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钻井液工艺学

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钻井液工艺学-第三章

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

钻井液工艺学7-8

钻井液工艺学7-8

返速和降低钻速。
§8—2 固相控制工艺
• 一、固相控制方法 • （一）地面絮沉法 • ----泥浆中的钻屑带到地面，加入絮凝剂使钻屑 在地面泥浆池中絮沉的方法。 • （二）稀释法 • 稀释法分为纯冲稀法和部分替换法两种。 • 1.纯冲稀法 指往泥浆中加水或稀流体用增加泥浆体积方 法降低固含。 • 缺点：（1）泥浆体积不断增加 • （2）不断补充处理剂来维护泥浆性能，成 本增加。
（2）液相成本较高的未加重泥浆 振动筛+除砂器+清洗器+离心机 2、加重泥浆设备配臵 振动筛 +清洁器+离心机
作业
课后练习 2Байду номын сангаас6
• 3.减少处理剂用量
• 4.废浆的运输量较低
二、清除泥浆固相的设备
• （一）振动筛 • 1.结构
马达带动偏心 轮旋转产生振 动,粗颗粒从筛 布上分离出去, 液相及细颗粒 进入循环系统.
2.类型 单层筛 多层筛 现场常用细筛网下垫一层粗筛网提高其强度。 3.筛网 （1）筛目：12～80目，可清除粒子直径为74um以上 粒子。 （2）筛布的选择 尽可能细一些，以提高效率。注意泥浆和筛网强 度问题。 使用中发生堵塞的原因是钢丝上粘附了颗粒，解决 方法，除了换较粗的筛网外还可用清水喷射筛网。
• 3．顶替作业
• 为了防止油浆与井筒中水发生串槽污染损失泥浆。顶替前 打4方柴油作隔离液。随后迅速泵入油浆，水和混有水的 柴油以防喷管浅排出。
• 4．性能调整维护
• • • • 提粘切------加亲油固体 降粘切------加柴油 降失水量----石灰石粉 比重调节-----石灰石粉或重晶石
§7—3 油包水乳化钻井液
§8—1 固相的作用

《钻井液工艺学(修订版)》(鄢捷年)第一章绪论PPT课件

《钻井液工艺学(修订版)》(鄢捷年)第一章绪论PPT课件
• 1.1 钻井液的作用
• 二、钻井液的循环系统
3
第一章 绪论
• 1.1 钻井液的作用 • 二、钻井液的循环系统 • 泥浆池→泥浆泵→地面管汇→立管→水龙带→水龙头→方
钻杆→钻杆→钻铤→钻头→环空→井口→固控设备→泥浆 池
4
第一章 绪论
• 1.1 钻井液的作用 • 三、钻井液的功能
1、清洗井底，携带岩屑—最基本的功用。
✓ 优点：开始使用简单处理剂，粘土分散，稳定性增强。 ✓ 问题：受化学污染严重。
（4）粗分散泥浆阶段：1942——1965
✓ 优点：抑制性强、抗化学污染、流动性好。 ✓ 问题：颗粒粗、固相含量高、影响钻速。
25
第一章 绪论
• 1.3 钻井液发展简史
（5）不分散低固相泥浆阶段：60年代末
✓ 此时人们已经认识到固相是影响机械钻速的主要原因，人 们已经研制成功PAM并发现优质土，为不分散低固相泥浆的 形成打了基础。
5
第一章 绪论
• 1.1 钻井液的作用 • 三、钻井液的功能
1、清洗井底，携带岩屑—最基本的功用。
6
第一章 绪论
• 1.1 钻井液的作用 • 三、钻井液的功能
1、清洗井底，携带岩屑—最基本的功用。
✓ 把岩屑带到地面，保持井底清洁→避免重复钻削；
7
第一章 绪论
• 1.1 钻井液的作用 • 三、钻井液的功能
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第一章 绪论
• 1.2 钻井液的分类
6.盐水钻井液
✓ 用盐水或海水配置而成的。 NaCl >1% ✓ NaCl达到饱和称为饱和盐水泥浆（国内单分）
特点：抑制性强，对油层损害小。
21
第一章 绪论
• 1.2 钻井液的分类

钻井液工艺学

钻井液工艺学
热力学电位:从固体表面到均匀液相中的电位(￠0) ￠= ￠0exp(-KX) K-德拜参数 1/K离子氛(扩散双电层)的厚度 X-离开表面的距离 (2)粘土溶胶、悬浮体双电层的特点 ①粘土层面上的双电层; ②粘土端面上的双电层P47图2-15 (3)影响双电层厚度与电动电位的因素 ①电解质的反离子价数
5)碱度代替PH值 (1)一般泥浆的Pf最好保持在1.3-1.5ml (2)饱和盐水泥浆的Pf保持在1ml以上能够即可,海水钻井液的 Pf在1.3-1.5ml (3)深井抗高温钻井液应严格控制的含量,一般应将Mf/Pf控制 在 ＜3 以内
五.钻井液的含砂量 1.定义:指钻井液中不能通过200目筛,即粒径大于74um的砂粒占 钻井液总体积的百分数。
Na土和Ca土水化区别示意图
Na土和Ca土水化区别示意图
第二节 粘土胶体化学基础
一.概述 1.关于胶体化学的几个基本概念 (1)相和相界面 (2)分散相和分散介质 (3)分散度和比表面 S比=S/V(m-1) S比=S/m(m2/Kg) (4)吸附作用 2.沉降与沉降平衡
V=2r2(p-po)g/9u 3.粘土水胶体分散体系中的电动现象 电泳：在外加电场作用下,带电的粒子在分散介质中,向与其本 身电性的电极移动的现象。
a——单个硅氧四面体
)
b——硅氧四面体晶片(俯视图)； c——硅氧四面体晶片(立体图
a— c—铝氧八面体晶） 片（立体图）
b—铝氧八面体晶片(俯视图)； c—铝氧八面体晶片（立体图
2.几种主要粘土矿物的晶体构造 (1)高岭石 A.晶体构造:1:1 P29图2-3 B.层间引力：氢键 C.层间距:7.2A0 D.结构特点:无晶格取代,不易水化 (2)蒙脱石 A.晶体构造:2:1 P30图2-4 B.层间引力：分子间力 C.层间距:9.6-40A0 D.结构特点:有晶格取代,易水化 晶格取代:在其结构中某些原子被其他化合价不同原子取代而晶

钻井液工艺学-第二章

钻井液工艺学-第二章

受环境PH值影响 。
正电荷<<负电荷，因此，粘土一般带负电。
24
31
二、粘土的交换性阳离子和阳离子交换容量CEC
Cation Exchange Capacity
1. 交换性阳离子 粘土表面带负电，为了保持电中性，必然从分散介质中吸附等量的阳离子。 这些阳离子吸附于粘土上，可以被分散介质中其它阳离子所交换的阳离子。
C
间 距
a
13
几个基本概念
晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另一 部分阳离子所置换，产生过剩电荷的现象。
补偿阳离子：被吸附来补偿正电荷亏损的阳离子， 如K+，Na+，Ca2+，Mg2+等。
14
阳离子交换容量（CEC）：分散介质pH=7时，100g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）。
K+
10 埃
氧
氢氧
铝
硅
20
21
2.3 粘土的电性
一、粘土晶体的电荷及其来源
1. 永久负电荷 —— 构造电荷 来源：粘土在自然界形成时发生晶格取代所产生的负电荷。 如： 四面体：Al3+ → Si4+；八面体：Mg2+ →Ai3+。 特点： 永久负电荷主要受晶格取代影响，不受PH影响。 蒙托石的永久负电荷：主要来源于铝氧八面体，少部分来源于硅氧四面体。 伊利石的永久负电荷：主要来源于硅氧四面体，少部分来源于铝氧八面体。 高岭石几乎无永久负电荷。 永久负电荷大小排序： 伊利石>蒙脱石>高岭石。 永久负电荷主要分布在粘土晶层层面上。
26
二、粘土的交换性阳离子和阳离子交换容量CEC Cation Exchange Capacity

钻井液工艺学

钻井液工艺学

二、配制原理
• 利用钙的絮凝作用和分散剂的分散作用相互 制约，使粘土处于适度絮凝状态，来维持泥 浆性能。
• 当Ca2+作用强时，絮凝程度增加，分散剂作 用强时，絮凝程度降低。
• 通过调节Ca2+ 和分散剂的量，调节粘土颗 粒的絮凝程度和颗粒的粗细，以得到适宜的 粘度、切力和失水，满足钻井工艺需要。
(2)影响因素
①分子量 目前国内使用的=300～600万
②水解度 H=30%效果最佳
③絮凝剂浓度 小于临界浓度
④PH值 PH=7～8.5时（此时H=30%）PHP的絮凝效果最 佳。
⑤分散剂 分散剂抵消PHP的絮凝效果
⑥电解质
电解质加入，如CaCl2 、NaCl等加入，使PHP成 为完全絮凝剂。
使用不分散低固相钻遇石膏层时。要加适量纯碱处 理。
• 3.水解聚丙烯酰胺（PHP） • （1）水解反应 • （2）水解度
COONa
H
100%
CONH 2
即H x
4.PHP、PAM的性质。
（1）水溶性 ↗M水溶性愈差。
PHP的水溶性优于PAM （2）粘滞性 • a.分子量愈大，粘度愈大。 • b.水解度愈大，粘度愈大。 • c.温度↗ 粘度↘ （3）交联 （4）抗温可达200℃ （5）PH=8时絮凝效果最佳（PH>10时，PHP继续水解） （6）抗盐抗钙能力 • PHP抗Ca2+<200PPm,(PHP>200转化为完全絮凝剂) • 抗Cl-<2000PPm
（三）防卡措施
1.保证双泵循环 2.起钻前循环两周以上 3.接单根动作要快 4.断钻具后，打捞对准落穴。循环两周方能起钻。
（四）转化工作
1.转化时机 (1)井内垮塌物较多、需要长段划眼。影响正常钻井时。 (2)即将钻遇高压地层 (3)已钻达下套管井深时

钻井液工艺学-第四章

钻井液工艺学-第四章

水在泥浆中所呈状态
吸附水 结晶水 自由水
2
第一节 钻井液滤失量的影响因素
滤失：在压差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂隙或 孔隙中渗透的现象。 造壁性：在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井 液中的固相颗粒便附着在井壁形成泥饼。 降低滤失量 泥饼的作用 保护井壁
第一节 钻井液滤失量的影响因素
-1 -1
解： ①通过实验数据作流变曲线判断出该钻井液为塑性流体
PV = φ600-φ300 = 26-17 = 9 mPa· s τo（YP） = 0.511（φ300-PV）= 0.511（17-9） = 4.088 Pa τ0 / PV = 4.088/ 9 ≈ 0.45 Pa/mPa.s 钻井一般要求τ0 / PV = 0.36 ~0.478 Pa /mPa.s
第三节 钻井液的润滑性能
沥青类处理剂的润滑机理
沥青类处理剂主要用于改善泥饼质量和提高其润滑性。沥 青类物质亲水性弱，亲油性强，可有效地涂敷在井壁上、在井 壁上形成一层油膜。这样，即可减轻钻具对井壁的摩擦，又可 减轻钻具对井壁的冲力作用。由于沥青类处理剂的作用，井壁 岩石由亲水转变为憎水，所以，可阻止滤液向地层渗透。

粘滞系数测定仪
第三节 钻井液的润滑性能
泥饼摩阻系数测定仪
在仪器台面倾斜的条件下，放在泥饼上的滑块受到向下的重力作 用，当滑块的重力克服泥饼的粘滞力后开始滑动。测量开始时，将由 滤失试验得到的新鲜泥饼放在仪器台面上，滑块压在泥饼中心停放 5min。然后开动仪器，使台面升起，直至滑块开始滑动时为止。读出 台面升起的角度。此升起角度的正切值即为泥饼的粘滞系数。
（5）滤液粘度μ
滤液粘度μ 影响因素：
温度↑→μ ↓

钻井液工艺学名词解释

钻井液工艺学名词解释

学习好资料欢迎下载1.压差卡钻:指钻具在井中静止时,在钻井液与地层孔隙压力之间的压差作用下,紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻2.高温分散：高温使黏土矿物片状微粒的热运动加剧，这一方面增强了水分子深入粘土晶层内部的能力2.暂堵型钻井液技术：在井壁附近形成渗透率接近零的屏蔽暂堵带，有效的阻止钻井液，水泥浆中的固相和滤液继续侵入油气层的钻井液技术3.活度平衡:通过适当增加水相中无机盐的浓度,使钻井液和地层水的活度保持相等,从而达到阻止泥浆中的水向地层运移的目的4.平衡点:给旋流器输入纯液体时,液体将全部从溢流口排出;而含有可分离固相的液体输入时,固体将会从底流口排出,每个排出的固体颗粒都粘附着一层液膜.此时的底流口大小称做旋流器的平衡点5.分离点：通常将某尺寸的颗粒在经旋流器之后，有50%从底流口被清除的尺寸（越低越好）5.钻井液的滤失：在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂缝或空隙中渗透的过程6.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7.触变性：搅拌后使钻井液变稀，静止后钻井液变稠的特性8.钻井液:是指油气钻井工作中以其多中功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称.9.钻井液的含砂量:指钻井液中不能通过200目筛网,即粒径大于74um的砂粒占钻井液总体积的百分数10.钻井液固相含量:用钻井液中的全部固相的体积占钻井液总体积的百分数来表示11.油包水乳化钻井液的组成：基油，水相，乳化剂，润湿剂，亲油胶体，石灰，加重材料（重晶石，铁矿粉，石灰石粉，盐）12.振动筛的影响工作性能特点：细筛网的网孔面积小于常规筛网,从而减小了处理量(2)细筛网钢丝强度较低,使用寿命较短;(3)钻井液性能，高粘度钻井液通过细筛网时,出现桥糊现象（4）振动频率和振幅（5）筛网数目数目多，处理量少13.干堵:底流口小于平衡点湿底:底流口大于平衡点,一部分液体从底流口排出绳流:钻井液的固相含量过大,从而造成被分离的固相含量超过旋流器的最大允许可排量时,则底流呈”绳状”排出15.影响泥饼渗透率的主要因素有颗粒大小、颗粒形状、水化膜16.影响钻井液塑性粘度的主要因素有固相含量、固相分散度、固相类型和液相粘度及温度17.影响钻井液滤失量的因素：滤失时间，压差和滤液粘度，温度，固相含量，孔隙度和渗透性18.影响电动电位的因素：电解质，PH值，交换性阳离子，。

《钻井液工艺学(修订版)》(鄢捷年)第一章绪论

《钻井液工艺学(修订版)》(鄢捷年)第一章绪论
✓ 特点：不分散、低固相、钻速高。 ✓ 问题：仍有固相，固控设备跟不上，优势发挥不出来。
第一章 绪论
• 1.3 钻井液发展简史
（6）无固相阶段：
✓ 为进一步消除固相影响而设计无固相泥浆 ✓ 特点：使用完全絮凝剂，固相<1%,钻速快 ✓ 这是泥浆技术发展的必然趋势，目前正在研究。
（7）油基泥浆和气基泥浆。
✓ 优点：开始使用简单处理剂，粘土分散，稳定性增强。 ✓ 问题：受化学污染严重。
（4）粗分散泥浆阶段：1942——1965
✓ 优点：抑制性强、抗化学污染、流动性好。 ✓ 问题：颗粒粗、固相含量高、影响钻速。
第一章 绪论
• 1.3 钻井液发展简史
（5）不分散低固相泥浆阶段：60年代末
✓ 此时人们已经认识到固相是影响机械钻速的主要原因，人 们已经研制成功PAM并发现优质土，为不分散低固相泥浆的 形成打了基础。
要求泥浆：具有剪切稀释性，η∞要低。
第一章 绪论
• 1.1 钻井液的作用 • 三、钻井液的功能
6、保护油层
✓ 泥浆可以损害油层，但也能保护油层，关键是如何选好配好钻 井液。
要求泥浆：配伍性好，抑制性强，具有屏蔽作用。
第一章 绪论
• 1.1 钻井液的作用 • 三、钻井液的功能
7、地质录井
第一章 绪论
• 1.1 钻井液的作用 • 三、钻井液的功能
3、稳定井壁
✓ 井壁稳定、井眼规则是优质快速钻井的先决条件 » 力学不稳定：受力不平衡
✓ 井壁稳定 »化学不稳定：水化膨胀
要求泥浆：比重适当，抑制性强，形成致密泥饼。
第一章 绪论
• 1.1 钻井液的作用 • 三、钻井液的功能
4、平衡地层压力 事例： 重庆开县12.23井喷事故过程

钻井液工艺学10

钻井液工艺学10

Vp
Vf
孔隙体积
骨架颗粒
V V p - -孔隙体积, f - -岩石视体积
3. Specific Surface Area of Rock 岩石比表面积
定义: 单位体积岩石内孔隙的内表面积
孔隙内表面
骨架颗粒
4. Pore Throat 孔喉
定义:孔隙空间的狭窄部位或两个较大颗粒间的 收缩部分
Water
Pc Oil 水锁效应
11 Jamin Effect：贾敏效应
定义: 毛细管中非润湿相流体液滴对润湿相液体运 动产生的附加阻力的现象。
毛细管附加阻力
Case 1
Pc Pc 2(cos2 cos1) / r
1 2
Water
Oil Pc Pc
1 2
11 Jamin Effect：贾敏效应
储层保护的核心是有针对性地控制各种外因，使储层 的内因不发生改变或改变小，从而达到保护储层的目 的。
概述
储层损害原因： 凡是受外界条件影响而导致储层渗透性降低的储层 内在因素，均属储层潜在损害因素（内因）。它包 括储层孔隙结构、敏感性矿物、岩石表面性质和地 层流体性质等。 在施工作业时，任何能够引起储层微观结构或流体 原始状态发生改变，并使油气井产能降低的外部作 业条件，均为储层损害的外因。它包括入井流体性 质、压差、温度和作业时间等可控因素。
S
K Kd
1
ln rd
/
rw
K
S 0:近井壁损透率增高；
Kd
S 0:无损害；
S 0:有损害; S越大，损害程度就越高
13 Blocage ：堵塞比
定义:理论流量与实际流量之比
Qo RD
Ql
Qo 理论流量；Ql 实际流量

《钻井液工艺学》

《钻井液工艺学》
脱 水化能力强，阳离子交换容量大（70~130 mmol/100g）， 石 为膨胀型粘土矿物。
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

钻井液工艺学

钻井液工艺学

钻井液工艺学第一章钻井液概论1、钻井液密度：单位体积钻井液的质量。

钻井液密度对钻井的影响：(1)影响井下安全（井喷、井漏、井塌和卡钻等）(2)与油气层损害有关(3)影响钻井速度2、钻井液对pH值要求：一般控制在（8-11）范围，即维持在一个较弱的碱性环境。

控制在这一范围的原因：(1)粘土具有适当的分散度，便于控制和调整钻井液性能(2)可以使有机处理剂充分发挥其效能(3)对钻具腐蚀性低(4)可抑制体系中钙、镁盐的溶解3、钻井液的主要功用:(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(5)传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层(6)保护油气层4、水基钻井液是由膨润土、水、各种处理剂、加重材料以及钻屑组成的多相分散体系。

5、油基钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量乳化剂、注湿剂、亲油的固体处理剂、石灰和加重材料等所开成形的乳状液体系。

6、钻井液的分类，综合分类法：分为10类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油基钻井液⑧合成基钻井液⑨气体型钻井流体⑩保护储层的钻井液7、钻井液流变性是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。

8、随着泥饼的不断加厚以及在压差作用下被压实，泥饼对裸眼井壁起到有效稳定和保护作用，这是钻井液的造壁性9、固相含量：钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数10、固相含量对钻速的影响:(1)固相含量越高，钻速越小。

(2)固相类型不同，钻速影响不一样。

第二章粘土矿物和粘土胶体化学基础1、常见的粘土矿物有三种；高岭石、蒙脱石、伊利石。

2、粘土矿物的两种基本构造单元：(1)硅氧四面体与硅氧四面体片(2)铝氧八面体与铝氧八面体片3、晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另一部分阳离子所置换，产生过剩电荷的现象。

4、阳离子交换容量（CEC）：分散介质pH=7时，100g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）。

钻井液工艺学

钻井液工艺学

钻井液工艺学钻井液是钻井过程中用来携带岩屑及循环携带钻井液并携走钻井泥浆中污染物的循环携带工具。

钻井液的功能有两个方面，一是为钻头提供冷却润滑；二是携带钻井液携带的岩屑返出地表。

钻井液在钻井过程中起着三大重要作用：冷却钻头；携带岩屑返出地表；保护油气层。

目前石油企业在钻井施工过程中对钻井液使用量较大，主要存在以下问题： 1、钻井液性能不稳定； 2、新技术、新设备应用不够； 3、储运管理体系不完善。

钻井液的主要功能：一是冷却钻头和钻柱，防止烧蚀和磨损；二是清洗钻头、钻柱和钻具，携带岩屑和钻井液；三是平衡地层压力，保护油气层；四是钻井液中某些组分还可抑制某些地层流体侵入油气层。

因此，只有经常处于良好状态的钻井液才能实现以上各项功能。

钻井液的主要成分：钻井液的主要成分包括以下四类：原油（或天然气）、水、岩屑和其他添加剂。

目前国内大多数采用油基钻井液体系，而油基钻井液由原油和水混合而成，一般由原油和水混合形成原钻井液（钻井液原料组成：由原油与添加剂组成，见图1），油基钻井液（原钻井液）体系原钻井液原油钻井液中所含的水占60-70%，钻井液原油钻井液中所含的原油占20-30%。

在这种体系中，钻井液原油的最终用途通常取决于地质勘探结果和钻井目的。

按作用形式分类：第一种是循环钻井液，钻井液沿井筒的全过程中从地表到地下深处的一种连续循环流动的液体，它把从钻头切削下来的岩屑悬浮在流动的钻井液中，携带岩屑返出地表。

第二种是钻井液循环，它是指利用钻井液循环泵，强迫循环钻井液，使钻井液在钻头和井底钻具之间循环流动。

循环方式可分为强制循环、自然循环、混合循环等。

强制循环是用外部动力钻机或潜水电泵强迫钻井液循环，主要适用于一般地层；自然循环则靠重力流动，适用于一些松散易坍塌地层；混合循环是把强制循环与自然循环结合起来，既保持强制循环的优点又利用自然循环的特点，钻井液的循环方式多样化。

第三种是混合泥浆，它是指钻井液和泥浆组成的混合物。

《钻井液工艺学绪论》课件

《钻井液工艺学绪论》课件
过程中，需要对其润湿性进行监测和控制。
04
钻井液处理剂
增粘剂
总结词
提高钻井液粘度，改善钻屑悬浮效果。
详细描述
增粘剂是一种高分子聚合物，能够显著提高钻井液的粘度，从而有助于更好地 悬浮和运输钻屑。在钻井过程中，钻屑常常会因为钻井液的流动性而难以悬浮 和运输，增粘剂的使用可以有效地解决这一问题。
降滤失剂
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表面张力
总结词
表面张力是衡量钻井液表面张力的指标 ，对钻井液的流变性和润滑性具有重要 影响。
VS
详细描述
表面张力是钻井液的又一重要化学性质， 它反映了钻井液表面的作用力。表面张力 的大小直接影响钻井液的流变性和润滑性 ，例如表面张力过大会导致钻井液的流变 性变差，润滑性降低。因此，在钻井液的 配制和使用过程中，需要对其表面张力进 行监测和控制。
提供钻井过程中的循环介质，维持井壁稳定，保护油气 层，提高钻速和钻头寿命。
钻井液的组成与分类
01
组成
水、膨润土、分散剂、降滤失剂、增粘剂、润滑 剂等。
02
分类
水基钻井液、油基钻井液、泡沫钻井液等。
钻井液技术的发展历程
水基钻井液
随着石油工业的发展，水基钻 井液成为主流。
泡沫钻井液
泡沫钻井液具有较好的携岩能 力和防漏失性能，适用于易漏 失地层和高压力地层。
06
钻井液工艺学展望
新型钻井液技术的发展趋势
总结词
环保化、高效化、智能化
详细描述
随着环境保护意识的增强和技术的进步，新 型钻井液技术正朝着更加环保、高效和智能 化的方向发展。环保化要求钻井液技术更加 注重环境保护和资源节约，高效化则追求提 高钻井效率和降低成本，智能化则通过引入 人工智能和大数据技术，实现钻井液工艺的 自动化和智能化。

钻井液工艺学

钻井液工艺学

钻井液工艺学钻井液工艺学，作为石油工程的一门学科，研究的是关于钻井液的性质、配方和使用等方面的知识和技术。

钻井液是在钻井过程中用于冷却、润滑、清洁井底、钻杆和工具的一种特殊液体。

它不仅对保持井眼稳定、减小地层损失、控制井底压力等具有重要作用，还能提供钻井过程中的必要信息。

钻井液的基本构成包括基础液体、增稠剂、胶凝剂、扩展剂、润滑剂和防腐剂等。

基础液体通常是水、油和乳化液，根据钻井的不同条件和要求选择不同的基础液体。

增稠剂和胶凝剂主要用于调整钻井液的粘度和流变性能，以提高井壁稳定性和增加堵漏效果。

扩展剂可用于调整钻井液的密度和降低液相黏度。

润滑剂主要用于减小钻杆和井壁之间的摩擦，降低钻具的损耗。

防腐剂一方面可用于保护钻杆和钻具，防止腐蚀；另一方面，还可用于控制钻井液中的微生物和细菌的繁殖，以保持钻井液的稳定性和性能。

钻井液工艺学研究的一项重要内容是钻井液的处理和回收利用。

钻井液在钻井过程中会受到井底状况、岩心性质和钻井液配方等因素的影响，导致钻井液中含有大量固体颗粒、悬浮物和化学物质。

这些杂质会降低钻井液的性能和使用寿命。

因此，钻井液需要经过一系列的处理步骤，包括固液分离、溶液处理和再循环等，以保持钻井液的稳定性和性能。

此外，钻井液工艺学还研究了钻井液的性能评价和监测方法。

通过对钻井液中各种物理化学参数的测试和分析，可以有效评估钻井液的质量和性能。

常用的测试方法包括密度、黏度、滤失、PH值、悬浮物含量、饱和度等。

这些测试参数能够反映钻井液的流变性能、稳定性能和过滤性能等关键指标。

综上所述，钻井液工艺学作为石油工程领域的一门学科，研究的是钻井液的性质、配方和使用等方面的知识和技术。

它在钻井过程中起着至关重要的作用，不仅对提高钻井效率和井下作业安全具有重要意义，还能为油气勘探和开发提供技术支持和经济效益。

钻井液工艺学是石油工程中的重要学科，它的研究对象是钻井液，也称为钻井泥浆。

钻井液在钻井作业中的应用非常广泛，不仅可以提供冷却、润滑和清洁井底的功能，还可以控制井底压力，保持井眼稳定。

钻井液

钻井液

钻井液（泥浆）工艺学第一章 钻井液功用无论在石油钻探还是在岩心钻探中，要保证优质快速钻进，正确的选择、使用钻井液十分的重要，因此钻井液被称为钻进过程的血液。

其功用有以下几点： 1、 清洗孔底，悬浮和携带岩粉。

例如：利用钻井液的触变性，将岩粉悬浮起来，可以防止岩粉迅速沉淀造成埋钻事故。

2、 冷却钻头，提高钻头的使用寿命。

例如：金刚石钻进，其钻头温度可以升到300度以上，如果得不到及时的冷却，就会造成烧钻（即金刚石的碳化）。

3、 润滑钻头和钻具，减弱钻具的振动。

例如：在高速钻进的金刚石钻进中，加入润滑剂的乳化冲洗液，可以减小钻头与孔底岩石、钻杆与孔壁间的摩擦阻力和有效地减弱钻具高速回转时的振动及减轻钻机等动力机的荷载，使钻头平稳工作。

4、 形成泥皮，保护孔壁。

例如：钙处理剂泥浆对水敏性地层有抑制作用，有效地防止孔壁的膨胀和坍塌。

5、 在反循环钻进中，输送岩心。

6、 在采用涡轮钻、螺杆钻及冲击回转钻进中，起传递动力的工作介质。

第二章 钻井液的性能按照API 推荐的钻井液性能指标，包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度（视粘度）、动切力、静切力、API 滤失量、HTHP 滤失量、PH 值、含砂量、固相含量、膨润土含量、和各种离子的质量浓度等。

1、 粘土的选择：含蒙脱石的粘土、海泡石抗盐粘土。

粘土的性质：粘土因晶格取代而带负电，因内外表面都能进行水化及阳离子交换容量高故而水化膨胀性强。

2、 粘土的扩散双电子层理论：粘土溶于水中，吸附的阳离子便解离，向外扩散，结果形成胶粒带负电的扩散双电层。

3、 粘土-水胶体分散体系的稳定性与聚结：1) 稳定性包括动力稳定性和聚结稳定性。

其中影响动力稳定性因素主要有：颗粒半径、介质粘度；影响聚结稳定性的因素是分散介质的电解质浓度与价态。

2) 缩小颗粒半径和增加介质粘度可以提高动力稳定性；降低电解质浓度和价数可以提高聚结稳定性。

4、 钻井液的流变性：在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性。

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钻井液工艺学第一章钻井液概论1、钻井液密度：单位体积钻井液的质量。

钻井液密度对钻井的影响：(1)影响井下安全（井喷、井漏、井塌和卡钻等）(2)与油气层损害有关(3)影响钻井速度2、钻井液对pH值要求：一般控制在（8-11）范围，即维持在一个较弱的碱性环境。

控制在这一范围的原因：(1)粘土具有适当的分散度，便于控制和调整钻井液性能(2)可以使有机处理剂充分发挥其效能(3)对钻具腐蚀性低(4)可抑制体系中钙、镁盐的溶解3、钻井液的主要功用:(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(5)传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层(6)保护油气层4、水基钻井液是由膨润土、水、各种处理剂、加重材料以及钻屑组成的多相分散体系。

5、油基钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量乳化剂、注湿剂、亲油的固体处理剂、石灰和加重材料等所开成形的乳状液体系。

6、钻井液的分类，综合分类法：分为10类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油基钻井液⑧合成基钻井液⑨气体型钻井流体⑩保护储层的钻井液7、钻井液流变性是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。

8、随着泥饼的不断加厚以及在压差作用下被压实，泥饼对裸眼井壁起到有效稳定和保护作用，这是钻井液的造壁性9、固相含量：钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数10、固相含量对钻速的影响:(1)固相含量越高，钻速越小。

(2)固相类型不同，钻速影响不一样。

第二章粘土矿物和粘土胶体化学基础1、常见的粘土矿物有三种；高岭石、蒙脱石、伊利石。

2、粘土矿物的两种基本构造单元：(1)硅氧四面体与硅氧四面体片(2)铝氧八面体与铝氧八面体片3、晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另一部分阳离子所置换，产生过剩电荷的现象。

4、阳离子交换容量（CEC）：分散介质pH=7时，100g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）。

5、交换性阳离子：粘土表面带负电，为了保持电中性，必然从分散介质中吸附等量的阳离子。

这些阳离子吸附于粘土上，可以被分散介质中其它阳离子所交换的阳离子。

6、粘土的阳离子交换容量CEC：分散介质的PH=7时，从粘土上所能交换下来的阳离子总量。

7、影响粘土阳离子交换容量大小的因素：(1)粘土矿物的本性(2)粘土的分散度(3)溶液的酸碱度8、扩散双电层：从固体表面到过剩反离子为零处。

反离子扩散分布于胶粒周围，形成扩散双电层。

9、电动电势ζ：从滑动面到均匀液相的电势降。

10、粘土晶体的电荷(1)永久负电荷——构造电荷(2)可变负电荷（表面电荷）(3)正电荷——表面电荷11、粘土矿物表面水化：粘土矿物晶层表面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。

12、渗透水化：由于晶层间阳离子浓度大于溶液内部的阳离子浓度，因而发生水的浓度扩散，使水进入晶层，增加晶层间距，使粘土膨胀。

13、沉降稳定性：在重力作用下，分散相粒子是否容易下沉的性质。

14、聚结稳定性：分散相粒子是否容易自动聚结变大（自动降低分散度）的性质。

第三章钻井液的流变性1、流变性——在外力（泵送、搅拌）作用下,液体流动和变形的特性。

2、钻井液流变性指网架结构变形与流动特性。

包括粘度、切力、剪切稀释性、触变性等。

3、钻井液流变性对钻井的影响:(1)携带岩屑，保证井底清洁。

(2)悬浮岩屑与重晶石。

(3)机械钻速井眼规则和井下安全。

4、剪切速率/速度梯度γ：指垂直于流速方向上单位距离流速的增量。

γ= dv/dx，s-15、剪切应力τ：流体单位面积上的内摩擦力。

τ = F/S=μγ，PaF—流体间的内摩擦力；S—接触面积；μ—量度液体粘滞性大小的因素，称为粘度，mPa·s。

6、流变曲线与流变方程：流变曲线：描述τ与γ的关系。

流变方程/流变模式：描述τ与γ关系的数学关系式。

7、流体的基本流型：牛顿流型、假塑性流型、塑性流型和膨胀流型。

8、塑性粘度的调节：加预水化般土和加增粘剂可以升高粘度，使用固控设备、使用化学絮凝剂、加水稀释可能以降低粘度。

9、动切力调节：加预水化般土、加高分子聚合物、加适量的电解质加以提高动切力，加降粘剂、加水稀释、消除影响动切力升高的电解质可以降低动切力10、表观粘度（有效粘度）μa ：某一剪切速率下，剪切应力与剪切速率的比值11、剪切稀释性：表观粘度随剪切速率的增加而降低的特性。

12、触变性：钻井液搅拌变稀，静止变稠的性质。

13、层流携岩特点：(1)对井壁冲刷作用小，有利于稳定井壁；(2)存在“转动靠壁”现象，携岩效率低。

14、紊流携岩特点：(1)无“转动靠壁”现象，携岩效率高(2)对井壁冲刷作用大(3)岩屑滑落速度大(4)循环压耗大15、卡森模式优点：不仅在低剪切区和中剪切区有较好的精确度，还可以利用低、中剪切区的测定结果预测高剪切速率下的流变特性。

第四章钻井液的滤失和润滑性能1、瞬时滤失: 钻井液与新地层接触的瞬间，泥饼尚未形成时的滤失2、动滤失: 钻井液在循环过程中的滤失。

3、静滤失: 钻井液停止循环时发生的滤失。

4、造壁性：在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁形成泥饼。

5、API滤失量测定仪是最常用的低温低压条件下评价钻井液滤失量。

6、高温高压滤失量测定仪必须进行高温高压条件下的滤失量评价。

7、对钻井液滤失性能的要求：(1)在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层的损害(2)钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制，API 滤失量最好不大于5ml(3)对一般地层，API 滤失量应尽量控制在10ml 以内，HTHP 滤失量不应超过20ml(4)要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻(5)加强对钻井液滤失性能的检测8、静滤失影响因素（1）滤失时间t （2）压差△P （3）泥饼渗透率K （4）固相含量（5）滤液粘度μ9、瞬时滤失的影响因素：①压差：ΔP ↗，瞬时失水量↗。

②粘度：粘度↗，瞬时失水量↘。

③固相颗粒大小与多少。

10、影响动失水的因素：①影响静失水的因素同样影响动失水。

②环空返速 ③泥饼强度：强度高，不易冲蚀，动失水小。

11、液体类润滑剂：类型：矿物油、植物油和表面活性剂作用原理：通过在金属、岩石和粘土表面形成吸附膜，减少钻具对井壁和套管的摩擦。

12、固体类润滑剂：类型：塑料小球、石墨、玻璃微珠等作用原理：多数固体润滑剂类似细小滚珠，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，因而可以大幅度降低扭矩和阻力。

第五章 钻井液配浆材料与处理剂1式中，V1、V2、VB ：分别表示加重前、加重后的钻井液体积和重晶石的体积，mB ，ρB 为重晶石: V2计算:求出V2后，重晶石用量可由下式求得： mB=(V2-V1) ρB然而有时因受现场泥浆池容积的限制，加重前必须排掉一部分钻井液，或者希望在加重之前先排掉一部分不加重钻井液，这样就不会造成加重剂的浪费，这种情况下，首先根据加重后可以Bm V V +=1122ρρ如：用重晶石（ρB=4.2g/cm3）把200 m3钻井液由密度ρ1=1.10g/cm3加重到ρ2=1.50g/cm3，并且每100kg 重晶石需同时加入9L 水以防止钻井液过度增稠，试求：(1)最终体积无限制，需加入重晶石多少吨？(2)若最终体积为200 m3，需加入重晶石多少吨，放掉钻井液多少方？解：已知水的密度为ρW=1.0g/cm3V2=V1+VB+VW = V1+mB ρB +VW ① 联立① ② ③式得V2=257.39989 m3 m2=m1+mB+mW →m V V +=1122ρρB+mW ② mB+9100 mB=(V2-V1)ρ2 → mB=78990.672 kgmW =9100 mB ③ 200257.39989=∆V 57.39989 → ∆V =44.59978 m3 mB+9100 mB = ∆V ρ2 →mB=61375.842 kg2、无机处理剂的作用机理:(1)离子交换吸附(2)调控钻井液中的PH 值(3)沉淀作用(4)铬合作用(5)与有机处理剂生成可溶性盐(6)抑制溶解作用3、无机处理剂的类型：纯碱、烧碱、石灰、石膏、氯化钙、氯化钠、氯化钾、硅酸钠4、降粘剂稀释机理：稀释剂分子通过（静电吸附、配位键吸附）吸附在粘土颗粒端面上，改变端面性质，拆散网架结构，从而降低钻井液结构粘度。

5、降滤失剂作用机理：水化膜增厚， 聚结阻力增大， 胶粒稳定性增强 ， Vf 降低。

6、絮凝剂作用机理：(1)吸附(2)桥连(3) 形成团块、团块下沉。

7、典型的有机处理剂：降粘剂、降滤失剂、防塌剂、增粘剂、絮凝剂、堵漏剂 第六章 水基钻井液1、水基分散型钻井液的特点：(1)粘土颗粒高度分散。

(2)粘土分散度改变 ，导致性能改变。

(3)性能容易受电解质污染，稳定性差。

(4)维护、处理需要很多水量。

成本低。

2、造浆率：每吨干土配出表观粘度为15mPa.s 的钻井液的体积量。

单 位：M3/T3、水基分散型钻井液受污染及其处理：(1)污染物类型 ：可溶性盐 （钙、钠盐、盐水）、 钻屑 、地层流体 (水、气体)(2)钙污染处理原则：除钙、护胶、拆结构。

(3)水泥侵的处理：加低碱比的护胶混合液、加入NaHCO3、清水钻水泥塞，钻完放掉。

(4)石膏侵的处理：对于薄层石膏层：纯碱+烧碱（除钙）（提pH）(5)对于大段石膏层：使用高碱比的混合液；预处理：预先配成钙处理钻井液，抑制石膏溶解。

(6)盐侵污处理：抗盐、护胶、拆结构、换土。

4、钙处理钻井液分类：石灰钻井液、石膏钻井液、氯化钙钻井液5、聚合物钻井液的基本特点(1)无用固相少，密度低，压差小；(2)钻屑较粗，固相体积含量较小；(3)膨润土固相含量低，亚微米颗粒少；(4)剪切稀释性好，水眼粘度低；(5)携砂能力强；(6)抑制、包被能力强；(7)对油气层损害较小；(8)抗温能力较强。

6、不分散低固相聚合物钻井液的性能指标：(1)固相含量应维持在4%或更小，大约相当于密度小于1.06g/cm3(2)钻屑与膨润土的比例不超过2：1。

(3)动切力与塑性粘度之比控制在0.48左右(4)非加重钻井液的动切力应维持在1.5~3Pa(5)滤失量控制应视具体情况而定(6)优化流变参数(7)在整个钻井过程中应尽量不用分散剂。

7、聚合物处理剂的主要作用机理：(1)桥联与包被作用(2)絮凝作用(3)增粘作用(4)降滤失作用(5)抑制与防塌作用(6)降粘作用8、高温对钻井液处理剂的影响：(1)泥浆中粘土粒子的高温分散作用(2)泥浆中粘土粒子高温聚结(3)高温表面钝化（去活性）第七章油基钻井液1、油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。