1、第一章第一章钻钻 井井 液液 化化 学学钻井液 钻井液（原称泥浆）是指钻井中使用的工作流体，它可以是液体或气体。因此，钻井液应确切地称为钻井流体。它是油气是油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称作需要的各种循环流体的总称。是钻井过程的血液。利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。人工掘井人力冲击钻井法顿钻钻井法旋转钻井法连续管钻井法目前普遍使用钻井钻井钻井方法钻井方法钻井方法钻井方法 分分 类类钻井及钻井液的发展钻井及钻井液的发展钢丝绳提升钻头冲击井底，击碎岩石岩屑、泥土混合成
2、泥水浆提出钻头捞出井内的泥水浆暴露新井底下放下捞砂筒向井内注水积累到一定量设计井深 顿钻钻井示意图顿顿钻钻钻钻井井法法起、下钻费时少，设备简单(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；优点：缺点：(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；(3)不能进行井内压力控制；(4)只适用于钻直井。顿顿钻钻钻钻井井法法转盘旋转法井底动力钻具旋转法转盘旋转钻井法钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液转盘旋转钻柱加压设计井深 转盘旋转钻井法 旋转钻井法旋转钻井法目前这种方法在世界各国被广泛使用。钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、 提供洗井液的入井渠道等任务；钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破
3、岩效率；在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；提高了钻井速度和效益。旋旋转转钻钻井井法法特特点点连续管钻井法连续管钻井法( (柔杆钻井法柔杆钻井法) ) 钻头、加压装置、动力机下放至井底循环洗井液延伸井眼钻头旋转，破碎岩石为动力机提供动力清洗井底连续管 连续管钻井示意图(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。 (1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了 时间和劳动量；(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能 量的有效利用率；(4)为全自动化控制提供了很好的条件；连连续续管管钻钻井井法法特特点点 钻井液的发展钻井液的发展 天然钻井液
4、天然钻井液 细分散钻井液细分散钻井液 粗分散钻井液粗分散钻井液 聚合物钻井液聚合物钻井液第一节第一节 钻井液的功能与组成钻井液的功能与组成第二章第二章 钻井液化学钻井液化学 第一节第一节 钻井液的功能与组成钻井液的功能与组成一、钻井液的循环一、钻井液的循环泥浆泵泥浆泵泥浆罐泥浆罐地面高压管汇地面高压管汇立管立管水龙带水龙带 水龙头水龙头方钻杆方钻杆钻钻 杆杆钻铤钻铤钻头钻头钻柱与井壁形成的环形空间钻柱与井壁形成的环形空间从井口返出，流经固控设备进行处理从井口返出，流经固控设备进行处理海上钻井平台海上钻井平台 南海争端1985年年11月月4日，马来西亚发行了日，马来西亚发行了“马来西亚的石油工业
5、马来西亚的石油工业”邮票邮票3枚，分别为海上钻井、第一座炼油厂、石油和天然气田地图。第枚，分别为海上钻井、第一座炼油厂、石油和天然气田地图。第3枚邮票上的地图枚邮票上的地图“石油和天然气田地图石油和天然气田地图”清楚地显示马来西亚清楚地显示马来西亚所主张的南海领海和南沙岛礁，中国的大片领海被侵占。所主张的南海领海和南沙岛礁，中国的大片领海被侵占。 二、钻井液的功能二、钻井液的功能第一节第一节 钻井液的功能与组成钻井液的功能与组成钻井液有以下钻井液有以下基本功能基本功能 1.1.携带和悬浮岩屑携带和悬浮岩屑 2.2.稳定井壁和平衡地层压力稳定井壁和平衡地层压力 3.3.冷却和润滑钻头、钻具冷却和
6、润滑钻头、钻具 4.4.传递水动力传递水动力钻井液的基本功能钻井液的基本功能（1 1）携带和悬浮岩屑）携带和悬浮岩屑 携带作用：携带作用：钻井液循环时，通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的 岩屑携至地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接 触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。V返V沉悬浮作用：悬浮作用：在接单根起下钻或因故停止循环时，钻井液又将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。 （2 2）稳定井壁和平衡地层压力）稳定井壁和平衡地层压力 地层地层压力压力钻井液钻井液 压力压力钻井液钻井液井壁井壁稳定井壁稳定井壁 （1） 选
7、择合适的钻井液密度选择合适的钻井液密度：使液柱压力能够平衡地层压力，从而 防止井塌等井下复杂情况的发生。 （2）钻）钻 井液具有良好的滤失造井液具有良好的滤失造壁性能：壁性能：在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳固已钻 开的地层并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。 平衡地层压力：平衡地层压力： 选择合适的钻井液密度，使液柱压力大于地层压力， 防止井喷。 （3 3）冷却和润滑钻头钻具）冷却和润滑钻头钻具热热量量来来源源 v通过钻井液不断地循环作用，将通过钻井液不断地循环作用，将这些热量及时带走。这些热量及时带走。v井底温度高。井底温度高。v钻头与井底岩石钻头与井底岩石/钻柱与井壁钻
8、柱与井壁摩擦而产生热量。摩擦而产生热量。冷冷却却和和润润滑滑机机理理v利用钻井液良好的润滑作用，降利用钻井液良好的润滑作用，降低摩擦低摩擦 （4 4）传递水动力）传递水动力（1）直接破碎岩石：）直接破碎岩石：钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，从而提高了钻井速度和破岩效率。高压喷射钻井正是利用了这一原理，即采用高泵压钻进，使钻井液所形成的高速射流对井底产生强大的冲击力，从而显著地提高了钻速。 （2）带动井下工具）带动井下工具：在使用涡轮或螺杆钻具钻进时，钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片或螺杆转子，使涡轮或螺杆旋转并带动钻头破碎岩石。1.清除井中岩屑；2.清洁井底；3.平衡地层压力；4.
9、冷却和润滑钻头、钻铤、钻杆；5.起介质的作用使钻屑在地面泥浆池中沉降；6.在井壁上形成滤饼；7.防止地层坍塌；钻井液的功能钻井液的功能8.避免损害产层；9.承担钻柱和套管的部分重量；10.减少下套管的费用；11.防止钻杆疲劳、腐蚀；12.有利于电测解释；13.将地面水马力（N 泵N 损失）传输到钻头上；14.在执行上述功能而不伤害钻井人员；钻井液的功能钻井液的功能第一节第一节 钻井液的功能与组成钻井液的功能与组成三、钻井液的组成三、钻井液的组成 分散介质分散介质 分散相分散相钻井液处理剂钻井液处理剂 降滤失剂降滤失剂 增粘剂增粘剂 降粘剂降粘剂 絮凝剂絮凝剂 组成组成粘土、密度调整材料（悬浮体
10、）粘土、密度调整材料（悬浮体） 油或水（乳状液）油或水（乳状液） 气体（泡沫）气体（泡沫） 钻井液处理剂钻井液处理剂 组成组成水、油、气体水、油、气体 分散介质分散介质 分散相分散相钻井液处理剂钻井液处理剂 钻井液处理剂钻井液处理剂：是为调节钻井液性能而加入钻井液中的化学剂。钻井液处理剂，若按元素组成，可分为无机钻井液处理剂（包括无机的酸、碱、盐和氧化物等）和有机钻井液处理剂（如表面活性剂和高分子等）；若按用途，则可分为下列15类，即钻井液pH值控制剂、钻井液除钙剂、钻井液起泡剂、钻井液絮凝剂、页岩抑制剂（又称防塌剂）、钻井液缓蚀剂、钻井液降粘剂、钻井液增粘剂、钻井液降滤失剂、钻井液润滑、解卡
11、剂、温度稳定剂、密度调整材料、堵漏材料。在钻井液处理剂按用途分类中最后两类之所以称为材料是因为它们用量较大，一般超过5%。钻井液的组成钻井液的组成 水基钻井液水基钻井液是由膨润土、水（或盐水）、是由膨润土、水（或盐水）、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系。多相分散体系。 油基钻井液油基钻井液是以水滴为分散相，油为连续是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量的乳化剂、润湿剂、亲油相，并添加适量的乳化剂、润湿剂、亲油的固体润湿剂（有机土、氧化沥青等）、的固体润湿剂（有机土、氧化沥青等）、石灰和加重材料等所组成的乳状液体系。石灰和加重材料等所组成的乳
12、状液体系。钻井液的组成钻井液的组成 气体型钻井液体气体型钻井液体是以气体为连续相或以液体是以气体为连续相或以液体为连续相气体含量很大的一类钻井液体系。为连续相气体含量很大的一类钻井液体系。为了维持稳定的性能，还需添加些发泡剂、为了维持稳定的性能，还需添加些发泡剂、稳定剂等处理剂。稳定剂等处理剂。 合成基钻井液合成基钻井液是以合成的有机化合物作为连是以合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、降续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、降滤失剂、流型改进剂的一类钻井液。滤失剂、流型改进剂的一类钻井液。 在钻井工作中，钻井液在不停地循环，钻井液的各项性能在不断变化，而且这些性能之间都相互
13、联系、影响、制约。一旦钻井液性能失调，就会发生钻井故障（事故）。所以，钻井液的性能需要及时监测并调整。 1. 密度 2. 流变性 3. 滤失造壁性（滤液、滤饼） 4. pH（或碱度） 5. 固相含量（含砂量、膨润土含量） 6. 抑制性/分散性 现场检测的现场检测的第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整第二章第二章 钻井液化学钻井液化学 第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整一、钻井液密度定义一、钻井液密度定义二、为什么要调整钻井液密度二、为什么要调整钻井液密度 （1 1）防止喷、塌、漏钻井事故的发生）防止喷、塌、漏钻井事故的发生定义：单位体积钻井液定义：单位体积钻井液的
14、质量（用的质量（用表示表示） 单位：单位： g/cmg/cm3 3 或或 t/mt/m3 3 （2 2）钻井液密度钻井液密度与油气层损害有关与油气层损害有关 （3 3）钻井液密度钻井液密度影响钻井速度影响钻井速度钻井液密度秤 钻井时，靠钻井液液柱的压力（Pf）来平衡地层的压力Pl（即地层孔隙流体的压力）Pf=hldf1）若Pl Pf （=hldf） df过高，钻井液将增稠，流动性变差，需消耗大量循环设备功率，影响钻速；还会引起井漏等事故，损害油、气层。2）若： Pl Pf （=hldf） df过低，Pf不能平衡Pl，地层中的流体（油、气、水）易侵入钻井液而引起井喷等事故。3）当： Pl = P
15、f （=hldf） df适宜，可维持平衡钻井。三、怎样调整钻井液密度三、怎样调整钻井液密度第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整 1 1、调整钻井液密度原则、调整钻井液密度原则 平衡地层压力和地层构造应力平衡地层压力和地层构造应力 2 2、调整钻井液密度方法、调整钻井液密度方法 （1 1）降低钻井液密度）降低钻井液密度 降低钻井液固相含量降低钻井液固相含量 加水稀释加水稀释 混油混油 充气充气 （2 2）提高钻井液密度）提高钻井液密度方法：加入高密度材料方法：加入高密度材料加重材料加重材料高密度不溶性矿物或矿石粉末高密度不溶性矿物或矿石粉末高密度的可溶性盐类高密度的可溶性盐类第二节
16、第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整表表1 1 高密度不溶性矿物或矿石高密度不溶性矿物或矿石名称名称分子式分子式密度密度 g/cmg/cm3 3酸溶性酸溶性重晶石重晶石BaSOBaSO4 44.2-4.64.2-4.6石灰石石灰石CaCOCaCO3 32.7-2.92.7-2.9酸溶酸溶铁矿粉铁矿粉FeFe2 2O O3 34.9-5.34.9-5.3酸溶酸溶钛铁矿粉钛铁矿粉TiOTiO2 2.Fe.Fe2 2O O3 34.5-5.14.5-5.1酸溶酸溶方铅矿方铅矿PbSPbS7.4-7.77.4-7.7酸溶酸溶第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整水溶性盐水溶性盐饱和
17、盐水密度饱和盐水密度 g/cmg/cm3 3KClKCl 1.16(20) 1.16(20) NaClNaCl1.20 (20) 1.20 (20) CaClCaCl2 21.40 (60) 1.40 (60) CaBrCaBr2 21.80 (10) 1.80 (10) ZnBrZnBr2 22.3 0(40) 2.3 0(40) 表表2 2 可溶性盐类加重材料可溶性盐类加重材料第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整还可用还可用:有机盐如甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯等。有机盐如甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯等。可溶性盐类做高密度材料所带来的问题可溶性盐类做高密度材料所带来的问题腐蚀问题腐蚀问题
18、盐结晶问题盐结晶问题加缓加缓蚀蚀剂剂加盐结晶抑制剂加盐结晶抑制剂 第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整析盐温度：析盐温度：盐水在高密度时温度降盐水在高密度时温度降至一定程度析出盐至一定程度析出盐, ,该温度称析盐该温度称析盐温度。温度。随着盐水密度增加，盐水析随着盐水密度增加，盐水析盐温度陡然上升。盐温度陡然上升。盐水冰点：盐水在低盐水冰点：盐水在低密度时温度降至一定密度时温度降至一定程度析出冰程度析出冰,该温度该温度称盐水冰点。称盐水冰点。 第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整通过离子交换转变为相应的盐通过离子交换转变为相应的盐, ,选择性地吸选择性地吸附在刚析出
19、的盐晶表面，使盐晶发生畸变，附在刚析出的盐晶表面，使盐晶发生畸变，不利于盐在其表面继续生长变大。不利于盐在其表面继续生长变大。为防止盐从钻井液中析出所加的物质为防止盐从钻井液中析出所加的物质第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整盐结晶抑制剂：盐结晶抑制剂：抑制机理：抑制机理：第二节第二节 钻井液密度及其调整钻井液密度及其调整第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制第二章第二章 钻井液化学钻井液化学 第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制一、为什么要控制钻井液酸碱性一、为什么要控制钻井液酸碱性一般控制在一般控制在8-118-11范围，较弱的碱性环境范围，
20、较弱的碱性环境 原因原因粘土具有适当的分散度粘土具有适当的分散度可以使有机处理剂充分发挥其效能可以使有机处理剂充分发挥其效能对钻具腐蚀性低对钻具腐蚀性低可抑制体系中钙、镁盐的溶解可抑制体系中钙、镁盐的溶解pH值对膨润土基浆表观粘度的影响值对膨润土基浆表观粘度的影响第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制1 1、碱性主要来源、碱性主要来源: : 钻井液中的钻井液中的OHOH- -、COCO3 32-2-、HCOHCO3 3- - 2 2、酸碱性表示方法：、酸碱性表示方法： pH pH 碱度碱度 用用0.01M的标准硫酸中和的标准硫酸中和1ml样品至指示剂变色时所需标准样品至指示剂变
21、色时所需标准硫酸的体积硫酸的体积(ml)定义为碱度定义为碱度意义：通过碱度可以判断钻井液的碱性来源，从意义：通过碱度可以判断钻井液的碱性来源，从而在调整钻井液酸碱性的同时还能针对性的有效而在调整钻井液酸碱性的同时还能针对性的有效清除体系中的有害离子清除体系中的有害离子第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制3 3、碱度分类、碱度分类: :甲基橙碱度甲基橙碱度钻井液的甲基橙碱度（钻井液的甲基橙碱度（MmMm) )滤液的甲基橙碱度滤液的甲基橙碱度 ( (M Mf f) )酚酞碱度酚酞碱度钻井液的酚酞碱度钻井液的酚酞碱度( (PmPm) )滤液的酚酞碱度滤液的酚酞碱度( (P Pf f
22、) )按指示剂按指示剂 不同分不同分第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制OH+ H+ H2O CO3 2 + H+ HCO3酚酞为指示剂，体系滴定变色时（酚酞为指示剂，体系滴定变色时（ pH=8.3 pH=8.3 ）发生的化学反应：发生的化学反应：甲基橙为指示剂，体系滴定变色时（甲基橙为指示剂，体系滴定变色时（pH=4.3 pH=4.3 ）除了发生上面的化学反应，还发生如下反应：除了发生上面的化学反应，还发生如下反应：HCO3 + H+ CO2 + H2O第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制P Pf f与与M Mf f值与三种离子质量浓度之间的关系值与三种离
23、子质量浓度之间的关系条条 件件 OH- /mgl-1 CO32- /mgl-1 HCO3- /mgl-1 Pf =0 001220 Mf2Pf Mf01220 Pf 1220（Mf - 2Pf ）2Pf = Mf0 1220Pf 02Pf Mf340（2 Pf -Mf ）1220（Mf - Pf ） 0Pf = Mf340 Mf 00第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制钻井液要求钻井液要求 ： Pf =1.3 1.5ml（控制（控制 CO32-和和 HCO3-） Mf /Pf 3 （控制（控制 CO32-含量）含量）钻井液中钻井液中CO32-和和HCO3- 均为有害离子，影响
24、钻均为有害离子，影响钻井液的流变和降滤失性能，应尽量除去。井液的流变和降滤失性能，应尽量除去。 第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制2、 氢氧化钾（氢氧化钾（KOH） 1、 烧碱（烧碱（NaOH） KOH K+ + OH有利于有利于 井壁稳定井壁稳定第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制NaOH Na+ + OH 3、 纯碱（纯碱（Na2CO3) Na2CO3 2 Na+ + CO32 除钙除镁除钙除镁第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制CO32 + H2O HCO3 + OH Ca 2+ + CO32 Ca CO3 HCO3 + H2O H
25、2CO3 + OH NaHCO3 Na+ + HCO3 HCO3 + H2O H2CO3 + OH Ca 2+ + OH + NaHCO3 Ca CO3 + Na+ + H2O 4、 碳酸氢钠（碳酸氢钠（NaHCO3)控制钙侵控制钙侵第三节第三节 钻井液酸碱性及其控制钻井液酸碱性及其控制第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制第二章第二章 钻井液化学钻井液化学 第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（1）钻井液滤失性）钻井液滤失性： 在压差作用下在压差作用下, ,钻井液钻井液中的自由液向地层渗透的现象。中的自由液向地层渗透的现象。一、钻井液滤失性一、钻井液滤失性1
26、 1、相关概、相关概念念（2）钻井液）钻井液滤失量：滤失量： 在一定温度、一定压差在一定温度、一定压差和一定时间内通过一定过滤面积的滤液体积。和一定时间内通过一定过滤面积的滤液体积。 第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（3 3）钻井液造壁性）钻井液造壁性 在滤失过程中，随着在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成泥饼的性质。相颗粒附着在井壁上形成泥饼的性质。 两者的关系：一般的滤失量少造壁性就好两者的关系：一般的滤失量少造壁性就好2 2、钻井液滤失类型、钻井液滤失类型按是否流动按是否流动动滤失动滤失
27、静滤失静滤失按测试条件按测试条件常规滤失量（常规滤失量（VAPI）高温高压滤失量高温高压滤失量(VHTHP)第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制243、0.69MPa、45.8cm2、30min1503、3.45MPa、45.8cm2、30min第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制VAPI测试条件：测试条件：VHTHP测试条件：测试条件：3、钻井液静、钻井液静滤失方程滤失方程ptCCKAVmcf1静静滤失方程滤失方程动动滤失方程滤失方程hptKAVfptCCKAVmcf1静静滤失方程滤失方程第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制滤失量与渗滤时
28、间的平方根成正比滤失量与渗滤时间的平方根成正比4 4、滤失量影响因素、滤失量影响因素第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制取决泥饼的可压缩性取决泥饼的可压缩性 钻井液固相含量增大，滤失量降低泥饼的固相钻井液固相含量增大，滤失量降低泥饼的固相 含量降低（水含量高），滤失量降低含量降低（水含量高），滤失量降低（1） 渗滤时间渗滤时间 t （2 2）压差）压差p p （3）固相含量）固相含量滤失量与渗透率的平方根成正比滤失量与渗透率的平方根成正比第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（5 5）滤液粘度）滤液粘度 温度升高，滤液粘度下降，滤失量增大温度升高，滤液粘度下降
29、，滤失量增大（4 4）泥饼渗透率）泥饼渗透率 K K 滤失量与滤液粘度的平方根成反比滤失量与滤液粘度的平方根成反比（6 6）温度）温度影响钻井液失水量的因素影响钻井液失水量的因素1）滤失时间 2）压差3）滤液黏度及温度4）固相含量、类型5）岩层的渗透性6）泥饼的压实性和渗透性7）絮凝与聚结8）固相的尺寸和分布水化程度9）钻井液在地层孔隙入口形成“桥点”的速度10）钻井液的流动11）钻井液处理剂静滤失动滤失瞬时滤失第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制二、钻井液滤失性控制二、钻井液滤失性控制1 1、控制滤失性意义、控制滤失性意义 滤失量过大易造成很大危害滤失量过大易造成很大危害
30、（1 1）井壁不稳定（水敏性泥页岩跨塌、缩径）井壁不稳定（水敏性泥页岩跨塌、缩径）（3 3）泥饼过厚（如起钻具时提力增加、遇）泥饼过厚（如起钻具时提力增加、遇卡、泥包钻头、泥饼卡钻等）卡、泥包钻头、泥饼卡钻等）（2 2）损害油气层）损害油气层对钻井液滤失性能的一般要求对钻井液滤失性能的一般要求 (1)在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层的损害；的损害； (2)钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制，钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制，API滤失量最滤失量最好不大于好不大于5ml； (3)对一般地层，对一般地层，API滤失量应尽量控制在滤失
31、量应尽量控制在10ml以内，以内，HTHP滤失量不应超过滤失量不应超过20m1但有时通过适当放宽滤失量但有时通过适当放宽滤失量来提高钻速的；来提高钻速的； (4)要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻；性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻； (5)加强对钻井液滤失性能的检测。加强对钻井液滤失性能的检测。 获得致密性与渗透性小的泥饼的一般方法获得致密性与渗透性小的泥饼的一般方法(1)使用膨润土造浆 (2)加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂(如煤碱液等)，提高粘土颗粒的电位、水化程度和分散度(3)加入CMC或
32、其它聚合物以保护粘土颗粒，阻止其聚结，从而有利于提高分散度。 (4)加入一些极细的胶体粒子(如腐檀酸钙胶状沉淀)堵塞泥饼孔隙，以使泥饼的渗透性降低，抗剪切能力提高。 1 1、钻井液降滤失剂分类、钻井液降滤失剂分类能降低钻井液滤失量的化学剂能降低钻井液滤失量的化学剂 天然改性（改性褐煤、改性淀粉、改性纤维天然改性（改性褐煤、改性淀粉、改性纤维素、改性树脂）素、改性树脂） 人工合成（烯类单体聚合物）人工合成（烯类单体聚合物） 第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制降滤失剂分类：降滤失剂分类：降滤失剂：降滤失剂：（1 1）改性褐煤）改性褐煤腐殖酸分子结构腐殖酸分子结构第四节第四节 钻
33、井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（2 2）改性淀粉）改性淀粉第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制(3) 改性纤维素改性纤维素 第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制(4) 改性树脂改性树脂 第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（5 5）烯类单体聚合物）烯类单体聚合物 第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制常见降滤失剂性能比较：常见降滤失剂性能比较：改性褐煤类：改
34、性褐煤类：K-Hm、Na-Hm热稳定性好，耐温热稳定性好，耐温180 180 耐盐耐钙镁性差耐盐耐钙镁性差改性淀粉类：改性淀粉类：Na-CMS、HES抗盐抗钙能力强抗盐抗钙能力强 热稳定性差、易发酵热稳定性差、易发酵第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制纤维素类：纤维素类： NaCMC、HEC抗盐抗钙能力强抗盐抗钙能力强 热稳定性差热稳定性差树脂类：树脂类： SMP-、SMP-热稳定性好、耐热稳定性好、耐180-200高温高温 抗盐性强抗盐性强 起泡起泡第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制烯类单体聚合物：烯类单体聚合物：Na-HPAN、NH4-HPAN热稳定性
35、好、耐热稳定性好、耐160 抗盐能力强抗盐能力强 加量小加量小第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制吸附机理吸附机理 2 2、降滤失剂作用机理、降滤失剂作用机理捕集机理捕集机理 增粘机理增粘机理 物理堵塞机理物理堵塞机理第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（2 2）增粘机理）增粘机理增加钻井液滤液粘度增加钻井液滤液粘度（1 1）吸附机理）吸附机理通过氢键吸附到粘土上，增大粘土的负通过氢键吸附到粘土上，增大粘土的负电性和水化膜厚度，提高粘土颗粒间斥电性和水化膜厚度，提高粘土颗粒间斥力，使钻井液保持一定数量的细颗粒，力，使钻井液保持一定数量的细颗粒，形成致密泥饼形
36、成致密泥饼第四节第四节 钻井液滤失性及其控制钻井液滤失性及其控制（3 3）捕集捕集机理机理高分子的无规线团通过桥架而滞留在孔隙中，高分子的无规线团通过桥架而滞留在孔隙中，降低滤饼的渗透率，减少钻井液的滤失量降低滤饼的渗透率，减少钻井液的滤失量（4 4）物理堵塞机理）物理堵塞机理当高分子无规线团的直径大于当高分子无规线团的直径大于滤饼的孔隙时，可滤饼的孔隙时，可封堵滤饼孔隙的入口而起到减少钻井液的滤失量封堵滤饼孔隙的入口而起到减少钻井液的滤失量第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整第二章第二章 钻井液化学钻井液化学 钻井液的流变性（RheologicalProperties of
37、 Drilling Fluids），是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性。该特性通常是用钻井液的流变曲线和塑性粘度、动切力、静切力、表观粘度等流变参数来进行描述的。第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整（1 1）携带岩屑，井底和井眼的清洁）携带岩屑，井底和井眼的清洁钻井液流变性在解决下列钻井问题时起重要作用： （2 2）悬浮岩屑与加重材料）悬浮岩屑与加重材料（3 3）钻井速度）钻井速度（4 4）井眼规则和井下安全）井眼规则和井下安全一、基本概念一、基本概念1 1、剪切速率、剪切速率 ：指垂直于流速方向上单位：指垂直于流速方向上单位距离上的流速变化。距离上的流速变化。 =
38、dv/dx s-1 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整在钻井过程中，钻井液在各个部位的剪切速率不同：在钻井过程中，钻井液在各个部位的剪切速率不同： 沉砂池处：沉砂池处：10 20 s-1 ； 环形空间：环形空间：50250 s-1； 钻杆内：钻杆内：1001000 s-1 ； 钻头喷嘴处：钻头喷嘴处：10000 100000 s-1 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整2 2、剪切应力、剪切应力：流体单位面积上的内摩擦力。：流体单位面积上的内摩擦力。 = = F F/ /A A Pa Pa 式中：式中：F F 流体的内摩擦力流体的内摩擦力 N N A A
39、相邻流动层接触面积相邻流动层接触面积 m m2 2 3、触变性：、触变性：钻井液搅拌变稀，静止变稠的性质。钻井液搅拌变稀，静止变稠的性质。钻井液表观粘度随剪切速率增大钻井液表观粘度随剪切速率增大而降低的特性而降低的特性 4 4、剪切稀释性、剪切稀释性: :第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整5 5、流变曲线：、流变曲线： 描述描述与与关系的曲线关系的曲线 6 6、流变模式：、流变模式： 描述描述与与关系的数学关系式关系的数学关系式第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整四种基本流型的流动特性四种基本流型的流动特性 1 1、宾汉模式、宾汉模式 = 0 + p 0
40、0 ：动切力或屈服值，：动切力或屈服值，Pa Pa p ：塑性粘度，：塑性粘度， Pa.SPa.S 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整二、流变模式二、流变模式 = 0 + p 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整（1 1）塑性粘度）塑性粘度p p 反映流体在层流下达到动平衡时，反映流体在层流下达到动平衡时，固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及液相内部内摩擦力的大小及液相内部内摩擦力的大小第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整 物理意义物理意义 影响因素影响因素A、固相含量多、固相含量多固相颗粒数目多固相颗粒
41、数目多塑性粘度塑性粘度p大大B、固相分散度大、固相分散度大 固相表面积大固相表面积大 塑性粘度塑性粘度p 大大C C、液相粘度大、液相粘度大内摩擦力大内摩擦力大 塑性粘度塑性粘度p p 大大第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整 调整调整 p 加预水化粘土加预水化粘土 加增粘剂加增粘剂增粘机理增粘机理极性基团水化，降低自由水极性基团水化，降低自由水与粘土形成网架结构与粘土形成网架结构在粘土表面吸附，增加粘土体积分数在粘土表面吸附，增加粘土体积分数第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整 p加水稀释加水稀释第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整使用固
42、控设备使用固控设备使用化学絮凝剂使用化学絮凝剂（2 2）动切力）动切力0 0物理意义：钻井液在层流状态下达到动平物理意义：钻井液在层流状态下达到动平衡时形成网架结构的强弱。衡时形成网架结构的强弱。 影响因素影响因素 A A、固相含量大、固相含量大结构数目多结构数目多 动切力动切力0 0大大B B、固相分散度大、固相分散度大 固相颗粒数量多固相颗粒数量多 动切力动切力0 0大大 C C、加入降粘剂、加入降粘剂动切力动切力0 0 降低降低 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整0 0 0 0 第五节第五节 钻井液流变性及其调整钻井液流变性及其调整 调整调整 加预水化粘土加预水化粘土
43、加高分子聚合物加高分子聚合物加适量的电解质加适量的电解质加降粘剂加降粘剂加水稀释加水稀释消除引起消除引起0 0升高的电解质升高的电解质 = Kn （0 n 100m100m3 3.h.h-1-1，钻井液只进不出。钻井液只进不出。第十节第十节 钻井液中的漏失与地层的堵漏钻井液中的漏失与地层的堵漏第十节第十节 钻井液中的漏失与地层的堵漏钻井液中的漏失与地层的堵漏（a a）渗透性漏失）渗透性漏失（c c）溶洞性漏失）溶洞性漏失（b b）裂缝性漏失）裂缝性漏失1 1、堵漏：对漏失地层的封堵、堵漏：对漏失地层的封堵2 2、堵漏材料：封堵漏失地层采用的材料、堵漏材料：封堵漏失地层采用的材料（1 1）渗透性
44、地层堵漏）渗透性地层堵漏 硅酸凝胶硅酸凝胶铬冻胶铬冻胶HPAM+HPAM+重铬酸钾重铬酸钾+ +亚硫酸钠亚硫酸钠铬冻胶铬冻胶二、堵漏与堵漏材料二、堵漏与堵漏材料第十节第十节 钻井液中的漏失与地层的堵漏钻井液中的漏失与地层的堵漏酚醛树脂酚醛树脂苯酚苯酚+ +甲醛甲醛 不溶于水的酚醛树脂不溶于水的酚醛树脂（2 2）裂缝性或溶洞性地层堵漏）裂缝性或溶洞性地层堵漏纤维性材料纤维性材料植物纤维：短棉绒植物纤维：短棉绒矿物纤维：石棉纤维矿物纤维：石棉纤维 颗粒性材料颗粒性材料植物性颗粒：核桃壳、花生壳等植物性颗粒：核桃壳、花生壳等矿物性颗粒：粘土、石灰岩等矿物性颗粒：粘土、石灰岩等第十节第十节 钻井液中的
45、漏失与地层的堵漏钻井液中的漏失与地层的堵漏第十一节第十一节 钻钻 井井 液液 体体 系系第二章第二章 钻井液化学钻井液化学 第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体系水基钻井液体系水基钻井液体系油基钻井液体系油基钻井液体系气体钻井液体系气体钻井液体系钻井液体系钻井液体系第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体系一、水基钻井液一、水基钻井液 水水基基钻钻井井液液非抑制性钻井液非抑制性钻井液抑制性钻井液抑制性钻井液O/W O/W 钻井液钻井液泡沫钻井液泡沫钻井液钙处理钻井液钙处理钻井液钾盐钻井液钾盐钻井液盐水钻井液盐水钻井液聚合物钻井液聚合物钻井液正电胶钻井液正电胶钻井液1 1、非抑制性钻井液、非抑制性钻
46、井液（1 1）定义：由淡水、粘土和各种对粘土起分散作用）定义：由淡水、粘土和各种对粘土起分散作用的处理剂配制而成的的水基钻井液的处理剂配制而成的的水基钻井液 （2 2）特点）特点配制简便，成本低配制简便，成本低滤失造壁性能好滤失造壁性能好可配制高密度钻井液可配制高密度钻井液抗温能力强抗温能力强优点优点第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体系抗污染能力差，性能不稳定抗污染能力差，性能不稳定抑制性差，不利于井壁稳定抑制性差，不利于井壁稳定亚微米颗粒（直径小于亚微米颗粒（直径小于1m）多，钻速慢）多，钻速慢不能有效地保护油气层不能有效地保护油气层缺点缺点（3 3）适用地层）适用地层适合一般地层打深井和
47、高温井适合一般地层打深井和高温井第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体系2、抑制性钻井液、抑制性钻井液以页岩抑制剂为主要处理剂的水基钻井液以页岩抑制剂为主要处理剂的水基钻井液钙处理钻井液（石灰、石膏、氯化钙钙处理钻井液（石灰、石膏、氯化钙盐水钻井液（氯化钠）盐水钻井液（氯化钠）钾盐钻井液（氯化钾）钾盐钻井液（氯化钾）聚合物钻井液聚合物钻井液正电胶钻井液正电胶钻井液第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体系 具有抗钙侵、稳定页岩和控制钻井液粘土分散特点具有抗钙侵、稳定页岩和控制钻井液粘土分散特点 加少量稀释剂，使钻井液处于适度分散加少量稀释剂，使钻井液处于适度分散 第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体
48、系 （1 1）钙处理钻井液）钙处理钻井液 石灰石灰 pHpH大于大于11.511.5，Ca2+Ca2+含量含量0.12-0.20 g/L0.12-0.20 g/L石膏石膏 pH 9.5-10.5pH 9.5-10.5，Ca2+Ca2+含量含量 0.6-1.5 g/L0.6-1.5 g/L氯化钙氯化钙 pH10-11pH10-11，CaCa2+2+ 含量含量 3-4 g/L3-4 g/L适于钻石膏层适于钻石膏层 具有抑制页岩分散、膨胀，控制地层造浆、具有抑制页岩分散、膨胀，控制地层造浆、坍塌、减少亚微粒子特点坍塌、减少亚微粒子特点 第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体系（2 2）钾盐钻井液）钾盐
49、钻井液 聚合物钾盐、聚合物铵盐、无机钾盐、有聚合物钾盐、聚合物铵盐、无机钾盐、有机钾盐为主要处理剂，机钾盐为主要处理剂， 要求要求 pH8-9pH8-9， KK+ + 大大于于1.8 g/L1.8 g/L适于钻页岩层适于钻页岩层 适用海上、近海滩、缺乏淡水的地区钻井，适用海上、近海滩、缺乏淡水的地区钻井， 饱和盐水钻井液适用钻岩盐层、页岩层、岩饱和盐水钻井液适用钻岩盐层、页岩层、岩 盐与石膏的混合层盐与石膏的混合层 第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体系（3 3）盐水钻井液）盐水钻井液 以盐为主要处理剂。盐含量以盐为主要处理剂。盐含量10 g/L-10 g/L-饱和。饱和。 具有耐盐、耐钙、镁
50、离子、抑制页岩、滤具有耐盐、耐钙、镁离子、抑制页岩、滤液对油层损害小等特点液对油层损害小等特点 由于聚合物的桥接作用，钻井液中的粘土由于聚合物的桥接作用，钻井液中的粘土颗颗粒保持在较粗的状态，同时由于聚合物的吸粒保持在较粗的状态，同时由于聚合物的吸附作用，钻屑表面受到保护而不分散成更细的附作用，钻屑表面受到保护而不分散成更细的颗粒，因此钻井速度更快颗粒，因此钻井速度更快第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体系（4 4）聚合物钻井液（不分散钻井液）聚合物钻井液（不分散钻井液）聚合物为主要处理剂聚合物为主要处理剂第十一节第十一节 钻井液体系钻井液体系阴离子聚合物阴离子聚合物阳离子聚合物阳离子聚合物两
