钻井液工艺介绍w
钻井液技术介绍
6．钾基聚合物钻井液 钾基聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCI为主处理剂的防塌钻井液。在各种常见无机盐中，以KCI抑制粘土水化分散的效果为最好；而聚合物处理剂的存在使该类钻井液具有聚合物钻井液的各种优良特性。因此，在钻遇泥页岩地层时，使用它可以取得比较理想的防塌效果。
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8．合成基钻井液 合成基钻井液是以合成的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。由于使用无毒并且能够生物降解的非水溶性有机物取代了油基钻井液中通常使用的柴油，因此这类钻井液既保持了油基钻井液的各种优良特性，同时又能大大减轻钻井液排放时对环境造成的不良影响，尤其适用于海上钻井。
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1．分散钻井液 分散钻井液是指用淡水、膨润土和各种对粘土与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。其主要特点是： （1）可容纳较多的固相，较适于配制高密度钻井液。 （2）容易在井壁上形成较致密的泥饼，故其滤失量一般较低。 （3）某些分散钻井液，如以磺化栲胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂作为主处理剂的三磺钻井液具有较强的抗温能力，适于在深井和超深井中使用。缺点：除抑制性和抗污染能力较差外，还因体系中固相含量高，对提高钻速和保护油气层均有不利的影响。
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1．合成聚合物类处理剂 合成聚合物主要用作钻井液降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂等。 2．天然改性高分子类处理剂 改性天然材料来源丰富，价格低廉，在石油工业中有广泛的用途。可生物降解的天然大分子如淀粉纤维素作为主链结构可赋予材料以生物降解特性，使材料具有环保功能。 3．利用工业废料制备的钻井液处理剂 利用工业下脚料制备钻井液处理剂技术性较强，油田化学工作者在这方面进行了一些研究工作。
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（二）国内外钻井液处理剂开发应用 一、国外发展情况 二、国内发展情况
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，在其颗粒外表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间隔 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 ：1n ak 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.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，减小浸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外表总带有电荷，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；冷却和光滑钻头、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； 防止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，即互相吸引力与静电斥力，当胶体颗粒在布朗运动中互相碰撞时，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：外表水化力；浸透水化力；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，水化膜厚度不一样；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异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：粘土矿物外表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—端连接形成的网架构造，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：膨胀力和带负电荷的晶层之间的斥力，—层间阳离子—粘土单元晶层之间的静电引力假设静电引力大于晶层间的斥力，即2〉1，那么粘土只能发生晶格膨胀假设晶层间斥力大于静电引力，即2〈1，粘土发生浸透膨胀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才能，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．井壁稳定民井径规那么5．对油气层伤害小，有利于发现和保护气层6．防止井漏7．钻井本钱低阐述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，在任何间隔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，聚沉才能越强例：（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才能，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）互相聚沉现象带一样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互相混合那么发生聚沉例：正电胶MMH参加水基钻井液中，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，参加适量碳酸钠，使钠离子与钙蒙脱土颗粒外表的钙离子发生交换，从而使粘土的水化和造浆性能进步，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值添加适量的烧碱进步钻井液的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，那么会削弱粘土的水化和分散才能，破坏钻井液性能，这时可先参加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参加足量的六偏磷酸钠，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，参加适量烧碱，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才能，以及防止可溶性岩层的溶解，使井径保持规那么推导静滤失方程：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，泥饼不可压缩且其浸透率不变 滤失速率：f mcdV kA Pdth μ∆=〔1〕 K —泥饼浸透率 2m μsm m sc mc f V f h A ⋅=⋅⋅ μ--滤液粘度 amP 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 scf sm dV f kA P A dtV f μ⎛⎫∆=- ⎪⋅⎝⎭将上式积分得：022112fV tscf f sm f sc sm f f kA P V dV A dtf V f kA 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〕岩层的浸透性；7〕泥饼的压实性，泥饼越薄，浸透性越小，滤失量越小；8〕钻井液的絮凝和聚结，可进步泥饼浸透率，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 Na r N Nθθτμ==⨯= a a mP s μ-⋅ :N N θ转速为时的读数60012a μθ=宾汉流体：()6003006003006003006003000.51110001022511p θθττμθθγγ--==⨯=---()()60030006006006003000.51110220.5111000p p θθττμγθθμ-=-=-⨯=-假塑性流体：6003003.322lg n 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，故晶层间连接严密；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根底物质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外表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〕晶层的内外外表均可进展水化及阳离子交换，吸水性强，造浆率高影响：1）钻井时易导致缩径，卡钻事故2）易出如今浅层，以薄膜形式粘附在碎屑颗粒外表3）亲水性强，比外表高其水化膨胀会降低储层浸透率，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）水化作用仅限于外外表影响：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，使油层的相对浸透率下降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，从而伤害油气层的浸透率（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. 调整钻井液宾汉形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〕进步p μ：1〕参加低造浆率粘土，重晶石，增加固相含量 2〕混入原油或适当进步PH 值 3〕增加聚合物处理剂的浓度〔3〕降低0τ：1〕参加降粘剂，拆散钻井液中已形成的网架构造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〕进步0τ：1〕可参加预水化膨润土浆，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 +浓度来进步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：钻井液停顿循环时的滤失特点：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。
必看！钻井液技术详解
必看！钻井液技术详解钻井液概述钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。
钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。
钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。
清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。
泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。
旋转钻井初期，钻井液的主要作用是把岩屑从井底携带至地面。
目前，钻井液被公认为至少有以下十种作用：1）清洁井底，携带岩屑。
保持井底清洁，避免钻头重复切削，减少磨损，提高效率。
2）冷却和润滑钻头及钻柱。
降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。
3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。
防止对油气层的污染和井壁坍塌。
4）平衡（控制）地层压力。
防止井喷，井漏，防止地层流体对钻井液的污染。
5）悬浮岩屑和加重剂。
降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻。
6）在地面能沉除砂子和岩屑。
7）有效传递水力功率。
传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。
8）承受钻杆和套管的部分重力。
钻井液对钻具和套管的浮力，可减小起下钻时起升系统的载荷。
9）提供所钻地层的大量资料。
利用钻井液可进行电法测井，岩屑录井等获取井下资料。
10）水力破碎岩石。
钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。
钻井液的运用历史很久以前，人们钻井通常是为了寻找水源，而不是石油。
实际上，他们偶然间发现石油时很懊恼，因为它把水污染了！最初，钻井是为了获得淡水和海水，前者用于饮用、洗涤和灌溉；后者用作制盐的原料。
直到 19 世纪早期，由于工业化增加了对石油产品的需求，钻井采油才逐渐普及。
有记载的最早的钻井要追溯到公元前三世纪的中国。
他们使用一种叫做绳式顿钻钻井的技术，实现方式是先使巨大的金属钻具下落，然后用一种管状容器收集岩石的碎片。
中国人在这项技术上比较领先，中国也被公认为是第一个在钻探过程中有意使用流体的国家。
钻井液工艺技术
大港油田集团钻井工程公司 Drilling Engineering Company Of DaGang Oilfield Group CO.,LTD
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其主要特点概括为：泥页回收率高，抑制地层粘土造 浆能力强，能够防止泥岩粘土地层的水化分散，稳定井壁， 减少地层粘土分散造浆，降低般土含量，有利于保护油气 层；减少泥浆的排放量，泥浆性能稳定。同时，由于它具 有良好的剪切降粘特性，有利于各种井眼条件下的携砂和 发挥水力破岩作用，提高机械钻速。该体系适用于我油田 不同区块的浅----中深井，特别适合于我油田明化镇地层 和馆陶组地层，有效抑制地层粘土造浆。 • 根据不同施工环境条件要求，在该钻井液加入其它处 理剂后，形成聚合物泥浆体系的分枝，如：加KCL等处理 剂后，形成钾盐聚合物泥浆，适用于易塌区块、盐池区域、 海上及滩海地区。加入SMP、SMC、SMT等抗高温磺化处理 剂形成聚磺钻井液，适用于深井、超深井。
ltd1997年7月在国家863计划海洋领域成立了由中海石油研究中心渤海石油公司中海石油技术服务公司中油集团公司勘探开发研究院钻井所西南石油学院石油大学江汉石油学院西安石油学院等单位组成的课题组经过三年的攻关完成了适用于渤海海上钻井的一个软件一个硬件和一套技术集成科研成果在渤海歧口172油田完成了四口大位移井在秦皇岛326油田完成了两口大位移水平井所用钻井液为聚合醇硅酸盐水基钻井液
• 其基本组成为：正电聚醇、大分子抑制剂、降滤失剂、 正电护壁剂及其它辅助材料
大港油田集团钻井工程公司 Drilling Engineering Company Of DaGang Oilfield Group CO.,LTD
• ◆有机正电胶钻井液
• 有机正电胶钻井液是我公司与冀东油田共同研究开发 的新钻井液，于2003年首先成功应用于冀东柳赞、高尚堡 地区的水平井，然后在大港油田唐H2、扣H1井、港H1井等 水平井进行了推广应用。截止到去年底，共完成36口水平 井，形成了比较成熟的现场工艺技术，取得了良好的应用 效果。 其基本组成为：有机正电胶、两性离子聚合物、降滤 失剂、润滑剂、油层保护材料和辅助材料 。
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。
钻井液技术
狭义胶体：胶体大小（三维中任一维尺寸在1100nm之间）的微粒分散在另一种连续介质中所 形成的分散体系。
广义胶体：包括粗分散体系（悬浮体、乳状液、 泡沫）；溶胶；高分子真溶液；缔合胶体。
学习本章的意义:
Keep the newly drilled wellbore open untill steel casing can be cemented in the hole.
Cool and lubricate the rotating drillstring and bit.
概论——钻井液不应具有
气体：用高速气体或天然气清除钻屑
概论——钻井液的组成
概论——钻井液技术发展概况
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 柴油为连续相钻井液 油包水乳化钻井液
预测
钻井液强化井壁技术 复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井液技术 新型钻井液体系及其处理剂的研制与应用 废弃钻井液的处理技术 保护油气层的钻井液技术
晶层间靠微弱的分子间力连接，连接不紧密，水分 子容易进入两个晶层之间发生膨胀（全脱水时晶格 间距为9.6A，吸水后可达21.4A），水化分散性能 较好（造浆能力强），是配制泥浆的优质材料。
粘土矿物的晶格构造和特点
伊利石
伊利石的晶体构造和 蒙脱石相类似，不同 之点在于伊利石中硅 氧四面体中有较多的 硅被铝取代，因取代 所缺的正电荷由处在 相邻两个硅氧层之间 的K+补偿，因K+存在 于晶层之间并进入相 邻氧原子网格形成的 孔穴中，使各晶胞间 拉得较紧，水分不易 进入层间，因此它是 不易膨胀的粘土矿物 。
油基钻井液施工工艺技术
油基钻井液施工工艺技术油基钻井液具有优良的性能及宽阔的市场前景。
着重阐述了油基钻井液在详细施工过程中油基钻井液的配置、回收利用、性能维护可能消失的影响因素，并就这些影响因素对油基钻井液的性能影响提出了相应的优化措施。
油基钻井液以水滴为凝聚相，油为继续相，实质是一种乳化液，它具有抗高温、润滑性好、对环境的污染小的性能，并具有很强的井壁稳定性，现已成为解决高难度的高温深井、页岩水平井、大斜度定向井的重要钻井技术工具，并且广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。
近年来，国内外加大了页岩水平井开辟力度，油基钻井应用研究也在不断深化，并取得了一系列可观的成绩。
1相关配制工艺1.1配置挨次对性能的影响油基钻井液的原理是将油和水这两种彼此不相容的物质，通过加入乳化剂等，并应用机械高速剪切的方式将水相凝聚于油相中。
油基钻井液的配置过程中需要加入一系列的其他物质以保证其性能的实现。
也因此，这些所加入的物质的挨次对油基钻井液的性能就具有一定的影响。
这些其他物质一般包含柴油、潮湿剂、降滤失剂等。
诸如依据柴油、有机土、乳化剂、降滤失剂、CaCl2溶液CaO、重晶石为配方挨次的油基钻井液得到的破乳电压值较低为525V，滤失量较高为1.0ml。
而将有机土置于CaO之后加入得到的油基钻井液性能就会大大转变，得到截然相反的结果：破乳电压值高、压滤失量低。
1.2现场配制工艺步骤在举行现场施工的过程中，通常会采用两个或单个泥浆罐对油基钻井液举行配置，其主要现场配制工艺步骤如下：1）配置氯化钙溶液。
按照所配油基钻井液体积及油水比，在配浆罐中配制相应体积及浓度的CaCl2溶液。
2）加入基础油及乳化剂。
开启搅拌机、泥浆枪，并加入基础油及乳化剂，将油水充分搅拌，并尽量应用大速率剪切，这样更有利于钻井液性能的提升。
3）充分搅拌。
向混合体系中依次加入石灰、有机土和油基钻井液降滤失剂，每种处理剂加入后均需充分搅拌。
4）按照实际性能要求加入其它相关物质。
钻井液工艺原理讲义(前三章)
钻井液工艺原理讲义主讲人：徐加放2003年6月第一章概论§1-1 钻井液技术发展概况1、钻井液（drilling fluids）钻井液是指在油气钻井过程使用的、适应或满足钻井工作要求的、具有多种功能的各种循环流体的总称。
钻井液有时候又称作泥浆（mud）或钻井泥浆（drilling mud），这是因为在最初的钻井过程中人们使用清水钻进，由于地层的自然造浆作用，清水逐渐变为泥浆，后来人们发现泥浆较清水具有更多的优越性（流变性、携岩、洗井等），更适合于钻井要求，也就在钻井的开始就配制泥浆，以满足钻井的各项要求，再后来人们逐渐发现（发明）了多种多样的处理剂，逐渐形成了一种产业，此时，泥浆已经不再是原始意义上的泥浆，也就开始有了“钻井液”这个名词。
现在的钻井液多种多样，按类型可以分为：聚合物钻井液、正电胶钻井液、硅酸盐钻井液等，按功能可以分为：钻井液、完井液、压井液、洗井液等等。
2、钻井液技术的发展最初人们用清水钻进，由于地层自然造浆（钻屑中的粘土分散在水中）变形成了泥浆，实践证明，泥浆在携岩、洗井、平衡地层压力方面都优于清水，于是在钻进时预先配制泥浆，但此时的泥浆滤失量很大，性能液很不稳定，因此，也常常会造成井壁的不稳定。
20世纪20年代，世界石油工业的飞速发展，钻井的数量、速度、深度迅速增加，地层复杂多样，钻井裸眼井段不断延长，因此钻井对钻井液的要求也越来越高，这使钻井液成为了一项真正的工艺技术。
总体来讲：钻井液的发展趋势是从分散钻井液到抑制性钻井液（钙处理、盐水），再到不分散聚合物钻井液，然后是特殊钻井液体系。
3、钻井液的技术关键当前，钻井液技术的关键在于：①井壁失稳机理与钻井液防塌技术对策②保护油气层（储层）的钻井完井液技术③大斜度、大位移、水平井、小井眼、多底井等特殊工艺井钻井液技术④欠平衡钻井液技术（泡沫、空气、充气钻井液）⑤抗高温、高密度钻井液（包括水基和油基）⑥废弃钻井液处理技术和环保型钻井液（合成基、MTC等）⑦计算机和信息技术在钻井液技术中的应用⑧新型处理剂与钻井液体系的开发和应用⑨防漏、堵漏、润滑、防卡、解卡等⑩钻井液流变性、携岩以及固控技术4、我国钻井液技术发展简史我国钻井液工艺技术的发展与国际上该项技术的发展规律基本相似，最初我国主要使用以钠基为基础的细分散钻井液，在井浅和地层较为简单的情况下，这类体系具有其一定优越性，但在钻遇复杂地层如：大段泥页岩层、岩盐层、石膏层以及其他可溶性盐类地层时，其抗污染能力差，性能不稳定，于是发展了以石灰、石膏及氯化钙为絮凝剂的钙处理钻井液。
《钻井液工艺学》
2 : 1型
9.6×10-1 ~ 40×10-1 nm
O
n H2O
6O
OH
4(Si或Al)
Al
4O＋2(OH)
4~6(Al，Mg，Fe)
Si
4O＋2(OH)
4(Si或Al)
6O
伊
伊利石也叫水云母，它比原生云母少钾、多水。
淡水（NaCl＜1%、Ca++< 120mg/l）：最初使用。
水 基
盐水（NaCl＞1%）（盐水、饱和盐水、海水）
钻
用于海上和岩盐层及泥、页岩易塌地层。
井 钙处理（ Ca++＞120mg/l）：防塌、抗钙、盐侵强。
钻 液 低固相（固相＜7%，不分散的<4%）：钻速快。
井
混油（乳化）：润滑性、流动性好，失水量少。
晶体结构与蒙脱石相似，也是三层型粘土矿物，区别
利 在于晶格取代多发生在四面体中，Al3+取代Si4+。所带
石 电荷比蒙脱石高。伊利石不易膨胀。
10×10-1 nm
O
K
OH
Al
Si K
2 : 1型
6O 3Si＋1Al 4O＋2(OH) 4Al 4O＋2(OH) 3Si＋1Al 6O
三种粘土矿物晶体构造特点比较 K
0.5
0.4
0.3
0.2 0.1
00
F1 F3
F2 F4
12.5 25.0 37.5 50.0 井眼半径（mm）
平板型层流的实现
d0
δ
d
D
井眼环空平板型层流
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API滤失量、HTHP滤失量、pH值、碱度、含砂量、
固相含量、膨润土含量和滤液中各种离子的质量
浓度等。
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五、钻井液技术发展概况
1．钻井液技术的发展阶段 国外钻井液技术的发展大致经历了以下几个阶段： （1）1914一1916年，清水作为旋转钻井的洗井介质 （2）20世纪20～60年代，以分散型水基钻井液为主要类型 的阶段。在这期间，经历了从细分散体系向粗分散体系的转变， 同时也出现了早期使用的油基泥浆和气体型钻井流体。其中有 代表性的技术措施包括：
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钻 井 液 工 艺
简 介
中海油服泥浆中心塘沽基地 2004-02-24
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现场应用简况
现场应用的几种泥浆材料
无固相完井液缓蚀剂 CA-101
组分： 有机季胺盐类腐蚀抑制剂
用途： 在金属表面形成一层ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ护膜，阻止腐蚀介质与金属表面间的电子迁移， 在各种盐水体系的完井液中均具有较好的抑制腐蚀作用
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现场应用简况
泥浆现场循环系统
泥浆泵 泥浆池 钻头 井眼环空
沉砂池 固控设备
震动筛
泥浆槽
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钻井液概况
四、 钻井液性能及其测试 按照API推荐的钻井液性能测试标准，需检测 的钻井液常规性能包括： 密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、
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现场应用简况
现场应用的几种泥浆材料
页岩抑制剂 PF-PLUS 组分： 以丙烯酸、丙烯酰胺为主体，引进了羧基而共聚生 成的一种高分子聚合物 用途： 能有效地携带岩屑、清洗井眼 能有效地抑制泥页岩的水化分散、防止地层坍塌 由于其适度絮凝的特点，因此它可以保证钻井液体 系的低固相、低密度，有利于提高钻速
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钻井液概况
（3）70年代以后，以聚合物不分散钻井液为主要类型的阶段。 分为以下几种类型： ①部分水解聚丙烯酰胺体系。 ②氯化钾聚合物钻井液体系。 ③羟乙基纤维素体系。 ④醋酸钾水解聚丙烯酰胺体系。 ⑤磷酸钾盐非离子型聚合物体系。 ⑥聚丙烯与聚乙二醇共聚物（COP／PPG）体系。 ⑦阳离子聚合物体系。 这一阶段油基钻井液体系、深井钻井液技术也取得了很大 进展。 90年代，阳离子聚合物钻井液和正电胶钻井液的广泛应用，
主要内容
一部分、钻井液概况 二部分、现场应用简况
三部分、结论
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钻井液概况
一、钻 井 液 的 功 用 钻井液（Dri11ing F1uids）是指油气 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。钻井液又称做钻井 泥浆（Drilling Muds），或简称为泥浆（ Muds）。钻井液最基本的功用有以下几点： 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
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钻井液概况
对钻井液的限制:
钻井液既不能伤害钻井人员也不能损害或污染 环境 对所钻井眼，不需要特殊或昂贵的完井方法 不能干扰生产层的生产能力 不能腐蚀或引起钻井设备的严重磨损
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现场应用简况
现场应用的几种泥浆材料
防塌润滑剂 PF-GRA
组分： 改性石墨
用途： 用做页岩抑制剂，防止井壁坍塌 做为水基钻井液的润滑剂 提高钻井速度，可适用于大斜度井及水平井钻井液中
按其固相含量的不同，可分为低固相钻井液，和无 固相钻井液。 根据流体介质的不同，可分为水基钻井液、油基钻 井液和气体型钻井流体等三种类型，近期又出现了一类合 成基钻井液。
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现场应用简况
现场应用的几种泥浆材料
小阳离子 PF-JFC 组分： 新型季铵盐型有机阳离子化合物 用途： 提高泥浆粘度及切力 防止井壁坍塌，控制地层造浆 能有效地防止钻头泥包，提高净化设备的使用效率
三、钻 井 液 组 成
钻井液概况
水基钻井液是由膨润土、水（或盐水）、各种处理剂、加重材料以及 钻屑所组成的多相分散体系。其中膨润土和钻屑的平均密度均为2.6 g/cm3，通常称它们为低密度固相；而加重材料常被称为高密度固相 。最常用的加重材料为API重晶石，其密度为4.2 g/cm3。膨润土和重 晶石等加重材料称做有用固相，而将钻屑称做无用固相。 油基钻井液是以水相为分散相，油相为连续相，并添加乳化剂、润湿 剂、亲油的固体处理剂（有机土、氧化沥青等）、石灰和加重材料等 所形成的乳状液体系。
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现场应用简况
现场应用的几种泥浆材料
聚阴离子纤维素PAC-HV 组分： 聚阴离子纤维素 用途： 控制钻井液的滤失量，形成薄、光滑而韧的泥饼 具有很强的抑制粘土膨胀能力 改善和稳定钻井液的流变性 能增加携带钻屑的能力，有效地清洁井眼 增加胶体的稳定性和泥浆的抗污染能力
PRD体系---值得大力推荐的新型钻井液体系
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现场应用简况
现场应用的几种泥浆材料
润滑剂 PF-LUBE
组分： 以植物油（或无毒害、低荧光的矿物油）为主要原料，再加其它表面活 性剂反应生成 用途： PF-LUBE可广范应用于各种水基泥桨作为润滑剂，尤其在大斜度井、高 温高压井，其使用效果更佳 改善泥浆、泥饼的润滑性，防止粘附卡钻 在大斜度井中，以油膜的形式吸附在钻具表面减小扭矩
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现场应用简况
现场应用的几种泥浆材料
抗高温、抗盐降滤失剂 PF-TEMP
组分： 属于褐煤树脂类产品 用途： 降滤失剂效果明显，对高温高压滤失量的降低更是效果显著 改善泥饼质量，降低摩阻 增加润滑性提高钻速，可适用于大斜度井及水平井钻井液
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钻井液概况
二、钻 井 液 的 类 型
按其密度大小可分为非加重钻井液和加重钻井液。 按与粘土水化作用的强弱可分为非抑制性钻井液和 抑制性钻井液。
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现场应用简况
目前常用泥浆体系
小阳离子体系---SZ36-1，LD生产井泥浆体系 PF-JFC/PF-PLUS体系---在QHD32-6地区成功应用 PF-PLUS/KCl体系---目前BZ25-1应用体系 PEM体系---达到国际标准的钻井液体系
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