钻井液基础知识

第三章钻井液基础知识一、钻井液概念钻井液是指油气开发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。

钻井液的循环是通过泥浆泵实现的。

循环池中的钻井液由泥浆泵泵入地面高压管汇，经过立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到达钻头，然后从钻头喷嘴喷出，沿着钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间返出，到达地面后经各种固控设备处理后返回循环池。

因此，钻井液又被人们普遍称为石油钻井工程的“血液”。

钻井液又称做钻井泥浆或简称泥浆。

钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分，在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。

现场钻井液循环系统如图所示。

泥浆池泥浆泵地面高压管汇立管水龙带水龙头方钻杆固控设备沉砂池震动筛泥浆槽井眼环空钻头钻铤钻杆二、钻井液的组成1、分散介质---水（盐水）或油2、分散相---膨润土、加重材料、各种处理剂、钻屑膨润土是常用的配浆材料，主要起提粘和造壁作用，加重材料用于提高钻井液密度，处理剂用于调整钻井液性能，钻屑是无用固相应通过各种固控措施除去。

三、钻井液的基本功用1、携带和悬浮岩屑通过钻井液循环将钻头破碎的岩屑从井底携带到地面，让钻头始终接触、破碎新地层，保证快速钻进。

钻井液停止循环时使钻屑在钻井液中悬浮不下沉，防止沉沙卡2、稳定井壁和平衡地层压力钻井液借助液相滤失作用，在井壁上形成一层薄而致密的泥饼，阻止液相进一步滤失，从而减弱泥页岩水化膨胀和分散程度，达到稳定井壁的作用。

平衡地层压力是通过钻井液提供的液注压力来实现，从而防止井塌、井喷、卡钻等复杂情况。

3、冷却和润滑钻头钻具钻进过程中钻头破碎岩屑，钻具与井壁摩擦会产生大量热，这些热量通过钻井液循环被带出地面从而达到冷却钻头钻具的作用。

钻具在井下旋转过程中钻井液在钻具与地层之间又会起到很好的润滑作用。

4、传递水动力钻井液将地面泥浆泵赋予的动力除了用于克服沿程阻力外，当它从钻头喷嘴高速喷出时，对井底产生强大冲击力从而显著提高钻速。

钻井液（drilling fluid）1．钻井液的类型及组成钻井液按分散介质（连续相）可分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体等。

钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成。

液相可以是水（淡水、盐水）、油（原油、柴油）或乳状液（混油乳化液和反相乳化液）。

固相包括有用固相（膨润土、加重材料）和无用固相（岩石）。

化学处理剂包括无机、有机及高分子化合物。

①水基钻井液水基钻井液是一种以水为分散介质，以粘土（膨润土）、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。

其主要组成是水、粘土、加重剂和各种化学处理剂等。

水基钻井液基本经历了五个阶段，即天然钻井液（1904-1921年）、细分散钻井液（1921-1946年）、粗分散钻井液（1946-1973年）、不分散低固相钻井液（1966年至今）、无固相钻井液（1968年至今）、聚合物钻井液（1978年至今）阶段等。

水基钻井液还可分为：（1）淡水钻井液。

氯化钠含量低于10mg/cm³，钙离子含量低于0.12mg/cm³。

（2）盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）。

氯化钠含量高于10mg/cm³。

（3）钙处理钻井液。

钙离子含量低于0.12mg/cm³。

（4）饱和盐水钻井液。

含有一种或多种可溶性盐的饱和溶液。

（5）混合乳化（水包油）钻井液。

含有3%-40%乳化油类的水基钻井液（6）不分散低固相聚合物钻井液。

固相含量低于4%，含有适量聚合物。

（7）钾基钻井液。

氯化钾含量高于3%。

1978年以来开始在我国钻井现场使用。

（8）聚合物钻井液。

它是以聚合物为主体，配以降粘剂，降滤失剂、防塌剂和润滑剂等多种化学处理剂所组成的钻井液。

它是20世纪80年代发展起来的一种新型钻井液体系。

包括阳离子聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液、全阳离子聚合物钻井液、深井聚合物钻井液和正电胶钻井液等。

②油连续相钻井液油连续相钻井液（习惯称为油基钻井液）是一种以油（主要是柴油或原油）为分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系。

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。

钻井液基本知识钻井液就是用于钻井的流体,在钻井中的功用:1、清洗井底,悬浮携带岩屑,保持井眼清洁。

2、平衡地层压力,稳定井壁、防止井塌、井喷、井漏。

3、传递水功率、以帮助钻头破碎岩石。

4、为井下动力钻具传递动力,5、冷却钻头、钻具。

6、利用钻井液进行地质、气测录井。

钻井液常规性能对钻井工作有很大的影响。

一、钻井液密度1、钻井液密度概念:单位体积钻井液的质量称为钻井液的密度,其单位就是克/厘米3(g/cm3)常用符号表示。

现场一般用钻井液密度计测定钻井液的密度。

2、钻井液密度的计算公式P=(P地×102)÷H+PeP----钻井液密度g/cm3式中:P地----地层压力MPaH-----井深mPe-----附加密度、油层附加0、05—0、1气层附加0、07—0、15由于起钻时可能产生抽吸或液面下降,另外,气体进入井内,也会引起液柱压力降低,因此钻井液密度要有附加值。

3、钻井液密度与钻井工作的关系:在钻井作业中,钻井液密度的作用就是通过钻井液柱对井底与井壁产生压力,以平衡地层中油、气压力与岩石侧压力、防止井喷、保护井壁,同时防止高压油气水侵入钻井液,以免破坏钻井液的性能引起井下复杂情况,在实际工作中,应根据具体情况,选择恰当的钻井液密度,若钻井液密度过小,则不能平衡地层流体压力,与稳定井壁,可能引起井喷、井塌、卡钻等事故,若钻井液密度过大则压漏地层,并易损害油气层。

钻井液对钻速有很大的影响,密度大液柱压力也大,钻速变慢,因钻井液柱压力与地层压力之间的正压差使岩屑的清除受到阻碍。

造成重复破碎,降低钻头破碎岩石的效率,使钻速下降,通常在保证井下情况正常的前提下,为了提高钻速,应尽量使用低密度钻井液。

二、钻井液粘度1、钻井液的粘度概念:钻井液粘度就是指钻井液流动时,固体棵粒之间,固体颗粒与液体分子之间,以及液体分子之间内摩擦的总反映,钻井液粘度可用漏斗粘度计与旋转粘度计进行测定,由于测定的方法不同,有不同的粘度值,现场常采用漏斗粘度计测量钻井液的粘度,单位就是秒。

钻井液基本知识钻井液是用于钻井的流体，在钻井中的功用：1、清洗井底，悬浮携带岩屑，保持井眼清洁。

2、平衡地层压力，稳定井壁、防止井塌、井喷、井漏。

3、传递水功率、以帮助钻头破碎岩石。

4、为井下动力钻具传递动力，5、冷却钻头、钻具。

6、利用钻井液进行地质、气测录井。

钻井液常规性能对钻井工作有很大的影响。

一、钻井液密度1、钻井液密度概念：单位体积钻井液的质量称为钻井液的密度，其单位是克/厘米3（g/cm3）常用符号表示。

现场一般用钻井液密度计测定钻井液的密度。

2、钻井液密度的计算公式P=(P地×102)÷H+PeP----钻井液密度g/cm3式中：P地----地层压力MPaH-----井深mPe-----附加密度、油层附加0.05—0.1气层附加0.07—0.15由于起钻时可能产生抽吸或液面下降，另外，气体进入井内，也会引起液柱压力降低，因此钻井液密度要有附加值。

3、钻井液密度与钻井工作的关系：在钻井作业中，钻井液密度的作用是通过钻井液柱对井底和井壁产生压力，以平衡地层中油、气压力和岩石侧压力、防止井喷、保护井壁，同时防止高压油气水侵入钻井液，以免破坏钻井液的性能引起井下复杂情况，在实际工作中，应根据具体情况，选择恰当的钻井液密度，若钻井液密度过小，则不能平衡地层流体压力，和稳定井壁，可能引起井喷、井塌、卡钻等事故，若钻井液密度过大则压漏地层，并易损害油气层。

钻井液对钻速有很大的影响，密度大液柱压力也大，钻速变慢，因钻井液柱压力与地层压力之间的正压差使岩屑的清除受到阻碍。

造成重复破碎，降低钻头破碎岩石的效率，使钻速下降，通常在保证井下情况正常的前提下，为了提高钻速，应尽量使用低密度钻井液。

二、钻井液粘度1、钻井液的粘度概念:钻井液粘度是指钻井液流动时，固体棵粒之间,固体颗粒与液体分子之间,以及液体分子之间内摩擦的总反映,钻井液粘度可用漏斗粘度计和旋转粘度计进行测定,由于测定的方法不同,有不同的粘度值,现场常采用漏斗粘度计测量钻井液的粘度,单位是秒。

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。