钻井与完井工程完整超值

钻井与完井工程完整超值第1页/共230页《钻井与完井工程》课时安排概述(2学时)井身结构设计（6学时）

钻井液（8学时）钻井工艺（12学时）压力控制(6学时)定向钻井与防斜（10学时）

固井（

8学时）完井（4学时）储层保护（4学时）课内教学课时（60学时）实践教学环节

（4学时）考试统一安排，不占学时第2页/共230页第一章:绪论第3页/共230页第一章:绪论第一节：钻井与完井的定义第二节：一口井的钻井过程第三节：钻井与完井工程技术发展第4页/共230页钻井定义、目的定义利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的园柱形孔眼的工程。

钻井目的

确切地了解地下地质情况，正确判断储油构造，为油田开发方案提供第一手资料。钻井过程中，可以通过岩屑录井、取心、电测得到地层分层、岩性、岩石的物理化学性质、含油气情况。开采油气，提高油气采收率形成油气到地面通道。油田开采后期钻注水或注气井。

第5页/共230页油气井类型地质基准井（参考井）为了了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理勘探提供各种参数所钻的井预探井主要上为探明油田面积，油水边界线，为油田计算可靠工业储量提供资料。详探井在已证实有工业开采价值的油田上，为确定油层参数，查明油田地质特性，为油田开发做好准备的井，这种井在油层部位要求全取心。第6页/共230页油气井类型生产（或开发）井在已探明储量，有开采工业价值的油田构造上钻产油产气井

注水（气）井为了提高采收率，达到稳产所钻的井。注水注气的主要目的是为了给地层提供生产油气所必须的能量。

第7页/共230页国外钻井水平世界上最深的直井12260米，原苏联在科拉半岛的Ｇ３井，德国正在施工一口设计14000ｍ的井。世界最深的水平井Cliffs油气公司1991.11在

BagouJack油田钻成一口水平井，造斜点井深：4446ｍ、垂深4672ｍ，测深5212ｍ创世界水平井最深纪录。第8页/共230页国外钻井水平世界水平段最长纪录Ｍaersk油气公司1991.11在北海、丹麦海域TvraWestBravo油田钻成一口水平井、测深4768ｍ、垂深2266ｍ、水平段长2501ｍ创当时世界水平段最长纪录。水平位移最大的大位移井Statoil公司在施达福油田钻成一口水平井、测深7028ｍ，垂深2681ｍ、水平位移6086ｍ创世界纪录英国WitchFarm油田，水平位移已经超过10,000m。

第9页/共230页钻井工程技术的发展概念时期（1900-1920）钻井和钻井液配套牙轮钻头使用下套管用水泥封固发展时期（1920-1948）以上概念进一步发展，开始使用大功率钻机。科学化钻井时期（1948-1968）喷射钻井技术（水射流理论）镶齿、滑动密封轴承钻头的使用低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术第10页/共230页钻井工程技术的发展自动化钻井时期（1968－目前）自动化钻机井口自动化工具钻井参数自动测量计算机在钻井工程中应用最优化钻井技术（系统工程分析理论）井下闭环钻井系统随钻地震第11页/共230页一口井钻井过程钻前工程

定井位、平井场及修公路钻井工程

钻机搬安、一开、固表层套管、二开、固技术套管、…,钻至完钻井深、完井电测、固油层套管完井工程

第12页/共230页钻井设计

地质设计：

构造、井口坐标、目的层、岩性描

述、地质录井要求工程设计：

钻井设备、井身结构、钻头设计、钻柱设计、钻井液设计、水力参数设计、套管强度设计、井口装置、钻井施工措施

第13页/共230页oilzone井身结构(CasingProgram)一开：第一次开钻二开：固表层套管后在开钻三开：。。。第14页/共230页与钻进有关的几个基本概念钻机钻头钻具钻柱钻井液钻压转速排量接单根

第15页/共230页与钻进有关的几个基本概念起下钻第16页/共230页旋转钻井钻机

动力系统

旋转系统

提升系统

循环系统

井控系统

第17页/共230页旋转钻井系统第18页/共230页动力系统(Powersystem)柴油机

(dieselengine)发电机

(generator)传动机构

(compound)机械传动

(MechanicalPowerTransmission)柴油机-电传动

(diesel－electricPowerTransmission)第19页/共230页旋转系统(Rotatingsystem)转盘

(RotaryTable)转盘方补心

（MasterBushing)方补心

(kellyBushing)方钻杆

(kelly)钻柱

(drillstring)钻头

(bit)

第20页/共230页转盘(RotaryTable)第21页/共230页

转盘(RotaryTable)第22页/共230页钻

铤DrillCollar稳定器Stabilizer接

头(Tooljoint)钻

头RockBit接

头sub钻

杆drillpipe钻

杆DrillPipe方钻

杆Kelley

钻柱组成

Compositionofdrillstring第23页/共230页钻头(RockBit)

第24页/共230页

第25页/共230页起升系统(Hoistingsystem)井架（derrick)绞车（drawworks)钢丝绳

(wirerope、fastline、deadline)天车（Crown)游动滑车

(travelingBlock)大钩

（Hook)第26页/共230页第27页/共230页

第28页/共230页循环系统（CirculatingSystem)泥浆泵（pump)立管(standpipe)水龙头(swivel)方钻杆(kelly)钻柱(drillstem)钻头(bit)环空(annulus)

出口管线(dischargeline)震动筛shaleshaker除气器(degasser)除砂器desander除泥器(desilter)泥浆罐

(mudtank)

第29页/共230页泥浆泵

第30页/共230页第31页/共230页钻井泵（Pump)第32页/共230页钻井泵（Pump)第33页/共230页井控系统（ThewellControl)球型防喷器（AnnularBOP）旋转防喷器（RotatingBOP)闸板防喷器（RamBOP）方钻杆旋塞（Kellycock）压井管汇（chokemanifold）第34页/共230页第35页/共230页球型防喷器（AnnularBOP）

第36页/共230页闸板防喷器（

RamBOP）

第37页/共230页旋转防喷器（

RBOP）第38页/共230页地面节流管汇

chokemanifold

第39页/共230页oilzone井身结构(CasingProgram)第40页/共230页固井在钻井到设计套管下入深度后，下入套管在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥浆候凝，使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的强度固井的关键技术下套管工艺水泥浆的配方设计注水泥工艺（浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程中的压力控制）固井质量检测第41页/共230页完井方法(Completiom)1、射孔完井oilzoneoilzone2、裸眼完井第42页/共230页oilzoneoilzone裸眼砾石充填完井套管砾石充填完井grabedpacked第43页/共230页oilzone割缝衬管完井(slottedLiner)第44页/共230页钻井新技术深井超深井技术（DeepwellDrilling)水平井钻井技术（HorizontalwellDrilling)大位移井

ERDDrillingTech.

(ExtendedReachDisplacement)欠平衡钻井技术(UnderbalancedDrilling)连续油管的应用(CoiledtubingTech.)保护油气层的钻井完井技术小井眼钻井技术（SlimHoleDrilling）

第45页/共230页钻井新技术深井超深井技术（DeepwellDrilling)高温高压的钻井液技术高温高压的固井技术深井钻柱、套管柱强度设计深井提高钻速技术深井井斜控制技术第46页/共230页钻井新技术水平井钻井技术（Horizontalwell)定义长半径（2-6/30m、半径：300m-900m）中半径（8-20/30m、半径：86m-215m）短半径

(5-10/m、半径：10m-20m)关键技术井眼轨迹测量和控制技术地质导向钻井技术井下闭环钻井技术应用是提高开发效益的有效手段。其优点包括提高单井产量，减小水锥和气锥，已经在全国各大油田进行了推广应用。第47页/共230页钻井新技术大位移井钻井技术（测深/垂深>2的井）应用范围：海上钻井平台海边开采近海油藏环境保护要求特别严格的地区设备：顶驱大尺寸钻杆改进钻机，增大钻机负荷可变径稳定器先进的随钻测量系统

第48页/共230页大位移井

ERDDrillingTech.

(ExtendedReachDisplacement)理论问题井身轨迹优化井壁稳定理论摩阻分析扭矩测量及分析环空流体学及环空携岩钻柱强度分析

钻井新技术第49页/共230页钻井新技术欠平衡钻井技术(UnderbalancedDrilling)定义：指钻井过程井内压力小于地层压力一定值的钻井过程设备：旋转防喷器、井内流体的地面多级分离器、惰性气体发生器基本理论：多相流理论优点：适合于在异常低压地区钻井及时发现和保护油气层提高机械钻速，降低钻井成本

第50页/共230页钻井新技术连续油管的应用(CoiledtubingTech.)应用：钻井完井修井理论：流体力学分析疲劳寿命估计第51页/共230页CoiledTubing(reeledtubing)第52页/共230页CoiledTubing(reeledtubing)

第53页/共230页CoiledTubing(reeledtubing)ApplicationsThrough-tubingre-entryConventionalre-entryUnderbalanceddrillingSlimholeexplorationOperationUnitisautomatedandcontrolledusingaPC-basedsystemwithagraphicaloperatorinterfaceinsidethecontrolcabin.Operatedbyamulti-taskcrewOn-linedirectionaldrillingprocess第54页/共230页钻井新技术保护油气层的钻井完井技术岩性测定及分析技术储层敏感性评价技术有气层损害机理研究油气层损害评价技术保护有气层的钻井液完井液技术保护油气层的固井技术负压射孔技术保护油气层的压裂酸化技术第55页/共230页第二章：井身结构设计第56页/共230页第二章：井身结构设计第一节：地层压力理论及预测方法Dc指数声波时差地震层速度法第二节：地层破裂压力预测理论计算地破试验第三节：地层坍塌压力预测第四节：井身结构设计第五节：生产套管尺寸设计（自学）第57页/共230页井身结构定义套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。

主要内容确定套管的层数确定各层套管的下深

确定套管尺寸与井眼尺寸的配合

影响因素地层压力（地层压力、破裂压力、地层坍塌压力）工程参数

地层必封点第58页/共230页地层压力理论及预测方法静液柱压力（Hydrostaticpressure）Ph定义静液压力是由液柱重力引起的压力。计算

ρ：液体密度,（g/cm3）H:液柱垂直高度，mPh

第59页/共230页地层压力理论及预测方法压力梯度(Pressuregradient)单位高度（或深度）增加的压力值

在油田，为方便起见，有时压力梯度单位直接用密度单位。或直接用压力系数的概念。有效密度（当量密度）钻井液在流动过程或被激励中有效地作用在井内的压力为有效液柱压力通过有效压力换算得到的液体密度称为等效密度。第60页/共230页地层压力理论及预测方法上覆岩层压力PO定义：某处地层的上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的地层基质（岩石）和孔隙中流体（油气水）的总重力造成的压力。计算

P0：上覆岩层压力；MPa；Φ：无量纲的小数ρrm:岩石骨架密度，g/cm3；ρ:地层空隙中流体密度，g/cm3；H：井深，m.Po

第61页/共230页地层压力理论及预测方法地层压力(FormationPressure)PP地层压力是指岩石孔隙中流体（油气水）的压力，也叫地层孔隙压力。骨架应力(matrixpressure)由岩石颗粒之间来支撑的那部分上覆岩层压力。

PoPp

第62页/共230页地层压力理论及预测方法地层破裂压力(fracturepressure)在井中，当井内液体压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层破裂压力。地层坍塌压力(Cavingpressure)当井内液柱压力低于某一值时，地层出现坍塌或缩径，我们称这个压力为地层坍塌压力。现象：当井内液柱压力低于地层坍塌压力时，对于脆性地层出现坍塌，对于塑性地层出现缩径。第63页/共230页2008-9-18

井底环空压力

1、不循环时：

2、钻进时：

3、起下钻时：

Pg为起下钻波动压力

地层压力理论及预测方法第64页/共230页地层压力理论及预测方法异常地层压力正常地层压力一般为盐水液柱压力PW。不在正常地层压力范围内的压力称为异常地层压力。异常低压PP<Pw异常高压

PP>PwH

P

Pw

Po

上覆岩层压力孔隙压力高骨架应力正常地层压力异常低压异常高压孔隙压力第65页/共230页地层压力理论及预测方法异常低压产生原因生产层长期开采衰竭地下水位很低异常高压产生原因特点异常高压地层与正常地层之间有一个封闭层原因沉积物的快速沉积，压实不均匀渗透作用构造作用水增热作用油田注水第66页/共230页2008-9-18

压实效应

P

DP

PO

海面/地面异常高压形成的原因地层保持正常的压实平衡，取决于：（1）沉积速率（2）孔隙空间减少速率（3）地层渗透率（4）排出孔隙流体的能力第67页/共230页异常高压形成的原因水热作用：岩层孔隙中的流体受热膨胀，一旦出现隔绝的环境，地层孔隙中流体的压力就会急剧增加。渗透作用：水或者溶液被适当的薄膜（泥岩层）隔开时，水从淡溶液到浓溶液的自然流动，导致高浓度溶液一侧水增多，如果排水作用受到阻碍，形成高压。低浓度高浓度第68页/共230页2008-9-18

流体运移异常高压形成的原因第69页/共230页2008-9-18

地层压力理论及预测方法地层压力预测（监测）方法Dc指数法原理：机械钻速随压差的减少而增加。正常情况下，钻速随井深的增加而减小，Dc增加，在异常高压地层，钻速增加而dc减小。

适用范围：岩性为泥岩、页岩；钻进过程中的地层压力监测和完钻后区块地层压力统计分析。dH第70页/共230页地层压力理论及预测方法Dc指数法预测的原理D指数钻速方程：

D指数

V:钻速,m/h;N:转速：r/minP:钻压,kN;Db:钻头尺寸,mm第71页/共230页第72页/共230页地层压力理论及预测方法dc指数法预测的原理dc指数对钻井液密度变化进行修正

dc指数

ρmN:正常地层压力梯度，g/cm3;ρm:实际钻井液密度，

g/cm3;第73页/共230页地层压力理论及预测方法 d指数

dc指数第74页/共230页地层压力理论及预测方法dc指数监测地层压力的方法按一定深度取点，一般1.5－3m取一点，如果钻速高可以5－10m一个点，重点井段1m一点，同时记录每个记录点的钻头尺寸、钻速、钻压、转速、地层水和钻井液密度。计算dc指数通过统计分析的方法建立正常压力趋势线计算地层压力提示如有必要，必须对钻头尺寸进行校正；一个构造上的正常压力可以通过多个井得到，以提高预测的准确程度；Dc指数预测地层压力所得到的结果可能与其它方法所得到的结果不尽一致。第75页/共230页地层压力理论及预测方法地层压力计算反算法

P——所求井深地层压力当量密度，g/cm3；

n——所求井深正常地层压力当量密度，g/cm3

dCN——所求井深处正常趋势线上的dc指数值；

dcR——所求井深实际dc指数。

dcHdcndcR第76页/共230页地层压力理论及预测方法地层压力计算等效深度法：若地层具有相同的dc指数，则认为其骨架应力相等,即：

PP——所求深度的地层压力，MPa

H——所求地层压力点的深度，m；

G0——上覆地层压力梯度，MPa/m

Gn——等效深度处的正常地层压力梯度，MPa/m

HE——等效深度，m。

dcHHEH

第77页/共230页2008-9-18

dcH地层压力理论及预测方法等效深度计算

地层压力计算步骤钻井参数录入钻速、钻压、转速、地层水密度、钻井液密度计算dc指数回归正常趋势线计算地层压力HEH

第78页/共230页地层压力理论及预测方法地层压力预测（监测）方法声波时差法原理：声波在地层中的传播速度与岩石的密度、结构、孔隙度及埋藏深度有关。当岩性一定时，声波的速度随岩石孔隙度的增大而减小，对于沉积压实作用形成的泥岩、页岩，在正常地层压力井段，随着井深增加，岩石孔隙度减少，声波速度增加，声波时差减小；在异常压力井段，岩石空隙度增加，声波速度减少，声波时差增大。因此，可以通过声波时差偏离正常趋势线的大小预测地层压力。适用范围：岩性为泥岩、页岩；完钻后进行地层压力评价。

第79页/共230页2008-9-18

H地层压力理论及预测方法声波时差（用页岩的声波时差）要求：足够数量的测井数据H：井深，mΔt:井深H处的泥岩声波时差，μs/ftΔt0:表层泥岩声波时差,μs/ftC：正常趋势线斜率A:正常趋势线截距第80页/共230页地层压力理论及预测方法声波时差法预测地层压力预测步骤在标准声波时差测井资料上选择泥质含量大于80%的泥页岩层段，以5m为间隔点读出井深相应的声波时差值，并在半对数坐标上描点；建立正常压实趋势线及正常压实趋势线方程；将测井曲线上的声波时差值代入趋势线方程，求出等效深度HE；用等效深度法计算地层压力PP。

对于碳酸岩类地层的孔隙压力预测，除了随钻测量外，目前还未研究出成熟的技术。

第81页/共230页地层压力理论及预测方法地层压力预测（监测）方法地震层速度法原理：在不同岩性、不同压实程度情况下，地震波速存在差异。在正常压实地层，随着深度增加，地震波速增加；在异常压力地层，随着深度的增加，地震波速减小。适用范围：钻前对区域地层压力进行评价。

第82页/共230页地层破裂压力确定方法理论计算井眼井壁的应力：

最大最小水平主应力第83页/共230页地层破裂压力确定方法理论计算井壁上的周向应力（切向应力）：

井壁破裂的原因井壁上的有效切向应力超过岩石的抗拉强度（破坏准则）

井壁上的有效应力

α有效应力系数，Biot系数第84页/共230页地层破裂压力确定方法地层破裂压力计算地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的。地层破裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过岩石的拉伸强度（抗张强度）

St：地层的拉伸强度，MPa；

μ：泊松比Po:上覆岩层压力MPa;α

：有效应力系数A、B：构造应力系数Pp：地层孔隙压力，MPa第85页/共230页2008-9-18

测试方法

PPf=Pstand_pipe+Pm

地层破裂压力确定方法第86页/共230页2008-9-18

液压试验（泄漏试验）

P泵入量：V立管压力PA地层破裂压力确定方法第87页/共230页地层破裂压力确定方法地层破裂压力的现场测试循环调节泥浆性能，保证泥浆性能稳定，上提钻头至套管鞋内，关闭防喷器。

用较小排量（0.66~1.32l/s）向井内泵入泥浆，并记录各个时间的注入量及立管压力。

作立管压力与泵入量（累计）的关系曲线图，如右图所示。

从图上确定各个压力值，漏失压力P1，即开始偏离直线点的压力，其后压力继续上升；压力上升到最大值，即为断裂压力Pf；最大值过后压力下降并趋于平缓，平缓的压力称为传播压力。

第88页/共230页地层破裂压力确定方法地层破裂压力的现场测试求破裂压力当量泥浆密度ρmax

m——试验用泥浆密度，g/cm3；

P1——漏失压力，MPa；H——裸眼段中点井深，m。

地层破裂压力梯度(MP/m)第89页/共230页地层坍塌压力确定方法造成井壁坍塌的原因主要是由于井内液柱压力太低，使得井壁周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成的，此时，对于脆性地层会产生坍塌掉块，井径扩大，对塑性地层，则向井眼内产生塑性变形，造成缩径。岩石的强度条件（强度准则）根据库仑-莫尔的研究，岩石破坏时剪切面上的剪应力必须克服岩石的固有剪切强度值（称为粘聚力），加上作用于剪切面上的内摩擦阻力。

C:岩石的粘聚力(内聚力)Φ：岩石的内摩擦角；σN:岩石剪切面上的法向正应力.第90页/共230页地层坍塌压力确定方法岩石破坏准则Mohr—Coulomb准则

岩石的剪切破坏α

有效应力系数（Biot系数），

Φ内摩擦角σ1和σ1分别为井壁上的最大和最小主应力第91页/共230页地层坍塌压力确定方法地层坍塌压力计算

H：井深，m；Ρ：钻井液密度，g/cm3；

C：岩石的粘聚力，MPa；η:地层非线性弹性修正系数（0.9～0.95）；σH

、σh：地层最大和最小水平地应力，MPa

第92页/共230页地层压力理论及预测方法泥页岩强度和力学参数的确定

岩石强度参数的确定

内聚力内摩擦角

抗拉伸强度

静态弹性参数的确定

泊松比弹性模量地层有效应力系数α的确定

利用声波时差测井参数第93页/共230页井身结构设计定义套管层次、套管下入深度以及井眼尺寸（钻头尺寸）与套管尺寸的配合。

目的保证安全、优质、快速和经济地钻达目的层内容下入套管层数各层套管的下入深度选择合适的套管尺寸与钻头尺寸组合第94页/共230页2008-9-18

井身结构设计井身结构设计的主要原则能有效保护油气层能避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况,为全井安全、优质、快速和经济地钻进创造条件；当实际地层压力超过预测值使井出现液流时，在一定范围内，具有压井处理溢流的能力。第95页/共230页2008-9-18

井身结构设计套管类型导管钻表层井眼时，将钻井液从地表引导到钻台平面上来。表层套管防止浅层水受污染，封闭浅层流砂、砾石层及浅层气，支撑井口设备装置，悬挂依次下入的各层套管的载荷。技术套管（中间套管）封隔坍塌地层及高压水层封隔不同的压力体系继续钻井的需要第96页/共230页井身结构设计

套管类型油层套管（生产套管）为油气生产提供流通通道保护产层、分层测试、分层采油、分层改造尾管技术尾管生产尾管尾管回接第97页/共230页2008-9-18

井深当量泥浆密度GpGf井身结构设计考虑的因素

岩性剖面及故障提示地层压力、地层破裂压力工程参数正常作业：抽吸压力系数Sw、激动压力系数Sg、地层压裂安全增值Sf出现液流：抽吸压力系数Sw、地层压裂安全增值Sf、考虑液流情况下地层压力增加值

SK最大允许压差ΔPN(ΔPa)第98页/共230页井身结构设计井身结构设计关键参数最大钻井液密度：某一层套管的钻进井段中所用的最大钻井液密度，和该井段中的最大地层压力有关：

ρmax:某层套管的钻进井段中所使用的最大钻井液密度，g/cm3；ρpmax该井段的最大地层压力梯度，

g/cm3；Sw:考虑到上提钻柱时抽吸作用使井底压力降低，为了平衡地层压力所加的附加钻井液密度，

g/cm3。Sw=0.024-0.048g/cm3.第99页/共230页井身结构设计井身结构设计关键参数最大井内压力梯度正常作业（起下钻、钻进）：正常钻井条件下，井内最大压力梯度是发生在下放钻柱时，由于产生压力激动使得井内压力增高，设由于压力激动使井内的压力增加值为Sg，则最大井内压力梯度为：

Sg:激动压力梯度当量密度；

g/cm3；Sg=0.024-0.048g/cm3第100页/共230页井身结构设计井身结构设计关键参数最大井内压力梯度（续）发生液流时：为了制止液流，如压井时井内压力增高值为Sk,则最大井内压力梯度为：

Sk=0.060g/cm3

上式只适用于发生液流时最大地层压力所在的井深Hpmax的井底处，而对于井深为Hn的任意井深处的井内压力梯度为：第101页/共230页2008-9-18

关井井底最大压力

PsdPmE=Psd+Pm

井身结构设计HpmaxH对于任意井深H处：

第102页/共230页井身结构设计井身结构设计关键参数套管下深的临界条件为了确保上一层套管鞋处的裸露地层不被压裂，应该保证，某一井段的最大井内液柱压力梯度满足：

ρf:上一层套管下入深度处裸露地层的破裂压力梯度；

g/cm3Sf：为避免将上一层套管下入深度处裸露地层压裂的安全值，

Sf=0.024-0.048g/cm3当量泥浆密度GpGf第103页/共230页井身结构设计最大允许压差为了在下套管过程中，不致于发生压差粘卡套管的事故，应该限制井内钻井液液柱压力与地层压力的压力差值，即规定最大允许压差。最大允许压差的取值在正常压力地层：

ΔPN=11-17MPa在异常压力井段：

ΔPa=14-22MPaPPPm第104页/共230页井身结构设计设计步骤和方法（1）各层套管（不含油层套管）下入深度初选点Hni的确定正常钻进时：

ρfnr:在设计套管层所在的裸眼井段内，在最大井内液柱压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm3;（裸眼井段井内最大液柱压力梯度）ρmax:裸露井段预计的最大地层压力梯度，

g/cm3;第105页/共230页井身结构设计设计步骤和方法（1）各层套管（不含油层套管）下入深度初选点Hni的确定（续1）发生液流时时：

ρfnk:在设计套管层所在的裸眼井段发生液流时，在最大井内压力梯度作用下，上部裸露地层不致破裂所应有的地层破裂压力梯度，g/cm3;（井深为Hni处井内液柱压力梯度）Hni:设计层套管的初始下入深度，m;Hpmax:最大地层压力所对应的井深;m。第106页/共230页井身结构设计设计步骤和方法（1）各层套管（不含油层套管）下入深度初选点Hni的确定（续2）比较正常钻井情况下和发生液流情况下的最小地层破裂压力，

一般地ρfnk>ρfnr,因此通常按ρfnk计算，只有在肯定不会发生液流的情况下，才按ρfnr计算。对于技术套管，首先计算出ρfnk，然后通过作图或数字计算的方法找到地层破裂压力为ρfnk的井深，该井深即为技术套管下入的初选点。对于技术套管，需要校核是否会卡套管，对于表层套管，则一般不必进行压差粘卡套管的校核第107页/共230页当量泥浆密度GpGf正常工况（起钻、下钻）发生液流时当量泥浆密度GpGf第108页/共230页井身结构设计设计步骤和方法（2）校核套管下入初选点Hni是否会发生压差粘卡套管所用最大钻井液密度与最小地层压力之间实际的最大静止压差：

ΔP：套管所受到的最大静止压差，MPa；ρmin：该井段内最下地层压力,g/cm3;Hmm：该井段最小地层压力所对应的最大井深,m。GpGfHmm第109页/共230页井身结构设计设计步骤和方法（2）校核套管下入初选点Hni是否会发生压差粘卡套管（续1）比较ΔP与ΔPN(ΔPa)PPN（或Pa），则假定深度Hni为中间套管下入深度。

若P>PN（或Pa），则中间套管下至Hni过程中有被卡危险。在这种情况下,必须采取下尾管的方法解决。

确定技术套管的下入深度：先计算不卡套管的最大地层压力梯度，g/cm3;

与ρpper对应的井深即为经过校核的技术套管下深Hn第110页/共230页井身结构设计设计步骤和方法（3）在技术套套下入深度浅于初选点的情况下，确定尾管的下入深度Hn+1确定尾管下入深度的初选点Hn+1,I

由技术套管鞋处的地层破裂压力梯度ρfn可求得允许的最大地层压力梯度ρpper:

通过数字计算或作图法找到与ρpper相等的地层压力梯度所对应的井深，该井深即为尾管下入深度的初选点。校核尾管的下入深度初选点是否会发生卡套管第111页/共230页采用迭代法，试取一个Hn+1值求ρpper，如果ρpper大于该深度的实际地层压力梯度，且二者接近，则Hn+1就是尾管下入深度。GpGfHnHn+11)中间套管下深Hn的确定与ρpper相对应的井深即为中间套管下深Hn。2)尾管下深Hn+1的确定ρfn:技术套管下深Hn处的地层破裂压力梯度第112页/共230页2008-9-18

步骤1、定中间套管最大下入深度假定点。

根据可能钻遇的最大地层压力求设计破裂压力梯度

井身结构设计当量泥浆密度GpGf第113页/共230页2008-9-18

步骤2、验证中间套管是否有卡套管的危险。

如有，则应减小下深3、加下一层尾管井身结构设计当量泥浆密度GpGf第114页/共230页2008-9-18

步骤4、 确定表层套管下入 深度。

井身结构设计当量泥浆密度GpGf第115页/共230页井身结构设计油层套管从井底到井口（对于射孔完井）当量泥浆密度GpGf第116页/共230页生产套管尺寸应满足采油方面要求。根据生产层的产能、油管大小、增产措施及井下作业等要求来确定。对于探井，要考虑原设计井深是否要加深，地质上的变化会使原来的预告难于准确，是否要求井眼尺寸上留有余量以便增下中间套管，以及对岩心尺寸要求等。要考虑到工艺水平，如井眼情况、曲率大小、井斜角以及地质复杂情况带来的问题。并应考虑管材、钻头库存规格等的限制。

1．设计中考虑的因素

套管尺寸与井眼尺寸选择及配合第117页/共230页确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行，首先确定生产套管尺寸，再确定下入生产套管的井眼尺寸，然后确定中层套管尺寸等，依此类推，直到表层套管的井眼尺寸，最后确定导管尺寸。生产套管根据采油方面要求来定。勘探井则按照勘探方要求来定。套管与井眼之间有一定间隙，间隙过大则不经济，过小会导致下套管困难及注水泥后水泥过早脱水形成水泥桥。间隙值一般最小在9.5~12.7mm(3/8~1/2in)范围，最好为19mm（3/4in）。

2．套管和井眼尺寸的选择和确定方法

套管尺寸与井眼尺寸选择及配合

第118页/共230页3．套管及井眼尺寸标准组合

四、套管尺寸与井眼尺寸选择及配合

81/2第119页/共230页井身结构设计—实例计算分析

例1某井设计井深4873m，其地层压力梯度和地层破裂压力梯度剖面图如图2-11示。该井无地质复杂层。设计系数取以下值：

Sw=0.036g/cm3

Sg=0.036g/cm3

Sf=0.024g/cm3

Sk=0.060g/cm3

Pn=16.56MPa

Pa=21.36MPa破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度HN

第120页/共230页（1）求中间套管初始下入深度

钻遇最大地层压力梯度=2.113g/cm3

考虑抽汲压力Sw=0.036g/cm3

考虑钻柱下放、压力激动Sg=0.036g/cm3

考虑安全因素Sf

=0.024g/cm3

如按正常工况，则：

fnr

=2.209g/cm3

从压力剖面图横坐标上2.209处引垂直线，该垂线与地层破裂压力梯度曲线相交，交点H3的相应井深4146m为中间套管下入深度初始选定点，该深度地层压力梯度为1.74g/cm3。破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度HN

fD井身结构设计—实例计算分析

第121页/共230页（2）验证中间套管下入4146m深度是否有卡套管的危险

其中m=PH2+Sw(PH2即4146m井深地层压力梯度)，PH2=1.74（g/cm3）

1.74+0.036=1.776g/cm3。

HN=3384m（压力剖面图最小地层压力对应的最大井深），代入上式

=23.08MPa

因为23.08>16.56

所以中间套管下入井深4146m有卡套管的危险，中间套管下入井深应当减小。井身结构设计—实例计算分析

第122页/共230页

求在允许压力差16.56MPa的条件下，中间套管下入深度H2

HN=3384m

m-Sw=中间套管下入深度处的地层压力梯度

1.579-0.036=1.543g/cm3

在压力剖面图上找到1.543g/cm3

，引垂线与地层压力梯度线相交，交点即为新计算的中间套管下入深度3826m

。

破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度井身结构设计—实例计算分析

第123页/共230页（3）计算中间尾管最大下入深度H3

4146m-3826m=320m

校核尾管下入4146m井深压差卡钻可能性。钻井尾管下入4146m时采用的钻井液密度=4146m处地层压力梯度+Sw=1.74+0.036=1.776g/cm3

P=0.00981(1.775-1.543)3826=8.745MPa

因为8.745<21.36，下入中间尾管时不会卡尾管。校核钻井至4146m时，如果产生溢流，给定0.060g/cm3溢流条件，压井时中间套管3826m处是否会被压裂，产生地下井喷危险。中间尾管井深4146m处地层压力梯度=1.74g/cm3

=1.865g/cm3

井深3826m处地层破裂压力梯度=2.172g/cm3。因为1.865<2.172，所以当钻至井深4146m，若发生溢流，关井不会压裂中间套管鞋处地层。井身结构设计—实例计算分析

第124页/共230页（4）表层套管可下深度H1

根据中间套管下入深度3826m处地层压力梯度，给定0.060g/cm3的溢流条件，试算表层套管可下深度。

设表层套管下入深度=1067m

=1.819g/cm3

井深1067m处地层破裂压力梯度=1.693g/cm3。溢流后压井时，给予1067m处的压力负荷大于该处地层破裂压力梯度，会压裂地层产生地下井喷的危险。试算深度不能满足要求。

井身结构设计—实例计算分析

第125页/共230页设表层套管下入深度=1450m，则

井深1450m处地层破裂压力梯度=1.780g/cm3。因为f1450>fD1450，且相近，所以表层套管下入深度H1=1450m，满足设计要求。破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度井身结构设计—实例计算分析

第126页/共230页（5）油层套管下入4878m深度是否有卡套管的危险P=0.00981（2.113+0.035-1.74）4146=16.635MPa因为16.635<21.36，油层套管下入4878m不会卡套管。

这样，该井设计的套管程序如表

套管层次下入深度m

表层套管中间套管中间尾管油层套管1450382641464878破裂压力梯度1450m3826m4146m地层压力梯度井身结构设计—实例计算分析

第127页/共230页第二章作业

井身结构设计的任务、依据。有关的基本概念（地层压力、地层破裂压力、地层坍塌压力）简述dc指数法、声波时差法预测地层压力的原理和使用的条件。（书面作业）什么是破裂压力？岩石破裂的力学机理是什么？液压试验确定地层破裂压力的原理、步骤。坍塌压力是什么？摩尔-库仑准则的含义和适用范围。井身结构设计的步骤和基础数据是什么？（书面作业）熟悉掌握井身结构设计的计算方法第128页/共230页第三章

钻井液技术第129页/共230页本章内容包括:概论粘土矿物和粘土胶体化学基础钻井液的工艺性能钻井液的流变性钻井液的滤失和造壁性钻井液的其它性能钻井液处理剂及原材料钻井液体系复杂情况处理第130页/共230页概论——钻井液定义狭义钻井液:粘土以小颗粒状态(<2μ)分散在水中所形成的溶胶-悬浮体.(mud)广义钻井液:一切有助于从井眼中产生和清除钻屑的流体.(drillingfluid)API定义:用于钻井的具有各种各样功用以满足钻井工作需要的循环流体第131页/共230页概论——钻井液的功用清除井底钻屑并将其携带至地面稳定井壁及控制地层压力冷却和润滑钻头、钻具提供低渗透、韧性好的泥饼保护井壁停止循环时悬浮环空中的钻屑及加重材料给钻头传递水力能量

第132页/共230页ThePrimaryFunctionsofDrillingFluidCleantherockfragmentsfrombeneaththebitandcarrythemtothesurfaceExertsufficienthydrostaticpressureagainstsubsurfaceformationstopreventformationfluidsfromflowingintothewell.Keepthenewlydrilledwellboreopenuntillsteelcasingcanbecementedinthehole.Coolandlubricatetherotatingdrillstringandbit.第133页/共230页概论——钻井液不应具有既不能伤害钻井人员，又不能损害或污染环境对所设计的地层评估有不利的性能对产层产生伤害对钻井设备和管材造成较大腐蚀Detrimentaltotheoperatorsandenvironment.Detrimentaltotheformationevaluation.Causeanyformationdamage.Causeanycorrosionofthedrillingequipmentandsubsurfacetubulars.第134页/共230页概论——钻井液的分类液体气体气－液混合物水基钻井液泡沫（以气为主）充气泥浆（以液为主）空气天然气油基钻井液合成基钻井液第135页/共230页概论——钻井液的分类LiquidGasGas-liquidmixtureWaterbasemudsFoam(mostlygas)

Areatedmuds(mostlyliquid)

airNaturegasOilbasemudsSyntheticbasemuds第136页/共230页概论——优质钻井液的标准有利于安全、快速、优质、低耗钻井；有利于取全、取准各项工程、地质资料；有利于发现、保护油气层。Safe,Fast,Best,low-costdrilling.Getallkindsofengineeringandgeologicalinformation.Findandprotectpayzones.第137页/共230页概论——钻井液的分类分散钻井液(dispersedDrillingFluids)定义：用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂配制而成的水基钻井液特点可容纳较多的固相，适合于配制较高密度的钻井液容易在井壁上形成较致密的泥饼，失水较低某些分散钻井液具有较强的抗温能力，适合于深井和超深井使用。第138页/共230页概论——钻井液的分类钙处理钻井液(Calciumtreateddrillingfluids)定义：体系中同时含有一定浓度的Ca2+

和分散剂。特点抗盐、钙污染的能力强抑制粘土的水化分散作用，控制页岩坍塌和井径扩大，减少对油气层的损害盐水钻井液(saltwaterdrillingfluid)定义：用盐水或海水配制而成。含盐量从1％（Cl-为6000mg/l)直至饱和(Cl-为189,000mg/l)之前。特点对粘土水化有较强的抑制作用第139页/共230页概论——钻井液的分类饱和盐水钻井液(Saturatedsaltwatermuds)定义：钻井液中

NaCl的含量达到饱和的钻井液体系。特点：用于钻进大段盐层和和复杂的盐膏层第140页/共230页概论——钻井液的分类聚合物钻井液(Polymerdrillingfluid)定义:以某些具有絮凝和包被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基钻井液体系。特点各种固相颗粒可以保持在较粗的范围内钻屑不易分散成细微颗粒优点钻井液密度和固相含量低，钻速高，地层损害小剪切稀释特性强聚合物处理剂有较强的包被和抑制分散的作用，有利于抑制地层造浆和保持井壁稳定。

第141页/共230页概论——钻井液的分类钾基聚合物钻井液(potassium-basepolymerDF)定义：以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCl为主处理剂的防塌钻井液体系特点在各种无机盐中，以KCl抑制粘土水化的效果最好。聚合物处理剂的存在使该钻井液体系具有聚合物钻井液的各种优良特性。在钻遇泥页岩地层时，具有理想的防塌效果。第142页/共230页概论——钻井液的分类油基钻井液(oilbasedmuds)定义：以油作为连续相的钻井液为油基钻井液。油水比在（50－80）:(50－20)油包水乳化钻井液最为常用。特点抗高温有很强的抑制性有很强的抗盐、钙的污染能力润滑性好能有效地减轻对油气层的伤害成本较高、配制工艺复杂、污染环境第143页/共230页概论——钻井液的分类合成基钻井液(syntheticbasemuds)定义：以合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻井液。特点：使用无毒并且能够生物降解的非水溶性的有机物取代了油基钻井液中柴油，该钻井液不仅保持了油基钻井液的优良特性，而且大大减轻了钻井液排放时对环境造成的不良影响，尤其适合于海上钻井。气体型钻井流体空气或天然气钻井流体雾状钻井流体泡沫钻井流体充气钻井液保护储层的钻井液第144页/共230页概论——钻井液的组成水基泥浆：固相颗粒悬浮在水中或盐水中，油可以乳化到水中，此时，水是连续相。(膨润土+水+化学处理剂+加重材料＋钻屑)油基泥浆：固相颗粒悬浮在油中，水或盐水乳化在油中，即油是连续相。

(柴油+沥青/有机土+处理剂)气体：用高速气体或天然气清除钻屑

第145页/共230页概论——钻井液的组成

第146页/共230页概论——钻井液技术发展概况发展水基钻井液清水

分散钻井液

抑制性钻井液

不分散聚合物钻井液油基钻井液原油

柴油为连续相钻井液

油包水乳化钻井液预测钻井液强化井壁技术复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井液技术新型钻井液体系及其处理剂的研制与应用废弃钻井液的处理技术保护油气层的钻井液技术第147页/共230页概论——国内钻井液技术发展特点同样经历了这些阶段,但滞后一定时间;水基体系的研究应用比油基体系多;深井水基钻井液、防塌钻井液、聚合物钻井液理论较成熟；成功研制了一些钻井液处理剂，如FA367,XY27,SMP,80A51等；成功应用了一些钻井液体系，如三磺体系，两性离子聚合物体系、聚磺体系等；研制了大量钻井液性能评价仪器；计算机应用相对滞后。第148页/共230页概论

——钻井液工作的基本任务根据所钻井类型、地层特性、孔隙压力及破裂压力、井温、测井及环保要求正确选择钻井液类型；自始至终维护、保持良好的钻井液性能；预防、处理各种井下复杂情况和事故；保证安全顺利钻井前提下，尽可能降低钻井液成本。

第149页/共230页粘土胶体化学基础(Fundamentsofclaycolloidchemistry)粘土胶体化学：在一般胶体化学规律指导下，专门研究粘土胶体的生成、破坏和物理化学性质的科学。狭义胶体：胶体大小（三维中任一维尺寸在1-100μm之间）的微粒分散在另一种连续介质中所形成的分散体系。广义胶体：包括粗分散体系（悬浮体、乳状液、泡沫）；溶胶；高分子真溶液；缔合胶体。学习本章的意义:粘土是配浆的基础材料

泥浆是粘土--水的溶胶--悬浮体

地层造浆、井壁稳定、储层保护等均与地层粘土矿物有关。第150页/共230页粘土胶体化学基础相和相界面(phaseandinterface)相是指物质的物理性质和化学性质都完全相同的均匀部分。体系中若有两个或两个以上的相称为多相体系。相与相之间的接触面成为界面。分散相与分散介质分散相是指在多相分散体系中被分散的物质，分散介质则是分散相所在的连续介质。(粘土和水)分散度和比表面积分散度：分散相的分散程度。比表面积：单位体积或单位重量物质的总的表面积。比表面积越大，物质分散越小，分散度就越高。第151页/共230页粘土矿物的晶格构造和特点常见的粘土矿物(clayminerals)高岭土（Kaolinite）蒙脱石(Montmorillonite)伊利石(illite)化学组成

第152页/共230页粘土矿物的两个基本结构单元

硅氧四面体

铝氧八面体第153页/共230页粘土矿物的晶体构造及特点晶片的结合晶层:硅氧四面体和铝氧八面体片沿C轴按一定比例相互重合，通过共用的氧原子连接形成电中性的同一结构层；晶体：许多单位晶层在同一方向上按一定距离反复重合，形成晶体。晶格取代：在晶体结构保持不变的情况下，中心高价阳离子被低价阳离子取代的现象。（这是粘土表面带负电的主要原因）补偿阳离子：粘土带负电，为了平衡负电性，晶层间必然吸附部分阳离子作为补偿阳离子。交换阳离子：在有水存在的时候，补偿阳离子的部分或者全部被溶液中的其它阳离子交换，这部分补偿阳离子成为交换阳离子。第154页/共230页粘土胶体化学粘土的界面吸附作用(adsorption)可交换阳离子：粘土表面带负电，为了保持电中性，必然从分散介质中吸附等量的阳离子。这些吸附的阳离子可以被分散介质中的其它阳离子所交换，称为粘土的可交换阳离子。阳离子交换容量(cationsexchangecapacity)在PH值为7的条件下，粘土所能交换的可交换阳离子总量。（CEC：在PH=7时，每100g粘土能交换下来的阳离子的毫克当量数（按1价阳离子定义）通过测定粘土的阳离子交换容量，可以了解粘土表面所带的负电荷，粘土的阳离子交换容量及吸附的阳离子的种类对粘土的胶体活性影响较大。

CEC越大，说明粘土有较多的晶格取代现象，负电荷丰富，有大量的可交换阳离子，有很强的表面水化、渗透水化作用。第155页/共230页高岭石结构(1:1)

粘土矿物的晶格构造和特点铝氧八面体片硅氧四面体片共用氧原子连接第156页/共230页粘土矿物的晶格构造和特点高岭土的结构及性能特点晶体构造由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，硅氧四面体片和铝氧八面体片由共用的氧原子联结在一起。高岭石的单位晶层中，一面为OH层，另一面为氧层，片与片之间容易形成氢键，因而晶胞之间连接紧密，晶格底面间距仅为7.2Ａ（1A=10-1nm=10-10m），故高岭石的分散度较低比较稳定，晶格中的离子取代现象几乎不存在；水分不易进入晶层中间，为非膨胀类型的粘土矿物，水化性能差，造浆性能不好，不是配制泥浆的好材料。第157页/共230页蒙脱石晶格结构（2:1）

粘土矿物的晶格构造和特点硅氧四面体片铝氧八面体片硅氧四面体片第158页/共230页粘土矿物的晶格构造和特点蒙脱石的结构及性能特点蒙脱石的每一构造单位由两层硅氧四面体片和夹在它们中间的一层铝氧八面体片组成。四面体片中的部分Si+4可被Al+3取代，八面体片中的Al+3可被Fe+2、

Mg+2

、Zn+2等阳离子取代。取代后，晶体带负电，能吸附较多的阳离子，有较强的离子交换能力。晶层间靠微弱的分子间力连接，连接不紧密，水分子容易进入两个晶层之间发生膨胀（全脱水时晶格间距为9.6A，吸水后可达21.4A），水化分散性能较好（造浆能力强），是配制泥浆的优质材料。第159页/共230页粘土矿物的晶格构造和特点伊利石伊利石的晶体构造和蒙脱石相类似，不同之点在于伊利石中硅氧四面体中有较多的硅被铝取代，因取代所缺的正电荷由处在相邻两个硅氧层之间的K+补偿，因K+存在于晶层之间并进入相邻氧原子网格形成的孔穴中，使各晶胞间拉得较紧，水分不易进入层间，因此它是不易膨胀的粘土矿物。第160页/共230页粘土胶体化学粘土的水化作用(hydrationofclay)粘土矿物的水分结晶水：粘土矿物晶体构造的一部分。吸附水：具有极性的水分子可以吸附在粘土表面，在粘土颗粒周围形成水化膜，并随粘土颗粒一起运动，成为束缚水。自由水：存在于粘土颗粒的空穴或孔道中，不受粘土的束缚，可以自由运动。粘土的水化作用粘土表面吸附水分子，使粘土表面形成水化膜，粘土晶格层面间的距离扩大，产生膨胀以至分散的作用。它是影响水基泥浆性能和井壁稳定的重要因素。第161页/共230页粘土胶体化学水化机理粘土表面直接吸引水分子而水化降低体系表面能粘土表面带负电，水分子极化、定向、浓集晶格里的氧和氢氧层，均可以与水分子形成氢键而吸引水分子。粘土表面间接吸引水分子而水化粘土表面的吸附溶剂化层里，紧密地连接若干阳离子，这些阳离子的水化给粘土颗粒带来水化膜。第162页/共230页粘土胶体化学---水化示意图第163页/共230页粘土胶体化学---水化示意图第164页/共230页粘土胶体化学影响水化作用的因素粘土晶体部位不同，水化强度也不同层面上水化膜厚，端面上薄。粘土矿物不同，水化作用的强弱不同蒙脱石、伊利石、高岭石泥浆中可溶性盐类及泥浆处理剂的影响可溶性盐类，减低电位有机处理剂的亲水基团，被粘土吸附后形成较大的水化膜。不同的交换性阳离子对粘土水化的影响

Ca2+max17A,Na+max40A第165页/共230页粘土胶体化学粘土-水界面的扩散双电层理论(theelectric-doublelayeratclay-waterinterface)扩散双电层的形成与结构胶体颗粒带电，在其周围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能力。这两种相反作用的结果，使得反离子扩散地分布在界面周围，构成扩散双电层。粘土溶胶的双电层层面和端面稍有不同:表明带负电，端面带正电第166页/共230页粘土双电层理论（表面带负电）第167页/共230页滑动面从固体表面到过剩正电荷为0处的这一层为扩散双电层均匀液相扩散层第168页/共230页粘土双电层理论（端面带正电）粘土矿物晶体端面上裸露的原子结构和表面上不同。在端面上，粘土晶格中铝氧八面体与硅氧四面体原来的键被断开，当介质中的PH低于9时，八面体端面上的OH－解离，露出带正电的Al+3的，形成正溶胶性质的双电层粘土硅氧四面体的端面，同上由于H+的解离而负电，但粘土悬浮体中常常有少量的Al+3存在，被吸附在硅氧四面体破键处，从而使之带正电。第169页/共230页粘土-水界面的扩散双电层理论电解质对双电层厚度和电动电位的影响胶体体系的稳定性与双电层的厚度、电动电位(电位)大小有密切关系：双电层愈厚，电位愈大，胶体愈稳定。在溶液中加入电解质后，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，胶粒电荷减少，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，胶粒不带电，

电位降到0（等电态），此时胶粒容易聚结。第170页/共230页粘土胶体化学粘土－水胶质悬浮体系的稳定性沉降稳定性和聚结稳定性(settleandaggregativestability)沉降稳定性：在重力作用下分散相颗粒是否容易下沉的性质。聚结稳定性：分散相颗粒是否容易自动聚结变大的性质。影响沉降稳定性的因素分散相粒子的大小、分散相与分散介质的密度差、分散介质的粘度影响聚结稳定性的因素吸力和排斥力第171页/共230页粘土胶体化学聚结作用和凝胶聚结（Aggregation）形式面－面：颗粒变大，分散度降低，不利于片架结构的形成，粘度下降。端－端／端－面：形成片架结构，片架结构增强，引起粘度切力增加。凝胶（gel）聚结严重时，体系失去了流动性，变成豆腐块状的凝胶。形成胶凝的强度，主要取决于单位体积中片架结构的数目和每个片架结构的强度。第172页/共230页粘土胶体化学第173页/共230页钻井液的流变性钻井液流变性(rheologicalpropertiesofDF)在外力作用下，钻井液流动和变形的特性。如钻井液的塑性粘度、动切力、表观粘度、有效粘度、静切力和触变性等性能都属流变性参数。