钻井液工艺原理
钻井液工艺学-第三章
第二节
数学表达式：
钻井液的基本流型及特点
y
第二节
钻井液的基本流型及特点
流型判断（作图法）
（1）多点测试（τ，γ ） （2）分别以τ和γ为坐标轴绘图 （3）结合标准流变曲线进行判断
第三节
流变参数测量与计算
一.测量仪器及原理
1、漏斗粘度计
漏斗粘度 Funnel Viscosity 定 单 类 义：定体积泄流时间。 位：秒；s 型：
第四节 钻井液流变性与钻井作业的关系
三.钻井液流变性与井壁稳定的关系
流态对井壁稳定的影响：层流比紊流有利于井壁稳定。
第四节 钻井液流变性与钻井作业的关系
四.钻井液流变性与钻速的关系
第四节 钻井液流变性与钻井作业的关系
五.钻井液流变性与井内压力激动的关系
下钻: 当钻头在井内向下运动时，钻井液被推动着向上流动。这时钻头 处的压力等于钻头以上钻井液的流动阻力与该段钻井液的静液柱压力 。超出静液柱压力的部分被称为“激动压力”。这是造成井漏的原因之 一。 起钻:相反，当钻头在井内向上运动时，钻井液向下流动。这时钻头处 的压力等于钻头以上钻井液的静液柱压力减去该段钻井液的流动阻力 。低于静液柱压力的部分被称为“抽吸压力”。这是诱发井喷、井塌的 原因之一。 主要控制措施： 控制起下钻速度； 降低钻井液粘切。
μ a=τ/γ ，mPa· s
第三节
流变参数测量与计算
某一剪切速率下的表观粘度可用下式表示：
μ a=（300ѲN）/N
N—表示转速，单位为r/min； ѲN—表示转速为N时的刻度盘读数。 在评价钻井液的性能时，为便于比较，如果没有特别注明某一剪切速率， 一般是指测定600r/min时的表观粘度，即：
μp
钻井液施工技术应用
钻井液施工技术应用钻井是石油勘探开发的重要环节，而钻井液作为钻井过程中必不可少的部分，起着冷却、润滑、承载岩屑等多种重要作用。
随着石油勘探开发技术的不断进步，钻井液施工技术也在不断创新，以适应不同地质条件和钻井需求。
本文将就钻井液施工技术的应用进行详细介绍。
一、钻井液施工技术的基本原理钻井液施工技术是根据钻井目的地地质条件和井眼要求，选择不同组分、特性的液体作为钻井介质，并通过特定的工艺流程和设备，达到冷却、润滑、承载岩屑、维护井眼稳定等功能。
根据钻井液的不同特性，施工技术也有所不同，主要包括水基钻井液、油基钻井液、气体钻井液等。
在钻井液施工过程中，需要根据井眼地质条件和需要选择合适的液相、固相和添加剂，保证钻井液的性能达到要求。
1. 水基钻井液水基钻井液是以水为基础的钻井液，由水、固相和添加剂组成。
因其成本低、易获取、环保性好等优点，目前在钻井中应用较为广泛。
在水基钻井液施工技术中，可根据井眼地质条件和钻井需求选择不同种类的液体作为基础，通过添加各种添加剂，控制钻井液的粘度、密度、流变性等性能，以适应钻井作业。
在应用过程中，要严格控制水基钻井液的性能指标，保证钻井过程中稳定可靠的液相，提高钻井效率，降低钻井成本。
油基钻井液是以油或类似的液体为基础的钻井液，由液相、固相和添加剂组成。
油基钻井液施工技术主要应用于高温高压井眼、高含油气层和敏感地质井眼等特殊条件的钻井作业中。
油基钻井液由于其稳定性好、耐高温性能好等特点，能够提供更好的润滑和承载岩屑能力，降低钻头磨损，提高钻井速度，因此在应用范围上有一定的优势。
气体钻井液是以气体为基础的钻井液，由气体、液相和添加剂组成。
气体钻井液施工技术主要适用于地层压力高、井眼不稳定、易塌陷的钻井作业中。
气体钻井液的主要作用是通过提供气动力，减小井眼周围的地压差，减轻钻头的受力，防止井眼崩塌。
气体钻井液对地层的污染小，环保性能好。
目前，在陆上和海洋油田开发中，气体钻井液在一定范围内得到了广泛的应用。
钻井液工艺原理4-钻井液滤失造壁性及润滑性
The Filtration Properties of Drilling Fluids
本章要求：
1. 静滤失方程
3. 影响滤失的因素
4. 钻井液润滑性及其评价
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1
一、滤失造壁性的基本概念 1. 水基钻井液中的水
水基钻井液组成： 固相+水+处理剂
钻井液中的水由三部分组成： 结晶水（化学结合水） —— 粘土矿物晶体构造的组成部分。 吸附水（束缚水） —— 由固相颗粒分子间力吸附的水化膜。 自由水 —— 钻井液中自由移动的水，分散介质。
—— 室内：指定静态条件下，静失水仪器测得的失水。
特点：
失水速率小、失水量较小。
泥饼厚（无冲蚀作用）。 · 同时向井壁井底失水，以井壁为主。 · 泥饼在动失水的基础上随时间增长而增厚。 · 失水速度随静止时间的增长而减少。 · 静失水量<动失水量
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二、失水造壁性与钻井的关系
1. 失水量过大 两个害处： 导致水敏性泥页岩缩径、垮塌。 油气层内粘土水化膨胀使产层渗透率下降， 从而损害油气层。 2.泥饼过厚 两个害处： 井径缩小 —— 易引起起下钻遇阻遇卡。 泥饼粘附卡钻。 3.现场要求 泥 饼 —— 薄、密、韧。 失水量 —— 适当（并非越小越好）。 对于一般地层：API失水：10 15 ml/ 30 min； 对于水敏地层：API失水 < 5 ml/30 min。
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Vf30’ = 2Vf7.5’
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实际计算应注意考虑瞬时失水
Larsen 方程：Vf’= Vsp + C t1/2
得到： Vf Vf Vf
30 ’= 30 ’
- Vsp = c(30)1/2 Vsp = c(7.5)1/2
《钻井液工艺原理》综合复习资料
钻井液工艺原理》综合复习资料、名词解释1、晶格取代（P29最后一段）在粘土结构中某些原子被其它化合价不同的原子取代而晶格骨架保持不变的作用。
2、压差卡钻（P402倒数第三段）压差卡钻又称泥饼粘附卡钻,是指钻具在井中静止时,在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用下,将钻具紧压在井壁上而导致的卡钻。
3、剪切稀释特性（P65最后一段）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。
4、油气层损害（P409第一段）任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象，均称为油气层损害。
5、塑性粘度（P60第一段）在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值。
钻井液中的塑性粘度是塑性流体的性质，不随剪切速率而变化；反映了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱。
6、胺点在标准实验条件下，石油产品与等体积的苯胺，在相互溶解形成单一液相时的最低温度，叫苯胺点。
7、造浆率（P147第一段）常将1t粘土所能配出的表观粘度为15mPa・s的钻井液体积称为造浆率。
8、泥饼粘附卡钻（P402倒数第三段）压差卡钻又称泥饼粘附卡钻,是指钻具在井中静止时,在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用下,将钻具紧压在井壁上而导致的卡钻。
9、水敏性损害（P420倒数第三段）水敏性损害是指当进入油气层的外来流体与油气层中的水敏性矿物不相配伍时，将使得这类矿物发生水化膨胀和分散从而导致油气层的渗透率降低。
10、静切力（P59最后一段）塑性流体不是加很小的剪切应力就开始流动，而是必须加一定的力才开始流动,这种使钻井液开始流动所需的最低切应力，称为静切力。
11、乳状液（）一种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形成的分散体系。
钻井液是油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
（P1）12、钻井液碱度（P9第六段）碱度是指溶液或悬浮体对酸的中和能力。
钻井液原理
钻井液原理
钻井液原理是指在钻井作业中，通过将特定的液体注入井眼中，起到冷却钻头、清洗井眼、稳定井壁和输送岩屑等作用。
钻井液的选择和设计是钻井工程中非常重要的一环，它的性能直接影响到钻井作业的效率和质量。
钻井液的基本组成通常包括水和添加剂。
水既可以是淡水，也可以是海水，在部分情况下也可以使用有机溶剂或油基液体。
添加剂则包括饱和盐水、聚合物、乳化剂、润滑剂、扩散剂以及控制井壁稳定性的胶凝剂等。
这些添加剂的配比和使用条件需要根据井眼的地质特征和钻井计划来确定。
钻井液的性能主要包括黏度、密度、泡沫性、清洗性能以及润滑性能。
黏度决定了钻井液对井眼壁的润滑和冷却效果，密度则决定了钻井液在井眼中的压力和稳定井壁的能力。
泡沫性和清洗性能则影响着岩屑的悬浮和清除，润滑性能则影响钻头在钻井作业中的摩擦和磨损情况。
钻井液的工作原理是通过循环系统将液体从地面的储液池中泵注入井眼，然后通过钻杆进入到钻头中进行喷出，完成冷却和清洗作用。
同时，钻井液会带回地层中的岩屑和井眼溶解物，经过分离装置将其中的固体物质分离，保持液体的循环使用。
总的来说，钻井液的原理是通过合理选择和设计液体的组成和性能，在钻井作业中起到冷却、清洗、稳定和输送的作用，从而提高钻井作业的效率和质量。
钻井液工艺原理 第4章
钻井液 滤失造壁性
为了防止地层流体进入井内，钻井液液柱的压力必须大于地 层流体的压力，于是，钻井液总是趋向于向地层漏失或滤失
漏失 —— 钻井液的固相和液相都要进入地层的现象。
滤失 —— 钻井液中只有液相进入地层的现象。 失水 —— 钻井液中的自由水在压差作用下向地层或滤膜滤失渗透的过 程。 泥饼(滤饼) —— 钻井液滤失过程中留在井壁或者滤膜上的物质(在井下 有内泥饼和外泥饼之分)。 造壁性 —— 钻井液在井壁形成泥饼(滤饼)封堵、保护井壁的能力。
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钻井液 滤失造壁性
钻井液井内滤失全过程
井内钻井液滤失过程
钻井液 滤失造壁性
钻井液井内滤失全过程
从钻头破碎井底岩石，形成新的自由面瞬间（ T0） 开始，直到钻井液中的固相颗粒及高聚物在井壁上 开始出现泥饼（T1），这段时间的滤失称为 瞬时滤失 紧接着瞬时滤失，在井内钻井液循环的情况下滤失 继续进行，泥饼不断增厚（T1），直至泥饼的增厚 速度与泥饼被冲刷的速度相等（T2），即达到平衡 。 此后钻井液在循环下继续滤失但泥饼不再增厚 （T3）。这段时间的滤失量称为 动滤失量 在起下钻或其他原因停止钻进时（T3），钻井液停 止循环，液流的冲刷作用消失，此时压力差为静液 柱压力和地层压力之差（T4），这段时间的滤失量 称为静滤失量 井内钻井液滤失过程
剪切强度很低，由于钻井液冲蚀作用，表面层被冲蚀。当钻井液粘度较大、环
空返速较低时，一些在井内翻转的钻屑会粘附在泥饼表面层，使泥饼增厚。 实验研究表明，钻井液动滤失时的泥饼厚度是剪切速率、流态以及泥饼剪 切强度的函数。
泥饼薄、密、韧条件： Cc 低 （土的膨胀性好）。 粒度分布宽。 细小粒子多。
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钻井液 润滑性能 3、用于钻井液的润滑剂
钻井液工艺原理讲义
实验一 钻井液流变模式确定实验一.实验目的1. 掌握六速旋转粘度计的使用方法。
2. 掌握如何判断钻井液的流型及对应流变参数的计算方法。
3. 比较各流变模式与实际流变曲线的吻合程度，弄清各种模式的特点。
4. 掌握钻井液增粘剂对钻井液流变性的影响。
二.实验原理1. 旋转粘度计工作原理电动机带动外筒旋转时，通过被测液体作用于内筒上的一个转矩，使与扭簧相连的内筒偏转一个角度。
根据牛顿内摩擦定律，一定剪切速率下偏转的角度与液体的粘度成正比。
于是，对液体粘度的测量就转换为内筒的角度测量。
2. 流变曲线类型、意义。
流变曲线是指剪切速率和剪切应力的关系曲线。
根据曲线的形式，它可以分为牛顿型、塑性流型、假塑性流型和膨胀性流型。
为了计算任何剪切速率下的剪切应力，常用的方法是使不同流变模式表示的理想曲线逼近实测流变曲线，这样，只需要确定两个流变参数，就可以绘出泥浆的流变曲线。
牛顿模式反映的牛顿液体，其数学表达式为：τ=η·D宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为：τ=τ0 +ηp ·D指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为：τ=K ·D n 或 Lg τ=lgK + n ·lgD卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为：21212121.D c∞+=ηττ实际流变曲线与哪一种流变模式更吻合，就把实际液体看成哪种流型的流体。
三、实验仪器及药品1．仪器ZNN-D6型旋转粘度计、高速搅拌器；2. 药品350ml水、500ml泥浆、增粘剂。
四．仪器使用要点1.检查好仪器，要求；①粘度计刻度盘是否对零。
若不对零，可松开固定螺钉调零后再拧紧。
②检查粘度计的同心度。
高速旋转时，外筒不得有偏摆。
③检查高速搅拌机的搅拌轴是否偏摆。
若偏摆，则停止使用。
2.校正旋转粘度计①倒350ml水于泥浆杯中，置于托盘上，上升托盘，使液面与外筒刻度线对齐，拧紧托盘手轮。
②迅速从高速到低速依次测量。
待刻度盘读数（基本）稳定后，分别记录各转速下的读数Ø.要求：Ø 600=2.0格,Ø 300=1.0格。
钻井液工艺原理
钻井液⼯艺原理名词解释1. 晶格取代2. 钻井液:⽤于钻井的具有各种各样功⽤以满⾜钻井⼯作需要的循环流体3. 钻井液的阳离⼦交换容量：每100ml 钻井液所能吸附亚甲基蓝的量，⽤()m CEC 表⽰粘⼟的阳离⼦交换容量CEC ：在分散介质的PH 值为7的条件下，100g 粘⼟所能交换下来的阳离⼦总量4. 粘⼟的⽔化作⽤：粘⼟矿物遇⽔后，在其颗粒表⾯吸附⽔分⼦形成⽔化膜，经层间增⼤的过程5. 造浆率:1t 粘⼟所能配出的表观黏度为15mPa*s 的钻井液体积6. 取代度d :纤维素分⼦每⼀葡萄糖单元上的三个羟基中,羟基上的氢被取代⽽⽣成醚的个数称为取代度7. 剪切速率：垂直于流速⽅向上单位距离流速的增量剪切应⼒：单位⾯积上的剪切⼒8. 表观粘度：⼜称有效粘度，是在某⼀剪切速率下，剪切应⼒与剪切速率的⽐值，a τµγ= 宾汉：0a p ττµµγγ==+ 幂律：1na k τµγγ-== a γµ增加，减⼩9. 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钻井液的触变性：指搅拌后钻井液变稀，静置后⼜变稠的性质（⼀般⽤终切⼒与初切⼒之差表⽰）10. 酚酞碱度:能使ph 值降低⾄8.3所需的酸量称为酚酞碱度钾基橙碱度:能使ph 值降⾄4.3所需的酸量钻井液的造壁性：钻井液滤失过程中，其⾃由⽔进⼊岩层，固相颗粒附着在井壁上形成泥饼，减⼩渗透性阻⽌或减慢钻井液继续侵⼊地层填空SMP/SMC/SMT动切⽐ 0.36-0.48pa/（mpa*s ）流性指数n 控制在0.4-0.7试验渗滤压差 0.89mpa影响粘⼟阳离⼦交换容量⼤⼩的因素：粘⼟矿物的本性；粘⼟的分散度；溶液的酸碱度电动现象的存在说明胶粒表⾯总带有电荷，其主要来源：电离作⽤，晶格取代作⽤，离⼦吸附作⽤，未饱和键简答1. 钻井液的组成:由膨润⼟,⽔.各种处理剂,加重材料,及钻屑所组成的多相分散体系钻井液的功⽤：携带和悬浮岩屑；稳定井壁和平衡地层压⼒；冷却和润滑钻头、钻具；传递⽔动⼒此外钻井液还要做到：与所钻遇的油⽓层相配伍，满⾜保护油⽓层的要求；有利于底层测试，不影响对地层的评价；避免对钻井⼈员和环境发⽣伤害和污染；不腐蚀井下⼯具及地⾯装备或尽可能减轻腐蚀钻井液分类：分散钻井液（细分散）；钙处理钻井液，盐⽔钻井液，饱和盐⽔钻井液（粗分散）；聚合物钻井液，甲基聚合物钻井液（不分散）；油基钻井液；合成钻井液；⽓体型钻井液；保护油⽓层钻井液2.静电稳定理论（DLVO理论）：溶胶在⼀定条件下是稳定存在还是聚沉，取决于胶粒之间存在的两种相反的作⽤⼒，即相互吸引⼒与静电斥⼒，当胶体颗粒在布朗运动中相互碰撞时，吸⼒⼤于斥⼒，溶胶就会聚结，反之，斥⼒⼤于吸⼒时，粒⼦碰撞后⼜分开，保持其分散状态3.粘⼟⽔化膨胀受三种⼒制约：表⾯⽔化⼒；渗透⽔化⼒；⽑细管作⽤⼒影响粘⼟⽔化膨胀的因素：粘⼟晶体的部位不同，⽔化膜厚度不相同；粘⼟矿物不同，⽔化作⽤的强弱不同；粘⼟吸附的交换性阳离⼦不同，其⽔化程度有很⼤差别泥浆中可溶性的盐类及泥浆处理剂的影响温度和压⼒的影响粘⼟⽔化膨胀作⽤机理：粘⼟矿物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4.丹宁的稀释机理:单宁酸钠苯环上相邻的双酚羟基可通过配位键吸附在粘⼟断键边缘的铝离⼦处，⽽剩余的—ONa和—COONa均为⽔化基团，他们⼜能给粘⼟颗粒带来较多的负电荷和⽔化层，使粘⼟颗粒端⾯处的双电层斥⼒和⽔化膜厚度增加，从⽽拆散和削弱了粘⼟颗粒间通过端--⾯和端—端连接形成的⽹架结构，使粘度和切⼒下降5.不同交换性阳离⼦引起⽔化程度不同的原因P42粘⼟单元晶层间存在两种⼒：1.晶层间阳离⼦⽔化产⽣的膨胀⼒和带负电荷的晶层之间的斥⼒，2.粘⼟单元晶层—层间阳离⼦—粘⼟单元晶层之间的静电引⼒若静电引⼒⼤于晶层间的斥⼒，即2〉1，则粘⼟只能发⽣晶格膨胀若晶层间斥⼒⼤于静电引⼒，即2〈1，粘⼟发⽣渗透膨胀6.对抗⾼温钻井液处理剂的⼀般要求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，抗⾼温滤失剂不得使钻井液严重增稠6）在PH较低（7-10）时也能充分发挥其效⼒，有⼒与控制⾼温分散，防⽌⾼温胶凝和⾼温固化现象的发⽣7．聚合物钻井液的特点1．固相含量低⽽且亚微粒⼦所占⽐例也较低2．具有良好的流变性3．钻速快4．井壁稳定民井径规则5．对油⽓层伤害⼩，有利于发现和保护⽓层6．防⽌井漏7．钻井成本低论述1.影响聚结稳定性的因素并举例（1）电解质浓度的影响1）在⾼浓度电解质存在时，除了胶粒⾮常靠近以外，在任何距离上都是吸引能占优势，在这种情况下聚结速度最快2）在中等电解质浓度下，由于存在远程斥⼒能的作⽤，聚结过程被延缓了3）在低电解质浓度下，由于存在明显的远程斥⼒能的作⽤，聚结过程很慢例：钻井时发⽣盐侵或钙侵时，易导致钻井液性质发⽣变化，应采⽤饱和盐⽔钻井液体系（2）反离⼦价数的影响电解质中起聚沉作⽤的主要是与胶粒带相反电荷的反离⼦，反离⼦价数越⾼，聚沉值越低，聚沉率越⾼，聚沉能⼒越强例：（3）反离⼦⼤⼩的影响⽔化离⼦半径越⼩越容易靠近胶粒，越容易发⽣聚沉，尤其对低价离⼦影响显著例：钾基聚合物钻井液中钾离⼦起页岩抑制剂的作⽤（4）同号离⼦的影响同号离⼦对胶体有⼀定的稳定作⽤，可以降低反离⼦的聚沉能⼒，但有机⾼聚物离⼦例外例：HPAM在膨润⼟颗粒上吸附，可增加粘⼟颗粒的电动电位（5）相互聚沉现象带相同电荷的两种溶胶混合后没有变化，除个别例外，⽽两种相反电荷的溶胶相互混合则发⽣聚沉例：正电胶MMH加⼊⽔基钻井液中，使得其切⼒增加，滤失量也增加2．⽆机处理剂在钻井液中的作⽤机理(举例说明)（1）离⼦交换吸附在配置预⽔化膨润⼟时，加⼊适量碳酸钠，使钠离⼦与钙蒙脱⼟颗粒表⾯的钙离⼦发⽣交换，从⽽使粘⼟的⽔化和造浆性能提⾼，分散成更⼩的颗粒，使钻井液粘度和切⼒升⾼，滤失量降低（2）调控钻井液的PH值添加适量的烧碱提⾼钻井液的PH值，以应对PH值下降的现象3）沉淀作⽤如有过多的钙离⼦或镁离⼦侵⼊钻井液，则会削弱粘⼟的⽔化和分散能⼒，破坏钻井液性能，这时可先加⼊适量烧碱出去镁离⼦，然后⽤适量纯碱除去钙离⼦（4）结合作⽤在受到钙侵的钻井液中加⼊⾜量的六偏磷酸钠，可⽣成稳定的络离⼦，将钙离⼦束缚起来，相当于从钻井液中除去钙离⼦(5) 与有机处理剂⽣成可溶性盐单宁腐殖酸等有机处理剂在⽔中溶解度很⼩，不易吸附在粘⼟颗粒上，加⼊适量烧碱，使之转化为可溶性盐，如单宁酸钠和腐植酸钠，才能发挥其效能（6）抑制溶解的作⽤在钻遇岩盐和⽯膏地层时，常使⽤盐⽔钻井液和⽯膏处理的钻井液，甚⾄是使⽤饱和盐⽔钻井液，来增强钻井液抗污染能⼒，以及防⽌可溶性岩层的溶解，使井径保持规则推导静滤失⽅程：假设：泥饼厚度与钻井直径相⽐很⼩，泥饼是平的且厚度为定值，泥饼不可压缩且其渗透率不变滤失速率：fmcdV kA P dt h µ?= （1） K —泥饼渗透率 2m µ sm m sc mc f V f h A ?=?? µ--滤液粘度 a mP s ?()sm f mc sc mc f V h A f h A +?=?? f V --滤液体积 3cm 于是有 ()1sm f f mc sc sm sc sm f V V h A f f f A f ?==-??- （2） m V --钻井液体积 3m将（2）带⼊（1）中得：1f sc f sm dV f kA P A dt V f µ=- ?将上式积分得：0022112f V t sc f f sm f sc sm f f kA P V dV A dt f V f k A Pt f V µµ=- ??=-?==?分析静滤失量的影响因素：1）滤失时间；2）压差越⼤，滤失量越⼤；3）滤液的粘度；4）温度（T 增⼤，粘度减⼩，滤失量增⼤）；5）固相含量，钻井液中固相含量越⾼，泥饼中固相含量越⼩，钻井液滤失量越⼩；6）岩层的渗透性；7）泥饼的压实性，泥饼越薄，渗透性越⼩，滤失量越⼩；8）钻井液的絮凝和聚结，可提⾼泥饼渗透率，从⽽增⼤滤失量7. 流变参数的计算11/min 1.703r s -= 0.511τθ= Pa τ- 0.51130010001.703N N a rN Nθθτµ==?= a a mP s µ-? :N N θ转速为时的读数 60012a µθ= 宾汉流体：()6003006003006003006003000.51110001022511 p θθττµθθγγ--==?=--- ()()60030006006006003000.51110220.5111000p p θθττµγθθµ-=-=-?=- 假塑性流体：6003003.322lgn θθ= 3000.511511n k θ=2.⼏种主要粘⼟矿物的晶体构造特点及其对储层的影响（1）⾼岭⽯1）1:1层型粘⼟矿物；2）⼏乎⽆晶格取代，CEC很⼩，负电量少；3）晶层与晶层之间容易形成氢键，故晶层间连接紧密；4）⽔化性能差，造浆性能不好影响：1）在钻井过程中，含⾼岭⽯的泥页岩地层易发⽣剥蚀掉块2）⾼岭⽯常见疏松地层，在砂岩空隙中常以分散质点式存在且颗粒较⼤，附着⼒弱，是储层中产⽣微粒运移的基础物质3）流体以较⾼流速流向油层时，因剪切⼒作⽤使其从砂岩颗粒表⾯脱落随流体⼀起流动，在喉道上产⽣堵塞4）当储层中有较多⾼岭⽯成分时，应控制流体流速（2）蒙脱⽯1）2:1型粘⼟矿物2）晶格取代多在⼋⾯体中，CEC⼤，负电量⼤3）晶层间引⼒以分⼦间⼒为主，因⼒弱，晶层间距较⼤，⽔分⼦易进⼊晶层，引起晶格膨胀4）晶层的内外表⾯均可进⾏⽔化及阳离⼦交换，吸⽔性强，造浆率⾼影响：1）钻井时易导致缩径，卡钻事故2）易出现在浅层，以薄膜形式粘附在碎屑颗粒表⾯3）亲⽔性强，⽐表⾯⾼其⽔化膨胀会降低储层渗透率，降低产量（3）伊利⽯1）2:1层型粘⼟矿物2）晶格取代多发⽣在四⾯体中，其晶胞平均负电荷⽐蒙脱⽯⾼，产⽣的负点主要由钾离⼦平衡3）晶层间引⼒以静电引⼒为主，⽐氢键强，晶层间距较⼩是⾮膨胀型粘⼟矿物4）⽔化作⽤仅限于外表⾯影响：1）多是搭桥式，有很多微细孔隙，产⽣强吸⽔区，外来液体侵⼊后，易造成含⽔饱和度增加，使油层的相对渗透率下降2）⼀些⽑发状的伊利⽯在流体流动时有可能被粉碎，并运移⾄喉道外形成阻塞，其单向阀作⽤，从⽽伤害油⽓层的渗透率（4）绿泥⽯1）2:2层型粘⼟矿物2）层间有⽔镁⽯晶⽚，静电核数很低3）⾮膨胀性粘⼟矿物影响：1）富含铁，具有酸敏性2）酸化时被溶解，释放铁离⼦，当酸耗尽时会形成氢氧化铁沉淀，其粒度⽐⼀般底层喉道尺⼨⼤，易堵塞喉道⽽损害油层，造成酸化失败3. 调整钻井液宾汉模式流变性参数的⼀般⽅法可概括为：（1）降低p µ：1）通过合理使⽤固控设备，加⽔稀释，减少固相含量2）⽤化学絮凝⽅法降低粘⼟分散度（2）提⾼p µ：1）加⼊低造浆率粘⼟，重晶⽯，增加固相含量2）混⼊原油或适当提⾼PH 值3）增加聚合物处理剂的浓度（3）降低0τ：1）加⼊降粘剂，拆散钻井液中已形成的⽹架结构2）如因2a C +，2Mg +等污染引起的0τ升⾼，可⽤沉降⽅法去除这些离⼦3）⽤清⽔或稀浆稀释也可起到降低0τ的作⽤（4）提⾼0τ：1）可加⼊预⽔化膨润⼟浆，或增⼤⾼分⼦聚合物的加量2）对于钙处理钻井液或盐⽔钻井液，可通过适当增加2a C +和aN +浓度来提⾼0τ8. 钻井液在井内发⽣滤失的全过程由三个阶段组成：瞬时滤失；动滤失；静滤失瞬时滤失：地层刚钻开尚未形成泥饼之前的滤失特点：时间短；滤失速率最⼤；利于钻井动滤失：钻井液循环时的滤失特点：压差较⼤；泥饼薄；滤失量由较⼤减⼩⾄定植静滤失：钻井液停⽌循环时的滤失特点：压差较⼩；泥饼较厚；滤失量较⼩结论:静滤失⽐动滤失的滤失速率⼩，但泥饼厚控制滤失量应控制动滤失，控制泥饼厚度应控制静滤失。
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特殊情况下：
1、易发生井漏的地层：裂缝、孔隙发育，孔隙压力低。 适当降低钻井液密度，采取堵漏措施。
2、蠕变地层：盐膏层、软泥岩地层： 提高钻井液密度，采取短起下、划眼等措施。
3、多套压力系数地层：“上吐下泻” 根据地层情况调整钻井液密度。
4、坍塌压力曲线与破裂压力曲线重合，无钻井液密度窗口： 钻井液密度平衡坍塌压力，采取强化封堵措施，形成人工井壁。
2、压力的影响 对水基钻井液，压力影响较小； 对油基钻井液，压力影响较大。
四、不同钻井液密度的划分
1、低密度体系：一般指钻井液密度≤1.0g/cm3。 使用范围：低密度钻井液主要应用于孔隙压力极低的情况下，如低压储层或易发 生井漏的地层。 常见体系：气体钻井、泡沫钻井液、混油钻井液、油基钻井液、充气钻井液、漂 珠钻井液等。
垂深 ( m)
实际钻井液密度 (g/cc)
坍塌压力当量密度 (g/cc) 破裂压力当量密度 (g/cc) 孔隙压力当量密度 (g/cc)
实际钻头直径 (cm) 实际井径 (cm)
实例2：地层压力预测结果表
地层 明化镇 馆陶 东营 沙一上 沙一中 沙一下 沙三1 沙三2 沙三3
孔隙压力当量密度g/cm3
破裂压力当量密度，g/cm3
>1.46 >1.56 >1.68 >1.71 >1.73 >1.75 >1.76 >1.77 >1.79
垂深 m
实际钻井液密度 （g/cc）
坍塌压力当量密度 (g/cc) 孔隙压力当量密度 (g/cc) 破裂压力当量密度 (g/cc)
实际井径 （cm） 钻头直径 （mm）
坍塌压力 G/CC 1.190 1.132 1.172 1.185 1.086 1.126 1.298 1.254 1.281 1.254 1.282 1.249 1.226 1.261 1.250 1.226
破裂压力 G/CC 1.633 1.621 1.635 1.642 1.631 1.651 1.666 1.684 1.695 1.691 1.688 1.686 1.688 1.696 1.691 1.692
钻井液工艺原理
油田化学系 孙明波
钻井液的定义：
狭义钻井液： 粘土以小颗粒状态(‹2um)分散在水中所形成的溶胶。(泥浆 mud) 广义 钻 井 液： 凡钻进中一切有助于从井眼产生和清除钻屑的流体（液、气、液+气）。
(drilling fluid)
2
钻井液的主要功能
ห้องสมุดไป่ตู้
平衡地层压力 传递水功率 破岩、清岩
0.98～1.02 1.00～1.03 1.00～1.05 1.05～1.10 1.10～1.15 1.12～1.18 1.15～1.18 1.12～1.16 1.15～1.18
坍塌压力当量密度g/cm3
1.08～1.15 1.03～1.18 1.10～1.19 1.15～1.20 1.18～1.22 1.20～1.23 1.08～1.15 1.18～1.20 1.17～1.21
携带、悬浮岩屑 及加重材料
稳定井壁 冷却润滑钻头 保护油气层
3
第一章 平衡地层压力与钻井液密度
钻井液
地层 压力
井壁
钻井液 压力
平衡地层压力：
选择合适的钻井液密度，使 钻井液液柱压力与地层压力 相平衡， 防止井喷、井漏、 井壁坍塌。
一、钻井液密度的确定
三个压力剖面： 坍塌压力Pc 破裂压力Pr 孔隙压力Pp
二、钻井液密度与井底压力 1、钻井液不循环：井底压力=钻井液液柱压力 2、钻井液循环：循环压耗与循环当量密度
井底压力=泵压+钻井液液柱压力-钻具内压耗（摩阻） =钻井液液柱压力+环空压耗+流速压头
三、钻井液密度与井下温度、压力的关系
1、温度的影响 随着温度升高，钻井液膨胀，密度降低。温度对油基钻井液的影响更大。 计算实际井底压力时，需考虑温度的影响。
坍塌压力 G/CC 1.203 1.234 1.196 1.199 1.177 1.239 1.194 1.282 1.114 1.204 1.207 0.000 1.086 1.174 1.106 1.137
破裂压力 G/CC 1.682 1.676 1.670 1.677 1.685 1.691 1.681 1.682 1.684 1.686 1.682 1.653 1.661 1.672 1.665 1.664
井深 METERS
2150 2254 2264 2274 2346 2408 2418 2470 2613 2624 2634 2676 2689 2702 2715 2728
孔隙压力 G/CC 1.093 1.054 1.032 1.054 1.069 1.080 1.040 1.035 1.017 1.021 1.006 0.877 0.906 0.945 0.913 0.907
一般情况下： 坍塌压力Pc ≤钻井液密度ρ≤破裂压力Pr 钻井液密度ρ ≥孔隙压力Pp
实例1：1M1井地层压力预测数据
井深 METERS
1819 1923 1933 1944 2016 2078 2088 2140 2480 2490 2500 2542 2552 2562 2572 2583
孔隙压力 G/CC 1.017 0.948 0.991 1.014 0.954 1.001 1.052 1.104 1.080 1.064 1.051 1.037 1.042 1.071 1.052 1.055
地层压力预测结果说明
(1)孔隙压力 馆陶组地层孔隙压力为0.98g/cm3~1.02g/cm3（当量钻井液密度，下同）， 东营组为0.99g/cm3~1.04g/cm3，沙二段为1.00g/cm3~1.04g/cm3，沙三段 为0.96g/cm3~1.01g/cm3。 (2)坍塌压力 馆陶组地层坍塌压力为1.08g/cm3~1.15g/cm3，东营组为 1.10g/cm3~1.22g/cm3，沙二段为1.14g/cm3~1.22g/cm3，沙三段为 1.06~1.20g/cm3。 (3)破裂压力 馆陶组地层破裂压力最低为1.60g/cm3，东营组最低为1.62g/cm3，沙二段 最低为1.68 g/cm3，沙三段最低为1.67g/cm3。