钻井液分类：
钻井液分类：
水基钻井液：6 类。
不分散：开钻泥浆、自然造浆泥浆、轻度处理的泥浆。不加分散剂。
分散：较深深度和较高密度井段，加有各种分散剂，比如木质素磺酸盐、褐煤或
者丹宁类等分散剂。
钙处理：石灰、石膏和氯化钙钻井液。主要通过钙例子控制页岩垮塌和井眼扩大。
聚合物：加有长链聚合物，起到包被钻屑、增加粘度和降低失水的作用。
低固相：固相类型和含量严格控制。总固相不超过6%~10%，粘土相3%左右或
者更低。
盐水：饱和盐水、海水、盐水。加有CMC、淀粉和其它处理剂。
油基钻井液：需要钻井液稳定和抑制性的时候。比如：高温、深井、粘卡、井壁垮
塌。反相乳化钻井液、全油基钻井液。
合成基钻井液：主要是具有油基钻井液的优点但对环境损害小。基液主要有酯、醚
类、聚α烯烃、异构化α烯烃
泡沫（泡沫钻井）、空气（干空气钻井）、雾（雾化钻井）和气体（充气钻井）钻井
液
我国常用于钻深井和超深井的三磺钻井液的典型配方及性能如表6-3
所示。在这种钻井液中，三种磺化类产品用作主处理剂，其中磺化栲胶（SMT）
是抗高温降粘剂，磺化褐煤（SMC）与磺化酚醛树脂（SMP-1）配合使用，
具有很强的降滤失作用；添加适量的红矾钾和Span-80，都是为了增强体系
的抗温能力。
表6-3 分散型三磺钻井液的推荐配方及性能
基 本 配 方 可 达 到 的 性 能
材 料 名 称 加 量（kg/m3） 项 目 指 标
膨润土 80～150 密度（g/cm3） 1.15～2.00
纯碱 5～8 漏斗粘度（s） 30～60
磺化褐煤 30～50 API滤失量（ml） ≤5
磺化栲胶 5～15 HTHP滤失量（ml） 15左右
磺化酚醛树脂 30～50 泥饼（mm） 0.5～1
或SLSP 40～60 塑性粘度（mPa﹒s） 10～15
红矾钾（或钠） 2～4 动切力（Pa） 3～8
CMC（低粘） 10～15 静切力（初/终，Pa） 0～5/2～15
Span-80
3～5 pH值 ≥10
润滑剂 5～15 含砂量（%） 0.5～1
烧碱 3左右
重晶石 视需要而定
各类无机盐 视需要而定
钻井液与完井液1
钻井液密度
– 平衡地层压力，防止井喷、井漏和钻井液受地层流 体的污染；
– 平衡地层压力，保持井壁稳定，防止井塌； – 实现近平衡钻井技术，减少压持效应，提高机械钻
速； – 合理选择打开油气层的钻井液密度，减少钻井液对 产层的伤害。 • 用比重秤测定。
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钻井液的含砂量
– 定义:钻井液中不能通过200目筛的固相的体 积占钻井液体积的百分数。一般要求小于0.5 ％。
主要解决问题： 快速钻井 保护油气层
典型技术： 不分散低固相钻井液 气体钻井 保护油气层的完井液 合成基钻井液 抗高温钻井液
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国内钻井液技术发展特点
• 同样经历了这些阶段，但滞后一定时间; • 水基体系的研究应用比油基体系多; • 深井水基钻井液、防塌钻井液、聚合物钻井液理论较成
熟； • 成功研制了一些钻井液处理剂，如FA367, XY27, SMP,
广义完井液 —— 一切与产层接触的流体（各种盐水、 聚合物溶液、钻井液、泡沫等）。
狭义完井液 —— 钻开油气层的钻井液（钻开液）。 (completion fluid)
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第二节、 钻井液的组成、类型及性能
1. 钻井液的组成 主要由水、粘土和添加剂组成的体系 分散介质+分散相+化学处理剂 连续相+不连续相 液相+固相+化学处理剂
用组分表示的配方为： 5%膨润土浆+1%处理剂
配方表示的特点： • 用W/V百分数表示组分。 • 不考虑处理剂的体积。
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钻井液的组成示例
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2. 钻井液的分类 分类方法多
通常根据分散介质分为四大类：
水基钻井液（Water-Base Drilling Fluids） 油基钻井液（Oil-Base Drilling Fluids） 气态钻井液（Gas-Base Drilling Fluids） 合成基钻井液(Synthetic-Base Drilling Fluids)
钻井液与完井液
一般分类
淡水 : NaCL 1%; Ca 2 120 mg / L 饱和 ) : NaCL 1%(W / V ) 盐水( 海水 石膏 / 石灰 钙处理( ) : Ca 2 120 mg / L 水基 CaCL2 低固相( PAM ) : S ( V固 ) 4% FA367 V浆 混油(Oil / Water ) : Oil 10 %
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习题：1、9、10
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第二章、 粘土胶体化学基础
本章要求重点掌握内容：
1. 几种粘土矿物的晶体构造及其特点。
2. 粘土水化机理。 3. 扩散双电层理论和电解质对电动电势的影响。 4. 胶体体系的基本概念。 5. 聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响因素。
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学习本章的意义
• 粘土是配浆的基础材料 • 泥浆是粘土 水的溶胶 悬浮体
– 钻井液中活性粘土的数量。 – 水基钻井液都有一个合适的膨润土含量， MBT过高，钻井液的粘度、切力增大，泥饼 增厚，容易造成井下事故。 MBT过小，钻井液的粘度、切力急剧下降， 失水增大。
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钻井液不应具有的性能
• • • • • • • • 伤害钻井人员，损害或污染环境 对所设计的地层评估有不利的性能 对产层产生伤害 对钻井设备和管材造成较大腐蚀 Detrimental to the operators and environment. Detrimental to the formation evaluation . Cause any formation damage. Cause any corrosion of the drilling equipment and subsurface tubulars.
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油气井钻井液体系分析及研究
油气井钻井液体系分析及研究随着油气资源的不断开发，钻井液的研究也越来越重要。
油气井钻井液体系是由多种化学物质组成的，可以根据其组成分为水基、油基和气基钻井液体系。
本文将从钻井液的物理化学特性、分类、应用和研究进展等方面进行探讨。
一、钻井液物理化学特性1.密度：钻井液的密度需要适当地调整，以保证井底压力正常，控制钻杆运动和油管回流，防止井口喷出。
2.黏度：黏度也是决定钻井液性能的一个重要指标。
黏度低的钻井液能够降低井筒阻力并提高洗井质量。
3.PH值：PH值通常在8-10之间，这是为了避免钻井液对地层的腐蚀和侵蚀。
4.泡沫度：泡沫度是油气钻井液的重要指标之一。
合适的泡沫度可保持井壁的稳定性，防止井壁崩塌，同时也有助于控制井底压力。
二、钻井液的分类1.水基钻井液：水基钻井液是目前使用最为广泛的钻井液，其主要成分为水、泥、聚合物材料以及一些添加剂。
水基钻井液相对来说价格比较实惠，但缺点是不适合一些高硫、高岩性、高温高压、高盐度的井。
2.油基钻井液：油基钻井液投资和使用成本相对较高，但优点是能够满足复杂地质情况下的钻井作业需求。
油基钻井液具有较强的化学稳定性和热稳定性，同时也具有低毒性，不会对环境造成污染。
3.气基钻井液：气基钻井液具有低黏度、高效率、对环境污染小等特点，但是价格较高，使用范围也较为有限。
三、钻井液的应用1.减阻除杂：钻井液通过旋转钻铤和注入钻井液来清除井底杂质，降低井壁阻力。
2.支壁孔、保持井壁稳定：在井口附近形成适当的孔道来保持井壁的稳定性。
3.导吸捞渣：在钻井时每过一定时间就要进行清理井底杂质，导吸捞渣就是用钻井液将杂质吸入到井底，然后抽出到地面。
四、钻井液研究进展近年来，国内外学者在钻井液领域开展了很多研究，其中不乏一些有意义的成果和突破。
例如，防漏减阻水基钻井液研制成为目前水基钻井液领域的热点问题之一，该钻井液能够同时满足沉积岩和结晶岩的掏污需求。
此外，在油基钻井液领域，一些合成油基钻井液已被广泛应用，该类钻井液能够承受高温高压环境的作业需求。
钻井液复习资料
钻井液复习资料1、钻井液概念：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。
2、钻井液功能：（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）传递水压力（5）获取井下信息（6）保护油气层3、钻井液类型：（1）分散钻井液（2）钙处理剂钻井液（3）盐水钻井液（4）饱和盐水钻井液（5）聚合物钻井液4、黏土矿物有哪三种：高岭石、蒙脱石、伊利石5、晶格取代的概念：在其结构中某些原子被其他化合价不同的原子取代而晶体骨架保持不变的作用6、黏土晶体的电荷分为哪三种：永久荷载、可变荷载、正电荷7、交换型阳离子的概念：黏土一般带负电，为了保持电中性，黏土必然从分散介质中吸附等电量的阳离子，这些被黏土吸附的阳离子，可以被分散介质中其他阳离子所交换。
8、黏土阳离子交换容量：在分散介质PH=7的条件下，黏土所能交换阳离子的总量。
9、黏土水化膨胀受哪三种力的制约：表面水化力、渗透水化力、毛细管作用。
10、表面水化、渗透水化的概念：表面水化是由黏土晶体表面吸附水分子与交换性阳离子水化而引起的；渗透水化是当黏土表面吸附的阳离子浓度高于介质中的浓度，便产生渗透压，从而引起水分向黏土晶层扩散的现象。
11、分散介质和分散项的概念：被分散的物质叫分散相。
包围分散相的另一相称为分散介质。
12、吸附作用及其分类：物质在俩相界面上自动浓集（界面浓度大于内部浓度）的现象。
吸附分为物理吸附和化学吸附。
13、电动电位、热力学电位的概念：滑动面到均匀液相内的电位称为电动电位。
从固相表面到均匀液相内的电位称为热力学电位。
14、动力稳定性、聚结稳定性的概念：动力稳定性是指在重力作用下分散相粒子是否容易下沉的性质。
聚结稳定性是指分散相粒子是否容易自动的聚结变大的性质15、黏土矿物的俩种基本构造是：硅氧八面体、铝氧四面体。
16、钻井液流变性的概念：在外力作用下，钻井液发生流变和变形的特性17、钻井液粘度的物理意义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力。
钻井液与完井液
第一章1钻井液：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)2完井液：在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液，这些作业包括钻开油层、下套管、射孔、防砂、试油、增产措施和修井等。
因此从广义上讲，从钻开油层到采油及各种增产措施过程中的每一个作业环节，所使用的与产层接触的各种工作液体系统称为完井液。
3钻井液的功能: 1．携带和悬浮岩屑(这是钻井液首要和最基本的功用)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5．获取井下信息6。
保护油气层4钻井液类型：1.分散钻井液2．钙处理钻井液3．盐水钻井液4．饱和盐水钻井液5．聚合物钻井液6．钾基聚合物钻井液7．油基钻井油8．合成基钻井液9．气体型钻并流体10．保护油气田钻井液。
5钻井液的常规性能：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、HTHP滤失量、pH值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量、滤液中各种离子的质量浓度6钻井液密度的调节方法：加重钻井液密度方法：加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。
在加重前，应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相的含量。
一般情况下，所需钻井液密度越高，加重前钻井液固含及粘度、切力应控制得越低。
可溶性无机盐也是提高密度常用方法。
如保护油气层清洁盐水钻井液，通过加入NaCl，可将钻井液密度提高至1.20 g/cm3左右。
降低钻井液密度方法：为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井，通常降低密度的方法有以下几种：(1)清除无用固相: 最主要的方法用机械和化学絮凝的方法清除无用固相，降低钻井液的固相含量。
(2)加水稀释:但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。
(3)混油:但有时会影响地质录井和测井解释。
(4)充气:钻低压油气层时可选用充气钻井液等。
8钻井液的固相含量：钻井液固相含量通常用钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数来表示，固相含量的高低以及这些固相颗粒的类型、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井速度及油气层损害程度等有直接的影响。
钻井液技术与应用
对测井解释和储层可能造成严重危害。
××井采用盐水钻井液钻井，测井解释时误把水层解
释为油层。
股份公司勘探与生产工程监督中心
前言
钻井液对勘探开发投资效率影响大
• 在钻井过程中，油层被打开后，首先接触的外来液体是 钻井液，钻井液就会对油层产生损害，这种损害在钻开 油层的整个过程中都一直存在。钻井液损害油层后，要
的有二项:钻井液和井下工具。
–钻井液对井壁周围的地层性质和井眼稳定影响最大.
控制和平衡地层压力、浸泡井壁、形成泥饼等。
–钻井液受地层影响及破坏最严重.
钻屑、掉块、地层流体侵入等均直接进入钻井液中。
股份公司勘探与生产工程监督中心
前言
钻井液对录井影响大
• 地层物质（包括钻屑、地层流体等）是由钻井液循环带出，因此
润土，对钙、镁等二价离子敏感。
股份公司勘探与生产工程监督中心
一、钻井液的组成与体系分类
氯化钾聚合物钻井液 (1) 基本组成 - 高分子量聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺包被絮凝 剂(PAM、PHPA、KPAM ) - 水解聚丙烯腈降滤失剂(NaPAN、KPAN，NH4PAN) - 低分子量聚合物解絮凝剂或木质素磺酸盐稀释剂(FCLS) - 预水化膨润土 - 烧碱和/或纯碱 (2) 特点 - 强抑制性 - 高温稳定性较好 - 固容能力较强 - 对金属的腐蚀性较强 - 影响电测解释
股份公司勘探与生产工程监督中心
一、钻井液的组成与体系分类
聚磺钻井液 (1) 基本组成 - 高分子量聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺包被絮凝 剂(PAM、PHPA、KPAM) - 水解聚丙烯腈降滤失剂(NaPAN、KPAN，NHห้องสมุดไป่ตู้PAN) - 磺甲基酚醛树脂(SMP)和/或磺甲基褐煤(SMC)和/或褐煤 树脂共聚物(SNPH)降滤失剂 - 磺甲基丹宁稀释剂(SMT) - 磺化沥青防塌剂(FT-1) - 预水化膨润土 - 烧碱和/或纯碱 (2) 特点 - 中等抑制性 - 良好的高温稳定性 - 抗污染能力较强
钻井液和完井液
铁铬木质素磺酸盐 (FCLS)使用 —— 一般配制成碱液使用。 • FCLS碱液旳配制
FCLS : NaOH = 3 ~ 5 :1
（FCLS + NaOH）混合碱液 = 1/5或1/10
例题
40ml FCLS碱液（3：1，1/5）中，含固体 FCLS多少克？NaOH多少克？ 解：FCLS+NaOH总重为：
1.钻井液稠化原因 因为粘土颗粒表面与端面性质不同：
带电情况不同 —— 表面带负电，端面带正电。
Si +
Al +
水化程度不同 —— 表面水化膜厚，端面水化膜薄。
钻井液稠化原因： 当钻井液中固相含量高和外界污染变化粘土表面性
质时，极易形成：端-端、端 — 面联结旳空间片架构造， 从而造成： • 钻井液构造粘度增长； • 片架构造包住大量自由水，流动阻力增长。
降粘剂作用特点
• 主要作用于端面 • 用量少、效果明显 0.5~1%（因为端面少）。 • 降失水与降粘作用有时相一致，有时不同。 • 主要降低 0、 c、’，不降 s。
3. 常见降粘剂
单宁酸钠（NaT） 磺甲基单宁（SMT） 铁铬木质素磺酸盐 (FCLS) 两性离子聚合物降粘剂（XY -27） SSMA(磺化聚苯乙烯顺丁烯二酸酐钠盐） 硅氟降粘剂
• 成本低。
关键： 保持粘土颗粒旳高度分散。
2. 选土与配浆 选土 要求：至少旳土量得到最高旳粘度。 试验观察：不同旳土到达相同粘度时，用土量相差很大。
粘度 mPa.s
优质膨润土
一般粘土
劣质粘土
15 0
土量%
选择配浆土旳指标 —— 造浆率。
造浆率：每吨干土配出表观粘度为15mPa.s旳钻井液旳体 积量。
钻井液体系与材料简介
目录
钻井液概论 钻井液分类 钻井液技术的发展 我国钻井液技术发展概况 国内外钻井液技术对比分析
2
钻井液概论
3
钻井液体系介绍
PEMTM钻井液体系 PECTM钻井液体系 PRDTM储层钻进液 小阳离子钻井液体系 油基钻井液体系 其他钻井液体系简介
4
PEM钻井液体系 钻井液体系
国内领先近10年的环境可接受的水基防塌钻 国内领先近 10 年的 环境可接受的水基防塌钻 10年的 井液体系（ 简称PEM 泥浆体系， PEM泥浆体系 井液体系 （ 简称 PEM 泥浆体系 ， Protecting Mud） 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
9
PEC 钻井液体系
Polymer Enhance Cation Drilling Fluid
TM
10
PEC钻井液体系
主剂PF-JMH-YJ（有机正电胶材料）： 主剂PF-JMH-YJ（有机正电胶材料）： PF PF-JMH-YJ是由阳离子单体合成的，由于机理是需要有强的正电荷，因此 是由阳离子单体合成的，由于机理是需要有强的正电荷， 是由阳离子单体合成的 和小阳离子不同，在阳离子单体的选择上选择了强正电荷的阳离子单体， 和小阳离子不同，在阳离子单体的选择上选择了强正电荷的阳离子单体，而 且在合成工艺上减少了因自聚以及可能造成阳离子电荷下降的因素， 且在合成工艺上减少了因自聚以及可能造成阳离子电荷下降的因素，另外还 在控制分子量上使其分子量降低，从而保证该产品具有高的正电荷， 在控制分子量上使其分子量降低，从而保证该产品具有高的正电荷，其机理 主要是由于粘土表面都带负电荷的，地层粘土矿物高，也会带负电荷， 主要是由于粘土表面都带负电荷的，地层粘土矿物高，也会带负电荷，水进 入后势必会造成水化膨胀，而采用正电荷进入后， 入后势必会造成水化膨胀，而采用正电荷进入后，通过电荷中和使其压缩双 电层，因而减少粘土水化膨胀的可能性，以达到抑制的效果。 电层，因而减少粘土水化膨胀的可能性，以达到抑制的效果。 主剂PF JHA(聚醇醚材料 PF聚醇醚材料）： 主剂PF-JHA(聚醇醚材料）： 醇醚润滑剂是由天然物质（聚乙烯醚的衍生物）经精练提纯后， 醇醚润滑剂是由天然物质（聚乙烯醚的衍生物）经精练提纯后，在一定的 温度和压力下，进行相关的化学处理，使其具有活泼的反应性基团， 温度和压力下，进行相关的化学处理，使其具有活泼的反应性基团，再与低 分子烷氧基化合物缩合而成，由于其固有的结构特征， 分子烷氧基化合物缩合而成，由于其固有的结构特征，使醇醚润滑剂具有与 其他润滑剂比较更为突出的特点。该材料同样具有“浊点”行为。 其他润滑剂比较更为突出的特点。该材料同样具有“浊点”行为。
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 。
钻井液手册——精选推荐
钻井液⼿册1概述1.1 钻井液的组成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；油基钻井液是以⽔为分散相，油为连续相，并添加适量乳化剂、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组成的乳状液体系。
1.2 钻井液的功⽤1.2.1 携带和悬浮岩屑钻井液最基本的功⽤，就是通过其本⾝的循环，将井底被破碎的岩屑携⾄地⾯，保持井眼清洁，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。
在接单根、起下钻或因故停⽌循环时，钻井液⼜将井内的钻屑悬浮在钻并液中，使岩屑不会很快下沉，防⽌沉砂卡钻等情况的发⽣。
1.2.2 稳定井壁和平衡地层压⼒井壁稳定、井眼规则是实现安全、优质、快速钻井的基本条件。
性能良好的钻井液能借助于液相的滤失作⽤，在井壁上形成⼀层薄⽽韧的泥饼，稳固已钻开的地层并阻⽌液相继续⼤量侵⼊地层，减弱泥页岩⽔化膨胀和分散的程度。
与此同时，在钻井过程中需通过不断调整钻井液密度，使钻井液液柱压⼒能够平衡地层压⼒，从⽽防⽌井塌、井漏、井涌或井喷等井下复杂情况的发⽣。
1.2.3 冷却和润滑钻头、钻具钻进中钻头⼀直在⾼温下旋转并破碎岩⽯，产⽣很多热量，同时钻具也不断地与井壁摩擦⽽产⽣热量。
通过钻井液不断地循环作⽤，将这些热量及时吸收，从⽽起到了冷却钻头、钻具，延长其使⽤寿命的作⽤。
由于钻井液的存在，使钻头和钻具均在液体内旋转，因此在很⼤程度上降低了摩擦阻⼒，起到了很好的润滑作⽤。
1.2.4 传递⽔功率钻井液在钻头喷嘴处以极⾼的流速冲击井底钻井速度和破岩效率。
1.2.5 有利于发现油⽓藏为了防⽌和尽可能减少对油⽓层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须与所钻遇的油⽓层相配伍，满⾜保护油⽓层的要求：为了满⾜地质上的要求，所使⽤的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层的评价，有利于发现油⽓藏。
此外钻井液还应对钻井⼈员及环境不发⽣伤害和污染，对井下⼯具和地⾯装备不腐蚀或尽可能减轻腐蚀等。