第二章-钻井液化学.ppt

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1、第一节第一节 钻井液的功能与组成钻井液的功能与组成第二章第二章 钻井液化学钻井液化学1第一节第一节 钻井液的功能与组成钻井液的功能与组成一、钻井液的循环一、钻井液的循环泥浆泵泥浆泵泥浆罐泥浆罐地面高压管汇地面高压管汇立管立管水龙带水龙带 水龙头水龙头方钻杆方钻杆钻钻 杆杆钻铤钻铤钻头钻头钻柱与井壁形成的环形空间钻柱与井壁形成的环形空间从井口返出，流经固控设备进行处理从井口返出，流经固控设备进行处理2一、钻井液的循环一、钻井液的循环第一节第一节 钻井液的功能与组成钻井液的功能与组成3二、钻井液的功能二、钻井液的功能第一节第一节 钻井液的功能与组成钻井液的功能与组成 2.携带岩屑和密度调整材料携带

2、岩屑和密度调整材料1.冲洗井底冲洗井底3.冷却与润滑钻头钻具冷却与润滑钻头钻具 5.获取地层信息获取地层信息4.平衡地层压力平衡地层压力6.悬浮岩屑和固体密度调整材料悬浮岩屑和固体密度调整材料7.稳定井壁稳定井壁8.传递功率传递功率4第一节第一节 钻井液的功能与组成钻井液的功能与组成三、钻井液的组成三、钻井液的组成 分散介质分散介质分散相分散相钻井液处理剂钻井液处理剂降滤失剂降滤失剂 增粘剂增粘剂 降粘剂降粘剂 絮凝剂絮凝剂粘土、密度调整材料（悬浮体）粘土、密度调整材料（悬浮体）油或水（乳状液）油或水（乳状液）气体（泡沫）气体（泡沫）钻井液处理剂钻井液处理剂组组成成水、油、气体水、油、气体 分

3、散介质分散介质分散相分散相钻井液处理剂钻井液处理剂5第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整第二章第二章 钻井液化学钻井液化学6第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整一、钻井液密度定义一、钻井液密度定义二、为什么要调整钻井液密度二、为什么要调整钻井液密度定义：单位体积钻井液的质量（用定义：单位体积钻井液的质量（用表示）表示）（1）防止喷、塌、漏钻井事故的发生）防止喷、塌、漏钻井事故的发生单位：单位：g/cm3 或或 t/m3 （2）钻井液密度与油气层损害有关）钻井液密度与油气层损害有关（3）钻井液密度影响钻井速度）钻井液密度影响钻井速度7三、怎样调整钻井液密度三、怎样调整

4、钻井液密度第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整 1、调整钻井液密度原则、调整钻井液密度原则 平衡地层压力和地层构造应力平衡地层压力和地层构造应力 2、调整钻井液密度方法、调整钻井液密度方法 （1）降低钻井液密度）降低钻井液密度 降低钻井液固相含量降低钻井液固相含量 加水稀释加水稀释 混油混油 充气充气低密度惰性固体低密度惰性固体8 （2 2）提高钻井液密度）提高钻井液密度方法：加入高密度材料方法：加入高密度材料加重材料加重材料高密度不溶性矿物或矿石粉末高密度不溶性矿物或矿石粉末高密度的可溶性盐类高密度的可溶性盐类第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整9表表1 高密度不

5、溶性矿物或矿石高密度不溶性矿物或矿石第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整10表表2 可溶性盐类加重材料可溶性盐类加重材料第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整还有有机盐、有机复合盐还有有机盐、有机复合盐11可溶性盐类做高密度材料所带来的问题可溶性盐类做高密度材料所带来的问题腐蚀问题腐蚀问题盐结晶问题盐结晶问题加缓释剂加缓释剂加盐结晶抑制剂加盐结晶抑制剂第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整12第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整13盐水在高密度时温度降至一定程度析出盐，盐水在高密度时温度降至一定程度析出盐，该温度称析盐温度。该温度称析盐温度。

6、盐水在低密度时温度降至一定程度析出冰，盐水在低密度时温度降至一定程度析出冰，该温度称盐水冰点。该温度称盐水冰点。随着盐水密度增加，盐水析盐温度陡然上升。随着盐水密度增加，盐水析盐温度陡然上升。第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整盐水冰点：盐水冰点：析盐温度：析盐温度：14通通过过离离子子交交换换转转变变为为相相应应的的盐盐，选选择择性性地地吸吸附附在在刚刚析析出出的的盐盐晶晶表表面面，使使盐盐晶晶发发生生畸畸变变，不不利利于盐在其表面继续生长变大。于盐在其表面继续生长变大。为防止盐从钻井液中析出所加的物质为防止盐从钻井液中析出所加的物质第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及

7、其调整盐结晶抑制剂：盐结晶抑制剂：抑制机理：抑制机理：15第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整16第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制第二章第二章 钻井液化学钻井液化学17第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制一、为什么要控制钻井液酸碱性一、为什么要控制钻井液酸碱性一般控制在一般控制在8-11范围，较弱的碱性环境。范围，较弱的碱性环境。原因原因粘土具有适当的分散度粘土具有适当的分散度可以使有机处理剂充分发挥其效能可以使有机处理剂充分发挥其效能对钻具腐蚀性低对钻具腐蚀性低可抑制体系中钙、镁盐的溶解可抑制体系中钙、镁盐的溶解18pH值对膨润土基浆表观

8、粘度的影响值对膨润土基浆表观粘度的影响第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制191、碱性主要来源、碱性主要来源:钻井液中的钻井液中的OH-、CO32-、HCO3-2、酸碱性表示方法、酸碱性表示方法 pH 碱度碱度 用用0.01M的标准硫酸中和的标准硫酸中和1mL样样品至指示剂变色时所需标准硫酸品至指示剂变色时所需标准硫酸的体积（的体积（mL）定义为碱度。）定义为碱度。意义：意义：通过碱度可以判断钻井液的碱性来源，从通过碱度可以判断钻井液的碱性来源，从而在调整钻井液酸碱性的同时还能针对性的有效而在调整钻井液酸碱性的同时还能针对性的有效清除体系中的有害离子清除体系中的有害离子第三节

9、第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制203、碱度分类、碱度分类甲基橙碱度甲基橙碱度钻井液的甲基橙碱度（钻井液的甲基橙碱度（Mm）滤液的甲基橙碱度滤液的甲基橙碱度（Mf）酚酞碱度酚酞碱度钻井液的酚酞碱度（钻井液的酚酞碱度（Pm）滤液的酚酞碱度（滤液的酚酞碱度（Pf）按指示剂按指示剂不同分不同分第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制21OH-+H+H2OCO3 2-+H+HCO3-酚酞为指示剂，体系滴定变色时（酚酞为指示剂，体系滴定变色时（pH=8.3）发）发生的化学反应：生的化学反应：甲基橙为指示剂，体系滴定变色时（甲基橙为指示剂，体系滴定变色时（pH=4.3）除了发

10、生上面的化学反应，还发生如下反应：除了发生上面的化学反应，还发生如下反应：HCO3-+H+CO2 +H2O第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制22Pf与与Mf值与三种离子质量浓度之间的关系值与三种离子质量浓度之间的关系第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制23钻井液要求钻井液要求：Pf=1.3 1.5mL（控制（控制 CO32-和和 HCO3-）Mf/Pf 3（控制（控制 CO32-含量）含量）钻井液中钻井液中CO32-和和HCO3-均为有害离子，影响钻均为有害离子，影响钻井液的流变和降滤失性能，应尽量除去。井液的流变和降滤失性能，应尽量除去。第三节第三节 钻

11、井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制242、氢氧化钾（氢氧化钾（KOH）1、烧碱（烧碱（NaOH）KOH K+OH-有利于有利于井壁稳定井壁稳定第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制NaOH Na+OH-253、纯碱（纯碱（Na2CO3）Na2CO3 2 Na+CO32-除钙除镁除钙除镁第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制CO32-+H2O HCO3-+OH-Ca 2+CO32-Ca CO3 HCO3-+H2O H2CO3 +OH-Mg 2+CO32-Mg CO3 26 NaHCO3 Na+HCO3-HCO3-+H2O H2CO3 +OH-Ca 2+OH-+

12、NaHCO3 Ca CO3 +Na+H2O 4、碳酸氢钠（碳酸氢钠（NaHCO3）控制钙侵控制钙侵第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制27第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制第二章第二章 钻井液化学钻井液化学28第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（1）钻井液滤失性：）钻井液滤失性：在压差作用下，钻井液在压差作用下，钻井液中的自由液向地层渗透的现象。中的自由液向地层渗透的现象。一、钻井液滤失性一、钻井液滤失性1、相关概念、相关概念（2）钻井液滤失量：）钻井液滤失量：在一定温度、一定压差和在一定温度、一定压差和一定时间内通过一定过滤面积的滤液

13、体积。一定时间内通过一定过滤面积的滤液体积。29第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（3）钻钻井井液液造造壁壁性性在在滤滤失失过过程程中中，随随着着钻钻井井液液中中的的自自由由水水进进入入岩岩层层，钻钻井井液液中中的的固固相相颗粒附着在井壁上形成泥饼的性质。颗粒附着在井壁上形成泥饼的性质。两者的关系：两者的关系：一般滤失量少造壁性就好一般滤失量少造壁性就好302、钻井液滤失类型、钻井液滤失类型按是否流动按是否流动动滤失动滤失静滤失静滤失按测试条件按测试条件常规滤失量（常规滤失量（VAPI）高温高压滤失量（高温高压滤失量（VHTHP）第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失

14、性及其控制31243、0.69MPa、45.8cm2、30min1503、3.45MPa、45.8cm2、30min第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制VAPI测试条件：测试条件：VHTHP测试条件：测试条件：323、钻井液、钻井液滤失方程滤失方程第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制动动滤失方程滤失方程静静滤失方程滤失方程33滤失量与渗滤时间的平方根成正比滤失量与渗滤时间的平方根成正比4、滤失量影响因素、滤失量影响因素第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制取决泥饼的可压缩性取决泥饼的可压缩性 钻井液固相含量增大，滤失量降低泥饼的固相钻井液固相

15、含量增大，滤失量降低泥饼的固相 含量降低（水含量高），滤失量降低含量降低（水含量高），滤失量降低（1）渗滤时间渗滤时间 t（2）压差）压差p （3）固相含量）固相含量34滤失量与渗透率的平方根成正比滤失量与渗透率的平方根成正比第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（5）滤液粘度）滤液粘度 温度升高，滤液粘度下降，滤失量增大温度升高，滤液粘度下降，滤失量增大（4）泥饼渗透率）泥饼渗透率 K 滤失量与滤液粘度的平方根成反比滤失量与滤液粘度的平方根成反比（6）温度）温度35第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制二、钻井液滤失性控制二、钻井液滤失性控制1、控制滤失性意义

16、、控制滤失性意义 滤失量过大易造成很大危害滤失量过大易造成很大危害（1）井壁不稳定（水敏性泥页岩跨塌、缩径）井壁不稳定（水敏性泥页岩跨塌、缩径）（3）泥饼过厚（如起钻具时提力增加、遇）泥饼过厚（如起钻具时提力增加、遇卡、泥包钻头、泥饼卡钻等）卡、泥包钻头、泥饼卡钻等）（2）损害油气层）损害油气层362、钻井液降滤失剂分类、钻井液降滤失剂分类能降低钻井液滤失量的化学剂能降低钻井液滤失量的化学剂 天然改性（改性褐煤、改性淀粉、改性纤维天然改性（改性褐煤、改性淀粉、改性纤维素、改性树脂）素、改性树脂）人工合成（人工合成（烯类单体聚合物烯类单体聚合物）第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其

17、控制降滤失剂分类降滤失剂分类：降滤失剂：降滤失剂：37（1）改性褐煤）改性褐煤腐殖酸分子结构腐殖酸分子结构第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制38第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制39第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制40（2）改性淀粉）改性淀粉第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制41（3）改性纤维素）改性纤维素第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制42（4）改性树脂）改性树脂第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制43第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制44（5）烯类单

18、体聚合物）烯类单体聚合物 第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制45常见降滤失剂性能比较：常见降滤失剂性能比较：改性褐煤类：改性褐煤类：K-Hm、Na-Hm热稳定性好，耐温热稳定性好，耐温180耐盐耐钙镁性差耐盐耐钙镁性差改性淀粉类：改性淀粉类：Na-CMS、HES抗盐抗钙能力强抗盐抗钙能力强热稳定性差、易发酵热稳定性差、易发酵第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制46纤维素类：纤维素类：Na-CMC、HEC抗盐抗钙能力强抗盐抗钙能力强热稳定性差热稳定性差树脂类：树脂类：SMP-、SMP-热稳定性好、耐热稳定性好、耐180-200高温高温抗盐性强抗盐性强起泡起泡

19、第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制47烯类单体聚合物：烯类单体聚合物：Na-HPAN、NH4-HPAN热稳定性好、耐热稳定性好、耐160抗盐能力强抗盐能力强加量小加量小第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制48吸附机理吸附机理 3、降滤失剂作用机理、降滤失剂作用机理捕集机理捕集机理 增粘机理增粘机理 物理堵塞机理物理堵塞机理第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制49（2）增粘机理）增粘机理增加钻井液滤液粘度。增加钻井液滤液粘度。（1）吸附机理）吸附机理通通过过氢氢键键吸吸附附到到粘粘土土上上，增增大大粘粘土土的的负负电电性性和和水水化化膜膜厚

20、厚度度，提提高高粘粘土土颗颗粒粒间间斥斥力力，使使钻钻井井液液保保持持一一定定数数量量的的细细颗颗粒粒，形成致密泥饼。形成致密泥饼。第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制50（3）捕集机理）捕集机理（4）堵塞机理）堵塞机理高高分分子子无无规规线线团团通通过过架架桥桥而而滞滞留留在在孔孔隙隙中中的的现现象象。无无规规线线团团直直径径dc=1/3-1）孔孔隙隙直径直径dp。Dc dp，无规线团封堵泥饼孔隙入口。，无规线团封堵泥饼孔隙入口。第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制51第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整第二章第二章 钻井液化学钻井液化学

21、52第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整是指在外力作用，物质发生流动和变形的特性是指在外力作用，物质发生流动和变形的特性（1）携带岩屑，井底和井眼的清洁）携带岩屑，井底和井眼的清洁流变性：流变性：与钻井液流变性有关的钻井问题：与钻井液流变性有关的钻井问题：（2）悬浮岩屑与加重材料）悬浮岩屑与加重材料（3）钻井速度）钻井速度（4）井眼规则和井下安全）井眼规则和井下安全53一、基本概念一、基本概念1、剪切速率、剪切速率：指垂直于流速方向上单位距指垂直于流速方向上单位距离上的流速变化。离上的流速变化。=dv/dx s-1第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整54 在

22、钻井过程中，钻井液在各个部位的剪切速率不同：在钻井过程中，钻井液在各个部位的剪切速率不同：沉砂池处：沉砂池处：10 20 s-1；环形空间：环形空间：50250 s-1；钻杆内：钻杆内：1001000 s-1；钻头喷嘴处：钻头喷嘴处：10000 100000 s-1第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整552、剪切应力、剪切应力：流体单位面积上的内摩擦力。：流体单位面积上的内摩擦力。=F/A Pa 式中：式中：F 流体的内摩擦力流体的内摩擦力 N A 相邻流动层接触面积相邻流动层接触面积 m2 3、触变性：、触变性：钻井液搅拌变稀，静止变稠的性质。钻井液搅拌变稀，静止变稠的性质

23、。钻井液表观粘度随剪切速率增大钻井液表观粘度随剪切速率增大而降低的特性。而降低的特性。4、剪切稀释性、剪切稀释性:第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整565、流变曲线：、流变曲线：描述描述与与关系的曲线。关系的曲线。6、流变模式：、流变模式：描述描述与与关系的数学关系式。关系的数学关系式。第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整7、流态、流态 钻井液的流态有塞流、层流、紊流。钻井液的流态有塞流、层流、紊流。57 1、宾汉模式、宾汉模式 =0+p 0：动切力或屈服值，：动切力或屈服值，Pa p：塑性粘度，：塑性粘度，Pa.S 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井

24、液流变性及其调整二、钻井液的流变模式二、钻井液的流变模式58 =0+p 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整0-1：静止阶段；：静止阶段；1-2：塞流阶段；：塞流阶段；2-3：塞流：塞流-层流过渡阶段；层流过渡阶段；3-4：层流阶段；：层流阶段；4-5：紊流阶段。：紊流阶段。59（1）塑性粘度）塑性粘度p 反反映映流流体体在在层层流流下下达达到到动动平平衡衡时时，固固相相颗颗粒粒之之间间、固固相相颗颗粒粒与与液液相相之之间间以以及及液液相相内内部内摩擦力的大小。部内摩擦力的大小。第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整 物理意义物理意义60 影响因素影响因素A、

25、固相含量多、固相含量多固相颗粒数目多固相颗粒数目多塑性粘度塑性粘度p大大B、固相分散度大、固相分散度大 固相表面积大固相表面积大 塑性粘度塑性粘度p 大大C、液相粘度大、液相粘度大内摩擦力大内摩擦力大 塑性粘度塑性粘度p 大大第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整61 调整调整 p 加预水化粘土加预水化粘土 加增粘剂加增粘剂增粘机理增粘机理极性基团水化，降低自由水极性基团水化，降低自由水与粘土形成网架结构与粘土形成网架结构在粘土表面吸附，增加粘土体积分数在粘土表面吸附，增加粘土体积分数第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整62 p加水稀释加水稀释第五节第五节 钻

26、井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整使用固控设备使用固控设备使用化学絮凝剂使用化学絮凝剂63（2）动切力）动切力0物物理理意意义义：钻钻井井液液在在层层流流状状态态下下达达到到动动平平衡时形成网架结构的强弱。衡时形成网架结构的强弱。影响因素影响因素 A、固相含量大、固相含量大结构数目多结构数目多 动切力动切力0大大B、固相分散度大、固相分散度大 固相颗粒数量多固相颗粒数量多 动切力动切力0大大 C、加入降粘剂、加入降粘剂动切力动切力0 降低降低 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整640 0 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整 调整调整 加预水化粘土加预

27、水化粘土加高分子聚合物加高分子聚合物加适量的电解质加适量的电解质加降粘剂加降粘剂加水稀释加水稀释消除引起消除引起0升高的电解质升高的电解质65 =Kn （0 n 1）K 稠度系数，稠度系数，PaSn n 流性指数流性指数 0第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整 2、幂律模式、幂律模式661/2=C 1/2+1/21/2C 卡森动切力卡森动切力 卡森的极限粘度卡森的极限粘度第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整3、卡森模式、卡森模式1/21/20C 1/267 物理意义：反映钻井液网架结构的强弱物理意义：反映钻井液网架结构的强弱 物理意义：反映钻井液内摩擦力的强

28、弱物理意义：反映钻井液内摩擦力的强弱 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整（1）卡森屈服值）卡森屈服值c（2）极限高剪切粘度）极限高剪切粘度影响因素与调整：同影响因素与调整：同0 影响因素与调整：同影响因素与调整：同p68宾汉模式的局限性：宾汉模式的局限性：适合在中剪切速率范围描述钻井液的流变性。适合在中剪切速率范围描述钻井液的流变性。第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整幂律模式的局限性：幂律模式的局限性：适合在低、中剪切速率描述钻井液的流变性。适合在低、中剪切速率描述钻井液的流变性。69卡森模式卡森模式的优点的优点：在在低低剪剪切切区区和和中中剪剪切切区区

29、有有较较好好的的精精确确度度，还还可可以以利利用用低低、中中剪剪切切区区的的测测定定结结果果预预测测高高剪剪切速率下的流变特性。切速率下的流变特性。第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整701、为什么要调整钻井液的流变性、为什么要调整钻井液的流变性（1）粘粘度度和和切切力力过过大大，影影响响钻钻井井速速度度、泥泥包包钻钻头、岩屑在地面不易除去、钻井液脱气困难等。头、岩屑在地面不易除去、钻井液脱气困难等。（主要指调整钻井液的粘度和切力）（主要指调整钻井液的粘度和切力）第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整（2）粘度和切力过小，影响钻井液携屑和）粘度和切力过小，影响

30、钻井液携屑和井壁稳定等。井壁稳定等。三、钻井液流变性调整三、钻井液流变性调整712、调整钻井液粘度和切力的方法、调整钻井液粘度和切力的方法根据测量实验结果判断粘度和切力偏高还是偏低。根据测量实验结果判断粘度和切力偏高还是偏低。偏高偏高 减少体系的固相含量、加降粘剂减少体系的固相含量、加降粘剂偏低偏低 增加体系的固相含量、加增粘剂增加体系的固相含量、加增粘剂流变性调整剂：调整钻井液粘度和切力的化学物质。流变性调整剂：调整钻井液粘度和切力的化学物质。第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整723、降粘剂、降粘剂 钻井液增稠的主要原因：钻井液增稠的主要原因：（1）钻井液体系的无用固相）

31、钻井液体系的无用固相（2）粘粘土土粒粒子子联联结结形形成成空空间间网网架架结结构构及及高高分分子子与与粘粘土土颗颗粒粒间间形形成成网网状状结结构构使使大大量量自自由由水水束束缚缚不能自由移动。不能自由移动。第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整73第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整粘土粒子联结形成空间网架结构粘土粒子联结形成空间网架结构74第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整粘土粒子联结形成空间网架结构被拆开粘土粒子联结形成空间网架结构被拆开75（1）改性单宁）改性单宁第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整水解水解或或单宁酸

32、钠、栲胶碱液、磺甲基单宁单宁酸钠、栲胶碱液、磺甲基单宁.76第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整77（2）改性木质素磺酸盐）改性木质素磺酸盐第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整78（1）泡沫问题）泡沫问题第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整（2）环境问题）环境问题 铁、锆、钛木质素磺酸盐铁、锆、钛木质素磺酸盐铁铬木质素磺酸盐使用问题：铁铬木质素磺酸盐使用问题：研制替代产品研制替代产品79 通通过过结结构构中中的的羟羟基基与与粘粘土土表表面面的的羟羟基基形形成成氢氢键键吸吸附附在在粘粘土土颗颗粒粒表表面面，水水化化基基团团在在水水中中电电离离

33、，形形成成扩扩散散双双电电层层，提提高高了了粘粘土土颗颗粒粒表表面面负负电电和和水水化化层层厚厚度度，拆拆散散粘粘土土颗颗粒粒连连接接所所产产生生的的结结构构，降降低了钻井液的粘度和切力。低了钻井液的粘度和切力。第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整上述两种降粘剂作用机理上述两种降粘剂作用机理:80（3）烯类单体低聚物（分子量烯类单体低聚物（分子量2000-6000）第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整81聚合物类降粘剂作用机理聚合物类降粘剂作用机理:第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整在在聚聚合合物物钻钻井井液液中中,低低聚聚物物通通过过竞

34、竞争争吸吸附附使使吸吸附附在在粘土颗粒表面的聚合物解吸下来。粘土颗粒表面的聚合物解吸下来。通过氢键或阳离子链节吸附在粘土颗粒表面通过氢键或阳离子链节吸附在粘土颗粒表面,水化水化基团通过增加粘土颗粒表面负电和水化层厚度基团通过增加粘土颗粒表面负电和水化层厚度,拆拆散粘土颗粒连接所产生的结构。散粘土颗粒连接所产生的结构。824、增粘剂、增粘剂正正点点（1）纤维素）纤维素第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整83（2）正电胶）正电胶第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整 混合金属盐溶液逐步用沉淀剂将金属离子沉淀混合金属盐溶液逐步用沉淀剂将金属离子沉淀出来所配得的增粘剂

35、。出来所配得的增粘剂。84（3）黄胞胶）黄胞胶第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整抗盐、抗钙，具有增加低剪切速率粘度作用。抗盐、抗钙，具有增加低剪切速率粘度作用。85 分分子子链链中中极极性性基基团团水水化化和和分分子子链链之之间间的的互相纠缠，对钻井液的水起稠化作用。互相纠缠，对钻井液的水起稠化作用。增粘作用机理：增粘作用机理：通通过过吸吸附附，增增加加粘粘土土颗颗粒粒体体积积，提提高高流流动动阻力。阻力。通通过过桥桥接接，在在粘粘土土颗颗粒粒间间形形成成结结构构，产产生生结构粘度。结构粘度。第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整86第六节第六节 钻井液中的

36、固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制第二章第二章 钻井液化学钻井液化学87第六节第六节 钻井液中的固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制一、钻井液固相类型及对钻井的影响一、钻井液固相类型及对钻井的影响有用固相：配浆粘土、加重材料有用固相：配浆粘土、加重材料 无用固相：钻屑无用固相：钻屑胶体离子（颗粒直径胶体离子（颗粒直径2m）泥（泥（2-74m）砂（砂（74m）1、钻井液固相类型、钻井液固相类型还可按照来源、密度、表面化学活性分类。还可按照来源、密度、表面化学活性分类。88（2）固相含量高，形成的滤饼厚，容易引起卡钻）固相含量高，形成的滤饼厚，容易引起卡钻第六节第六节 钻井液

37、中的固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制2、钻井液中的固相对钻井的影响、钻井液中的固相对钻井的影响（1）固相含量升高，钻速降低）固相含量升高，钻速降低（3）固相含量高，对油气层损害严重）固相含量高，对油气层损害严重 89第六节第六节 钻井液中的固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制二、固相控制方法二、固相控制方法1、沉降法、沉降法2、稀释法、稀释法 3、机械设备法（振动筛、除砂器、除泥器等）、机械设备法（振动筛、除砂器、除泥器等）4、化学法（使用絮凝剂）、化学法（使用絮凝剂）固固控控：在在保保存存适适量量有有用用固固相相的的前前提提下下，尽尽可可能能清除无用固相的工艺。清除无

38、用固相的工艺。90第六节第六节 钻井液中的固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制三、絮凝剂三、絮凝剂1、定义：、定义：通过桥连吸附将一些细颗粒聚结在一起的通过桥连吸附将一些细颗粒聚结在一起的化学物质。化学物质。912、类型、类型第六节第六节 钻井液中的固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制全絮凝剂：即絮凝有用固相又絮凝无用固相全絮凝剂：即絮凝有用固相又絮凝无用固相 选择性絮凝剂：只絮凝无用固相选择性絮凝剂：只絮凝无用固相9225第六节第六节 钻井液中的固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制 选择性絮凝作用选择性絮凝作用全絮凝作用全絮凝作用93膨润土膨润土（负电）（负电）

39、钻屑钻屑（不带电或少量负电）（不带电或少量负电）吸附吸附吸附吸附吸附吸附不吸附不吸附PAMPAMHPAMHPAM第六节第六节 钻井液中的固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制3、絮凝机理：、絮凝机理：94絮凝过程：吸附絮凝过程：吸附架桥架桥蜷曲蜷曲絮凝成团絮凝成团第六节第六节 钻井液中的固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制CPAM含有阳离子链节和非离子链节，比含有阳离子链节和非离子链节，比PAM、HPAM具有更好的絮凝作用。具有更好的絮凝作用。95第六节第六节 钻井液中的固相及其含量的控制钻井液中的固相及其含量的控制4、影性絮凝作用的主要因素、影性絮凝作用的主要因素（1）相对

40、分子质量）相对分子质量 （3）浓度）浓度 饱和吸附量的一半饱和吸附量的一半（4）pH HPAM作为絮凝剂的作为絮凝剂的pH为为7-8（2）水解度）水解度分子量分子量3106=30%96第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液润滑性及其改善第二章第二章 钻井液化学钻井液化学97第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液润滑性及其改善钻钻井井液液润润滑滑性性：钻钻井井液液能能使使钻钻柱柱与与井井壁壁之之间间 的的干干摩摩擦擦变变成成湿湿摩摩擦擦，从从而而使使摩摩擦擦产产生生的的阻阻力力减小，钻井液的这种性能称钻井液润滑性。减小，钻井液的这种性能称钻井液润滑性。一、钻井液润滑性一、钻井液润滑性摩摩阻阻

41、系系数数：一一定定条条件件下下，相相对对运运动动物物体体所所产产生的摩擦力与垂直摩擦面作用力的比值。生的摩擦力与垂直摩擦面作用力的比值。1 1、概念、概念98摩擦系数空气为摩擦系数空气为0.5，清水为，清水为0.35，柴油为，柴油为0.07。水基钻井液摩阻系数在水基钻井液摩阻系数在0.200.35之间。之间。油基钻井液的摩阻系数在油基钻井液的摩阻系数在0.080.09之间。之间。水平井要求钻井液的摩阻系数在水平井要求钻井液的摩阻系数在0.080.10范围。范围。第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液润滑性及其改善99减少钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间减少钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间能用较小

42、的动力来转动钻具能用较小的动力来转动钻具能防能防粘卡，防止钻头泥包粘卡，防止钻头泥包第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液润滑性及其改善2、为什么钻井液要具有良好的润滑性、为什么钻井液要具有良好的润滑性润滑性是钻水平井、大位移井、超深井等润滑性是钻水平井、大位移井、超深井等复杂井的关键技术复杂井的关键技术100（1）固相的影响）固相的影响固相含量增高，钻井液润滑性变差固相含量增高，钻井液润滑性变差（2）有机高分子处理剂的影响）有机高分子处理剂的影响改善泥饼质量改善泥饼质量 在井壁上形成吸附膜在井壁上形成吸附膜降低摩擦阻力降低摩擦阻力（3）润滑剂）润滑剂第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液

43、润滑性及其改善3、钻井液润滑性影响因素、钻井液润滑性影响因素1011、液体类润滑剂、液体类润滑剂类型：矿物油、植物油和表面活性剂等。类型：矿物油、植物油和表面活性剂等。第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液润滑性及其改善二、钻井液润滑性改善二、钻井液润滑性改善合理使用润滑剂可以降低摩阻系数改善润滑性。合理使用润滑剂可以降低摩阻系数改善润滑性。102第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液润滑性及其改善103第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液润滑性及其改善104作作用用机机理理：通通过过在在金金属属、岩岩石石和和粘粘土土表表面面形形成吸附膜，减少钻具对井壁和套管的摩擦。成吸附膜，减少钻具

44、对井壁和套管的摩擦。第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液润滑性及其改善1052、固体类润滑剂、固体类润滑剂作作用用机机理理：多多数数固固体体润润滑滑剂剂类类似似细细小小滚滚珠珠，将将滑滑动动摩摩擦擦转转化化为为滚滚动动摩摩擦擦，因因而而可可大大幅幅度度降降低低扭矩和阻力。扭矩和阻力。类型：塑料小球、石墨、玻璃微珠等类型：塑料小球、石墨、玻璃微珠等第七节第七节 钻井液润滑性及其改善钻井液润滑性及其改善106第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制第二章第二章 钻井液化学钻井液化学107第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制1、井壁稳定性、井壁稳定性 定义：井壁保持原始状

45、态的能力定义：井壁保持原始状态的能力 井壁不稳定现象：井壁不稳定现象：井塌：井壁岩石剥落掉块，井径扩大。井塌：井壁岩石剥落掉块，井径扩大。缩井：高压层或易水化膨胀地层，井径缩小。缩井：高压层或易水化膨胀地层，井径缩小。1082、井壁稳定性影响因素、井壁稳定性影响因素（1）地质因素：地层本身原因引起）地质因素：地层本身原因引起高高压压地地层层压压力力释释放放、松松散散地地层层的的坍坍塌塌、高高压压盐岩层的塑性变形。盐岩层的塑性变形。第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制109（2）钻井工程因素）钻井工程因素钻井液对井壁的冲刷作用钻井液对井壁的冲刷作用井内激动压力过大井内激动压力过大钻

46、具对井壁的碰撞钻具对井壁的碰撞井内井内液柱压力大幅度降低液柱压力大幅度降低第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制110（3）物理化学因素）物理化学因素非膨胀性粘土：非膨胀性粘土：膨胀性粘土：膨胀性粘土：剥落、坍塌剥落、坍塌泥页岩地层与钻井液接触后导致的不稳定原因。泥页岩地层与钻井液接触后导致的不稳定原因。水化膨胀、缩径水化膨胀、缩径第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制1113、物物理理化化学学因因素素引引起起：加加入入页页岩岩抑抑制制剂剂，又又称称防塌剂防塌剂能抑制泥页岩膨胀和分散的化学剂。能抑制泥页岩膨胀和分散的化学剂。1、地质因素引起：适当提高钻井液密度。、地质因

47、素引起：适当提高钻井液密度。2、钻井工程因素引起：改进钻井工艺。、钻井工程因素引起：改进钻井工艺。二、井壁不稳定性应付对策二、井壁不稳定性应付对策第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制1121、盐：、盐：KCl、NaCl 作用作用机理机理压缩粘土扩散双电层，压缩粘土扩散双电层，降低其负电性降低其负电性K+、NH4+镶嵌作用镶嵌作用三、防塌剂及其防塌机理三、防塌剂及其防塌机理第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制1132、阳离子表面活性剂、阳离子表面活性剂第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制（1）中和粘土的负电荷）中和粘土的负电荷（2）改变粘土表面润湿性，由

48、亲水变为亲油）改变粘土表面润湿性，由亲水变为亲油作用机理：作用机理：1143、阳离子聚合物、阳离子聚合物第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制（1）中和粘土的负电荷）中和粘土的负电荷（2）通过吸附桥连在井壁上形成一层保护膜）通过吸附桥连在井壁上形成一层保护膜作用机理：作用机理：1154、非离子型聚合物、非离子型聚合物第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制116（2 2）竞竞争争吸吸附附作作用用。多多元元醇醇在在粘粘土土上上的的吸吸附附能能力力大大于于水水与与粘粘土土的的吸吸附附作作用用，多多元元醇醇可可优优先先吸吸附附到到粘粘土土矿矿物物表表面面，阻阻止止水水分分子子进

49、进入入，同同时时也也可可把把吸吸附附在在粘土上的水分子挤走。粘土上的水分子挤走。（1 1）浊点效应。）浊点效应。当低于一定温度时是水溶性的，当低于一定温度时是水溶性的，但高于此温度时从水中析出形成乳状液。但高于此温度时从水中析出形成乳状液。第八节第八节 井壁稳定性及其控制井壁稳定性及其控制作用机理：作用机理：117（1）类型：氧化沥青、改性沥青粉、）类型：氧化沥青、改性沥青粉、磺化沥青（水溶）、乳化沥青磺化沥青（水溶）、乳化沥青（2）机机理理：封封堵堵微微裂裂缝缝，涂涂敷敷在在井井壁壁上上形形成成疏水油膜，减少水进入泥页岩地层。疏水油膜，减少水进入泥页岩地层。第八节第八节 井壁稳定性及其控制井

50、壁稳定性及其控制5、沥青类、沥青类118第九节第九节 卡钻与解卡卡钻与解卡第二章第二章 钻井液化学钻井液化学119第九节第九节 卡钻与解卡卡钻与解卡一、卡钻一、卡钻 钻具被卡住而不能正常运转的现象钻具被卡住而不能正常运转的现象压差卡钻、沉砂卡钻、井塌卡钻、砂桥卡钻等。压差卡钻、沉砂卡钻、井塌卡钻、砂桥卡钻等。二、压差卡钻（泥饼粘附卡钻）二、压差卡钻（泥饼粘附卡钻）在钻井液压力与地层孔隙压力之差的作用下，静在钻井液压力与地层孔隙压力之差的作用下，静止钻具紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻。止钻具紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻。1、定义、定义120第九节第九节 卡钻与解卡卡钻与解卡2、压差卡钻原因、压差卡