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第二章钻井液与油气层保护技术第一节钻井液性能对钻井的影响一、钻井液的稳定性钻井液是一种分散体系，即粘土分散在水中。
钻井液中的粘土颗粒多数在悬浮体范围(O．1～O．2um)内，少数在溶胶范围(O．1um～1nm)内，所以钻井液是溶胶与悬浮体的混合物。
钻井液中胶体颗粒含量的大小，对钻井液的稳定性影响很大。
胶体含量的大小主要取决于粘土在钻井液中的分散状态—分散、絮凝和聚结。
粘土的造浆率高，颗粒分散得细，钻井液相对来讲就稳定；若粘土造浆率低，颗粒分散得粗，钻井液相对来讲就不稳定，易呈絮凝或聚结状态。
因此，钻井液稳定的首要条件是钻井液中粘土颗粒要细，即从粘土在水中的稳定角度来看，分散得越细越好(胶体含量越高越好)。
这种稳定性称为沉降稳定性。
然而，即使很细的颗粒，因它具有极大的表面积和很高的表面能，根据表面能自发减小的原理，其发展趋势必然是小颗粒自行聚结变大，最后下沉。
由于某种原因分散相颗粒具有对抗小颗粒自行粘结变大所具有的性质称为聚结稳定性。
沉降稳定性和聚结稳定性是互相联系的。
只有保持聚结稳定性，使小颗粒不聚结为大颗粒，钻井液才能有沉降稳定性，才不至于因聚结而下沉。
所以，聚结稳定性是矛盾的主要方面。
二、钻井液几个重要的流变参数(1)动切应力(屈服值)。
动切应力(rn)反映钻井液在层流流态时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力(形成空间网架结构之力)。
影响动切应力的因素有钻井液的固相含量、固体分散度、粘土的水化程度、粘土吸附处理剂的情况及聚合物的使用等。
(2)表观粘度。
又称有效粘度或视粘度。
它的定义是在某一速度梯度下，用流速梯度去除相应的切应力所得的商。
表观粘度不仅与流体本身性质有关，还受测定仪器的几何形状和尺寸、速度梯度的变化及测量方法的影响。
(3)塑性粘度。
塑性粘度是指钻井液在层流时，钻井液中的固体颗粒与固体颗粒之间，固体颗粒与液体分子之间，液体分子与液体分子之间三种内摩擦力的总和。
(4)触变性。
《泥浆工艺原理》复习资料第一章——钻井液概论1.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。
钻井液功用：（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。
2.密度（1）低密度活性固相（粘土）：2.2g cm-3 2.3g cm-3（2）低密度惰性固相（钻屑）：2.5 g cm-3 2.7 g cm-3(平均：=2.6g cm-3)（3）钻井液密度低密度：g cm-3中高密度：1.8 g cm-3 2.5g cm-3高密度：2.5g cm-3 3.0 g cm-3超高密度： 3.0 g cm-3（4）加重材料API重晶石：=4.2 g cm-3石灰石粉：2.7g cm-3 2.9 g cm-3铁矿粉：4.9 g cm-3 5.3 g cm-3钛铁矿粉：4.5 g cm-3 5.1 g cm-3方铅矿：7.4 g cm-37.7 g cm-3（5）无机处理剂纯碱：2.5 g cm-3烧碱:2.0—2.2 g cm-33.钻井液密度作用（1）稳定井壁，防井塌。
（2）实现近平衡钻井技术，减少压持效应，提高机械钻速。
（3）平衡地层压力，防止井喷、井漏和钻井液受地层流体污染。
（4）钻开油气层，合理选择钻井液密度，减少钻井液对产层的伤害。
4.实际应用中，大多数钻井液pH控制在8—11之间，维持一个较弱的碱性环境。
酚酞变色点：pH=8.3左右；甲基橙变色点：pH=4.3左右。
常温下：10%Na2CO3(aq) pH=11.1；Ca(OH)2(饱和aq) pH=12.1 ；10%NaOH(aq) pH=12.9；5. 钻井液组成①分散介质+分散相+化学处理剂②连续相+不连续相③液相+固相+化学处理剂6.钻井液含砂量：钻井液中不能通过200目筛的砂粒体积占钻井液体积的百分数。
一般砂含.【即粒径74的砂粒占钻井液总体积的百分数】第二章——粘土矿物和粘土胶体化学基础1.相：物质物理化学性质完全相同的均匀部分。
第二章、钻井液基础知识钻井液在钻井中的作用。
1、清洗井底，携带岩屑，保持井底清洁，保证钻头不断地破碎地层，使钻进不中断。
2、平衡地层中的流体（油、气、水）压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。
3、平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。
4、发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。
5、悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。
另外承受钻杆和套管的部分重力。
6、润滑并冷却钻头，钻具。
7、防止地层中盐水、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的化学污染，防止硫化氢污染和损害。
8、利用钻井液，准确获得井下资料。
一、钻井液性能与钻井工作的关系一）、钻井液密度与钻井的关系密度过大有以下害处：1、损害油气层；2、降低钻井速度；3、过大压差造成压差卡钻；4、易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；6、多消耗钻井液材料及动力；7、抗污染能力下降。
密度过低则容易发生井喷、井塌（尤其是负压钻井）、缩径（对塑性地层，如较纯的粘土、盐岩层等）及携屑能力下降等。
二）、钻井液粘度、切力与钻井的关系1、粘度、切力过大有以下害处。
⑴流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢；⑵净化不良（固控设备不易充分发挥效力），易引起井下复杂情况；⑶易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故；⑷脱气较难，影响气测并易造成气侵。
2、粘度和切力过低也不利于钻井，如：⑴洗井不良，井眼净化效果差；⑵冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故；⑶岩屑过细影响录井。
三）、滤失量和泥饼质量与钻井工作的关系钻井液滤失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题。
1、易造成地层孔隙堵塞而损害油气层，滤液大量进入油气层，会引起油气层的滲透率等物性变化，损害油气层，降低产能。
2、泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高。
3、易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼。
4、在高滲透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻。
第一章粘土矿物1.基本概念：晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外阳离子所置换，而晶体结构不变的现象. 指在硅氧四面体中的硅原子和铝氧四面体中的铝原子被其他原子（通常是低一价的金属原子）所取代阳离子交换容量（C.E.C）:分散介质pH=7时，1kg粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）。
造浆率：1吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为15mPa.s钻井液的体积数，m3/T2.粘土矿物的结构：基本构造单元：硅氧四面体、铝氧八面体基本构造单元片：硅氧面体晶片、铝氧八面体晶片基本结构层：（1）1：1型晶层（2） 2 ：1型晶层：2硅氧四面体晶片+ 1铝氧八面体晶片构成。
3.常见的粘土矿物及其特点：高岭石、蒙脱石、伊利石的结构、性质高岭石A、1 ： 1型粘土矿物B、几乎不存在晶格取代，负电量少C、晶层间引力以氢键为主，引力强，晶层间距C=7.2AD、C.E.C 低（30-150 mmol/kg 土）在三种常见的粘土矿物中，高岭石的C.E.C最低。
原因在于高岭石几乎不存在晶格取代，带负电荷很少，周围吸附的阳离子数目少，可发生交换的阳离子数目就更少了，所以C.E.C 小。
E、造浆率低高岭石晶层间以氢键为主，引力较强，晶层间连接紧密，水分子不易进入晶层间，水化作用仅限于外表面，故水化分散能力差，造浆率低。
蒙脱石膨胀型A、2 ：1型粘土矿物B、存在晶格取代，取代位置主要在Al-O八面体中，即AI3+被Mg2+、Fe2+和Zn2+等取代，产生的负电荷由等量的Na+或Ca2+来平衡。
C、晶层间引力以分子间力为主，引力弱，晶层间距C=9.6A- 40A。
D、C.E.C 大（700-1300 mmol/1kg 土）原因在于蒙脱石存在晶格取代（AI-O八面体中），所以带负电荷较多，周围吸附的阳离子数目较多，可发生交换的阳离子数目多，所以C.E.C大。
E、造浆率高因为蒙脱石具有很强的水化膨胀能力，造浆率高，所以它是钻井泥浆的主要配浆材料。
第一章钻井的工程地质条件1.简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答：静液压力：是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地应力：钻井工程施工之前存在于地下某点的应力状态为原地应力状态。
地层孔隙压力：岩石孔隙中流体所具有的压力。
也称地层压力。
上覆岩层压力：是指由上覆岩层重力产生的铅垂方向的地应力分量。
该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力：是指由岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力。
也称有效上覆岩层压力或骨架应力。
地层破裂压力：地层某深度处的井壁产生拉伸破坏时的应力地层坍塌压力：地层某深度处的井壁产生剪切破坏时的应力上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和2、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快，岩石颗粒就没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
3、简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：所以随井深的增加，地层中岩石密度逐渐变大，而岩石的孔隙度变小。
随着井深的增加，岩石的强度增大。
在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石的孔隙度减小，声波速度增大，声波时差减小。
在正常地层压力情况下，机械钻速随井深增加而减小，d指数随井深增加而增大。
所以dc指数也随井深的增加而增大。
4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力。
答：在井下一定深度的裸露地层，承受流体压力的能力是有限的，当液体压力达到一定数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。
