2022年成都理工大学钻井液复习资料 .pdf

读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思钻井液 ：是指油气钻井过程中以其多钟功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称作钻井泥浆，或简称为泥浆。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.传递水动力；5.获取井下信息；6.保护油气层。钻井液类型 ：1.按其密度大小分为非加重钻井液和加重钻井液；2.按与粘土水化作用的强弱分为非抑制性钻井液和抑制性钻井液；3.按其固相含量的不同，分为低固相钻井液和无固相钻井液。粘土矿物名称化学组成322/OAlSiO高岭石OHSiOOAlOHOSiAl223281044442)(或2:1 蒙脱石OnHOHOSiMgAl2210432)()(4:1 伊利石OnHOHOAlSiMgAlCaNaKm2420842)(),(),(),(（式中 m 小于 1）4:1 粘土的交换性阳离子：为了保持电中性，粘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，可以被分散介质中的其他阳离子所交换，因此， 称为粘土的交换性阳离子。粘土阳离子交换容量（CEC ） ：指在分散介质的PH 值为 7 的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量，包含交换性盐基和交换性氢。其测定方法：醋酸铵淋洗法。粘土水化膨胀作用的机理：粘土水化膨胀受三种力制约：表面水化力、 渗透水化力和毛细管作用。 1.表面水化：是由粘土晶体表面（膨胀性粘土表面包括外表面和内表面）吸附水分子与交换性阳离子水化而引起的。2.渗透水化：由于晶层之间的阳离子浓度大于溶液内部的浓度，水发生浓差扩散，进入晶层，由此增加晶层间距，从而形成扩散双电层。分散相与分散介质：在多相分散体系中，被分散的物质叫做分散相。包围分散相的另一相，称为分散介质。吸附作用 ：物质在两相界面上自动浓集的现象，称为吸附。 按吸附的作用力性质不同，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。仅由范德华力引起的吸附，是物理吸附，无选择性，吸附热较小， 容易脱附。若吸附质与吸附剂之间的作用力为化学键力，这类吸附叫化学吸附，具有选择性，吸附热较大，不易脱附。电位 ：从吸附溶剂化层界面（滑动面）到均匀液相内的电位，称为电动电位（或电位）；从固体表面到均匀液相内部的电位，称为热力学电位（0） 。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。钻井液流变性：是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动性是主要的。粘度 ：是量度液体粘滞性大小的物理量，通常称为粘度。的物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。假塑性流体和塑性流体的重要区别：塑性流体当剪切速率增大到一定程度时，剪切应力与剪切速率之比为一个常数，在这个范围， 流变曲线为直线；而假塑性流体剪切应力与剪切速率之比总是变化的，即在流变曲线中无直线段。塑性粘度 ：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，悬浮的固精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 4 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思相颗粒之间、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。动切力 ： （屈服值）是塑性流体流变曲线中的直线段在轴上的截距，反映了钻井液在层流流动时， 粘土颗粒之间及高分子聚合物分子之间相互作用力的大小，即形成空间网架结构能力的强弱。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，即/a。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。钻井液切力 ：指静切力， 其物理意义是，当钻井液静止时，破坏钻井液内部单位面积上的结构所需要的剪切力，单位Pa。钻井液的触变性：是指搅拌后钻井液变稀，静置后又变稠的这种性质。一般用终切与初切之差相对表示钻井液触变性的强弱。表 观 粘 度 计 算 :NNNNa/)300()1000)(703.1/511.0(/;N- 表 示 转 速 ，r/min;N-表示转速为N 时的刻度盘度数；a-表观粘度，smPa。600)2/1 (a。钻井液的滤失性能： 指钻井液滤失量的大小和所形成的泥饼的质量。润滑性能包括钻井液自身的润滑性能和所形成的泥饼的润滑性能。钻井液中的水：化学结合水，吸附水，自由水。钻井液滤失作用：在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂隙或空隙中渗透。通常用滤失量或失水量来表示滤失性的强弱。钻井液滤失的前提条件：存在压力差和存在裂隙或孔隙性岩石。钻井液滤失的全过程：1.瞬时滤失：特点是时间很短和井底岩石表面尚无泥饼，滤失速率很高，亦称初滤失；2.动滤失：特点是压力差较大，泥饼厚度维持在较薄的水平，单位时间的滤失量开始较大，其后逐渐减小，直至稳定在某一值；3.静滤失：特点是压力差较小，泥饼较厚，故大多数情况下单位时间内的滤失量比动滤失小。在确定钻井液滤失量指标时应注意的原则：1.井浅时可放宽，井深时应从严；2.钻裸眼时间短时可放宽，钻裸眼时间长须从严；3.使用不分散性处理剂时可适当放宽，使用分散性处理剂时要从严； 4.钻井液矿化度高者可放宽，钻井液矿化度小应从严。控制和调整钻井液滤失性能的关键：在于改善泥饼的质量，既包括增加泥饼的致密程度，降低其渗透性，同时又包括增强泥饼的抗剪能力和润滑性。润滑性能良好的钻井液具有以下优点:1.减小钻具的扭矩、磨损和疲劳，延长钻头轴承的寿命； 2.减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间；3.能用较小的动力来转动钻具；4.能防粘卡，防止钻头泥包。钻井液润滑性的主要影响因素：1.粘度、密度和固相的影响；2.滤失性、岩石条件、地下水和滤液 PH 值的影响； 3.有机高分子处理剂的影响；4.润滑剂的影响。润滑剂的选择应满足下列要求:1.润滑剂必须能润滑金属表面，并在其表面形成边界膜和次生结构； 2.应与基浆有良好的配伍性，对钻井液的流变性和滤失性不产生不良影响；3.不降低岩石破碎的效率；4.具有良好的热稳定性和耐寒稳定性；5.不腐蚀金属， 不损坏密封材料；6.不污染环境，易于生物降解，价格合理，且来源充足。膨润土在淡水钻井液中的作用：1.增加粘度和切力，提高井眼净化能力；2.形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；3.对于胶结不良的地层，可改善井眼的稳定性；4.防止井漏。有机土：是由膨润土经季铵盐类阳离子表面活性剂处理而制成的亲油膨润土。常用的钻井液加重材料：1.重晶石粉； 2.石灰石粉； 3.铁矿粉和钛铁矿粉；4.方铅矿粉。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 4 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思加重材料用料计算:)()(2112BBVV,)()(1221BBVV,BBVVm)(12。1V、2V分别表示加重前、后钻井液体积，1、2分别为加重前、后的钻井液密度，Bm、B分别为加重材料的质量和密度。无机处理剂在钻井液中的作用机理：1.离子交换吸附；2.调控钻井液的PH 值； 3.沉淀作用；4.络合作用； 5.与有机处理剂生成可溶性盐；6.抑制溶解的作用。降粘剂类型 ：根据其作用机理不同，分为分散型稀释剂和聚合物型稀释剂。研制和开发聚合物型降粘剂的主要原因：1.常规的分散型降粘剂只能有效地降低钻井液的动切力， 而不能使塑性粘度降低，因而导致钻井液的动塑比减小，某些分散型降粘剂还会使钻井液抑制岩屑分散的能力削弱；2、而聚合物型降粘剂能使动切力、塑性粘度同时降低，与此同时还能增强钻井液抑制地层造浆的能力，从而可为聚合物钻井液真正实现低固相和不分散创造条件。增粘剂作用：除了起增粘作用外，还往往兼作页岩抑制剂（包被剂）、降滤失剂及流型改进剂。处理剂作用：1.维持钻井液性能稳定；2.保持井壁稳定。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作页岩抑制剂，又称防塌剂。磺化沥青的防塌机理：磺化沥青中由于含有磺酸基，水化作用很强， 当吸附在页岩晶层断面上时，可阻止页岩颗粒的水化分散，同时不溶于水的部分又能起到填充孔喉和裂缝的封堵作用，并可覆盖在页岩表面，改善泥饼质量。堵漏剂类型：纤维状堵漏剂、薄片状堵漏剂、颗粒状堵漏剂。分散钻井液： 由淡水、 配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。造浆 ：膨润土逐渐分散在淡水中致使泥浆的粘度、切力不断增加的过程称为造浆。造浆率 ：将每吨粘土能配制出表观粘度为15smPa的钻井液体积称作粘土的造浆率。配 制 一 定 密 度 原 浆 所 需 的 膨 润 土 及 水 量 计 算 ：)1/()1(cmmccVm，cmmWmVV，cm-所需膨润土质量，t；c-膨润土密度，3/cmg；mV-所配制原浆的体积，3m；m-原浆密度，3/cmg；WV-所需水量，3m。分散钻井液的优点：1.配制方法简便、成本较低；2.可形成较致密的泥饼，而且其韧性好，具有较好的护壁性，API 滤失量和HTHP 滤失量均相应较低；3.可容纳较多的固相，较适于配制高密度钻井液；4.抗温能力较强。钙侵途径 ：1.钻遇石膏层； 2.钻遇盐水层； 3.钻水泥塞； 4.使用的配浆水是硬水；5.石灰用作钻井液添加剂等。常用的无机絮凝剂：石灰、石膏、氯化钙。2Ca改变粘土分散度的作用机理：1、2Ca通过2/CaNa交换，将钠土转变为钙土。钙土水化能力弱， 分散度低， 故转化后体系分散度明显下降；2、2Ca本身是一种无机絮凝剂，会压缩黏土颗粒表面的扩散双电层，使水化膜变薄，电位下降，从而引起粘土晶片面-精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 4 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思面和端 -面凝结，造成黏土颗粒分散度下降。钙处理钻井液的优点：1、性能较稳定， 具有较强的抗钙污染、盐污染和粘土污染的能力；2、固相含量相对较少，容易在高密度条件下维持较低的粘度和切力，有利于提高钻速；3、能在一定程度上抑制泥页岩水化膨胀，滤失量较小，泥饼薄且韧性好，有利于井壁稳定；4、由于钻井液中粘土细颗粒含量较少，对油气层的损害程度相对较小。氯化钙钻井液的特点：1、具有更强的稳定井壁和抑制泥页岩坍塌及造浆的能力；2、流动性好，固控过程中钻屑比较容易清除，有利于维持较低的密度，可对提高机械钻速及保护油气层提供良好的条件；3、严重影响了粘土悬浮体的稳定性，粘度和切力容易上升，滤失量也容易增大，从而增加了维护处理的难度。盐水钻井液分类：1、一般盐水钻井液，其含盐量自1%直至饱和； 2、饱和盐水钻井液，含盐量达到饱和；3、海水钻井液，用海水配制而成的含盐钻井液。盐水钻井液的主要特点：1、矿化度高，具有较强的抑制性，能有效抑制泥页岩水化，保证井壁稳定； 2、抗盐侵能力很强，能够有效地抗钙侵和抗高温，适于钻含岩盐地层或含盐膏地层，以及在深井和超深井中使用；3、其滤失性质与地层原生水比较接近，对油气层的损害较轻； 4、有利于保持较低的固相含量；5、能有效地抑制地层造浆，流动性好，性能较稳定； 6、维护工艺比较复杂，对钻柱和设备的腐蚀性较大，钻井液配制成本也相对较高。一般盐水钻井液应用情况：1、配浆本身含盐量较高；2、钻遇盐水层时，淡水钻井液体系不可能继续维持；3、钻遇含盐地层或厚度不大的岩盐地层以及为了抑制强水敏泥页岩地层的水化等。维护处理的关键所在：保持所需的含盐量。使用饱和盐水钻井液时需注意以下几点：1、如果岩盐层较厚，埋藏较深，在地层压力作用下岩盐层容易发生蠕变，造成缩径；2、最好选用海泡石、凹凸棒石等抗盐粘土配制饱和盐水钻井液； 3、因盐的溶解度随温度上升而有所增加，故在地面配制的饱和盐水，当循环到井底就变得不饱和了。聚合物钻井液： 通常是将聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性能的钻井液体系称为聚合物钻井液。聚合物钻井液特点：1、固相含量低，且亚微米粒子所占比例也低；2、具有良好的流变性，主要表现为较强的剪切稀释性和适宜的流型；3、钻井速度高； 4、稳定井壁的能力较强，井径比较规则； 5、对油气层的损害小，有利于发现和保护产层；6、可防止井漏的发生；7、钻井成本低。不分散的含义：1、指组成钻井液的粘土颗粒尽量维持在130m范围内， 不要向小于1m的方向发展； 2、指混入这种钻井液体系的钻屑不容易发生分散变细。聚合物处理剂的作用机理：1、桥联与包被作用；2、絮凝作用； 3、增粘作用； 4、降滤失作用； 5、抑制与防塌作用；6、降粘作用。实现无固相清水钻井须解决的问题：1、必须使用高效絮凝剂使钻屑始终保持不分散状态，在地面循环系统中发生絮凝而全部清除；2、要有一定的提粘措施，并能够按工程上的要求，实现平板型层流并能顺利地携带岩屑；3、有一定的防塌措施，以保证井壁的稳定。小阳离子抑制岩屑分散的机理：1、小阳离子是阳离子型表面活性剂，靠静电作用吸附在岩屑表面，另外与岩屑层间可交换阳离子发生离子交换作用也可进入岩屑晶层间；2、小阳离子所带的正电荷可中和岩屑带的负电荷，削弱岩屑粒子间的静电排斥作用，从而降低岩屑的分散趋势。两性离子聚合物： 是指分子链中同时含有阴离子基团和阳离子基团的聚合物，与此同时它还含有一定数量的非离子基团。两性离子聚合物钻井液：以两性离子聚合物为主处理剂配制的钻井液。精选学习资料 - 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