钻井液与完井液

钻井液与完井液第一页，共一百五十三页，2022年，8月28日钻井液处理剂----调配、维护和恢复钻井液工艺性能的添加剂。发展概况：五十年代仅几种：纯碱、烧碱、褐煤、栲胶等。现有几百种商品牌号，分十六大类，国内产值超过二十亿，有大量专业公司、厂家。发展方向：抗温、抗盐钙、无毒、多功能、可生物降解。第二页，共一百五十三页，2022年，8月28日第一节、钻井液处理剂的分类按照处理剂组成分类:钻井液原材料无机处理剂有机处理剂表面活性剂2.有机处理剂按来源分类:天然产品天然改性产品人工合成产品有机处理剂按化学组成分类:

腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类、聚合物类等第三页，共一百五十三页，2022年，8月28日4.按照处理剂的功能分类(我国钻井液标委会分类)

降粘剂Thinner增粘剂Viscosifier

降失水剂FiltrationReducer絮凝剂Flocculant

加重剂WeightingAgent解卡剂Pipe-FreeingAgent

堵漏剂LostCirculationMaterial乳化剂Emulsifier

消泡剂Defoamer润滑剂Lubricant

缓蚀剂CorrosionInhibitor页岩抑制剂ShaleInhibitor

粘土类Clay杀菌剂Bactericide

起泡剂FoamingAgent其它类Others第四页，共一百五十三页，2022年，8月28日处理剂研制及作用机理研究

内容和方法提出功能要求处理剂分子结构分析与设计处理剂在粘土颗粒上的吸附规律研究所处理的钻井液性能的变化处理剂抗温、抗盐钙能力评价，毒性、生物降解性测试。方法：分子量、基团及结构的研究(化学和仪器分析)

钻井液性能测试等。

吸附规律研究第五页，共一百五十三页，2022年，8月28日第二节无机处理剂

常用产品纯碱烧碱石灰石膏氯化钙氯化钠氯化钾硅酸钠及硅酸钾重铬酸钾和重铬酸钠六偏磷酸钠混合金属层状氢氧化物第六页，共一百五十三页，2022年，8月28日无机处理剂作用原理离子交换吸附调控钻井液的pH值沉淀作用络合作用与有机处理剂生成可溶性盐抑制溶解的作用第七页，共一百五十三页，2022年，8月28日加重剂

——用于提高钻井液密度的物质材料。要求：密度大、耐磨损、不增粘、可酸溶。第八页，共一百五十三页，2022年，8月28日常见固体加重材料的物化性质材料名称化学成分密度g/cm3硬度酸溶性重晶石BaSO44.0~4.52.5~3.5难溶铁矿粉Fe2O34.9~5.35.5~6.5溶方铅矿PbS7.4~7.72.5~2.7溶菱铁矿FeCO33.7~3.93.5~4.0溶钛铁矿TiO2Fe2O34.5~5.15.0~6.0溶石灰石粉CaCO32.7~2.93溶磁铁矿Fe3O45.0~5.25.5~6.5溶第九页，共一百五十三页，2022年，8月28日第三节、钻井液有机处理剂的作用原理一、降粘剂（又称解絮凝剂、稀释剂）1.钻井液稠化原因由于粘土颗粒表面与端面性质不同：带电情况不同——表面带负电，端面带正电。水化程度不同——表面水化膜厚，端面水化膜薄。Al+Si+第十页，共一百五十三页，2022年，8月28日钻井液稠化原因：当钻井液中固相含量高和外界污染改变粘土表面性质时，极易形成：端-端、端—面联结的空间片架结构，从而造成：钻井液结构粘度增加；片架结构包住大量自由水，流动阻力增加。第十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日2.降粘剂作用机理

降粘剂分子通过（静电吸附、配位键吸附）吸附在粘土颗粒端面上，改变端面性质，拆散片架结构，从而降低钻井液结构粘度。具体方法为：（1）使端面反号由带正电性端面转变为负电性端面。即：

正负相吸负负相斥+-----------------------第十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日（2）增强端面水化膜厚度——吸附基吸附在粘土颗粒端面上，水化基给端面带来丰厚的水化层，削弱端-端、端-面连接，拆散了片架结构，同时放出自由水，使粘度降低。第十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日降粘剂作用特点

主要作用于端面用量少、效果显著0.5~1%（因为端面少）。降失水与降粘作用有时相一致，有时不同。主要降低0、c、’，不降s。第十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日3.常见降粘剂单宁酸钠（NaT）磺甲基单宁（SMT）铁铬木质素磺酸盐(FCLS)两性离子聚合物降粘剂（XY-27）SSMA(磺化聚苯乙烯顺丁烯二酸酐钠盐）硅氟降粘剂第十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日铁铬木质素磺酸盐(FCLS)的使用——通常配制成碱液使用。FCLS碱液的配制FCLS:NaOH=3~5:1（FCLS+NaOH）混合碱液=1/5或1/10

第十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日

例题40mlFCLS碱液（3：1，1/5）中，含固体FCLS多少克？NaOH多少克？解：FCLS+NaOH总重为：1/540=8(g)FCLS重量为：3/(1+3)8=6(g)NaOH重量为：1/(1+3)=2(g)答：含FCLS重量为6g，NaOH重量为2g。第十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日4.降粘剂选择方法仪器:漏斗粘度计、旋转粘度计。评价指标：s、0、漏、’方法：钻井液+降粘剂（%）测定性能评价标准：s、

0

漏、’第十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日降粘剂的发展方向:

高密度钻井液的降粘问题第十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日二、降失水剂分析：降失水途径：提高泥饼质量（降低K）增加滤液粘度降低压差改变固相含量、级配和表面性质等要求：胶体粒子浓度充足保持体系聚结稳定性有一定量的桥塞粒子（护胶）第二十页，共一百五十三页，2022年，8月28日泥饼形成过程钻井液流动

桥塞粒子——在孔喉架桥的粒子填充粒子——在桥塞粒子间隙填充的粒子第二十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日降失水剂作用机理1.水化膜护胶——降失水剂在粘土粒子表面(平表面)形成吸附溶剂化层，保持体系聚结稳定性的作用。机理：水化膜增厚，聚结阻力增大，胶粒稳定性增强，Vf

降低。特点：分子量较低、水溶性好。用量较大3~5%（表面）。第二十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日2.静电稳定——降失水剂吸附在粘土表面上，增加表面电荷以降低颗粒之间吸引力的作用。结果：负电荷增加，电势增加，胶粒稳定性增强，失水降低。第二十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日3.高分子保护敏化作用高分子保护1高分子保护2

大分子浓度低时，吸附粘土粒子的高分子许多高分子吸附不足以形成混合网链之间形成网架结构,在胶粒表面，形成架结构，颗粒失去粒子被隔离开不易包蔽层，阻止胶粒重力稳定性。聚结，保证体系中聚结。胶粒含量。第二十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日4.几种常见的降失水剂钠羧甲基纤维素（Na-CMC）煤碱剂（NaC）磺甲基褐煤(SMC)

磺甲基酚醛树脂（SMP）磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物（SLSP）水解聚丙烯腈钠、铵、钙盐(Na-、NH4-、Ca-HPAN)褐煤与树脂共聚产品（如PSCSPNH）淀粉类第二十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日煤碱剂（NaC）的使用——通常配制成碱液使用。主要成分：腐植酸钠（利用NaOH提取出来）。NaC碱液的配制褐煤：烧碱：水=10~15：2：50~100第二十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日例题：欲配制15：1：100的煤碱液2米3，问需要褐煤和烧碱各多少吨？解：∵褐煤：烧碱：煤碱液（体积）=15：1：100∴褐煤量=215/100=0.3(t)

烧碱量=21/100=0.02（t）答：需要褐煤

0.3t，烧碱0.02t。第二十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日5.降失水剂选择方法仪器:API静失水仪、HTHP静失水仪。评价性能：静失水量、泥饼厚度。方法：钻井液+降失水剂（%）测定性能评价标准：API静失水<5ml/30min；h<0.5mm.HTHP静失水<15ml/30minh<5mm.

第二十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日三、絮凝剂——使单个粘土颗粒联结起来，最终失去重力稳定性的处理剂。类型：无机絮凝剂；有机高分子絮凝剂。（1）有机高分子絮凝剂作用机理：实质；高分子敏化作用。三个步骤：1.吸附2.桥连3.形成团块、团块下沉。第二十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日有机高分子絮凝剂作用机理

长链高分子中的吸附基能够与粘土粒子表面氧、氢氧发生氢键吸附，由于高聚物分子链很长，可以吸附在几个粘土粒子上，使它们桥联在一起。同时，这种吸附了几个粘土颗粒的长链分子相互间通过共同吸附粘土颗粒彼此互相缠绕在一起，形成絮凝团块。这种絮凝团块容易脱水收缩、密度增高，从而容易下沉，失去沉降稳定性。第三十页，共一百五十三页，2022年，8月28日（2）有机絮凝剂的二种作用全絮凝作用选择性絮凝作用1.全絮凝作用既絮凝钻屑，又絮凝膨润土的絮凝作用。2.选择性絮凝作用只絮凝钻屑，不絮凝膨润土的絮凝作用。

第三十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日全絮凝作用选择性絮凝作用第三十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日（3）常用有机高分子絮凝剂

聚丙烯酰胺（PAM）部分水解聚丙烯酰胺（PHP）丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物（80A-51)醋酸乙烯酯—顺丁烯二酸酐共聚物（VAMA）两性离子聚合物FA367大阳离子聚合物第三十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日(4)絮凝剂选择方法仪器:几个带塞量筒。方法：

10分钟30分钟60分钟评价标准：指定时间内絮凝物下降的高度。第三十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日习题1、3、4第三十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日第六章水基钻井液体系

水基钻井液体系钻井液体系油基钻井液体系气态钻井液体系合成基钻井液体系

第三十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日水基钻井液：

水基分散型钻井液水基抑制性钻井液水基聚合物钻井液正电胶钻井液抗高温水基钻井液第三十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日第一节水基分散型钻井液本节要求掌握主要内容：

1.掌握造浆率概念和计算。

2.掌握土量、水量计算公式。

3.掌握盐、钙污染规律。

4.了解钻井液性能调节原则。第三十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日1.水基分散型钻井液的组成和特点组成：淡水+粘土+处理剂特点：

粘土颗粒高度分散。粘土分散度改变会导致性能改变。

性能容易受电解质污染，稳定性差。维护、处理需要很多水量。成本低。关键：保持粘土颗粒的高度分散。第三十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日2.选土与配浆

选土要求：最少的土量得到最高的粘度。实验观察：不同的土达到相同粘度时，用土量相差很大。0土量%粘度mPa.s15优质膨润土普通粘土劣质粘土第四十页，共一百五十三页，2022年，8月28日选择配浆土的指标——造浆率。造浆率：每吨干土配出表观粘度为15mPa.s的钻井液的体积量。单位：M3/T测定计算方法：三个样品杯，加入350ml蒸馏水，再加入不同重量的土；搅拌20分钟，陈化24小时，搅拌5分钟；测定600r/min读数，计算表观粘度；在半对数坐标上作图，找出15mPa.s时的膨润土加量；按照公式计算造浆率。第四十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日造浆率（m3/t）=1000/Cc

Cc——表观粘度为15mPa.s时膨润土的加量，g/l；

CCClglg150第四十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日

配浆——配制原浆原浆：仅由水+膨润土组成的一种初始钻井液。基浆：原浆+处理剂第四十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日钙膨润土特点：Ca++价数高，与晶层吸引力强，水中不易分散；Ca++半径大，水化差，胶粒周围扩散双电层薄，造浆性差。性能上表现为：表观粘度小、造浆率低、静失水量大。第四十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日钠膨润土特点：

Na+价数低、吸引力弱；

Na+水化能力强，造浆性好。表观粘度大、造浆率高、静失水量小。第四十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日钙土改造为钠土：Ca土+Na2CO3

Na土+CaCO3

Ca土+NaOHNa土+Ca（OH）2

Ca+++OH-原理：利用离子交换吸附，钙钠置换。第四十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日最优加碱量确定Na2CO3(%)‘API027第四十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日最优加碱量确定方法简介（阅读）最大造浆率法最低失水量法化学当量法最佳分散法最大电位法分散微粒最佳级配法滤液分析法经验法：Ca土5%~7%（土量）纯碱第四十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日配制定量、定密度钻井液所需土量式中：浆——钻井液密度，g/cm3;土——粘土密度，g/cm3;水——配浆水密度，g/cm3；V浆——欲配钻井液体积。配制定量、定密度钻井液所需水量V水=V浆-W土/土第四十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日例题

用密度为2.4g/cm3的粘土，欲配密度为1.25g/cm3钻井液45m3，计算需要多少吨粘土？多少m3水？解：第五十页，共一百五十三页，2022年，8月28日现场配浆流程图第五十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日3.水基分散型钻井液受污染及其处理污染物定义:凡进入钻井液中使性能变坏的物质.可溶性盐（钙、钠盐、盐水）污染物类型钻屑地层流体(水、气体)第五十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日

钙污染钙来源：

石膏层：CaSO4Ca+++SO4-2水泥塞：Ca(OH)2Ca+++2OH-影响规律：失水：Ca++增加，Vf增大，有效粘度、切力：先升后降pH:石膏侵，下降；水泥侵，上升第五十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日VfCa++mg/l失水第五十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日钙污染机理：——电解质压缩双电层，降低，水化膜变薄，改变聚结稳定性。------------------------------d1d2d3钙离子增加

第五十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日由上可见，随Ca++浓度增加：d1>d2>d31>2>3分散聚结沉降

(E-E)(F-F)(E-F)

第五十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日

钙污染处理处理原则：除钙、护胶、拆结构。除钙：加纯碱。CO3--+Ca++CaCO3护胶：加降失水剂（NaC、CMC）拆结构：加入稀释剂（NaT、FCLS）第五十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日水泥侵的处理特点：PH增加，失水增大，粘切先升后降。处理：加低碱比的护胶混合液NaC:NaOH:NaT:Na2CO3:H2O5:1~2:1:2:50清水钻水泥塞，钻完放掉。第五十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日石膏侵的处理特点：PH降低，失水增大，粘切先升后降。处理：对于薄层石膏层纯碱+烧碱（除钙）（提pH）对于大段石膏层使用高碱比的混合液预处理预先配成钙处理钻井液，抑制石膏溶解。第五十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日钙污染时控制泥浆性能的关键:1)泥浆膨润土含量太少,泥浆粘度太低太多,泥浆粘度高15~25克/升

2)纯碱用量适当太多,泥浆起泡,初切很大且降低困难

第六十页，共一百五十三页，2022年，8月28日盐污染及其处理污染曲线VfNaCLg/100ml失水粘度3第六十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日污染规律随NaCL增加：

pH降低、Vf

增大、先升后降。3%为分界线3%前，Vf增加小，升高

3%后，Vf增加多，降低。原因:盐对粘土双电层的压缩作用第六十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日盐侵污处理原则：抗盐、护胶、拆结构、换土。抗盐、护胶：加入抗盐能力强的有机护胶剂。如：CMC;SMP拆结构：加入抗盐稀释剂。如：FCLS;SMT换土：换抗盐土。如：海泡石、凹凸棒石。第六十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日（二）钻井液性能调节提、降密度提、降粘度提、降切力降低失水提高泥饼质量提、降pH值第六十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日1.定体积低密度钻井液加重时所需加重材料W加重剂=W重泥浆-W轻泥浆V重泥浆=V轻泥浆+V加重剂(W加重剂/加重剂）由上式得：

式中，加重剂——加重材料密度；重泥浆——加重后钻井液密度；轻泥浆——加重前钻井液密度；V轻泥浆——加重前钻井液体积。第六十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日

例题某井打开油层前共有钻井液450米3，其密度为1.20g/cm3,现根据地层压力须加重到1.40g/cm3，问需用重晶石（密度4.00）多少？解：第六十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日2.配制定体积高密度钻井液所需加重材料式中，V重泥浆

——欲配高密度钻井液体积。第六十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日例题：有密度为1.20的钻井液，欲配成密度为1.60的钻井液150米3，需用重晶石（密度4.00g/cm3）多少？解：答：需用重晶石85.7吨。第六十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日3.降低钻井液密度所需的加水量计算公式：式中，V水

——所需加水量；

V重泥浆

——原重泥浆体积；

重泥浆——原重泥浆密度；稀释浆——稀释后泥浆密度；第六十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日例题

有300米3密度为1.35的钻井液，欲加淡水降低密度到1.15g/cm3，需加水多少？解：答：需加水400米3。第七十页，共一百五十三页，2022年，8月28日水基分散型钻井液的优缺点本质：尽量提高粘土粒子的分散度来建立钻井液的性能。方法：分散介质——淡水处理剂——分散剂（降粘剂、护胶剂）优点：泥饼质量好——薄、密、韧。固相容量限高——最适合配制高密度钻井液。第七十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日缺点：固相含量高高分散性强、抑制性差，不适应强造浆地层钻进。油气层保护能力差，钻达油气层必须加以改造。对可溶性盐类敏感。抗温能力较差。第七十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日第二节、水基抑制性钻井液本节主要掌握：

1.抑制性钻井液的基本特点

2.石灰钻井液性能指标及维护原理

3.盐水钻井液性能指标及维护原理第七十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日抑制性钻井液组成：水+粘土+无机盐+处理剂水+粘土+聚合物实质；利用粘土粒子的适度分散，保持钻井液性能稳定。核心：保持固相具有适当的分散度。方法：利用无机盐压缩双电层作用使粘土粒子絮凝，再利用降粘剂的解絮凝作用去抵消一部分絮凝，直到分散度合适——性能符合要求。第七十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日抑制性钻井液定义：——能抑制钻屑造浆（能提供抑制性化学环境）的钻井液。方法：采用无机盐和聚合物。实质：土粒由高度分散适度絮凝。类型：钙处理钻井液盐水钻井液、海水钻井液甲酸盐钻井液钾石灰钻井液硅酸盐钻井液聚合物钻井液第七十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日（一）钙处理钻井液石灰钻井液钙处理钻井液石膏钻井液氯化钙钻井液第七十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日分散与絮凝分散态：粘土高度分散，粘度大，失水小，不抗盐侵污絮凝态：颗粒粗，粘切大，失水大，适度絮凝粗分散态：颗粒适当大小，粘切失水合适加钙盐加分散剂第七十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日钙盐、分散剂类型石灰石膏氯化钙丹宁,FCLS,CMCFCLS,CMC褐煤,FCLS第七十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日1.石灰钻井液基本配方膨润土浆+护胶剂+石灰（CaO）石灰的作用提供Ca++;Ca++使粘土絮凝。第七十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日实验曲线Ca++(PPm)0(cp)120200细分散泥浆第八十页，共一百五十三页，2022年，8月28日从曲线得到规律：Ca++=120~200ppm最好。此时，粘度合适，钻屑对粘度影响最小。配制工艺：性能维护：第八十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日滤液含钙量的保证滤液碱度Pf(每毫升滤液耗0.02N酸的毫升数）意义：滤液中OH-

浓度的量度。作用：控制石灰溶解度：Pf

过高，Ca++减少，一般：Pf=1~10ml方法：用NaOH控制。

第八十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日泥浆碱度Pm：每毫升泥浆耗0.02N酸的毫升数意义：钻井液中溶解和未溶解的氢氧化物多少的量度。规律：Ca(OH)2

增加，Pm增大，一般：Pm=10~25ml方法：用Ca(OH)2

控制。第八十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日游离石灰含量（剩余石灰含量）意义：反映钻井液中未溶解（过剩）石灰量。滤液[Ca++]意义：已经溶解了的Ca++含量。一般：120~200ppm第八十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日石灰泥浆最大的问题：高温固化：石灰+粘土+NaOH

水化硅酸钙高温深井泥浆中不用第八十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日褐煤氯化钙泥浆煤碱剂加量大，当配浆材料钙离子含量高，抑制性较强生成大量胶态腐植酸钙腐植酸钙胶状物的作用：保证并稳定钙离子含量参与泥饼形成，有利于降失水体系抗盐钙，抗温能力较强第八十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日盐水钻井液定义：凡NaCl含量超过1%（质量分数，Cl-含量约为6000mg/l）的钻井液。分类一般盐水钻井液饱和盐水钻井液海水钻井液组成：粘土＋抗盐处理剂＋盐第八十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日盐水钻井液的主要特点由于矿化度高，具有较强的抑制性，利于井壁稳定抗盐钙侵污能力较强，适于钻含岩盐地层或含盐膏地层抗温能力较强，适合于深井或超深井使用对油气层损害较轻钻屑不易分散，在地面易清除，利于保持钻井液的低固相含量有效地抑制地层造浆，保持流变性能稳定但维护工艺复杂；腐蚀性强；配制成本相对较高。第八十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日饱和盐水泥浆

Cl-116~19万mg/l

添加剂抗盐达饱和SMP-2；CMC；SPNH

盐的重结晶问题盐层中的软泥岩问题第八十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日第三节不分散低固相聚合物

钻井液应用范围：浅井——6000米深井淡水——饱和盐水体系密度1.02——2.0g/cm3直井，定向井，水平井第九十页，共一百五十三页，2022年，8月28日聚合物体系发展的必然性密度或压差影响钻速固相含量及类型影响钻速粘度影响钻速瞬时失水影响钻速第九十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日密度或压差对钻速的影响其它条件相同时，密度（压差）下降，钻速上升。例：密度1.10升至此1.65,钻速从10降为3.3m/h。例：压差从35降至0大气压，钻速上升50%。第九十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日机理减弱岩屑压持效应压差增大井底岩石可钻强度。密度大，压耗大，排量小。第九十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日固相含量的影响固含钻头数量钻进天数钻头进尺第九十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日机理密度（压差）升高压耗增加紊流流动阻力增大泥包可能性增加第九十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日固相类型的影响惰性固相（砂，重晶石）劣土，钻屑搬土

亚微米颗粒对钻速的影响很大第九十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日粘度的影响实验表明：降低粘度能提高钻速机理：粘度低:

利于冲击和清洗井底；利于降低岩屑压持效应；利于降低压耗。第九十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日失水对钻速的影响瞬时失水大，钻速高原因：降低岩屑压持效应第九十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日聚合物泥浆的分类按固含分：清水或盐水聚合物油水乳状液（基本不含固相）低固相聚合物泥浆按聚合物类型分：单一聚丙烯酰胺类聚合物泥浆多种大分子金属盐复配聚合物泥浆阳离子聚合物泥浆两性离子聚合物泥浆第九十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日聚合物的主要作用絮凝作用和选择性絮凝作用防塌作用剪切稀释和紊流减阻作用包被作用成网能力降滤失作用第一百页，共一百五十三页，2022年，8月28日概念絮凝作用：可看作是高分子物质对粘土悬浮体的敏化作用。高聚物通过与粘土粒子吸附，架桥，成网，絮凝沉降而实现。选择性絮凝作用：只絮凝劣土和钻屑而不絮凝搬土的作用。第一百零一页，共一百五十三页，2022年，8月28日絮凝能力的评定方法在250ml量筒中，加入200ml蒸馏水，再加入30g岩屑，摇匀后加入1g聚合物溶液(1%),以每分钟30次的频率颠倒混合1分钟,静置，15分钟后测上部清液高度，如果清液高，说明聚合物絮凝能力强。第一百零二页，共一百五十三页，2022年，8月28日絮凝作用的影响因素同一聚合物的不同盐类分子量基团种类和比例粘土种类粘土粒子浓度pH值无机盐温度聚合物浓度其它分散剂搅拌条件第一百零三页，共一百五十三页，2022年，8月28日包被作用概念：聚合物吸附包被于钻屑上，抑制钻屑水化分散的作用。常用评定方法：一次回收率和二次回收率第一百零四页，共一百五十三页，2022年，8月28日成网作用及成网能力成网作用：聚合物分子间及聚合物分子与粘土粒子间形成空间网状结构的作用。成网能力：聚合物与粘土粒子形成空间网状结构的能力。第一百零五页，共一百五十三页，2022年，8月28日聚合物泥浆内部结构的五种形态内缔合作用形成链束或链团分子链吸附包裹于土粒上聚合物链束吸附多个土粒即架桥一条链束吸附多个土粒或一个土粒上吸附多条链束，彼此连接成网网状结构过强，挤出束缚水，水土分离即絮凝作用第一百零六页，共一百五十三页，2022年，8月28日认识空间网状结构是聚合物泥浆具有特殊流变性的基础。该结构取决于聚合物在泥浆中的成网能力。影响聚合物成网能力的因素将影响泥浆的流变性和失水造壁性。第一百零七页，共一百五十三页，2022年，8月28日防塌作用及机理例：用PHP清水钻川南自流井群易塌泥岩。胜利油田用PAM/KCL钻水敏性红层机理：在井壁多点吸附封堵微裂缝，阻止剥落。在井壁形成吸附膜，阻止或减缓水进入泥岩。改善失水造壁性。第一百零八页，共一百五十三页，2022年，8月28日剪切稀释和紊流减阻剪切稀释：聚合物可增强泥浆的剪切稀释性，即增加动塑比值，降低n值。紊流减阻：聚合物泥浆有降低泥浆紊流摩阻的作。

低剪率下，分子链较卷曲，相互缠绕，水化层近于球形，随剪率增加，分子逐渐伸展，相互缠绕减少，水化层趋于扁平，故使粘度和摩阻下降。第一百零九页，共一百五十三页，2022年，8月28日降滤失作用聚合物降滤失能力与其分子量大小，含盐量，温度等有关。滤失量与泥饼质量间有矛盾，滤失量小时泥饼质量差（发虚，发泡），泥饼好时滤失量较大。解决办法：加入惰性降失水剂。第一百一十页，共一百五十三页，2022年，8月28日聚合物钻井液的组配原则取长补短，复配使用。大小分子结合，大分子稳定井壁改善流型，小分子降滤失。聚合物配比和加量应根据具体情况决定，造浆强的地层以大分子为主，渗透性好的地层应以小分子为主。不同体系选不同的聚合物盐类，钠盐适合于淡水体系，钙盐适合于海水或盐水体系，钾盐适防塌。固含高，粘切大时，大分子量少。第一百一十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日聚合物钻井液的性能指标低密度固含小于4%(V/V)。钻屑与亚甲基蓝搬含之比小于2：1。YP(dyn/cm2)/PV(mpaS)=4.8.对非加重泥浆，YP=15~30dyn/cm2。流变参数优选，=2~6mpaS,c=0.3~1.5Pa,Im=300~600尽量不使用分散剂失水控制视情况具体分析第一百一十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日阴离子聚合物钻井液主要处理剂聚丙烯酰胺及其衍生物聚丙烯酰胺(PAM)、部分水解聚丙烯酰胺(PHP)、水解聚丙烯腈（钠盐Na-PAN、铵盐NPAN）、聚丙烯酸钙、磺甲基化聚丙烯酰胺(SPAM)醋酸乙烯酯-顺丁烯二酸肝共聚物(VAMA)磺化苯乙烯-顺丁烯二酸肝共聚物(SSMA)第一百一十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日两性离子聚合物现有产品主要有两个型号：降粘剂(XY)、强包被剂(FA)降粘剂（XY系列）XY-27分子量较小（<10000）分子链中同时具有阳离子基团（10-40%）、阴离子基团（20-60%）和非离子基团（0-40%）%是线性两性离子聚合物。强包被剂(FA)FA-367引入阳离子基团的线性大分子主聚物，用来抑制页岩分散和增加钻井液粘度。第一百一十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日两性离子聚合物钻井液特点：抑制性强、剪切稀释性强，并能防止地层造浆，抗岩屑污染能力强降粘剂能有效地降低钻井液的结构粘度岩屑成形，易于被固控设备清除在保证良好钻井液工艺性能的前提下能增强而不是削弱体系的抑制能力。与其他处理剂配伍，可配制低、中、高密度的钻井液，用于浅、中、深井，在高密度盐水钻井液中效果好钻屑容量限不够大，抗盐能力有限第一百一十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日阳离子聚合物钻井液小阳离子（泥页岩抑制剂、粘土稳定剂）：环氧丙基三甲基氯化铵(NW-1)包被剂（阳离子絮凝剂）：阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)第一百一十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日阳离子聚合物钻井液的特点具有良好的抑制岩屑分散及稳定井壁能力流变性比较稳定，维护间隔时间较长在防起下钻遇阻遇卡及防泥包等方面具有较好效果具有较好抗温、抗盐、抗钙镁等高价金属离子污染的能力具有较好的抗膨润土和钻屑污染的能力与氯化钾聚合物钻井液相比，它不会影响电测资料的解释。第一百一十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日无固相聚合物泥浆配方实例Water+0.1~0.3%PHP+0.1%KPAMWater+0.1~0.3%PHP+0.1~0.2%CaCL2Water+0.07~0.14%CPAM+0.1~0.3%TDC-15+0.2%Cacl2Water+0.1~0.3%FA367+0.5~1%KCL第一百一十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日聚合物不分散低固相体系实例搬土浆+0.1~0.3%KPAM+0.4~0.5%NPAN搬土浆+1%FCLS+0.5%CMC+1%DFD+0.1%CaO+0.2%CPAM+0.5%NW-1搬土浆+0.1~0.3%FA367+0.05~0.15%XY-27+1~3%SAS第一百一十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日其它水基钻井液体系聚磺体系正电胶(MMH)钻井液硅酸盐钻井液无机硅酸盐钻井液稀硅酸盐聚合物钻井液有机硅酸盐钻井液聚合醇（多元醇）钻井液甲酸盐(有机盐)钻井液甲基葡萄糖甙钻井液成膜水基钻井液无渗透（无损害）钻井液抗高温水基钻井液第一百二十页，共一百五十三页，2022年，8月28日习题：1、7、8、11第一百二十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日第七章油基钻井液定义：以油为连续相的钻井液。分类：普通油基泥浆，油包水乳化泥浆低胶质油包水乳化泥浆低毒油包水乳化泥浆第一百二十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日油基泥浆的特点抗高温抗盐钙侵污利于井壁稳定润滑性好对产层损害小配制成本高，工艺复杂机械钻速较低污染环境第一百二十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日适用范围高温深井复杂地层定向井，水平井可作解卡液，完井液，修井液，取芯液第一百二十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日普通油基泥浆的组成油亲油固体表面活性物质保护剂加重剂第一百二十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日对油相的要求API度36~37o(API度是量度油的密度和在某种程度上反映油的粘度的参数)闪点180OF或更高(当火焰横过油杯上方中心时，在油的表面出现闪光时的温度)燃点200OF或更高苯胺点140OF或更高(新蒸馏的苯胺与等体积柴油完全互溶的最低温度)第一百二十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日亲油固体氧化沥青：软化点适当粘土粉(有机膨润土）炭黑石灰石粉加重材料粘度滤失量沥青含量第一百二十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日油基泥浆的配制与入井清洗配浆罐配柴油沥青浆加硬脂酸皂和烧碱水，充分皂化加生石灰或氯化钠，防止污水影响，提高热稳定性加重测性能顶替时需用隔离液第一百二十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日油包水乳化泥浆的组成油水相：淡水、盐水、海水乳化剂油酸环烷酸ASABS固体粉末润湿剂1821有机土及氧化沥青石灰加重剂第一百二十九页，共一百五十三页，2022年，8月28日油包水乳状液的稳定机理油溶性主乳化剂和水溶性辅乳化剂在油水界面形成密堆复合膜，降低了油水界面张力。较高的连续相粘度和适当的界面膜粘度有利于稳定。固体颗粒的稳定作用。用离子型乳化剂时的电稳定作用。第一百三十页，共一百五十三页，2022年，8月28日固体在油中的分散沥青：取决于沥青质量和油的苯胺点有机土亲水搬土+润湿反转剂（长链伯，仲，叔胺盐和季铵盐重晶石：应选亲油性强的重晶石粉第一百三十一页，共一百五十三页，2022年，8月28日第一百三十二页，共一百五十三页，2022年，8月28日石灰、加重剂作用石灰提供Ca2+有利于二元金属皂的形成，保证所添加的乳化剂能充分地发挥效能；维持油基钻井液的PH值在8.5-10之间，防止钻具腐蚀；有效地防止地层中CO2和H2S等酸性气体对钻井液的污染。加重材料重晶石（适当加入润湿剂和乳化剂）第一百三十三页，共一百五十三页，2022年，8月28日影响油包水乳化泥浆性能的因素水油比：水含量大，界面积大不利于稳定，水含量过小，体系粘度低也不利于稳定乳化剂品种及加量：主辅配合，加量适当有机土及氧化沥青加量，润湿剂及加量PH值：一般8.5~10.5温度及压力：温度增加，乳状液稳定性降低（分子键断裂，解吸，油溶剂化膜变薄，介质粘度降低等）；压力增加，油增稠。第一百三十四页，共一百五十三页，2022年，8月28日常用乳化剂硬脂酸钙烷基磺酸钙烷基苯磺酸钙环烷酸钙石油磺酸铁SP-80第一百三十五页，共一百五十三页，2022年，8月28日配方及性能实例配方：油水比：85：15烷基苯磺酸钙8%环烷酸铁2%石灰10%有机土3%水相中CaCL220%NaCL15%KCL5%性能：密度1.60PV:60.5mPaSYP:17.5Pa常温滤失量:3~5ml破乳电压900V第一百三十六页，共一百五十三页，2022年，8月28日油基泥浆的发展平衡活度油包水乳化泥浆（活度平衡利于泥页岩井壁稳定）低胶质油包水乳化泥浆（水含量低，有机土及沥青含量低，利于提高钻速）低毒油包水乳化泥浆（用白油作介质，基本无毒，适于环保要求极严的海洋钻探）合成基泥浆（仿油泥浆）第一百三十七页，共一百五十三页，2022年，8月28日习题

1、3、6第一百三十八页，共一百五十三页，2022年，8月28日气基钻井液气基钻井液纯气体（空气、氮气、天然