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1、钻井液基础知识,一、钻井液概述,1、钻井液概念 钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。2、钻井液的分类（1）淡水钻井液（2）钙处理钻井液（3）不分散低固相聚合物钻井液（4）盐水钻井液（5）饱和盐水钻井液（6）钾基钻井液（7）油基钻井液（8）气体钻井液,3、钻井液在钻井中的作用（1）清洗井底，携带岩屑，保持井底干 净，保证钻头不断的破碎地层，使钻进不中断。（2）平衡地层中的流体压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。（3）平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。（4）发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻
2、井速度。,（5）悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。另外承受钻杆和套管的部分重力。（6）润滑并冷却钻头钻具。（7）防止地层中盐水、岩盐、石膏、芒硝等对钻井液的污染，防止硫化氢污染和损害。（8）利用钻井液，准确获得井下资料。,二、钻井液性能指标,1、钻井液密度（1）概念：指单位体积钻井液的质 量，常以g/cm3表示。（2）钻井液密度与钻井的关系 密度的大小直接关系着钻井速度的快慢，因此密度必须符合地质和工程的要求，大小适中。,密度过大有以下害处：损害油气层 降低钻井速度 过大压差易造成压差卡钻 易憋漏地层 易引起过高的粘切 多消耗钻井液材料和动力 抗污染能力下降 密度过低则容易发生
3、井喷、井塌、缩 径及携岩能力下降等。,（3）提高钻井液密度的方法 一般可在钻井液体系中加入密度较大的惰性物质，如石灰石粉、重晶石粉等；也可加入可溶性盐，另外根据情况可选用除气、除泡等工艺方法。（4）降低钻井液密度的方法 A、机械法：把有害物质通过机械设备清除，如使用震动筛、除砂器等。B、稀释法：加入一定量的清水稀释钻井液，使其密度下降。C、使用化学絮凝剂来降低密度。D、使用发泡剂或充气来增大体积而降低密度。,2、钻井液的流动性（1）、钻井液的粘度、切力 A、表观粘度：是用一定体积的钻井液流过规定尺寸的小孔所需的时间来表示。现场多使用漏斗粘度。单位：秒（s）。B、塑性粘度：是指钻井液在流动时，液
4、体分子与液体分子之间，液体分子与固体颗粒之间，以及固体颗粒与固体颗粒之间的内摩擦力的总和。单位：毫帕秒（mPa.s）。,C、切力：破坏钻井液中单位面积上网状结构所需的最小应力。单位：帕斯卡（Pa）。初切力是钻井液静止1分钟时所测得的切力。终切力是钻井液静止10分钟时所测得的切力。,2）、钻井液粘度、切力与钻井的关系 钻井液粘度对钻井的影响主要是钻井液从钻头水眼处喷射至井底的粘度对钻速的影响，钻井液粘度越高，在井底易形成一个类似粘性垫子的液层，它降低和减缓了钻头对井底的冲击力和切削作用，是钻速降低。钻井液中岩屑由于重力作用而下沉，因此，切力越大，悬浮岩屑能力越强，反之越小。,粘度和切力过大有以下
5、害处：流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢。净化不良，易引起井下复杂情况。易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故。脱气较难，影响气测并造成气侵。粘度和切力过低有以下害处：洗井不良，井眼净化效果差。冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故。岩屑过细影响录井。,（3）、钻井液造壁性能 A、滤失量：也叫失水量，即钻井液滤液进入地层的多少。B、泥饼：由于钻井液液柱与地层间的压差作用，在滤失的同时，粘土颗粒在井壁周围形成一层堆积物，此堆积物就叫泥饼。C、滤失量与泥饼之间的关系 泥饼的厚度与钻井液的滤失量有密切关系，对同一钻井液而言，其滤失量愈大，泥饼愈厚；对不同钻井液，其滤失量相同，但泥饼厚度不
6、一定相同。致密而坚韧的泥饼能够控制滤失量较小。,D、影响滤失量与泥饼质量的因素*钻井液中优质活性固体膨润土的含量*钻井液中固体颗粒的水化分散性*滤液粘度的影响*地层岩石的孔隙度与渗透性*钻井液液柱与地层的压力差*温度和时间对滤失和泥饼的影响,E、钻井液滤失量过大，泥饼厚而虚的危害*易造成地层孔隙堵塞而损害油气层*泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高*易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼*在高渗透地层易造成较厚的泥饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻,*电测不顺利，并且由于钻井液滤液进入地层较深，水侵半径增大，若超过测井仪器所测及的范围，其结果是电测解释不准确而容易漏掉油气层*对松软地层，易
7、泡垮易塌地层，会形成不规则的井眼，引起井漏等。,（4）、固相含量 A、基本概念：固相含量一般是指钻井液中水不溶物的全部含量及可溶性盐类。含砂量是指钻井液中不能通过200目筛子（即边长为74微米）的砂子。B、固相含量与钻井的关系 钻井液中固相含量越低越好，一般控制在0.5%以下，固相含量过大有以下危害：,*固相含量高，钻井液柱压力大，钻速降低*固相颗粒愈细对钻速影响愈大*固相含量高、滤失量大时，泥饼必然厚，摩阻系数 增大，因而易引起井下复杂情况的发生*固相含量高，钻井液的流变性难以控制，且流阻大，钻井效率低*含砂量大，易造成钻头钻具等机械设备的磨损*固相含量高时，钻井液受外界影响大且敏感,C、降
8、低固相含量的方法*机械除砂：利用震动筛、除砂器、除泥器等设备降 低固相含量*化学除砂：加入化学絮凝剂，将细小的砂子变大而 沉降*降低钻井液粘度有利于降低固相含量,（5）、钻井液的酸碱度 A、PH值的概念：PH值是衡量钻井液酸度的大小。PH值的含义为钻井液中H+（质量浓度）的负对数，即PH=-lgH+。B、钻井液的酸碱度 钻井液的酸碱度是指钻井液中含酸碱量的多少，它代表钻井液中含酸或碱的程度。不分散型体系PH值一般控制在7.5-8.5，分散型钻井液在11以上。,C、钻井液酸碱性对其性能的影响*对粘土水化分散的影响：PH值的大小影响粘土颗粒的水化分散程度，假如PH值过低，氢离子在粘土颗粒表面进行离
9、子交换，使粘土的水化性和分散性变差，从而破坏钻井液的稳定性，使滤失量增大，切力升高。*对处理剂的影响：许多有机处理剂必须在碱性条件下溶解才能产生作用，另外PH值过低，有机处理剂易在井壁发酵变质。,D、PH值对钻井工艺的影响*PH值过高，氢氧根离子在粘土表面吸附，会促进泥页岩的水化膨胀和分散，对巩固井壁、防止缩径和坍塌都不利，往往会引起井下复杂情况的发生。*通过PH值的变化，可以预测井下情况。如盐水侵、石膏侵、水泥侵都会引起PH值的变化。,三、钻井液性能的测量及计算 1、钻井液性能的测量（1）密度：A、放好密度计支架使之处于水平位置。B、将待测钻井液注入清洁干燥的密度计杯中。C、将被盖缓慢旋入杯
10、中并盖紧，使少量钻井液从盖子的小孔溢出。D、用手指堵住盖孔，洗净溢出的钻井液。E、将密度计的刀口放在支架的刀口上，轻轻移动密度计杆上的游码，使水平管中的气泡处于二刻度之间并使密度计杆处于水平位置。F、读取游码左侧线指示的密度值（精确到0.05-0.1）。,(2)粘度：A、用左手手指堵住漏斗管的下口，通过网筛倒入钻井液，使液面达到网筛底部。B、右手启动秒表，同时松开导流管口，待流满量杯恰好946ml时，用左手堵住管口，关停秒表。C、将漏斗内剩余的钻井液收回液杯，读取秒表数值即粘度。（漏斗的容量为1500ml）,(3)旋转粘度及静切力：A、用高速搅拌器将样品搅拌1分钟，将其倒入旋转粘度计液杯中至刻
11、度线，使样品液面与外筒上端平齐。B、打开旋转粘度计电源开关，使其以600转的转速转动，等刻度盘达到稳定读值，记下600转的读数。C、将转速换至300转转动，等刻度盘达到稳定读值，记下300转的读数。D、使样品静置10秒钟，用3转转动，记录下最大读数，除2即为初切力。E、再用600转的转速搅拌样品10秒钟，后静置10分钟，用3转转动，记录下最大读数，除2即为终切力。,（4）滤失量泥饼PH值 A、将充分搅拌后的钻井液注入液杯内至刻度线，装入密封圈、滤纸，盖好杯盖，旋紧后将液杯输气头装入阀体输出端，卡紧。B、将量筒放入液杯下。C、使滤失仪压力保持0.7MPa，待第一滴液体流出时，启动秒表记录时间。D、待滤失时间达7.5分钟，取出量筒读数，乘2即为滤失量。E、打开杯盖取出滤纸，用钢板尺量取泥饼厚度乘2即为所测泥饼厚度。F、将PH试纸缓慢放到滤液中，充分侵透变色后，和色标对比，读出相应的数值。,2、钻井液性能的相关计算 表观粘度：AV=600/2 塑性粘度：PV=600-300 动切力:YP=(300-PV)/2,
