第十章 特殊井钻井液

pv 600 300(mPa s)
塑性粘度：
动切力（屈服值）：
0 0.511300 pv )(Pa) (
600 (无因次) 300
流性指数：
n 3.321lg
稠度系数：
k
0.511 600 (mPa s ) n 1022
四、钻井液的造壁性能
（1）滤失和造壁过程 钻井液中的液体在压差作用下向地层中渗透的 过程称为钻井液的滤失。 在钻井液产生滤失的同时，钻井液中的固相颗 粒附着在井壁上形成滤饼。一般，滤饼的渗透率比 地层的渗透率小几个数量级，所以形成的滤饼阻止 滤液向地层渗透，同时又有保护井壁的作用。滤饼 在井壁上的形成过程称为造壁过程。
稠度系数k、流性指数n upv为塑性粘度
钻井液大多数为塑性流体，某 些为假塑性流体。
塑性流型的特点:
（1）所加切应力达到某一最低值 s 之后才开始流动，这个最低切应力称为 静切应力，又称凝胶强度。
静切应力越大，悬浮岩屑能力强， 但流动阻力大，开泵困难。
（2）当切应力继续增大，流变曲线出 现直线段，延长该直线与切应力轴线交于
常见的粘土矿物
高岭土（Kaolinite） 蒙脱石(Montmorillonite) 伊利石(illite)
二、钻井液的分类
用的最多
分三类：水基体系；
油基体系；
空气-天然气体系。
(1) 水基钻井液体系： 固相颗粒悬浮在水中或盐水中，油可以乳化到水中，此时， 水是连续相。 膨润土+水+化学处理剂+加重材料＋钻屑 淡水、盐水、钙处理钻井液、聚合物钻井液等
四、钻井液的造壁性能
（2）几种不同的滤失情况
瞬时滤失、动滤失、静滤失
瞬时滤失 在钻头破碎岩石形成新井眼而滤饼尚未形成的一段时间内， 钻井液迅速向地层内渗滤，此时的滤失称为瞬时滤失，瞬时滤 失量有利于提高钻速，但严重损害油气层。

附件钻井液技术规范(试行)中国石油天然气集团公司二○一○年八月目录第一章总则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3第二章钻井液设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3第一节设计的主要依据和内容┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3 第二节钻井液体系选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4 第三节钻井液性能设计项目┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5 第四节水基钻井液主要性能参数设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄7 第五节油基钻井液基油选择和主要性能参数设计┄┄┄11 第六节油气层保护设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12 第七节钻井液原材料和处理剂┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13 第八节钻井液设计的管理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄13 第三章钻井液现场作业┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄14第一节施工准备┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄14 第二节预水化膨润土钻井液与处理剂胶液的配制┄┄┄14 第三节淡水钻井液的配制┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15 第四节盐水钻井液的配制┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15 第五节水包油钻井液的配制┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄16 第六节油基钻井液的配制┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄16 第七节钻井液性能检测┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄17 第八节现场检测仪器┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄18 第九节现场钻井液维护与处理的基本原则┄┄┄┄┄┄20 第十节水基钻井液性能维护与处理┄┄┄┄┄┄┄┄┄20—1 —第十一节油基钻井液性能维护与处理┄┄┄┄┄┄┄┄23 第四章油气层保护┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄24 第五章循环净化系统┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄25 第一节设备的配套、安装与维护┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄25 第二节钻井液净化设备的使用┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄27 第六章泡沫钻井流体┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄28 第一节一次性泡沫钻井流体┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄28 第二节可循环泡沫钻井流体┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄29 第三节压井液和压井材料的储备┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄31 第七章井下复杂事故的预防和处理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄31 第一节井壁失稳的预防与处理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄31 第二节井漏的预防与处理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄33 第三节卡钻的预防和处理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄35 第八章废弃钻井液处理与环境保护┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄37 第九章钻井液原材料和处理剂的性能评价与储存┄┄┄┄37 第一节技术标准与性能评价┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄38 第二节钻井液原材料和处理剂的储存┄┄┄┄┄┄┄┄38 第十章钻井液资料收集┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄39第十一章附则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄39 附录┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄40—2 —中国石油天然气集团公司钻井液技术规范第一章总则第一条钻井液技术是钻井技术的重要组成部分，直接关系到钻探工程的成败和效益。

2) 可变负电荷。在粘土晶体的断键边缘上有很多裸露的Al-OH键，其中OH中 的H在碱性条件下解离，会使粘土负电荷过剩；另外粘土晶体的边面上吸附了 OH-、SiO32-等无机离子或吸附了有机阴离子聚电解质也使 粘土带负电。由于 这种负电荷的数量随介质的pH值而改变，故称为可变负电荷。
3) 正电荷。不少研究者指出，当pH值低于9时，粘土晶体边面上带正电荷。 多数人认为其原因是由于裸露在边缘上的Al-O八面体在碱性条件从介质中接受 质子引起的。
高分子化合物对聚结稳定性的影响：
钻井液中粘土颗粒能够和高分子化合物之间发生相互作用，绝大部分高分子 化合物都会吸附在粘土颗粒的表面上。若高分子物质较多，粘土颗粒会尽可能多 地吸附高分子物质在它的表面上，当颗粒完全被高分子所包围，没有剩余的空白 表面，就会失去再吸附其它颗粒上的高分子的可能，使颗粒间的桥联作用无法实 现，使钻井液体系的稳定性增强，这种现象称为胶体的保护作用。
1) 物理吸附。物理吸附是靠吸附剂和吸附质之间分子间引力产生的，物 理吸附是可逆的，吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。非离子 型的有机处理剂，往往是因在粘土表面发生物理吸附而起作用的。
2) 化学吸附。化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的。 例如铁铬木质素磺酸盐在粘土晶体的边缘上可以发生螯合吸附。
离子交换吸附的规律：
浓度相同，价数越高，与粘土表面的吸力越强，交换到粘土表面上的 能力越强；
价数相同、浓度相近时，离子半径越小，水化半径越大，离子中心离 粘土表面越远，吸附能力弱(K+与H+除外)；
当浓度很高时，低价离子同样能交换高价离子。常见的阳离子交换能 力强弱顺序是：
H+>Fe3+>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+ 粘土的阳离子交换容量是指在pH等于7的条件下，粘土所能交换下来的 阳离子总量。它包括交换性氢和交换性盐基，其数值均以每100 g粘土所交 换下来的阳离子的量表示。 粘土的阳离子交换容量，直接关系到粘土颗粒带电荷的多少和吸附处 理剂的能力。影响粘土阳离子交换容量的因素有粘土矿物的本性、粘土矿 物的分散度及溶液的pH值。

３１ 小井 眼的特 殊性 ． （） 空 间隙 小使 井控 成 了突 出问题 ： 规钻 井 的环 空 间隙 为 １环 常 ３ ￣ ３ｍ。 而小 井眼 只有 １ｍ。 环空小 ， ８ ２０ ， ３ 。 较低 的排 量就 会产生较 高 的环 空运 速 。 样 ， 井眼 中循 环 系统的压 力损 失分布与常 规 井就 恰 这 小
１１水平井 的特 殊性 ．
（） 屑能 力降低 。 １携 当水 平井 的井斜 角逐渐 增大 时， 岩屑在 环空 漏 ； 由于 密度 高增 加了造 成压 差 卡 钻的 机会 ； 造成 循 环压 力高 ， 产生 内所受 到的下滑 速度 之径 向分 速度也 逐渐增 大 ， 加上在 大斜 度井的 压 力激 动以 及如 钻具 磨损 、 头 使用寿 命减 少等 困难 。 别在海 上钻 再 钻 特 环空 中， 岩屑到 井 眼底 边 的距离 很短 ， 当达 到某 一 临界 值 时， 屑就 井， 岩 当处 理不 及 时、 施 不 当时， 会 引发严 重 工程 事故 危 及生 命 安 措 还 会逐 渐在环 空的 底边 沉淀 并堆 积起 来而 形成 岩屑床 。 一旦 “ 屑床” 岩 全。 的形成 ， 由于循 环 液体只从环 空的 高边通 过 ，“ 岩屑床 ” 愈积 愈厚 ， 会 ２２ 高温高压 井钻 井液 的要 求 ． 携屑 能 力 很快 降 低 ， 者 会 增加 磨 阻 ， 下 钻 困难 ， 者 会造 成 卡 轻 起 重 （） 有抗 高温 的能 力 （ １具 又称 高 温稳 定 能 力 ） 这 就 需 要选 择 。 钻。 而这一现 象在垂 直井 中是不会发 生 的。 可耐 高温 的主处 理剂 ， 例如 褐煤 类 （ ２４ 的产品就 较 木质素 类 抗温 ０ Ｅ） （） ２ 有独 特 的 “ ｙ ｏｔ 效 应 。“ ｏ ｃ ｔ ” 应 是 由物 理 （ １０ ） 品有较 高的耐 温能 力。 Ｂｏ ｃ ｔ ” Ｂ ｙ ｏｔ 效 抗温 ７ ＂ 产 Ｃ 学 家 Ａ・ ・ ｏ ｃ ｔ在 进行 血 液 流 动 状 态 时 发 现 的 。 Ｆ Ｂ ｙ ｏｔ 即倾 斜 角达 到 （） 有较 强的抑 制能 力。 ２具 ４ 。 ０ 时 ， 球 就会 很快 下滑而 沉 淀 。 ０ －５ 。 血 这一 现象 即 是 Ｂ ｙ － ｔ ｔ ｏ ｃ ｏ （） 有较 好 的润 滑 性 。 入可抗 高温 的液 体润 滑剂 或 固体 润 ３具 加 效应 。 大 斜度井 中， 在 同样 出现了这 一现象 。 当井斜 角达４ 。 ０ 左右 时，