钻井液的组成和分类
钻井液工艺技术考点
钻井液工艺技术考点绪论：钻井液定义、组成、分类；基本公用。
第一章：粘土矿物水化膨胀性的好坏，粘土的稳定性、连接方式。
第二章：定义；塑性粘度，动切力，表观粘度，静切力，剪切稀释性。
简述；钻井液流变性与钻井作业的关系第三章：钻井液的虑失和润滑性；定义：滤失，滤失量，滤失范围及合理的滤失量；测量API滤失量指标第四章：水基钻井液：1、细分散钻井液优缺点及使用2、盐水钻井液优缺点及使用3、MMH正电胶钻井液特点4、高温对粘土、处理剂、黏土及处理剂的影响5、聚合物的特点第五章：油基钻井液：组成，滤失量低的原因，活度平衡第六章：振动筛、旋流器工作特点第七章：井壁不稳的机理、井壁失稳的对策、堵漏剂、漏失的原因、堵漏方法。
绪论1、定义：钻井液：指油气钻井过程中，以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
钻井液俗称钻井泥浆或泥浆。
2、钻井液的组成：钻井液是由分散介质，分散相和化学处理剂组成的分散体。
3、钻井液的分类：1）、按密度分非加重钻井液和加重钻井液。
2）、按其与粘土水化作用强度分非抑制性钻井液和抑制性钻井液。
3）、按其固相含量的多少分低固相含量和无固相含量。
4）、根据分散介质不同：水基钻井液、油基钻井液、气体性钻井液和合成基井液。
4、钻井液的基本功用1）、携带和悬浮岩屑2）、稳定井壁3）、平衡地层压力和岩石侧压力4）、冷却和润滑作用5）、传递水功率6）、获取地下信息第一章、粘土胶体化学基础一、粘土矿物水化膨胀的强弱1、高岭石：为非膨胀性粘土矿物，其水化性能差，造浆性能不好，最不容易发生水化膨胀。
2、蒙皂石：是膨胀型粘土矿物，其晶层表面包括内外表面都可以进行水化及阳离子交换，蒙皂石具有很大的比表面。
最容易发生水化膨胀。
3、伊利石：不易水化膨胀4、绿泥石：非膨胀性粘土矿物，不易发生水化膨胀。
5、海泡石族：膨胀型粘土矿物，具有较好的热稳定性，适用于配制深井钻井液，具有良好的抗盐稳定性。
6、混合晶层粘土矿物：最常见的为伊利石和蒙皂石混合层，简称依蒙混层，是膨胀型粘土矿物。
钻井液
简答题：1、钻井液是如何让分类的？P2-3答：钻井液按密度大小可分为非加重钻井液和加重钻井液；按其黏土水化作用的强弱可分为非抑制型钻井液和抑制型钻井液；按其固相含量的多少，将固相含量较低的叫做低固相钻井液，基本不含固相的叫做无固相钻井液；根据分散（流体）介质不同，分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体和合成基钻井液四种类型。
2、主要钻井液类型有哪些？ P3-5答：主要钻井液类型有：（1）分散钻井液；（2）钙处理钻井液；（3）盐水钻井液和饱和盐水钻井液；（4）聚合物钻井液；（5）钾基聚合物钻井液；(6)油基钻井液；（7）气体型钻井流体；（8）合成基钻井液；（9）保护油气层的钻井液；（10）不侵入地层钻井液。
3、膨润土在钻井液中的主要作用是什么？P31答：膨润土在钻井液中的主要作用是增加粘度和切力、提高井眼净化能力；形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；防止井漏等。
4、常用配制钻井液的粘土有哪些？P31答：钻井液常用粘土有膨润土、抗盐粘土（包括凹凸棒石粘土、海泡石粘土等）及有机膨润土。
5、钻井液的功用有哪些？P5答：钻井液的功用：（1）携带和悬浮岩屑；（2）稳定井壁；（3）平衡地层压力和岩石侧压力；（4）冷却和润滑钻头；（5）传递水动力；（6）获取地下信息。
6、配制泥浆的膨润土的主要作用有哪些？P31答：膨润土在钻井液中的主要作用是增加粘度和切力、提高井眼净化能力；形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；防止井漏等。
7、什么是压力激动？答：8、简述钻井液的循环过程. P5答：钻井液的循环是通过钻井泵（俗称泥浆泵）来维持的。
从钻井泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出，然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，返回地面后经排出管线、振动筛流入泥浆池，再经各种固控设备惊醒处理后返回水池，进入再次循环，这就是钻井液的循环过程和循环系统。
钻井液基础知识
钻井液相关基础知识
乳 状 液 泥 浆
乳状液是液体(油和水)分散在另一种液体( 乳状液是液体(油和水)分散在另一种液体(水和 油 ) 中形成稳定的分散体系. 常用的是水包油型乳状 中形成稳定的分散体系 . 液 , 它有较好的润滑性能, 不仅能有效地提高钻头和 它有较好的润滑性能 , 钻具的寿命, 而且能明显地降低钻进所需的功率消耗 , 钻具的寿命 , 而且能明显地降低钻进所需的功率消耗, 还可以起到降低或消除钻杆柱的振动, 还可以起到降低或消除钻杆柱的振动 , 从而提高钻具 的钻速, 的钻速 , 使小口径金刚石钻进的钻进速度和钻进深度 大幅度的提高. 近年来 , 大幅度的提高 . 近年来, 随着小口径金刚石钻进的发 展 , 水包油乳状液已成为固体矿床钻探中主要的钻孔 冲洗液之一. 钻探时可购买已配制好的乳化油 , 冲洗液之一 . 钻探时可购买已配制好的乳化油, 现场 使用时加水稀释成乳化液(乳化油的含量一般为0 使用时加水稀释成乳化液(乳化油的含量一般为0.3% 一0.5%).
钻井液相关基础知识
泥浆密度与钻井的关系
平衡地层压力和井壁侧压力
钻井过程中,钻井液的密度过小,钻井液的液 柱压力过小,一方面不足以平衡地层压力,地层中 的油,气,水可进入钻井液中,破坏钻井液性能, 同时造成钻井液密度下降,引起井喷事故的发生; 另一方面液柱压力过小,不足以提供足够的支撑力 来平衡井壁侧压力,易使井壁垮塌.密度过大,钻 井液的液柱压力过大,当液柱压力大于地层压力, 钻井液进入地层中去,对油气层造成破坏;当钻井 液的液柱压力大于地层的破裂压力时,压漏地层, 产生井漏.
钻井液主要分类
液态-清水,低固相-无固相, 水基-油基,细分散-粗分散- 不分散,淡水-盐水等; 气态-空气,天然气; 气液混合态-充气泥浆,泡沫泥 浆等.
钻井液体系介绍
PEM钻井液
国内领先近10年的环境可接受的水基防塌钻井 液体系（简称PEM泥浆体系，Protecting Environment Mud） - 满足钻井作业要求 - 满足环境保护的要求 - 满足保护油气层的要求 - 节约钻井整体成本 - 提高泥浆服务质量
PEM钻井液
应用范围： 用于中下部井眼段、强水敏性复杂地层、大斜度大位 移井，环境敏感地区作业井的作业。 基本配方（kg/m3） 预水化膨润土 烧碱 PAC-HV XC PF-JLX KCl 2040 23 35 12 3050 3050 纯碱 PF-FLO PF-PLUS PF-TEX PF-LPF 12 510 35 510 515
海水膨润土浆钻井液
常见性能： FV：30-40 s YP/PV〉2
维护处理： 用海水钻进，膨润土稠泥浆塞洗井携砂； 维持稠泥浆的YP(Pa)等于或大于PV(mPa.s)； 预水化膨润土浆配好以后，在泵入前加入石灰来提 高泥浆的粘度和切力，加入石灰后停止循环和搅动 以保持絮凝状态。
海水聚合物浆钻井液
分散体系
由水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂（简称为分散剂） 配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液区别，有时又 称为细分散钻井液。 在较深井段，需要泥浆密度较高或井眼条件可能比较复杂时，泥浆通常需要 分散，典型的分散剂有木质素磺酸盐、褐煤或单宁。它们是有效的反絮凝剂 和降滤失剂。经常使用一些含钾化学品可提高页岩稳定性。添加专门的化学 品调节或保持特定的泥浆性能。
钻井液体系分类
低固相钻井液体系
该体系的固相体积含量和类型受到控制，总的固相体积含量不能超过 610%。粘土固相体积含量不超过3%并要求钻井固相和膨润土的比 例小于2:1。该体系是不分散体系，通常使用结合添加剂作增粘剂和膨 润土增效剂。该体系的一个最显著优点是能大大提高钻井速度。
钻井液的组成和分类
钻井液的组成和分类钻井液的组成钻井液是由分散介质（连续相）、分散相和化学处理剂组成的分散体。
例如，以水为连续相的水基钻井液是由水（淡水或盐水）膨润土、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系。
以油为连续相的油包水钻井液是由油（柴油或矿物油）、水滴（淡水或盐水）、乳化剂、润湿剂、亲油固体等处理剂所形成的乳状液分散体系。
分散体系的分类分散体系是指一种或多种物质分散在另一种物质中所形成的体系。
被分散的物质称为分散相（不连续相）另一种物质称为分散介质连续相）。
热力学上把体系中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相。
相与相之间有明显的相界面。
例如，膨润土颗粒分散在水中，膨润土颗粒为分散相，水为分散介质，黏土颗粒和水之间有明显的分界面；水滴分散在油中,水是分散相,油是分散介质,水滴和油之间有明显的分界面。
分散体系按分散相颗粒的大小分为以下几类：1.分子分散体系。
分子分散体系是指溶质以小分子、原子或离子状态分散在溶剂中形成的体系，没有界面，是均匀的单相，其粒子直径在Inrn以下。
通常把这种体系称为真溶液。
2.胶体分散体系。
胶体分散体系是指分散相颗粒的直径小于IOOnm的分散体系。
其目测是均匀的，但实际是相不均匀体系（也有将分散相颗粒的直径为I-IOOOnm的颗粒归入胶体范畴），如AgI溶胶等。
3.粗分散体系。
粗分散体系是指当分散相颗粒的直径大于100nm时，目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如浑浊的河水等。
钻井液中的分散相颗粒一般介于胶体分散体系与粗分散体系之间，其稳定性规律可以通过研究胶体体系稳定性规律来获得。
钻井液的分类钻井液按密度可分为非加重钻井液和加重钻井液;按其与黏土水化作用可分为非抑制性钻井液和抑制性钻井液力安其固相含量来分）各固相含量较低的称为低固相钻井液，基本不含固相的称为无固相钻井液；根据分散（流体）介质不同，分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体和合成基钻井液4种类型。
常用钻井液材料
6杀菌剂：甲醛、高锰酸钾。
7油脂类：丝扣油、铅锌粉。
8润滑剂：皂化油、十二 烷 基 苯 磺酸钠、多功能润滑剂、塑料小珠。
9堵漏剂：801堵漏剂、混合堵漏剂、核桃皮、高粘堵漏剂、膨胀堵漏王、生石灰、锯末。
10絮凝剂：润滑絮凝剂、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾。
11包被剂：强力包被剂、80A-51、FA367。
12降粘剂：腐植酸钾、磺化褐煤树脂、铁铬盐、栲胶。
13增粘剂：高粘防塌剂、黄原胶、羟乙基纤维素。
14降失水剂：钠羟甲基纤维素、有机硅腐植酸钾、水解聚丙烯腈铵盐、PAC141系列、磺 化 褐 煤 树 脂、羟甲基玉米淀粉、广谱护壁剂Ⅱ型、磺化沥青粉。
15复合型：广谱护壁剂Ⅰ型、广谱护壁剂Ⅱ型、高粘堵漏剂、润滑絮凝剂、高粘防塌剂、膨胀堵漏王。
Байду номын сангаас
常用钻井液材料是怎样分类的？
按作用为15类。
1膨润土类：钙基膨润土（103/T）、钠基膨 润土（153/T）、超级钠土（253/T）。
2无机盐类：纯碱、烧碱、硅酸钾、氯化钾、氯化钙、氢氧化钾。
3加重剂：重晶石粉、工业盐。
4水泥添加剂：水泥速凝剂、水玻璃、水泥缓凝剂。
钻井液的组成和分类优秀课件
定义：用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分 散作用的处理剂配置而成的水基钻井液
特点：
1)可容纳较多的固相，适合于配置较高密度的钻 井液
2)容易在井壁上形成较致密的泥饼，失水较低
3)某些分散钻井液具有较强的抗温能力，适合于 深井和超深井使用。
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二、钻井液的分类
钻井液的组成和分类优秀课件
• 钻井液的作用： • 1、清洗井底，携带和悬浮岩屑； • 2 、保护井壁； • 3 、冷却和润滑钻头及钻柱； • 4 、平衡地层压力； • 5 、协助破碎岩石； • 6 、保护油气层。
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一、钻井液的组成
(1)液相：液相是钻井液的连续相，可以是水或油。
(2)活性固相：包括人为加入的商业膨润土、地层进入 的造浆粘土和有机膨润土(油基钻井液用)。
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二、钻井液的分类
盐水钻井液(saltwater drilling fluid) 定义：用盐水或海水配置而成。含盐量从1％（Cl-
质 量 浓 度 为 6000mg/l) 直 至 饱 和 (Cl- 质 量 浓 度 为 189,000mg/l)之前。
特点: 对粘土水化有较强的抑制作用
➢ 油基泥浆：固相颗粒悬浮在油中，水或盐水乳化在 油中，即油是连续相。 (柴油+沥青/有机土+处理剂)
➢ 气体：用高速气体或天然气清除钻屑
➢
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二、钻井液的分类
水基钻井液组成: 基本组成: 水+膨润土+处理剂 高密度组成: 水+膨润土+处理剂+加重材料 实际成分:水+膨润土+处理剂+加重材料+油+钻屑
钻井液体系总汇分类
钻井液的种类（1）稳定泡沫钻井液技术稳定泡沫钻井液是一种低密度钻井液体系，是在钻井液中加入表面活性剂，降低气、液、固三相表面张力，使空气均匀、稳定地存在于体系中，从而降低钻井液密度。
其特点是能够产生低于水的表观密度，在低压地层中产生微泡膨胀桥堵孔隙，保护油气层，提高勘探开发的综合效益。
通过对稳定泡沫钻井液系统研究，开发出适合大港油田低压油气藏特点的稳定泡沫钻井液体系。
我公司进行了稳定泡沫钻井液技术研究，形成了研究成果。
在现场应用中实现钻井液密度可调、泡沫稳定时间较长、抗污染能力强等优点。
在官新10-16井进行了现场试验，现场钻井液密度达到0.7g/cm3,收到了预期的效果。
2003年我公司在长庆油田气探井的服务中成功应用该钻井液技术，解决了低压气藏储层保护的难题。
（2）无固相欠平衡钻井液技术无固相欠平衡钻井液主要是为了解决低压、低渗油气藏而研究的钻井液体系，控制合理的钻井液密度实现欠平衡条件，减少钻井液滤液对储层的损害是该技术的核心，它适用于灰岩地层、稳定的砂泥岩地层。
1999年完成了第一口井深为5191.96m板深7井，所用的钻井液体系为具有防H2S损害、CO2腐蚀及防水锁损害的无土相钻井液，体系的特点主要表现在：体系采用无土相有利于保护油气层；体系的抑制性较强；体系具有防腐能力；体系便于维护；有利于清洗井眼，由于采用欠平衡有利于提高机械钻速；成本低。
到2002年使用该钻井液体系，相继完成了板深8、板深4、千18－18、西G2等16口井的现场应用，使用最高密度为1.42g/cm3，最低密度为0.84g/cm3。
该体系在现场应用中取得了明显的效果，尤其在保护油气层方面成果显著，该体系在大港油田首次欠平衡探井施工作业中一举成功，在所实施井中平均恢复值达到88%，实施井均获得良好的油气显示，为发现和保护油气层展现了光明的前景，尤其板深7井最为突出，经过5～11mm油嘴多次测试，平均产气量为1×105m3/d，其中轻质油31.75 m3/d，完钻后测试表皮系数为-1.35，投产后井口压力和油气产量相对稳定。
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二、钻井液的分类
气基钻井液组成 直接用空气、天然气、氮气作钻井液。
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二、钻井液的分类
➢ 不分散体系 ➢ 分散体系 ➢ 钙处理体系 ➢ 聚合物体系 ➢ 低固相体系 ➢ 饱和盐水体系 ➢ 完井修井液体系 ➢ 油基钻井液体系 ➢ 空气、雾、泡沫和气体体系
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二、钻井液的分类
分散钻井液(dispersed Drilling Fluids) 定义：用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分
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二、钻井液的分类
聚合物钻井液(Polymer drilling fluid) ❖ 定义：以某些具有絮凝和包被作用的高分子聚合物
作为主处理剂的水基钻井液体系。 ❖ 特点：各种固相颗粒可以保持在较粗的范围内 钻屑
不易分散成细微颗粒 ❖ 优点：钻井液密度和固相含量低，钻速高，地层损
害小 剪切稀释特性强 聚合物处理剂有较强底包被 和抑制分散的作用，有利于保持井壁稳定的作用。
合成基钻井液 定义：以合成地有机化合物作为连续相，盐水作
为分散相，并含有乳化剂、降滤失剂、流型改进剂的 一类新型钻井液。
特点： 使用无毒并且能够生物降解的非水溶性的有机物 取代了油基钻井液中柴油，该钻井液不仅保持了油基 钻井液的优良特性，而且大大减轻了钻井液排放时对 环境造成的不良影响，尤其适合于海上钻井。
散作用的处理剂配置而成的水基钻井液 特点： 1)可容纳较多的固相，适合于配置较高密度的钻
井液 2)容易在井壁上形成较致密的泥饼，失水较低 3)某些分散钻井液具有较强的抗温能力，适合于
深井和超深井使用。
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二、钻井液的分类
钙处理钻井液(Calcium treated drilling fluids) 定义：体系中同时含有一定浓度的Ca2+和分散剂
液基 钻井液
气/液混合基钻井液
气基 钻井流体
水基
油基 合成基 泡沫钻井液
充气钻井液
钻井液 钻井液 钻井液 （以气为主） （以液为主）
空气/ 氮气
天然气
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二、钻井液的分类
➢ 水基泥浆：固相颗粒悬浮在水中或盐水中，油可以 乳化到水中，此时，水是连续相。(膨润土+水+化 学处理剂+加重材料＋钻屑)
➢ 油基泥浆：固相颗粒悬浮在油中，水或盐水乳化在 油中，即油是连续相。 (柴油+沥青/有机土+处理剂)
➢ 气体：用高速气体或天然气清除钻屑
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二、钻井液的分类
水基钻井液组成: 基本组成: 水+膨润土+处理剂 高密度组成: 水+膨润土+处理剂+加重材料 实际成分:水+膨润土+处理剂+加重材料+油+钻屑
粘土 处理剂
水
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二、钻井液的分类
水基钻井液组成: 基本组成: 水+膨润土+处理剂 高密度组成: 水+膨润土+处理剂+加重材料 实际成分:水+膨润土+处理剂+加重材料+油+钻屑
质 量 浓 度 为 6000mg/l) 直 至 饱 和 (Cl- 质 量 浓 度 为 189,000mg/l)之前。
特点: 对粘土水化有较强的抑制作用
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二、钻井液的分类
饱和盐水钻井液(Saturated saltwater muds) 定义：钻井液中 NaCl的含量达到饱和的钻井液体
系。 特点： 用于钻进大段岩层和和复杂的盐膏层
二、钻井液的分类
油基钻井液(oil base muds) 定义：以油作为连续相的钻井液为油基钻井液。
油水比在（50－80）: (50－20)油包水乳化钻井液。 特点: 1)抗高温 2)有很强的抑制性 3)有很强的抗盐、钙的污染能力 4)润滑性好 5)能有效地减轻对油气层地伤害
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二、钻井液的分类
特点： 1)抗盐、钙污染的能力强 2)抑制粘土的水化分散作用，控制页岩坍塌和井
径扩大，减少对有气层的损害
(由于粘土颗粒表面通常带有负电荷，因而能吸附水分子和各种水 化离子，使粘土颗粒表面形成一层具有一定厚度的水化膜，这种 现象称为粘土的水化作用。)
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二、钻井液的分类
盐水钻井液(saltwater drilling fluid) 定义：用盐水或海水配置而成。含盐量从1％（Cl-
的造浆粘土和有机膨润土(油基钻井液用)。 (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：根据使用要求，可以利用不同
类型的添加剂配制性能各异的钻井液，并可对钻井 液性能进行调整性 能的目的。
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二、钻井液的分类
钻井液的作用，组成和分类
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• 钻井液的作用： • 1、清洗井底，携带和悬浮岩屑； • 2 、保护井壁； • 3 、冷却和润滑钻头及钻柱； • 4 、平衡地层压力； • 5 、协助破碎岩石； • 6 、保护油气层。
一、钻井液的组成
(1)液相：液相是钻井液的连续相，可以是水或油。 (2)活性固相：包括人为加入的商业膨润土、地层进入
粘土 处理剂
水
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二、钻井液的分类
油基钻井液组成 基本组成: 柴油+水+沥青/有机土+处理剂+加重剂
固相颗粒悬浮在油中，水或盐水乳化在油中，油是 连续相。
油基钻井液是一种以油为外相，水为内相,并添加适量 的乳化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等所形成的稳定乳 状液体系。通过调节油水比以及其他处理剂来满足不同地 层的性能要求。
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二、钻井液的分类
气体型钻井流体 ➢ 空气或天然气钻井流体 ➢ 雾状钻井流体 ➢ 泡沫钻井流体 ➢ 充气钻井液
保护储层的钻井液
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二、钻井液的分类
钻井液技术的发展
➢ 水基钻井液
清水 分散钻井液 抑制性钻井液
不
分散聚合物钻井液
➢ 油基钻井液
原油 钻井液
柴油为连续相钻井液
油包水乳化
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二、钻井液的分类
钾基聚合物钻井液 定义：以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCl为
主处理剂的防塌钻井液体系 特点： 1)在各种无机盐中，以KCl抑制粘土水化分散的
效果最好。聚合物侧存在使该钻井液体系具有聚合 物钻井液的各种优良特性。
2)在钻遇泥页岩地层时，具有理想的防塌效果。
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