钻井液基本知识.docx
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钻井液基本知识
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、冲洗井底，悬浮携带岩屑，保持井眼洁净。
2、均衡
地层压力，稳固井壁、防备井塌、井喷、井漏。
3、传达水功率、以帮助钻头破裂岩石。
4、为井下动力钻
具传达动力，5、冷却钻头、钻具。
6、利用钻井液进行地质、气测录井。
钻井液惯例性能对钻井工作有很
大的影响。
一、钻井液密度
1、钻井液密度观点：
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×102）÷H+Pe
P----钻井液密度g/cm3
式中：
P地----地层压力MPa
H-----井深m
Pe-----附带密度、油层附带—气层附带—
因为起钻时可能产生抽吸或液面降落，此外，气体进入井内，也会惹起液柱压力降低，所以钻井液密
度要有附带值。
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经过钻井液柱对井底和井壁产生压力，以均衡地层中油、气压力和岩石侧压力、防备井喷、保护井壁，同时防备高压油气水侵入钻井
液，免得破坏钻井液的性能惹起井下复杂状况，在实质工作中，应依据详细状况，选择适合的钻井液密度，若钻井液密度过小，则不可以均衡地层流体压力，和稳固井壁，可能惹起井喷、井塌、卡钻等事故，若钻井
液密度过大则压漏地层，并易伤害油气层。
钻井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除去遇到阻拦。
造成重复破裂，降低钻头破裂岩石的效
率，使钻速降落，往常在保证井下状况正常的前提下，为了提升钻速，应尽量使用低密度钻井液。
二、钻井液粘度
1、钻井液的粘度观点:
钻井液粘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应
钻井液粘度可用漏斗粘度计和旋转粘度计进行测定
因为测定的方法不一样
有不一样的粘度值
现场常采纳漏斗粘度计丈量钻井液的粘度
单位是秒。
2、钻井液与钻井工作关系，钻井液粘度的大小，对钻井液携带岩屑能力有很大的影响，一般来说，钻井液粘度大，携带岩屑能力强，但在钻井过程中，钻井液粘度要适合，不然将会惹起不良结果。
若钻井液粘度过低，不利于携带岩屑，井内沉砂快，冲洗井壁，易造成井壁剥落，坍塌，井漏等，钻井液粘
度过高，则可能造成以下危害：
（1）流动阻力大，泵压高，井底冲洗成效差，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。
以致惹起井漏、井喷、井塌等复杂状况。
（3）沉砂困难,
净化不良,磨损钻具和配件。
（4）除气困难，钻井液密度降落，易惹起下钻复杂状况。
（5）岩屑在井壁形
成假泥饼，易惹起阻卡。
（6）固井时水泥浆易串槽，影响固井质量。
所以、钻井液粘度的高低应依据详细状况而定，往常在保证携带岩屑的前提下，粘度应低，井深时泵压高，泵排量受限制，井眼状况一般比浅井复杂，为了有效的携带岩屑和悬浮岩屑，粘度易大些，当井眼
出现垮塌，沉砂许多或出现轻度漏失机，为除去井下复杂状况，粘度也适合增大。
从提升钻速的角度出发，对钻井液的粘度提出新的要求，既钻井液的粘度要随流速梯度上涨而降落，这就是剪切降粘的特征。
当钻
井液从钻头水眼喷出时有较低的粘度，有益于钻头破裂岩屑。
冲洗井底，而在环形空间上返时又拥有较高粘度，有益于携带岩屑，这个特征对提升钻速有益，除清水外多半钻井液拥有剪切降粘的特征。
三、钻井液切力
1、钻井液切力观点：
因为钻井渡中黏土颗粒的形状很不规则，表面性质也极不平均，颗粒之间简单部分粘结，形成絮凝网架构造，当颗粒浓度足够大时，能够形成充满整个有较容积的连续空间网架构造，假如钻井液流动，就一定在必定程度上破坏这类连续网架构造，才能使颗粒之间产生相对运动，切力就是
这类网架构造的反应，并且构造强度越大，则切力越大,反之则小。
反应钻井液构造力的参数有静切、触变性、动切力等。
钻井液在静止的条件下形成凝胶构造的强度，
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构造所需的力，
往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。
（切力高升
）的特征,或许说，钻井液的切力随搅拌后的静置时间长而增大
的特征，如钻井时钻井液不停循环粘度较低,而起下钻时钻井液静止循环粘度大,就是这个道理。
因为钻井
液有触变性,静止时间不一样,则切力不一样,往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
切力又称折服值，用旋转粘度计测定，单位是达因厘米2
2、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拥有适合的切力和优秀的触变性，在钻井液停止循环时，切力能较快的增大，到某个适合的数值，既有益于钻屑的悬浮又不致于静置后开泵泵压过高，若切力过低，则悬浮携带岩屑成效不好，一旦停泵很容
易造成复杂状况，若切力过高，又可能造成以下危害：
（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，密度上涨快。
（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，动力耗费大，
降低钻速。
四、钻井液的失水及滤饼
1、钻井液失水和泥饼的观点：
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
井壁的孔隙裂痕渗到地层
这类现象叫失水
（或滤失
）,失水的多少称为钻井液的失水量
往常现场测定的失
水量是指在
MPa
压力作用下
30min
内经过直径为
75mm
过滤面积所滤失的水的体积
单位是毫升。
在
失水同时
钻井液中的黏土颗粒被阻拦堆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，也是互相影响的，开始是因为失水而形成的滤饼，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拦进一步失水，失水主要取决于滤饼
自己的浸透性，而失水量其实不是决定滤饼厚度的独一要素，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
滤饼又能稳固井壁和阻挡进一步失水,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
过大滤饼过厚而松懈对钻井是不利的。
失水量过大的危害：
（1）地层被浸泡，易造成井眼缩径或惹起
泥页岩剥落坍塌。
（2）水分浸透生产层，使油层中膨润土膨胀，油层气层浸透率降低，生产能力
降落。
滤饼过厚的危害有：
（
1）滤饼厚而松懈，摩擦系大，易造成泥饼粘附卡钻。
（
2）易泥钻包头或
堵水眼，使起下钻颠簸压力大。
（
3）起下钻时摩阻力增添，甚至遇卡。
（
4）阻碍套管顺利下入，且影
响固井质量。
（5）电测遇阻遇卡，电测和井壁取资料不正确。
但失水其实不是越小越好，要求过小的失水量反而是钻井液成本增添，钻速降落，要求泥饼簿，其实不
必定失水控制得很小，在钻井过程中，应依据地层岩石的特色，井深、井身构造、钻井液等种类来决定，
如对石灰岩、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，此外、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、在井壁同意的状况下，适合放宽失水量的要求，以最大限度地提升钻井速度。
五、钻井液的固相含量
1、钻井液的固相含量及含砂量的观点：
钻井液的含砂量是指钻井液中所有的固体物质，包含黏土
钻屑，化学办理剂，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
往常用百分
数表示
钻井液中的固体物质其实不没有区其他
依据固体对钻井液性能的影响不一样和对钻井液的作用不一样
钻井液中的固相又可分为两种
（1）实用固相
是指保持钻井液所一定的固体
如膨润土粉
化学办理剂
加重
剂等。
（2）有害固相，除实用固相之外的固体，如钻屑、低质膨润土，砂粒等。
在不分别低固相钻井
液中，膨润土占钻井液体积的2-4﹪，就能够知足钻井液性能的要求，所以，一般钻井液中有害固相是
好多的，为了有效地控遏止钻井液的性能，改良井下状况，提升钻井速度，对有害固相所有除去，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
膨润土颗粒钻速就降落了，钻井液中的固相含量增添是惹起钻速降落的一个重要原由，钻井液固相含量
高还会严重影响钻井液性能，并给钻井带来很多危害，钻头进尺减少，钻井设施磨损严重。
钻井液密度
粘度高升，滤饼加厚，简单发生井漏、卡钻等事故、破坏油气层。
并使钻井液流动阻力增大，泵压高升，
不利于发射钻进，使钻井液性能颠簸办理屡次，耗资大批的钻井液办理剂，所以、要有效地提升钻进速
度，安全钻井，一定严格控制固相含量，使用不分别低固相钻井液。
六、钻井液的
PH值
1、钻井液
PH的观点：
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，现场往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，钻井液中的黏土颗粒在碱性介质中，
因负电荷许多，阳离子互换容量大，故较稳固。
其次，有很多有机办理剂，一定在碱性作用下才能发挥
作用，如丹宁、腐植酸等，此外PH值低，有机办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值高氢氧根离子在黏土表面的吸附会促进膨润土水化膨胀，不利于防塌。
经验
表示，各种种类的钻井液都有它自已适合的PH值范围。
如高碱性钻井液PH为12-14，不分别低固相钻
井液PH值为8-9，弱酸性钻井液和饱和盐水钻井液PH值为6—7，PH值控制在适合的范围内，钻井液
粘切较低，失水量较小，性能比较稳固，此外、PH值是确立办理剂碱比的依照。
七、钻井液办理剂
为了知足钻井工艺的要求，单靠使用清水和机械设施来调整和控制钻井液性能是远远不够的，一定在
钻井液使用各种各种的化学办理剂。
就生产中常用的钻井液无机办理剂，有机办理剂和表面活性剂有以下
种类：
（一）无机办理剂
1、氢氧化钠（NaOH），
氢氧化钠俗名烧碱、苛性钠，常温下密度为—3,易容于水，溶解时放出大批的热，溶解度随温
度高升而增大，水溶解呈强碱性
PH值为14。
使用时应注意安全，防备腐化皮肤和衣服，
NaOH易潮，与
空气的CO2作用生成NaOH，寄存应注意防潮，
NaOH是强碱，主要用来调停钻井液的
PH值，与有些有机
物配合使用，如与单宁成单宁碱液，与聚丙稀睛进行水解获得水解聚丙稀睛等，此外
NaOH还除去有害的
Ca2+Mg2+.
2、氯化钠（NaCI）
俗名食盐，为白色晶体，密度为
3易溶于水，水溶液为中性，溶解度随温度的高升略有增大，
纯品NaCI不潮解，含MaCI2
2
等杂质的NaCI易吸潮NaCI主要用来配制盐水钻井液和饱和盐水钻井液，
CaCI
以防备岩盐井段的溶解，保持井径规则，
NaCI还可用来提升钻井液的矿化度，克制页岩地层的水化膨胀，
防备坍塌。
3、氢氧化钾（KOH）
俗名苛性钾，是一种半透明晶体，常温下密度为
3易溶于水，溶解时激烈放热，水溶液呈强
碱性，PH值为14，有较强的腐化作用，
KOH极易汲取空气中的水分和
CO2生成K2CO3KOH即能用来调
节钻井液的PH值又能供给
K+。
K+，有优秀的防塌作用，所以钾盐钻井液被宽泛的应用，其他
KOH可用
来与某些有机办理剂进行水解作用，生成钾盐，如聚丙稀酸钾、聚丙稀睛钾等。
4、碳酸钠（NaCO）
2
3
俗名纯碱、苏打、无沫，
Na2CO3为白色粉末，密度为
3。
易溶于水，水溶液呈碱性，
PH值为。
NaCO易汲取空气中的水分结成硬块，
汲取空气中的CO变为NaCO
NaCO在钻井液中经过离子互换
2
3
2
2
3
2
3
和积淀作用，使钙质膨润土变为钠质膨润土，当前配制钻井液多用钙质膨润土，所以在配制钻井液时需
加入必定量Na23
2
3
CO，目的就是为了改良膨润土水化分别性能，提升膨润土造浆率，此外，
NaCO可用来
除去石膏或水泥浸入到钻井液中的
Ca2+，改良钻井液的性能。
5、硫酸钙（CaSO2HO）
4
2
俗名石膏，分为生石膏（CaSO
2H2O）和熟石膏（CaSO41/2H2O）作为钻井液办理剂常用熟石膏，熟
4
石膏遇水可硬化为生石膏，熟石膏是白色粉末，密度为
2。
5g/cm3能溶于水，40。
C从前，溶解度随温度
高升而增大，40。
C此后溶解度随温度高升而降低，石膏主要用来配制石膏钻井液，克制地层中石膏泥岩
层中石膏的溶解，使井径规则，减少污染，在石膏钻井液中、还有低抗石膏浸，盐浸和防塌的特色，另
外也是钙办理的原料。
6、硅酸钠（Na2SiO3）
俗名水玻璃、泡纯碱，为黏稠半透明液体，随所含杂质的不一样可呈无色，棕色或青绿色等，密度为
—
3，PH值为—12。
可溶于水和碱性溶液，能与盐水混溶。
所以、可用饱和盐水调理
Na23
SiO的粘
度，Na2SiO3加入钻井液，能够部分水解生成胶态积淀，但是部分膨润土颗粒（或粉砂等）聚沉，进而保
持较低的固相含量和密度，
其他Na23
故有较好的防塌性能，
SiO钻井液对泥页岩水化膨胀有必定的制作用，
若将Na2SiO3的PH降至
9以下时，整个溶液会形成不流动的凝胶，利用这个特色，常用
Na2SiO3和石灰
配制堵漏剂。
7、硫酸钡（BaSO4）
硫酸钡俗名重晶石，纯品为白色粉末，含杂质的制品为绿色或灰绿色，密度为
—3。
BaSO4
不于水，能溶于稀盐酸，
BaSO4在钻井液中作用是增添钻井液密度，作为钻井液的加重剂
要求BaSO4的
密度不小于3粉末粒度要求99﹪经过200目筛.
（二）有机办理剂
有机办理剂一般多是有机高分子化合物，从某根源和发展上看，可分为天然产品，改性产品，合成产
品三大类，按其作用可分为稀释剂，降失水剂、絮凝剂三大类
1、稀释剂类：
（1）铁铬木质素磺酸盐（代号FCLS）
简称铁铬盐，成品为棕黑色粉末，易溶于水，水溶液呈弱酸性，有较强抗污染能力，热稳固性较强，
抗温可达170--180。
C，铁铬盐是一种抗盐抗钙和抗温能力较强的钻井稀释剂，可用于谈水，海水和饱和盐
水钻井液，各种钙办理钻井液和深井钻井液，铁铬盐在稀释的同时，还有必定的降失水和防塌作用。
铁铬
盐一般配成碱液使用，若钻井液PH值较高时可将粉末直接加入到钻井液中，PH值一般在9—12之间，稀
释成效最好，PH值过高用量过大易产生泡沫，PH值过低则稀释成效差，其他、使用铁铬盐办理的钻井液
滤饼摩擦系大，使用时配合使用防（塌）卡剂。
（2）磺甲基单宁（代号SMT）
俗名磺化单宁，也是一种改性的新式稀释剂，主要用作深井钻井液的稀释剂，抗温可达180--200。
C，
磺化单宁在高温条件下可有效地控制淡水钻井液的粘度切力，但抗盐、抗钙能力较差，磺化单宁使用时可
直接加入到钻井液中，在PH值大于9时稀释成效较好，合用于淡水钻井液和一般钻井液。
（3）磺甲基栲胶（代号SMK）
俗名磺化栲胶，也是一种改性新式稀释剂，成品为棕竭色粉末或细粒状，易溶于水，水溶液呈碱性，
磺化栲胶是深井钻井液的稀释剂，一般抗温可达180。
C，在淡水钻井液中有较好的稀释成效，但抗盐抗钙
能力较差，磺化栲胶使用时可直接加入到钻井液中，以
PH值
8—11之间为宜。
（4）乙二胺四甲叉磷酸钠
（代号
EOTMPS）属于有机磷酸盐，固体为白色粉末，易溶于水，液体为棕色黏稠状，呈微碱性，它是一
种新的不分别性钻井液稀释剂，能有效的降低钻井液的粘度、切力，同时它可与
Ca2+
Mg2+
形成稳固性
的联合物，故能除去
Ca2+
Mg2+对钻井液的影响，且有较强的抗盐能力和抗温性。
2、降失水剂
（1）钠羧甲基纤维素，（代号
Na—CMC或CMC）
成品为白色或浅黄色粉末，无毒易溶于水，有必定的抗钙、抗盐能力，但遇高价
AI3+
Fe3+会发生絮凝
作用，抗温性较差，一般达140。
C。
工业上常按其水溶液粘度的不一样，分为高粘、中粘、低粘三种种类，
使用时注意差别。
羧甲基纤维素是最常用的降失水剂，它在降低钻井液失水的同时还有克制泥页岩水化膨
胀和稳固井壁的作用，并且可用来提升钻井液悬浮和携带岩屑的能力，高粘度的羧甲基纤维素还能够作无
固相钻井液的增稠剂。
使用时可直接加入到钻井液中，也能够配成不一样浓度的胶液使用。
（2）磺甲基褐煤（代号SMC）
俗名磺化褐煤，成品为黑褐色粉末或颗粒易溶于水，是一种新式的改性办理剂，它在降低钻井液失水
的同时，有必定的稀释作用，抗温达200--220。
C。
使用时可直接加入到钻井液中，因为磺甲基褐煤抗盐、
抗钙能力较差，合用于在淡水钻井液中降低失水。
（3）磺甲基酚醛树脂（代号SMP）
俗名磺化酚醛树脂，是新式的抗高温降失水剂，按其抗盐能力不一样可分SMP-2两种型号，两者热稳固
性好，抗温均达180--200。
C。
液体的磺化酚醛树脂为棕色黏稠液体，固体为棕褐色粉末，两者都易溶于水，
使用时可直接加入到钻井液中，若配合磺化腐植酸类办理剂和铁铬盐一同使用，降低高温高压失水成效尤
其显然。
（4）聚丙稀酸钠（代号8A44、80A46）
聚丙稀酸钙（代号CPA）。
8A44、80A46）的不一样之处是分子量不一样，聚丙稀酸钠为白色粉末，或细砂
状颗粒，易溶于水，水溶液呈中性，易潮解，常用作低固相钻井液的稳固剂，因为抗盐抗钙能力较差，常
用作淡水钻井液的降失水剂。
聚丙稀酸钙成品为白色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性，拥有较强的抗盐抗
钙能力，可用作盐水和海水钻井液的降失水剂和增粘剂。
（5）铬腐植酸（代号C1—NaC）
成品为棕褐色粉末，易溶于水，水溶呈碱性，是一种抗高温的钻井液降失水剂和稀释剂，在钻井液中
既能降低钻井液的切力，又能降低钻井液的失水。
抗温可达200。
C，外另、铬腐植酸有较强的抗盐和抗钙
能力，合用于含盐量小于5万PPm的盐水钻井液和含钙量小于600PPm的钙办理钻井液。
使用时可直接加
入到钻井液中，PH值以10—11为宜。
（6）水解聚丙稀晴钠盐（代号HPAN）
成品有固体和液体两种，两者都易溶于水，它的热稳固性好，抗温达240--250。
C，有较强的抗盐能力，
但抗钙能力较差。
水解聚丙稀晴钠盐是深井和超深井钻井液的降失水剂，在降失水的同时可提升粘度，增
加悬浮能力，常用于淡水钻井液，有优秀的降失水作用，用水海水钻井液需配磺化酚醛树脂才有效，使用
时可直接加入钻井液中。
（7）水解聚丙稀晴钾盐（代号KPAN）
水解聚丙稀晴钙盐（代号PAN）、高温水解聚丙稀晴（代号NPAN）,这三种产品都是钻井液的降失水
剂，水解聚丙稀晴钾盐拥有降失水、降摩阻、抗温、抗污染和防塌等特色，水解聚丙稀晴钙盐与聚丙稀酰
胺、水解聚丙稀酸钙配合使用可实现钻进液的低粘度、低密度、低切力，高温水解聚丙稀晴因为高温水解
作用，分子中含有NH4，故在钻井液中能有效地控制高压失水量，并有较好的防塌作用。
（8）聚合腐植酸（代号SH23SH24）
是深井和超深井钻井液的降失水剂，
其热稳固性能好。
抗温可达
200。
C，SH23与SMP-1复配使用，抗
盐达6—13万PPm，SH23
与SMP-2
复配使用,抗盐达13--30
24
与SMP-1复配使用抗盐达
6万
万PPm，SH
PPm。
3、絮凝剂
（1）聚丙稀酰胺（代号PAM）
钻井液中使用的有胶体和固体两种产品，聚丙稀酰胺常作为不分别低固相钻井液的全絮凝剂，在钻井
液中既絮凝钻屑、低质膨润土，同时还能够改良钻井液的流动性，减少摩阻，提升钻速，使用时固体的可
直接加入钻井液中，胶状的则需配成溶液才能使用。
（2）水解聚丙稀酰胺（代号PHP）
水解聚丙稀酰胺也是钻井液的絮凝剂，在钻井液中的絮凝作用受分子量和水解度的影响，一般分子量
为300—500万，水解度为30﹪的聚丙稀酰胺絮凝成效最好，适合的水解度和分子量的聚丙稀酰胺是选择
性絮凝剂，既絮凝钻井液中的钻屑，低质膨润土，对水化性强的膨润土，无絮凝作用，高水解度的聚丙稀
酰胺可用于提升粘度、防漏、堵漏以及降低钻井液的失水量。
（3）聚丙稀酰胺和丙稀酸钠共聚物（代号80A51）
成品为白色粉末状或细颗粒状。
是一种新式的选择性絮凝剂，拥有絮沉岩屑，抗温抗污染的特色，也
可作为淡水钻井液的流型改良剂，还有必
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