石油工程钻井液.docx

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石油工程钻井液

第四章钻井液

在钻井工程中，人们常常以“泥浆是钻井的血液〞来形象地说明钻井液在钻井中的重要地位。

钻井液的作用可以概括为：

清洗井底，携带岩屑；冷却和润滑钻头及钻柱；平衡地层压力；保护井壁；协助破岩；地质录井；将水力功率传递给钻头；保护油气层等。

在钻井实践过程中钻井液技术不断开展，从最初采用清水开始，经历了清水、天然泥浆、细分散泥浆、粗分散泥浆、不分散低固相泥浆、无固相泥浆等几个阶段。

在这一过程中，为了解决某些复杂问题，出现了油基泥浆以及空气、泡沫等新型钻井液，远远超出了粘土和水形成的“泥浆〞范围，因此人们用“钻井液〞来代替“泥浆〞这一名称。

本章从钻井液的根本组成——粘土出发，介绍钻井液的根本性能及调整方法、现场常用钻井液的组成和特点。

第一节粘土根本知识

一、几种主要粘土矿物的晶体构造及特点

粘土主要是由粘土矿物（含水的铝硅酸盐）组成。

粘土矿物的种类很多，不同粘土矿物有不同的晶体构造及特点，但其晶体都是由两种根本构造单位组成的。

1．粘土晶体构造中的根本单位

1）硅氧四面体。

每个四面体中都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连，硅在四面体的中心，四个氧原子（或氢氧）在四面体的顶点。

2）铝氧八面体。

铝原子处于八面体的中心，与上面和下面的各三个氧原子或氢氧形成一个正八面体。

2．高岭石的晶体结构

高岭石晶体由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成。

四面体片的顶尖都朝着八面体片，二者由共用的氧原子和氢氧原子团联结在一起。

由于它是一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，所以称高岭石为1：

1型粘土矿物。

高岭石单元晶层，一面为OH层，另一面为O层，片与片之间易形成氢键，晶胞之间连结紧密，故高岭石的分散度低。

高岭石晶格中几乎没有晶格取代现象，它的电荷是平衡的，因此高岭石电性微弱。

这些特点决定了高岭石水化很差。

油气层中高岭石颗粒大而附着力弱。

常常因运移堵塞孔喉而降低渗透率。

3．蒙脱石的晶体结构

蒙脱石是由上下两个硅氧四面体片中间夹一层铝氧八面体片组成，硅氧四面体的尖顶朝向铝氧八面体，铝氧八面体片和上下两层硅氧四面体片通过共用氧原子和氢氧联结形成紧密的晶层，因此称为2：

1型。

在铝氧八面体中，有局部Al3+被Mg2+或Fe2+取代，四面体中的Si4+也有少量被Al3+取代，这样就使蒙脱石的晶格显负电性，这种现象称为晶格取代现象。

蒙脱石晶层上下皆为氧原子层，各晶层间以分子间力联结，联结力弱。

蒙脱石是极易水化、分散、膨胀的粘土矿物。

这些特点决定了蒙脱石是配浆的好材料，但地层中蒙脱石也会因水化膨胀而造成井塌和油层损害。

4．伊利石的晶格结构

伊利石的晶体构造和蒙脱石相似，也是2：

1型晶体结构，即伊利石也由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片组成，但它们之间的区别是：

伊利石的硅氧四面体中有较多的Si4+被Al3+取代，晶格出现的负电荷由吸附在伊利石晶层外表氧分子层中的K+所中和。

K+的直径为0.266nm，而晶层外表的氧原子六角环空穴直径为0.28nm，因此K+正好嵌入氧原子六角环中。

由于嵌入氧层的吸附K+的作用，将伊利石的相邻二晶层拉得很紧，联结力很强，水分不易进入层间，所以它不易膨胀。

伊利石由于晶格取代显示的负电性已由K+中和，K+嵌入氧原子六角环中，接近于成为晶格的组成局部，不易解离，所以伊利石电性微弱。

5．海泡石族

海泡石族包括海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石（或称山软木），它是铝和镁的含水硅酸盐，晶体构造为链状、棒状或纤维状。

海泡石的晶体结构中有很大的空穴，有极大的内部外表，因此含有较多的吸附水，而且有很高的热稳定性（350℃以上）和抗盐类污染的能力。

它在淡水和饱和盐水中的水化情况几乎一样，因此是配制深井钻井液和盐水钻井液的好材料。

6．绿泥石

绿泥石的结构是由三层型晶层与一层水镁石交替组成的。

水镁石层有些Mg2+被Al3+取代，因而带正荷。

于是三层型晶层与水镁石层间以静电相吸联结，同时还有氢键存在，因此绿泥石遇水后不发生膨胀。

油层中的绿泥石是一种这富含铁粘土矿物，对油气层的最大危害是对酸的敏感性。

二、粘土的吸附及水化作用

钻井液中粘土颗粒和分散介质的界面上，自动浓集介质中分子或离子的现象称为粘土的吸附。

由于粘土颗粒外表通常带有负电荷，因而能吸附水分子和各种水化离子，使粘土著人颗粒外表形成一层具有一定厚度的水化膜，这种现象称为粘土的水化作用。

粘土的吸附和水化作用是使钻井液分散体系稳定的重要因素。

1．粘土的吸附性能

（1）粘土颗粒外表电荷种类及原因

电泳现象证明，粘土颗粒在水中通常带负电。

粘土的电荷是使粘土具有一系列电化学性质的根本原因，同时对粘土的各种性质都发生影响。

粘土的电荷可分为永久电荷、可变负电荷和正电荷三种。

1）永久电荷。

它是由于粘土在自然界形成时发生晶格取代所产生的。

例如，Si—O四面体中Si4+被Al3+所代替，或A1—O八面体中的Al3+被Fe2+或Mg2+等取代，就产生了过剩的负电荷。

这种负电荷的数量取决于晶格取代的多少，而不受pH值的影响，因此称为永久负电荷。

2）可变负电荷。

在粘土晶体的断键边缘上有很多裸露的A1－OH键，其中OH中的H在碱性条件下解离，会使粘土负电荷过剩；另外粘土晶体的边面上吸附了OH-，SiO32-等无机离子或吸附了有机阴离子电解质也使粘土带负电。

由于这种负电荷的数量随介质的pH值而改变，故称为可变负电荷。

3）正电荷。

不少研究者指出，当pH值低于9时，粘土晶体边面上带正电荷。

多数人认为其原因是由于裸露在边缘上的Al—O八面体在碱性条件下从介质中接受质子引起的。

粘土的负电荷与正电荷的代数和即为粘土的净电荷数，由于粘土的负电荷一般都多于正电荷，因此粘土一般都带负电荷。

（2）粘土的吸附性能

吸附现象在钻井液中是经常发生的，化学处理剂改善钻井液性能，侵入物损坏钻井液的性能都是通过吸附改变粘土外表的性质而起作用的。

钻井液中粘土的吸附作用，可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种。

1）物理吸附。

物理吸附是靠吸附剂和吸附质之间分子间引力产生的，物理吸附是可逆的，吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。

非离子型的有机处理剂，往往是因在粘土外表发生物理吸附而起作用的。

2）化学吸附。

化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的。

例如铁铬木质素磺酸盐在粘土晶体的边缘上可以发生螯合吸附。

3）离子交换吸附。

粘土颗粒因晶格取代等原因，一般是带负电的，为了保持整体的电中性，必然要吸附阳离子。

而吸附的阳离子一般来说并不固定，可以与溶液中的阳离子进行交换，这种作用称为离子交换吸附。

最常见的交换性阳离子是Na+，Ca2+，Mg2+等。

钻井液中粘土吸附的离子与溶液中的离子发生离子交换吸附的现象是经常遇到的，配浆时加纯碱提高粘土的分散度和造浆率，就是利用离子交换吸附的特性。

离子交换吸附的特点是：

同号离子相互交换；等电量相互交换；离子交换吸附的反响是可逆的，吸附和脱附的速度受离子浓度的影响。

离子交换吸附的规律是：

浓度相同，价数越高，与粘土外表的吸力越强，交换到粘土外表上的能力越强；价数相同、浓度相近时，离子半径越小，水化半径越大，离子中心离粘土外表越远，吸附能力弱（K+与H+除外）；当浓度很高时，低价离子同样能交换高价离子。

常见的阳离子交换能力强弱顺序是：

H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+

上述顺序中，H+交换能力最强，这是因为H+的体积特别小，周围无法排列水分子，离粘土的距离较近。

这是在钻井液性能参数中重视pH值的重要原因之一。

粘土的阳离子交换容量是指在PH等于7的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量。

它包括交换性氢和交换性盐基，其数值均以每100g（即1hg）粘土所交换下来的阳离子的物质的量表示。

粘土的阳离子交换容量，直接关系到粘土颗粒带电荷的多少和吸附处理剂的能力。

影响粘土阳离子交换容量的因素有粘土矿物的本性、粘土矿物的分散度及溶液的pH值。

粘土矿物组成和晶体构造不同，阳离子交换容量有很大差异，引起粘土阳离子交换吸附的电荷中，以晶体取代所占的比例较大，由此可以推断，晶格取代愈多的粘土矿物，其交换容量也愈大。

高岭石无晶格取代现象，其阳离子交换容量很低，约为3~15mmol/hg,蒙脱石有显著的晶格取代现象，而且取代位置常常在A1—O八面体中，即在单位晶胞的中央，对所吸附的阳离子静电引力较弱，被吸附的阳离子参加交换反响比较容易，因此其阳离子交换容量较大，约为70~130mmol/hg。

伊利石也有较多的晶格取代，但其位置多发生在Si—O四面体中，电荷接近外表，加上其晶格中的六角环有固定K+的作用，因而阳离子交换比较困难，只有局部K+参与交换，故其阳离子交换容量介于高岭石和蒙脱石之间，约为10~40mmol/hg。

当粘土矿物组成相同时，其阳离子交换容量随分散度的增加而增大，特别是高岭石粘土矿物，其阳离子交换容量受分散度的影响最大，这是因为高岭石的电荷主要是由于裸露的OH中H+解离产生的，裸露的OH愈多，电性愈大。

在粘土矿物和分散度相同的条件下，pH值增高，阳离子交换容量增加，原因是：

Al—O—OH键是两性的，在碱性条件下H+更容易解离，使粘土外表负电荷增加，另外溶液中OH增多，它靠氢键吸附于粘土外表，使粘土外表的负电荷增多，从而增加粘土的阳离子交换容量。

2．粘土的水化作用

（1）粘土水化膨胀机理

粘土水化膨胀机理主要有两方面：

1）外表水化。

它是由粘土晶体外表上水分子的吸附作用引起的，引起外表水化的作用力是外表水化能，第一层水是水分子与粘土外表的六角形网络的氧形成氢键而保持在平面上。

因此，水分子也通过氢键结合为六角环，下一层也以类似情况与第一层以氢键连接，以后的水层照此继续。

2）渗透水化。

由于晶层之间的阳离子浓度大于溶液内部的浓度，水发生浓差扩散，进入层间，在双电层斥力作用下层间距增大。

渗透膨胀引起的体积增加比晶格膨胀大得多。

（2）影响粘土水化膨胀的因素

影响粘土水化膨胀的因素有：

1）粘土晶体的部位不同，水化膜的厚度不相同。

粘土晶体所带的负电荷大局部都集中在层面上，吸附的阳离子多，因此水化膜厚。

在粘土晶体的边面上带电荷较少，因此水化膜薄。

2）粘土矿物不同，水化作用的强弱不同。

蒙脱石的阳离子交换容量高，水化最好，分散度也最高；而高岭石阳离子交换容量低，水化差，分散度也低，颗粒粗；伊利石由于晶层间K+的特殊作用也是非膨胀性矿物。

3）粘土吸附的交换性阳离子不同，其水化程度有很大差异。

如钙蒙脱石水化后晶层间距最大仅为1.7nm，而钠蒙脱石水化后晶层间距可达1.7~4.0nm。

三、钻井液中粘土外表的双电层

粘土颗粒在水中外表带负电荷，通过静电作用可把交换性阳离子（称为反离子）吸引在它的周围。

这些反离子一方面受负电荷的吸引靠近粘土外表，另一方面由于反离子的热运动及反离子之间的斥力，会脱离粘土颗粒向溶液中扩散，其结果构成了扩散双电层。

粘土颗粒周围的阳离子只有一局部同粘土颗粒一起运动，这局部同粘土吸引得比较牢固的阳离子层，称为吸附层。

另一局部阳离子距离粘土颗粒稍远，不随粘土一起运动，这一局部称为扩散层。

吸附层和扩散层的交界面称为滑动面。

粘土颗粒运动中因丢掉扩散层中的反离子而显示出一定的电势，称为电动电势（ξ电位），其数值取决于吸附层内反离子总电荷。

电解质对电动电势影响较大，溶液中阳离子浓度越高，进入吸附层的阳离子数量多，那么使ξ电位降低，当反离子全部进入吸附层时，粘土颗粒呈电中性，这种现象称为电解质压缩双电层。

四、钻井液的稳定性

钻井液分散系中，粘土颗粒的分散或聚结，稳定或不稳定，是钻井液体系内部存在的一对主要矛盾。

钻井液分散系假设能长久保持其分散状态，各微粒处于均匀悬浮状态而不破坏，就称为具有稳定性。

稳定性包括两个方面的含意：

沉降稳定性和聚结稳定性。

1．钻井液的沉降稳定性

沉降稳定性是指在重力作用下钻井液中的固体颗粒是否容易下沉的性质。

假设下沉速度很小，那么称该体系具有沉降稳定性。

钻井液中岩屑的沉降决定于其重力和阻力的关系。

当重力占优势时，就表现为颗粒的下沉；当阻力等于重力时，那么表现为颗粒的悬浮。

由于钻井液中粘土颗粒的大小、形状不同，产生沉降阻力也不同，同时粘土颗粒之间还能形成一定强度的网状结构，因此其沉降稳定性也不一样。

影响沉降稳定性的因素主要有：

粘土颗粒的大小、颗粒与分散介质的密度差、分散介质的粘度和钻井液中粘土颗粒的多少。

颗粒愈大、颗粒愈重、介质粘度越小那么沉降稳定性越不好。

2．钻井液的聚结稳定性

聚结稳定性是指钻井液中的固体颗粒是否易于自动降低分散度而粘结变大的性质。

钻井液中的粘土颗粒分散度高，比外表大，因而具有较大的外表能。

根据外表能自发减少的原理，颗粒会自发地聚结变大，以降低外表能和分散度。

颗粒在运动中相互接近或碰撞时，颗粒之间存在排斥力和引力，当引力大于斥力时也会使颗粒聚结变大，相反颗粒趋于稳定。

因此，粘土颗粒间的吸引力和静电排斥力是影响聚结稳定性的主要因素。

粘土颗粒之间的斥力包括双电层斥力和水化膜的弹性阻力，引力那么主要是范德华力。

电解质有压缩双电层和降低电位的作用，因而对钻井液聚结稳定性有很大影响。

使粘土开始明显聚结所加电解质的最低浓度称为聚结值。

高分子化合物对钻井液聚结稳定性也有影响，参加少量的高分子物质，钻井液中粘土颗粒和高分子之间会发生相互作用，它们的绝大局部都会吸附在粘土颗粒的外表上。

如果高分子物质较多，微粒会尽可能多地吸附高分子物质在它的外表上，结果每个微粒完全被高分子所包围，再没有剩余的空白外表。

这样就失去了再吸附其它微粒上的高分子的可能，使微粒间的桥联作用无法实现，这样钻井液体系的稳定性反而增强了。

这种现象称为胶体的保护作用。

第二节钻井液性能及调控

按API推荐的试验程序，需检测的钻井液常规性能包括：

密度，马氏漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、高温高压〔HTHP〕滤失量、pH值及碱度，含砂量，固相含量，膨润土含量和滤液中各种无机离子浓度等。

钻井液的上述性能直接影响钻井的速度和质量。

一、钻井液的密度

1．对密度的要求

钻井液密度主要用来调节钻井液的静液柱压力以平衡地层孔隙压力，确保平安钻井。

有时也用来平衡地层构造应力，以防止发生井塌。

钻井液密度必须满足地质和工程的要求，如果密度过高，会引起钻井液过度增稠、易漏失、钻速下降、损害油气层和钻井液本钱增加等一系列问题，而密度过低那么容易发生井涌甚至井喷，有时还会造成井塌、井径缩小和携屑能力下降等。

因此，必须准确、合理地确定不同井段钻井液密度的指标，并在钻进过程中随时进行检测和调整。

2．调整钻井液密度的方法

参加各种加重材料如重晶石、石灰石等是提高钻井液密度最常用的方法。

在加重之前，应调整好钻井液的各种性能，特别是要严格控制低密度固相的含量。

所需密度值越高，加重前钻井液的固相含量应越低，粘度、切力亦越低。

此外，参加可溶性无机盐也是提高密度较常用的方法，如NaCl可将钻井液密度提高到1200kg/m3左右。

降低钻井液密度的方法有：

用机械和化学絮凝的方法去除固相，降低钻井液的固相含量；加水稀释，但有时会增加处理剂的用量和费用；混油，但会使钻井液本钱增加，且影响地质录井；钻低压油层时可选用充气钻井液等。

二、钻井液的流变性

钻井液流动和变形的特性称为流变性，其中流动性是主要的。

钻井液流变性是钻井液的一项根本性能，它在解决以下钻井问题时起着十分重要的作用。

1）携带岩屑，保证井底和井眼的清洁；

2）悬浮岩屑和重晶石；

3）合理确定水力参数，减少循环压力损失，充分发挥钻头水功率的作用，提高机械钻速。

4）减轻钻井液造成的压力冲动和对井壁的冲刷，防止井漏和井塌等事故的发生；

5）有效地发挥固控设备的效能；

6）防止气侵。

因此，钻井液流变性与平安、快速钻井密切相关，对钻井液的流变参数进行有效地控制、优选和调整，已成为当今钻井液工艺技术的重要组成局部。

1．钻井液流变模式及流变参数

流体的流变性可用流变曲线表示出来。

钻井液一般为非牛顿液体。

人们提出了许多方程来描述非牛顿液体的流变曲线，这些方程称为流变模式。

描述钻井液流变性的模式主要有下述几种。

（1）宾汉模式

宾汉（Bingham）模式常被用来描述塑性流体的流变性，其形式为

〔4-1〕

式中

——切应力，Pa；

——动切力（又叫屈服值），Pa；

——塑性粘度，

；

——剪切速率，s-1。

钻井液为层流流动时，塑性粘度不随流速梯度而改变，只与钻井液本身性质有关，而动切力能反映钻井液流动时的内部结构状态。

因此，塑性粘度和动切力是钻井液的两个重要流变参数，可用它来分析计算钻井液流动的压力损失、钻井液的剪切稀释作用和携屑能力等。

（2）幂律模式

幂律模式常用来描述假塑性流体的流变性，其形式为

〔4-2〕

式中K——稠度系数，

——流性指数。

在幂律模式中，

是反映钻井液非牛顿性质强弱的参数，介于0~1之间，

值越小，钻井液非牛顿性质越强。

稠度系数那么与粘度有关，K值越大粘度越高。

对K的控制相当于对塑性粘度的控制。

和K也是钻井液的重要流变参数。

在较高剪切速率条件下，幂函数和宾汉公式一样，也能代表钻井液实际流动的特性。

而在较低剪切速率条件下（如大口径钻进中，环状空间上返速度不大），幂函数方程比宾汉公式更接近于钻井液流动的特征。

控制K，

值对提高钻井液携带岩屑的能力、降低循环时的压力损失、降低钻头处的钻井液粘度、防止压力冲动等均有重要的意义。

（3）静切应力

静切应力是指使静止的塑性流体开始运动时的最低切应力，现场简称切力，常用

表示。

（4）触变性

钻井液在静置时常形成连续网状结构，静止时间越长，结构形成更完善，表现为钻井液变稠；搅拌时，网状结构受到破坏，表现为钻井液变稀，这种现象称为钻井液的触变性。

破坏单位面积上网状结构所需的力即为静切应力。

显然静止时间越长，静切应力越大。

人们规定静置lmin（API标准是10s）后测定的静切力为初切力

，静止10min后测定的静切力为终切力

，并用二者的差值来表示钻井液触变性的强弱。

（5）表观粘度

表观粘度是指某一剪切速率下剪切应力与剪切速率的比值。

在不同的剪切速率下，表观粘度有不同的数值。

表观粘度随剪切速率增大而降低，这种现象称为剪切稀释。

为了可供比照，现规定一律用1022s-1下测得的数值作为钻井液的表观粘度。

现场常用漏斗粘度作为一定条件下钻井液的表观粘度的量度。

2．对钻井液流变性的一般要求及调整方法

钻井液良好的流变性能是通过对流变参数的控制和调整来实现的。

在一定条件下，各流变参数的数值必须维持在某一适宜范围，否那么就会引起一些不良的后果。

一般来讲，当钻井液粘度、切力过高时，不仅流动阻力增加，使钻速受到影响，而且还容易出现泥包钻头、压力冲动大以及固控设备难以充分发挥其效能等问题。

但粘度、切力过低，又容易因井眼净化不良和对井壁的冲刷加剧而导致卡钻、井塌等复杂情况的发生。

对于非加重钻井液，

的适宜范围为5~12

，

一般应保持在1.4~14.4Pa范围内。

切力

是使钻井液开始流动所需的最低切应力，其值过高时会造成开泵困难，甚至憋漏地层，其值过低又直接影响钻井液的悬浮能力。

为了能够有效地携带岩屑，要求钻井液具有较高的动塑比〔

〕。

根据现场经验和平板型层流流核直径的有关计算，一般将

保持在0．48Pa/

左右是适宜的。

在使用幂律模式时，

值保持在0.4~0.7之间。

K值尚未明确其适宜范围，但原那么上应在保证有效携岩的前提下，尽量维持较低的K值，以提高钻速和降低开泵时所需的压力。

调整宾汉和幂律模式流变参数的方法如下所述：

1）降低

。

通过合理使用固控投备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减少固相含量。

2）提高

。

参加低造浆率粘土、重晶石以及混入原油均可提高

。

另外，增加聚合物浓度使钻井液的滤液粘度提高，也可起到提高

的作用。

3）降低

。

最有效的方法是参加适合于本体系的降粘剂（或称稀释剂），以拆散钻井液中已形成的网架结构。

如果是因Ca2+，Mg2+等污染引起的

升高，那么可用沉淀方法除去这些离子。

此外，适当加水或稀浆稀释也可起到降低

的作用。

4）提高

。

可参加预水化膨润土或增大聚合物的加量。

对于钙处理或盐水钻井液，还可通过适当增加Ca2+，Na+浓度来到达提高

的目的。

5）降低

值。

增加钻井液中高相对分子质量聚合物和无机盐的含量，以及将预水化膨润土参加盐水钻井液体系等，均可使

值降低。

但是，通过增加膨润土含量和矿化度来降

值，一般来讲不是好的方法，而应优先考虑选用适合于本体系的聚合物来降低

值，改良流型。

试验说明，XC生物聚合物和聚丙烯酸钙等都是非常有效的流型改良剂。

6）降低或提高K值，与降低或提高

，

值的方法根本相同。

三、钻井液的滤失量

1．钻井过程中钻井液的滤失和造壁作用

地层被钻穿后，在钻井液液柱压力和地层压力之间的压差作用下，钻井液中的水分渗入到渗透性地层的孔隙和裂缝中去，同时钻井液中的固体颗粒被阻挡沉积在井壁上，形成一层泥饼，这种作用称为钻井液的失水和造壁作用。

钻井液静止情况下的滤失作用称为静失水，循环时的滤失作用称为动失水。

钻井液循环时，一方面存在着滤失和造壁作用，同时形成的泥饼又受到钻井液的冲蚀。

当形成的速度与被冲刷的速度到达动态平衡时，失水速度保持不变。

而在静失水情况下，泥饼厚度不断增加，失水速度不断降低。

所以在相同时间内，静失水比动失水形成的泥饼厚，而动失水的速度和滤失水分的数量要比静失水多，因此，要想控制渗入地层的水的数量，必须重视动失水，而要想控制泥饼厚度，却必须注意静失水。

在地层刚刚钻开，泥饼尚未形成以前，钻井液中大量水分在短时间内迅速渗入地层，这种滤失作用称为瞬时失水。

瞬时失水高有利于提高机械钻速。

2．钻井液滤失与钻井的关系

一般来讲，钻井要求钻井液具有低失水量和薄而致密的泥饼。

在失水量和泥饼质量这两个因素中，泥饼质量是主要的。

失水量高且泥饼厚而松散对钻井是很不利的，表现在：

损害油气层，降低产量；井壁垮塌，井径不规那么，起下钻遇阻；在高渗透性地层形成较厚泥饼，造成压差卡钻；因滤液侵入半径过大，致使测井解释不准。

但是，在实际钻井作业过程中，钻井液的滤失量也并非越小越好。

在一般地层，如果对控制滤失量要求过高，不仅会造成处理剂的大量消耗，也不利于提高钻速。

因此应根据地层特点，适当地控制滤失量。

3．钻井液滤失性的调整方法

钻井液的滤失量主要受压差、时间、温度、泥饼渗透性等因素的影响。

从钻井液性能方面考虑，为了有效地控制滤失量，可采取下述措施：

1）使用膨润土。

膨润土颗粒细、呈片状、水化膜厚，故能形成致密的泥饼，而且可以在固相较少的情况下满足对钻井液滤失性质和流变性质的要求。

使用得法，膨润土是可以在大多数情况下把钻井液的失水量控制到钻井和完井工艺所要求数值的。

膨润土是配浆材料，同时也是失水量和建立良好造壁性的根本处理剂。

2）参加适量纯碱、烧碱或有机分散剂（如煤碱液等），提高粘土颗粒的ξ电位、水化程度和分散度。

3）参加适当聚合物以保护粘土颗粒，阻止它们聚结，从而有利于提高分散度。

同时，聚合物沉积在泥饼上也起堵孔作用，使失水量降低。

4）参加一些极细的胶体粒子（如腐植酸钙胶状沉淀）堵塞泥饼孔隙，以使泥饼的渗透性减小、抗剪切能力提高。

四、含砂量

钻井液含砂量是指钻井液中不能通过200目筛子（即直径大于74μm）的砂子所占钻井液体积的百分数。

钻井液中砂子的来源，一方面是造浆用粘土中带来的，另一方面是钻屑混入钻井液中的。

钻井液含砂量高将使钻井液密度升高，降低钻速；使泥饼含砂量高，泥饼渗透性高造成失水量增加；使泥饼摩擦系数大，造成卡钻；使钻头钻具和设备磨损严重。

因此，钻井工程要求钻井液的含砂量小于0.5%。

第三章常用钻井液简介

一、钻井液体系的选择

钻井液设计是钻井工程设计的重要组成局部，也是钻井