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1、钻井液基础知识一、钻井液概述n1、钻井液概念n 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。 n2、钻井液的分类n （1）淡水钻井液n （2）钙处理钻井液n （3）不分散低固相聚合物钻井液n （4）盐水钻井液n （5）饱和盐水钻井液n （6）钾基钻井液n （7）油基钻井液n （8）气体钻井液n 3、钻井液在钻井中的作用n （1）清洗井底，携带岩屑，保持井底 干 净，保证钻头不断的破碎地层，使钻 进不中断。n （2）平衡地层中的流体压力，防止井 喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。n （3）平衡岩石侧压力，并在井壁形成 泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。n （
2、4）发挥水力效能，传递动力，冲击 井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井 速度。n（5）悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑 沉降速度，避免沉砂卡钻。另外承 受钻杆和套管的部分重力。n（6）润滑并冷却钻头钻具。n（7）防止地层中盐水、岩盐、石膏 、芒硝等对钻井液的污染，防止硫 化氢污染和损害。n（8）利用钻井液，准确获得井下资 料。二、钻井液性能指标n1、钻井液密度n （1）概念：指单位体积钻井液的 质 量，常以g/cm3表示。n （2）钻井液密度与钻井的关系n 密度的大小直接关系着钻井 速度的快慢，因此密度必须符合地 质和工程的要求，大小适中。密度过大有以下害处：n 损害油气层n 降低钻井速度n 过大压
3、差易造成压差卡钻n 易憋漏地层n 易引起过高的粘切n 多消耗钻井液材料和动力n 抗污染能力下降密度过低则容易发生井喷、井塌、 缩 径及携岩能力下降等。n（3）提高钻井液密度的方法n 一般可在钻井液体系中加 入密度较大的惰性物质，如石灰石 粉、重晶石粉等；也可加入可溶性 盐，另外根据情况可选用除气、除 泡等工艺方法。n（4）降低钻井液密度的方法n A、机械法：把有害物质通过 机械设备清除，如使用震动筛、除 砂器等。n B、稀释法：加入一定量的清 水稀释钻井液，使其密度下降。n C、使用化学絮凝剂来降低密 度。n D、使用发泡剂或充气来增大 体积而降低密度。n2、钻井液的流动性n （1）、钻井液的
4、粘度、切力n A、表观粘度：是用一定体积 的钻井液流过规定尺寸的小孔所需 的时间来表示。现场多使用漏斗粘 度。单位：秒（s）。n B、塑性粘度：是指钻井液在 流动时，液体分子与液体分子之间 ，液体分子与固体颗粒之间，以及 固体颗粒与固体颗粒之间的内摩擦 力的总和。单位：毫帕秒（mPa.s ）。nC、切力：破坏钻井液中单位面积上 网状结构所需的最小应力。单位： 帕斯卡（Pa）。n 初切力是钻井液静止1分钟时所测 得的切力。n 终切力是钻井液静止10分钟时所 测得的切力。n2）、钻井液粘度、切力与钻井的关 系n 钻井液粘度对钻井的影响主要 是钻井液从钻头水眼处喷射至井底 的粘度对钻速的影响，钻井液
5、粘度 越高，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，是钻 速降低。钻井液中岩屑由于重力作 用而下沉，因此，切力越大，悬浮 岩屑能力越强，反之越小。粘度和切力过大有以下害处：n流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速 慢。n净化不良，易引起井下复杂情况。n易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷 、漏和井塌等事故。n脱气较难，影响气测并造成气侵。 粘度和切力过低有以下害处：n洗井不良，井眼净化效果差。n冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故。n岩屑过细影响录井。n（3）、钻井液造壁性能n A、滤失量：也叫失水量，即 钻井液滤液进入地层的多少。n B、泥饼：由于钻井液
6、液柱与 地层间的压差作用，在滤失的同时 ，粘土颗粒在井壁周围形成一层堆 积物，此堆积物就叫泥饼。n C、滤失量与泥饼之间的关系n 泥饼的厚度与钻井液的滤 失量有密切关系，对同一钻井液而 言，其滤失量愈大，泥饼愈厚；对 不同钻井液，其滤失量相同，但泥 饼厚度不一定相同。致密而坚韧的 泥饼能够控制滤失量较小。n D、影响滤失量与泥饼质量的因素n * 钻井液中优质活性固体 膨润土的含量n * 钻井液中固体颗粒的水化分 散性n * 滤液粘度的影响n * 地层岩石的孔隙度与渗透性 n * 钻井液液柱与地层的压力差* 温度和时间对滤失和泥饼的 影响 n E、钻井液滤失量过大，泥饼厚而 虚的危害n * 易造
7、成地层孔隙堵塞而损害油 气层n * 泥饼在井壁堆积太厚，环空间 隙变小，泵压升高n * 易引起泥包钻头，下钻遇阻、 遇卡或堵死水眼n * 在高渗透地层易造成较厚的泥 饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻n * 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容易漏 掉油气层n * 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 。n（4）、固相含量n A、基本概念：固相含量一般是 指钻井液中水不溶物的全部含量及 可溶性盐类。含砂量是指钻井液中 不能通过200目筛子（即边长为74 微米）的砂子。n B、固相含量与钻井的关
8、系n 钻井液中固相含量越低越好，一 般控制在0.5%以下，固相含量过大 有以下危害：n * 固相含量高，钻井液柱压力大，钻速降 低n * 固相颗粒愈细对钻速影响愈大n * 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n * 固相含量高，钻井液的流变性难以控制 ，且流阻大， 钻井效率低n * 含砂量大，易造成钻头钻具等机械设备 的磨损n * 固相含量高时，钻井液受外界影响大且 敏感nC、降低固相含量的方法n * 机械除砂：利用震动筛、除砂 器、除泥器等设备降 低固相含量n * 化学除砂：加入化学絮凝剂， 将细小的砂子变大而 沉降n * 降低钻井液粘度有利于
9、降低固 相含量n（5）、钻井液的酸碱度n A、PH值的概念：PH值是衡 量钻井液酸度的大小。n PH值的含义为钻井液中 H+（质量浓度）的负对数，即 PH=-lgH+。n B、钻井液的酸碱度n 钻井液的酸碱度是指钻井液 中含酸碱量的多少，它代表钻井液 中含酸或碱的程度。不分散型体系 PH值一般控制在7.5-8.5，分散型钻 井液在11以上。n C、钻井液酸碱性对其性能的影响n * 对粘土水化分散的影响： PH值的大小影响粘土颗粒的水化分 散程度，假如PH值过低，氢离子在 粘土颗粒表面进行离子交换，使粘 土的水化性和分散性变差，从而破 坏钻井液的稳定性，使滤失量增大 ，切力升高。n * 对处理剂
10、的影响：许多有机 处理剂必须在碱性条件下溶解才能 产生作用，另外PH值过低，有机处 理剂易在井壁发酵变质。nD、PH值对钻井工艺的影响n * PH值过高，氢氧根离子在粘土表面 吸附，会促进泥页岩的水化膨胀和分散 ，对巩固井壁、防止缩径和坍塌都不利 ，往往会引起井下复杂情况的发生。n * 通过PH值的变化，可以预测井下情 况。如盐水侵、石膏侵、水泥侵都会引 起PH值的变化。三、钻井液性能的测量及计算 n1、钻井液性能的测量n （1）密度：n A、放好密度计支架使之处于水 平位置。n B、将待测钻井液注入清洁干燥 的密度计杯中。n C、将被盖缓慢旋入杯中并盖紧 ，使少量钻井液从盖子的小孔溢出 。n
11、 D、用手指堵住盖孔，洗净溢出 的钻井液。n E、将密度计的刀口放在支架的 刀口上，轻轻移动密度计杆上的游 码，使水平管中的气泡处于二刻度 之间并使密度计杆处于水平位置。n F、读取游码左侧线指示的密度 值（精确到0.05-0.1）。n(2)粘度：n A、用左手手指堵住漏斗管的下 口，通过网筛倒入钻井液，使液面 达到网筛底部。n B、右手启动秒表，同时松开导 流管口，待流满量杯恰好946ml时， 用左手堵住管口，关停秒表。n C、将漏斗内剩余的钻井液收回 液杯，读取秒表数值即粘度。（漏 斗的容量为1500ml）n(3)旋转粘度及静切力：n A、用高速搅拌器将样品搅拌1 分钟，将其倒入旋转粘度计
12、液杯中 至刻度线，使样品液面与外筒上端 平齐。n B、打开旋转粘度计电源开关， 使其以600转的转速转动，等刻度盘 达到稳定读值，记下600转的读数。n C、将转速换至300转转动，等 刻度盘达到稳定读值，记下300转的 读数。n D、使样品静置10秒钟，用3转 转动，记录下最大读数，除2即为初 切力。n E、再用600转的转速搅拌样品 10秒钟，后静置10分钟，用3转转 动，记录下最大读数，除2即为终切 力。n（4）滤失量泥饼PH值n A、将充分搅拌后的钻井液注入 液杯内至刻度线，装入密封圈、滤 纸，盖好杯盖，旋紧后将液杯输气 头装入阀体输出端，卡紧。n B、将量筒放入液杯下。n C、使滤失仪压力保持0.7MPa ，待第一滴液体流出时，启动秒表 记录时间。n D、待滤失时间达7.5分钟，取 出量筒读数，乘2即为滤失量。n E、打开杯盖取出滤纸，用钢板 尺量取泥饼厚度乘2即为所测泥饼厚 度。n F、将PH试纸缓慢放到滤液中 ，充分侵透变色后，和色标对比， 读出相应的数值。n 2、钻井液性能的相关计算n 表观粘度：AV=600/2n 塑性粘度：PV=600- 300n 动切力 : YP=(300-PV)/2
