钻井液基本知识

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1、钻井液基本知识（总3页）钻井液基本知识 钻井液是用于钻井的流体，在钻井中的功用：1、清洗井底，悬浮携带岩屑，保持井眼清洁。2、 平衡地层压力，稳定井壁、防止井塌、井喷、井漏。3、传递水功率、以帮助钻头破碎岩石。4、 为井下动力钻具传递动力，5、冷却钻头、钻具。6、利用钻井液进行地质、气测录井。钻井液常 规性能对钻井工作有很大的影响。一、钻井液密度1、钻井液密度概念：单位体积钻井液的质量称为钻井液的密度，其单位是克/厘米3 (g/cm3)常 用符号表示。现场一般用钻井液密度计测定钻井液的密度。2、钻井液密度的计算公式P=(P 地X102)FH+PeP钻井液密度 g/cm3?式中：P 地地层压力

2、MPaH井深mPe附加密度、油层附加 0.050.1 气层附加 0.070.15由于起钻时可能产生抽吸或液面下降，另外，气体进入井内，也会引起液柱压力降低，因此钻井 液密度要有附加值。3、钻井液密度与钻井工作的关系：在钻井作业中，钻井液密度的作用是通过钻井液柱对井底和井 壁产生压力，以平衡地层中油、气压力和岩石侧压力、防止井喷、保护井壁，同时防止高压油气 水侵入钻井液，以免破坏钻井液的性能引起井下复杂情况，在实际工作中，应根据具体情况，选 择恰当的钻井液密度，若钻井液密度过小，则不能平衡地层流体压力，和稳定井壁，可能引起井 喷、井塌、卡钻等事故，若钻井液密度过大则压漏地层，并易损害油气层。钻井

3、液对钻速有很大 的影响，密度大液柱压力也大，钻速变慢，因钻井液柱压力与地层压力之间的正压差使岩屑的清 除受到阻碍。造成重复破碎，降低钻头破碎岩石的效率，使钻速下降，通常在保证井下情况正常 的前提下，为了提高钻速，应尽量使用低密度钻井液。二、钻井液黏度1、钻井液的黏度概念:钻井液黏度是指钻井液流动时，固体棵粒之间,固体颗粒与液体分子之间, 以及液体分子之间内摩擦的总反映,钻井液黏度可用漏斗黏度计和旋转黏度计进行测定,由于测定 的方法不同,有不同的黏度值,现场常采用漏斗黏度计测量钻井液的黏度,单位是秒。2、钻井液与钻井工作关系，钻井液黏度的大小，对钻井液携带岩屑能力有很大的影响，一般来 说，钻井液

4、黏度大，携带岩屑能力强，但在钻井过程中，钻井液黏度要适当，否则将会引起不良 后果。若钻井液黏度过低，不利于携带岩屑，井内沉砂快，冲刷井壁，易造成井壁剥落，坍塌， 井漏等，钻井液黏度过高，则可能造成下列危害：（1）流动阻力大，泵压高，井底清洗效果差， 严重影响钻速。（2）钻头易泥包，起下钻易产生抽吸作用或压力激动。以至引起井漏、井喷、井 塌等复杂情况。（3）沉砂困难,净化不良,磨损钻具和配件。（4）除气困难，钻井液密度下降，易引 起下钻复杂情况。（5）岩屑在井壁形成假泥饼，易引起阻卡。（6）固井时水泥浆易串槽，影响 固井质量。因此、钻井液黏度的高低应根据具体情况而定，通常在保证携带岩屑的前提下，

5、黏度应低，井深 时泵压高，泵排量受限制，井眼情况一般比浅井复杂，为了有效的携带岩屑和悬浮岩屑，黏度易 大些，当井眼出现垮塌，沉砂较多或出现轻度漏失时，为消除井下复杂情况，黏度也适当增大。 从提高钻速的角度出发，对钻井液的黏度提出新的要求，既钻井液的黏度要随流速梯度上升而下 降，这就是剪切降粘的特性。当钻井液从钻头水眼喷出时有较低的黏度，有利于钻头破碎岩屑。 清洗井底，而在环形空间上返时又具有较高黏度，有利于携带岩屑，这个特性对提高钻速有利， 除清水外多数钻井液具有剪切降粘的特性。三、钻井液切力1、钻井液切力概念：由于钻井渡中粘土颗粒的形状很不规则，表面性质也极不均匀，颗粒之间容 易部分粘结，形

6、成絮凝网架结构，当颗粒浓度足够大时，能够形成布满整个有较容积的连续空间 网架结构，要是钻井液流动，就必须在一定程度上破坏这种连续网架结构，才能使颗粒之间产生 相对运动，切力就是这种网架结构的反映，而且结构强度越大，则切力越大,反之则小。反映钻井 液结构力的参数有静切、触变性、动切力等。钻井液在静止的条件下形成凝胶结构的强度，称静切力，其物理意义是当钻井液静止时破坏钻井 液内部单位面积上的网架结构所需的力，通常用浮筒切力计测定，单位是mg/cm3。钻井液的触变 性是指搅拌后变稀，（切力降低）静置后变稠。（切力升高）的特性,或者说，钻井液的切力随搅拌 后的静置时间长而增大的特性，如钻井时钻井液不断

7、循环黏度较低,而起下钻时钻井液静止循环黏 度大,就是这个道理。由于钻井液有触变性,静止时间不同,则切力不同,通常测两个静止时间的切 力值,静止一分钟（或10秒钟）所测切力为初切,静止10分钟后所测的切力为终切，初切力与终切 力的差值即表示触变大小，差值越大则触变性越大。动切力又称屈服值，用旋转黏度计测定，单 位是达因厘米22、钻井液切力与钻井工作的关系：钻井液切力大小代表了钻井液悬浮固体颗粒的能钻井工艺要求 钻井液具有适当的切力和良好的触变性，在钻井液停止循环时，切力能较快的增大，到某个适当 的数值，既有利于钻屑的悬浮又不致于静置后开泵泵压过高，若切力过低，则悬浮携带岩屑效果 不好，一旦停泵很

8、容易造成复杂情况，若切力过高，又可能造成下列危害：（1）流动阻力大，下 钻后开泵困难易蹩漏地层。（2）沉砂困难，影响净化，密度上升快。（3）除气困难，气侵严重 时，会使钻井液密度降低,导至井喷。（4）含砂量增大，磨损钻具和配件，滤饼质量差，易造成 粘附卡钻。（5）钻具转动阻力大，动力消耗大，降低钻速。四、钻井液的失水及滤饼1、钻井液失水和泥饼的概念：在钻井液液柱压力和地层压力之间的压差作用下,钻井液中的水份 从井壁的孔隙裂缝渗到地层,这种现象叫失水（或滤失）,失水的多少称为钻井液的失水量,通常现场 测定的失水量是指在0.686 MPa压力作用下,30min内通过直径为75mm过滤面积所滤失的水

9、的体 积,单位是毫升。在失水同时,钻井液中的粘土颗粒被阻挡沉积在井壁上形成一层固体颗粒的胶结 物叫滤饼。滤饼的单位是毫米。钻井液的失水和产生滤饼是同时发生的，也是相互影响的，开始 是由于失水而形成的滤饼，失水大形成的滤饼厚，失水小则形成的滤饼簿，而滤饼形成后又反过 来阻挡进一步失水，失水主要取决于滤饼本身的渗透性，而失水量并不是决定滤饼厚度的唯一因 素，钻井液的失水和滤饼可用气压失水仪测定。2、钻井液的失水大小，滤饼质量与钻井工作的关系：在钻进过程中,有失水才能形成滤饼,所形成 的滤饼又能巩固井壁和阻止进一步失水,一般来讲,钻井要求钻井液要低失水量和簿而韧致密的泥 饼。失水过大滤饼过厚而松散对

10、钻井是不利的。失水量过大的危害：（1）地层被浸泡，易造成井 眼缩径或引起泥页岩剥落坍塌。 （2）水分渗入生产层，使油层中膨润土膨胀，油层气层渗透 率降低，生产能力下降。滤饼过厚的危害有：（1）滤饼厚而松散，摩擦系大，易造成泥饼粘附卡 钻。（2）易泥钻包头或堵水眼，使起下钻波动压力大。（3）起下钻时摩阻力增加，甚至遇卡。 （4）妨碍套管顺利下入，且影响固井质量。（5）电测遇阻遇卡，电测和井壁取资料不准确。但失水并不是越小越好，要求过小的失水量反而是钻井液成本增加，钻速下降，要求泥饼簿，并 不一定失水控制得很小，在钻井过程中，应根据地层岩石的特点，井深、井身结构、钻井液等类 型来决定，如对石灰岩、

11、白云岩、胶结致密的砂岩，对失水量不做要求，对易吸水膨胀、垮塌的 页岩和易垮塌的其它地层，失水量应严格控制，另外、井浅时可放宽，祼眼时间长应从严，使用 盐水钻井液应放宽，使用淡水钻井液应从严，总之、在井壁允许的情况下，适当放宽失水量的要 求，以最大限度地提高钻井速度。五、钻井液的固相含量1、钻井液的固相含量及含砂量的概念：钻井液的含砂量是指钻井液中所有的固体物质，包括粘土 钻屑，化学处理剂，重晶石粉等,这些固体物质占钻井液体积的百分数称为钻井液固体含量,通常 用百分数表示,钻井液中的固体物质并不没有区别的,根据固体对钻井液性能的影响不同和对钻井 液的作用不同,钻井液中的固相又可分为两种（1）有用

12、固相,是指维持钻井液所必须的固体,如膨润 土粉,化学处理剂,加重剂等。（2）有害固相，除有用固相以外的固体，如钻屑、劣质膨润土，砂 粒等。在不分散低固相钻井液中，膨润土占钻井液体积的2-4%，就可以满足钻井液性能的要 求，因此，一般钻井液中有害固相是很多的，为了有效地控制止钻井液的性能，改善井下情况， 提高钻井速度，对有害固相全部清除，对有用固相加以控制。2、钻井液固相含量对钻速的影响：实践证明，当清水钻井时，钻速是最高的，而水中一旦进入了 膨润土颗粒钻速就下降了，钻井液中的固相含量增加是引起钻速下降的一个重要原因，钻井液固 相含量高还会严重影响钻井液性能，并给钻井带来许多危害，钻头进尺减少，

13、钻井设备磨损严 重。钻井液密度黏度升高，滤饼加厚，容易发生井漏、卡钻等事故、损坏油气层。并使钻井液流 动阻力增大，泵压升高，不利于喷射钻进，使钻井液性能波动处理频繁，耗费大量的钻井液处理 剂，因此、要有效地提高钻进速度，安全钻井，必须严格控制固相含量，使用不分散低固相钻井 液。六、钻井液的 PH 值1、钻井液PH的概念：钻井液的PH值即钻井液的酸碱值，表示钻井液酸碱性的强弱，它等于钻井 液中的氢离子浓度的负对数值，又称PH，当PH值小于7时，钻井液为酸性，当PH值等于7时钻 井液为中性，当PH值大于7时钻井液为碱性，现场通常用比色法测定钻井液的PH值2、PH对钻井液的影响：PH值对钻井液性能有很大的影响，钻井液中的粘土颗粒在碱性介质中， 因负电荷较多，阳离子交换容量大，故较稳定。其次，有许多有机处理剂，必须在碱性作用下才 能发挥作用，如丹宁、腐植酸等，另外PH值低，有机处理剂易在高温下发酵变质，故一般钻井液 的PH值保持在8个以上。但若PH值高氢氧根离子在粘土表面的吸附会促使膨润土水化膨胀，不 利于防塌。经验表明，各种类型的钻井液都有它自已适宜的PH值范围。如高碱性钻井液PH为 12-14,不分散低固相钻井液PH值为8-9，弱酸性钻井液和饱和盐水钻井液PH值为67, PH值 控制在合适的范围内，钻井液粘切较低，失水量较小，性能比较稳定，另外、PH值是确定处理剂 碱比的依据。