钻井液习题参考问题详解

实用文档 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实用文档 密切相关。当粘土含量大到某一数值时，钻井液在高温下会丧失流动性形成凝胶，这种现象被称为高温胶凝作用。

二、简答题 1、粘土矿物有哪些基本构造单元？ 答：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 ③晶片的结合 2、粘土矿物的构造单元构成哪些粘土矿物的构造单元片？ 答：①硅氧四面体晶片。 ②铝氧二八面体晶片。 ③镁氧三八面体晶片。 3、粘土矿物的构造单元片结合成哪些粘土矿物的基本结构层？ 答：四面体晶片与八面体晶片以适当的方式结合，可以构成晶层。（1）1：1型晶层：由一个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面 体晶片构成。 （2）2：1型晶层：由两个硅氧四面体晶片与一个铝氧八面体 晶片构成。 4、粘土矿物中主要包含哪些矿物？ 答：主要包括高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、海泡石族、混合晶层粘土矿物。 5、什么是晶格取代？ 答：在晶体结构中，某些原子被其它化学价不同的原子取代而晶体骨架保持不变的现象。 6、说明下列粘土矿物的基本结构层和晶格取代情况： （1）高岭石；基本结构层是由一片硅氧片和一片铝氧片组成，为1：1型粘土矿物，几乎无晶格取代现象。 （2）蒙脱石；基本结构层由两片硅氧四面体晶片和夹在它们 中间的一片铝氧八面体晶片组成，为2：1型粘土矿物。存在晶格取代，取代位置主要在Al-O八面体中，即Al3+被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，产生的负电荷由等量的Na+或Ca2+来平衡。 （3）伊利石；伊利石与蒙脱石同属2∶1型晶格。存在晶格取代，取代位置主要在Si-O四面体中，铝原子取代四面体的硅，且取代 数目比蒙脱石多，产生的负电荷由等量的K+来平衡。 （4）绿泥石：基本结构是由一层类似伊利石2:1层型的结构片与一层水镁石[Mg3(OH)6]晶片交替组成的。存在晶格取代，水镁石片是八面体片，片中有一些Mg2+被Al3+取代而带正电荷，这些电荷与三层型晶片中的负电荷平衡（硅氧四面实用文档 体中的部分硅被铝取代产生负电荷），因而整个网络的电荷很低。 7、为什么蒙脱石属膨胀型粘土矿物？ 答◆蒙脱石上下相临的层面皆为O面，晶层间引力以分子间力为主，层间引力较弱，水分子易进入晶层。 ◆蒙脱石由于晶格取代产生较多的负电荷，在它周围必然会吸附等电量的阳离子，水化阳离子给粘土带来厚的水化膜，使蒙脱石膨胀。 8、为什么高岭石、伊利石和绿泥石属非膨胀型粘土矿物？ 答：(1)由于高岭石单元晶层，一面为OH层，另一面为O层，而OH键具有极强的极性，晶层与晶层容易形成氢键。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，几乎无晶格取代现象，因此高岭石阳离子交换容量小，水分不易进入晶层中间，为非膨胀型粘土矿物； （2）由于伊利石取代位置主要在Si-O四面体中，产生的负电荷离晶层表面近，与吸附的K+产生很强的静电力，层间引力比氢键强，水分子不易进入晶层。另外，K+的大小刚好嵌入相邻晶层间的氧原子网格形成的空穴中，起到连接作用，周围有12个氧与它配伍，因此，K+连接通常非常牢固，是不能交换的，故水分子不易进入晶层，为非膨胀型粘土矿物； (3)绿泥石晶层间存在氢键，加上水镁石对晶层的静电引力，使绿泥石的晶层结合紧密，水不易进入其中。因此绿泥石也属于非膨胀型黏土矿物。 9、什么叫阳离子交换容量？阳离子交换容量与晶格取代数量由什么关系？ 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。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；晶格取代数量愈多的粘土矿物，其阳离子交换容量也愈大。 10、粘土矿物表面的带电性有哪些来源？ 答：粘土晶体因为环境的不同或环境的变化，可能带有不同的电性，或者说带有不同的电荷，可分为永久负电荷、可变负电荷、正电荷三种，它们产生的原因如下： （1）永久负电荷：主要由晶格取代作用造成。由于晶格取代是低价阳离子取代了高价阳离子，产生了过剩的负电荷，因此，一般情况 下粘土带负电。粘土的硅氧四面体中四价的硅被三价的铝取代，或者铝氧八面体中三价的铝被二价的镁、铁等取代，粘土就产生了过剩 的负电荷。这种负电荷的数员取决于晶格取代作用的多少，而不受pH值的影响。 A、蒙脱石的永久负电荷主要来源于铝氧八面体中的一部分铝离子被镁、铁等二价离子所取代、仅有少部分水久负电荷是由于硅氧四面体中的硅被铝取代所造成的，一般不超过15％。 实用文档 B、伊利石和蒙脱石不同，它的永久负电荷主要来源于硅氧四面体晶片中的硅被铝取代，大约有1／5的硅被铝取代，每个晶胞中约有0.6-1.0个永久负电荷。 C、高岭石的晶格取代很微弱，由此而产生的永久负电荷少到难以用化学分析法来证明。 （2）可变负电荷：粘土所带电荷的数量随介质的PH值改变而改变，这种电荷叫做可变负电荷。 （3）正电荷：当粘土介质的PH值低于9时，粘土晶体端面上带正电荷。对于粘土端面上带正电荷的原因多数人认为是出于裸露在边缘上的铝氧八面体在酸性条件下从介质中解离出OH-。 综述，粘土的正电荷与负电荷的代数和即为粘土晶体的净电荷数。由于粘土的负电荷一般多于正电荷，因此粘土一般都带负电荷。 11、粘土矿物表面的吸附有哪些类型？ 答：物理吸附：无选择性，吸附热较小，易脱附； 化学吸附：有选择性，吸附热较大，不易脱附。 12、什么叫钻井液？ 答：保证钻井工作能安全顺利进行的所有入井流体统称。 13、钻井液有哪些功能？ 答:（1）清洗井底，携带钻屑。 （2）悬浮钻屑和加重剂。 （3）控制地层压力。 （4）传递水力功率。 （5）稳定井壁。 （6）冷却、润滑钻头及钻柱。 (7)承受钻柱和套管的部分重量。 (8)提供所钻地层的大量资料。 (9)保护油气层。 14、钻井液由什么组成？ 答：钻井液主要由分散介质、分散相和处理剂三大部分组成。 15、若按用途，钻井液处理剂分几类？写出它们的名称。 答：分16类，分别为(1)降滤失剂；(2)增粘剂；(3)乳化剂；(4)页岩抑制剂； (5)堵漏剂；(6)降粘剂；(7)缓蚀剂；(8)粘土类； (9)润滑剂；(10)加重剂；(11)杀菌剂；(12)消泡剂； (13)泡沫剂；(14)絮凝剂；(15)解卡剂；(16)其它类等。 16、提高钻井液密度的材料分几类？它们是通过什么机理提高钻井液密度的？ 答：分四类。 实用文档 ①重晶石粉：是一种以BaSO4为主要成分的天然矿石，经过加工后制成灰白色粉末状产品。纯品比重为4.3-4.6，现场使用一般为3.9-4.2。一般用于加重密度不超过2.30g/cm3的水基和油基钻井液，它是目前应用最广泛的一种钻井液加重剂。 ②石灰石粉：主要成分为CaCO3，纯品为白色，含杂质时呈灰色或浅黄色，常温比重为2.2-2.9，溶于酸。一般不会堵死油气层，即可采用油井酸化可以清除堵塞。 ③铁矿粉和钛铁矿粉：前者的主要成分为Fe2O3，密度4.9-5.3；后者的主要成分为TiO2· Fe2O3，密度4.5-5.1。优点是由于这两种加重材料的硬度约为重晶石的两倍，且耐研磨，在使用中颗粒尺寸保持较好，损耗率较低；易酸溶。 ④方铅矿粉：方铅矿为铅灰色有金属光泽的颗粒或块状，常温比重为7.5-7.6，硬度为2-3，容易加工成细粉末。不溶于水和碱，但能溶于酸，是酸溶性加重剂。由于比重较高，特备适用于配制超重钻井液，密度达3.0g/cm3。由于该加重剂的成本高、货源少、一般仅限于在地层孔隙压力极高的特殊情况下使用。 17、为什么钻井液的pH 值控制在弱碱性（8～10）范围？ 答：这主要是由于有以下几方面的原因： ①可减轻对钻具的腐蚀； ②可预防因氢脆而引起的钻具和套管的损坏； ③可抑制钻井液中钙、镁盐的溶解； ④有相当多的处理剂需在碱性介质中才能充分发挥其效能，如丹宁类、褐煤类和木质素磺酸盐类处理剂等。 18、有哪些因素影响钻井液滤失量？ 答：（1）影响钻井液静滤失量的因素有 ①滤失时间 ②压差 ③滤液的粘度、温度 ④固相含量和类型 ⑤岩层的渗透性 ⑥泥饼的压实性和渗透性 ⑦絮凝与聚集 （2）影响钻井液动滤失量的因素与静滤失相似，不同之处是动滤失还有钻井液流动性的影响，表现为剪切速率和钻井液流态对动滤失的影响。 （3）影响瞬时滤失的因素主要有压差，岩层的渗透性，滤液的粘度，钻井液中固相颗粒的含量、尺寸和分布，水化程度以及钻井液在地层孔隙入口处能否迅速形成“桥点”。 19、什么叫钻井液滤失剂？它分几类？它们是通过什么机理起降滤失作用的？