能够有效抗钙侵和抗高温，适于钻含盐地层或含盐膏地层，以及在深井和超深井中使用；（3）由于其滤液性质与地层原生水比较接近，故对油气层的损害较轻；（4）由
于钻出的岩屑不易在盐水中水化分散，在地面容易被清除，因而有利于保持较低的固相含量；（5）盐水钻井液还能有效抑制地层造浆，流动性好，性能较稳定。

13、聚合物钻井液的特点？对不分散低固相钻井液的性能指标有何要求？
P175-178
答：聚合物钻井液具有如下特点：（1）固相含量低，且亚微米粒子所占比例也低；（2）具有良好的流变性，主要表现为较强的剪切稀释性和适宜的流型；（3）钻井速度高；（4）稳定井壁的能力强，井径比较规则；（5）对油气层的损害小，有利于发现和保护产层；（6）可防止井漏的发生；（7）钻井成本低。

不分散低固相钻井液的性能指标:(1)固相含量因维持在4%或更小有利于提高机械钻速；（2）钻屑与膨润土比例不超过2：1；（3）动塑比因控制在0.48左右；（4）非加重钻井液的动切力因维持在1.5-3Pa；（5）滤失量视具体情况定；（6）优化流变参数，水眼粘度维持在3-6mpa，剪切稀释指数=300-600；（7）在整个钻井过程中因尽量不用分散剂。

所谓的不分散，低固相钻井液的定义如何解释？
答：不分散低固相钻井液的性能指标：所谓的不分散具有两层意义：其一是指钻井液的粘土颗粒尽量维持在1-30μm，不要向小于1μm的方向发展；其二是指混入这种钻井液体系的钻屑不易分散。

所谓的低固相是指低密度固相的体积分数要在钻井工程允许的范围内维持最低。

14、阳离子聚合物钻井液的特点？P196-197
答：特点：（1）阳离子聚合物钻井液是以高分子阳离子聚合物作为絮凝剂，以小分子阳离子聚合物作为粘土稳定剂的一种新型水基钻井液体系，具有良好的抑制钻屑分散和稳定井壁的能力；（2）流变性能比较稳定，维护间隔时间较长；（3）在防止起下钻遇阻、遇卡及防泥包等方面具有较好的效果；（4）具有较好的抗高温、抗盐和抗钙、镁等高价金属阳离子污染的能力；（5）具有较好的抗膨润土和钻屑污染的能力；（6）与氯化钾-聚合物钻井液相比，它不会影响电测资料的解释
15、两性离子聚合钻井液的特点？P205
答：特点：（1）抑制性强，剪切稀释特性好，并能防止地层造浆，抗岩屑污染能
力较强，为实现不分散低固相创造了条件；（2）用这种体系钻出的岩屑成行，棱角分明，内部是干的，易于清除，有利于充分发挥固控设备的效率；（3）FA367和XY-27与现有其它处理剂相容性好，可以配制成低、中、高不同密度的钻井液，由于浅、中、深不同井段。

在高密度盐水钻井液中应具有独特的效果；（4）XY-27加量少，降粘效果好，见效快，钻井液性能稳定的周期长，基本上解决了在造浆地层大冲大放的问题，减轻了工人的劳动强度，并可节约钻井成本，提高经济效益。

16、MMH的化学组成及晶体结构，正电胶的电荷来源？MMH同晶置换与
粘土有何区别，受何条件的影响？P208-209
答：MMH主要是由二价金属离子和三价金属离子组成的具有类水滑石层状结构的氢氧化物。

正电胶的电荷主要来自同晶置换和离子吸附作用。

MMH同晶置换中是高价阳离子（Al3+）取代低价阳离子（Mg2+）而使层片带正电荷；而粘土粒子中是低价阳离子（Mg2+或Ca2+）取代高价阳离子（Al3+或Si4+）而使层片带负电荷。

同晶置换所产生的电荷是物质晶体结构本身决定的，只要晶体结构不发生改变，与外界条件如pH值、电解质种类及浓度等无关。

17、MMH胶粒带何种电荷？简述ZPC的定义？ZPC又如何划分？他们与
MMH胶粒的带电性有何关系？P210
答：MMH胶粒所带的电荷分为永久正电荷和可变电荷两部分。

当电荷密度为零时的pH值或电解质浓度称为零电荷点简称ZPC，其可分为以下两种：零可变电荷点（即可变电荷密度为零时的pH值）和零净电荷点（即净电荷为零时的pH 值）。

pH值高于pH ZPNC时，MMH胶粒的净电荷为负；pH值低于pH ZPNC时，MMH胶粒的净电荷为正。

18、简述MMH正电胶抑制岩屑分散和稳定井壁的作用机理? P216
答：（1）“滞流层”机理:正电胶钻井液具有“固-液”双重性，近井壁处于相对静止状态，因此容易形成保护井壁的“滞流层”，以减轻钻井液对井壁的冲蚀。

（2）“胶粒吸附膜稳定地层活度”机理
MMH在与粘土形成复合体时，能将粘土表面的阳离子排挤出去，使粘土矿物表面离子活度降低，从而削弱渗透水化作用。

此外，MMH的胶粒在粘土矿物表面可形成吸附膜，产生一个正电势垒，阻止阳离子在液相和粘土相之间的交换。

（3）“束缚自由水”机理
在正电胶钻井液中，水分子是形成复合体结构的组分之一，它可束缚大量的自由水，减弱了水向钻屑和地层中渗透的趋势，有利于阻止钻屑分散和保持井壁稳定。

19、深井水基钻井液因具备的特点？P223
答：特点：（1）具有抗高温的能力，在高温条件下，流变性稳定性良好（2）在高温条件下对粘土水化分散具有较强的抑制能力，（3）具有良好的抗污染能力，（4）具有良好的润滑性
20、抗高温钻井液处理剂的一般要求？P228-229
答：一般要求：（1）高温稳定性好，在高温条件下不易降解；（2）对粘土颗粒有较强的吸附能力，受温度影响小；（3）有较强的水化基团，使处理剂在高温下有良好的亲水特性；（4）能有效抑制粘土的高温分散作用；（5）在有效加量范围内，抗高温降滤失剂不得使钻井液严重增稠；（6）在pH值较低时（7~10）也能充分发挥其效力，有利于控制高温分散，防止高温凝胶和高温固化。

21、国内抗高温钻井液体系有哪些？其中聚磺钻井液有何特点？其使用的
要点是什么？P233-234
答：国内抗高温钻井液体系有钙处理钻井液、三磺钻井液和聚磺钻井液。

聚磺钻井液的主要特点是既保留了聚合物钻井液的优点（提高钻速、抑制地层造浆和提高井壁稳定性等方面比较突出），又对其在高温高压下的泥饼质量和流变性进行改进，抗盐可至饱和，抗温能力可达200-250℃，热稳定性好，在高温高压下可保持良好的流变性和较低的滤失量，抗盐侵能力强，泥饼致密且可压缩性好，并具有良好的防塌、防卡性能。

聚磺钻井液使用要点：（1）一般膨润土含量为40-80g/l，随含盐了、温度以及密度的影响其含量有所降低；（2）高相对分子量的聚丙烯酸盐，一般加量范围0.1-1.0%；（3）某些中等分子量的聚合物处理剂加量为0.3-1.0%；（4）某些低分子量的聚合物加量为0.1-0.5%；（5）磺化酚醛树脂于SPNH,SMC复配使用改善泥饼质量降低高温高压失水。

22、20世纪70年代，Chenevert等人提出了油包水乳化钻井液的活度平衡概
念，试解释其基本原理和技术要点？P253-255
答：活度平衡是指通过适当增加水相中无机盐（CaCl2和NaCl）的浓度，使钻井液和地层中水的活度保持相等，从而达到阻止油浆中的水向地层运移的目的。

其
基本与那里是：油基钻井液中乳化水滴与油相之间的界面膜起半透膜的作用，当钻井液水相中的盐度高于地层水的盐度，页岩中的水自发移向钻井液中，使页岩去水化，反之，钻井液中的水向地层移动，出现钻井液对页岩的渗透化。

技术要点：（1）简单估算确定页岩中水的活度，（2）对大多数水敏性页岩地层CaCl2质量分数33-35%，（3）可适当允许少量页岩地层水像钻井液中渗透，防止过量。

23、油基钻井液乳化剂的作用机理？常见乳化剂有哪些？其HLB值有何要
求？为什么通常选择二元金属皂，而不是一元金属皂？P239-240
答：乳化剂的作用机理：（1）在油/水界面形成具有一定强度的吸附膜；（2）降低油水界面的张力；（3）增加外相粘度。

常见的乳化剂：高级脂肪酸的二价金属皂、烷基磺酸钙、烷基苯磺酸钙、斯盘-80。

其HLB值一般在3.5~6之间。

一元金属皂的分子中只有一个烃链，这类分子在油水界面上的定向排列趋向于形成一个凹形油面，因而有利于形成O/W型乳状液；而二元金属皂的分子中含有两个烃链，它们在界面上的排列趋向于形成一个凸形油面，有利于形成W/O型乳状液。

24、试写出非加重钻井液与加重钻井液的固控的基本流程，比较两者之间的
区别。

在加重钻井液的固控中，使用泥浆清洁器的目的是什么？P284-287 答：非加重钻井液的固控流程：在整个系统中，固控设备的排列顺序为振动筛、除砂器、除泥器和离心机。

加重钻井液的固控流程：该系统为振动筛、清洁器和离心机三级固控。

使用泥浆清洁器的目的是清除粒径大于重晶石的钻屑，对于密度低于1.8g/cm3的加重钻井液，使用其效果十分显著，如果对通过筛网的回收重晶石和细粒低密度固相适当稀释并添加适量降粘剂，可基本上达到固控的要求，此时可以省去使用离心机，而且清洁器的使用效果会变差。

25、伊利石的平均负电荷比蒙脱石高，但伊利石的阳离子交换容量却低于蒙
脱石为什么？
答：影响粘土矿物阳离子交换容量的因素有（1）粘土矿物本性（2）粘土的分散度（3）溶液的酸碱度。

蒙脱石与伊利石晶体构造类似，蒙脱石由于晶层之间为分子间力比较弱，水化膨胀程度比伊利石高很多，而且内外表面都进行水化，分散度很大，而伊利石只发生表面水化分散程度比蒙脱石低很多，而在粘土矿物相
同的情况下，其阳离子交换容量随分散度的增大而变大。

因此这点就决定伊利石的阳离子交换容量却低于蒙脱石。

26、什么叫ξ电位？其大小与粘土胶体的稳定性有何关系？粘土胶体的ξ
电位受哪些因素的影响？
答：所谓的ξ电位就是指从滑动面到溶液内部过剩电荷为零的电位差。

其大小与胶体的稳定性的关系是：粘土胶体的ξ电位越大，颗粒之间的斥力越大，钻井液的聚结稳定性越高。

粘土胶体的ξ电位受以下几点影响：（1）吸附反离子的价数；（2）吸附反离子的水化半径（3）溶液中反离子的浓度。

27、某泥浆池的非加重钻井液的漏斗粘度偏高，流动阻力大，按API标准测试器钻井液的性能，结果如下：密度1.08g/cm3，塑性粘度10mpa.s，动切力为43.1pa。

pH值为11.5，API滤失量为33ml，泥饼厚度为2.4mm，CL-1含量为200mg/l，膨润土含量为71g/l,井口钻井液温度49℃，预测井底钻井液温度62.8℃，是依据以上参数，分析钻井液出现明显增稠的原因，并提出对其处理的措施。

答：分析整个题目中的条件，可以看出（1）从井口温度与预测的井底问温度可以排除由于高温引起的钻井液增稠；（2）该钻井液表现的性能是密度正常，塑性粘度正常，也可以排除有固相含量引起的增稠；（3）氯离子含量也属于正常范围，因此排除盐侵或盐水侵（4）该钻井液的漏斗粘度、动切应力，API滤失量以及PH值明显的升高，说明钻井中形成一定的空间网架结构，初步判断是由于钻井液受到水泥的污染，因为以上性能的变化与水泥污染引起的性能变化完全相同；（5）钻井液膨润土含量也异常的高，说明还有地层造浆引起的增稠的影响。

具体处理措施：向钻井液中加入适量的纯碱，以及聚丙烯晴以清除钻井液中的过多的钙离子和降低钻井液失水，同时补充足量的聚合物抑制剂，控制地层造浆，使用好固控设备。

28、什么叫钻井液固相控制？常用的固控方法有那几种？
答：就是指在保存适量有用固相的前提下，见可能的清除钻井液的无用固相。

常用的固相清除方法：清水稀释；化学絮凝，机械清除。

29、常用的机械固控设备有哪些？每种设备能清除无用固相的一般范围各是多少？
答：振动筛，除砂器，除泥器，离心机。

振动筛清除无用固相的范围：粒径大于
74чm的无用固相；除砂器清除无用固相的范围：粒径40-74чm范围内的无用固相；除泥器清除无用固相的范围：粒径25-40чm范围内的无用固相；离心机清除无用固相的范围：粒径小于10чm范围以下的无用固相。

30、什么叫旋流器的50%分离点？常规除砂器和除泥器的50%分离点各是多少？
答：如果某一尺寸的颗粒在径流旋流器之后50%的从底流被清除，其余50%从溢流口排出后又回到钻井液循环系统，那么该尺寸就叫做这种旋流器的50%分离点。

常规除砂器的旋流器直径150-300mm，它的50%分离点为30-70чm；常规除砂器的旋流器直径100-150mm，它的50%分离点为15-34чm。

31、试阐述钻井液固相控制对完成钻井的作业的重大意义
答：准确有效的进行固相控制可以降低钻井扭矩和摩阻，减少环空抽吸的压力波动，减少压差卡钻的可能性，提高钻进速度，延长钻头寿命，减少设备磨损，改善下套管条件，增强井壁稳定性，保护油气层，以及降低钻井液费用，从而为科学的钻井提供必要的条件。

32.低毒矿物油钻井液是在什么背景下研制出来的并投入使用的？通常用什么指标来衡量和评价钻井液及其处理剂的毒性？
答：由于低毒矿油使用的是以脂肪烃或脂环烃为主要成分的精制油作为油包水钻井液的连续相，其芳香烃含量低，因而大大减轻了钻屑对环境污染，毒性比较低，且钻井液在稳定性和其他全方面还优于柴油，也不会对人体和橡胶部件产生危害，再加上今年来世界范围内环保意识和条例增强，是的柴油基钻井液受到限制，所以低毒矿物油钻井液被研发并广泛应用。

目前评价钻井液及其处理剂毒性的方法有：96h生物鉴定发，固相毒性分析发等。

其中96hLC50指标是指一定数量的实验生物经受96h不同浓度的毒物毒害，生物死亡50%的质量浓度，96hLC50的大小表示毒物的毒性，LC50值越大表示毒性越大。

反之越小。

LC50之超过1%则认为基本没毒。

33.通常调节钻井液PH值地方法来控制石灰钻井液中的钙离子浓度，其原理是什么？对于石膏钻井液能否采用此方法？为什么？
答：石灰钻井液是以石灰作为钙来源，石灰石一种难容的强电解质，它在水中的溶解度主要受到温度和溶液的pH值的影响，在一定温度下，随pH值的升高石。