1、钻 井 液,功能,组成,选择原则,造壁性能,地层造浆,性能及测定,废浆处理,钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质，俗称钻井泥浆,功 能,冲洗井底：钻井液可在钻头水眼处形成高速的液流，喷向井底。这高速喷出的钻井液可将由于钻井液压力与地层压力差而被压持在井底的岩屑冲起，起冲洗井底的作用。 携带岩屑：当钻井液在环空的上返速度大于岩屑的沉降速度时，钻井液可将井中的岩屑带出，即在一定的上返速度下，钻井液有携带岩屑（简称携岩）的作用。 平衡地层压力：钻井液的液柱压力必须与地层压力相平衡才能达到防止井喷或者钻井液大量漏进地层的目的。可通过调整钻井液密度控制钻井液的液柱压力，使它与地层压力相平衡。 冷却
2、与润滑钻头：钻井液可将钻井过程中钻具（钻头与钻柱）与地层摩擦产生的热带至地面，起冷却作用。同时，钻井液能有效地降低钻具与地层的摩擦，起润滑作用。,稳定井壁：可在钻井液中加入适当的处理机，使钻井液具有抑制页岩膨胀和（或）分散的能力，同时产生薄而韧的滤饼，起稳定井壁的作用。 悬浮岩屑和密度调整材料：当停止循环时，钻井液处于静止状态，其中的膨润土颗粒可互相联结，形成结构，将岩屑悬浮起来。若钻井液中加有密度调整材料（如重晶石），则在停止循环时，钻井液也可将它悬浮起来。钻井液悬浮岩屑和密度调整材料的能力，可使钻井液停止循环后易于再启动。 获取地层信息：通过钻井液携带出的岩屑，可以获取地层许多信息，如油气
3、显示、地层物性等。 传递功率：钻井液可将钻井液泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻井速度。,功 能,组成,一）分散介质：水、油或者气体二）分散相：悬浮体则为黏土密度调整材料；乳状液则为油或水；泡沫则为气体。三）钻井液处理剂,钻井液处 理剂,调节钻井液性能而加入钻井液中的化学剂,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、钻井液降黏剂、钻井液增黏剂、钻井液降滤失
4、剂、钻井液润滑、解卡剂、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%。,钻井泥浆的选择原则：1）就地取材；2）满足施工要求；3）节省费用。,泥浆的造壁性能,泥浆柱具有平衡作用:当钻头钻过地层后，地层原有的应力平衡状态被破 坏，原有地层的垂直力、侧压力和静水压力需要一个反力来使各力达到新的平衡，这个力就是泥浆柱的压力。 泥浆护壁或临时支护的主要条件就是依靠泥浆柱的压力，以平衡地层压力；,泥浆的造壁功能:压力大于地层压力20%左右，在此压力差的作用下，泥浆中的自由水通过井帮的空隙或裂隙向地层中渗透，这就是泥浆失水。在失水过程中
5、，泥浆中的固相颗粒便附着在井帮上形成泥皮（泥并、滤并），这种现象就叫做造壁。,泥浆的造壁性能,造壁的形成条件：1）有液体压力差2）泥浆中有自由水3）地层里有孔隙或裂隙，即过水的通道。泥皮的厚度、强度和密集情况是有泥浆质量和地层性质所决定的。,泥浆的造壁性能,泥浆失水,初失水动失水静失水（钻井停止、只有静水压力），其中静失水站深入地层的总失水量的10%30%，而动失水则占70%90%。由于钻进、停钻、再钻进不断循环反复，因此，动失水和静失水也反复进行，但失水量逐渐减少 规律如图：,泥浆失水,影响：黏土类地层吸水膨胀、缩径或片帮、坍塌等减少泥浆失水的主要措施是降低黏性矿物的遇水水化能力和降低深入地
6、层中的自由水。其方法：1）使用有机处理剂（如有机高分子化合物）降低失水2）使用高分子聚合物束缚自由水3）向泥浆中加入阳离子表面活性剂，使黏土吸附的 有机阳离子部分遮盖黏土表面，抑制黏土水化4)泥浆的触变性增加了自由水渗透的阻力。,黏土地层的膨胀机理,黏 土 水 化,黏土颗粒吸附水分子，具有亲水性，粘土表 面形成水化膜，黏土晶格层面间的距离增大，产生膨胀以致分散的过程。,1）直接水化：晶格中有氧及氢氧层，均可以与水分子形成氢键而吸附水分子2）间接水化：通过吸附氧离子而间接吸附水分子而水化,黏土吸附水分子的形式,自由水：不受黏土颗粒的束缚，水温升至100110就会全部挥发,吸附水：水分子吸附在黏土
7、颗粒表面或晶胞之间不能自由移动，在水温100200时逐步失去,晶格水（化学结合水）：黏土矿物晶格结构的 一部分，以OH-离子形式并存于晶格中，在水温300以上时失去，晶格遭到破坏。,黏土地层的膨胀机理,泥浆的稳定性：一种是沉降稳定性（或重力稳定性），一种是聚结稳定性（泥浆不易聚结的特性）,泥浆处理剂,无机处理剂,有机处理剂,无机处理剂,纯碱（Na2CO3，又称苏打），提高泥浆稳定性， 降低失水量 烧碱（NaOH，火碱、苛性碱），具有分散功能、调节PH值，一般不单独作为处理剂 石灰（Ca（OH）2），抑制吸水后的膨胀 六偏磷酸钠（NaPO3）6），水溶液为酸性，作为分散剂或用于降黏度、将切力，具
8、有稀释作用，控制流变性能 三聚磷酸钠（Na5P3O10）,具有离子交换能力，吸附在粘土颗粒上时起降黏、降切作用，改变泥浆的触变性能。,有机处理剂,丹宁，弱酸，降低黏度。木质素，有效控制泥浆的黏度、屈服值和静切力，也可以降低失水量木质素磺酸盐，在黏土颗粒表面上形成黏滞层为起到降低失水量的作用和稀释作用。腐植酸，具有降失水的作用，又有一定的稀释作用。纤维素烯类单体聚合物聚丙烯酰胺类,地 层 造 浆,泥浆在压差作用下要失水，而水对破岩后的钻屑产生水化作用，泥浆质量越差，失水量越多，水化就越充分，钻屑水化后变软并分散、膨胀，颗粒越小，表面积越大，接触自由水的机会越多，分散的越充分，颗粒裂解的越细，造浆
9、量越大。,抑制自然造浆的方法,化学抑制方法有三种：1）在泥浆中加入失水剂；2）加入抑制剂，抑制钻屑的分散，以降低造浆能力；3）加入聚沉剂破坏泥浆的网状结构，提高泥浆中钻屑的聚沉能力。针对泥浆除了进行化学处理外，还在工艺上加以配合，使之更加有效的抑制造浆,钻井工艺上抑制造浆,1)加大冲洗量，使钻凿下的泥屑能及时从工作中清除并排到地面；2）及时清理泥浆池并运出排到地面上的钻屑，避免泥浆流的冲刷；3）机械除砂，以减少泥浆中砂粒含量而增加泥浆相对密度，导致泥浆变稠，进而阻碍钻屑的沉降；4）泥浆沉淀池的设计要有利于颗粒的沉淀，使其合理流动；5)合理布置刀具，合理选择齿形，合理设计吸口的位置和大小，便于吸
10、收，减少重复破碎。,泥浆性能及测定,泥浆的分类,水基钻井泥浆：1）淡水泥浆：不进行化学处理或进行少量化学处理的泥浆。包括清水开钻泥浆和井内自然泥浆。2）化学处理泥浆（不加入含钙的化合物）是指用有机剂处理的各种钻井泥浆3）钙处理泥浆是指用石灰、石膏处理的钻井泥浆4）特种泥浆：包括低黏土、低固相泥浆，加入表面活化剂的泥浆，聚合物泥浆以及低固相不分散泥浆。,气态钻井液:主要包括空气、加湿空气、充气泥浆，以及泡沫泥浆。,钻井泥浆的性能,相对密度及其测定： 泥浆的相对密度是指泥浆的质量与其同体积清水在4时的质量之比。泥浆相对密度的大小取决于泥浆中固相含量，即泥浆中固体颗粒占总质量或体积的百分数。用泥浆天
11、平（比重计）来测量。,钻井泥浆的性能,泥浆黏度及其测定：泥浆黏度等于泥浆的剪切应力与剪切速率之比。与泥浆内部的固体含量有关，也与泥浆内部的结构有关，有塑性黏度和表观黏度。表观黏度包括塑性黏度，用漏斗黏度计量测，单位为Pas，另一种是旋转式黏度计，测塑性黏度，单位mPas。,含砂量及其测定：含砂量是指泥浆中含有直径大于0.04mm的不溶于水的无用固相的含量，以百分数表示。采用含砂量测定仪测量。,钻井泥浆的性能,PH值及其测定：可用比色法辨别，也可用PH值电位计进行量测。泥浆失水量和泥皮及其测定在30min内失水的多少就叫失水量，单位以mL/30min表示。量测失水量有两种仪器：一种是重锤提供压差
12、，通过机油传递压力，测得失水量和泥皮厚度；另一种是用气压方式提供压差。泥皮的测试应将泥皮用清水洗净之后，用锐利的刀片切开泥皮并进行描述，如结构、厚度、硬度、韧性等。,钻 井 泥 浆 的 性 能,泥浆静切力及其测定：泥浆静切力是指泥浆网状结构的强度，即破坏1cm2面积上泥浆颗粒间结构连接所需要的最小的力，以mg/cm2表示。分为初切力（静止1min）和终切力（静止10min）。测量静切力有两种仪器：在施工现场经常使用的圆筒下沉式切力计和试验室常用的电动静切力仪。使用旋转黏度计测量静切力，是使中心轴以600r/min的剪切速率旋转，用转数表和秒表测量，单位是厘泊。使用流变仪测量泥浆静切力，以mg/
13、cm2表示。,钻井泥浆的性能,泥浆的胶体率和稳定性及其测定：泥浆的胶体率反映的是泥浆中黏土水化分散程度及其悬浮状态的稳定性，也就是泥浆中黏土颗粒自动凝聚能力的指标。测量方法是将100ml的泥浆倒入有刻度的量筒中，静置24小时，测量从泥浆中析出水分的体积。稳定性表示的是黏土颗粒分散后的稳定程度。是指在量筒中倒入500ml的泥浆，静置24小时后，上下两部分泥浆的相对密度差。其值越小，稳定性越好。,废浆处理,1）直接排放法:又称填埋法，直接将泥浆排入排浆场，然后用煤矸石填埋。2）造粒脱水法：利用化学絮凝剂絮凝，再采用沉降和机械分离等强化措施，使废浆中的固、液分离。3）泥浆浓缩法4）国外一些废浆处理方法：脱水循环系统施压浓缩装置5）固化法：向废浆中加入固化剂，使其转化为有一定强度的固体或者土壤，就地填埋或作为建筑材料的方法。6）生物处理法。,近 期 计 划,近期阅读并翻译钻井液方面的英语文献学习钻井工艺学、钻井液工艺学等勘基系本科学习的课程，为自己研究生阶段水合物方面的学习打下基础,
