第七章油基钻井液

钻井液基本概论第一节钻井液的功用、类型和组成一、钻井液的功用钻井液（Drilling Fluids）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）。

钻井液的循环是通过循环泥浆泵来维持的。

通过泥浆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，以清洗井底并携带岩屑。

然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，在到达地面后经排出管线流入泥浆池，再经各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入泥浆泵循环再用。

钻井液流经的各种管件、设备构成了一整套钻井液循环系统。

钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。

随着钻井难度的逐渐增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。

钻井液最基本的功用有以下几点：1、携带和悬浮岩屑钻井液首要和最基本的功用，就是通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的岩屑携至地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，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井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。

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。

性能良好的钻井液应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，以稳固已钻开的地层并阻止液相大量侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。

与此同时，在钻进过程中需通过不断调节钻井液密度，使液柱压力能够平衡地层压力，从而防止井塌和井喷等井下复杂情况的发生。

3、冷却和润滑钻头、钻具在钻进中钻头一直在高温下旋转并破碎岩层，产生很多热量，同时钻具也不断地与井壁磨擦而产生热量。

正是通过钻井液不断地循环作用，将这些热量及时吸收，然后带到地面释放到大气中，从而起到冷却钻头、钻具、延长其使用寿命的作用。

油基钻井液一、油基钻井液发展概述1、定义及类型➢油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。

➢两种油基钻井液——全油基钻井液和油包水乳化钻井液。

在全油基钻井液中，水是无用的组分，其含水量不应超过10%；而在油包水钻井液中，水作为必要组分均匀地分散在柴油中，其含水量一般为10~60%。

2、油基钻井液的优缺点➢与水基钻井液相比较，油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。

➢目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取心液等。

➢油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多，使用时往往会对井场附近的生态环境造成严重影响。

➢为了提高钻速，从20世纪70年代中期开始，较广泛地使用了低胶质油包水乳化钻井液。

➢为保护环境，适应海洋钻探的需要，从80年代初开始，又逐步推广使用了以矿物油作为基油的低毒油包水乳化钻井液。

3、油基钻井液的发展阶段二、油基钻井液的组成1、基油(BaseOil)油包水乳化钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，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的乳状液体系。

•在油包水乳化钻井液中用作连续相的油称为基油，目前普遍使用的基油为柴油(我国常使用零号柴油)和各种低毒矿物油。

•为确保安全，其闪点和燃点应分别在82℃和93℃以上。

•由于柴油中所含的芳烃对钻井设备的橡胶部件有较强的腐蚀作用，因此芳烃含量不宜过高，一般要求柴油的苯胺点在60℃以上。

苯胺点是指等体积的油和苯胺相互溶解时的最低温度。

苯胺点越高，表明油中烷烃含量越高，芳烃含量越低。

•为了有利于对流变性的控制和调整，其粘度不宜过高。

各种基油的物理性质注：Mentor26、Mentor28、Escaid110、LVT和BP8313均为常用矿物油的代号。

2、水相(WaterPhase)：•淡水、盐水或海水均可用作油基钻井液的水相。

钻井液基础知识钻井液的概念：钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。

粘土是具有可塑性的、软、有各种颜色的泥土。

一般是含水氧化铝的硅酸盐，由长石和其它硅酸盐分解而成，颗粒直径约在0.1-100μm之间，在水中有分散性，带电性、离子交换性，属于多级分散体系。

简单地说，钻井液是粘土分散在水中形成的溶胶悬浮体（颗粒直径小于2μm）为使钻井液满足钻井工艺要求，常加入各种化学处理剂及惰性物质来调节钻井液的性能，使钻井液“由稀变稠，由稠变稀”。

因此钻井液的性能变化受粘土、水和化学处理剂三方面因素的影响。

我国标准化委员会钻井液分委会将钻井液分为八种：1、淡水钻井液：由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。

2、钙处理钻井液；3、不分散低固相聚合物钻井液；4、盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）5、饱和盐水钻井液；6、钾基钻井液；7、油基钻井液；8、气体（包括一般气体及气泡）钻井液。

各类新型钻井液体系：正电胶（MMH）钻井液体系、聚合物-铵盐钻井液体系、两性离子聚合物钻井液体系、大小阳离子钻井液体系、水基无粘土相钻井液。

我国于1986年经钻井液标准化委员会研究决定，把钻井液材料分为16类：1、粘土类：主要用来配制原浆，亦有正反增加粘切、降低漏失量作用，常用的膨润土、抗盐土及有机土等；2、加重材料：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力，防塌防喷；3、降滤失剂：主要用来降低钻井液的漏失量，常用的有CMC、预先胶化淀粉，聚丙烯酸盐等；4、降粘剂：改善钻井液的流动特性，如粘度、切力，以增加可泵性，减少摩阻。

常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、木质素磺酸盐等5、增粘剂：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，增加胶凝强度以形成高流阻。

常用的有CMC、高聚物、预先胶化淀粉等。

6、润滑剂：主要用来降低摩阻系数，减小扭矩，增加钻头的水马力以及防止粘卡。

常用的有某些油类、石墨、塑料小球及表面活性剂。

第七章井壁取心录井技术1 井壁取心作业1．1 井壁取心的工艺技术由现场地质人员同取心施工队伍制定，并完成作业任务。

1．2 井壁取心是对油气探井完钻后，完成电测井时，视井下实际情况需要而进行的一项录井技术，由各油气田探区的勘探部（处）或相当的地质主管部门决定。

1．3 录井单位和施工单位的有关技术人员在现场具体商定取心位置和取心颗数。

1．4 拟定井壁取心，必须综合钻时、气测、岩屑及钻井液录井资料、电测资料，以综合测井曲线为重要依据。

1．5 精心施工，确保井壁取心质量和准确的取心深度。

2 井壁取心的原则2．1 凡岩屑严重失真，地层岩性不清的井段均可进行井壁取心。

2．2 凡应该进行钻进取心，而错过了其取心机会的井段，都应作井壁取心。

2．3 油气层段钻井取心收获率太低，岩屑代表性又差，油气层情况不清时，要进行井壁取心。

2．4 岩屑录井无显示，而气测有异常，电测解释为可疑层，邻井为油气层的井段要井壁取心。

2．5 判断不准或需要落实的特殊岩性段要进行井壁取心。

2．6 需要了解的具有特殊地质意义的层段，如断层破碎带、油气水界面、生油层特征等要井壁取心。

3 井壁取心质量要求3．1取心密度依设计或实际需要而定。

通常情况下，应以完成地质目的为准，重点层应加密，取出岩心必须是具有代表性的岩石。

3．2 井壁取心的岩心实物直径不得小于12mm，岩心实物有效厚度不得小于5mm。

条件具备，尽可能采用大直径井壁取心。

每颗井壁取心在数量上应保证满足识别、分析、化验需要。

若因泥饼过厚或枪弹打取井壁太少，不能满足要求时，必须重取。

岩性出乎预料时，要校正电缆，重取。

3．3 井壁取心出井后，要有效保证岩心的正常顺序，避免颠倒。

及时按出枪顺序由上而下系统编号、贴好标签，准确定名描述。

及时观察描述油气水显示，选样送化验室。

及时整理装盒妥善保存。

岩性定名必须在井壁取心后一天内通知测井单位。

3．4 井壁取心数量不得少于设计要求，收获率应达到70％以上。

第一章续论第一节钻井液工艺发展概论钻井液技术是钻井系统工程中的一个重要组成部分，人们常说：“钻井液是钻井的血液”，这形象地说明其在钻井作业中的重要地位。

尤其是随着石油勘探开发工作的发展，勘探领域越来越广泛，钻井深度不断增加，钻遇的地层日益复杂，钻井液作业越来越得到重视，并提出了更严格的要求。

随着科学技术的迅速发展，新型钻井液和新型化学处理剂不断出现，钻井液流变学和钻井液水力学研究更加深入，在安全、优质、快速钻井等方面，必须更严格地执行各项技术规定和要求。

钻井液的工艺发展概况：一、水基钻井液：水基钻井液体系基本经历了五个发展阶段。

1、天然（或自然）钻井液体系：大约用于1904年至1921年间，人们使用清水造浆。

由于不加处理剂的钻井液未进行化学处理，也没有具体的性能要求，因此，不能很好地满足钻井的要求，使用时经常出现井下复杂情况。

2、细分散钻井液体系：在1921年至1946年间使用，人为地采用粘土来配制钻井液，并加入一些化学分散剂，如烧碱、纯碱、褐煤、单宁等具有充分分散作用的处理剂，使粘土颗粒变小，进入胶体颗粒范围，从而提高了浑水浆的稳定性，大大改善了钻井液的性能。

在这个阶段，一些测定仪器开始使用，钻井液性能初步得到了控制，基本可以满足中深井的一般要求。

然而，由于井的加深及井温的升高，这种钻井液的不稳定性极为明显，尤其是粘度及切力变化较大。

通过多年的研究与实践，发现在钻水泥塞时受钙侵处理后的钻井液性能变得较为稳定，人们才认识到粘土在钻井液中分散得愈好，受外界影响愈敏感，性能波动就愈大，而经过无机盐处理的适度絮凝的钻井液则可大大地改善其不稳定性。

3、粗分散钻井液体系：1946年至1973年间，使用了多种无机盐类抑制剂（钙基钻井液体系）。

在加入分散剂的基础上，又加入适量的无机絮凝剂，如石灰、石膏等，保持了粘土颗粒在“适度絮凝”状态下，获得更高的抗钙、抗污染能力。

后期配合了各种耐盐的降粘剂，如木质素磺酸盐的使用及应用降滤失剂，形成了不同的盐类抑制性钻井液品种，大大提高了其耐温及抗各种侵污的能力，减少了井下复杂情况的发生，钻速有一定的提高。

油基钻井液基础理论我们在使用水基泥浆时，有时为了提高润滑性能，混入高达10％～15％的原油或柴油，这种混油泥浆油是分散在水中的，连续相为水，是水包油乳化钻井液，不能称为油基泥浆。

油基泥浆被定义为以油为连续相的泥浆。

主要有两大类：一种是油相钻井液，是氧化沥青、有机酸、碱、稳定剂及高闪点柴油的混合物。

通常只混3％～5％的水；另一种是油包水乳化钻井液（反相钻井液），有各种添加剂被用来使水乳化和稳定，这种体系最高含水可达50％。

油基泥浆主要用在：1) 钻复杂和麻烦的页岩2) 钻高温深井3) 生产层的钻进和取芯4) 钻盐层、硬石膏层、杂盐层5) 用作定向井的钻井液6) 用作小井眼的钻井液7) 钻含H2S和CO2的地层8) 用作射孔和完井液9) 用作解卡的浸泡液10) 用作封隔液11) 用作修井液12) 用作防腐蚀控制液13) 用作套管封隔液在乳状液中存在的水越多，水滴聚集和合并的机会越大。

假定水珠的大小相同，含水量小的体系更稳定，如果水量相同，水珠越细，乳状液越稳定，大水珠比小水珠更易聚结，另外，水珠大小愈均匀，乳状液也就越稳定。

为了使水在油中乳化，必须有足够的化学乳化剂，以便在每个水珠周围形成完整的一层膜。

若加入的乳化剂不足，乳状液将不会稳定。

为得到更细的大小均匀的水细珠，应该以剪切的方式给体系施加外力，可以通过泥浆枪或离心泵的搅拌作用来实现，尤其在初配油基泥浆时，尽一切可能高度剪切泥浆是非常重要的。

M－I泥浆公司还推荐一种剪切泵，使泥浆通过时受到很高的剪切作用。

正常钻进后油基泥浆经过钻头几个循环周后就获得足够的剪切了。

水珠大小对粘度和凝胶强度也有影响。

当加入油时，由于水珠之间的隔离更大，乳状液就变得更稳定，反之，增加水时，由于水珠之间的距离变小将降低稳定性。

加入油和水将影响粘度，油会降低粘度而水增加粘度。

为了控制粘度、凝胶强度和滤失量，需要调整适当的油与水的比例。

固体颗粒进入油包水乳状液中，可以有正负两种不同的效应，这取决于固相被润滑的方式，如果由一种液相和固相形成的角小于90度，就说该固相优先地被该液相润湿，如果接触角为0度，固相被液相完全润湿。

油基钻井液的基本组成油基钻井液的基本组成油基钻井液是一种用于钻井的液体，由多种化学物质组成。

它与水基钻井液相比，具有更好的耐高温性能和更低的毒性，因此在深海、高温、高压等特殊环境下使用较为广泛。

下面将详细介绍油基钻井液的基本组成。

1. 基础油油基钻井液中最主要的成分是基础油。

它通常由矿物油、合成酯类或脂肪酸酯等组成。

这些材料具有较高的化学稳定性和良好的耐高温性能，可以满足复杂环境下对液体稳定性和流变特性的要求。

2. 加稠剂为了使油基钻井液具有适当的黏度和流变特性，通常需要添加加稠剂。

常用的加稠剂包括粘土、聚合物和胶体等。

这些材料可以增加液体粘度，提高其悬浮能力，并改善其流变特性。

3. 起泡剂在深海或其他高压环境下，油基钻井液容易产生气泡，从而影响其性能。

因此，需要添加起泡剂来防止气泡的产生。

常用的起泡剂包括硅酸盐、聚合物和表面活性剂等。

4. 抑制剂油基钻井液中会存在一些有害物质，如氧化物、硫化物和氮化物等。

这些物质可能对钻井设备和地层造成损害。

为了避免这种情况的发生，需要添加抑制剂来减少这些有害物质的含量。

5. 防腐剂在使用过程中，油基钻井液可能会受到微生物或其他污染因素的影响而变质。

为了防止这种情况的发生，需要添加防腐剂来保持液体的稳定性和清洁度。

6. pH 调节剂油基钻井液在使用过程中可能会受到酸碱度变化的影响而导致性能下降。

为了避免这种情况的发生，需要添加 pH 调节剂来控制液体的酸碱度。

7. 润滑剂油基钻井液中还需要添加一定量的润滑剂，以减少钻杆和井壁之间的摩擦力。

常用的润滑剂包括石墨、聚合物和金属表面活性剂等。

总结：油基钻井液是一种复杂的化学体系，由多种化学物质组成。

其基本组成包括基础油、加稠剂、起泡剂、抑制剂、防腐剂、pH 调节剂和润滑剂等。

这些成分可以保证油基钻井液在特殊环境下具有良好的耐高温性能和流变特性，从而为钻井操作提供了可靠的保障。

钻井液基础知识一、钻井液概述1、钻井液概念钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。

2、钻井液的分类（1）淡水钻井液（2）钙处理钻井液（3）不分散低固相聚合物钻井液（4）盐水钻井液（5）饱和盐水钻井液（6）钾基钻井液（7）油基钻井液（8）气体钻井液3、钻井液在钻井中的作用（1）清洗井底，携带岩屑，保持井底干净，保证钻头不断的破碎地层，使钻进不中断。

（2）平衡地层中的流体压力，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、岩盐、石膏、芒硝等对钻井液的污染，防止硫化氢污染和损害。

（8）利用钻井液，准确获得井下资料。

二、钻井液性能指标1、钻井液密度（1）概念：指单位体积钻井液的质量，常以g/cm3表示。

（2）钻井液密度与钻井的关系密度的大小直接关系着钻井速度的快慢，因此密度必须符合地质和工程的要求，大小适中。

密度过大有以下害处：A、损害油气层B、降低钻井速度C、过大压差易造成压差卡钻D、易憋漏地层E、易引起过高的粘切F、多消耗钻井液材料和动力G、抗污染能力下降密度过低则容易发生井喷、井塌、缩径及携岩能力下降等。

（3）提高钻井液密度的方法一般可在钻井液体系中加入密度较大的惰性物质，如石灰石粉、重晶石粉等；也可加入可溶性盐，另外根据情况可选用除气、除泡等工艺方法。

（4）降低钻井液密度的方法A、机械法：把有害物质通过机械设备清除，如使用震动筛、除砂器等。

B、稀释法：加入一定量的清水稀释钻井液，使其密度下降。

C、使用化学絮凝剂来降低密度。

D、使用发泡剂或充气来增大体积而降低密度。

2、钻井液的流动性（1）、钻井液的粘度、切力A、表观粘度：是用一定体积的钻井液流过规定尺寸的小孔所需的时间来表示。

第四章钻井液在钻井工程中，人们常常以“泥浆是钻井的血液”来形象地说明钻井液在钻井中的重要地位。

钻井液的作用可以概括为：清洗井底，携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡地层压力；保护井壁；协助破岩；地质录井；将水力功率传递给钻头；保护油气层等。

在钻井实践过程中钻井液技术不断发展，从最初采用清水开始，经历了清水、天然泥浆、细分散泥浆、粗分散泥浆、不分散低固相泥浆、无固相泥浆等几个阶段。

在这一过程中，为了解决某些复杂问题，出现了油基泥浆以及空气、泡沫等新型钻井液，远远超出了粘土和水形成的“泥浆”范围，因此人们用“钻井液”来代替“泥浆”这一名称。

本章从钻井液的基本组成——粘土出发，介绍钻井液的基本性能及调整方法、现场常用钻井液的组成和特点。

第一节粘土基本知识一、几种主要粘土矿物的晶体构造及特点粘土主要是由粘土矿物(含水的铝硅酸盐)组成。

粘土矿物的种类很多，不同粘土矿物有不同的晶体构造及特点，但其晶体都是由两种基本构造单位组成的。

1．粘土晶体构造中的基本单位1)硅氧四面体。

每个四面体中都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连，硅在四面体的中心，四个氧原子(或氢氧)在四面体的顶点。

2)铝氧八面体。

铝原子处于八面体的中心，与上面和下面的各三个氧原子或氢氧形成一个正八面体。

2．高岭石的晶体结构高岭石晶体由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成。

四面体片的顶尖都朝着八面体片，二者由共用的氧原子和氢氧原子团联结在一起。

由于它是一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，所以称高岭石为1：1型粘土矿物。

高岭石单元晶层，一面为OH层，另一面为O层，片与片之间易形成氢键，晶胞之间连结紧密，故高岭石的分散度低。

高岭石晶格中几乎没有晶格取代现象，它的电荷是平衡的，因此高岭石电性微弱。

这些特点决定了高岭石水化很差。

油气层中高岭石颗粒大而附着力弱。

常常因运移堵塞孔喉而降低渗透率。

3．蒙脱石的晶体结构蒙脱石是由上下两个硅氧四面体片中间夹一层铝氧八面体片组成，硅氧四面体的尖顶朝向铝氧八面体，铝氧八面体片和上下两层硅氧四面体片通过共用氧原子和氢氧联结形成紧密的晶层，因此称为2：1型。