钻井液工艺原1

中国石油大学（北京）远程教育学院《钻井液工艺原理》期末复习题一.单项选择题(共30题)1、在水中易膨胀分散的粘土矿物是（C）。

A. 高岭石；B. 云母；C. 蒙脱石；D. 绿泥石2、泥浆10秒和10分钟静切力是电动旋转粘度计以3转/分转动时刻度盘指针的（A）。

A. 最大读数；B. 最小读数；C. 稳定后的读数3、泥浆含砂量是指大于74微米的颗粒在泥浆中的体积百分数，因此测试时需用（B）目数的过滤网过滤泥浆样。

A. 150；B. 200；C. 325；D. 1004、低固相钻井液若使用宾汉模式, 其动塑比值一般应保持在（A）Pa/mPa·s。

A. 0.48B. 1.0C. 4.8D. 2.105、标准API滤失量测定的压力要求是（A）。

A. 686kPaB. 7MPaC. 100PaD. 100kPa6、用幂律模型的"n"值可以判别流体的流型，n等于1的流体为（A）。

A. 牛顿流体；B. 假塑性流体；C. 膨胀性流体7、钻井作业中最重要的固相控制设备是（C）。

A. 除泥器；B. 除砂器；C. 振动筛；D. 离心机8、钻井液密度越高，机械钻速越（B）。

A. 高；B. 低；C. 不影响9、下列那种基团叫酰胺基（A）。

A. -CONH2B. -COOHC. -SO3HD. -CH2OH10、抗高温泥浆材料一般含有那个基团（A）。

A. -SO3HB. -CH2OHC. -CONH2D. -COOH11、钻井过程中最主要的污染物是（B）。

A. 水泥浆；B. 钻屑；C. 原油；D. 都不是12、醇类有机化合物的分子结构中含有（C）。

A. 羧基；B. 硝基；C. 羟基；D. 羰基13、聚合物处理剂中,CMC属于（B）型处理剂。

A. 阳离子；B. 阴离子；C. 非离子14、搬土在钻井液中存在的几种形态分别为（D）。

A. 端-面；B. 面-面；C. 端-端；D.以上都有15、阳离子交换容量最大的是（C）。

钻井液工艺原理》综合复习资料、名词解释1、晶格取代（P29最后一段）在粘土结构中某些原子被其它化合价不同的原子取代而晶格骨架保持不变的作用。

2、压差卡钻（P402倒数第三段）压差卡钻又称泥饼粘附卡钻,是指钻具在井中静止时,在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用下,将钻具紧压在井壁上而导致的卡钻。

3、剪切稀释特性（P65最后一段）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。

4、油气层损害（P409第一段）任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象，均称为油气层损害。

5、塑性粘度（P60第一段）在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值。

钻井液中的塑性粘度是塑性流体的性质，不随剪切速率而变化；反映了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱。

6、胺点在标准实验条件下，石油产品与等体积的苯胺，在相互溶解形成单一液相时的最低温度，叫苯胺点。

7、造浆率（P147第一段）常将1t粘土所能配出的表观粘度为15mPa・s的钻井液体积称为造浆率。

8、泥饼粘附卡钻（P402倒数第三段）压差卡钻又称泥饼粘附卡钻,是指钻具在井中静止时,在钻井液液柱压力与地层孔隙压力之间的压差作用下,将钻具紧压在井壁上而导致的卡钻。

9、水敏性损害（P420倒数第三段）水敏性损害是指当进入油气层的外来流体与油气层中的水敏性矿物不相配伍时，将使得这类矿物发生水化膨胀和分散从而导致油气层的渗透率降低。

10、静切力（P59最后一段）塑性流体不是加很小的剪切应力就开始流动，而是必须加一定的力才开始流动,这种使钻井液开始流动所需的最低切应力，称为静切力。

11、乳状液（）一种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形成的分散体系。

钻井液是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。

（P1）12、钻井液碱度（P9第六段）碱度是指溶液或悬浮体对酸的中和能力。

名词解释 1. 晶格取代2. 钻井液:用于钻井的具有各种各样功用以满足钻井工作需要的循环流体3. 钻井液的阳离子交换容量：每100ml 钻井液所能吸附亚甲基蓝的量，用()m CEC 表示粘土的阳离子交换容量CEC ： 在分散介质的PH 值为7的条件下，100g 粘土所能交换下来的阳离子总量4. 粘土的水化作用：粘土矿物遇水后，在其颗粒外表吸附水分子形成水化膜，经层间增大的过程5.造浆率:1t 粘土所能配出的表观黏度为15mPa*s 的钻井液体积6. 取代度d :纤维素分子每一葡萄糖单元上的三个羟基中,羟基上的氢被取代而生成醚的个数称为取代度7. 剪切速率：垂直于流速方向上单位间隔 流速的增量 剪切应力：单位面积上的剪切力8.表观粘度：又称有效粘度，是在某一剪切速率下，剪切应力与剪切速率的比值，a τμγ=宾汉：0a p ττμμγγ==+ 幂律 ：1n ak τμγγ-==a γμ增加，减小9. 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钻井液的触变性：指搅拌后钻井液变稀，静置后又变稠的性质〔一般用终切力与初切力之差表示〕 10.钻井液的造壁性：钻井液滤失过程中，其自由水进入岩层，固相颗粒附着在井壁上形成泥饼，减小浸透性阻止或减慢钻井液继续侵入地层 填空SMP/SMC/SMT动切比 0.36-0.48pa/〔mpa*s 〕 流性指数n 控制在0.4-0.7 试验渗滤压差 0.89mpa影响粘土阳离子交换容量大小的因素：粘土矿物的本性；粘土的分散度；溶液的酸碱度 电动现象的存在说明胶粒外表总带有电荷，其主要来源：电离作用，晶格取代作用，离子吸附作用，未饱和键 简答1. 钻井液的组成:由膨润土,水.各种处理剂,加重材料,及钻屑所组成的多相分散体系钻井液的功用：携带和悬浮岩屑；稳定井壁和平衡地层压力；冷却和光滑钻头、钻具；传递水动力此外钻井液还要做到： 与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求； 有利于底层测试，不影响对地层的评价； 防止对钻井人员和环境发生伤害和污染； 不腐蚀井下工具及地面装备或尽可能减轻腐蚀 钻井液分类：分散钻井液〔细分散〕；钙处理钻井液，盐水钻井液，饱和盐水钻井液〔粗分散〕； 聚合物钻井液，甲基聚合物钻井液〔不分散〕；油基钻井液；合成钻井液；气体型钻井液；保护油气层钻井液2.静电稳定理论〔DLVO理论〕：溶胶在一定条件下是稳定存在还是聚沉，取决于胶粒之间存在的两种相反的作用力，即互相吸引力与静电斥力，当胶体颗粒在布朗运动中互相碰撞时，吸力大于斥力，溶胶就会聚结，反之，斥力大于吸力时，粒子碰撞后又分开，保持其分散状态3.粘土水化膨胀受三种力制约：外表水化力；浸透水化力；毛细管作用力影响粘土水化膨胀的因素：粘土晶体的部位不同，水化膜厚度不一样；粘土矿物不同，水化作用的强弱不同；粘土吸附的交换性阳离子不同，其水化程度有很大差异泥浆中可溶性的盐类及泥浆处理剂的影响温度和压力的影响粘土水化膨胀作用机理：粘土矿物外表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4.丹宁的稀释机理:单宁酸钠苯环上相邻的双酚羟基可通过配位键吸附在粘土断键边缘的铝离子处，而剩余的—ONa和—COONa均为水化基团，他们又能给粘土颗粒带来较多的负电荷和水化层，使粘土颗粒端面处的双电层斥力和水化膜厚度增加，从而拆散和削弱了粘土颗粒间通过端--面和端—端连接形成的网架构造，使粘度和切力下降5.不同交换性阳离子引起水化程度不同的原因P42粘土单元晶层间存在两种力：膨胀力和带负电荷的晶层之间的斥力，—层间阳离子—粘土单元晶层之间的静电引力假设静电引力大于晶层间的斥力，即2〉1，那么粘土只能发生晶格膨胀假设晶层间斥力大于静电引力，即2〈1，粘土发生浸透膨胀6.对抗高温钻井液处理剂的一般要求1）高温稳定性好，在高温条件下不易降解2）对粘土颗粒有较强的吸附才能，受温度影响小3）有较强的水化基团，使处理剂在高温下有良好的亲水特性4）能有效抑制粘土的高温分散作用5）在有效加量范围内，抗高温滤失剂不得使钻井液严重增稠6）在PH较低〔7-10〕时也能充分发挥其效力，有力与控制高温分散，防止高温胶凝和高温固化现象的发生7．聚合物钻井液的特点1．固相含量低而且亚微粒子所占比例也较低2．具有良好的流变性3．钻速快4．井壁稳定民井径规那么5．对油气层伤害小，有利于发现和保护气层6．防止井漏7．钻井本钱低阐述1.影响聚结稳定性的因素并举例（1）电解质浓度的影响1）在高浓度电解质存在时，除了胶粒非常靠近以外，在任何间隔上都是吸引能占优势，在这种情况下聚结速度最快2）在中等电解质浓度下，由于存在远程斥力能的作用，聚结过程被延缓了3）在低电解质浓度下，由于存在明显的远程斥力能的作用，聚结过程很慢例：钻井时发生盐侵或钙侵时，易导致钻井液性质发生变化，应采用饱和盐水钻井液体系（2）反离子价数的影响电解质中起聚沉作用的主要是与胶粒带相反电荷的反离子，反离子价数越高，聚沉值越低，聚沉率越高，聚沉才能越强例：（3）反离子大小的影响水化离子半径越小越容易靠近胶粒，越容易发生聚沉，尤其对低价离子影响显著例：钾基聚合物钻井液中钾离子起页岩抑制剂的作用（4）同号离子的影响同号离子对胶体有一定的稳定作用，可以降低反离子的聚沉才能，但有机高聚物离子例外例：HPAM在膨润土颗粒上吸附，可增加粘土颗粒的电动电位（5）互相聚沉现象带一样电荷的两种溶胶混合后没有变化，除个别例外，而两种相反电荷的溶胶互相混合那么发生聚沉例：正电胶MMH参加水基钻井液中，使得其切力增加，滤失量也增加2．无机处理剂在钻井液中的作用机理(举例说明)〔1〕离子交换吸附在配置预水化膨润土时，参加适量碳酸钠，使钠离子与钙蒙脱土颗粒外表的钙离子发生交换，从而使粘土的水化和造浆性能进步，分散成更小的颗粒，使钻井液粘度和切力升高，滤失量降低〔2〕调控钻井液的PH值添加适量的烧碱进步钻井液的PH值，以应对PH值下降的现象3〕沉淀作用如有过多的钙离子或镁离子侵入钻井液，那么会削弱粘土的水化和分散才能，破坏钻井液性能，这时可先参加适量烧碱出去镁离子，然后用适量纯碱除去钙离子〔4〕结合作用在受到钙侵的钻井液中参加足量的六偏磷酸钠，可生成稳定的络离子，将钙离子束缚起来，相当于从钻井液中除去钙离子(5) 与有机处理剂生成可溶性盐单宁腐殖酸等有机处理剂在水中溶解度很小，不易吸附在粘土颗粒上，参加适量烧碱，使之转化为可溶性盐，如单宁酸钠和腐植酸钠，才能发挥其效能〔6〕抑制溶解的作用在钻遇岩盐和石膏地层时，常使用盐水钻井液和石膏处理的钻井液，甚至是使用饱和盐水钻井液，来增强钻井液抗污染才能，以及防止可溶性岩层的溶解，使井径保持规那么推导静滤失方程：假设：泥饼厚度与钻井直径相比很小，泥饼是平的且厚度为定值，泥饼不可压缩且其浸透率不变 滤失速率：f mcdV kA Pdth μ∆=〔1〕 K —泥饼浸透率 2m μsm m sc mc f V f h A ⋅=⋅⋅ μ--滤液粘度 amP s ⋅()sm f mc sc mc f V h A f h A +⋅=⋅⋅ f V --滤液体积 3cm 于是有 ()1sm f f mc sc sm sc sm f V V h A f f f A f ⋅==-⎛⎫- ⎪⎝⎭〔2〕 m V --钻井液体积 3m将〔2〕带入〔1〕中得：1f scf sm dV f kA P A dtV f μ⎛⎫∆=- ⎪⋅⎝⎭将上式积分得：022112fV tscf f sm f sc sm f f kA P V dV A dtf V f kA Pt f V μμ⎛⎫∆=- ⎪⎝⎭⎛⎫=-∆ ⎪⎝⎭==⎰⎰分析静滤失量的影响因素：1〕滤失时间；2〕压差越大，滤失量越大；3〕滤液的粘度；4〕温度〔T 增大，粘度减小，滤失量增大〕；5〕固相含量，钻井液中固相含量越高，泥饼中固相含量越小，钻井液滤失量越小；6〕岩层的浸透性；7〕泥饼的压实性，泥饼越薄，浸透性越小，滤失量越小；8〕钻井液的絮凝和聚结，可进步泥饼浸透率，从而增大滤失量7. 流变参数的计算11/min 1.703r s -= 0.511τθ= Pa τ-0.51130010001.703N Na r N Nθθτμ==⨯= a a mP s μ-⋅ :N N θ转速为时的读数60012a μθ=宾汉流体：()6003006003006003006003000.51110001022511p θθττμθθγγ--==⨯=---()()60030006006006003000.51110220.5111000p p θθττμγθθμ-=-=-⨯=-假塑性流体：6003003.322lg n θθ= 3000.511511n k θ=2.几种主要粘土矿物的晶体构造特点及其对储层的影响（1）高岭石1〕1:1层型粘土矿物；2〕几乎无晶格取代，CEC很小，负电量少；3〕晶层与晶层之间容易形成氢键，故晶层间连接严密；4〕水化性能差，造浆性能不好影响：1）在钻井过程中，含高岭石的泥页岩地层易发生剥蚀掉块2）高岭石常见疏松地层，在砂岩空隙中常以分散质点式存在且颗粒较大，附着力弱，是储层中产生微粒运移的根底物质3）流体以较高流速流向油层时，因剪切力作用使其从砂岩颗粒外表脱落随流体一起流动，在喉道上产生堵塞4）当储层中有较多高岭石成分时，应控制流体流速（2）蒙脱石1〕2:1型粘土矿物2〕晶格取代多在八面体中，CEC大，负电量大3〕晶层间引力以分子间力为主，因力弱，晶层间距较大，水分子易进入晶层，引起晶格膨胀4〕晶层的内外外表均可进展水化及阳离子交换，吸水性强，造浆率高影响：1）钻井时易导致缩径，卡钻事故2）易出如今浅层，以薄膜形式粘附在碎屑颗粒外表3）亲水性强，比外表高其水化膨胀会降低储层浸透率，降低产量（3）伊利石1）2:1层型粘土矿物2）晶格取代多发生在四面体中，其晶胞平均负电荷比蒙脱石高，产生的负点主要由钾离子平衡3）晶层间引力以静电引力为主，比氢键强，晶层间距较小是非膨胀型粘土矿物4）水化作用仅限于外外表影响：1）多是搭桥式，有很多微细孔隙，产生强吸水区，外来液体侵入后，易造成含水饱和度增加，使油层的相对浸透率下降2）一些毛发状的伊利石在流体流动时有可能被粉碎，并运移至喉道外形成阻塞，其单向阀作用，从而伤害油气层的浸透率（4）绿泥石1）2:2层型粘土矿物2）层间有水镁石晶片，静电核数很低3）非膨胀性粘土矿物影响：1）富含铁，具有酸敏性2）酸化时被溶解，释放铁离子，当酸耗尽时会形成氢氧化铁沉淀，其粒度比一般底层喉道尺寸大，易堵塞喉道而损害油层，造成酸化失败3. 调整钻井液宾汉形式流变性参数的一般方法可概括为：〔1〕降低p μ：1〕通过合理使用固控设备，加水稀释，减少固相含量2〕用化学絮凝方法降低粘土分散度〔2〕进步p μ：1〕参加低造浆率粘土，重晶石，增加固相含量 2〕混入原油或适当进步PH 值 3〕增加聚合物处理剂的浓度〔3〕降低0τ：1〕参加降粘剂，拆散钻井液中已形成的网架构造2〕如因2a C +，2Mg +等污染引起的0τ升高，可用沉降方法去除这些离子3〕用清水或稀浆稀释也可起到降低0τ的作用〔4〕进步0τ：1〕可参加预水化膨润土浆，或增大高分子聚合物的加量2〕对于钙处理钻井液或盐水钻井液，可通过适当增加2a C +和aN +浓度来进步0τ8. 钻井液在井内发生滤失的全过程由三个阶段组成：瞬时滤失；动滤失；静滤失瞬时滤失：地层刚钻开尚未形成泥饼之前的滤失特点：时间短；滤失速率最大；利于钻井动滤失：钻井液循环时的滤失特点：压差较大；泥饼薄；滤失量由较大减小至定植 静滤失：钻井液停顿循环时的滤失特点：压差较小；泥饼较厚；滤失量较小 结论:静滤失比动滤失的滤失速率小，但泥饼厚控制滤失量应控制动滤失，控制泥饼厚度应控制静滤失。

实验一 钻井液流变模式确定实验一.实验目的1. 掌握六速旋转粘度计的使用方法。

2. 掌握如何判断钻井液的流型及对应流变参数的计算方法。

3. 比较各流变模式与实际流变曲线的吻合程度，弄清各种模式的特点。

4. 掌握NaCl 对钻井液流变性的影响。

二.实验原理1. 旋转粘度计工作原理电动机带动外筒旋转时，通过被测液体作用于内筒上的一个转矩，使与扭簧相连的内筒偏转一个角度。

根据牛顿内摩擦定律，一定剪切速率下偏转的角度与液体的粘度成正比。

于是，对液体粘度的测量就转换为内筒的角度测量。

2. 流变曲线类型、意义。

流变曲线是指剪切速率和剪切应力的关系曲线。

根据曲线的形式，它可以分为牛顿型、塑性流型、假塑性流型和膨胀性流型。

为了计算任何剪切速率下的剪切应力，常用的方法是使不同流变模式表示的理想曲线逼近实测流变曲线，这样，只需要确定两个流变参数，就可以绘出泥浆的流变曲线。

牛顿模式反映的牛顿液体，其数学表达式为：τ=η·D宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为：τ=τ0 +ηp ·D指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为：τ=K ·D n 或 Lg τ=lgK + n ·lgD卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为：21212121.D c∞+=ηττ实际流变曲线与哪一种流变模式更吻合，就把实际液体看成哪种流型的流体。

三、实验仪器及药品1．仪器ZNN-D6型旋转粘度计、高速搅拌器；2. 药品350ml水、500ml泥浆、NaCl。

四．仪器使用要点1.检查好仪器，要求；①粘度计刻度盘是否对零。

若不对零，可松开固定螺钉调零后再拧紧。

②检查粘度计的同心度。

高速旋转时，外筒不得有偏摆。

③检查高速搅拌机的搅拌轴是否偏摆。

若偏摆，则停止使用。

2.校正旋转粘度计①倒350ml水于泥浆杯中，置于托盘上，上升托盘，使液面与外筒刻度线对齐，拧紧托盘手轮。

②迅速从高速到低速依次测量。

待刻度盘读数（基本）稳定后，分别记录各转速下的读数Ø.要求：Ø 600=2.0格,Ø 300=1.0格。

《钻井液工艺原理》综合复习资料一、概念题1、粘土晶格取代2、钻井液碱度3、压差卡钻4、聚结稳定性5、井喷6、粘土水化作用7、井漏8、滤失9、剪切速率10、钻井液剪切稀释特性11、流变模式12、动力稳定性13、钻井液滤失造壁性二、填空题1、钻井液的主要功能有（）、（）、（）、（）等。

2、一般来说，钻井液处于（）状态时，对携岩效果较好；动塑比τ0/ηp越（）或流性指数n越（），越有利于提高携岩效率。

3、粘土矿物基本构造单元有（）和（）。

4、井壁不稳定的三种基本类型是指（）、（）、（）。

5、在钻井液中，改性褐煤用做（）剂，磺化沥青用做（）剂。

6、油气层敏感性评价包括（）、（）、（）、（）和（）等。

7、一般来说，要求钻井液滤失量要（）、泥饼要（）。

8、现场钻井液常用四级固相控制设备指（）、（）、（）、（）。

9、影响钻井液滤失量的主要因素有（）、（）、（）、（）。

10、按API标准钻井液常规性能测试包括（）、（）、（）、（）、（）、（）。

11、聚合物钻井液主要类型有（）、（）、（）。

12、钻井液常用流变模式有（）、（）。

13、常见粘土矿物有（）、（）、（）等。

14、钻井过程可能遇到的复杂情况有（）、（）、（）等。

15、钻井液的基本组成（）、（）、（）。

16、钻井液的流变参数包括（）、（）、（）、（）和（）等。

17、 在钻井液中，钠羧甲基纤维素用做（ ）剂，铁铬盐（FCLS ）用做（ ）剂，氢氧化钠用作（ ）剂。

18、 现场常用钻井液降滤失剂按原料来源分类有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。

三、简答题1、 简述伊利石和蒙脱石的晶体构造、带电性及水化特性。

2、 发生井喷的原因有哪些？应该怎样预防？3、 分析钻井液遇盐侵后粘度和滤失量如何变化及其原因。

4、 简述钻井液降粘剂的作用机理。

5、 常见卡钻类型有哪些，并简述其发生机理。

6、 简述油基钻井液相对于水基钻井液的优缺点。

7、 钻井液固相对钻井速度的影响规律并举例说明絮凝剂絮凝机理。