2022年钻井完井液复习资料.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第一章 狭义钻井液： 粘土以小颗粒状态 .2um分散在水中所形成的溶胶- 悬浮体；广义钻井液：凡钻进中一切有助于从井眼产生和 清除钻屑的流体（液、气、液 +气）；广义完井液： 一切与产层接触的流体（各种盐水、聚合物溶液、钻井液、泡沫等）；狭义完井液 ：钻开油气层的钻井液（钻开液）；钻井液的组成： 分散介质 + 分散相 + 化学处理剂钻井液的分类 依据分散介质分为四大类：水基钻井液 油基钻井液 气基钻井流体 合成基钻井液钻井液的主要作用1、 携带和悬浮岩屑 2、 稳固井壁和平稳地层压力 3、 冷却和润滑钻头

2、4、传递水动力 5、破岩、淸岩 6、发觉、爱护油气层 7、形成泥饼 8、取准资料钻井液的性能 . 钻井液的 密度 用比重秤测定 . 钻井液的 流变性 . 钻井液的 失水造壁性 . 钻井液的 含砂量钻井液中不能通过 于 0.5； 74 m 200 目筛的固相的体积占钻井液体积的百分数；一般要求小.钻井液的 pH 值 绝大多数钻井液体系的PH值都掌握在7 以上；.钻井液 的固相含量和油、水含量（书 13、14 页两个公式）.钻井液 膨润土含量 MBT 钻井液中活性粘土的数量；MBT 过高,钻井液的粘度、切力增大,泥饼增厚,简单造成井下事故；MBT 过小,钻井液的粘度、切力急剧下降,失水增大；钻井液

3、的 润滑性 Lubricity 名师归纳总结 .钻井液 滤液的化学性质（碱度、硬度、Cl-含量、 .）第 1 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思其次章粘 土： 主要由粘土矿物和少量非粘土矿物组成的细粒粘滞土状物质；粘土矿物： 含水的细分散的层状及层 称 硅氧四周体 silica tetrahedron 链状构造硅酸盐矿物及含水的非晶质硅酸盐矿物的总由一个硅原子和四个等距的氧原子组成的正四周体；硅原子在四周体的中心,氧原子在四周体的顶点硅氧四周体片（SiO4 彼此连接而成的 Si4O10 的无限重复的

4、六方网格；）单个四周体与如干个相邻四周体通过底面 氧相连,构成平面连续的四周体晶格；铝氧（ Al OOH）八面体 alumina octahedron 铝原子处于正八面体中心,六个氧原子或氢氧原子处于八面体顶点；铝氧（氢氧）八面体片单个八面体与相邻的八面体通过共用 氢氧 连接起来,顶端和底端氧原子就构成两个平行的平面（每个八面体同相邻的六个其它八面体通过共用氧（氢氧）连接）；晶层：四周体片和八面体片沿C轴按肯定次序相互重合,通过共用氧原子连接形成电中性的统一结构层；晶体很多单位晶层在 C 轴方向上按肯定距离反复重合而成；单位晶胞能代表晶体性质的单位层内最小物质组合；常以 a、b 轴范畴表示其大

5、小；C轴间距：某一晶面与相邻晶层的对应晶面间的距离；两种原型粘土矿物（基本类型）1：1 型（高岭石）2： 1 型（叶腊石）晶格取代： 在晶体结构保持不变的条件下,高价中心离子被低价正离子取代的现象；结果是正电荷亏损,粘土带负电；又叫同晶置换；阳离子交换容量（CEC）：分散介质的PH=7 时,从粘土上所能交换下来的阳离子总量；以meq/100g 毫克当量 /100 克）示之；（蒙脱石 伊利石 高岭石）（交换性阳离子：吸附于粘土上,可以被分散介质中其它阳离子所交换的阳离子；）几种粘土矿物的晶体构造和特性1. 高岭石（ Kaolinite晶体结构 1：1 型 、晶胞分子式：Al4Si4O10OH8

6、单位晶层由一层四周体片和一层八面体片组成,全部硅氧四周体的尖顶都朝向八面体,通过共用氧原子连接成晶层；如干个晶层在 C轴方向上层层重叠,而在 a、b 轴方向上连续延长；特点B 阳离子交换容量低：C 水化分散性膨胀性差,矿物较稳固；2. 蒙脱石（2：1 型） 晶胞分子式： Al4Si8O20OH4两层四周体片中间夹一层八面体片；的氧连接成晶层；如干个晶层按肯定距离在蒙脱石性能特点每个四周体尖顶均指向中心的八面体,通过共用 C轴方向上重叠构成晶体；名师归纳总结 A、晶格取代：Mg 2+、Fe 2+取代八面体中的3+ Al第 2 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - -

7、 - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思C、补偿阳离子为：Na +、Ca 2+D、 阳离子交换容量高：E、水化才能强；3. 伊利石 （2：1 型+K +）晶体结构与蒙托石的晶体结构类似；区分：A 晶格取代比蒙脱石多,且主要发生在四周体片中；B 补偿阳离子主要为K +；C 单位晶胞电荷数比蒙脱石的高11.5 倍；特点A、单位层之间由分子间力和K +连接；C 、 阳离子交换容量低：D、水化才能弱；4、绿泥石（ 2：1：1 型；）结构：两层硅氧四周体片夹一层铝氧八面体片构成单位层,单位层间夹一层水镁石片；特性：1晶格取代多,但 CEC值低 3水化才能差,颗粒粗,属于劣土,多呈绿色

8、；5、间层粘土 mixed layer clay . 结构：由两种或两种以上粘土单位层相间堆叠而成；. 分类：规章间层和不规章间层；. 常见：伊 /蒙间层和绿 /蒙间层；. 特性：介于组分之间,取之于间层比,分散性强；两种纤维状粘土：海泡石、凹凸棒石 特性：（1）水化分散差,但机械剪切可配浆（2）抗温性好（3）抗盐性好,称为抗盐土 永久负电荷大小排序：伊利石 蒙脱石 高岭石；离子交换吸附：粘土颗粒（固体）上吸附的离子与溶液中离子间的同电性等当量交换作用（一种离子 被吸附的同时顶替出等当量同电性离子的现象）；吸附次序： Li+ Na + K + NH4 + Mg 2+ Ca 2+ Ba 2+ A

9、L 3+ Fe 3+ H +胶体的电动现象：电泳、电渗、流淌电位和沉降电位 粘土水化膨胀的过程 表面水化膨胀和渗透水化膨胀 扩散双电层的形成与结构胶体颗粒带电,在其四周分布着电荷数相等的反离子,在固液界面形成双电层；双电层中的反离子,一方面受到固面电荷的吸引,不能远离固面,另一方面,由于反离子的热运动, 又有扩散到液相内部去的才能；这两种相反作用的结果,使得反离子扩散地分布在界面四周,构成扩散双电层；粘土溶胶的双电层：层面和端面稍有不同、双电层中的电势（位）1、 表面电势 ：从固体表面到匀称液相内的电势降；特点：名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 18 页精选学习资料 -

10、- - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思固体表面电势最大；表面电势随离表面距离的增大而大致依指数关系降低；2、 电动电势（电位）：从吸附溶剂化层界面（滑动面）到匀称液相的电势降；特点：胶粒带电越多, 电位越高； 大小取决于吸附层内的静电荷数；电解质压缩双电层机理：加入电解质, 正负离子浓度增加,反离子更多进入吸附层, 扩散层减薄, 电位降低；电解质对双电层厚度和电动电位的影响在胶体体系中加入电解质后,反离子（正电荷） 浓度随着增大, 反离子进入吸附溶剂化层的机会增加, 胶粒电荷削减, 同时扩散双电层变薄,电位降低,当所加电解质把双电层压缩到吸附溶剂化层厚度时,胶粒

11、不带电,电位降到 0（等电态）,此时胶粒简单聚结；影响因素反离子浓度：浓度越高,压缩越多, 电位降低越多；反离子价数：价数越高,压缩越多, 电位降低越多；胶团结构（蒙脱石）胶核： 由很多分散相分子、原子和离子构成,一般具有晶体结构；胶粒： 胶核和吸附层沿滑动面与扩散层分开,但一起运动,带有电荷；胶团： 由胶粒与扩散层中的反离子构成；胶团为电中性的,分散在液体介质中便是溶胶；胶体稳固性的概念：1、沉降稳固性：在重力作用下,分散相粒子是否简单下沉的性质；2、聚结稳固性：分散相粒子是否简单自动聚结变大（自动降低分散度）的性质；两种稳固性的关系：由于：分散相粒子自动聚结变大,重量加大,粒子下沉,体系失

12、去沉降稳固性；所以：聚结稳固性是根本的；沉降稳固性是聚结稳固性的反映；Stocks 沉降速度公式V 2r 29 0 g r 粒子半径； 粒子密度； 0 分散介质密度； 分散介质粘度；从上式可见,影响沉降速度 v 的因素为： r、 、 0；说明：Stocks 沉降速度公式没有考虑钻井液凝胶强度的悬浮作用；影响聚结稳固性的因素1 阻碍粘土颗粒聚结的因素（1）双电层斥力（ 2）渗透斥力（3）吸附溶剂化膜的性质2、引起粘土颗粒聚结的因素名师归纳总结 （1） 颗粒之间的吸力（范德华力）（2）布朗运动（3）电解质的聚结作用第 4 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - -

13、- - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第三章 稳固流淌类型：塞流、层流、紊流 剪切速率 ：、D、 dv/dr 单位 s-1剪切应力 = dv/dr = 垂直于流淌方向上单位距离内的流速增量；： = F/A = dyn/cm 2；Pa； = F/A = 液层单位面积上的剪切力；流变曲线： 速梯与切应力关系曲线 粘度 ： = / = dyn/cm 2/s-1 = dyn.s/cm 2 = 泊 ； = / 单位剪切速率的剪切应力 漏斗粘度：定体积泄流时间；马氏漏斗粘度 ：1500ml 流出 946ml 的时间；标准：清水测量值：26 0.5s 中国漏斗粘度 ：700ml 流出 500

14、ml 的时间；标准：清水测量值：15 0.5s 缺点： 没有考虑流体密度的影响 剪切稀释性 YP/PV 钻井液的有效粘度随剪切速率增加而降低的现象；特点：剪切速率是变量；粘度是变量；流体粘性流体非牛 顿流体牛顿流体塑性体与时间无关的流体假塑性膨胀体粘弹性流体与时间有关的流体触变体震凝体f,t,法向应力）对流体讨论对象的基本假设：连续介质均质性dyn.s/cm2、泊、厘泊；国际：Pa.s、mPa.s 不行压缩性层流1、塑性粘度（s、PV）单位：公制：塑性流体与其结构强弱无关的粘度；名师归纳总结 模式 ：- 0 = s 或者 = s+ 0/ . 第 5 页,共 18 页优点： 0, 0能够反映多数

15、钻井液具有内部结构情形；, 能够反映多数钻井液的剪切稀释性；, s 能够反映出钻井液的极限粘度；缺点：低剪切速率下：实 宾说明模型拟合实际曲线有较大偏差2、假塑性流体 流变模式： = K n2稠度系数K：反映流体的粘滞性；K 越大,流体越难流淌；dyn.sn/cm流型指数n：偏离牛顿流体的程度；特点： 0, 0 不符合大多数钻井液具有屈服应力的特点；, 能够反映钻井液的剪切稀释性；, 0 无极限粘度,不符合钻井液情形；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3、卡森流体流变模型： 1/2= c 1/2 + 1/2 1/2

16、流变曲线： 1/2 1/2 作图,为一条直线； 作图,为直线与曲线之和；特点： 0, c 能够反映多数钻井液具有内部结构情形；, 能够反映多数钻井液的剪切 稀释性；, Im= 1 / 能够反映出钻井液的极限粘度；触变性流体： 恒温恒压下,流体搅拌后变稀,静止后变稠的特性；触变性机理流体内部的粘土粒子因其物化缘由易形成网架结构；静止后：粒子为了满意表面静电饱和,在自由能最小部位自行排列而形成凝胶结构；搅拌时：网架结构逐步被拆散；触变性= 初切力 /终切力= 10 秒钟静切力 /10 分钟静切力=10“/ 10 = G10”/G 101. 静切力 s 钻井液静止后形成的凝胶结构强度；钻井液从静止到

17、开头塞流流淌所需要的最小剪切应力；调整方法：升 s 提高 c （碳数）、分散度,降低、水化膜厚度；降 s 与上相反；2. 动切应力 0（YP）单 位： dyn/cm2、 Pa 钻井液开头作层流流淌时,必需要的最小剪切应力；0与s的区分：0为层流流淌条件下固体颗粒之间吸引力的量度；s为静止条件下固体颗粒之间吸引力的量度；调整方法：升 o 提高c、分散度,降低及水化膜厚度,加增粘剂；降 o 冲稀、加降粘剂拆结构；钻井液的黏度：1. 有效粘度（视粘度）定义： = / 2. 宾汉体的塑性粘度 s层流流淌时, 流体内部网状结构的破坏与复原处于动态平稳时,以下三部分内摩擦力的微观统计结果：固 固颗粒间内摩

18、擦阻力；固 液、液 液相分子间内摩擦阻力；特点：s不随 dv/dr 变化而变化；影响因素：固相含量：固含 s；分散度：分散度 s；液相粘度：液相粘度 s；调整 s 的方法：名师归纳总结 依据影响因素升、降s ；第 6 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3. 假塑性体的 n、k 稠度系数 k：k =f 液相、固相含量及其性质）流性指数 n：n= f 内部结构强弱）n 反映了流体的非牛顿性强弱,降 k 值方法（提 k 方法相反）：n 越小,流体非牛顿性越强；降低固体含量；稀释或者除砂；调整 n 值方法：

19、降 n 加入活性膨润土、无机盐、高分子聚合物等；提 n 加入清水、降粘剂等；不同转速下的剪切速率；n. rpm 600 300 200 100 6 3 -1 r. s1022 511 340.7 170.3 10.22 5.11 流变参数运算宾汉模式：解方程组得到1= 0+s12= 0+s2 s= 2- 1/2- 1 0= 1 2- 2 1/ 2- 1 n1=k 12=k 2 n n=lg 2-lg 1/lg 2- lg 1 指数模式 : 解方程组得到 : k=10lg 1lg 2-lg 2lg 1/lg 2- lg 1 2. 不同流体的流变参数直读公式mPa.s AV = 600/2 牛顿流

20、体 = 300 = 600/2 Pa mPa.s 宾汉塑性流体mPa.s PVs = 600- 300YP 0 = 0.511 300- s 假塑性体Pa Pa.s n卡森流体n = 3.322 lg 600 / 300 K = 0.511 300 /511 n = 1.43 600 1/2 - 100 1/2 2 c = 0.24 2.45 100 1/2-600 1/2 2 mPa.s Pa 静切力 : . =0.5113 测定时应留意的问题: 1、应快速从高速档测到低速档；2、初切力和终切力的测定应在600rpm 下搅拌 1 分钟后分别静置10S和 10min 后读取 3的最大值；3、有时需搅拌加温后测定；名师归纳总结 悬浮岩屑（球形）所需静切力为：悬浮运算 s（dyn/cm 2 = 980d 岩- 浆）/6第 7 页,共 18 页由上式可以运算静止状态下,悬浮岩屑颗粒所需要的静切应力；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第四章泥饼 滤饼 ：钻井液滤失过程中留在井壁或者滤膜上的物质 之分 ；薄、密、韧在井下有内泥饼和外泥饼造壁性：钻井液在井壁形成泥饼滤饼 封堵、爱护井壁的才能；井内钻井液滤失的全过程（三阶段）1、瞬时失水： 滤饼尚未完全形成之前很短时间内的失水 量 特点：. 时间短（ t