钻井液基本知识
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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， 可将液体流动分为四种流型： 牛顿流型： dx 牛顿方程 dv 0 PV 宾汉方程 塑性流型： dx n dv 幂率方程 假塑性流型和膨胀流型： k dx
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，水解聚丙烯酰胺
2. 动切应力（屈服值） o
第三章 钻井液 §3-3 钻井液的性能
dv dv dv （ 0） / 0 / pv 结构 dx dx dx 表观粘度等于塑性粘度与由屈服值和流速梯度所决定的那部分粘度（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。 动塑比 0 / PV ——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。它影响钻井液在环空中的流态和剪切稀释特性。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，要求的泵压高。 0 / PV = 0.36~0.48。 理想值： 调整方法：采用调整动切力和塑性粘度的方法。
应知应会
1.钻井液与钻井静切力、动切力、表观粘度、塑性拈度的物理意义。
3.说明瞬时滤失、动滤失、静滤失各自的涵义。 4.降滤失剂是如何起降滤失作用的？ 5.从钻井液角度出发，为了防止井塌应采取什么措施？ 6.固相控制设备有几种，各自的使用范围如何？
7.引起油气储层损害的主要原因是什么？怎样预防。
dv
7
第三章 钻井液 §3-3 钻井液的性能
（二）塑性流型的流变参数及调整
s 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。 延长流变曲线直线段与切应力轴相交得，它是一假想值，反映钻井液在层流状态 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。 3. 塑性粘度 pv dv PV ( 0 ) / 塑性粘度是塑性流体流变曲线直线段斜率的倒数，即： 。 dx 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。 dv 4. 表观粘度（视粘度或有效粘度）Av AV dx 。 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： 8
1
钻井液
§3-1 §3-2
§3-3
§3-4 §3-5
钻井液的定义和功用 钻井液的组成和分类 钻井液的性能 钻井液的固相控制 钻井液防塌和保护油气层 技术
2
第三章 钻井液 §3-1 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。
粘土的水化膨胀
粘土颗粒表面吸附水分子，在粘土颗粒表面 形成水化膜，使粘土晶格层面间的距离增大， 产生膨胀以至分散作用。
水化作用：蒙脱土＞伊利土＞高龄土 表面水化——粘土表面带负电荷附钻井液中
的水分子，引起粘土表面水化，使粘土变软 和膨胀。
渗透水化 ——当泥页岩水分中电解质的浓度高于周围钻井液中的电解质 浓度时，由于渗透作用，水分子由电解质浓度较低的钻井液中渗入到电 解质浓度高的泥页岩内部，造成水化膨胀。 6
PHP等），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。
4
第三章 钻井液 §3-2 钻井液的组成和分类 （6）饱和盐水体系——氯离子含量达189g/L的水基钻井液。
氯离子含量为6~189g/L的水基钻井液称为盐水钻井液。 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
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（脂肪酸等）
油基钻井液：柴油+氧化沥青、有机酸、碱 耐高温、保护油气层、防止水敏性地层吸水膨胀。
（9）空气、雾、泡沫和气体体系——欠平衡压力钻井。
5
第三章 钻井液 §3-3 钻井液的性能
预备知识——粘土的水化作用（水化膨胀）
粘土的分类：高岭土、蒙脱土、伊利土、海泡石 粘土的晶体结构（蒙脱石和伊利石）
由两层硅氧四面体和夹在它们之间的一层 铝氧八面体组成一个晶层，靠化学键联结紧密。 晶层又以一定间距（0.96nm）重叠在一起，构 成晶体，层间以氢键和静电力相连。
第三章 钻井液 §3-3 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）—钻井液在钻柱内、环空内和喷嘴内流动时，速度分布 不均匀，中心处流速大，由中心向外流速减小。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
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
3
第三章 钻井液 §3-2 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。
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，水解聚丙烯酰胺
2. 动切应力（屈服值） o
第三章 钻井液 §3-3 钻井液的性能
dv dv dv （ 0） / 0 / pv 结构 dx dx dx 表观粘度等于塑性粘度与由屈服值和流速梯度所决定的那部分粘度（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。 动塑比 0 / PV ——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。它影响钻井液在环空中的流态和剪切稀释特性。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，要求的泵压高。 0 / PV = 0.36~0.48。 理想值： 调整方法：采用调整动切力和塑性粘度的方法。
应知应会
1.钻井液与钻井静切力、动切力、表观粘度、塑性拈度的物理意义。
3.说明瞬时滤失、动滤失、静滤失各自的涵义。 4.降滤失剂是如何起降滤失作用的？ 5.从钻井液角度出发，为了防止井塌应采取什么措施？ 6.固相控制设备有几种，各自的使用范围如何？
7.引起油气储层损害的主要原因是什么？怎样预防。
dv
7
第三章 钻井液 §3-3 钻井液的性能
（二）塑性流型的流变参数及调整
s 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。 延长流变曲线直线段与切应力轴相交得，它是一假想值，反映钻井液在层流状态 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。 3. 塑性粘度 pv dv PV ( 0 ) / 塑性粘度是塑性流体流变曲线直线段斜率的倒数，即： 。 dx 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。 dv 4. 表观粘度（视粘度或有效粘度）Av AV dx 。 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： 8
1
钻井液
§3-1 §3-2
§3-3
§3-4 §3-5
钻井液的定义和功用 钻井液的组成和分类 钻井液的性能 钻井液的固相控制 钻井液防塌和保护油气层 技术
2
第三章 钻井液 §3-1 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。
粘土的水化膨胀
粘土颗粒表面吸附水分子，在粘土颗粒表面 形成水化膜，使粘土晶格层面间的距离增大， 产生膨胀以至分散作用。
水化作用：蒙脱土＞伊利土＞高龄土 表面水化——粘土表面带负电荷附钻井液中
的水分子，引起粘土表面水化，使粘土变软 和膨胀。
渗透水化 ——当泥页岩水分中电解质的浓度高于周围钻井液中的电解质 浓度时，由于渗透作用，水分子由电解质浓度较低的钻井液中渗入到电 解质浓度高的泥页岩内部，造成水化膨胀。 6
PHP等），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。
4
第三章 钻井液 §3-2 钻井液的组成和分类 （6）饱和盐水体系——氯离子含量达189g/L的水基钻井液。
氯离子含量为6~189g/L的水基钻井液称为盐水钻井液。 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
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（脂肪酸等）
油基钻井液：柴油+氧化沥青、有机酸、碱 耐高温、保护油气层、防止水敏性地层吸水膨胀。
（9）空气、雾、泡沫和气体体系——欠平衡压力钻井。
5
第三章 钻井液 §3-3 钻井液的性能
预备知识——粘土的水化作用（水化膨胀）
粘土的分类：高岭土、蒙脱土、伊利土、海泡石 粘土的晶体结构（蒙脱石和伊利石）
由两层硅氧四面体和夹在它们之间的一层 铝氧八面体组成一个晶层，靠化学键联结紧密。 晶层又以一定间距（0.96nm）重叠在一起，构 成晶体，层间以氢键和静电力相连。
第三章 钻井液 §3-3 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）—钻井液在钻柱内、环空内和喷嘴内流动时，速度分布 不均匀，中心处流速大，由中心向外流速减小。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
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
3
第三章 钻井液 §3-2 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。