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1、钻井液常用术语及国际单位制单位简介“钻井液是钻井工程的血液” ，非常形象地描述了钻井液在钻井工程中的重要性。如同“血液”一样，钻井液的研究和现场应用需要用各种术语来描述钻井液的组成和性能，也需要用各种理论和公式来描述钻井液的性能，因而需要计量单位。由于美国一直是世界石油大国，也是钻井大国，因此，所设计和使用的很多钻井液测试仪器及计量单位均采用了英制单位。随着标准化工作的日益普及和深入，国内有关钻井液的计量单位在国家标准、行业标准及企业标准中均采用了国家法定计量单位，即国际单位制单位。英制和国际单位制单位之间的不同，在实际应用中经常造成如何把英制计量单位换算成国国际单位制计量单位的问题。为此，本
2、文除讨论有关钻井液的常用术语外，还要讨论钻井液中常用的习惯计量单位和国际单位制单位之间的换算。一、钻井液体系分类美国石油学会(American Petroleum Institute, 简称 API)和国际钻井承包商协会(International Association of Drilling Contractors，简称 IADC)把钻井液体系分为九大类，其中前六类为水基钻井液。1、不分散钻井液体系(None-Dispersed Drilling Fluid System)所谓不分散钻井液是指通常用来钻浅部井段的钻井液，如开钻钻井液、自然造浆钻井液、轻微处理钻井液等。在这类钻井液体系中，一
3、般不使用稀释剂和分散剂，以防止钻屑和粘土颗粒的分散。2、分散钻井液体系(Dispersed Drilling Fluid System)在较深的井深钻井过程中，若需要较高的密度，或井下情况较为复杂时，钻井液一般使用木质素磺酸盐、褐煤或丹宁类产品来分散。这些产品和类似的产品是有效的解絮凝剂和降滤失剂。经常使用含钾的化学品来提高钻井液的页岩抑制能力。通常使用一些特殊的化学品来调整或维护钻井液性能。钻井液常用术语及国际单位制单位简介-2-3、钙处理钻井液体系(Calcium Treated Drilling Fluid System)在淡水钻井液中加入钙、镁等二价阳离子时，可抑制地层粘土和页岩的膨胀
4、。高浓度的可溶性钙离子通常用来控制易坍塌页岩和井眼扩大，并防止地层损害。熟石灰(氢氧化钙)、石膏(硫酸钙)或氯化钙是钙处理钻井液体系的主要组份。石膏钻井液具有 9.510.5 的 pH 值和 2 lb/bbl4 lb/bbl(600mg/l1200 mg/l 钙)的过量石膏；低石灰钻井液具有 11.012.0 的 pH 值和 1 lb/bbl2 lb/bbl(2.86 kg/m3 5.71 kg/m3)的过量石灰，而高石灰钻井液则含有 5 lb/bbl15 lb/bbl(14.29 kg/m342.86 kg/m3)的过量石灰。一些特殊产品用来分别控制钻井液的不同性能。钙处理钻井液体系可抗盐和
5、硬石膏的污染，但胶凝敏感且在高温下易导致固化作用。4、聚合物钻井液体系(Polymer Drilling Fluid System)长链高分子量聚合物用于钻井液中，或是包被钻屑以防止其分散，或是提高粘度和降低滤失量。包括丙烯酰胺、纤维素和天然树胶基产品在内的多种类型的聚合物均可用于此目的。通常使用氯化钾或氯化钠等抑制性盐以提供更强的页岩抑制能力。这种钻井液体系通常要求含有尽可能低浓度的膨润土，并且对钙、镁等二价离子很敏感。大多数聚合物的抗高温能力一般低于 300F(149C)，但在一定的条件下可用于更高的井底温度。需要说明的是，这一 API 和 IADC(也包括很多国外钻井液技术服务公司)对“
6、聚合物钻井液”的描述，与国内所指的“聚合物钻井液”有所不同。在国内，聚合物钻井液中的聚合物一般是指高分子量聚丙烯酰胺及其衍生物等，不包括纤维素和天然树胶类产品。5、低固相钻井液体系(Low Solids Drilling Fluid System)在低固相钻井液体系中控制固相含量和类型，总固相含量不应超过 6%10%的范围，粘土含量应为约 3%或更低；而钻屑和膨润土含量比值应低于 2:1。低固相钻井液体系一般以聚合物类添加剂作为增粘剂或膨润土增效剂使用，并且是不分散的钻井液体系。低固相钻井液体系的主要优点是可显著提高机械钻速。钻井液常用术语及国际单位制单位简介-3-6、盐水钻井液体系(Salt
7、water Drilling Fluid System)这里所指的盐水钻井液体系包括了若干种类型的钻井液。饱和盐水钻井液体系中的氯离子浓度接近 190,000mg/l(饱和)，通常用来钻盐岩地层；盐水钻井液体系中的氯离子浓度为 10,000mg/l 以上；氯离子含量较低的钻井液通常称之为微咸水或海水钻井液体系。盐水钻井液通常用微咸水、海水或地层盐水配制。用淡水或微咸水配制的钻井液需加入盐(氯化钠或氯化钾等)以达到所需矿化度。为提高粘度以改善井眼清洁能力并降低滤失量，盐水钻井液体系通常使用诸如凹凸棒石、CMC、淀粉和其他各种特殊产品。7、油基钻井液体系(Oil-Based Drilling Fl
8、uid System)油基钻井液体系在需要钻井液的稳定性和抑制性的情况下使用，例如高温井、深井、易卡钻和井壁不稳定的井的钻井中。油基钻井液体系可分为两类：1) 逆乳化钻井液：即为油包水钻井液，一般以氯化钙盐水为乳化相，以油为连续相。油包水钻井液的液相可含有高达 50%的盐水。采用不同的添加剂浓度、盐水含量和盐水矿化度以控制流变性、滤失量和乳状液稳定性。2) 全油钻井液：液相为油，通常用作取心液。尽管地层水要进入到这种钻井液中，但没有人为地加入水或盐水。为提高粘度，全油钻井液需要更高质量的胶凝剂。专门的油基钻井液添加剂包括：乳化剂、润湿剂(一般为脂肪酸和胺衍生物)、高分子量脂肪酸盐、表面活性剂、
9、胺处理的有机材料、有机土和石灰等。8、合成基钻井液体系(Synthetic Drilling Fluid System)合成基钻井液具有油基钻井液的性能，但没有环境危害。合成基钻井液的主要类型有醚基、酯基、聚 -烯烃基和异构化 -烯烃基钻井液。它们对环境无影响，可直接排放到海上，不会形成油膜，且可生物降解。钻井液常用术语及国际单位制单位简介-4-9、空气、雾、泡沫和充气 钻井液体系( Air, Mist, Foam and Gas Drilling Fluid System)这类钻井液体系通常称之为气基钻井液体系，主要包括：1) 干燥空气或天然气钻井流体：以可清除钻屑的速率注入干燥空气或天然气
10、至井眼内；2) 雾钻井流体：注入到空气流中的发泡剂与地层水混合并覆盖钻屑以防止软泥环的形成，并清除钻屑；3) 泡沫钻井液：用表面活性剂，也可用膨润土或聚合物，形成强携带能力的泡沫；4) 充气钻井液：钻井液中注入空气(降低流体静压头)，清除井眼中的钻屑。表 1-1 水基钻井液体系体系 对粘土的处理 抑制性 实例 主要处理剂 所用阳离子清水地层粘土分散在水中 无分散体系用分散剂充分分散粘土 无膨润土浆膨润土/CMC膨润土/FCLS膨润土铁铬盐 FCLS褐煤 LIGNITE单宁 TANNIN羧甲基纤维素 CMC粗分散体系用无机盐抑制粘土的分散 弱石灰钻井液石膏钻井液盐水、饱和盐水钻井液膨润土/海水钻
11、井液膨润土铁铬盐 FCLS羧甲基纤维素 CMC石灰 Ca(OH) 2石膏 CaSO 4盐 NaClNa+Ca+阴离子聚 合物体系用阴离子型高聚物和无机盐抑制粘土的膨胀和分散较强聚合物钻井液氯化钾聚合物钻井液钾石灰聚合物钻井液聚丙烯酰胺及其衍生物 PAM,PHPA,KPAM,NH4PAM氯化钾 KCl石灰 Ca(OH) 2K+Na+Ca+聚合物体系阳离子聚合物体系用阳离子型高聚物和有机季铵盐抑制粘土的膨胀和分散强CPDFMI CATCBF阳离子高聚物 CHM,MI CAT季铵盐 NW1,CLM低分子量阳离子聚合物PTA,CAT聚合物和有机季铵盐中的季铵基团钻井液常用术语及国际单位制单位简介-5-
12、无粘土体系不加膨润土，完全抑制地层粘土强无机盐或碱钻井液盐水钻井液羟基氧化铝钻井液阴、阳离子聚合物钻井液化工副产品钻井液氢氧化物 Fe(OH) 3,Mg(OH)2,Zn(OH)2,CaCl2MgSO4,水玻璃等羟基氧化铝阴、阳离子聚合物生物聚合物混合盐,甲酸盐等无机或有机阳离子二、钻井液添加剂的分类及功能IADC 所属钻井液分委会认可的钻井液添加剂依据其功能分为 18 类。如果某添加剂有多种功能，则按其主要功能分类。1、碱度、pH 控制剂(Alkalinity, pH Control Additives)用来控制钻井液的酸度或碱度的产品即为碱度、pH 控制剂。常用的产品包括石灰、烧碱、纯碱和碳
13、酸氢钠，也包括其他的普通酸和碱。2、杀菌剂(Bactericides)用来防止淀粉、生物聚合物等有机添加剂细菌降解的产品。3、除钙剂(Calcium Reducers) 用来降低海水中的钙离子浓度、处理水泥污染和地层中的硬石膏、石膏污染的产品，如纯碱、碳酸氢钠、烧碱和某些多磷酸盐等。4、防腐剂(Corrosion Inhibitors)在控制钻井液 pH 值的条件下，用来控制腐蚀、中和钻井液中有害酸气和防止结垢的产品。一般的防腐剂是胺基或磷酸盐基产品，也有其他专门配制的化学产品。5、消泡剂(Defoamers)用来减少钻井液发泡作用的产品，特别是在盐水钻井液和饱和盐水钻井液中。6、乳化剂(Em
14、ulsifiers)这类产品用来使两种互不相溶的液体成为非均匀混合物(乳状液)。这类产品钻井液常用术语及国际单位制单位简介-6-包括：用于油基钻井液中的脂肪酸和胺基化学产品和用于水基钻井液中的清洁剂、脂肪酸盐、有机酸、水溶性表面活性剂等。这类生产品根据不同的用途，可以是阴离子型、非离子型或阳离子型的化学产品。7、降滤失剂(Filtrate Reducers)降滤失剂用来降低钻井液的滤失量。滤失量是钻井液中的液相通过滤饼进入到地层的量度。这类产品包括：膨润土、褐煤、CMC、PAC、预胶化淀粉等。8、絮凝剂(Flocculants)这类产品用来提高钻井液的粘度，提高膨润土的造浆率，在低固相钻井液中
15、澄清液相或使固相脱水，也可使钻井液中的胶体颗粒聚束或成絮凝物并使其沉降。这类产品包括：盐(或盐水)、熟石灰、石膏、丙烯酰胺基高聚物等。9、发泡剂(Foaming Agents)这类产品通常作为表面活性剂在有水的情况下发泡。发泡剂可使空气或天然气用于钻水层。10、堵漏材料(Lost Circulation Materials)堵漏材料的主要功能是封堵漏失层，隔离井眼表面和地层，以便在随后的作业中不会再造成钻井液的漏失。11、润滑剂(Lubricants)这类产品用来降低钻井液的摩阻系数，以便降低扭矩和阻力。各种油、合成基液体、石墨、表面活性剂、乙二醇、甘油以及其他化学产品。12、解卡剂(Pipe
16、-Freeing Agents)注入解卡剂至预测的卡点以降低摩阻并提高润滑性，因而达到解卡的目的。解卡剂通常含有清洁剂、脂肪酸盐、油、表面活性剂和其他化学产品。13、页岩抑制剂(Shale Control Inhibitors)钻井液常用术语及国际单位制单位简介-7-可溶性钙盐、钾盐等无机盐和一些有机化合物因降低页岩的水化作用而具有页岩抑制性。在钻水敏性页岩地层时，页岩抑制剂用来防止页岩的坍塌和井眼的扩大。14、表面活性剂(Surface Active Agents)顾名思义，表面活性剂降低接触面(水-油、水-固体、水-空气等)之间的界面张力。表面活性剂可以是乳化剂、破乳剂、润湿剂、絮凝剂或解絮凝剂，取决于使用时的表面情况。15、高温稳定剂(Temperature Stability Agents)用来提高钻井液在高温条件下的流变性能和滤失性能稳定性，并在高温条件下持续发挥其功能的处理剂。这类处理剂包括
