第三章 钻井液

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。

第三章钻井液一口油气井钻井成功在很大程度上取决于钻井液的性质和性能。

钻井液始终是为钻井工程服务的，它的发展与钻井工程的发展紧密相关。

由于初期的钻井液是由最简单的泥土和水组成，“泥浆”就成为钻井液沿用至今的代名词。

实际上，这种称呼既不正确更不准确。

钻井液的定义是指具有各种各样功能以满足钻井工程需要的循环流体。

第一节钻井液的功能、组成和类型一、钻井液的功能油气钻井的基本功能是打开找油、找气和采油、采气的通道，是实现油气勘探开发的重要工程手段。

为油气钻井、完井服务是钻井液的目的，钻井、完井的需要是钻井液发展的动力。

因此，钻井液的功能就体现在油气井钻井、完井的两个方面，即在整个钻进过程中，要保持安全优质快速低成本钻井；在进入油气层时，要具有保护储层的作用。

所以，钻井液的功用也就是钻井、完井对钻井液的基本要求。

在钻井方面，钻井液的主要功能有①清洗井底，携带岩屑。

②冷却、润滑钻头和钻柱。

③形成泥饼，保护井壁。

④控制和平衡地层压力。

⑤悬浮岩屑和加重材料。

⑥提供所钻地层的地质资料。

⑦传递水功率。

⑧防止钻具腐蚀。

在保护油气储集层方面，钻井液（此时称完井液）的主要功用是保护油气层的渗透性，尽量降低对原始油气层物化性质的损害。

主要表现在以下两方面：①控制固相粒子含量及级配，防止固相粒子对油气层的损害。

②保持液相与地层的相容性。

二、钻井液的组成和类型钻井液属于复杂的多相多级胶体-悬浮体分散体系。

它既可以是固体分散在液体中，或者是液体分散在另一种液体中，也可以是气体分散在液体中，或者是液体分散在气体中所形成的分散体系。

钻井液的基本成分由分散相+分散介质+化学处理剂组成。

各相具体成分可以是：处理剂（各种维护分散体系稳定和调整分散体系性能的化学添加剂）。

在以水为连续相的水基钻井液中，通常用重量体积百分含量表示钻井液配方中各组分，不考虑处理剂本身的体积。

例如，某种水基钻井液组分为：1000ml水+ 50g膨润土+ 20g 处理剂。

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。

为提高钻井液技术和管理水平，保障钻井工程的安全和质量，满足勘探开发需要，特制定本规范。

第二条本规范主要内容包括：钻井液设计，现场作业，油气储层保护，钻井液循环、固控和除气设备，泡沫钻井流体，井下复杂的预防和处理，钻井液废弃物处理与环境保护，钻井液原材料和处理剂的质量控制与管理，钻井液资料管理等。

第三条本规范适用于中国石油天然气集团公司所属相关单位的钻井液技术管理。

第二章钻井液设计第一节设计的主要依据和内容第四条钻井液设计是钻井工程设计的重要组成部分，主要依据包括但不限于以下几方面：1. 以钻井地质设计、钻井工程设计及其它相关资料为基础，依据有关技术规范、规定和标准进行钻井液设计。

2. 钻井液设计应在分析影响钻探作业安全、质量和效益等因素的基础上，制定相应的钻井液技术措施。

主要有：地层岩性、地层应力、地层岩石理化性能、地层流体、地层压力剖面（孔隙压力、坍塌压力与破裂压力）、地温梯度等信息；储层保护要求；本区块或相邻区块已完成井的井下复杂情况和钻井液应用情况；地质目的和钻井工程对钻井液作业的要求；适用的钻井液新技术、新工艺；国家和施工地区有关环保方面的规定和要求。

第五条钻井液设计内容主要包括：邻井复杂情况分析与本井复杂情况预测；分段钻井液类型及主要性能参数；分段钻井液基本配方、钻井液消耗量预测、配制与维护处理；储层保护对钻井液的要求；固控设备配置与使用要求；钻井液仪器、设备配置要求；分段钻井液材料计划及成本预测；井场应急材料和压井液储备要求；井下复杂情况的预防和处理；钻井液HSE管理要求。

第二节钻井液体系选择第六条钻井液体系选择应遵循以下原则：满足地质目的和钻井工程需要；具有较好的储层保护效果；具有较好的经济性；低毒低腐蚀性。

第七条不同地层钻井液类型选择1. 在表层钻进时，宜选用较高粘度和切力的钻井液。

钻井液实用手册目录第一篇钻井液基础知识和基本技能 ................. 错误!未定义书签。

第一章钻井液相关概念................................................. 错误!未定义书签。

第一节钻井液的功用............................................. 错误!未定义书签。

第二节钻井液的类型............................................. 错误!未定义书签。

第三节钻井液的组成............................................. 错误!未定义书签。

第四节钻井液性能及其作用................................. 错误!未定义书签。

第二章胜利油田及其它地区地质情况简介................. 错误!未定义书签。

第一节平原组地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第二节明化镇组Nm地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第三节馆陶组Ng地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第三节东营组Ed地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第四节沙河街组Es地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第五节孔店组EK地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第六节白垩系K地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第七节侏罗系J地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第八节二迭系P地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第九节石碳系C地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第十节奥陶系O地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第十一节寒武系€地层综合状况、复杂情况及钻井液技术错误!未定义书签。

第三章钻井液处理剂第一节无机处理剂参见《泥浆工艺原理》p66~69。

最常用的有Na2CO3（配浆）、NaOH（调Ph）、Ca（OH）2（钙处理钻井液）、CaCl2、NaCl、BaSO4、（NaPO3）6（六偏磷酸钠，降粘剂）等。

第二节稀释剂定义：用来降低钻井液粘度和切力以改善流动性的物质。

钻井液一般是一种塑性流体，粘度一般是指塑性粘度。

定义：钻井液层流时，网状结构的破坏速度等于恢复速度，悬浮粒子之间、悬浮粒子与液相之间以及液相之间的内摩擦力。

计算：PV=Φ600—Φ300（mPa.s）表观粘度（视粘度，有效粘度）：某一流速梯度下，流体的剪切应力与流速梯度的比值。

计算：A V=Φ600/2（mPa.s）。

动切应力：钻井液层流时，网状结构的破坏速度等于恢复速度，破坏单位网状结构所需要的力。

YP=0.511（Φ300—PV）（Pa）。

一、钻井液稠化的原因1、固相颗粒过多钻屑侵入并分散，引起固相颗粒增加，体系粘度增加。

此时稀释剂不能调节粘度，只能加强固控处理或加水稀释。

2、体系形成网状结构粘土颗粒形状不规则，表面性质不均匀（如层面带负电，端面可正可负），导致颗粒端—端、端—面连接，形成网状结构，当颗粒足够多时，形成连续的空间网状结构，钻井液稠化，粘度、切力上升。

可用稀释剂来调节，拆散网状结构。

3、聚合物钻井液中聚合物的结构及粘度一个聚合物长分子吸附多个粘土颗粒并形成结构；聚合物溶液本身有粘度。

加入小分子量有机物降粘剂，如磺化苯乙烯—马来酸酐（SSMA）、醋酸乙烯酯—马来酸酐共聚物（V AMA）、XY-27等。

4、无机电解质的影响无机盐离子压缩双电层，Zeta电位减小，斥力减小，易形成网状结构。

使用抗盐的稀释剂，如：铁铬盐（FCLS）等。

二、稀释机理1、传统降粘机理（1）拆散结构每一种处理剂均有吸附基团（静电引力、分子间力、氢键、配位键、螯合）和水化基团（-COONa、-ONa、-SO3Na），吸附基团优先吸附在粘土颗粒边缘断键处，将正电荷变为负电荷，同时水化基团水化，使水化膜增厚，斥力增大，拆散或削弱粘土颗粒间的端—端、端—面连接，拆散或削弱了钻井液的网状结构，粘、切下降。

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。