钻井液工艺学

钻井液工艺学

第一章 钻井液概论

1、钻井液密度：单位体积钻井液的质量。 钻井液密度对钻井的影响：

(1)影响井下安全（井喷、井漏、井塌和卡钻等）(2)与油气层损害有关(3)影响钻井速度 2、钻井液对pH值要求： 一般控制在（8-11）范围，即维持在一个较弱的碱性环境。 控制在这一范围的原因：(1)粘土具有适当的分散度，便于控制和调整钻井液性能 (2)可以使有机处理剂充分发挥其效能(3)对钻具腐蚀性低(4)可抑制体系中钙、镁盐的溶解 3、钻井液的主要功用:

(1)携带和悬浮岩屑(2)稳定井壁和平衡地层压力(3)冷却和润滑钻头、钻具(4)传递水动力 (5)传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层(6)保护油气层

4、水基钻井液是由膨润土、水、各种处理剂、加重材料以及钻屑组成的多相分散体系。 5、油基钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量乳化剂、注湿剂、亲油的固体处理剂、石灰和加重材料等所开成形的乳状液体系。 6、钻井液的分类，综合分类法：分为10类

① 分散钻井液②钙处理钻井液③盐水钻井液④饱和盐水钻井液⑤ 聚合物钻井液

⑥钾基聚合物钻井液⑦油基钻井液⑧合成基钻井液⑨气体型钻井流体⑩保护储层的钻井液 7、钻井液流变性是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。 8、随着泥饼的不断加厚以及在压差作用下被压实，泥饼对裸眼井壁起到有效稳定和保护作用，这是钻井液的造壁性

9、固相含量：钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数 10、固相含量对钻速的影响:

(1)固相含量越高，钻速越小。(2)固相类型不同，钻速影响不一样。

第二章 粘土矿物和粘土胶体化学基础

1、常见的粘土矿物有三种；高岭石、蒙脱石、伊利石。 2、粘土矿物的两种基本构造单元：

(1)硅氧四面体与硅氧四面体片(2)铝氧八面体与铝氧八面体片

1版权所有，复印必究 wky

工作室制作

3、晶格取代：

在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另一部分阳离子所置换，产生过剩电荷的现象。 4、阳离子交换容量（CEC）：

分散介质pH=7时，100g粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）。 5、交换性阳离子：粘土表面带负电，为了保持电中性，必然从分散介质中吸附等量的阳离子。这些阳离子吸附于粘土上，可以被分散介质中其它阳离子所交换的阳离子。

6、粘土的阳离子交换容量CEC：分散介质的PH=7时，从粘土上所能交换下来的阳离子总量。 7、影响粘土阳离子交换容量大小的因素：

(1)粘土矿物的本性(2)粘土的分散度(3)溶液的酸碱度 8、扩散双电层：

从固体表面到过剩反离子为零处。反离子扩散分布于胶粒周围，形成扩散双电层。 9、电动电势ζ：从滑动面到均匀液相的电势降。 10、粘土晶体的电荷

(1)永久负电荷 —— 构造电荷(2)可变负电荷（表面电荷）(3)正电荷 —— 表面电荷 11、粘土矿物表面水化：

粘土矿物晶层表面吸附水分子和补偿阳离子吸附水 分子、增大晶层间距的过程。

12、渗透水化：由于晶层间阳离子浓度大于溶液内部的阳离子浓度，因而发生水的浓度扩散，使水进入晶层，增加晶层间距，使粘土膨胀。

13、沉降稳定性：在重力作用下，分散相粒子是否容易下沉的性质。

14、聚结稳定性：分散相粒子是否容易自动聚结变大（自动降低分散度）的性质。

第三章 钻井液的流变性

1、流变性——在外力（泵送、搅拌）作用下,液体流动和变形的特性。

2、钻井液流变性指网架结构变形与流动特性。包括粘度、切力、剪切稀释性、触变性等。 3、钻井液流变性对钻井的影响:

(1)携带岩屑，保证井底清洁。(2)悬浮岩屑与重晶石 。(3)机械钻速 井眼规则和井下安全。 4、剪切速率/速度梯度γ：指垂直于流速方向上单位距离流速的增量。γ= dv/dx，s-1 5、剪切应力τ ：流体单位面积上的内摩擦力。τ = F/S=μγ，Pa

2版权所有，复印必究 wky

工作室制作

F—流体间的内摩擦力；S—接触面积；μ—量度液体粘滞性大小的因素，称为粘度，mPa·s。 6、流变曲线与流变方程：

流变曲线：描述τ与γ的关系。流变方程/流变模式：描述τ与γ关系的数学关系式。 7、流体的基本流型：牛顿流型、假塑性流型、塑性流型和膨胀流型。

8、塑性粘度的调节：加预水化般土和加增粘剂可以升高粘度，使用固控设备、使用化学絮凝剂、加水稀释可能以降低粘度。

9、动切力调节：加预水化般土、加高分子聚合物、加适量的电解质加以提高动切力，加降粘剂、加水稀释、消除影响动切力升高的电解质可以降低动切力

10、表观粘度（有效粘度）μa ：某一剪切速率下，剪切应力与剪切速率的比值 11、剪切稀释性 ：表观粘度随剪切速率的增加而降低的特性。 12、触变性：钻井液搅拌变稀，静止变稠的性质。 13、层流携岩特点：

(1)对井壁冲刷作用小，有利于稳定井壁；(2)存在“转动靠壁”现象，携岩效率低。 14、紊流携岩特点：

(1)无“转动靠壁”现象，携岩效率高(2)对井壁冲刷作用大(3)岩屑滑落速度大(4)循环压耗大 15、卡森模式优点：不仅在低剪切区和中剪切区有较好的精确度，还可以利用低、中剪切区的测定结果预测高剪切速率下的流变特性。

第四章 钻井液的滤失和润滑性能

1、瞬时滤失: 钻井液与新地层接触的瞬间，泥饼尚未形成时的滤失 2、动滤失: 钻井液在循环过程中的滤失。 3、静滤失: 钻井液停止循环时发生的滤失。 4、造壁性：

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形成泥饼。 5、API滤失量测定仪是最常用的低温低压条件下评价钻井液滤失量。 6、高温高压滤失量测定仪必须进行高温高压条件下的滤失量评价。 7、对钻井液滤失性能的要求：

(1)在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层的损害

3版权所有，复印必究 wky

工作室制作

(2)钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制，API滤失量最好不大于5ml

(3)对一般地层，API滤失量应尽量控制在10ml以内，HTHP滤失量不应超过20ml

(4)要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻(5)加强对钻井液滤失性能的检测 8、静滤失影响因素

（1）滤失时间t（2）压差△P（3）泥饼渗透率K（4）固相含量（5）滤液粘度μ 9、瞬时滤失的影响因素：

①压差：ΔP↗，瞬时失水量↗。②粘度：粘度↗，瞬时失水量↘。③固相颗粒大小与多少。 10、影响动失水的因素：

①影响静失水的因素同样影响动失水。②环空返速 ③泥饼强度：强度高，不易冲蚀，动失水小。 11、液体类润滑剂：类型：矿物油、植物油和表面活性剂

作用原理：通过在金属、岩石和粘土表面形成吸附膜，减少钻具对井壁和套管的摩擦。 12、固体类润滑剂：类型：塑料小球、石墨、玻璃微珠等 作用原理：

多数固体润滑剂类似细小滚珠，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，因而可以大幅度降低扭矩和阻力。

第五章 钻井液配浆材料与处理剂

V2?V1?VB?V1?1、 mB?B?2V2??1V1?mB

式中，V1、V2、VB：分别表示加重前、加重后的钻井液体积和重晶石的体积，mB，ρB为重晶石

????1?的质量和密度。与此同时，钻井液在加重前、后的质量关系: V2?V1B??B??2?V2计算:

求出V2后，重晶石用量可由下式求得： mB=(V2-V1) ρB

然而有时因受现场泥浆池容积的限制，加重前必须排掉一部分钻井液，或者希望在加重之前先排掉一部分不加重钻井液，这样就不会造成加重剂的浪费，这种情况下，首先根据加重后可以容纳的体积V2，用下式求出应保留的原浆的体积：

??B??2?V?V 12??B??1?4版权所有，复印必究 wky

工作室制作