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1、钻井液复习demo2老马出品钻井液复习资料1、 钻井液：油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的循环流体的总称。2、 钻井液的功用：1)携带及悬浮钻屑及加重材料；2)稳定井壁平衡地层压力； 3)冷却、润滑钻头钻具； 4)传递水动力； 5)提供地层资料；3、钻井液的要求：(1)与钻遇的地层相配伍，满足保护油气层的要求；(2)有利于地层测试，不影响地层的评价；(3)对环境无污染，对人员无伤害，尽量不腐蚀井下工具及地面设备4、钻井液的类型：分散钻井液、钙处理钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液、聚合物钻井液、钾基聚合物钻井液、油基钻井液、合成基钻井液、气体型钻井液、保护油气层的钻井液。5、低密度固

2、相分为有用固相、无用固相。6、膨润土的作用：(1)增加黏度、切应力，提高井眼净化效果；(2)形成低渗透率的致密泥饼，降低滤失量；(3)改善井眼稳定性；(4)防止井漏。7、滤失性：钻井过程中，在压差的作用下，钻井液中的流体向地层渗漏的性质。8、滤失量：钻井液的滤失速率。9、造壁性：钻井液在渗滤的同时，钻井液中的固相颗粒附着并沉积在井壁上形成一层泥饼，逐渐加厚并压实的泥饼对裸眼井起稳定和保护的作用。10、为什么要使钻井液的pH值维持在911？ (1)减轻对钻具和套管的腐蚀；(2)使黏土颗粒处于适度分散的状态；(3)抑制钙镁离子的溶解；(4)有利于有机处理剂的溶解。11、碱度：指溶液或悬浮体对酸的溶

3、解能力。12、碱度值：滴定1ml样品（钻井液或其滤液）所消耗的0.01mol/l的量。13、储备碱度：未溶解的生石灰构成的碱度。14、酚酞变色点 pH=8.3（由红变无色）甲基橙变色点 pH=4.3（黄变橙红）pH8.3，溶液中无、可存在。pH74um）的砂粒占钻井液总体积的百分数。18、钻井液含砂量过高的危害：(1)钻井液密度升高，降低钻速；(2)泥饼松软，滤失量增大，不利于井壁稳定，影响固井质量；(3)泥饼摩擦系数大，易压差卡钻；(4)钻头和钻具磨损严重。19、钻井液固相含量：钻井液中全部固相体积占钻井液体积的百分数。20、固相含量过高的危害：(1)使钻井液流变性能变差，黏度切力增大，流动

4、性和携岩效果变差；(2)在井壁上形成松软的厚泥饼，摩擦系数大，易导致起下钻遇阻或黏附卡钻；(3)泥饼质量差，使钻井液滤失量增大，造成井壁泥页岩水化膨胀，井径缩小，井壁剥落或坍塌；(4)钻井液易发生盐钙侵和黏土侵，抗温性能变差，维护其性能的难度明显增大；(5)伤害油气层，产能下降。21、钻井液的膨润土含量取决于钻井液的阳离子交换容量。22、钻井液的阳离子交换容量：每100ml钻井液所能吸附亚甲蓝的毫摩尔数。23、黏土的阳离子交换容量：在分散介质pH=7的条件下，每100g黏土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数。24、钙镁离子进入钻井液的主要途径：(1)配浆水使用的是硬水；(2)钻遇石膏层或盐膏层时，

5、及一些、固体不可避免的进入钻井液中；(3)钻水泥塞过程中，来自水泥的钙会对钻井液造成污染。25、造浆率：每1t膨润土所能配成表观黏度为15mPs的钻井液的体积（不少于16方）。26、晶格取代：在晶体结构中某些原子被其他化合价不同的原子取代而晶体骨架不变的作用。27、补偿阳离子：被吸附来补偿正电荷亏损的阳离子。28、可交换阳离子：在有水存在时，可与溶液中其他阳离子发生交换的那部分补偿阳离子。29、离子交换吸附：黏土颗粒上吸附的离子与溶液中离子间同电性、等电量的交换作用。30、黏土的交换性阳离子：被黏土吸附的可被分散介质中其他阳离子所交换的阳离子。31、阳离子交换吸附的特点：(1)同电性离子进行交

6、换； (2)等电量互相交换； (3)离子交换吸附的反应可逆。 例如：钻井液中钙离子含量过高会使钻井液性能变坏，加入纯碱，与生成沉淀，减少浓度使钻井液性能得到改善。32. 离子交换吸附规律：1) 离子价数的影响:浓度相差不大时，阳离子价数越高，吸附能力越强；2) 离子半径的影响：价数相同，浓度相近时，离子半径越小，水化半径越大，离子距离黏土表面远，吸附能力弱；反之越强；K+和H+例外；3) 离子浓度的影响：离子浓度高时，低价离子也可将高价离子交换下来。33. 影响CMC值大小的因素：1) 黏土矿物的本性；2) 黏土的分散度；3) 分散介质的pH值。34. 常见黏土矿物的结构性质及故障提示:1)

7、高岭石11:1型黏土矿物；2几乎没有晶格取代，CMC小，负电量少；3晶层间引力以氢键为主，引力强，晶层间距小，是非膨胀型黏土矿物；4水化能力差，造浆率低；5在钻井过程中，含高岭石的泥页岩低层易发生剥落掉块。2) 蒙脱石12:1层型黏土矿物；2晶格取代多在八面体中，CMC大，负电量大；3晶格间引力以分子间力为主，引力弱，晶层间距大，水分子易进入晶层间，引起晶格膨胀，水化阳离子进入晶层间，使晶层间距增加，是膨胀型黏土矿物；4晶层的内外表面都可进行水化阳离子交换，吸水性强，造浆率高；5钻井时蒙脱石易水化膨胀，造成缩径现象，故应添加黏土抑制剂。3) 伊利石 12:1层型黏土矿物2晶格取代多发生在硅氧四

8、面体中，且取代数目多于蒙脱石，晶胞平均负电量高于蒙脱石，产生的负电荷主要由K+平衡，CMC大，介于高岭石和蒙脱石之间；3晶层间引力 以静电力为主，比氢键强，晶层间距小，是非膨胀型黏土矿物；4水化作用仅限于外表面；5钻井遇到以伊利石为主的泥页岩地层时，常常发生剥落掉块，需采用抑制黏土分散的钻井液。4) 绿泥石 12:1:1层型黏土矿物，是由一层类似伊利石的2:1层型结构片与一层水镁石晶片组成；2水镁石八面体片中有一些Mg+被Al+取代而带正电荷，这些电荷与三层型晶片中的负电荷平衡（硅氧四面体中的部分硅被铝取代产生负电荷），整个网络的电荷很低；3晶层间存在氢键，加上水镁石对晶层的静电引力，使绿泥石

9、的晶层结构紧密，层间距一般为1.42nm。水不易进入分子中，属于非膨胀型黏土矿物；4在储层常钻遇，不宜进行酸化来提高采收率。35黏土的水化作用：黏土矿物遇水后，在其颗粒表面吸附水分子形成水化膜的过程。36黏土矿物的水分分为:结晶水、吸附水、自由水。37黏土水化膨胀作用：黏土矿物晶层表面吸附水分子和补偿阳离子，吸附水分子增大晶层间距的过程。38黏土水化膨胀作用机理：1) 过程：1表面水化：由黏土晶体表面吸附水分子与交换性阳离子吸附水分子引起；2渗透水化：由于晶层间的阳离子浓度大于溶液内部的浓度，使水发生浓度扩散，进入层间，增加晶层间距，形成扩散双电层。2) 影响水化作用的三种力：表面水化力、渗透

10、水化力、毛细管作用。39. 影响黏土水化膨胀的因素：1) 黏土晶体部位不同，水化程度不同；2) 黏土矿物不同，水化作用强弱不同；3) 不同交换性阳离子间影响；4) 泥浆中可溶性盐类及泥浆处理剂的影响；5) 温度和压力的影响。40. 不同交换性阳离子引起黏土水化不同的原因：黏土单元晶层间存在两种力：1) 层间阳离子水化产生的膨胀力和带负电荷的晶层之间的斥力；2) 黏土单元晶层层间阳离子黏土晶层之间的静电引力。若静电引力晶层间的斥力，黏土只能发生晶格膨胀；若晶层间的斥力静电引力，黏土发生渗透膨胀，形成扩散双电层，双电层斥力使单元晶层分开。41. 沉降速度公式：42. 电泳：在外加电场作用下，带电的

11、胶粒在分散介质中向与其自身电性相反的电移动的现象。43. 电渗：在外加电场作用下，液体对固定的带电荷的固体表面作相对运动的现象。44. 流动电位：不加外电场而用机械力促使两相之间发生相对运动时，由于正负电荷分布不均，两相间产生的电位。45. 沉降电位：由于胶粒的重力在介质中下沉所产生的电位。46. 电动电位：从吸附溶剂化层（滑动面）到均匀液相内的电位。47. 动力稳定性：在重力作用下分散相粒子是否容易下沉的性质。48. 聚结稳定性：分散相粒子是否容易聚结变大的性质。49. 位能曲线： 位能是吸引位能与排斥位能之和；两胶粒相距较远时，离子氛未重叠，远程吸引力占优势，总位能为负值；两胶粒趋近时，离

12、子氛重叠，斥力起作用，总位能上升为正直；两胶粒近到一定距离时，总位能达到最大，出现一个斥能能峰，粒子的动能超过此点才能聚沉，能峰的高低标志着溶胶稳定性的强弱。50.影响聚结稳定性的因素DLVO理论：溶胶在一定条件是稳定还是聚沉取决与粒子间的相互引力和静电斥力，若斥力大于引力则溶胶稳定，反之不稳定。（1）电解质浓度的影响 低电解质浓度下，远程引力作用，聚结速度很慢中电解质浓度下，远程斥力作用，聚结速度延缓高电解质浓度下，吸引能占优势例如：当钻井液发生盐侵时，黏土颗粒首先发生絮凝作用，黏切与滤失量同时增大，若不及时处理，则可能发生聚沉，钻井液性能完全破坏。（2）反离子价数的影响反离子价数越高，聚沉

13、值越低，聚沉率越高，即聚沉能力越强。舒采哈迪规则：电解质的聚沉值与反粒子价数的六次方成正比（3）反离子大小的影响聚沉能力：LiNaKNH4RbCsH离子 CNSIBrClO3ClBrO3H2PO4IO3结构的恢复速度，导致拆散程度随剪切应力增大而增大，所以黏度随剪切应力增大而降低。 随拆散程度的增加，拆散速度逐渐减小，结构恢复速度增大一定程度后，拆散速度=恢复速度，结构拆散程度不再随剪切速率变化，黏度不变。65、调控塑性黏度和静切力的方法：（1）、塑性黏度A 、影响塑性黏度的因素a.钻井液的固相含量b.钻井液中黏土的分散程度c.高分子聚合物处理剂B、调控方法 a、降低 尽量减少固相含量 降低黏

14、土的分散程度 b、增加 增加固相含量 增加黏土的分散程度 增加聚合物浓度（2）、动切力 A、影响因素 a.黏土矿物类型和浓度 b.电解质 c.降黏剂 B、调控方法 a.降低 加入适量降黏剂拆散组成的网架结构 沉淀法除去等污染剂引起的污染，即解絮凝 加水或基浆稀释 b.提高 加入预水化的膨润土浆或增加高分子用量 钙处理或盐水钻井液，可以适当增大浓度，即絮凝 66.表观黏度：在某一剪切速率下，剪切应力和剪切速率的比值。67.动塑比：动切力与塑性黏度的比值。应控制在0.36-0.48Pa/mPas。68.剪切稀释性：塑性流体和假塑性流体的表观黏度随着剪切速率的增大而降低的特性。69.钻井液要求有较高

15、的动塑比：在高剪切速率下（钻头水眼处，10000-100000s-1）有效破岩；在低剪切速率下（环空，50-250s-1）有效悬浮岩屑。70.切力：当钻井液静止时，破坏钻井液内部单位面积上的结构所需的剪切力。71.初切力：钻井液在经过充分搅拌后，静置1分钟或10秒后，测得的静切力。72.终切力：钻井液在经过充分搅拌后，静置10分钟后，测得的静切力。73.触变性：搅拌后钻井液变稀，静置后又变稠的性质。74.触变性机理：在剪切作用下，钻井液中的空间网状结构被搅散后只有颗粒中某些部位相互接触时才能重新黏结起来，即结构的恢复要求在颗粒间相互排列上有一定的几何关系，即在结构恢复的过程中，需要一定的时间来

16、完成这种定向作用。75.压力激动：在起下钻和正常钻进过程中，由于钻柱上下运动或泥浆泵开动等原因，使得井内液柱压力发生突变，给井内增加一个附加压力（可正可负）的现象。76.钻井液滤失的三个过程：（1）瞬时滤失：地层刚钻开尚未形成泥饼之前的滤失。 特点：时间短，滤失渗流高，有利于钻进。 （2）动滤失：钻井液循环时的滤失。 特点：压差较大，泥饼薄，滤失量减小至稳定值。 （3）静滤失：钻井液停止循环时的滤失。 特点：压差较小，泥饼厚，滤失量少。77.控制滤失时间结论：控制滤失量应控制动滤失，控制泥饼厚度应控制静滤失。78.滤失量的影响因素（1）时间的影响：时间增加，滤失量增大。（2）压差的影响：压差增

17、大，滤失量增大。（3）黏度的影响：黏度增大，滤失量减小。（4）温度的影响：温度升高，滤失量增大。温度上升，水分子热运动加剧，黏土颗粒对水分子和处理剂分子的吸附减弱，解吸附趋势增强，使黏土颗粒聚结和去水化，从而影响泥饼的渗透性，造成滤失量上升，即高温改变钻井液中黏土颗粒的分散程度、水化程度吸附作用以及处理剂特性。（5）固相含量和类型：泥饼的固相含量升高，滤失量增大；钻井液膨润土含量升高，滤失量减小。（6）岩石的渗透性：在瞬时滤失和泥饼开始形成，岩石的孔隙性和渗透性对滤失起重要作用。形成泥饼后影响很小。（7）泥饼的压实性和渗透性：泥饼的渗透性越大，滤失量越大。泥饼的渗透性取决于泥饼中固相的种类，固

18、相颗粒大小，形状，级配，处理剂的种类和含量以及渗透压差等。胶体种类，数量及颗粒尺寸也会影响滤失量。例如，薄片状膨润土颗粒小于5微米，水化分散，形成致密泥饼。（8）絮凝与聚结：絮凝使得颗粒间形成网状结构，使渗透率有一定提高；絮凝会增强结构，泥饼的渗透率增大，滤失量增大；稀释剂的反絮凝作用使泥饼的渗透率降低。79.配浆为什么要用优质黏土和有机处理剂：优质土分散性好，固相颗粒细而多，水化好，溶剂化膜厚，以及形成的泥饼渗透率低，另外水化分散程度高，泥饼致密，水化膜压缩变形堵孔，滤失量低。80.API失水：在0.69MPa压差作用下，30分钟内通过45.8cm2的过滤面积所滤失的水量，ml。81.HTH

19、P失水：泥浆在高温（149）高压（3.45MPa）下，30分钟内透过直径为75mm的过滤面积所滤失的水量，ml。82.五严五宽：（1）五严：井深，裸眼长，矿化度低，油气层段，易坍塌井段。 （2）五宽：井浅，裸眼短，矿化度高，非油气层段，稳定井段。83.钻井液滤失量的要求（1）油层：API失水少于5ml，HTHP失水少于15ml（模拟井底温度）。（2）易塌井段：API失水少于5ml。（3）普通地层：API失水少于10ml，HTHP失水少于20ml。84.获得优质泥饼方法 （1）使用膨润土造浆。 （2）加入适量Na2CO3、NaOH及如褐煤碱液等有机处理剂，提高钻井液电动电位，水化程度和分散度。

20、（3）加入降滤失剂或其它聚合物，保护黏土颗粒，阻止其聚结，有利于提高分散度。 （4）加入极细的胶粒堵塞泥饼孔隙，以使泥饼的渗透性能降低，抗剪切能力提高。85.钻井液中常用的润滑剂 （1）惰性固体类：石墨，塑料小球，炭黑，玻璃及坚果颗粒。 （2）沥青类 （3）液体类：矿物油、植物油，表面活性剂，油性剂、极压剂。86.加重材料：能使钻井液密度增加而不影响其使用性能的材料87.膨润土：具有蒙脱石的物理化学性质含蒙脱石含量不少于85%的黏土矿物88.加重材料的要求：密度大，磨损性小，易粉碎，属于惰性物质，既不溶于钻井液，也不与钻井液中其他组分发生相互作用89.无机处理剂在钻井液中的作用机理： (1)离

21、子交换吸附 在配置预水化膨润土浆时，常加入一些碳酸钠，通过钠离子与钙离子的交换，使黏土的水化性能与造浆能力有所提升（2）调控钻井液的pH值 添加适量烧碱提高钻井液的pH值，使黏土颗粒分散度提高，添加硫酸钙，氯化钙，酸式焦磷酸钠，降低钻井液的pH值(3)沉淀作用当钻井液中有钙离子，镁离子侵入时，钻井液性能遭到破坏，可加入适量氢氧化钠除去镁离子，加入适量碳酸钠出去钙离子恢复某些因受到污染而失效的有机处理剂的作用，如褐煤碱液和水解聚丙烯晴，造钙侵时会分别生成难溶于水的腐植酸钙和丙烯酸钙。适量的纯碱可使上述处理剂恢复效用，因为碳酸钙的溶解度与上述沉淀小得多，可使处理剂生成的钙盐重新转变成钠盐（其他作用

22、如降滤失自己总结）(4)络合作用钻井液受钙侵时，可加入足量六偏磷酸钙，形成稳定的钙络合物将钙离子束缚起来，相当于出去了钙离子提高氯化钠及FClS等处理剂抗温性能 少量重铬酸盐可通过氯化与络合作用，抑制氯化钠及FClS热分解，提高钻井液的热稳定性(5)与有机处理剂生成可溶性盐 许多处理剂，如丹宁，腐植酸等，在水中的溶解度很低，不易吸附在黏土颗粒上，加入适量烧碱，可生成可溶性盐，即丹宁酸钠，腐殖酸钠，充分发挥其效能(6)抑制溶解作用 为了增强抗污染能力和防止钻井液对岩层的溶解，在钻遇岩盐层和石膏地层时，常使用盐水钻井液或石膏处理的钻井液，对于大段盐膏层时，可使用饱和盐水钻井液降黏剂：以降低钻井液的

23、黏切，使其具有适宜的流变性的处理剂黏切增加的原因及危害(1) 原因：温度升高，盐钙侵，固相含量增加或处理剂失效等，使钻井液网状结构增强，黏切增加。(2) 开泵困难，钻屑难以出去或钻井过程中激动压力过大，易引发井下事故91.常记代号(1) 降黏剂NaT 丹宁酸钠SMT 磺甲基丹宁FCLS 铁铬木质素磺酸盐(2) 降滤失剂CMC 羧甲基纤维素盐Na-CMC 纳羧甲基纤维素（羧甲基纤维素钠盐）NaC 褐煤碱液（煤碱剂）SMC 磺甲基褐煤SMP 磺化酚醛树脂HPAN 水解聚丙烯晴K-HPAN 水解聚丙烯钾盐NH4-HPAN 水解聚丙烯铵盐SLSP 磺化木质素甲基酚醛树脂缩合物HPAM 水解聚丙烯酰胺（

24、PHP为部分水解聚丙烯酰胺，但存在量太少）SPM-1 酚醛树脂腐殖酸缩合物（磺化褐煤树脂）HPS 羟丙基淀粉CMS 羧甲基淀粉(3) 增黏剂XC 黄孢胶（黄原胶）HEC 羟乙基纤维素(4) 页岩抑制剂SAS 磺化沥青KHm 腐殖酸钾NW-1 小阳离子92.丹宁类稀释机理丹宁酸钠苯环上相邻的酚羟基通过配位键与黏土颗粒断键边缘处的Al3+吸附在黏土颗粒上，水化基团如梭钠基、羟钠基通过水化作用，使黏土颗粒端面处的水化膜和双电层斥力增加，削弱和拆散了黏土颗粒通过端-端、端-面形成的网架结构，使黏切下降。93.取代度：纤维素分子上每一个葡萄糖中的三个羟基中的氢被取代生成醚的个数。决定了CMC的水溶性和抗

25、盐抗钙能力。94.聚合度：钠羧甲基纤维素分子上环式葡萄糖的链节数。决定了CMC的相对分子质量和水溶液的黏度95.Na-CMC的性质和用途主要取决于CMC的聚合度和取代度96.试举例说明降滤失剂的降滤失机理以Na-CMC为例（1）吸附集团（羟基、醚键）通过与黏土颗粒表面上的氧形成氢键以及与黏土颗粒断键边缘处的Al3+形成配位键，使CMC吸附在黏土颗粒表面；（2）水化基团通过水化使黏土颗粒表面的水化膜变厚、电动电位的绝对值升高，阻止黏土颗粒之间因为碰撞而聚结形成大颗粒。布满整个体系的混合网状结构提高了黏土颗粒的聚结稳定性和，有利于保持钻井液体系中细颗粒含量，形成低渗透率的泥饼，降低了滤失量。（3）

26、高黏度和弹力的水化膜对泥饼表面有堵孔和降滤失的作用97.淀粉的降滤失机理(1)吸收水分，减少钻井液中的自由水(2)形成的囊状物进入泥饼细缝之中，堵塞水的通路，降低泥饼渗透性98.盐水钻井液：NaCl的含量超过1%的钻井液99.分散钻井液体系的特点（常考缺点）（1）优点：配置方法简单，成本低形成的泥饼致密，渗透率低，滤失量相应降低可以容纳较多固相，可以配置成密度较高的钻井液抗温性能好（2）缺点性能不稳定，易受钻屑中黏土和可溶性盐类的污染，抗盐、岩盐能力差滤液矿化度低，抑制性能差，不利于防塌固相含量高，影响机械钻速，不适合用于强造浆地层滤液易使储层黏土水化膨胀不能有效保护油气层100.盐侵机理由于

27、晶格取代，钻井液中的黏土矿物的颗粒表面带有负电荷,吸附阳离子形成扩散双电层。随着进人钻井液的Na+浓度不断增大，必然会增加黏土颗粒扩散双电层中阳离子的数目,从而压缩双电层,使扩散层厚度减小,颗粒表面的;电位下降。 在这种情况下,黏土颗粒间的静电斥力减小,水化膜变薄,颗粒的分散度降低，颗粒之间端一面和端一端连接的趋势增强。由于絮凝结构的产生，导致钻井液的黏度、切力和滤失量均逐渐上升。 当Na+浓度增大到一定程度之后,压缩双电层的现象更为严重,黏土颗粒的水化膜变得更薄,致使黏土颗粒发生面一面聚结,分散度明显降低,因而钻井液的黏度和切力在分别达到其最大值后又转为下降,滤失量则继续上升。此时如不及时处理，钻井液的稳定性将完全丧失。 从图可见，当NaCl质量分数在3%左右时，分散钻井液的黏度和切力分别达到最大值。101.合成基钻井液以合成的有机化合物为连续相,盐水为分散相, 并含有乳化剂、有机黏土、石灰等组成的逆乳化钻井液，并根据性能要求加配降滤失剂、流变性调节剂和重晶石等。102.油基钻井液：以油作为连续相的钻井液103.油包水乳化钻井液