钻井液相关知识

1、钻井液知识钻井液的概念：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。粘土是具有可塑性的、软、有各种颜色的泥土。 一般是含水氧化铝的硅酸盐，由长石和其它硅酸盐分解而成，颗粒直 径约在0.1T00pm之间，在水中有分散性，带电性、离子交换性，属 于多级分散体系。简单地说，钻井液是粘土分散在水中形成的溶胶悬 浮体（颗粒直径小于2pm）为使钻井液满足钻井工艺要求，常加入各 种化学处理剂及惰性物质来调节钻井液的性能，使钻井液“由稀变稠， 由稠变稀”。因此钻井液的性能变化受粘土、水和化学处理剂三方面因 素的影响。我国标准化委员会钻井液分委会将钻井液分为八种：1、淡水钻井液：由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而 成。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（包括海水及咸水钻井液）5、饱和盐水钻井液；6、钾基钻井液；7、油基钻井液；8、气体（包括一般气体及气泡）钻井液。各类新型钻井液体系：正电胶（MMH）钻井液体系、聚合物-铵盐钻井液体系、两性离子聚合物钻井液体系、大小阳离子钻井液体系、水基无粘土相钻井液。我国于1986年经钻井液标准化委员

2、会研究决定，把钻井液材料分为 16类：1、粘土类：主要用来配制原浆，亦有正反增加粘切、降低漏失量 作用，常用的膨润土、抗盐土及有机土等；2、加重材料：主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力，防 塌防喷；3、降滤失剂：主要用来降低钻井液的漏失量，常用的有CMC、预 先胶化淀粉，聚丙烯酸盐等；4、降粘剂：改善钻井液的流动特性，如粘度、切力，以增加可泵 性，减少摩阻。常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、木质素磺 酸盐等5、增粘剂：主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，增 加胶凝强度以形成高流阻。常用的有CMC、高聚物、预先胶化淀粉 等。6、润滑剂：主要用来降低摩阻系数，减小扭矩，增加钻头的水马 力以及防止粘卡。常用的有某些油类、石墨、塑料小球及表面活性 剂。7、叶岩抑制剂：用来抑制叶岩中所含粘土矿物的膨胀和分散而引 起的井塌。常用的有石膏、硅酸盐、石灰、钾盐、铵盐、各种沥青 制品及高聚物的钾、铵、钙盐等。8、缓蚀剂：用来控制钻具受到各种腐蚀。常用的有各种消化石灰、 亚硫酸纳、碳酸锌及胺盐，某种乳化及油基钻井液都具有较好的抑 制腐蚀的性能。9、乳化剂：用来使两种不相溶的液体形成均匀的混

3、合体，常用的 有改性本质素磺酸盐、某些活性剂（包括阳离子及非离子型的药 剂）。10、消泡剂：用来消除钻井液中的气泡及降低起泡作用，尤其是对咸水处理和盐水钻井液更为重要，常用的泡敌、甘油聚醚、硬脂酸11、杀菌剂：主要用来杀灭钻井液中的有害细菌，使其降低到安全 的含量范围内，以免破坏某些处理剂的效能，常用的有多聚甲醛、 烧碱、石灰以及各种发酵剂。12、絮凝剂：用来絮凝钻井液中过多的粘土细微颗粒及削除钻屑， 从而使钻井液保持低固相，它也是一种良好的包被剂，可使钻屑不 分散，易于清除，并有防塌作用。常用的有石膏、消石灰、各种聚 丙烯酰胺等。13、发泡剂：主要用来使水溶液产生气泡，又称泡沫剂，当使用气 体钻井时，遇到水层时可用泡沫剂将水带出，还可用于配制各种钻 井液。常用的有烷基磺酸钠等。14、堵漏剂用来封漏堵漏失地带，以恢复钻井液的正常循环。常用 的有各种惰性材料及化学堵漏剂。15、解卡剂：用来浸泡钻具在井内被泥饼粘附的井段，以降低其摩 阻系数，增加润滑性，从而解除压差卡钻。常用的有各种油类、含 有快渗剂的油包水乳化剂、酸类等。16、其它：主要包括大部分的无机处理剂及一些特殊用途的化学处 理剂

4、，常用的有各种无机盐、过氧乙烯树脂、蓖麻油等。消泡剂常用的有泡敌、甘油聚醚、硬脂酸铝等。润滑剂常用的有某些油类、石墨、塑料小球以及表面活性剂。降粘剂常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、本质素磺盐等。降滤失剂常用的有CMC、预先胶化淀粉、聚丙烯酸盐等。塑料小珠简称塑料珠，代号：HZ-102。它是由苯乙烯苯的共聚物经 成珠而得，是一种具有一定强度的固体，按需要可选用不同的粒度 配比，一般30-80um较好。它可像轴承液珠一样来降低摩阻力，主 要用探井与定向井的防卡减阻剂，抗温达200度以上，不影响钻井 液性能。磺化沥青：有两种代号：FT-342（膏状）及FT-1，均为粉状产品。 主要用作叶岩微裂及破碎带的封闭剂而起到防塌作用，并兼有较好 的润滑能力。解卡剂：分为流体及固体两种，已成为商品并有正式厂家生产的只 有固体一种，液体都属于各油田自己临时配制使用。堵漏剂：我国除了惰性材料处，已定型并在全国使用的正式产品较 少，多数是根据自己油田的情况临时配制的。水基钻井液基本经历了五个发展阶段：1、天然（或自然）钻井液体系：1904-1921年，人们使用清水造浆。2、细分散体系：1921-1946年

5、，人为使用粘土来配制钻井液，并加入 一些化学分散剂。3、粗分散钻井液体系：1946-1973年，使用了多种无机盐类抑制剂（钙 基钻井液体系）。4、不分散低固相钻井液体系：从1966年使用喷射钻井开始。5、无固相钻井液体系：1968年以后使用，大量研究表明，钻井液中 所含固相，尤其是粘土，不但是提高钻速的最大障碍，也是对产层造 成较大损害的重要因素。水基钻井液的组成：是一种以水为分散介质，以膨润土、加重剂 及各种化学处理剂为分散相的多相分散体系。在分散体系中的很细的 悬浮颗粒（包括固体、液体、气体等）较均匀地分布在连续相中，此 悬浮颗粒称为分散相。在体系中能完全悬浮胶体、油滴、固体颗粒等 分散相的液体，称不连续相。分散钻井液指由水、膨润土及各种分散剂为主处理剂配成的水基钻井 液体系。不分散聚合物钻井液体系：“不分散”包括两个含义：一是该类体 系中的固相颗粒基本上不再分散成较细颗粒，二是钻出的岩屑受到保 护，不被分散。主要特点：密度低；压差小，钻速快。不分散低固相钻井液就是通过高分子絮凝剂而不使用促使粘土 水化分散的分散剂，并采用固相控制工艺而实现不分散和低固相这两 个特点的钻井液体系。不

6、分散低固相钻井液一般由淡水、膨润土和选 择性絮凝剂组成。钾基钻井液和混油钻井液是其中的两种。细分散钻井液的组成：通过使用一些单一的化学分散剂，促进粘 土的水化分散，使粘土由粗颗粒分散成很细小的颗粒，同时加入简单 有机处理剂改善其性能，形成的比较稳定的细分散体系，称为细分散 钻井液，也称淡水钻井液。它是最早的钻井液。目前基本已被更先进 的钻井液所代替。但由于淡水水源分布广、处理剂用量少，成本低， 在一些地层钻进尚能满足要求等原因，仍然在许多地区的一些井段上 使用。细分散钻井液的特点是粘土在水中高度分散，并通过粘土的高度 分散来取得钻井液所需的流变性，降低滤失量。当粘度、切力升高时， 加水和稀释剂拆散粘土颗粒所形成的空间网架结构，促使粘土颗粒分 散。滤失量大时，加降滤失剂护胶，用有利于粘土颗粒继续分散变细 的办法来降低滤失量。细分散钻井液的组成和性能特点决定了它的性能不稳定，易受化学污 染和粘土侵，造成处理频繁，浪费人力、物力。细分散钻井液有时是用淡水和粘土特意配制的。粗分散钻井液是在细分散钻井液的基础上发展起来的，以叫抑制 性钻井液。它是通过使用某些絮凝剂，并配合使用稀释剂和降滤失剂，

7、抑制粘土和岩屑的水化分散，形成适度絮凝又稳定的钻井液。形成抑 制性钻井液的方法有两种：1、添加各种适当的无机电解质；2、加入足够量的某种有选择性的稀释剂以减缓水化。粗分散钻井液为钙处理钻井液和盐处理（或海水）钻井液。油基钻井液是为了复杂地层（如岩盐、石膏、泥岩、叶岩等）以 及钻定向井、高温井、完井、修井的需要而发展起来的，基本经历了 三个阶段：1、原油阶段：由于水基泥浆会损害油层，人们试用原因做为钻井液， 但原油没有切力，滤失量大，且含有易挥发成份。2、油基钻井液：在原油和柴油的基础上加入乳化剂和其它处理剂。3、反乳化钻井液（油泡水乳化钻井液）：60年代后，人们认识到，将 油中的水乳化后，其周围的乳化膜具有半渗透膜的性质。利用平衡原 理，在油基钻井液中人为地加入10-50%的高矿化度盐水配制成反相乳 化钻井液，由于它更有利于泥岩、叶岩的井壁稳定，所以适用于钻复杂的盐岩层及超深井。油基钻井液的组成：以原因或柴油为连续相，以氧化沥青作分散 相，再加入化学处理剂和加重剂酿成的。主要成分是柴油、芳香烃， 含量5%-10%之间，软化点1500C以上的氧化沥青，炭黑、石灰石粉， 硬脂酸皂、生石灰等

8、油基钻井液的特点：1、不损害油气层，能获得真实的地质资料，无腐蚀性；2、防塌效果好，井壁稳定，井径规则；3、不受可溶性盐类和有害离子的影响和污染，抗污染能力强。4、润滑性好；5、密度调节范围广，可采用低于1.0g/cm3的钻井液钻低压油气 层；6、具有低凝固点，高温不稠化、不聚集，有良好的热稳定性。缺点：配制复杂，维护处理麻烦，不利于操作。油泡水乳化钻井液的以称反相乳化钻井液。是油基钻井液。它是 以油作分散介质，以不分散为稳定的小水滴作分散相，用添加剂将此 体系加以稳定和调整形成稳定的分散体系，主要成分是柴油，要求闪 点900C以上，燃点1000C以上，苯胺点应大于700C；水相一般用饱和 盐水或CaCi2乳化剂。该体系不损害油层，防塌能力强，润滑性好，抗 盐抗钙能力强，易于处理，不易失火。油泡水乳化钻井液的特点：1、不损害油层渗透率，有利于保护油气层，尤其对低压油层更有利。2、能防卡泥岩水化膨胀，防卡地层坍塌；3、润滑性好，可防卡粘附卡钻；4、具有良好的抗污染能力，能防止地层及其它盐类污染；5、稳定性高，适用于深井、超深井；6、比油基泥浆成本低，易于处理、不易着火；7、对含晔、叫和盐

9、水层有防腐作用；钻井液体系中油包水乳化钻井液、油基钻井液更合乎大定向井的 要求，但也成功地使用了不分散低固相水基钻井液、聚合物水基钻井 液、饱和盐水钻井液和一般盐水钻井液，通常使用的钻井液体系是经 过改进的钻井液体系。油基钻井液防腐性能好，以具有良好的润滑性 能，所以常用于超深井、定向井，但在敏感地层不能使用或禁止使用， 有些场合，油基钻井液未经特殊处理，其性能不好水基钻井液钾基钻井液体系是以各种高聚物的钾、铵、钙盐及KCI为主处理 剂而配成的防塌钻井液体系。气体钻井液：空气或天然气作为钻井循环流体，是为了钻低压油 气层，严重漏失层或坚硬而不含水的地层而发展起来的钻井液。聚合物钻井液是以大小阳离子聚合物为主体，辅以阴离子的降粘 剂、降滤失剂、防塌剂和润滑剂等所组成的阳离子聚合物钻井液。聚合物不分散低固相钻井液主要组分是絮凝剂控制粘土及固相含 量、高温稀释剂、防塌剂、降滤失剂等，能提高钻井速度，但抗盐、 抗钙能力差。密度过大有以下害处：1、损害油气层；2、降低钻井速度；3、过大压差易造成压差卡钻；4、 易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；6、多消耗钻井液材料及动力；7、 抗污染能力下降。密度过低则容易发生井喷、井塌、缩经（对塑性地层，如较纯的粘土、 岩盐层等）及携屑能力下降等。实践证明，钻井液密度升高，产生的静液压力增大，钻速降低， 钻井静液压力对钻速的影响程序还与所钻岩石的性质有关，钻井液静 液压力与地层流体压力的差值为零时，钻速最快，压差增大，钻速降 低。影响密度的因素：1、密度随钻井液中固相含量的增加而增大，随固相含量的减少而减少。2、钻井液中液相体积减少或液相密度加大，都能使密度升高。3、油气侵入钻井液后，密度会很快下降。提高钻井液密度的方法：一般可在钻井液体系中加入密

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