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油气井钻井液体系分析及研究随着油气资源的不断开发，钻井液的研究也越来越重要。
油气井钻井液体系是由多种化学物质组成的，可以根据其组成分为水基、油基和气基钻井液体系。
本文将从钻井液的物理化学特性、分类、应用和研究进展等方面进行探讨。
一、钻井液物理化学特性1.密度：钻井液的密度需要适当地调整，以保证井底压力正常，控制钻杆运动和油管回流，防止井口喷出。
2.黏度：黏度也是决定钻井液性能的一个重要指标。
黏度低的钻井液能够降低井筒阻力并提高洗井质量。
3.PH值：PH值通常在8-10之间，这是为了避免钻井液对地层的腐蚀和侵蚀。
4.泡沫度：泡沫度是油气钻井液的重要指标之一。
合适的泡沫度可保持井壁的稳定性，防止井壁崩塌，同时也有助于控制井底压力。
二、钻井液的分类1.水基钻井液：水基钻井液是目前使用最为广泛的钻井液，其主要成分为水、泥、聚合物材料以及一些添加剂。
水基钻井液相对来说价格比较实惠，但缺点是不适合一些高硫、高岩性、高温高压、高盐度的井。
2.油基钻井液：油基钻井液投资和使用成本相对较高，但优点是能够满足复杂地质情况下的钻井作业需求。
油基钻井液具有较强的化学稳定性和热稳定性，同时也具有低毒性，不会对环境造成污染。
3.气基钻井液：气基钻井液具有低黏度、高效率、对环境污染小等特点，但是价格较高，使用范围也较为有限。
三、钻井液的应用1.减阻除杂：钻井液通过旋转钻铤和注入钻井液来清除井底杂质，降低井壁阻力。
2.支壁孔、保持井壁稳定：在井口附近形成适当的孔道来保持井壁的稳定性。
3.导吸捞渣：在钻井时每过一定时间就要进行清理井底杂质，导吸捞渣就是用钻井液将杂质吸入到井底，然后抽出到地面。
四、钻井液研究进展近年来，国内外学者在钻井液领域开展了很多研究，其中不乏一些有意义的成果和突破。
例如，防漏减阻水基钻井液研制成为目前水基钻井液领域的热点问题之一，该钻井液能够同时满足沉积岩和结晶岩的掏污需求。
此外，在油基钻井液领域，一些合成油基钻井液已被广泛应用，该类钻井液能够承受高温高压环境的作业需求。
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。
第一章1钻井液：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。
钻井液又称做钻井泥浆（Drilling Muds），或简称为泥浆(Muds)2完井液：在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液，这些作业包括钻开油层、下套管、射孔、防砂、试油、增产措施和修井等。
因此从广义上讲，从钻开油层到采油及各种增产措施过程中的每一个作业环节，所使用的与产层接触的各种工作液体系统称为完井液。
3钻井液的功能: 1．携带和悬浮岩屑(这是钻井液首要和最基本的功用)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．获取井下信息6。
保护油气层4钻井液类型：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．油基钻井油8．合成基钻井液9．气体型钻并流体10．保护油气田钻井液。
5钻井液的常规性能：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、HTHP滤失量、pH值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量、滤液中各种离子的质量浓度6钻井液密度的调节方法：加重钻井液密度方法：加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。
在加重前，应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相的含量。
一般情况下，所需钻井液密度越高，加重前钻井液固含及粘度、切力应控制得越低。
可溶性无机盐也是提高密度常用方法。
如保护油气层清洁盐水钻井液，通过加入NaCl，可将钻井液密度提高至1.20 g/cm3左右。
降低钻井液密度方法：为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井，通常降低密度的方法有以下几种：(1)清除无用固相: 最主要的方法用机械和化学絮凝的方法清除无用固相，降低钻井液的固相含量。
(2)加水稀释:但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。
(3)混油:但有时会影响地质录井和测井解释。
(4)充气:钻低压油气层时可选用充气钻井液等。
8钻井液的固相含量：钻井液固相含量通常用钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数来表示，固相含量的高低以及这些固相颗粒的类型、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井速度及油气层损害程度等有直接的影响。
钻井液⼿册1概述1.1 钻井液的组成⽔基钻井液是由膨润⼟、⽔(或盐⽔)、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系；油基钻井液是以⽔为分散相，油为连续相，并添加适量乳化剂、润湿剂、亲油的固体处理剂(有机⼟、氧化沥青等)、⽯灰和加重材料等所组成的乳状液体系。
1.2 钻井液的功⽤1.2.1 携带和悬浮岩屑钻井液最基本的功⽤，就是通过其本⾝的循环，将井底被破碎的岩屑携⾄地⾯，保持井眼清洁，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。
在接单根、起下钻或因故停⽌循环时，钻井液⼜将井内的钻屑悬浮在钻并液中，使岩屑不会很快下沉，防⽌沉砂卡钻等情况的发⽣。
1.2.2 稳定井壁和平衡地层压⼒井壁稳定、井眼规则是实现安全、优质、快速钻井的基本条件。
性能良好的钻井液能借助于液相的滤失作⽤，在井壁上形成⼀层薄⽽韧的泥饼，稳固已钻开的地层并阻⽌液相继续⼤量侵⼊地层，减弱泥页岩⽔化膨胀和分散的程度。
与此同时，在钻井过程中需通过不断调整钻井液密度，使钻井液液柱压⼒能够平衡地层压⼒，从⽽防⽌井塌、井漏、井涌或井喷等井下复杂情况的发⽣。
1.2.3 冷却和润滑钻头、钻具钻进中钻头⼀直在⾼温下旋转并破碎岩⽯，产⽣很多热量，同时钻具也不断地与井壁摩擦⽽产⽣热量。
通过钻井液不断地循环作⽤，将这些热量及时吸收，从⽽起到了冷却钻头、钻具，延长其使⽤寿命的作⽤。
由于钻井液的存在，使钻头和钻具均在液体内旋转，因此在很⼤程度上降低了摩擦阻⼒，起到了很好的润滑作⽤。
1.2.4 传递⽔功率钻井液在钻头喷嘴处以极⾼的流速冲击井底钻井速度和破岩效率。
1.2.5 有利于发现油⽓藏为了防⽌和尽可能减少对油⽓层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须与所钻遇的油⽓层相配伍，满⾜保护油⽓层的要求：为了满⾜地质上的要求，所使⽤的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层的评价，有利于发现油⽓藏。
此外钻井液还应对钻井⼈员及环境不发⽣伤害和污染，对井下⼯具和地⾯装备不腐蚀或尽可能减轻腐蚀等。
石油工程概论复习重点—钻井部分题型：名词解释(20分)；判断题(20分) ；简答题(60分)绪论1、 石油的定义：一种以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃性有机矿产，是以碳-氢化合物为主体的复杂混合物。
没有确定的化学成分和物理常数。
又称原油。
2、 天然气的定义：与石油有相似产状的、通常以烃类为主的气体，指油田气、气田气、凝析气和煤层气。
甲烷成分CH4>80%3、 石油工程的定义：石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称。
包括油藏、钻井、采油和石油地面工程等4、 石油工程的任务：勘探发现具有工业油气流的含油气构造；制定合理的开发方案；进行合理的钻井设计和科学的钻井施工；制定采油工程方案，确定采油工艺技术；开发的动态监测与开发调整；采取有效措施，提高原油采收率5、 石油工程的目标：经济有效地提高油田产量和原油采收率第一章 岩石的工程力学性质1、 岩石的类型：根据成因分为三类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。
钻井中常遇到的是沉积岩2、 岩石各向异性的概念：如果物体的某一性质随方向的不同而不同,则称物体具有各向异性岩石一般具有各向异性的性质。
如在垂直于或平行于层理面的方向上，岩石的力学性质（弹性、强度等）有较大的差异。
岩石的各向异性性质是由岩石的构造特点所决定的。
结晶矿物的定向排列、层理、片理、节理等使得岩石具有各向异性的特点。
3、 不均质性: 如果物体中不同部分的物理、化学性质不同，称该物体是不均质的。
4、 强度：岩石在外力作用下发生破坏时所承受的最大应力5、 抗压强度—岩石单纯受压缩应力破坏时的强度6、 岩石的硬度是岩石抵抗其它物体表面压入或侵入的能力7、 硬度与抗压强度区别：前者只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，而后者则是固体抵抗固体整体破坏时的阻力。
％地质储量采出的油气总量油气采收率＝100前者反映岩石颗粒的硬度，其对钻进过程中工具的磨损起重大影响；后者反映岩石的组合硬度，其对钻进时岩石破碎速度起重大影响8、 塑性系数：岩石破碎前耗费的总功AF 与岩石破碎前弹性变形功AE 的比值9、 应力应变曲线：主要掌握塑脆性10、 影响岩石力学性质的因素：岩石结构；井底各种压力；载荷性质的影响11、 岩石可钻性：指岩石破碎的难易程度，可以理解为在一定的钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
一、概念1.粘土晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外阳离子所置换，而晶体结构保持不变的现象。
2.钻井液剪切稀释性：钻井液中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称为剪切稀释性。
3.碱度：指溶液或悬浮液对酸的中和能力。
API选用酚酞和甲基橙两种指示剂来评价钻井液及其滤液碱性的强弱。
4.聚结稳定性：分散相粒子是否容易自动聚结变大的性质。
5. 粘土水化作用：粘土矿物表面容易吸附较多水分子的特性。
6. 流变模式：钻井液流变性的核心问题是研究各种钻井液的剪切应力与剪切速率之间的关系。
用数学关系式表示称为流变方程，又称为流变模式。
8.粘土阳离子交换容量：是指在分散介质pH=7时，粘土所能交换下来的阳离子总量，包括交换性盐基和交换性氢。
阳离子交换容量以100克粘土所能交换下来的阳离子毫摩尔数来表示．符号为CEC。
9.造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为15mPa.s钻井液的体积数，m3/T。
10.页岩抑制剂：凡是能有效地抑制页岩水化膨胀和分散，主要起稳定井壁作用的处理剂均可称做页岩抑制剂，又称防塌剂。
11．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称为剪切稀释性。
12．动切力：塑性流体流变曲线中的直线段延长线与切应力轴的交点为动切力，又叫屈服值。
13．静切力：使流体开始流动的最低剪切应力称为静切力。
14．流变性：是指在外力作用下，物质发生流动和变形的特征；对于钻井液而言，其流动性是主要的方面。
15．滤失造壁性：在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透，称为钻井液的滤失作用。
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上形成泥饼(细小颗粒也可能渗入岩层至一定深度)，这便是钻井液的造壁性。
16．粘土高温分散作用：在高温作用下，钻井液中的粘土颗粒分散程度增加，颗粒浓度增加、比表面增大的现象。
17．钻井液高温增稠作用：高温分散作用使钻井液中粘土颗粒浓度增加，钻井液的粘度和切力也均比相同温度下理想悬浮体的对应值高的现象，称为高温增稠作用。
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。
钻井解答题（一）*1．简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层孔隙压力和基岩应力三者之间的关系。
答：地下压力包括静液压力上覆岩层压力、地层压力和基岩应力等。
静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力，它的大小与液体的密度、液柱的垂直高度或深度有关。
地层某处的上覆岩层压力是指该处以上地层岩石基质和空隙中流体的总重力所产生的压力。
基岩应力是指由岩石颗粒之间相互接触来支撑的那部分上覆岩层压力，也称有效上覆岩层压力或颗粒间压力，这部分压力是不被孔隙水所承担的。
上覆岩层的重力是由岩石基质（基岩）和岩石孔隙中的流体共同承担的，即上覆岩层压力是地层压力与基岩应力的和。
不管什么原因使基岩应力降低时，都会导致孔隙压力增大，地层压力：岩石空隙中的流体所具有的压力2．简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
（1.沉积物的快速下降，压实不均匀2.水热增压3.渗透作用4.构造作用）答：沉积物的压缩过程是由上覆沉积层的重力所引起的。
随着地层的沉降，上覆沉积物重复地增加，下覆岩层就逐渐被压实。
如果沉积速度较慢，沉积层内的岩石颗粒就有足够的时间重新排列，并使孔隙度减小，空隙中的过剩流体被挤出。
如果是“开放”的地质环境，被挤出的流体就沿着阻力小的方向，或向着低压高渗的方向流动，于是便建立了正常的静液压力环境。
这种正常沉积压实的地层，随着地层埋藏深度的增加，岩石越致密，密度越大，孔隙度越小。
在稳定沉积过程中，若保持平衡的任意条件受到影响，正常的沉积平衡就被破坏。
如果沉积速度很快，岩石颗粒就没有足够的时间去排列，孔隙内流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒与颗粒之间的压力。
由于上覆岩层继续沉积，负荷增加，而下面基岩的支撑能力没有增加，孔隙中的流体必然开始部分地支撑本来应由岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力，从而导致了异常高压。
*3．简述在正常压实的地层中岩石的密度、强度、孔隙度、声波时差和dc指数随井深变化的规律。
答：正常压实的地层中，随着地层的沉降，上覆沉积物重复的增加，下覆岩层就逐渐的被压实。
钻井液分类：
水基钻井液：6 类。
不分散：开钻泥浆、自然造浆泥浆、轻度处理的泥浆。不加分散剂。
分散：较深深度和较高密度井段，加有各种分散剂，比如木质素磺酸盐、褐煤或
者丹宁类等分散剂。
钙处理：石灰、石膏和氯化钙钻井液。主要通过钙例子控制页岩垮塌和井眼扩大。
聚合物：加有长链聚合物，起到包被钻屑、增加粘度和降低失水的作用。
低固相：固相类型和含量严格控制。总固相不超过6%~10%，粘土相3%左右或
者更低。
盐水：饱和盐水、海水、盐水。加有CMC、淀粉和其它处理剂。
油基钻井液：需要钻井液稳定和抑制性的时候。比如：高温、深井、粘卡、井壁垮
塌。反相乳化钻井液、全油基钻井液。
合成基钻井液：主要是具有油基钻井液的优点但对环境损害小。基液主要有酯、醚
类、聚α烯烃、异构化α烯烃
泡沫（泡沫钻井）、空气（干空气钻井）、雾（雾化钻井）和气体（充气钻井）钻井
液
我国常用于钻深井和超深井的三磺钻井液的典型配方及性能如表6-3
所示。在这种钻井液中，三种磺化类产品用作主处理剂，其中磺化栲胶（SMT）
是抗高温降粘剂，磺化褐煤（SMC）与磺化酚醛树脂（SMP-1）配合使用，
具有很强的降滤失作用；添加适量的红矾钾和Span-80，都是为了增强体系
的抗温能力。
表6-3 分散型三磺钻井液的推荐配方及性能
基 本 配 方 可 达 到 的 性 能
材 料 名 称 加 量（kg/m3） 项 目 指 标
膨润土 80～150 密度（g/cm3） 1.15～2.00
纯碱 5～8 漏斗粘度（s） 30～60
磺化褐煤 30～50 API滤失量（ml） ≤5
磺化栲胶 5～15 HTHP滤失量（ml） 15左右
磺化酚醛树脂 30～50 泥饼（mm） 0.5～1
或SLSP 40～60 塑性粘度（mPa﹒s） 10～15
红矾钾（或钠） 2～4 动切力（Pa） 3～8
CMC（低粘） 10～15 静切力（初/终，Pa） 0～5/2～15
Span-80
3～5 pH值 ≥10
润滑剂 5～15 含砂量（%） 0.5～1
烧碱 3左右
重晶石 视需要而定
各类无机盐 视需要而定
