钻井液流变模式的确定(完整版)实用资料

钻井液流变模式的确定（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）

中国石油大学（钻进液工艺原理）实验报告钻井液流变模式的确定（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）实验日期：x成绩：班级：x学号：x姓名：x教师：x同组者：x实验一钻井液流变模式确定实验一.实验目的1.掌握六速旋转粘度计的应用方法。2.掌握如何判断钻井液的流型及对应流变参数的计算方法。3.比较各流变模式与实际流变曲线的吻合程度，弄清各种模式的特点。4.掌握钻井液增粘剂及降粘剂对钻井液流变性的影响。二.实验原理1.旋转粘度计工作原理电动机带动外筒旋转时，通过被测液体作用于内筒上的一个转矩，使与扭簧相连的内筒偏转一个角度。根据牛顿内摩擦定律，一定剪功速率下偏转的角度与液体的粘度成正比。于是，对液体粘度的测量就转换为内筒的角度测量。2.流变曲线类型、意义。流变曲线是指流速梯度和剪切应力的关系曲线。根据曲线的形式，它可以分为牛顿型、塑性流型、假塑性流型和膨胀性流型。为了计算任何剪切速率下的剪切应力，常用的方法是使不同流变模式表示的理想曲线逼近实测流变曲线，这样，只需要确定两个流变参数，就可以绘出钻井液的流变曲线。牛顿模式反映的牛顿液体，其数学表达式为：QUOTE宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为：指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为：卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为：实际流变曲线与那一种流变模式更吻合，就把实际液体看成那种流型的流体。三、实验仪器及药品实验仪器：ZNN-D6型旋转粘度；高速搅拌器。实验药品：增粘剂KPAM；降粘剂XY-27或SD-202。四．仪器使用要点1.检查好仪器，要求；①刻度盘对零。若不对零，可松开固定螺钉调零后在拧紧。②检查同心度。高速旋转时，外筒不得有偏摆。③内筒底与杯距不低于1.3cm。2.校正旋转粘度计①倒350m1水于钻井液杯中，置于托盘上，上升托盘，使液面与外筒刻度线对齐，拧紧托盘手轮。②迅速从高速到低速依次测量。待刻度盘读数稳定后，分别记录各转速下的稳定读数￠.要求：Ø600=2.0格,Ø300=1.0格。3.把水换成待测钻井液，重复2。4.在钻井液中加入增粘剂搅拌10min，重复2。5.在加入增粘剂的钻井液中加入降粘剂搅拌10min，重复2。6.实验后，关闭电源，倒出钻井液，洗净内、外筒，擦干装好。注意：停转后，由于静切力作用，刻度盘可能不回零，此时不需要再调零。五.实验步骤1.熟悉旋转粘度计的使用方法。2.检查和校正旋转粘度计。3.测量钻井液在各剪率下的剪切应力。

六．实验数据处理剪切速率D与粘度计转速n对应关系：D=1.703×n钻井液剪切应力与粘度计读数对应关系：τ=0.511Ø.利用剪切速率D和剪切应力画图，判断钻井液流变模式，计算相应的流变参数，了解钻井液增粘剂和降粘剂对钻井液流变模式和流变参数的影响。实验原始数据记录见下表，表一由D=1.703×n以及τ=0.511Φ带入表一数据，处理表一得到表二如下。一、计算“基浆”和“基浆＋增粘剂”的不同流变模式参数以备画图(1)牛顿模式η对应曲线方程为：(2)宾汉模式τ0，ηp对应曲线方程为：(3)幂律模式K,n对应曲线方程为：(4)卡森模式τc，η∞对应曲线方程为：二、对各个方程曲线画图，完成对比，确定基浆和处理后泥浆流变模式首先将基浆实测曲线和计算所得的4条理论曲线绘于同一坐标系内可得下图图1图1基浆流变模式确定图然后将基浆+增粘剂实测曲线和计算所得的4条理论曲线绘于同一坐标系内，可得下图图2图2基浆+增粘剂流变模式确定图观察图1图2课容易观察得，基浆满足宾汉模式，基浆+增粘剂同样满足宾汉模式。以下将采用方差分析法进行准确识别(1)对基浆曲线进行方差分析计算理论曲线上的各数据点值，以备方差分析使用，数据汇总如下见表三对以上数据进行方差分析，计算各个曲线与实测曲线的方差，可得结果见表四由表四数据可知，卡森模式理论曲线与实测曲线方差为635.9，最小，所以基浆流变模式为卡森模式。(2)对基浆+增粘剂曲线进行方差分析计算理论曲线上的各数据点值，以备方差分析使用，数据汇总如下见表五对以上数据进行方差分析，计算各个曲线与实测曲线的方差，可得结果见表六由表六数据可知，卡森模式理论曲线与实测曲线方差为1004.54，最小，所以基浆+增粘剂流变模式为卡森模式。三、钻井液增粘剂对钻井液流变模式和流变参数的影响1、由此实验现象可知，增粘剂对流变模式没有造成影响，添加处理剂前后流变模式没有变化。2、添加增粘剂对流变参数有很大影响，流变参数化对比列举如下：观察可知，加入增粘剂后，各项流变参数数值都有大幅提升,与黏度相关参数大幅提升。第一章1钻井液：油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称做钻井泥浆（DrillingMuds），或简称为泥浆(Muds)2完井液：在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液，这些作业包括钻开油层、下套管、射孔、防砂、试油、增产措施和修井等。因此从广义上讲，从钻开油层到采油及各种增产措施过程中的每一个作业环节，所使用的与产层接触的各种工作液体系统称为完井液。3钻井液的功能:1．携带和悬浮岩屑(这是钻井液首要和最基本的功用)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4钻井液类型：1.分散钻井液2．钙处理钻井液3．盐水钻井液4．饱和盐水钻井液5．聚合物钻井液6．钾基聚合物钻井液7．油基钻井油8．合成基钻井液9．气体型钻并流体10．保护油气田钻井液。5钻井液的常规性能：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、HTHP滤失量、pH值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量、滤液中各种离子的质量浓度6钻井液密度的调节方法：加重钻井液密度方法：加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。在加重前，应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相的含量。一般情况下，所需钻井液密度越高，加重前钻井液固含及粘度、切力应控制得越低。可溶性无机盐也是提高密度常用方法。如保护油气层清洁盐水钻井液，通过加入NaCl，可将钻井液密度提高至1.20g/cm3左右。降低钻井液密度方法：为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井，通常降低密度的方法有以下几种：(1)清除无用固相:最主要的方法用机械和化学絮凝的方法清除无用固相，降低钻井液的固相含量。(2)加水稀释:但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。(3)混油:但有时会影响地质录井和测井解释。(4)充气:钻低压油气层时可选用充气钻井液等。8钻井液的固相含量：钻井液固相含量通常用钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数来表示，固相含量的高低以及这些固相颗粒的类型、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井速度及油气层损害程度等有直接的影响。因此，在钻井过程中必须对其进行有效的控制。第二章一、常见的粘土矿物类型：高岭石、蒙脱石、伊利石二、阳离子交换容量：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，包括交换性盐基和交换性氢。以100g粘土所能交换下来的阳离子毫摩尔数来表示，符号位CEC。三、影响粘土水化膨胀的因素:(1)因粘土晶体的部位不同，水化膜的厚度也不相同。层面上水化膜厚，端面上薄。(2)粘土矿物不同，水化作用的强弱也不同。蒙脱石、伊利石、高岭石(3)因粘土吸附的交换性阳离子不同，其水化程度有很大差别。(4)泥浆中可溶性盐类及泥浆处理剂的影响⑴.可溶性盐类，减低z电位⑵.有机处理剂的亲水基团，被粘土吸附后形成较大的水化膜。四、胶粒扩散双电层的形成:由于胶体粒子带电，在其周围必然分布电荷相等的反离子，以保持整个分散体系的电中性。于是在固液界面形成的双电层。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；另方面由于反离子的热运动，又有扩散到液相内部去的能力，这两种相反作用的结果，使得反离子扩散的分布在界面周围，构成扩散双电层。五、电动电位ζ:从滑动面到均匀液相的电位降。特点：·胶粒带电越多，ζ电位越高。·ζ大小取决于吸附层内的静电荷数。影响ζ电位的因素：1.任何电解质的加入都要影响ζ电位的数值，随着电解质浓度增大ζ电位降低；2.电解质中反离子的价愈高，对ζ电位的影响愈大；3.如果电解质中反离子被强烈吸附到溶剂化层内，还可能引起ζ电位改变符号（此即再带电现象）第三章一、钻井液流变性：指钻井液流动和变形的特性。二、流型：牛顿流体,塑性流体,假塑性流体,膨胀性流体(非牛顿流型).。三、静切力：一般情况下，钻井液中的粘土颗粒部在不同程度上处在一定的絮凝状态。因此，要使钻井液开始流动，就必须施加一定的剪切应力，破坏絮凝时形成的这种连续网架结构。这个力即静切应力，由于它反映了所形成结构的强弱，因此又将静切应力称为凝胶强度。四、塑性粘度：当剪切速率增至一定程度，结构破坏的速度和恢复的速度保持相等(即达到动态平衡)时，结构拆散的程度将不再随剪切速率增加而发生变化，相应地粘度也不发生变化。该粘度即钻井液的塑性粘度。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。影响因素:(1)钻井液中的固相含量。这是影响塑性粘度的主要因素。一般情况下，随着钻井液固体颗粒逐渐增多，颗粒的总表面积不断增大，所以颗粒间的内摩擦力也会随之而增加。(2)钻井液中粘土的分散程度。当粘土含量相同时，其分散度愈高，塑性粘度愈大。(3)高分子聚合物处理剂。钻井液中加入高分子聚合物处理剂会提高液相粘度，从而使塑性粘度增大。显然，其浓度愈高，塑性粘度愈高；相对分子质量愈大，塑性钻度愈高。五、表观粘度(AV)：也称有效粘度，是指在一定剪切速率下，剪切力与剪切速率的比值为表观粘度。六、动切力：是塑性流体流变曲线中的直线段在τ轴上的截距。它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的相互作用力的大小，即形成空间网架结构能力的强弱。动切力影响因素：（1）粘土矿物的类型和浓度。常见粘土矿物中，蒙脱石最容易水化膨胀和分散，并形成网架结构。随着钻井液中蒙脱石浓度增加，塑性粘度上升较慢，而动切力上升很快。高岭石和伊利石对动切力的影响相对较小。（2）电解质：在钻井过程中无机电解质的侵入均会引起钻井液絮凝程度增加，从而动切力也增加（3）降粘剂：大多数降粘剂都是吸附在粘土端面，使其带有一定的负电荷，拆散网架结构，从而降低动切力。七、此式即是塑性流体的流变模式，该式常称为宾汉模式，并将塑性流体称为宾汉塑性流体。τ=Kγn该式为假塑性流体的流变模式，习惯上称为幂律模式,式中的n(流性指数)和是K(稠度系数)是假塑性流体的两个重要流变参数。八、宾汉流变模式参数调整（1）降低塑性粘度：通过合理使用固控设备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减少固相含量。（2）提高塑性粘度：应用低造浆粘土配浆，加入加重剂、混油、提高PH值、加入高分子聚合物等（3）降低动切力：最有效的方法加入降粘剂，若有钙镁离子侵入，可加入沉淀剂，除去钙镁离子。（4）提高动切力：可加入预水化膨润土浆，或增大高分聚合物的加量。对于钙处理钻井液或盐水钻井液，可通过适当增加钙钠离子浓度。九、钻井工艺中，常用动切力与塑性粘度的比值（动塑比）表示剪切稀释性的强弱，动塑比越大，剪切稀释性越强。有利于高压喷射钻井，同时低流速时，有利于携岩。由假塑性流体流变模式与流变曲线可以看出，表观粘度随剪切速率的增加而降低，这种现象被称为剪切稀释现象。十、初切力：钻井液在经过充分搅拌后，静止1分钟或10秒钟后测得的静切力为初切力。终切力：钻井液经过充分搅拌后，静止10分钟后测得的静切力为终切力。十一、调节动塑比：(1)选用XC生物聚合物、HEC、PHP和FA367等高分子聚合物作为主处理剂。(2)通过有效地使用固控设备。除去无用固相，降低固体颗粒浓度，以达到降低钻井液塑性粘度、提高动塑比的目的。(3)在保证钻井液性能稳定的情况下、通过适量地加入石灰、石膏、氯化钙和食盐等电解质，以增强体系中固体颗粒形成网架结构的能力第四章一、瞬时滤失:从钻头破碎井底岩石，形成新的自由面的瞬间开始，钻井液开始接触新的自由面，钻井液中的自由水便向岩石孔隙中渗透，直到钻井液中的固相颗粒及高聚物在井壁上开始出现泥饼，这段时间的滤失称为瞬时滤失。动滤失:紧接着瞬时滤失，在井内钻井液循环的情况下滤失继续进行并开始形成泥饼，随着滤失过程的进行，泥饼不断增厚，直至泥饼的增厚速度与泥饼被冲刷的速度相等，即达到动平衡。此后钻井液在循环下继续滤失但泥饼不再增厚。这段时间的滤失量称为动滤失量。静滤失:在起下钻或其它原因停止钻进时，钻井液停止循环，液流的冲刷作用消失，此时压力差为静液往压力和地层压力之差。随着滤失的进行，泥饼逐渐增厚，单位时间的滤失量逐渐减小。在这一阶段，因压力差较小，泥饼较厚，故大多数情况下单位时间内的滤失量比动滤失量小。API滤失量，即在规定的压力差下以通过一定的渗滤断面（通常用滤纸作为渗滤介质）30分钟内的滤失量来衡量，单位为：ml/30min。二、影响钻井液滤失量的因素：滤失时间，压差，滤液的粘度、温度，固相含量和类型，岩层的渗透性，泥饼的渗透性，泥饼的压实性三、对钻井液滤失性能的一般要求(1)在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层的损害。一般情况下此时的API滤失量应小于5m1，模拟井底温度的HTHP滤失量应小于15ml。(2)钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制。API滤失量最好不大于5ml。(3)对一般地层，API滤失量应尽量控制在10m1以内，HTHP滤失量不应超过20ml。但有时可适当放宽，某些油基钻井液体系正是通过适当放宽滤失量来提高钻速的。(4)要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻。在我国，某些油田要求，钻开储层时API滤失实验测得的滤饼厚度不得超过1mm。(5)加强对钻井液滤失性能的检测。正常钻进时，应每4h测一次常规滤失量。对定向井、丛式井、水平井、深井和复杂井要增测HTHP滤失量和泥饼的润滑性，对其要求也相对高一些。四、获得致密性泥饼的一般方法是：(1)使用膨润土造浆。膨润土是常用的配浆材料，同时也是控制滤失量和建立良好造壁性的基本处理剂。(2)加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂(如煤碱液等)，提高粘土颗粒的ζ电位、水化程度和分散度。(3)加入CMC或其它聚合物以保护粘土颗粒，阻止其聚结，从而有利于提高分散度。同时，CMC和其它聚合物沉积在泥饼上亦起堵孔作用，使滤失量降低。(4)加入一些极细的胶体粒子(如腐植酸钙胶状沉淀)堵塞泥饼孔隙，以使泥饼的渗透性降低，抗剪切能力提高。第五章一、钻井液处理剂的分类方法：1）按其组成分类：钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。其中无机处理剂又可分为氯化物、硫酸盐、碱类等。有机处理剂通常可分为天然产品、天然改性产品和有机合成化合物。按其化学组分又可分为下列几类：腐植酸类、纤维素类、本质素类、丹宁酸类、沥青类等。2）按其在钻井液中所起的作用或功能分类：(1)降滤失剂；(2)增粘剂；(3)乳化剂；(4)页岩抑制剂；(5)堵漏剂；(6)降粘剂；(7)缓蚀剂；(8)粘土类；(9)润滑剂；(10)加重剂；(11)杀菌剂；(12)消泡剂；(13)泡沫剂；(14)絮凝剂；(15)解卡剂；(16)其它类等。二、膨润土作用：(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)可改善井眼的稳定性；(4)防止井漏。三、钻井液的常用加重材料重晶石粉(Barite)：是一种以BaSO4为主要成分的天然矿石，经过加工后制成灰白色粉末状产品。纯品比重为，现场使用一般为。一般用于加重密度不超过2.30g/cm3的水基和油基钻井液，它是目前应用最广泛的一种钻井液加重剂。，溶于酸优点：不会堵死油气层，即可采用油井酸化可以清除堵塞缺点：密度较低，一般只能用于配制密度不超过1.688g/cm3的钻井液和完井液。铁矿粉(Hematite)和钛铁矿粉(Ilmenite)：前者的主要成分为Fe2O3，密度4.9-5.3；后者的主要成分为TiO2·Fe2O3，密度4.5-5.1。优点：由于这两种加重材料的硬度约为重晶石的两倍，且耐研磨，在使用中颗粒尺寸保持较好，损耗率较低；易酸溶。缺点：对钻具、钻头和泵磨损也较为严重。在我国，铁矿粉用量仅次于重晶石的钻井液加重材料。方铅矿粉（Galena)：方铅矿为铅灰色有金属光泽的颗粒或块状，常温比重为7.5-7.6，硬度为2-3，容易加工成细粉末。不溶于水和碱，但能溶于酸，是酸溶性加重剂。由于比重较高，特备适用于配制超重钻井液，密度达3.0g/cm3。由于该加重剂的成本高、货源少、一般仅限于在地层孔隙压力极高的特殊情况下使用。四、去除钙镁方法：Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，破坏钻井液的性能。此时，可先加入适量烧碱除去Mg2+，然后用适量纯碱除去Ca2+。五、降粘剂类型：分散型稀释剂和聚合物型稀释剂。分散型稀释剂：丹宁类和木质素磺酸盐类；聚合物型稀释剂：共聚型聚合物降粘剂和低分子聚合物降粘剂等。六、铁铬盐稀释机理：1、在粘土颗粒的断键边缘上形成吸附水化层，从而削弱粘土颗粒之间的端—面和端—端连接，从而削弱或拆散空间网架结构，致使钻井液的粘度和切力显著降低；2、铁铬盐分子在泥页岩上的吸附，有抑制其水化分散的作用，这不仅有利于井壁稳定，还可以防止泥页岩造浆所引起的钻井液粘度和切力上升。X—40系列处理剂稀释机理：主要是由于其线型结构、低相对分子质量及强阴离子基团所决定的。1、由于其分子量低，可通过氢键优先吸附在粘土颗粒上，顶替已吸附在粘土颗粒上的高分子聚合物，拆散了高聚物与粘土颗粒之间形成的“桥接网架结构”；2、低分子量的降粘剂与高分子主体聚合物交联，阻碍了聚合物与粘土之间网架结构的形成，达到降低粘度和切力的目的。但若相对分子质量过高，反而会使粘度、切力增加。七、钠羧甲基纤维素CMC降滤失原理CMC在钻井液中电离生成长链的多价阴离子。1、羟基和醚氧基通过与粘土颗粒表面上的氧形成氢键或与粘土颗粒端面边缘上的Al3+之间形成配位键使CMC能吸附在粘土上；2、多个羧钠基通过水化使粘土颗粒表面水化膜变厚，粘土颗粒表面ζ电位的绝对值升高，负电量增加、从而阻止粘土颗之间因碰撞而聚结成大颗粒(护胶作用)。八、XC生物聚合物特点：1、适用于淡水、盐水和饱和盐水钻井液的高效增粘剂，加量少(0.2一0.3％)，增粘度效果好，兼有降滤失作用。2、具有优良的剪切稀释性能(即增大动塑比，降低n值)。3、抗温可达120℃，在140℃也不会完全失效。4、抗盐、抗钙能力也十分突出。5、在细菌条件下易发生生物降解。九、页岩抑制剂：处理剂在钻井液中所起的作用主要有两个：一是维持钻井液性能稳定，二是保持井壁稳定。凡是的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做页岩抑制剂，又称防塌剂。常见的页岩抑制剂：氧化沥青，磺化沥青，天然沥青和改性沥青，钾盐腐植酸类磺化沥青防塌机理是：磺化沥青含有磺酸基，水化作用强，当吸附在页岩晶层断面上时，可阻止页岩颗粒水化分散；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，并覆盖在页岩表面，改善泥饼质量。但随着温度的升高，磺化沥青的封堵能力会有所下降。磺化沥青还在钻井液中起润滑和降低高温高压滤失量作用，是一种多功能的有机处理剂。第六章水基钻井液是一种以水为分散介质，以粘土（膨润土）、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。其主要组成是水、粘土、加重剂和各种化学处理剂等。一、分散型钻井液又称为细分散钻井液或淡水钻井液，其组成为：淡水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂。主要特点是粘土高度分散，进而使钻井液具有所需的流变和降滤失性能。优点:1、配制方法简便、成本较低；2、形成的泥饼致密，而且韧性好，具有较好的护壁性，API滤失量和HTHP滤失量均相应较低；3、可容纳较多固相，较适于配制高密度钻井液。4、抗温能力较强，比如三磺钻井液是我国常用于钻深井的分散钻井液体系，抗温可达160一200℃。缺点：1)性能不稳定，容易受钻屑中粘土和可溶性盐类的污染。抗钙、岩盐能力差；(2)滤液矿化度低，抑制性能差，不利于防塌；(3)由于体系中固相含量高，因此使用时对机械钻进有明显的影响，尤其不宜在强造浆地层中使用;(4)滤液侵人储层易引起储层中粘土水化膨胀，不能有效地保护油气层。二、Ca2+改变粘土分散度的作用机理：1、Ca2+通过Na+/Ca2+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。转化的程度取决于粘土的阳离子交换容量和钙离子浓度。粘土的阳离子交换容量越大，所吸附Ca2+的量就越大。2、Ca2+本身是一种无机絮凝剂，会压缩粘土颗粒表面的扩散双电层，使水化膜变薄，ζ电位下降，从面引起粘土晶片面—面和端—面聚结，造成粘土颗粒分散度下降。三、钙处理钻井液的优点：(1)性能较稳定，抗钙、盐和粘土污染能力强。(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的水化膨胀；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。四、盐水钻井液的定义：凡NaCl含量超过1％(质量分数，Cl-含量约为6000mg/l）的钻井液统称为盐水钻井液。主要特点是：(1)由于矿化度高，因此这种体系具有较强的抑制性，能有效地抑制泥页岩水化，保证井壁稳定；(2)不仅抗盐浸的能力很强，而且能够有效地抗钙浸和抗高温．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)由于其滤液性质与地层原生水比较接近，故对油气层的损害较轻；(4)由于钻出的岩屑不易在盐水中水化分散，在地面容易清除，因而有利于保持较低的固相含量；(5)盐水钻井液还能有效地抑制地层造浆，流动性好，性能较稳定。但该类钻井液的维护工艺比较复杂，对钻柱和设备的腐蚀性较大，钻井液配制成本也相对较高。6）PH值随盐含量增加而降低，应用过程中常要加减以控制合理的PH值，一般维持在9.5-11之间。五、聚合物钻井液定义：凡是使用线型水溶性聚合物作为处理剂的钻井液体系都可称为聚合物钻井液。但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。特点：与其它水基钻井液相比，聚合物钻井液具有如下特点：(1)固相含量低，亚微米粒子所占比例也低。这是该体系的基本特征，是聚合物处理剂选择性絮凝和抑制岩屑分散的结果，对提高钻井速度是极为有利；(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。聚合物钻井液固相含量低，剪切稀释性好，悬浮携带钻屑能力强，洗井效果好，这些优良性能都有利于提高机械钻速。(4)稳定井壁的能力较强，井径比较规则；(5)对油气层损害小，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。六、聚合物处理剂的作用机理：桥联与包被作用：聚合物在钻井液中颗粒上的吸附是发挥作用的前提。当一个高分子同时吸附在几个颗粒上时，而一个颗粒又同时吸附几个高分子时，就会形成网络结构，聚合物这种作用称为桥联作用。当高分子链吸附在一个颗粒上，并形成覆盖包裹时，称为包被作用。桥联和包被是聚合物在钻井液中的两种不同的吸附状态。絮凝作用：当聚合物在钻井液中主要发生桥联吸附时、会将一些细颗粒聚结在一起形成粒子团，这种作用称为絮凝作用，相应的聚合物称为絮凝剂。形成的絮凝块易于靠重力沉障或固控设备清除，有利于维持钻井液的低固相。目前常用的絮凝剂是PHPA，其相对分子质量和水解度是影响絮凝效果的主要因素。(3)增粘作用：增粘剂多用于低固相和无固相水基钻井液，以提高悬浮力和携带力。增粘作用的机理，一是游离(末被吸附)聚合物分子能增加水相的粘度，二是聚合物的桥联作用形成的网络结构能增强钻井液的结构粘度。(4)降滤失作用机理：①保持钻井液中的粒子具有合理的粒度分布，使泥饼致密；②提高粘土颗粒的水化程度；③聚合物降滤失剂的分子大小在胶体颗粒的范围内，本身可对泥饼起堵孔作用，使泥饼致密；④降滤失剂可提高滤液粘度，从而降低滤失量。(5)抑制与防塌作用聚合物在钻屑表面的包被吸附是阻止钻屑分散的主要原因。包被能力越强，对钻屑分散的抑制作用也越强。聚合物具有良好的防塌作用，其原因有以下两个方面：1、长链聚合物在泥岩井壁表面发生多点吸附，封堵了微型缝，可阻止泥页岩剥落；2、聚合物浓度较高时，在泥页岩井壁上形成较为致密的吸附膜，可阻止或减缓水进入泥页岩，对泥页岩的水化膨胀有一定的抑制作用。(6)降粘作用降粘作用的机理主要有以下几个方面：①可吸附在粘土颗粒带正电荷的边缘上，使其转变成带负电荷，同时形成厚的水化层，从而拆散粘土颗间以“端—面”、“端—端”连接面形成的结构，放出包裹着的自由水，降低体系粘度。同时，降粘剂吸附还可提高粘土颗粒的ζ电位，增强颗粒间的静电排斥作用，从面削弱其相互作用。②当相对分子质量较低的聚合物降粘剂(如SSMA、VAMA等)与钻井液的主体聚合物(如PHPA)形成氢键络合物时，因与粘土争夺吸附基团，可有效地拆散粘土与聚合物间结构，同时能使聚合物形态收缩，减弱聚合物分子问的相互作用，从而具有明显的降粘作用。七、聚丙烯酰胺(简称PAM)的结构式相对分子质量是影响聚合物性能的重要参数。随聚丙烯酰胺相对分子质量的增大，絮凝能力、提粘效应、堵漏和防塌效果都会提高。水解度是影响PHPA性能的重要参数。水解度增大，分子链伸展，在钻井液中桥联作用增强，因而对劣质土的絮凝作用增强。但水解度过大时，由于在粘土颗粒上的吸附作用减弱，加上羧酸根基团间的静电排斥作用增强，对劣质土的絮凝作用反而降低。八、阳离子聚合物钻井液：以高相对分子质量阳离子聚合物(简称大阳离子)作包被絮凝剂，以小相对分子质量有机阳离子(简称小阳离子)作泥页岩抑制剂，并配合降滤失剂、增粘剂、降粘剂、封堵剂和润滑剂等处理剂配制而成。小阳离子抑制岩屑分散的机理：一是小阳离子是阳离子型表面活性剂，靠静电作用可吸附在岩屑表面，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。表面吸附的小阳离子的疏水基可形成疏水层，阻止水分子进入岩屑粒子内部，层间吸附的小阳离子靠静电作用拉紧层片，这些作用可有效地抑制岩肩水化膨胀和分散。二是小阳离子所带的正电荷可中和岩屑带的负电荷．削弱岩屑粒子问的静电排斥作用，从而降低岩屑的分散趋势。絮凝剂(大阳离子)抑制岩屑分散的机理：大阳离子的主要作用是絮凝钻屑，清除无用固相，保持聚合物钻井液的低固相特性。大阳离子带有阳离子基团．靠静电作用吸附在钻屑上，吸附力较强，它的相对分子质量较大，分子链足够长．因而桥联作用较好；大阳离子可降低钻屑的负电性，减小粒子间的静电排斥作用，容易形成密实絮凝体，所以其絮凝效果优于阴离子聚合物。九、协同作用机理：小阳离子的主要作用是抑制钻屑分散，大阳离子的主要作用是絮凝钻屑。由于相对分子质量的关系，小阳离子在钻屑上的吸附速度一般比大阳离子快。在钻进过程中、小阳离子首先吸附在新产生的钻屑上抑制其分散，随后大阳离子再吸附在钻屑上靠桥联作用形成絮凝体，利用固控设备可有效地清除钻屑絮凝体。对负电性很强的有用固相膨润土颗粒．吸附的小阳离子比较多，削弱了大阳离子的吸附，因而大阳离子对膨润土的絮凝作用相对较弱，从而使钻井液中保持适量的有用固相。大、小阳离子的协同配合产生了一定的“选择性”絮凝作用。第七章一、油基钻井液的组成：1．基油在油包水乳化钻井浓液中用做连续相的油称为基油。目前普通使用的基油为柴油(我国常使用零号柴油)和各种低毒矿物油。柴油用做基油时应具备以下条件：(1)为确保安全，其闪点和燃点应分别在82℃和93℃以上(2)由于柴油中所含的芳烃对钻井设备的橡胶部件有较强的腐蚀作用，因此芳烃含量不宜过高，一股要求柴油的苯胺点在60℃以上。苯胺点是指等体积的油和苯胺相互溶解时的最低温度。苯胺点越高，表明油中烷烃含量越高，芳烃含量越低(3)为了有利于对流变性的控制和调整，其粘度不宜过高．2．水相淡水盐水或海水均可用做油基钻井液的水相。但通常使用含一定量CaCL2或NaCL的盐水，其主要目的在于控制水相的活度，以防止或减弱泥页岩地层的水化膨胀．保证井壁稳定。3.乳化剂为了形成稳定的油包水乳化钻井液，必须正确地选择和使用乳化剂。一般认为乳化剂的作用机理是：(1)在油／水界面形成具有一定强度的吸附膜；(2)降低油水界面张力；(3)增加外相粘度。以上三方面均可阻止分散相液滴聚集变大，从而使乳状液保持稳定。其中又以吸附膜的强度最为重要，被认为是乳状液能否保持稳定的决定性因素。在油包水乳化钻井液中，常用的乳化剂有以下类型：(1)高级脂肪酸的二价金属皂，如硬脂酸钙；(2)烷基磺酸钙：(3)烷基苯磺酸钙：(4)斯盘—80(或Span—80)，主要成分为山梨糖醇酐单油酸酯。此外，目前国内用于油包水乳化钻井液的乳化剂还有：环烷酸钙、石油磺酸铁、油酸、环烷酸酰胺和腐植酸酰胺等。4．润湿剂大多天然矿物是亲水的。当重品石粉和钻屑等亲水的固体颗粒进入w/o型钻井液时，它们趋向于与水结合并发生聚结，引起高粘度和沉降，从而破坏乳状液的稳定性。润湿剂的加入使刚进入钻井液的重晶石和钻屑颗粒表面迅速转变为油湿，从而保证它们能较好地悬浮在油相中。5．亲油胶体习惯上将有机土、氧化沥青以及亲油的褐煤粉、二氧化锰等分散在油包水乳化钻井液油相中的固体处理剂统称为亲油胶体，其主要作用是用做增粘剂和降滤失剂。其中使用最普通的是有机土，其次是氧化沥青。有了这两种处理剂，可以使油基钻井液的性能可以像水基钻井液那样很方便地随时进行必要的调整。6．石灰石灰是油基钻井液中的必要组分，其主要作用有以下方面：(1)提供的Ca2+有利于二元金属皂的生成，从而保证所添加的乳化剂可充发挥其效能(2)维持油基钻井液的pH值在8.5~10范围内以利于防止钻具腐蚀。(3)可有效地防止地层中CO2和H2S等酸性气体对钻井液的污染。7．加重材料重晶石粉在水基和油基钻井液中，都是最重要的加重材料。对于密度小于1.68g/cm3的油基钻井液，也可用碳酸钙作为加重材料,它的优点是比重晶石更容易被油所润湿，而且具有酸溶性，可兼作保护油气层的暂堵剂。二、破乳电压：钻井液体系中，油作为连续相是不导电的。因此，将电极插入并施以较低电压时，不会产生电流。但逐渐加大电压直至乳状液破乳时，电流计便会指示有电流产生。使乳状液破乳所需的最低电压成为破乳电压，其值越高钻井液越稳定。三、所谓活度平衡，是指通过适当增加水相中无机盐(通常使用CaCl2和NaCl)的浓度，使钻井液和地层中水的活度保持相等，从而达到阻止油浆中的水向地层运移的目的。采用该项技术可有效地避免在页岩地层钻进时出现的各种复杂问题，使井壁保持稳定。实际上，在目前使用的绝大多数油基钻井液水相中无机盐含量都较高，即普遍地考虑了活度平衡问题。四、96hLC50值：测定钻井液的毒性均采用96h生物鉴定试验法。这种方法是让一定数量的试验用生物经受96h不同质量浓度毒物的毒害，并分别记录各种质量浓度下所残存的生物数量。然后以死亡百分率与质量浓度的关系作图，由图中曲线即可得到使生物致死50％的质量浓度值(见图7—19)。该质量浓度值被称为96hLC50值，用以表示毒物毒性的大小。第九章一、稳定井壁的措施(1)选用合理的钻井液密度，保持井壁力学稳定。(2)优选防塌钻井液类型与配方，采用物理化学方法阻止或抑制地层的水化作用。主要技术措施有：①提高钻井液的抑制性；②用物理化学方法封堵地层的层理和裂隙，阻止钻井液滤液进入地层；③提高钻井液对地层的膜效率，降低钻井液活度使其等于或小于地层水的活度；④提高钻井液滤液的粘度，降低钻井液高温高压滤失量和泥饼渗透率，尽量减少钻井液滤液进入地层的量等。二、井漏：是在钻井、固井、测试等各种井下作业中，各种工作液(包括钻井液、水泥浆、完井液及其它流体等)在压差作用下漏入地层的现象。一旦发生漏失，不仅延误钻井时间，损失钻井液，损害油气层，干扰地质录井工作，而且还可能引起井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况与事故，甚至导致井眼报废，造成重大的经济损失。因此，在钻井过程中应尽量避免井漏发生。三、漏失通道的形态：有孔隙型、裂缝型、洞穴型、孔隙裂缝型和洞穴裂缝型等五种四、井喷：是指地层流体失去控制，喷到地面，或是窜至其它地层里的现象。它是钻井工程较为常见的恶性事故。轻则使油气层受到破坏，影响钻井工期；重则使油气井报废，延误油气田的勘探开发工作。五、卡钻：钻井过程中，钻具在井下既不能转动又不能上下活动而被卡死的现象称为卡钻。压差卡钻是指钻具在井中静止时，在钻井液与地层孔隙压力之间的压差作用下，紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻。沉砂卡钻是由于钻井液悬浮性能不好，或处理钻井液过程中由于粘度和切力下降幅度过大，导致钻井液中所悬浮的钻屑和重晶石沉淀，埋住井底一段井眼而造成的卡钻。沉砂卡钻亦可能发生在上部极软地层的钻进过程中，由于钻速快，环空钻屑质量分数高，所使用的钻井液粘度和切力低，以及环空返速低等原因，导致井底有大量沉砂。第十章一、油气层损害：钻井与完井的最终目的在于钻开储层并形成油气流动的通道，建立油气井良好的生产条件。任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象均称为对油气层的损害，严重的油气层损害将极大地影响油气井的产能。油气层损害的主要表现形式为油气层渗透率的降低，包括油藏岩石绝对渗透率和油气相对渗透率的降低。渗透率降低越多，油气层损害越严重。二、五敏：油气层的速敏性是指在钻井、完井、试油、注水、开采和实施增产措施等作业或生产过程中，流体的流动引起油气层中的微粒发生运移，致使一部分孔喉被堵塞而导致油气层渗透率下降的现象。水敏，主要指矿化度较低的钻井液等外来流体进入地层后引起粘土水化膨胀、分散和运移．进而导致渗透率下降的现象。碱敏：地层水一般呈中性或弱碱性，但大多数钻井液、完井液的PH值在8一I2之间。当高PH值的工作流体进入储层后，将促进储层中粘土矿物的水化膨胀与分散，并使硅质胶结物结构破坏，促进微粒的释放，从而造成堵塞损害。酸敏：酸化是广泛采用的油田增产措施，然而若使用的酸液与油气层不配伍，则会与油气层中的某些矿物、流体反应生成沉淀物或释放出微粒，对孔喉造成堵塞．使酸化达不到预期效果．甚至反而使油气层渗透率下降。盐敏：当注入流体的矿化度低于临界矿化度时岩石渗透率会发生明显的下降。三、、保护油气层对钻井液的要求1．必须与油气层岩石相配伍。与油气层岩石相配伍主要体现在防止各种敏感性损害和润湿反转上。具体来说，对于较强水敏的油气层，应选用不引起粘土水化膨胀的强抑制性钻井液，如钾基聚合物钻井液和油基钻井液等。对于盐敏性油气层，钻井液的矿化度应不小于临界矿化度。对于碱敏性油气层，钻井液的pH值不得超过临界pH值，尽可能控制在7~8的范围内。对于酸敏性较强的油气层．最好不选用酸溶性暂堵剂。对于速敏性油气层，则应尽量降低正压差和注意防止井漏。在选用W／O或O／W型钻井液钻井时，应避免使用油湿性较强的表面活性剂作为乳化剂，以免岩石孔隙表而发生从亲水变成亲油的润湿反转。2．必须与油气层流体相配伍。与油气层流体相配伍主要是针对钻井液滤液而言的。在设计钻井限配方时，必须考虑以下因素；滤液组分不与地层流体发生沉淀反应，以防止发生结垢等损害，滤液与地层流体之间不发生乳化作用；滤液的表而张力不宜过高，以防发生水锁损害；滤液中可能含有的细菌不会在油气层所处的环境中繁殖生长。3．尽量降低固相含量。为防止因固相颗粒堵塞造成的油气层损害，钻井液中除保持维护其性能所必须的膨润土和加重材料外，应尽可能降低其它无用固相的含量。膨润土含量也应以够用为度，防止其超量。在选用各类暂堵剂时，其颗粒尺寸应与油气层的平均孔径相匹配。对渗透率较高的油气层，应尽可能采用无固相或无粘土相钻井液。4．密度可调，以满足不同压力油气层近平衡压力钻井的需要。我国油气层的压力系数范围为0.4~2.87，因此必须研制出从气体钻井流体直至密度高达3.0g／cm3的不同类型钻井液才能满足需要。对于某些低压、低渗、岩石坚固的油气层，需采用负压差钻进来减轻对油气层的损害。四、无固相清洁盐水钻井液：该类钻井液不含膨润土及其它任何固相。密度通过加入不同类型和数量的可溶性无机盐进行调节。选用的无机盐包括NaCl、CaCl2、KCl、NaBr、KRr、CaBr2和ZnBr2等，各种常用盐水基液的密度范围见表10—7。由于其种类较多，密度可在1.0~2.3g／cm3范围内调整，因此基本上能够在不加入任何固相的情况下满足各类油气井对钻井液密度的要求。无固相清洁盐水钻井液的流变参数和滤失量通过添加对油气层无损害的聚合物来进行控制，为了防止对钻具造成的腐蚀，还应加入适量缓蚀剂。优点在于：可避免因固相颗粒堵塞而造成的油气层损害；可在一定程度上增强钻井液对粘土矿物水化作用的抑制性，减轻水敏性损害；由于无固相存在，机械钻速可显著提高。缺点：但由于该类钻井液的配制成本高，工艺较复杂，对固控要求严格，还有对钻具、套管腐蚀较严重和易发生漏失等问题，因此在应用上受到较大的限制。五、甲酸盐钻井液：为了克服无固相清洁盐水液腐蚀性强的缺点，近年来研制出一种新型的无固相甲酸盐钻井液。它由甲酸的碱金属盐—甲酸钠、甲酸钾和甲酸铯等配制而成。除了腐蚀性极低，这种新型的盐水液还具有以下特点：在不加固体加重剂的情况下，可提供钻井所需的高密度，使用甲酸铯时盐水液密度可高达2.20g／cm3；在150℃高温条件下可保持性能稳定；易于泵送，环空压耗低；甲酸盐容易生物降解，因而有利于环境保护。如果甲酸盐的成本能降至合理范围，这类新型钻井液将会有广阔的应用前景。六、暂堵剂种类：(1)酸溶性暂堵剂(2)水溶性暂堵剂(3)油溶性暂堵剂钻井液知识钻井液的概念：钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。粘土是具有可塑性的、软、有各种颜色的泥土。一般是含水氧化铝的硅酸盐，由长石和其它硅酸盐分解而成，颗粒直径约在0.1-100µm之间，在水中有分散性，带电性、离子交换性，属于多级分散体系。简单地说，钻井液是粘土分散在水中形成的溶胶悬浮体（颗粒直径小于2µm）为使钻井液满足钻井工艺要求，常加入各种化学处理剂及惰性物质来调节钻井液的性能，使钻井液“由稀变稠，由稠变稀”。因此钻井液的性能变化受粘土、水和化学处理剂三方面因素的影响。

我国标准化委员会钻井液分委会将钻井液分为八种：1、

淡水钻井液：由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。2、

钙处理钻井液；3、

不分散低固相聚合物钻井液；4、

盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）5、

饱和盐水钻井液；6、

钾基钻井液；7、

油基钻井液；8、

气体（包括一般气体及气泡）钻井液。

各类新型钻井液体系：正电胶（MMH）钻井液体系、聚合物-铵盐钻井液体系、两性离子聚合物钻井液体系、大小阳离子钻井液体系、水基无粘土相钻井液。

我国于1986年经钻井液标准化委员会研究决定，把钻井液材料分为16类：1、

粘土类：主要用来配制原浆，亦有正反增加粘切、降低漏失量作用，常用的膨润土、抗盐土及有机土等；2、

加重材料：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力，防塌防喷；3、

降滤失剂：主要用来降低钻井液的漏失量，常用的有CMC、预先胶化淀粉，聚丙烯酸盐等；4、

降粘剂：改善钻井液的流动特性，如粘度、切力，以增加可泵性，减少摩阻。常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、木质素磺酸盐等5、

增粘剂：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，增加胶凝强度以形成高流阻。常用的有CMC、高聚物、预先胶化淀粉等。6、

润滑剂：主要用来降低摩阻系数，减小扭矩，增加钻头的水马力以及防止粘卡。常用的有某些油类、石墨、塑料小球及表面活性剂。7、

叶岩抑制剂：用来抑制叶岩中所含粘土矿物的膨胀和分散而引起的井塌。常用的有石膏、硅酸盐、石灰、钾盐、铵盐、各种沥青制品及高聚物的钾、铵、钙盐等。8、

缓蚀剂：用来控制钻具受到各种腐蚀。常用的有各种消化石灰、亚硫酸纳、碳酸锌及胺盐，某种乳化及油基钻井液都具有较好的抑制腐蚀的性能。9、

乳化剂：用来使两种不相溶的液体形成均匀的混合体，常用的有改性本质素磺酸盐、某些活性剂（包括阳离子及非离子型的药剂）。10、

消泡剂：用来消除钻井液中的气泡及降低起泡作用，尤其是对咸水处理和盐水钻井液更为重要，常用的泡敌、甘油聚醚、硬脂酸铝等；11、

杀菌剂：主要用来杀灭钻井液中的有害细菌，使其降低到安全的含量范围内，以免破坏某些处理剂的效能，常用的有多聚甲醛、烧碱、石灰以及各种发酵剂。12、

絮凝剂：用来絮凝钻井液中过多的粘土细微颗粒及削除钻屑，从而使钻井液保持低固相，它也是一种良好的包被剂，可使钻屑不分散，易于清除，并有防塌作用。常用的有石膏、消石灰、各种聚丙烯酰胺等。13、

发泡剂：主要用来使水溶液产生气泡，又称泡沫剂，当使用气体钻井时，遇到水层时可用泡沫剂将水带出，还可用于配制各种钻井液。常用的有烷基磺酸钠等。14、

堵漏剂用来封漏堵漏失地带，以恢复钻井液的正常循环。常用的有各种惰性材料及化学堵漏剂。15、

解卡剂：用来浸泡钻具在井内被泥饼粘附的井段，以降低其摩阻系数，增加润滑性，从而解除压差卡钻。常用的有各种油类、含有快渗剂的油包水乳化剂、酸类等。16、

其它：主要包括大部分的无机处理剂及一些特殊用途的化学处理剂，常用的有各种无机盐、过氧乙烯树脂、蓖麻油等。

l

消泡剂常用的有泡敌、甘油聚醚、硬脂酸铝等。l

润滑剂常用的有某些油类、石墨、塑料小球以及表面活性剂。l

降粘剂常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、本质素磺盐等。l

降滤失剂常用的有CMC、预先胶化淀粉、聚丙烯酸盐等。l

塑料小珠简称塑料珠，代号：HZ-102。它是由苯乙烯苯的共聚物经成珠而得，是一种具有一定强度的固体，按需要可选用不同的粒度配比，一般30-80um较好。它可像轴承液珠一样来降低摩阻力，主要用探井与定向井的防卡减阻剂，抗温达200度以上，不影响钻井液性能。l

磺化沥青：有两种代号：FT-342（膏状）及FT-1，均为粉状产品。主要用作叶岩微裂及破碎带的封闭剂而起到防塌作用，并兼有较好的润滑能力。l

解卡剂：分为流体及固体两种，已成为商品并有正式厂家生产的只有固体一种，液体都属于各油田自己临时配制使用。l

堵漏剂：我国除了惰性材料处，已定型并在全国使用的正式产品较少，多数是根据自己油田的情况临时配制的。

水基钻井液基本经历了五个发展阶段：1、天然（或自然）钻井液体系：1904-1921年，人们使用清水造浆。2、细分散体系：1921-1946年，人为使用粘土来配制钻井液，并加入一些化学分散剂。3、粗分散钻井液体系：1946-1973年，使用了多种无机盐类抑制剂（钙基钻井液体系）。4、不分散低固相钻井液体系：从1966年使用喷射钻井开始。5、无固相钻井液体系：1968年以后使用，大量研究表明，钻井液中所含固相，尤其是粘土，不但是提高钻速的最大障碍，也是对产层造成较大损害的重要因素。

水基钻井液的组成：是一种以水为分散介质，以膨润土、加重剂及各种化学处理剂为分散相的多相分散体系。在分散体系中的很细的悬浮颗粒（包括固体、液体、气体等）较均匀地分布在连续相中，此悬浮颗粒称为分散相。在体系中能完全悬浮胶体、油滴、固体颗粒等分散相的液体，称不连续相。

分散钻井液指由水、膨润土及各种分散剂为主处理剂配成的水基钻井液体系。

不分散聚合物钻井液体系：“不分散”包括两个含义：一是该类体系中的固相颗粒基本上不再分散成较细颗粒，二是钻出的岩屑受到保护，不被分散。主要特点：密度低；压差小，钻速快。

不分散低固相钻井液就是通过高分子絮凝剂而不使用促使粘土水化分散的分散剂，并采用固相控制工艺而实现不分散和低固相这两个特点的钻井液体系。不分散低固相钻井液一般由淡水、膨润土和选择性絮凝剂组成。钾基钻井液和混油钻井液是其中的两种。

细分散钻井液的组成：通过使用一些单一的化学分散剂，促进粘土的水化分散，使粘土由粗颗粒分散成很细小的颗粒，同时加入简单有机处理剂改善其性能，形成的比较稳定的细分散体系，称为细分散钻井液，也称淡水钻井液。它是最早的钻井液。目前基本已被更先进的钻井液所代替。但由于淡水水源分布广、处理剂用量少，成本低，在一些地层钻进尚能满足要求等原因，仍然在许多地区的一些井段上使用。

细分散钻井液的特点是粘土在水中高度分散，并通过粘土的高度分散来取得钻井液所需的流变性，降低滤失量。当粘度、切力升高时，加水和稀释剂拆散粘土颗粒所形成的空间网架结构，促使粘土颗粒分散。滤失量大时，加降滤失剂护胶，用有利于粘土颗粒继续分散变细的办法来降低滤失量。细分散钻井液的组成和性能特点决定了它的性能不稳定，易受化学污染和粘土侵，造成处理频繁，浪费人力、物力。细分散钻井液有时是用淡水和粘土特意配制的。

粗分散钻井液是在细分散钻井液的基础上发展起来的，以叫抑制性钻井液。它是通过使用某些絮凝剂，并配合使用稀释剂和降滤失剂，抑制粘土和岩屑的水化分散，形成适度絮凝又稳定的钻井液。形成抑制性钻井液的方法有两种：1、

添加各种适当的无机电解质；2、加入足够量的某种有选择性的稀释剂以减缓水化。粗分散钻井液为钙处理钻井液和盐处理（或海水）钻井液。

油基钻井液是为了复杂地层（如岩盐、石膏、泥岩、叶岩等）以及钻定向井、高温井、完井、修井的需要而发展起来的，基本经历了三个阶段：1、原油阶段：由于水基泥浆会损害油层，人们试用原因做为钻井液，但原油没有切力，滤失量大，且含有易挥发成份。2、油基钻井液：在原油和柴油的基础上加入乳化剂和其它处理剂。3、反乳化钻井液（油泡水乳化钻井液）：60年代后，人们认识到，将油中的水乳化后，其周围的乳化膜具有半渗透膜的性质。利用平衡原理，在油基钻井液中人为地加入10-50%的高矿化度盐水配制成反相乳化钻井液，由于它更有利于泥岩、叶岩的井壁稳定，所以适用于钻复杂的盐岩层及超深井。

油基钻井液的组成：以原因或柴油为连续相，以氧化沥青作分散相，再加入化学处理剂和加重剂酿成的。主要成分是柴油、芳香烃，含量5％-10％之间，软化点1500C以上的氧化沥青，炭黑、石灰石粉，硬脂酸皂、生石灰等油基钻井液的特点：1、

不损害油气层，能获得真实的地质资料，无腐蚀性；2、

防塌效果好，井壁稳定，井径规则；3、

不受可溶性盐类和有害离子的影响和污染，抗污染能力强。4、

润滑性好；5、

密度调节范围广，可采用低于1.0g/cm3的钻井液钻低压油气层；6、

具有低凝固点，高温不稠化、不聚集，有良好的热稳定性。

缺点：配制复杂，维护处理麻烦，不利于操作。

油泡水乳化钻井液的以称反相乳化钻井液。是油基钻井液。它是以油作分散介质，以不分散为稳定的小水滴作分散相，用添加剂将此体系加以稳定和调整形成稳定的分散体系，主要成分是柴油，要求闪点900C以上，燃点1000C以上，苯胺点应大于700C；水相一般用饱和盐水或CaCl2乳化剂。该体系不损害油层，防塌能力强，润滑性好，抗盐抗钙能力强，易于处理，不易失火。油泡水乳化钻井液的特点：1、

不损害油层渗透率，有利于保护油气层，尤其对低压油层更有利。2、

能防卡泥岩水化膨胀，防卡地层坍塌；3、

润滑性好，可防卡粘附卡钻；4、

具有良好的抗污染能力，能防止地层及其它盐类污染；5、

稳定性高，适用于深井、超深井；6、

比油基泥浆成本低，易于处理、不易着火；7、

对含H2S、CO2和盐水层有防腐作用；

钻井液体系中油包水乳化钻井液、油基钻井液更合乎大定向井的要求，但也成功地使用了不分散低固相水基钻井液、聚合物水基钻井液、饱和盐水钻井液和一般盐水钻井液，通常使用的钻井液体系是经过改进的钻井液体系。油基钻井液防腐性能好，以具有良好的润滑性能，所以常用于超深井、定向井，但在敏感地层不能使用或禁止使用，有些场合，油基钻井液未经特殊处理，其性能不好水基钻井液

钾基钻井液体系是以各种高聚物的钾、铵、钙盐及KCI为主处理剂而配成的防塌钻井液体系。

气体钻井液：空气或天然气作为钻井循环流体，是为了钻低压油气层，严重漏失层或坚硬而不含水的地层而发展起来的钻井液。

聚合物钻井液是以大小阳离子聚合物为主体，辅以阴离子的降粘剂、降滤失剂、防塌剂和润滑剂等所组成的阳离子聚合物钻井液。聚合物不分散低固相钻井液主要组分是絮凝剂控制粘土及固相含量、高温稀释剂、防塌剂、降滤失剂等，能提高钻井速度，但抗盐、抗钙能力差。

密度过大有以下害处：1、损害油气层；2、降低钻井速度；3、过大压差易造成压差卡钻；4、易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；6、多消耗钻井液材料及动力；7、抗污染能力下降。密度过低则容易发生井喷、井塌、缩经（对塑性地层，如较纯的粘土、岩盐层等）及携屑能力下降等。实践证明，钻井液密度升高，产生的静液压力增大，钻速降低，钻井静液压力对钻速的影响程序还与所钻岩石的性质有关，钻井液静液压力与地层流体压力的差值为零时，钻速最快，压差增大，钻速降低。

影响密度的因素：1、密度随钻井液中固相含量的增加而增大，随固相含量的减少而减少。2、钻井液中液相体积减少或液相密度加大，都能使密度升高。3、油气侵入钻井液后，密度会很快下降。

提高钻井液密度的方法：一般可在钻井液体系中加入密度较大的惰性物质，如重晶石、碳酸钙等，也可加入可溶性盐，另外根据情况可选用除气、除泡等工艺手段。

降低密度的方法：1、机械法：把有害物质通过机械设备清除；例如使用振动筛、除砂器等；2、稀释法：加入一定量的清水稀释钻井液，使其密度下降；3、使用发泡剂或充气来增大体积而降低密度。4、使用化学絮凝剂来降低密度。钻井液密度的设计，以地质设计提出的分层地层压力为依据，油气层以压稳、水层以压死为钻井前提。必须始终保持在使井壁稳定的狭小范围内，密度必须低得足以控制地层压力，支撑井眼；高得足以防止地层裂缝。同时随着井眼斜度的增大，钻井液密度范围更加变窄。

钻井液密度对钻速的影响：钻井液密度的基本作用在于保持一定的液柱压力，用以控制地层内的流体进入井内。提高钻井液密度，增加井内液柱压力和地层孔隙压力之间的压力差，将使钻速急剧下降。其主要原因是井底压差对刚破碎的岩屑有压持作用，阻碍井底岩屑的及时清除，影响钻头的破岩效果，从而使钻速下降。另外，在低渗透性岩层内，压差对钻速的影响比在高渗透性岩层内的影响大，这是由于钻井液滤液难于渗入低渗透性的岩层孔隙，不能及时平衡岩屑上下的压力差。所以在钻进低渗透性岩层时，更应尽量降低钻井液密度，实施平衡压力钻井。

表观粘度现场多使用漏斗粘度。

钻井液粘度高，在井底易形成一个类似粘性垫子的液层，它降低和减缓了钻头对井底的冲击力和切削作用，使钻速降低。实践证明，钻井液的粘度越高，钻速越低，钻井液的密度是影响钻速的重要因素。但须注意，影响钻速的粘度是指钻头喷嘴处紊流情况下的钻井液粘度。

粘度、切力过大有以下害处：1、流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢。2、净化不良（固控设备不易充分发挥效力）易引起井下复杂情况；3、易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌事故；4、脱气较难，影响气测并易造成气侵。

粘度、切力过低也不利于钻井：1、洗井不良、井眼净化效果差；2、冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故；3、岩屑过细影响录井。

对钻井液的粘度和切力的要求：尽可能采用较低的粘度及切力。切力越大，悬浮岩屑能力越强，反之越小。

钻井液粘度升高，则钻速降低，因为粘度大、流动阻力大，消耗功率大；另外，粘度太大，在井底易形成粘性垫子，降低和减缓了钻头切削刃对井底的冲击和切削作用，使钻速降低。在钻井过程中，滤失量过高，地层被浸泡，井壁不稳定，损害油气层；另一方面，泥饼厚而松散，摩擦系数高，易粘卡，引起钻头泥包或堵水眼、起钻上提遇卡、下套管遇阻，不利于电测，影响井身质量等。一般要求钻井液具有适当低的滤失量和薄而致密坚韧的泥饼。

初切力与终切力的差值表示了钻井液的另一特征：触变性，即网状结构随静止时间的长短而恢复的程度。差值越大，触变性越强，差值越小，触变性就越弱。

钻井液的触变性是指搅拌后钻井液变稀（切力降低），静止后又变稠（切力升高）的特性。或者说，钻井液的切力随搅拌时间的增长而增大的特性。一般用终切力和初切力的差值表示其触变性的大小。恢复结构所需的时间和最终的胶凝强度（或切力）的大小，是触变性的主要特征。动切力表示钻井液在层流流动时形成结构的能力，又叫屈服值。

实践证明，钻井液携带岩屑的能力随钻井液粘度的升高而增加；紊流携带岩屑优于层流；且钻杆旋转有助于岩屑的上返。但紊流携带岩屑有以下缺点：要求钻井液排量大；岩屑下沉速度比层流大，对井壁冲刷力强。实践证明，通过调节钻井液的流变性，提高动塑比值和降低钻井液的上返速度以实现平板型层流，对提高钻井液岩屑的能力有重大意义。由于紊流的运动方向是紊乱而无规则的，且流速高，动能大，因此对井壁的冲击作用大，易引起地层坍塌。而层流的运动方向都是向上的，一般平行于井壁，速度低，动能小，所以钻井液循环时，需要比较准确地计算出临界上返速度，以保证环空液流保持在层流状态而避免出现紊流。当钻井液停止循环时，希望钻井液中的岩屑和加重剂能够稳定地悬浮着或下沉很慢，不出现沉砂卡钻。在这里起决定作用的是钻井液的静切力和触变性。静切力高，钻井液形成空间网架结构的能力强，悬浮能力强，触变性好；循环停止时，钻井液很快达到一定的切力值，有利于悬浮岩屑和加重剂。

钻井液粘度对钻速的影响：钻井液粘度并不直接影响钻速，而是通过对循环压耗和井底净化等作用的影响而间接影响钻速的。在一定的地面功率条件下，降低钻井液粘度，可以减小钻柱和环形空间的循环压耗，使钻头喷嘴处的压降增加，提高液流对井底的冲击力，加强清除岩屑，使钻速也相应地增加。

有用固相：指维持和调节钻井液性能所必须的固相，如膨润土、重晶石和一些固相处理剂有害固相：除有用固相以外的固相。如岩屑、劣质土和砂粒。

固相含量与钻井的关系：固相含量越低越好，一般控制在0.5％以下。过大有以下危害：1、

固相含量高，钻井液压力大，钻速低；2、

固相颗粒越细对钻速影响越大，而且深入油层会造成永久性堵塞，油气层受损害严重；3、

固相含量高、滤失量大时，泥饼必然厚，摩阻系数增大，因而易引起井下复杂情况的发生；4、

固相含量高，钻井液的流变性难以控制，且流阻大，功耗多，钻井效率低；5、

含砂量大，易造成钻头、钻具等机械设备的磨损；6、

在固相含量高时，钻井液受外界影响大且敏感（如对温度、各种污染物等的影响变大）。尽管如此，为了提供一些必要的钻井液性能，仍需要一定量的有用固相，如膨润土可提高钻井液粘度和切力，加重剂可提高钻井液的密度。

降低固相含量的方法：1、

机械除砂：利用振动筛、除砂器、除泥器等设备降低固相含量；2、

化学除砂：加入化学絮凝剂，将细小的砂子变大而沉降；3、

降低钻井液粘度有利于降低固相含量。

钻井液固相含量及其分散性对钻速的影响：固相含量对钻速的影响很大，不仅固相含量对钻速有影响，固相颗粒的分散度也对钻速有影响，实践证明，钻井液中小于1µm的胶体颗粒越多，对钻速的影响越大，因此，低固相不分散钻井液的推广使用越来越广泛。

钻井液漏失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题：1、

易造成地层孔隙堵塞而损害油气层，滤液大量进入油气层，会引起油气层的渗透率等物性变化，损害油气层，降低产能。2、

泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高。3、

易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼。4、

在高渗透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生在压差卡钻。5、

电测不顺利，并且由于钻井液滤液进入地层较深，水侵半径增大，若超过测井仪器所测及的范围，其结果是电测解释不准确而易漏掉地层。6、

对松软地层、易泡垮易塌地层，会形成不规则的井眼，引起井漏等。

在钻井过程中，钻井液滤失量过高，泥饼厚而松散，对钻井很利，一方面，滤失量过高，地层被浸泡，井壁不稳定，损害油气层；另一方面，泥饼厚而松散，摩擦系数高，易粘卡，引起钻头泥包或堵水眼、起钻上提遇卡、下套管遇阻，不利于电测，影响井身质量等，一般要求钻井液具有适当低的滤失量和薄而致密坚韧的泥饼。

根据漏失量的大小，判断漏层性质，选用相应的堵漏剂。

定向井与水平井钻井液技术1、

钻井液的抑制性：一般地层上部造浆严重，钻井液长时间浸泡地层，容易发生井眼缩径、井壁垮塌等复杂情况，因此，钻井液应具有良好的抑制性，防止地层造浆，稳定钻井液性能，减少井下复杂情况，主要用PHP控制，产生絮凝沉淀。2、

钻井液的润滑性：解决了井眼问题之后，关键的因素是润滑性，主要是在原浆基础上，有以下几点：A、加入润滑剂，使钻井液的摩擦系数小于0.2；B、采用混原油钻井液，混油量为10-20％，如PH值低，原油乳化较差可加乳化剂。C、下套管及电测前加1.5-2%固体润滑剂（塑料小球）保证顺利施工。3、

钻井液的携岩洗井：定向井的岩屑输送能力与井斜角大小、环空流速和钻井液流变性有关，井斜角越大，岩屑输送能力越差，可分三个洗井区：洗井一区0-45度；洗井二区45-55度，钻屑在井眼下井壁形成岩屑沉淀层，并有滑至井底的可能性，在该井段有出现复杂问题和卡钻的危险。洗井三区55-90度。如何调整好钻井液性能减少钻屑沉淀，提高钻井液携岩能力是关键，环空流速越高，岩屑输送能力越大，紊流比层流好，高粘度比低粘度好，及时将井内的钻屑携带出地面，保证井眼清洁，可采取如下措施：A、大排量高返速洗井，311mm井眼采用双泵45-50l/s排量；216mm井眼采用单泵，排量在28l/s以上。B、使钻井液有较高的粘度和切力，钻井液粘度要比相应的直井段高出5-10s，在不影响沉砂的情况下，尽可能提高切力，并利用提高屈服值的方法增大岩屑输送比，钻井液采用紊流比层流好。C、用钻柱旋转和短起下钻的措施破坏岩屑沉积层，使钻井液进入将岩屑带到地面。

定向井与水平井重点技术要求：1、

下套管前用含2％塑料小球的钻井液封裸眼段；2、

井斜大于40度或水平位移大于1000米的井段起钻前和电测前用含2％-4％塑料小球的钻井液封裸眼段；3、

对井斜大于40度或水平位移大于1000米的井，固井时可用含2％塑料小球的钻井液项替水泥浆；4、

对井斜大于60度的斜井段测斜时，用含有2％塑料小球的钻井液替入钻杆中，保证测斜顺利。5、

井斜角大于60度且水平位移大于1000米井段钻进中采取短起下钻措施，活动钻具，破坏岩屑床，大排量洗井。

定向井在216mm井眼中，有增大排量，提高返速的方法，达到紊流洗井的目的，一般30L/S即可。在311mm井眼中或因井塌形成大井眼时，一般可采用高屈服值增大输送比来达到紊流洗井的目的。在井斜0-45度进最好选用层流，井斜角接近水平时最好选用紊流，在井斜超过45度的井段，由于岩屑床的形成，造成起钻遇卡时，可降低粘度，增加流速、紊流加机械扰动的方法，将沉积层破坏带出，然后再按要求提高粘度和动切力，提高输送比，达到携岩洗井的目的。

定向井由于井斜大，施工周期相对较长，钻进中钻具紧贴井壁，钻进中途因测井斜和方位多次，需要钻具长时间静止等特点，因而对钻井液主要指标比直井根严格，首先要有良好的防塌性能，保证井壁稳定；要有良好的润滑性能和防粘卡性能，在钻进中心可能减小扭矩，在静止时不发生粘附卡钻；由于井斜大，携屑困难，以要求钻井液具备优良的携砂能力和悬浮能力。另外，还要求钻井液有非常好的稳定性，长时间静止，钻井液性能不发生变化。因此，定向井钻井液根有优质、稳定的性能和润滑防塌的特性。

定向井钻井液类型的选择：钻井液体系中油包水乳化钻井液、油基钻井液更合乎大斜度定向井的要求，但也成功地使用了不分散低固相水基钻井液、聚合物水基钻井液、饱和盐水钻井液和一般盐水钻井液，通常使用的钻井液体系是经过改进的钻井液体系。

如何解决定向井的携岩洗井问题：1、

采用大排量、高返速洗井，减少岩屑的沉积，增大岩屑的输送能力；2、

开动固相控制设备，清除岩屑；3、

加入增粘剂、絮凝剂，使钻井液有较高的粘度和切力，并利用提高屈服值的方法，增大岩屑输送比；4、

活动钻柱和采取短起下钻的措施破坏岩屑的沉积层，使其进入钻井液而被携带出井眼；5、

保护适合井下情况的钻井液类型，提高岩屑的携带输送能力。

根据不同井型选择钻井液体系：1、

超深井：5000米以上的井，其特点是高温、高压。因而要求钻井液的热稳定性好，高温对性能影响轻、高压差下泥饼压缩性好。这类井最好使用油基钻井液。2、

定向井特点是井眼倾斜，甚至与地面平行，钻具与井壁接触面积大，摩阻高，最好选用油基钻井液或加适量润滑剂（塑料小球或各种润滑剂）的水基钻井液，且严格控制滤失量及泥饼质量。3、

调整井（包括超高压力井）：特点是地层压力异常高，钻井液密度高达，由于要求密度较高，配制及维护困难，一般选用分散型钻井液体系，若条件许可，也可以选用油基钻井液。4、

区域探井或预探井：要求能随时发现油层，应选用地质录井无荧光、能及时发现油气层的低密度钻井液，如聚合物不分散体系。5、

油层全取心井：为保持岩心的原始状态，最好使用不含水或少含水的油基钻井液，也可用密闭液取心。6、

开发井：主要根保护产层及增加钻井速度，故上部使用聚合物不分散体系，下部使用相应的完井液。

井漏的分类:1、

渗透性漏失：一般漏失量较小，漏失速度慢（每小时漏失几立方米至十几立方米）。发生这种漏失时，泵压有所下降，钻井液池液面明显下降。2、

裂缝性漏失：以分天然裂缝性漏失与人为裂缝性漏失。裂缝性漏失速度由每小时几立方米至凡百立方米，视裂缝大小而异。漏失较慢的尚可维持循环；漏失较大的则钻井液有进无出，钻井液也液面急剧下降。3、

溶洞漏失：钻遇溶洞时有跳钻和钻具放空现象，接着是循环失灵，大量漏失且漏速很大，一般每小时漏失100m3以上。

井漏的原因：1、

天然地质条件形成的漏失，如钻遇疏松而渗透性良好的砂岩和砂砾岩，因地层孔隙大，胶结性差、渗透率高，易发生渗透性漏失。若钻遇地层的裂缝、断层或构造力造成的破碎带，碳酸盐地层的溶洞、裂缝等将发生裂缝或溶洞漏失。2、

钻井液性能不合适造成井漏。如密度太高，粘度、切力太大，沉砂困难，造成液柱压力过大，易引起井漏。3、

钻井工艺不当引起井漏。下钻速度太快或下钻后开泵过猛，易产生压力激动将地层压裂造成井漏。

井塌的现象：1、

钻井液的密度、切力、密度、含砂量皆增高，泵压忽高急低，有时会突然憋泵。2、

井口返出岩屑增多，砂样混杂，甚至出现大量的剥蚀掉块。3、

起钻时有遇卡现象，下钻不能到井底。井塌严重时，下钻堵水眼，开泵困难，憋泵甚至卡钻。4、

划眼困难，有时发生憋钻、打倒车、接单根困难，反复划眼效果不大，甚至越划越浅，严重时可造成卡钻。5、

钻井液性能不稳定，变化快，并且起下钻返喷钻井液。

井塌的原因：1、

地质方面的原因。叶岩孔隙压力异常。当地层被钻开形成井眼时，钻井液液柱压力小于孔隙压力，则叶岩孔隙里的液体要涌入井内，随地层孔隙的大小和渗透性不同会出现不同程度的剥落、掉块和坍塌2、

钻井工艺上的原因：A、

钻井液液流的冲蚀。冲蚀能力及其对井塌的影响，取决于液流的流态和速度。紊流和流速越高的液体对井壁的冲蚀能力越大。B、

井内液柱压力激动过大，使井内瞬时的压力过大或过小，造成井壁岩石受力不平衡。C、

因起钻未灌满钻井液或严重井漏以及发生井喷等致使井塌。D、

因下钻钻头碰撞井壁，旋转钻头碰撞井壁以及旋转钻头时搅动钻井液冲蚀井壁等促使井塌发生。3、

物理化学方面的原因---泥叶岩的水化。钻井液滤液进入泥叶岩后，组成泥叶岩的粘土颗粒会水化膨胀产生较大的膨胀压，使井壁岩石受力不平衡造成井塌。

井塌的预防：1、

对地质方面的原因造成的井塌可以提高钻井液密度，以更高的液柱压力平衡地层侧压力。2、

对钻井工艺方面的原因引起的井塌，应注意在钻井工艺和操作上加以改进。3、

抑制泥叶岩水化，使用防塌钻井液。

井塌的处理：1、

提高钻井液的粘度、切力、密度、降低失水量，以小排量循环洗井或钻进，使环形空间的钻井