《油气井工作液技术》精品讲座

1、油气井工作液技术油气井工作液技术 The Technology of Working Fluids in Oil and Gas Well 在钻井、完井、增产等作业过程中所使用的工作流在钻井、完井、增产等作业过程中所使用的工作流体统称体统称油气井工作液油气井工作液。 包括：钻井液、钻井完井液、水泥浆、射孔液、隔离液、包括：钻井液、钻井完井液、水泥浆、射孔液、隔离液、封隔液、砾石充填液、修井液、压裂液、酸液、驱替液封隔液、砾石充填液、修井液、压裂液、酸液、驱替液等。等。水基钻井液水基钻井液油基钻井液油基钻井液气基钻井流体气基钻井流体II.完井液（广义）完井液（广义）油气井完成和完善作业过程中所使

2、用的工作流体。油气井完成和完善作业过程中所使用的工作流体。II.完井液（广义）完井液（广义） 钻井完井液钻井完井液（即打开产层的钻井液）（即打开产层的钻井液）在油气层中钻进时所使用的循环流体。在油气层中钻进时所使用的循环流体。有：改性钻井液、清洁盐水聚合物完井液、低固相聚合物完井液、油有：改性钻井液、清洁盐水聚合物完井液、低固相聚合物完井液、油基完井液、气体类完井液。基完井液、气体类完井液。 主要功用主要功用：打开储层时保护油气层。：打开储层时保护油气层。 隔离液隔离液替换作业时用来隔离两种不配伍的工作液的流体。如：固井注水替换作业时用来隔离两种不配伍的工作液的流体。如：固井注水泥。泥。 主要

3、功用主要功用：消除工作液间不配伍带来的不利影响，提高作：消除工作液间不配伍带来的不利影响，提高作 业（施业（施工）质量。工）质量。 II.完井液（广义）完井液（广义） 射孔液射孔液射孔作业时使用的流体。射孔作业时使用的流体。有：无固相清洁盐水、阳离子聚合物射孔液、无固相聚合物盐水、暂有：无固相清洁盐水、阳离子聚合物射孔液、无固相聚合物盐水、暂堵性聚合物射孔液、油基射孔液、酸基射孔液。堵性聚合物射孔液、油基射孔液、酸基射孔液。 主要功用主要功用：协助打开油气通道，保护油气层，平衡地层压力。：协助打开油气通道，保护油气层，平衡地层压力。 水泥浆水泥浆固井作业时注入套管与井壁环形空间内的流体。固井作

4、业时注入套管与井壁环形空间内的流体。 主要功用主要功用：将套管与井壁固结在一起，建立安全的油气通道，同时：将套管与井壁固结在一起，建立安全的油气通道，同时为后续作业提供安全的施工环境。为后续作业提供安全的施工环境。 II.完井液（广义）完井液（广义） 封隔液封隔液完井时套管与油管间的充填液体。完井时套管与油管间的充填液体。有：清洁盐水、聚合物胶液（有：清洁盐水、聚合物胶液（CMC）、改性钻井液、油基钻井液。）、改性钻井液、油基钻井液。 主要功用主要功用：平衡压力、防腐、保护油套管。：平衡压力、防腐、保护油套管。 套管封隔液套管封隔液套管与井壁间无水泥段的充填液体。套管与井壁间无水泥段的充填液体

5、。 主要功用主要功用：平衡压力、稳定井壁、保护套管、节约成本。：平衡压力、稳定井壁、保护套管、节约成本。 砾石充填液砾石充填液防砂作业时用来输送砾石的流体。防砂作业时用来输送砾石的流体。 主要功用主要功用：输送砾石、保护油气层、平衡地层压力。：输送砾石、保护油气层、平衡地层压力。 II.完井液（广义）完井液（广义） 修井液修井液修井作业时所用的工作液。修井作业时所用的工作液。修井作业：套管修理、修理更换井下设备、清除井眼中的有害固体修井作业：套管修理、修理更换井下设备、清除井眼中的有害固体（砂、砾石、淤泥等）、处理井下事故。（砂、砾石、淤泥等）、处理井下事故。有：清洁盐水、聚合物盐水、油基钻井

6、液等。有：清洁盐水、聚合物盐水、油基钻井液等。 主要功用主要功用：修复油井，平衡压力，保护油气层。：修复油井，平衡压力，保护油气层。 压裂液压裂液压裂作业时使用的流体。压裂作业时使用的流体。有：水基类（稠化水压裂液、水冻胶压裂液、水包油压裂液）有：水基类（稠化水压裂液、水冻胶压裂液、水包油压裂液） 油基类（稠化油压裂液、油冻胶压裂液、油包水压裂液）油基类（稠化油压裂液、油冻胶压裂液、油包水压裂液） 主要功用主要功用：传递压力、携砂、保护油气层（扩大通道）：传递压力、携砂、保护油气层（扩大通道） 。 II.完井液（广义）完井液（广义） 酸液：（含前置液）酸液：（含前置液）酸化作业中使用的流体。酸

7、化作业中使用的流体。有：盐酸、氢氟酸和两者混合的土酸。有：盐酸、氢氟酸和两者混合的土酸。此外：氨基磺酸（此外：氨基磺酸（NH2SO3H）、碳酸、甲酸、乙酸。）、碳酸、甲酸、乙酸。常加入：缓蚀剂、缓速剂、稳定剂。常加入：缓蚀剂、缓速剂、稳定剂。 主要功用主要功用：解堵和溶解胶结物，恢复和提高储层渗透率，解放储层，：解堵和溶解胶结物，恢复和提高储层渗透率，解放储层，保护储层。保护储层。 驱替液驱替液三次采油作业过程中所使用的流体。三次采油作业过程中所使用的流体。有：盐水类、聚合物类、微乳液、泡沫类。有：盐水类、聚合物类、微乳液、泡沫类。 主要功用主要功用：驱替残余油，提高采收率。：驱替残余油，提高

8、采收率。 此外：还有注水作业，调剖堵水等所使用流体均属油气井工作液。此外：还有注水作业，调剖堵水等所使用流体均属油气井工作液。早期历史早期历史（公元前256年公元1844年）原始阶段原始阶段 早在早在公元前公元前256年（春秋战国时期）年（春秋战国时期）。我国发明了。我国发明了“顿钻顿钻”钻井技术，后传至波斯、埃及，然后再传到欧洲。钻井技术，后传至波斯、埃及，然后再传到欧洲。至至公元公元10411053年（北宋年间）年（北宋年间）。我国首创。我国首创“卓筒卓筒井井”。即用竹筒当套管下入井内，封隔水层、塌层。到。即用竹筒当套管下入井内，封隔水层、塌层。到公公元元1821年（清道光年间）年（清道光

9、年间），我国，我国已能钻成已能钻成1000米井米井。此。此段期间，所用钻井液完全是清水，目的单一：仅为洗井和段期间，所用钻井液完全是清水，目的单一：仅为洗井和帮助捞砂，没有循环系统，将清水直接倒入井内，冲钻，帮助捞砂，没有循环系统，将清水直接倒入井内，冲钻，下捞砂筒捞出。下捞砂筒捞出。萌芽阶段萌芽阶段（18441844年年19201920年）年） 1844年年英国人英国人Robert Beart发明了发明了“旋转钻井旋转钻井”方法方法，并开始使用，并开始使用循环系统循环钻井液，但采用的是循环系统循环钻井液，但采用的是“反循环反循环”方法。（即抽吸法）。方法。（即抽吸法）。18451860年年.

10、 法国人法国人Faulle建立了较完整的循环系统建立了较完整的循环系统，并采用，并采用“正正循环循环”循环钻井液，且意识到了循环钻井液，且意识到了“混浊的水混浊的水”比比“清水清水”带砂好。带砂好。18871901年年. 美国人开始使用粘土、糠麸、谷物等材料作钻井液美国人开始使用粘土、糠麸、谷物等材料作钻井液添加剂添加剂，并认识到用，并认识到用“粘泥粘泥”使钻井液变使钻井液变“稠稠”变变“重重”的重要性。的重要性。1906年年. 钻井液搅拌器问世。钻井液搅拌器问世。（在此之前，钻井液是由牲口在池中走（在此之前，钻井液是由牲口在池中走动配成的。）动配成的。）1910年年. 专用泥浆泵问世。专用泥

11、浆泵问世。这段期间，已开始认识到钻井液的重要性。这段期间，已开始认识到钻井液的重要性。钻井液特点：钻井液特点：成分单一，处于自然状态。成分单一，处于自然状态。发展阶段发展阶段（19211921年年19481948年）年）近代钻井液近代钻井液 发展阶段发展阶段（19211921年年19481948年）年）近代钻井液近代钻井液 组分较前复杂，逐渐趋于完善。组分较前复杂，逐渐趋于完善。 普遍使用处理剂来调节维护钻井液性能。普遍使用处理剂来调节维护钻井液性能。 钻井液类型越来越多，功能越来越全。钻井液类型越来越多，功能越来越全。 同时开始了钻井液处理剂研究和钻井液专用仪器的设计制同时开始了钻井液处理剂

12、研究和钻井液专用仪器的设计制造。造。科学化阶段科学化阶段（19481948年至今）年至今）现代钻井液现代钻井液 我国钻井液技术研究起步晚，但发展非常迅速，我国钻井液技术研究起步晚，但发展非常迅速，无论从理论研究上或是应用研究上均有重大突无论从理论研究上或是应用研究上均有重大突破。目前我国钻井液技术与先进国家处于同步破。目前我国钻井液技术与先进国家处于同步水平。水平。组成组成 钻井液主要由分散介质、分散相和处理剂三大部分组成。钻井液主要由分散介质、分散相和处理剂三大部分组成。 分散介质（连续相）分散介质（连续相） 水：淡水水：淡水/ /盐水盐水“水基水基” 油：原油油：原油/ /柴油柴油/ /白

13、油白油“油基油基” 气：气：“气基气基” 分散相分散相 粘土（膨润土）粘土（膨润土） 油：对水而言油：对水而言 水：水： 对油而言对油而言 气：充于水基中气：充于水基中 处理剂：处理剂：增粘剂、降粘剂、降滤失剂、抑制剂、表面活性剂、加重增粘剂、降粘剂、降滤失剂、抑制剂、表面活性剂、加重剂、润滑剂，剂、润滑剂，维持钻井液性能的稳定。维持钻井液性能的稳定。钻井液的类型钻井液的类型 国内外分类各异，但目前均有暂行标准。基本上可概括为国内外分类各异，但目前均有暂行标准。基本上可概括为三大类型：即水基钻井液、油基钻井液、气基流体。三大类型：即水基钻井液、油基钻井液、气基流体。n国内油田习惯分类国内油田习

14、惯分类 细分散钻井液细分散钻井液 钙处理钻井液：石灰钙处理钻井液：石灰/石膏石膏/氯化钙氯化钙 粗分散钻井液粗分散钻井液 盐水钻井液：盐水盐水钻井液：盐水/饱和盐水饱和盐水/海水海水水基钻井液水基钻井液 无固相聚合物钻井液无固相聚合物钻井液 聚合物钻井液聚合物钻井液 低固相不分散聚合物钻井液低固相不分散聚合物钻井液 聚磺钻井液等聚磺钻井液等 混油钻井液混油钻井液 油包水油包水 空气空气油基钻井液油基钻井液 气基气基 天然气天然气 油基油基 雾、泡沫雾、泡沫钻井液的类型钻井液的类型 n国标分类国标分类分法一：分法一：淡水钻井液体系淡水钻井液体系钙处理钻井液体系钙处理钻井液体系不分散聚合物钻井液体

15、系不分散聚合物钻井液体系盐水钻井液体系盐水钻井液体系饱和盐水钻井液体系饱和盐水钻井液体系钾基钻井液体系钾基钻井液体系油基钻井液体系油基钻井液体系气体体系（气体、泡沫）气体体系（气体、泡沫）分法二：分法二：不分散聚合物钻井液体系不分散聚合物钻井液体系钾基钻井液体系钾基钻井液体系饱和盐水钻井液体系饱和盐水钻井液体系分散钻井液体系分散钻井液体系钙处理钻井液体系钙处理钻井液体系盐水钻井液体系盐水钻井液体系油基钻井液体系油基钻井液体系气体钻井流体气体钻井流体修井液完井液体系修井液完井液体系 钻井液的类型钻井液的类型 n美国石油学会（美国石油学会（API）和国际钻井承包商协会（）和国际钻井承包商协会（IA

16、DC）分）分类类不分散体系（不作任何处理）不分散体系（不作任何处理）分散体系分散体系钙处理体系钙处理体系聚合物体系聚合物体系低固相体系低固相体系饱和盐水体系饱和盐水体系完井修井液体系完井修井液体系油基钻井液体系油基钻井液体系气体体系气体体系注：注：1986年前，年前，API和和IADC分法与此差异较大，上述分法是分法与此差异较大，上述分法是1986年修改的。年修改的。钻井液的功用（十大功能）钻井液的功用（十大功能） 钻井液的流变性钻井液的流变性 由由流体力学流体力学知，流体有四种基本流型（即牛顿流型、塑知，流体有四种基本流型（即牛顿流型、塑性流型、假塑性流型和膨胀流型）。钻井液大多属塑性或假塑

17、性性流型、假塑性流型和膨胀流型）。钻井液大多属塑性或假塑性流型，因此就对应有相应的流变参数。流型，因此就对应有相应的流变参数。钻井液主要有四大基本性能，即：钻井液主要有四大基本性能，即： 流变性、造壁性、抑制性和润滑性。流变性、造壁性、抑制性和润滑性。钻井液的流变性钻井液的流变性 静切应力静切应力：s（现场又用（现场又用“”表示）表示）Gel Strength 简称简称“切力切力”：即塑性流体开始流动时的最低切应力，又称：即塑性流体开始流动时的最低切应力，又称“凝胶强凝胶强度度”。 产生原因：存在空间网状结构。产生原因：存在空间网状结构。实质：钻井液凝胶强度的高低。实质：钻井液凝胶强度的高低。

18、影响因素：影响因素： 粘土含量和分散度：含量大，分散度高，粘土含量和分散度：含量大，分散度高，s大。大。 粘土颗粒的粘土颗粒的电位和水化膜：电位和水化膜：低，水化膜薄，低，水化膜薄， 吸力占优势，吸力占优势，s大。大。 处理剂的种类和加量处理剂的种类和加量作用：钻井液静止时悬浮钻屑和加重剂。作用：钻井液静止时悬浮钻屑和加重剂。测量方法：用旋转粘度仪测其静止测量方法：用旋转粘度仪测其静止10分钟的切力。（用最低转速：每分钟分钟的切力。（用最低转速：每分钟3转）或转）或用浮筒切力计。用浮筒切力计。钻井液的流变性钻井液的流变性 动切应力动切应力：o 又称屈服值又称屈服值“YP” Yield Poin

19、t 塑性流体特有的性质，反映钻井液作层流流动时，粘土颗粒之间及高聚物分塑性流体特有的性质，反映钻井液作层流流动时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力。（即结构拆散、恢复达到动平衡时的结构强度。）子之间的相互作用力。（即结构拆散、恢复达到动平衡时的结构强度。） o是常量，不随速度梯度变化，体系定它则定。是常量，不随速度梯度变化，体系定它则定。产生原因：结构所至（同产生原因：结构所至（同s）实质：钻井液在层流条件下的结构强度。实质：钻井液在层流条件下的结构强度。影响因素：影响因素： 粘土含量和分散度。粘土含量和分散度。 粒子粒子电位和水化膜。电位和水化膜。 处理剂的使用：吸附端面，拆散削弱结

20、构，处理剂的使用：吸附端面，拆散削弱结构，o 降低。降低。 高分子聚合物的使用：吸附桥联，高分子聚合物的使用：吸附桥联， o升高。升高。钻井液的流变性钻井液的流变性 动切应力动切应力 旋转粘度计旋转粘度计钻井液的流变性钻井液的流变性 表观粘度表观粘度：又称视粘度或有效粘度，用：又称视粘度或有效粘度，用表示。表示。 AV:Apparent Viscosity 某一流速梯度下，速梯与相应切应力之比。某一流速梯度下，速梯与相应切应力之比。即：即：i=i/Di 单位：单位：cP或或mPas 可见：表观粘度随速梯而变，同一体系，不同速梯，可见：表观粘度随速梯而变，同一体系，不同速梯，i不同。不同。实质：

21、钻井液在流动过程中实际表现出来的总的粘滞性。实质：钻井液在流动过程中实际表现出来的总的粘滞性。作用：衡量钻井液的宏观流动性。作用：衡量钻井液的宏观流动性。测量方法：用旋转粘度仪。现场习惯用测量方法：用旋转粘度仪。现场习惯用600转数据的转数据的1/2值表示，值表示，AV=600/2。方可将对应速梯下测得的切力值代入宾汉或指数方程求得。方可将对应速梯下测得的切力值代入宾汉或指数方程求得。钻井液的流变性钻井液的流变性 塑性粘度塑性粘度（PV或或s）（）（Plastic Viscosity） 塑性流体层流流动时的粘度。塑性流体层流流动时的粘度。 PV也是常量，不随速度梯度变化，体系定它则定。也是常量

22、，不随速度梯度变化，体系定它则定。 实质：钻井液中结构拆散与恢复处于动平衡时，固实质：钻井液中结构拆散与恢复处于动平衡时，固液之间、液之间、液液液之间的内摩擦力的反应。液之间的内摩擦力的反应。 影响因素：影响因素：固相含量：固含高，则固相含量：固含高，则PV高。高。 分散度：分散度分散度：分散度 ，则，则PV 。 液相粘度：液相粘度液相粘度：液相粘度 ，则，则PV 。 水溶性处理剂的粘度：水溶性处理剂的粘度水溶性处理剂的粘度：水溶性处理剂的粘度 ，则，则PV 。 显然，它直接反映了钻井液中固相含量的高低及分散程度。显然，它直接反映了钻井液中固相含量的高低及分散程度。 钻井液的流变性钻井液的流变

23、性 塑性粘度塑性粘度：作用：衡量判断钻井液中固相含量的高低及分散程度。作用：衡量判断钻井液中固相含量的高低及分散程度。 高则有害，低则有利。高则有害，低则有利。PV与与YP是塑性型钻井液的两个重要流变参数，它们直接影响流阻、是塑性型钻井液的两个重要流变参数，它们直接影响流阻、压降、水力功率的大小及井眼净化的程度。压降、水力功率的大小及井眼净化的程度。测量方法：用旋转粘度仪测测量方法：用旋转粘度仪测600、300读值。读值。 PV=600-300 mPas钻井液的流变性钻井液的流变性 剪切稀释性（剪切稀释性（Shear Thinning Behavior）钻井液的流变性钻井液的流变性 流性指数流

24、性指数：符号：符号“n”，亦称，亦称n值：值：0n1，无因次。，无因次。 表示假塑性流体中结构的多少及存在的形式。表示假塑性流体中结构的多少及存在的形式。当当n1时：表明结构少，且不连续。时：表明结构少，且不连续。n=1时，完全无结构，牛时，完全无结构，牛顿体。顿体。当当n n0 0时：表明结构逐渐增多，且连续。非牛顿性越强。时：表明结构逐渐增多，且连续。非牛顿性越强。l作用：判别携屑能力：作用：判别携屑能力：n n小，流核大，带砂好。好。小，流核大，带砂好。好。l判断剪切稀释性：判断剪切稀释性：n n越小，剪切稀释能力越强。（结构多）越小，剪切稀释能力越强。（结构多） 钻井液的流变性钻井液的

25、流变性 稠度系数：符号稠度系数：符号“K”，亦称，亦称K值。单位：达因值。单位：达因秒秒n/厘米厘米2。钻井液的流变性钻井液的流变性 触变性触变性（Thixotropic Behavior ）指钻井液受搅拌后变稀，静止后又变稠的特性。指钻井液受搅拌后变稀，静止后又变稠的特性。或：钻井液切力（搅拌后）随静止时间的增长而增大的特性。或：钻井液切力（搅拌后）随静止时间的增长而增大的特性。产生原因：产生原因：受搅结构被拆散，粘度、切力下降受搅结构被拆散，粘度、切力下降变稀。变稀。 静止结构恢复静止结构恢复，粘度、切力增大粘度、切力增大变稠。变稠。实质：实质：体系恢复结构的能力。体系恢复结构的能力。影响

26、因素：影响因素：粒子浓度粒子浓度，结构恢复快、强，触变性强。，结构恢复快、强，触变性强。 电位电位，结构恢复慢、弱，触变性弱。，结构恢复慢、弱，触变性弱。 若是端若是端面、端面、端端结构为主，恢复慢，但最终结构强端结构为主，恢复慢，但最终结构强。（需要一定时间完成定向）。（需要一定时间完成定向） 若是高聚物吸附土粒形成桥联结构，恢复快，但最终若是高聚物吸附土粒形成桥联结构，恢复快，但最终 结构强度弱。结构强度弱。钻井液的流变性钻井液的流变性 触变性触变性（Thixotropic Behavior ）衡量标志：衡量标志： 恢复结构的速度（即时间）。恢复结构的速度（即时间）。 最终结构的强度（即最

27、终切力的大小）。最终结构的强度（即最终切力的大小）。钻井液触变性类型：钻井液触变性类型： 快的强凝胶：结构恢复很快，最终切力大。快的强凝胶：结构恢复很快，最终切力大。 慢的强凝胶：结构恢复慢，最终切力很大。慢的强凝胶：结构恢复慢，最终切力很大。 快的弱凝胶：结构恢复很快，最终切力较小。快的弱凝胶：结构恢复很快，最终切力较小。 慢的弱凝胶：结构恢复很慢，最终切力小。慢的弱凝胶：结构恢复很慢，最终切力小。钻井液对触变性的要求：钻井液对触变性的要求： 结构恢复要快（有利钻屑悬浮，防止沉砂）结构恢复要快（有利钻屑悬浮，防止沉砂） 最终切力要适当（防止开泵阻力大，压力激动）最终切力要适当（防止开泵阻力大

28、，压力激动）快的弱凝胶（图中曲线快的弱凝胶（图中曲线3） /Pa 1 2 3 4 t/min评价方法：用旋转粘度仪测钻井液静置评价方法：用旋转粘度仪测钻井液静置1分钟（初切）和分钟（初切）和10分钟（终切）的切力，用分钟（终切）的切力，用它们的差值（它们的差值（10-1）表示其大小。）表示其大小。钻井液的流变性钻井液的流变性 漏斗粘度漏斗粘度（Funnel Viscosity ）一定量的钻井液流出特制漏斗所需的时间。单位：一定量的钻井液流出特制漏斗所需的时间。单位：s。实质：是钻井液表观粘度的宏观表征。实质：是钻井液表观粘度的宏观表征。量具：漏斗粘度计量具：漏斗粘度计量法：国内量法：国内装装7

29、00mL，测流出，测流出500mL的时间。的时间。国外国外装装1500mL，测流出，测流出946mL的时间。的时间。作用：衡量钻井液的宏观流动性和稀稠程度。作用：衡量钻井液的宏观流动性和稀稠程度。 钻井液的失水造壁性钻井液的失水造壁性 失水与失水量失水与失水量Water Loss （滤失量（滤失量Filtration Loss）失水失水钻井液中自由水在压差作用下向具有孔隙的地层钻井液中自由水在压差作用下向具有孔隙的地层 渗滤的现象，称为失水。渗滤的现象，称为失水。失水量失水量单位时间的滤失量。习惯上用单位时间的滤失量。习惯上用30分钟的失水多分钟的失水多 少来表示体系的失水量大小。少来表示体系

30、的失水量大小。现场亦称现场亦称“失水量失水量”为为“失水失水”，常用符号，常用符号“B”表示。表示。钻井液的失水造壁性钻井液的失水造壁性 泥饼与泥饼质量：泥饼与泥饼质量：Mud Cake 或或Filter Cake 泥饼泥饼失水过程中，分散相颗粒附着在井壁上所形失水过程中，分散相颗粒附着在井壁上所形成的一层成的一层“假井壁假井壁”称为泥饼。用符号称为泥饼。用符号“K”表示。单位：表示。单位：mm 造壁性造壁性指钻井液失水形成泥饼的特性。指钻井液失水形成泥饼的特性。 显然：泥饼能有效地阻止失水的继续进行，泥饼好，失水小。显然：泥饼能有效地阻止失水的继续进行，泥饼好，失水小。钻井液的失水造壁性钻井

31、液的失水造壁性 失水的种类失水的种类钻井液的失水造壁性钻井液的失水造壁性 失水量的影响因素失水量的影响因素 影响瞬时失水的因素影响瞬时失水的因素 压差：压差：P ，瞬时失水量，瞬时失水量 。 粘度：粘度粘度：粘度 ，瞬时失水量，瞬时失水量 。 固相颗粒大小与多少。固相颗粒大小与多少。 影响静失水的因素影响静失水的因素 静失水方程静失水方程Vf渗滤量，渗滤量， t渗滤时间渗滤时间 A泥饼面积，泥饼面积，Cc泥饼中固相的体积分数泥饼中固相的体积分数K泥饼渗透率，泥饼渗透率，Cm钻井液中固相的体积分数钻井液中固相的体积分数 P渗滤压差，渗滤压差，滤液粘度滤液粘度 2 (1)tcmCCfKPVA故故影

32、响因素影响因素有：有： 时间：时间：t ，Vf 。 压差：压差：P ， Vf 。泥饼可压缩性好时。泥饼可压缩性好时则不然。则不然。 固相含量、类型及级配固相含量、类型及级配 泥饼渗透滤：泥饼渗透滤：K ，Vf 。 滤液粘度：滤液粘度： ，Vf 。 温度：温度温度：温度 ， 则则Vf 。上述因素中，上述因素中，泥饼渗透率的影响是关键。泥饼渗透率的影响是关键。影响动失水的因素影响动失水的因素影响静失水的因素同样影响动失水。影响静失水的因素同样影响动失水。环空返速环空返速 紊流：返速高，冲蚀大，动失水大。紊流：返速高，冲蚀大，动失水大。层流：返速低，冲蚀小，动失水小。层流：返速低，冲蚀小，动失水小。

33、 平板型层流：返速低，冲蚀小，动失水小。平板型层流：返速低，冲蚀小，动失水小。泥饼强度：强度高，不易冲蚀，动失水小。泥饼强度：强度高，不易冲蚀，动失水小。钻井液的失水造壁性钻井液的失水造壁性 失水、泥饼与钻井的关系失水、泥饼与钻井的关系 u失水与钻井的关系失水与钻井的关系井壁的失水有害井壁的失水有害易造成井塌和缩径易造成井塌和缩径 阻、卡、划阻、卡、划易损害油气层：阻、堵、水锁、沉淀易损害油气层：阻、堵、水锁、沉淀向井底的失水有利向井底的失水有利降低井底岩石强度，增加可钻性，降低井底岩石强度，增加可钻性， 有利钻速提高。有利钻速提高。消除压持效应，避免重复切削，有利消除压持效应，避免重复切削，

34、有利于钻速提高。于钻速提高。显然：瞬失失水越大，钻速越高。显然：瞬失失水越大，钻速越高。u失水大小的确定原则失水大小的确定原则 井浅井浅宽，井深宽，井深严。严。 裸眼短裸眼短宽，裸眼长宽，裸眼长严严。 用分散剂时用分散剂时严，用抑制剂严，用抑制剂时时宽。宽。 钻井液矿化度高钻井液矿化度高宽，矿化宽，矿化度低度低严。严。总之，以井下是否正常为依据，总之，以井下是否正常为依据，合理调控失水量。合理调控失水量。 现场标准：现场标准：一般地层：一般地层：1015mL/30分钟分钟 易塌地层及油气层：易塌地层及油气层：钻屑钻屑加重剂不规则加重剂不规则片状片状球状球状 小尺寸小尺寸大尺寸大尺寸 泥饼质量：

35、越致密、均匀、薄而光滑越好（井壁岩泥饼质量：越致密、均匀、薄而光滑越好（井壁岩石特性）石特性） 有机高分子处理剂有机高分子处理剂 润滑剂润滑剂 多级复配优于单剂，混油不如润滑剂。多级复配优于单剂，混油不如润滑剂。钻井液性能对钻速的影响钻井液性能对钻速的影响密度对钻速的影响：密度对钻速的影响： ，V 。 3 1.65 g/cm3，V从10m/h 3.3m/h。V钻井液性能对钻速的影响钻井液性能对钻速的影响粘度对钻速的影响：粘度对钻速的影响： PV ，V 。 ，流阻大，井底有效压力高。，流阻大，井底有效压力高。 ，流阻大，水力损耗大。，流阻大，水力损耗大。VPV()钻井液性能对钻速的影响钻井液性能

36、对钻速的影响失水对钻速的影响：失水对钻速的影响： 瞬时失水瞬时失水 ，V 。瞬时失水瞬时失水V钻井液性能对钻速的影响钻井液性能对钻速的影响固相含量对钻速的影响：固相含量对钻速的影响： 固相含量固相含量 ，V 。 类型：重晶石类型：重晶石钻屑钻屑粘土粘土 V固含固含分散度分散度V钻井液性能对钻速的影响钻井液性能对钻速的影响润滑性对钻速的影响：润滑性对钻速的影响： 润滑性润滑性 ，V 。 油基钻速油基钻速3.0)铁矿粉（铁矿粉（Fe2 O3）(=4.95.3)KCl抑制剂抑制剂硅酸钠硅酸钠抑制剂、堵漏剂抑制剂、堵漏剂铬酸盐（重铬酸钠、钾）铬酸盐（重铬酸钠、钾）热稳定剂、防腐剂。热稳定剂、防腐剂。磷

37、酸盐磷酸盐稀释剂，除稀释剂，除Ca2+，抗温低（，抗温低（80） 类型类型 有机处理剂有机处理剂作用机理作用机理 有机处理剂有机处理剂常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p稀释剂稀释剂丹宁碱液（丹宁碱液（NaT丹宁酸钠，同类产品有丹宁酸钠，同类产品有NaK栲胶碱液）：由丹宁粉和烧栲胶碱液）：由丹宁粉和烧碱按碱按2:1，6:4，1:1（重量比）配制而成。（重量比）配制而成。有效成分有效成分五倍子酸钠五倍子酸钠关键基团：吸附基：邻双酚羟基关键基团：吸附基：邻双酚羟基 水化基：羟基水化基：羟基OH和羧钠基和羧钠基COONa磺甲基丹宁（磺甲基丹宁（SMT，同类产品有磺化栲胶，同类产品有磺化栲

38、胶SMK）：用丹宁酸与甲醛和）：用丹宁酸与甲醛和亚硫酸氢钠进行磺甲基化反应制得，再用红矾螯合即得抗温亚硫酸氢钠进行磺甲基化反应制得，再用红矾螯合即得抗温200产品。产品。常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p稀释剂稀释剂铁铬木质素磺酸盐（铁铬木质素磺酸盐（FCLS）简称铁铬盐）简称铁铬盐 制备方法：纸浆废液制备方法：纸浆废液发酵发酵浓缩浓缩加温加温6080加入硫酸亚铁和加入硫酸亚铁和红矾红矾搅拌反应搅拌反应2小时小时喷雾干燥即可喷雾干燥即可 有效成分：有效成分：Fe2+与与Cr3+与木质素磺酸形成的内络合物。与木质素磺酸形成的内络合物。 特点：稀释能力强特点：稀释能力强 抗盐、抗钙强

39、（络合物稳定）抗盐、抗钙强（络合物稳定） 抗温能力强：抗温能力强：180（络合物稳定）（络合物稳定）注意：使用时注意：使用时pH值应在值应在911之间，太低会减效，太高易起泡。之间，太低会减效，太高易起泡。 常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p稀释剂稀释剂两性离子小分子聚合物（两性离子小分子聚合物（XY27）在小分子阴离子型降粘剂的分子链节中引入有机阳离子基团而制成，阳离在小分子阴离子型降粘剂的分子链节中引入有机阳离子基团而制成，阳离子化度在子化度在10%20%，M5000。作用机理：强包被拆桥作用机理：强包被拆桥特点：稀释能力强（尤其对聚合物钻井液）特点：稀释能力强（尤其对聚合物

40、钻井液） 克服了克服了“分散分散”与与“抑制抑制”的矛盾的矛盾 解决了高分子解决了高分子“强包被强包被”与与“高结构强度高结构强度”之矛盾之矛盾注：任何水溶性小分子聚合物都具有一定稀释能力。分子量越小，稀释能注：任何水溶性小分子聚合物都具有一定稀释能力。分子量越小，稀释能力越强，但吸附基吸附能力要强，水化基多。力越强，但吸附基吸附能力要强，水化基多。常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p降失水剂降失水剂煤碱剂（煤碱剂（NaC或或NaHm）简称腐钠）简称腐钠 制备方法：由褐煤粉加适量烧碱水配制而成。（现已有现成产品，无制备方法：由褐煤粉加适量烧碱水配制而成。（现已有现成产品，无需现场配

41、制。）需现场配制。） 有效成分：腐植酸钠有效成分：腐植酸钠 作用机理：多种功能团的护胶作用：羧基、酚羟基、甲氧基。作用机理：多种功能团的护胶作用：羧基、酚羟基、甲氧基。 特点：成本低特点：成本低 降失水能力强降失水能力强 抗温能力强，抗温能力强，232 抗钙能力强（抗钙能力强（600mg/L），抗盐一般。），抗盐一般。常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p降失水剂降失水剂腐植酸衍生物：腐植酸衍生物：铬腐植酸（铬腐植酸（CrHm）钾腐植酸（）钾腐植酸（KHm）：）：由红矾钠或红矾钾与褐煤按由红矾钠或红矾钾与褐煤按3:1或或4:1（重量比）混合加水加温（重量比）混合加水加温8090搅拌搅

42、拌2小时左右。小时左右。 有效成分：腐植酸铬、腐植酸钾有效成分：腐植酸铬、腐植酸钾 显著特点：抗温、抗钙、抗盐能力均比显著特点：抗温、抗钙、抗盐能力均比NaHm强，兼有稀释防塌作用。强，兼有稀释防塌作用。 硝基腐植酸：硝基腐植酸：稀硝酸与褐煤按稀硝酸与褐煤按1:2配比在配比在4060下反应制成。下反应制成。 显著特点：抗盐能力强，可达显著特点：抗盐能力强，可达2030%。除降失水外，兼有稀释作用。除降失水外，兼有稀释作用。 常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p降失水剂降失水剂腐植酸衍生物：腐植酸衍生物：磺化褐煤（磺化褐煤（SMC）：）：先将褐煤用甲醛、发烟硫酸（亚硫酸钠）、烧碱进行

43、磺甲基化，再将磺化先将褐煤用甲醛、发烟硫酸（亚硫酸钠）、烧碱进行磺甲基化，再将磺化产物用重铬酸钠（红矾）进行氧化和螯合，即得产物用重铬酸钠（红矾）进行氧化和螯合，即得SMC。（反应温度。（反应温度7080） 显著特点：抗温能力强显著特点：抗温能力强 常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p降失水剂降失水剂钠羧甲基纤维素钠羧甲基纤维素 ：CMC：高粘：高粘HV-CMC增粘（低固相钻井液）增粘（低固相钻井液） 中粘中粘MV-CMC 降失水（一般钻井液，加重钻井液）降失水（一般钻井液，加重钻井液） 低粘低粘LV-CMC降失水（一般钻井液，加重钻井液）降失水（一般钻井液，加重钻井液）关键参数：

44、聚合度关键参数：聚合度n决定决定CMC的粘度高低，的粘度高低， 大则高，小则低。大则高，小则低。 取代度取代度决定决定CMC水溶性和吸附活性。水溶性和吸附活性。 0.8 0.9佳。佳。由植物纤维（如棉花）经过碱化变成碱纤维素后再与氯乙酸反应制得。由植物纤维（如棉花）经过碱化变成碱纤维素后再与氯乙酸反应制得。 常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p降失水剂降失水剂钠羧甲基纤维素钠羧甲基纤维素 ：特点：特点：降失水效果明显，兼有增粘作用。降失水效果明显，兼有增粘作用。 抗温能力较强。抗温能力较强。130140（因其有部分醚键，故抗温不高。）（因其有部分醚键，故抗温不高。）改性产品抗温可达

45、改性产品抗温可达200。 抗盐抗钙能力较强。（可用于盐水钻井液和一般钙处理钻井液，抗盐抗钙能力较强。（可用于盐水钻井液和一般钙处理钻井液，pH控制在控制在8.59.5佳）佳）作用机理：靠静电和氢键吸附在土粒上。作用机理：靠静电和氢键吸附在土粒上。常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p降失水剂降失水剂 水解度是关键：（即水解度是关键：（即-COONa与与-CONH2之比）之比） 显著特点：抗温能力强显著特点：抗温能力强240250 （全是（全是CC键之故）键之故） 抗钠盐能力较强，但抗钙弱。（絮状沉淀）抗钠盐能力较强，但抗钙弱。（絮状沉淀）常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂

46、p降失水剂降失水剂 抗温强抗温强191； 抗盐钙差；抗盐钙差； 用于不分散低固相钻井液降失水。用于不分散低固相钻井液降失水。常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p降失水剂降失水剂 抗温强抗温强200 降失水明显（降失水明显（HTHP），泥饼质量高。），泥饼质量高。 抗盐强达饱和抗盐强达饱和 有一定润滑性，有一定润滑性，Kf小。小。 常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p降失水剂降失水剂磺化褐煤树脂：磺化褐煤树脂：SCSP、PSC 是是SMC与与SMP的共聚物。的共聚物。 特点：特点：抗温强抗温强230 抗盐强抗盐强110000ppm 抗钙较强抗钙较强2000ppm HTHP

47、失水低失水低 泥饼质量高，渗透率低。泥饼质量高，渗透率低。磺化沥青：磺化沥青：SAS、FT-1、FL-1 软化点和磺化程度软化点和磺化程度 常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p增粘剂增粘剂生物聚合物生物聚合物XC：抗盐、钙能力强，增粘效果显著，剪切稀释能力强，：抗盐、钙能力强，增粘效果显著，剪切稀释能力强，抗温差。抗温差。羟乙基纤维素羟乙基纤维素HEC：抗盐能力强，增粘兼降失水，多用于盐水钻井液：抗盐能力强，增粘兼降失水，多用于盐水钻井液改性石棉改性石棉HN-1：增加结构粘度，提动切力，剪切稀释能力强，抗温能：增加结构粘度，提动切力，剪切稀释能力强，抗温能力强，多用于低固相钻井液或

48、作清扫液。力强，多用于低固相钻井液或作清扫液。常用产品简介常用产品简介 有机处理剂有机处理剂p絮凝剂絮凝剂聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺PAM 完全絮凝剂，多用于无固相钻井液或不分散钻井液。完全絮凝剂，多用于无固相钻井液或不分散钻井液。水解聚丙烯酰胺水解聚丙烯酰胺PHP 选择性絮凝剂，用于低固相不分散钻井液。选择性絮凝剂，用于低固相不分散钻井液。丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物：丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物：80A51絮凝、增粘、防塌，大分子在井壁絮凝、增粘、防塌，大分子在井壁上多点吸附，成网成膜，降失水，防塌。上多点吸附，成网成膜，降失水，防塌。类型类型 表面活性剂表面活性剂作用机理作用机理 乳化作用（油包水乳化

49、钻井液）乳化作用（油包水乳化钻井液） 起泡作用（泡沫钻井流体）起泡作用（泡沫钻井流体） 消泡作用（消除气侵）消泡作用（消除气侵） 润湿作用（提高润滑性，防泥包钻头等）润湿作用（提高润滑性，防泥包钻头等） 深井钻井液中亦用表面活性剂作高温稳定剂。深井钻井液中亦用表面活性剂作高温稳定剂。选降滤失剂时，要求：选降滤失剂时，要求： 分子量：分子量：520万万 具有水化能力较强的阴离子官能团具有水化能力较强的阴离子官能团选择处理剂时应注意：选择处理剂时应注意： 选择稀释剂（减稠剂）时：选择稀释剂（减稠剂）时： 分子量比前者更小：几千分子量比前者更小：几千200万万 具有吸附性强的非离子基团或一定量的阳离

50、子官能团具有吸附性强的非离子基团或一定量的阳离子官能团选择处理剂时应注意：选择处理剂时应注意： 矿化度高时矿化度高时 选含有磺酸基团或含有极性较强的非离子基团的处理选含有磺酸基团或含有极性较强的非离子基团的处理剂剂 尽量不用含羧基的处理剂尽量不用含羧基的处理剂 温度高时温度高时 选用带有苯乙烯和适当烷基链的乙烯基单体选用带有苯乙烯和适当烷基链的乙烯基单体 尽量避免选用醚键联结的聚合物尽量避免选用醚键联结的聚合物水基钻井液水基钻井液 （一）、分散体系（一）、分散体系 搬土浆（亦称原浆或预水化搬土浆、细分散钻井液、淡水钻井液）搬土浆（亦称原浆或预水化搬土浆、细分散钻井液、淡水钻井液） 1.配方：配

51、方：610%搬土搬土+35%Na2CO3+水水 充分搅拌充分搅拌4h陈化陈化24h备用。备用。 2.用途：用途：用作各种钻井液的基浆用作各种钻井液的基浆 钻表层（如流砂层、砾石层等）钻表层（如流砂层、砾石层等）钻井时性能调节：钻井时性能调节： 降失水：降失水：NaC、CMC（低粘）（低粘） 降粘：降粘： NaT、FCLS 调调pH： NaOH 由细分散钻井液加钙转化而来：由细分散钻井液加钙转化而来： 1.组成：搬土原浆组成：搬土原浆+护胶剂（降失水剂）护胶剂（降失水剂）+石灰石灰/石膏石膏/氯化钙氯化钙 （絮凝剂）（絮凝剂）+稀释剂稀释剂+烧碱烧碱 2.类型：类型： 石灰钻井液：原浆石灰钻井液

52、：原浆+CMC 0.10.2%+石灰石灰 0.51.5%+NaT/NaK 23% pH控制在：控制在：1012 石膏钻井液：原浆石膏钻井液：原浆+CMC 0.1%+石膏石膏 0.51.5%+FCLS 12%（NaC 35%） pH控制在：控制在：1012 氯化钙钻井液：原浆氯化钙钻井液：原浆+NaC 35%+CaCl2 0.51%+ FCLS 12%（CMC 0.1%） pH控制在：控制在：89（可用石灰来调节）（可用石灰来调节） 3.维护关键：控制配浆粘土的适度絮凝（调节絮凝与分散的矛盾）维护关键：控制配浆粘土的适度絮凝（调节絮凝与分散的矛盾）4.优点：优点：稳定性好，具有抗盐、抗钙侵污的能

53、力。稳定性好，具有抗盐、抗钙侵污的能力。抑制泥页岩水化膨胀，泥饼好，防塌效果好。抑制泥页岩水化膨胀，泥饼好，防塌效果好。流变性易调控，剪切稀释好。流变性易调控，剪切稀释好。成本低成本低5.适用范围：适用范围：4000m以内的泥页岩井段和盐膏泥井段。以内的泥页岩井段和盐膏泥井段。 1.组成：原浆（或井浆）组成：原浆（或井浆）+ CMC（中）（中）12%+ FCLS 12%+NaCl 2饱和饱和%+ NaOH适量适量+重铬酸钾（防腐）适量重铬酸钾（防腐）适量 pH控制在：控制在：910 注：若用抗盐土配浆，注：若用抗盐土配浆，CMC可少用，井温高时可加可少用，井温高时可加0.10.2%AS。2.维

54、护关键：护胶为主维护关键：护胶为主3.优点：优点： 防止泥页岩水化膨胀，防塌效果显著。防止泥页岩水化膨胀，防塌效果显著。 抗盐、膏、泥侵污的能力强，钻屑容量大。抗盐、膏、泥侵污的能力强，钻屑容量大。 钻井液性能稳定。钻井液性能稳定。 热稳定性好。热稳定性好。4.适用范围：深井和超深井，巨厚盐、膏层。适用范围：深井和超深井，巨厚盐、膏层。 10 2.Cr-SMC-FCLS混油钻井液（为克服混油钻井液（为克服1#浆抗盐差的不足）浆抗盐差的不足） 配方：井浆（上浆）配方：井浆（上浆）+ SMC 27%+ FCLS 15%+ CMC 0.51.5%+红矾红矾 0.10.2% 维护处理：将上述处理剂配成

55、混合液补充。维护处理：将上述处理剂配成混合液补充。 SMC: FCLS:NaOH:Na2Cr2O7:CMC=10:10:4:1.5:3.5配成配成35%的浓度的浓度。 特点：抗温可达特点：抗温可达200。抗盐可达。抗盐可达15万万mg/L。 适用范围：深井和超深井。（华北宁适用范围：深井和超深井。（华北宁3#5300m，四川关基井，四川关基井7058m。） 采用采用SMC与与SMP联合处理控制联合处理控制HTHP滤失量，改善泥饼质量。滤失量，改善泥饼质量。 采用采用SMT或或FCLS调节流变性。调节流变性。 由于采用了由于采用了SMC、SMP、SMT（或（或FCLS）的联合处理：大大提高了）的

56、联合处理：大大提高了钻井液抗盐膏（盐至饱和，钙至钻井液抗盐膏（盐至饱和，钙至4000mg/L），抗温），抗温220，防塌，防卡，防塌，防卡的能力。钻井液密度可提高到的能力。钻井液密度可提高到2.25g/cm3。 配方：搬土配方：搬土38% +SMC 310%+SMP 1.55%+SMT/SMK/FCLS 12%+ Na2Cr2O7 0.10.5% 注：搬土加量视密度而定，注：搬土加量视密度而定，SMC、SMP、Na2Cr2O7加量视含盐量的不加量视含盐量的不同而异。同而异。 维护：维护： 井温井温150不用不用SMK，而用，而用SMT 加加NaOH调节调节pH至至911 若出现高温减稠现象时可

57、补加若出现高温减稠现象时可补加0.3%表面活性剂（表面活性剂（AS、CP-233、ABS、OP-10） 若粘切过高，加若粘切过高，加SMT（或（或FCLS）或低浓度混合液。）或低浓度混合液。特点：特点： 抗温能力强，达抗温能力强，达220。 抗盐可达饱和，抗钙可达抗盐可达饱和，抗钙可达4000mg/L。 防塌、防卡能力强。（防塌、防卡能力强。（HTHP失水低，泥饼质量高。）失水低，泥饼质量高。） 温度越高，性能越稳定。（越用越好）温度越高，性能越稳定。（越用越好） 若失水过高，采用若失水过高，采用SMP与与SMC联合处理。联合处理。 二、不分散聚合物钻井液二、不分散聚合物钻井液低固相聚合物钻井液低固相聚合物钻井液 1.组成：水组成：水+14%搬土搬土+大分子聚合物（选择性絮凝剂）大分子聚合物（选择性絮凝剂）+中小分中小分 子聚合物（降滤失剂）子聚合物（降