常用钻井液材料密度范围
石油钻井用钻井液类型及相关知识
石油钻井用钻井液类型及相关知识一、抑制性聚合物钻井液（一）代号：P—Fe（二）特点：本钻井液是以PHP作为絮凝剂，抑制地层造浆；以FCLS配合烧碱水作为稀释剂，控制钻井液粘度、切力及流变性能，以CMC作为降失水剂的抑制性钻井液体系。
具有适应范围广、维护处理简单、成本低等特点。
（三）推荐使用范围：油田各地区3200米以内的井，水型不限。
（四）主要组分：1、低密度固相含量不大于10%2、PHP 0.1-0.3%3、FCLS 1—2%4、CMC 0.3—0.5%5、烧碱水用于调节PH值6、加重按设计要求（五）性能指标1、密度：非加重钻井液不大于1.15g/cm32、漏斗粘度：28—45S3、API失水：10—5ml4、静切力G：2—5/3—8 Pa5、含砂量：＜0.5%6、PH值:淡水9—11;咸水:11—137、塑性粘度:8—20mPa.S8、动切力：3—6Pa（六）维护处理要点：1、大循环改小循环以后，使用震动筛、除砂器控制固相含量，配合清水调整性能1—2周，进行转化处理。
本次处理主要以控制低粘、低切、降低失水为目的。
（采用PHP、FCLS 、NaOH、CMC综合处理）。
2、转化处理以后，用PHP配合烧碱水进行维护处理。
PHP应配成0.5—1%溶液，每班定量均匀加入。
东营组以上地层，钻井液中PHP保持0.1—0.15%的含量。
进入沙河街组地层，PHP保持0.2—0.3%的含量，烧碱量以维护要求的PH为佳。
3、每只钻头下钻完，根据性能要求，用清水、FCLS配合烧碱水处理，用CMC控制失水。
根据失水量的大小决定其用量，然后用PHP维护性能。
FCLS 与烧碱水的比例：一般按淡水2：1；咸水1：1或1：2。
4、钻进中坚持使用好固控设备，保持含砂量小于0.5%。
5、加重前，先用FCLS与烧碱水进行降粘切处理之后再进行加重。
加重时，应按加入的重晶石数量补充0.05—0.1%的PHP量，以确保重晶石在钻井液中的悬浮。
钻井液处理剂类型与功用1121
防塌/抑制剂 降粘剂 提粘/流型调节剂 润滑剂 堵漏剂 其他
三、加重材料
（一）固体加重剂
名称 重晶石 石灰石 铁矿粉 钛铁矿粉 方铅矿
分子式
BaSO4 CaCO3 Fe2O3 TiO2. Fe2O3 PbS
密度g/cm3 4.2-4.6 2.7-2.9 4.9-5.3 4.5-5.1 7.4-7.7
三、加重材料
BZ-W3
加量(W/V水) 10%
密度(g/cm3) 1.072
加量(W/V水) 160%
密度(g/cm3) 1.635
20%
1.123
170%
1.653
30%
1.195
180%
1.675
40%
1.240
190%
1.689
50%
1.306
200%
1.701
加
60%
1.342
210%
1.713
BZ-W2
加量(W/V水) 10%
20%
30%
40%
50%
加
60%
量
70%
和
80%
密
90%
度
100%
的
110%
关 系
120% 130%
140%
150%
密度(g/cm3) 1.06 1.12 1.16 1.23 1.26 1.33 1.35 1.37 1.40 1.43 1.45 1.47 1.50 1.53 1.55
2.几种常见粘土矿物的晶体构造
（2）高岭石（1:1型）： 一层四面体片和一层八面体 片组成，所有硅氧四面体的 尖顶都朝向八面体，通过共 用氧原子连接成晶层。晶层 间连接紧密，阳离子交换容 量低，水化分散性膨胀性差， 矿物稳定行强，C轴间距 =7.2埃。
常用钻井液材料(井相关)
常用钻井液材料一膨润土类一、组成膨润土是岩浆岩或变质岩中硅酸盐矿物（如长石）风化沉积形成的，其组成为1、粘土矿物：蒙脱石、高岭石、伊利石和海泡石，钻井用膨润土主要粘土矿物为蒙脱石，含量在70%以上。
2、砂子：石膏、石英、长石、云母、氧化铁等含量越小越好。
3、染色物：木屑、树叶及腐质物起染色作用，膨润土有红色、黄色、紫色等不同颜色，就是这个原因。
4、可溶性盐类：碳酸盐、硫酸盐和氯化物等。
二、分类膨润土分为钙基膨润土钠基膨润土和改性膨润土三种。
1、钙基膨润土：造浆率8-12立方米每吨。
2、钠基膨润：造浆率15-18立方米每吨。
3、改性膨润土：通过加入纯碱、烧碱、羧甲基纤维素、低分子量聚丙烯酰胺等无机盐和有机分散剂来提高膨润土的造浆率，达到钠基膨润土性能指标。
三、作用及用途1、堵漏：黄土层漏失、基岩裂隙漏失都需要用来配浆堵漏。
2、护壁：在井壁上形成泥饼，减少钻井液内的水份向井壁渗透，起到保护井壁稳定的作用。
3、携砂：配制一定数量的高比重大粘度的膨润土泥浆定期打入井内，将井内掉块、岩屑顺利携带出井外，保持井内干净。
4、配治塌泥浆：井壁长时间浸泡发生垮塌，常规泥浆仍不能维护井壁时，就要加膨润土以提高比重、切力、粘度达到稳定井壁之目的。
5、配加重泥浆：遇到涌水或高压油气层时，都需在泥浆中加膨润土来平衡地层压力。
6、配完井液和封闭浆：为顺利测井，完钻时需配完钻液；在易塌井段需配封闭浆，这些都需加膨润土。
四、影响膨润土性能的因素1、原矿质量：原矿石蒙脱石含量高低是影响膨润土性能最重要的因素，蒙脱石含量越高，膨润土造浆率相应地就高。
2、粒度：粒度越细造浆率相应的就越高，反之亦然。
3、添加剂：合理地加入分散剂，会明显改善膨润土的性能。
4、水质：膨润土在高矿化度和酸性中水造浆率会明显降低甚至不造浆。
五、简单测试1、造浆率：1吨膨润土配制出胶体率95%以上的泥浆的体积。
如造浆率15立方米每吨，就是在100克水中加6.67克膨润土搅拌30分钟倒入试管（100毫升）中，24小时胶体率在95%以上。
基础知识--04钻井液性能严选荟萃
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钻井液性能的概念、基本要 求及性能调节
--流变参数
钻井液切力的调整 （1）提高钻井液切力的方法
1）提高钻井液中固体颗粒含量。 2）提高粘土颗粒分散度。 3）加入水溶性高分子化合物，如XC等。 （2）降低钻井液切力的方法 1）加水或低浓度处理剂溶液，降低粘土含量。 2）加稀释剂
说明：Φ600、Φ300、Φ3代表外筒转600转/分、 300 转/分、3转/分从仪器刻度盘上读到的格数。
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钻井液性能的概念、基本要 求及性能调节
--流变参数
塑性流体和粘塑性流体 ：
表观粘度
AV
1 2
600
（mPa•s）
塑性粘度
PV 600 300
（mPa•s）
动切力
（Pa）
YP 0.511(300 PV ) 0.511(2300 600 )
--流变参数
4、表观粘度和剪切稀释特性
（1）表观粘度 对于非牛顿流体，剪切应力和剪切速率的比值不
是一个常数，这就意味着不能用同一粘度值来描述它 在不同剪切速率下的流动特性。因此，有必要引入表 观粘度这一概念。
表 观 粘 度 又 称 为 有 效 粘 度 （ Effective Viscosity）。它是在某一剪切速率下，剪切应力与 剪切速率的比值。符号：“AV”，常用单位：mPa.s 。
井液静止时间有关。
统一规定，钻井液静止10s后所测之切力称为初切力，用
G10s表示；静止10 min后所测之切力称为终切力，用G10min
表示。
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钻井液性能的概念、基本要 求及性能调节
钻井液参数测定及维护
流变参数的调整
1、调整粘度的方法 （1）条件。当井壁出现垮塌或沉砂过 多，造成起钻遇卡、下钻不到底，井下有 较多的堆积物时，要考虑适当地提高粘度； 堵漏有时也要提高粘度。 钻进泥页岩层；配加重钻井液；钻井 液受可溶性盐类的侵污会使钻井液粘度、 切力上升，导致钻井液流动性变差，洗井 效果差，钻头易泥包，影响钻速，需要降 粘度。
3．动切力
• 钻井液的动切应力反映的是钻井液在层流
时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间相互
作用力的大小，即钻井液内部形成的网状 结构能力的强弱。用YP或者τ 0表示，单位 是Pa（帕）。
4．表观粘度
• 钻井液的表观粘度又称有效粘度或视粘度，
是钻井液在某一速度梯度下，剪切应力与
速度梯度的比值，用AV表示，单位是 mPa·S（毫帕·秒）。
• 测定方法
• 参数计算
1 600 (m Pa S ) 2 PV 600 300 (m Pa S ) AV
0 0.511 ( 300 s )
( Pa)
稠度系数(K值) (Consistency index) 流性指数(n值) (Flow behavior index) • 检测仪器 • 测定方法 • 参数计算 600 n 3.322lg( ) 300 0.511 300 n K ( Pa S ) n 511
可见，钻井液粘度、切力低，机械钻 速高，但钻井液的悬浮、携带岩屑的能力 下降，井内沉砂快，同时钻井液对井壁的 冲刷严重，易造成井壁剥落坍塌、井漏等 严重后果。钻井液的粘度、切力大，有利 于悬浮、携带岩屑，但粘度、切力过大， 给钻井工作带来下列后果：
（1）钻井液流动阻力大，开泵困难，泵压易升高， 发生蹩泵甚至蹩漏地层，严重影响钻井速度。 （2）钻头易泥包，起下钻易产生抽吸作用或压力激 动以至于引起井漏、井喷、井塌等复杂情况。 （3）岩屑、砂子沉降困难，净化不良，井底洗井效 果差，同时密度上升很快，钻速下降，并摩损钻 具设备和钻井液泵配件。 （4）除气困难，气侵严重时，钻井液密度下降，易 引起井下复杂情况。 （5）岩屑易在井壁形成假泥饼，引起井下遇阻遇卡。 （6）固井时水泥易窜槽，影响固井质量。
钻井液常规性能测定及常用钻井液计算公式
钻井液常规性能测定一.密度的测定1、按平安检查表内容检查仪器，确保仪器平安可靠。
2、将钻井液加热到所需温度。
3、在密度计的杯中注满钻井液，盖上杯盖慢慢拧动压紧。
4、用手指压住杯盖小孔，用清水冲洗并擦干样品杯。
5、把密度计的刀口放在底座的刀垫上，移动游码直到平衡，记录读值。
6、将密度计冼净擦干备用。
二.测定马氏漏斗粘度1、按平安检查表内容检查仪器，确保仪器平安可靠。
2、将漏斗悬挂在墙上，且保证垂直；量杯置于漏斗流出管下面。
3、用手指堵住漏斗流出管下口，将搅拌均匀的泥浆倒入漏斗至筛网底；放开手指，同时启动秒表，待泥浆流满量杯到达它的边缘时，按停秒表。
秒表所示时间即为泥浆粘度，单位为s。
4、使用完毕，将仪器洗净擦干。
三.流变的测定〔ZNN-D6六速旋转粘度计〕1、按平安检查表内容检查仪器，确保仪器平安可靠。
2、使用前检查读数指针是否对准刻度盘“0〞位，落下托盘，装配好内、外筒。
3、将搅拌均匀的泥浆倒入样品杯至刻度线、将样品杯置于托盘上，上升托盘使液面至外筒刻度线，拧紧托盘手轮。
4、调整变速手把和转速开关，迅速从高到低进行测量，待刻度盘稳定后，分别读取各转速下刻度盘的偏转格数。
5、测量完毕，落下托盘，卸下外筒，将内、外筒及样品杯洗净擦干。
四.钻井液失水的测定1、按平安检查表内容检查仪器，确保仪器平安可靠。
2、用手指堵住泥浆杯底部小孔，将搅拌均匀的泥浆倒入杯内至刻度线处，按顺序放入“O〞型密封圈、滤纸、杯盖和杯盖卡，将杯盖卡旋转90°并拧紧旋转手柄。
3、将组装好的泥浆杯组件倒置嵌入气源接头并旋转90°；将量筒置于失水仪下方并对准滤液流出孔。
4、调节气源压力至0.7MPa，翻开气源手柄并同时启动秒表，收集滤液于量筒之中。
5、当秒表指示为30min时，将悬于滤液流出孔的液滴收集于量筒之中并移开量筒，此量筒中液体体积即为滤失量。
6、关闭气源手柄，放出泥浆杯中余气；卸下泥浆杯组件，倒去泥浆并洗净擦干。
钻井液处理剂名称及作用
方铅矿粉（硫化铅）
PbS，铅灰色，性脆易碎，密度大硬度低
常温密度7.5～7.6g/cm3，不溶于水和碱而可溶于酸，利于油井酸化
Fe3O4
磁铁矿粉（四氧化三铁）
Fe3O4，黑色微带蓝色，有强磁性
常温密度4.9～5.9g/cm3，不溶于水、乙醇和乙醚而可溶于酸，使用时应消磁，但硬度太高，可将钻井液密度提高到2.50g/cm3。
1.5～3
乌鲁木齐天星化工厂
四、增粘剂
代号
名称
组成及功能
推荐加量%
生产厂
PHMP
甲叉基聚丙烯酰铵干粉
白银有色金属公司选矿药剂厂
CT-91
羧甲基羟乙基纤维素
泸州天然气研究所
XC
生物聚合物（黄原胶）
河北新河县生物化学厂
PMHC
复合金属离子增粘降滤失
复合金属两性离子聚合物由多种阳离子、阴离子非离子等单体和复合金属离子共聚而成的水溶性高分子聚合物具有两性离子增粘剂的强抑制性包被性增粘性还具有MMH的良好流变性能的特点。用作增粘剂包被剂和流型改进剂，提高粘度和动塑比，剪切稀释能力强，抑制泥页岩和钻屑的水化膨胀分散抗温抗盐钙，适用于淡水海水饱和盐水浆配伍性好
新乡第五化工厂
SM-1
改性石棉纤维
四川彭县岷江石棉制品厂
HEC
羟乙基纤维素
有纤维素碱化后经氧乙烷羟乙基化而成，用作完井液及修井液提粘切尤其在盐水中增粘效果较好，并降失水，可溶于酸，便于酸化，保护产层。
无锡表面活性剂厂
PAC
聚阴离子纤维素
中原钻井一公司劳动服务公司
ZW-1
高效增粘剂
安丘城能膨润土厂
KP241
斯盘—80
四川威远天然气化工厂
钻井液材料规范
加50 ml 士 1 ml去离子水至滴定容器。加约2 ml缓冲溶液和足量硬度指示剂，以呈现明显的蓝色。摇动使之混匀。如这时溶液呈现的颜色并非明显蓝色，则表明仪器或水被污染。寻找并消除污染源，重新进行实验。
实验步骤（以重晶石粉为例）
实验步骤（以重晶石粉为例）
实验步骤（以重晶石粉为例） a.黏度效应指密度为2.50 g/cm3的重晶石粉蒸馏水悬浮液，经搅拌并养护24h后，该悬浮液在加人硫酸钙前后的表观黏度。 b.用250 ml蒸馏水配制密度为2.50 g/cm3的重晶石粉蒸馏水悬浮液，其重晶石粉加量可按下式求得：
滤失仪：低温低压式，符合GB/T16783.1-2006；
滤纸：Whatman 50 型，或等效物；
容器：带盖，容量约为500ml；
去离子水或蒸馏水；
量筒：两只，容量 500ml±5ml和10ml±0.1ml；
计时器：两个，机械式或电子式。
实验步骤（以钻井级膨润土为例）： 流变性： a.制备膨润土悬浮液。边在搅拌器上搅拌边向350 ml 士5 ml去离子水中加入22.5g士0.01g膨润土 (收到的样品)。 b.在搅拌5 min±0.5 min后，从搅拌器上取下搅拌杯，用刮刀刮下粘在杯壁上的所有膨润土。将粘在刮刀上的所有膨润土混到悬浮液中。 c.将撹拌杯重新放到撹拌器上继续搅拌。必要时，再过5 min和10 min后从搅拌器上取下搅拌 杯,刮下粘在杯壁上的所有膨润土。总搅拌时间应为20 min士 1 min。
用移液管量取b中的滤液10 ml转移至c中的溶液中，摇匀。若溶液呈现蓝色则表明硬度为零，试验结束。如果有钙或镁存在，将出现酒红色。将滤液体积记作V4。
石油钻井液性能基础
钻井液性能 4) 钻井液滤液碱度两种测定方法对比
缺 点
优 点
方 法
a) Mf 滴定中有干扰 b) 通常碳酸氢根测定结果偏高
a) 传统的方法 b) 用一个样品滴定二次
Pf/Mf
a) 用三个样品滴定三次 b) 碱的测定很关键 c) 使用有毒物质(BaCl2)
a)消除Mf滴定中的干扰
P1/P2
钻井液性能 15、氯离子浓度(Chloride Concentration) 测定方法：以铬酸钾溶液为指示剂，用硝酸银标准溶液(0.0282mol/l)滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变为橙红色并能保持30s即为滴定终点。 计算： CCl-＝ CNaCl＝1.65 CCl- 式中： CCl- －滤液中的Cl-浓度，mg/l； CNaCl －滤液中的NaCl含量，mg/l； VAgNO －滴定所消耗的硝酸银溶液体积，ml； V －滤液样品体积，ml。 注：若滤液中的氯离子浓度超过10,000mg/l，可使用每毫升相当于0.01g氯离子的硝酸银溶液(0.282mol/l)，此时，把上式中的系数1000改为10000。
钻井液性能 5、动切力(Yield Point) 钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构强度，用直读式粘度计测定，用YP表示，单位为Pa。 动切力的计算： YP = AV－PV 或 YP = (300 －PV) 英制单位为lb/100ft2，Pa = 0.5 lb/100ft2。
1 b━ lg
钻井液性能 (5) 低密度固相、加重材料和悬浮固相浓度的计算： Clg = 9.96lgVlg Cb = 9.96bVb Css = Clg + Cb 式中：Clg －低密度固相浓度，kg/m3； Cb －加重材料浓度， kg/m3 ； Css－悬浮固相浓度， kg/m3 。
水基钻井液体系介绍
BZ25-1C
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2777
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PEC和PEM钻井液对比
PEC钻井液较PEM钻井液优点：
可提供较好的携砂和悬浮能力，有利于钻速很快的井的作业，如渤海 的优快钻井 由于携带效果好，环空岩屑浓度低，生产井作业钻速较PEM泥体系作 业的井快 生产井起钻相对较PEM体系作业的井快 电测一次成功率更高 油层浸泡时间更短，有利于油层保护 体系本身对渤中25-1油田和NB35-2油田油层保护能力略强于PEM钻井 液（对以上两个油田的天然岩心渗透率恢复值高于用PEM钻井液做的实 验） 使用有机抑制剂，不用无机盐抑制剂，对测井影响较小
Protecting Environment Mud
TM
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PEM钻井液体系
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
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PEM 泥浆钻井液体系 PF-JLX 的浊点效应
A
B
C
A: 低于浊点，全部可溶。 B: 在浊点处，不溶且为雾滴壮。 C: 高于浊点，形成胶束。 COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006 7
PEM 泥浆钻井液体系 作用原理
• PF-JLX 胶素能够侵入孔吼并堵塞防止泥浆进 一步进入地层. • PF-JLX 包被钻屑防止分散和水化. • PF-JLX 能吸附在钻具和井壁改善润滑性. • PF-JLX 能增加泥饼韧性，降低失水.