第三章 钻井液资料

第三章钻井液

第一节钻井液的定义和功用第二节钻井液的组成和分类第三节钻井液的性能

第四节钻井液的固相控制第五节井塌及防塌钻井液第六节油气层保护及完井液

第一节钻井液的定义和功用

一、钻井液的定义

钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行的流体称为钻井液或洗井液。

二、钻井液的功用

1．携岩

2．冷却和润滑钻头及钻柱

3．造壁，维持井壁稳定

4．控制地层压力

5. 悬浮钻屑和加重材料，防止下沉

6. 获得地层和油气资料

7. 传递水功率

第二节钻井液的组成和分类

一、钻井液的组成

（1）液相：液相是钻井液的连续相，水或油。

（2）活性固相:包括人为加入的商业膨润土（般土）、有机膨润土(油基钻井液用)和地层进入的造浆粘土。（3）惰性固相：惰性固相是钻屑和加重材料。

（4）各种钻井液添加剂:增粘、稀释、浆失水、PH值、防塌等。

二、钻井液的分类

API和IADC分类：

（1）不分散体系——膨润土+清水；

天然钻井液（自然造浆而成），浅层钻进。

（2）分散体系——水+膨润土+分散剂（铁络木质素黄酸盐等），深井或复杂井。

（3）钙处理体系——水基钻井液+钙盐（石灰、石膏、氯化钙），抑制粘土膨胀。

（4）聚合物体系——水基钻井液+高聚物（聚丙烯酰胺PAM、PHP），絮凝劣质土，抑制粘土分散。

(5）低固相体系——总固相含量6% ~10%的水基钻井液.其中，膨润土含量

小于3%，钻屑与膨润土的比值小于2∶1。

特点：提高钻速，减少对产层的伤害。

（6）饱和盐水体系——氯离子含量达189g/L的水基钻井液。

特点：抗盐侵，抑制粘土水化。海上钻井、钻盐岩层和泥页盐层。（7）修井完井液体系——水+盐+聚合物等；油基钻井液。

特点：低密度、无固相、抑制粘土膨胀、低滤失，保护油气层。

（8）油基钻井液体系—

油包水乳化钻井液：油+水+乳化剂

油基钻井液：柴油+氧化沥青、有机酸、碱

特点：耐高温、保护油气层、防止水敏性地层吸水膨胀。

摩阻小，用于大位移水平井，或特出复杂层段。（9）空气、雾、泡沫和气体体系——欠平衡压力钻井。

特点：提高钻速，保护油气层。

适用于低压油气层、易漏的裂缝性油气层、低渗透油气层、井壁应比较稳定的地层。

第三节钻井液的性能

一、钻井液的密度

钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。

加重剂：碳酸钙、重晶石、钛铁矿粉。

二、钻井液的流变性能

粘度和切力随流速变化的性能。包括静切力、动切力、表观粘度、塑性粘度、流性指数、稠度系数等参数。

（一）液体的基本流型

流速梯度（剪切速率）—钻井液在钻柱和环空内流动时，速度分布

不均匀，中心处流速大，向外流速减小。

单位距离内流速的增量称为流速梯度。

剪切应力—液流中各层速度不同，层间必有相对运动，发生内摩擦，阻碍液层作相对运动。单位面积上的内摩擦力称为剪切应力。根据液体流动时剪应力与流速梯度的关系，将液体流动分为四种流型：牛顿流型：

塑性流型：假塑性流型（n<1)

膨胀流型(n>1)dx dv μτ=dx

dv PV μττ+=0n dx dv k ⎪⎭

⎫ ⎝⎛=τ

1．塑性流型的特点

(1)所加切应力达到某一最低τs之后才开始流动，这个最低切应力

称为静切应力。又称凝胶强度。

它代表了钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度。

(2)当切应力继续增大，流变曲线出现

直线段，延长该直线与切应力轴相交于

τ0 ，称为动切应力或屈服值。

是钻井液处于层流状态时钻井液中网

状结构强度的量度。

（二）塑性流型的流变参数及调整

1.静切力（静切应力）使钻井液开始流动所需的最低切应力，它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度的量度。它反映了钻井液触变性的好坏。调整方法：无机盐（改变粘土颗粒间静电力）、降粘剂或增粘剂。

2.动切应力（屈服值）流变曲线直线段的延长线与切应力轴

交点的应力大小。

反映在层流状态下粘土颗粒之间及高聚物

分子之间的相互作用力（形成空间网状结构

之力）的大小。

调整方法同静切力。s

τo

τ

3.塑性粘度μpv

塑性粘度是塑性流体流变曲线直线段斜率的倒数，即：。它是钻井液流动时固相颗粒之间、固相颗粒与周围液相间以及液相分子间的内摩擦作用的总反映。它反映了液体粘滞力的大小。

调整方法：降低固相含量、加稀释剂降粘；

加高聚物增粘剂等提粘。

()()

dx dv o pv /ττμ-=

4.表观粘度（视粘度或有效粘度）它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值，即：

❖表观粘度等于塑性粘度与结构粘度之和，它反映两者的总的粘滞作用，是“总粘度”的意思。

结构）（μμττττμ+=+-==pv AV

dx dv dx dv dx dv ///00Av

μ5、动塑比动切力与塑性粘度之比，反映了钻井液结构强度与塑性粘度的比例关系。动塑比大，流动过水断面较平缓，剪切稀释能力强，但流动阻力大，泵压高。

理想值：= 0.36~0.48。

PV

μτ/0

（三）假塑性流型和膨胀流型的流变参数

1. 流性指数n

表示流体在一定流速范围内的非牛顿性程度。

n＜1，假塑性流体，随剪切速率增加而变稀（剪切稀释特性）；

n＞1，膨胀型流体，随剪切速率增加而变稠。

n值影响钻井液的携岩效果和剪切稀释特性。理想值：n=0.4~0.7。

2. 稠度系数k

为流体在1s－1流速梯度下的粘度。k值越大，粘度越大。