钻井液的滤失和润滑性-钻井液的润滑性能

项目四：钻井液的滤失和润滑性课程名称：泥浆材料检测与应用任务二：钻井液的润滑性能钻井液的润滑性能及其影响因素钻井液润滑性的调整01知识点02知识点02项目四：钻井液的滤失和润滑性任务钻井液的润滑性能知识点2钻井液润滑性的调整一、钻井液润滑性的调整1、对钻井液润滑剂的要求

（1）润滑剂必须能够润滑金属表面，并在金属表面形成边界膜和次生结构。

（2）与基浆有良好的配伍性，对钻井液的流变性和滤失性不产生不良影响。

（3）不降低岩石的破碎效率。

（4）具有良好的热稳定性和耐寒稳定性。知识点2：钻井液润滑性的调整

（5）不腐蚀金属，不损坏密封材料。

（6）易于生物降解，满足环保要求，来源广泛，价格合理。

（7）具有低荧光或无荧光性质。

一般植物油类，既无荧光和毒性，又易于生物降解，来源较广，较适合做润滑材料。可选用得有蓖麻油、亚麻油、棉籽油等。知识点2：钻井液润滑性的调整二、钻井液中常用的润滑剂

1、惰性固体润滑剂

该类产品主要有塑料小球、石墨、炭黑、玻璃微珠及坚果圆粒等。

塑料小球用作润滑剂，可与水基和油基的各种类型钻井液匹配，是一种较好的润滑剂，但成本较高。玻璃小球也可达到类似的效果，成本低于塑料小球。塑料小球和玻璃小球这类固体润滑剂由于受固体尺寸的限制，在钻井过程中很容易被固控设备清除，而且在钻杆的挤压或拍打下，有破坏、变形的可能，因此在使用上受到了一定的限制。知识点2：钻井液润滑性的调整

石墨粉作为润滑剂具有抗高温、无荧光、降摩阻效果明显、加量小、对钻井液性能无不良影响等特点。石墨粉能牢固地吸附（包括物理和化学吸附）在钻具和井壁岩石表面，从而改善摩擦状态，起到降低摩阻的作用。同时，石墨粉吸附在井壁上，可以封闭井壁的微孔隙，因此兼有降低滤失和保护油层的作用。知识点2：钻井液润滑性的调整

固体润滑剂能够在接触面之间产生物理分离，其作用是在摩擦表面上形成一种隔离润滑薄膜，多数固体类润滑剂类似于细小滚珠，可以存在于钻柱与井壁之间，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而大幅度降低扭矩和阻力。固体类润滑剂的热稳定性、化学稳定性和防腐蚀能力均良好，适合高温、低转速的条件下使用，但不适合在高转速条件下使用。知识点2：钻井液润滑性的调整

2、液体类润滑剂

液体类润滑剂主要有矿物油、植物油和表面活性剂等。

液体类润滑剂又可分为油性剂和极压剂。性能良好的润滑剂必须具备两个条件，即一是分子的烃链要足够长（一般碳链R在C12~C18之间），不带支链，以利于形成致密的油膜；二是吸附基要牢固地吸附在粘土和金属表面上，以防止油膜脱落。知识点2：钻井液润滑性的调整3、沥青类润滑剂

沥青类润滑剂主要用于改善泥饼质量和提高泥饼润滑性。沥青类物质亲水性弱、亲油性强，可有效地涂敷在井壁上，在井壁上形成一层液膜。这样，既可减轻钻具对井壁的摩擦，又可减轻钻具对井壁的冲击作用。沥青类处理剂可使井壁岩石由亲水转变为憎水，所以，可阻止滤液向地层渗透。

知识点2：钻井液润滑性的调整通常用于测定钻井液润滑性的仪器有滑板式泥饼摩阻系数测定仪、钻井液极压润滑仪、泥饼针入度仪、LEM润滑性评价及钻头泥包测定分析系统等。知识点2：钻井液润滑性的调整项目四：钻井液的滤失和润滑性课程名称：泥浆材料检测与应用任务二：钻井液的润滑性能钻井液的润滑性能及其影响因素钻井液润滑性的调整01知识点02知识点02项目四：钻井液的滤失和润滑性任务钻井液的润滑性能知识点1钻井液润滑性及影响因素钻井液的润滑性能一般包括钻井液形成的滤饼的润滑性能和钻井液流体自身的润滑性能。钻井液和泥饼的摩阻系数，是评价钻井液润滑性能的两个主要技术指标。知识点1：钻井液润滑性及影响因素一、钻井液润滑性的要求空气摩阻系数为0.5，清水为0.35，柴油为0.07，大部分油基钻井液的摩阻系数在0.08-0.09之间，水基钻井液的摩阻系数在0.20-0.35之间，若加有油品或润滑剂可降到0.10以下。普通井摩阻系数0.2即可满足钻井要求；水平井、超深井、大斜度井，要求钻井液的摩阻系数应尽可能保持在0.08-0.10范围内。知识点1：钻井液润滑性及影响因素二、钻井液润滑性对钻井工程的影响润滑性能良好的钻井液对钻井工程有以下作用：（1）减小钻具的扭矩、磨损和疲劳，延长钻头寿命。（2）减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间。（3）减少粘附卡钻几率，防止钻头泥包，同时易于处理井下事故。（4）提高钻井工程整体效益。知识点1：钻井液润滑性及影响因素1、钻井作业中摩擦现象的特点

在钻井过程中，按摩擦副表面润滑情况，摩擦可分为三种情况：边界摩擦；干摩擦；流体摩擦；边界摩擦两接触面间有一层极薄的润滑膜时的摩擦。有钻井液时，钻铤在井眼中的运动属于边界摩擦。知识点1：钻井液润滑性及影响因素干摩擦

又称障碍摩擦，属于无润滑摩擦，如若空气钻井中钻具与岩石的摩擦；或井壁不规则情况下，钻具直接与部分井壁岩石接触时的摩擦。流体摩擦

两个相对运动的接触面间存在流体，由两接触面间流体的粘滞性引起的摩擦。在钻进过程中，钻具与井壁不直接接触，间隙有钻井液存在时的摩擦就是流体摩擦。知识点1：钻井液润滑性及影响因素钻进过程中的摩擦是混合摩擦，即部分接触面为边界摩擦，另一部分为流体摩擦。在钻井作业中，摩擦系数是两个滑动或静止表面间的相互作用以及润滑剂所起作用的综合体现。知识点1：钻井液润滑性及影响因素三、影响钻井液润滑性的因素钻井作业中的摩擦现象较为复杂，摩阻力的大小不仅与钻井液的润滑性能有关，其影响因素还涉及到钻柱、套管、地层、井壁泥饼表面的粗糙度；接触表面的塑性；接触表面所承受的负荷；流体粘度与润滑性；流体内固相颗粒的含量和大小；井壁表面泥饼润滑性；井斜角；钻柱重量；静态与动态滤失效应等。在这些众多的影响因素中，钻井液的润滑性能是主要的可调节因素。知识点1：钻井液润滑性及影响因素钻井液固相随着钻井液固相含量增加，密度、粘度、切力相应增大，钻井液的润滑性能变差。这时其润滑性能取决于固相的类型及含量。随着钻井液固相含量增加，除使泥饼粘附性增大外，还会使泥饼增厚，易产生压差粘附卡钻。

知识点1：钻井液润滑性及影响因素钻井液在一定时间内通过不断剪切循环，其固相颗粒尺寸随剪切时间增加而减小，其结果是双重性的：钻井液滤失有所减小，从而钻柱摩阻力也有所降低；颗粒分散得更细微，使比表面积增大，从而造成摩阻力增大。可见，严格控制钻井液粘土含量，搞好固相控制和净化，尽量用低固相钻井液，是改善和提高钻井液润滑性能的最重要的措施之一。知识点1：钻井液润滑性及影响因素滤失性和岩石性质致密、表面光滑、薄的泥饼具有良好的润滑性能。降滤失剂和其它改进泥饼质量的处理剂(比如磺化沥青)主要是通过改善泥饼质量来改善钻井液的防磨损和润滑性能。

岩石性质是通过影响所形成泥饼的质量以及井壁与钻柱之间接触表面粗糙度而起作用的。井底温度、压差、地下水和滤液的pH值等因素也会在不同程度上影响润滑剂和其它处理剂的作用效能，从而影响泥饼的质量，对钻井液的润滑性能产生影响。知识点1：钻井液润滑性及影响因素其他影响泥饼质量的因素也对钻井液润滑性能产生影响。许多高分子处理剂都有良好的降滤失、改善泥饼质量、减少钻柱摩阻力的作用。有机高分子处理剂能提高钻井液的润滑性能，还与其在钻柱和井壁上的吸附能力有关。吸附膜的形成，有利于降低井壁与钻柱之间的摩阻力。某些处理剂，如聚阴离子纤维素、磺化酚醛树脂等具有提高钻井液润滑性的作用。知识点1：钻井液润滑性及影响因素润滑剂试