鉆井液基礎(chǔ)知識(shí)

1、 Daqing Petroleum Institute 第四章 鉆井液l鉆井液的作用：鉆井液的作用：l1、清洗井底，攜帶和懸浮巖屑；、清洗井底，攜帶和懸浮巖屑；l2 、保護(hù)井壁；、保護(hù)井壁；l3 、冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱；、冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱；l4 、平衡地層壓力；、平衡地層壓力；l5 、協(xié)協(xié)助破碎巖石；助破碎巖石；l6 、保護(hù)油氣層。、保護(hù)油氣層。 Daqing Petroleum Institute 鉆井液的基本類(lèi)型：鉆井液的基本類(lèi)型：水基泥漿：以水為分散介質(zhì)，基本組分是粘土、水和化學(xué)處理劑水基泥漿：以水為分散介質(zhì)，基本組分是粘土、水和化學(xué)處理劑 淡水泥漿 鹽水泥漿 鈣處理泥漿 低固相泥漿

2、 混油泥漿 油基泥漿：油基泥漿： 油包水乳化泥漿：以油做分散介質(zhì)，水及有機(jī)搬土或其它親油 粉末狀物作分散相，加乳化劑配制。 油基泥漿：由柴油和瀝青（或有機(jī)搬土）及有關(guān)處理劑配制。 Daqing Petroleum Institute 主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 粘土基本知識(shí)粘土基本知識(shí) 第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液性能及調(diào)控鉆井液性能及調(diào)控 第三節(jié)第三節(jié) 常用鉆井液簡(jiǎn)介常用鉆井液簡(jiǎn)介 Daqing Petroleum Institute 第一節(jié) 粘土基本知識(shí) 粘土是鉆井液的主要成分，水基鉆井液就是粘土分散在水中形成的膠體粘土是鉆井液的主要成分，水基鉆井液就是粘土分散在水中形成的膠體懸浮體。粘土對(duì)鉆井

3、液的性質(zhì)有很大影響，其類(lèi)型不同，造漿率差別很大。懸浮體。粘土對(duì)鉆井液的性質(zhì)有很大影響，其類(lèi)型不同，造漿率差別很大。 一、一、 幾種主要粘土礦物的晶體構(gòu)造及特點(diǎn)幾種主要粘土礦物的晶體構(gòu)造及特點(diǎn) 粘土主要是由很細(xì)（粘土主要是由很細(xì)（ 2 m以下以下 ）的粘土礦物組成，許多粘土中含有非）的粘土礦物組成，許多粘土中含有非晶體質(zhì)的膠體礦物如蛋白石、氫氧化鐵、氫氧化鋁，還含有不定量的石英、晶體質(zhì)的膠體礦物如蛋白石、氫氧化鐵、氫氧化鋁，還含有不定量的石英、長(zhǎng)石等粘土礦物。但粘土的主要化學(xué)成分為鋁硅酸鹽。長(zhǎng)石等粘土礦物。但粘土的主要化學(xué)成分為鋁硅酸鹽。 因此雖然粘土礦物的種類(lèi)很多因此雖然粘土礦物的種類(lèi)很多,不

4、同粘土礦物有不同的晶體構(gòu)造及特點(diǎn)，不同粘土礦物有不同的晶體構(gòu)造及特點(diǎn)，但其晶體都是由兩種基本構(gòu)造單位組成的。但其晶體都是由兩種基本構(gòu)造單位組成的?；緲?gòu)造單位：硅氧集團(tuán)和鋁氧集團(tuán) Daqing Petroleum Institute 1. 1. 粘土晶體構(gòu)造中的基本單位粘土晶體構(gòu)造中的基本單位 硅氧四面體 每個(gè)四面體中都有一個(gè)硅原子與四個(gè)氧原子以相等的距離相連，硅每個(gè)四面體中都有一個(gè)硅原子與四個(gè)氧原子以相等的距離相連，硅在四面體的中心，四個(gè)氧原子在四面體的中心，四個(gè)氧原子( (或氫氧或氫氧) )在四面體的頂點(diǎn)。在大多數(shù)粘土在四面體的頂點(diǎn)。在大多數(shù)粘土礦物中排列成六角形網(wǎng)絡(luò)。礦物中排列成六角形網(wǎng)

5、絡(luò)。 Daqing Petroleum Institute 鋁氧八面體 鋁原子處于八面體的中心，與上面和下面的各三個(gè)氧原子或氫氧形鋁原子處于八面體的中心，與上面和下面的各三個(gè)氧原子或氫氧形成一個(gè)正八面體。成一個(gè)正八面體。 八面體片狀構(gòu)造中，鋁占八面體片狀構(gòu)造中，鋁占2/32/3位置，空余位置以位置，空余位置以 表示。表示。 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)高嶺石的晶體結(jié)構(gòu) 高嶺石晶體由一個(gè)硅氧四面體片和一個(gè)鋁氧八面體片組成。四面體片的高嶺石晶體由一個(gè)硅氧四面體片和一個(gè)鋁氧八面體片組成。四面體片的頂尖都朝著八面體片，二者由共用的氧原子和氫氧原子團(tuán)

6、聯(lián)結(jié)在一起。頂尖都朝著八面體片，二者由共用的氧原子和氫氧原子團(tuán)聯(lián)結(jié)在一起。 由于它是一個(gè)硅氧四面體片和一個(gè)鋁氧八面體片組成，所以稱(chēng)高嶺石為由于它是一個(gè)硅氧四面體片和一個(gè)鋁氧八面體片組成，所以稱(chēng)高嶺石為1111型粘土礦物。型粘土礦物。 高嶺石單元晶層，一面為高嶺石單元晶層，一面為OHOH層，另一面為層，另一面為O O層層, ,片與片之間易形成氫鍵片與片之間易形成氫鍵, ,晶晶胞之間連結(jié)緊密胞之間連結(jié)緊密, ,故高嶺石的分散度低。故高嶺石的分散度低。 高嶺石晶格中幾乎沒(méi)有晶格取代現(xiàn)象，它的電荷是平衡的，因此高嶺石電高嶺石晶格中幾乎沒(méi)有晶格取代現(xiàn)象，它的電荷是平衡的，因此高嶺石電性微弱。性微弱。 這

7、些特點(diǎn)決定了高嶺石水化很差，造漿性能不好，不是配漿的好材料。這些特點(diǎn)決定了高嶺石水化很差，造漿性能不好，不是配漿的好材料。 油氣層中高嶺石顆粒大而附著力弱，常常因運(yùn)移堵塞孔喉而降低滲透率。油氣層中高嶺石顆粒大而附著力弱，常常因運(yùn)移堵塞孔喉而降低滲透率。 Daqing Petroleum Institute 3. 3. 蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu) 蒙脫石是由上下兩個(gè)硅氧四面體片中間夾一層鋁氧八面體片組成，硅蒙脫石是由上下兩個(gè)硅氧四面體片中間夾一層鋁氧八面體片組成，硅氧四面體的尖頂朝向鋁氧八面體，鋁氧八面體片和上下兩層硅氧四面體片通氧四面體的尖頂朝向鋁氧八面體，鋁氧八面體片和上下兩層硅氧四面

8、體片通過(guò)共用氧原子和氫氧聯(lián)結(jié)形成緊密的晶層，因此稱(chēng)為過(guò)共用氧原子和氫氧聯(lián)結(jié)形成緊密的晶層，因此稱(chēng)為2121型。型。 在鋁氧八面體中，有部分在鋁氧八面體中，有部分AlAl3+3+被被MgMg2+2+或或FeFe2+2+取代，四面體中的取代，四面體中的SiSi4+4+也有少也有少量被量被AlAl3+3+取代，顯負(fù)電性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為晶格取代現(xiàn)象。因此，吸附較多陽(yáng)取代，顯負(fù)電性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為晶格取代現(xiàn)象。因此，吸附較多陽(yáng)離子，有較強(qiáng)的離子交換能力。離子，有較強(qiáng)的離子交換能力。 同時(shí)，蒙脫石晶層上下皆為氧原子層，各晶層間以分子間力聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)同時(shí)，蒙脫石晶層上下皆為氧原子層，各晶層間以分子間力聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)力

9、弱。蒙脫石是極易水化、分散、膨脹的粘土礦物。力弱。蒙脫石是極易水化、分散、膨脹的粘土礦物。 這些特點(diǎn)決定了蒙脫石是配漿的好材料，但地層中蒙脫石也會(huì)因水化膨這些特點(diǎn)決定了蒙脫石是配漿的好材料，但地層中蒙脫石也會(huì)因水化膨脹而造成井塌和油層損害。脹而造成井塌和油層損害。 Daqing Petroleum Institute 4. 4. 伊利石的晶格結(jié)構(gòu)伊利石的晶格結(jié)構(gòu) 伊利石的晶體構(gòu)造和蒙脫石相似，也是伊利石的晶體構(gòu)造和蒙脫石相似，也是2121型晶體結(jié)構(gòu)，即伊利石也型晶體結(jié)構(gòu)，即伊利石也由兩層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片組成。由兩層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片組成。 區(qū)別：區(qū)別：伊利石的硅氧四面

10、體中有較多的伊利石的硅氧四面體中有較多的SiSi4+4+被被AlAl3+3+取代，晶格出現(xiàn)的取代，晶格出現(xiàn)的負(fù)電荷由吸附在伊利石晶層表面氧分子層中的負(fù)電荷由吸附在伊利石晶層表面氧分子層中的K K+ +所中和。所中和。K K+ +的直徑為的直徑為2.662.66，而晶層表面的氧原子六角環(huán)空穴直徑為而晶層表面的氧原子六角環(huán)空穴直徑為2.802.80，因此，因此K K+ +正好嵌入氧原子六角正好嵌入氧原子六角環(huán)中。由于嵌入氧層的吸附環(huán)中。由于嵌入氧層的吸附K K+ +的作用，將伊利石的相鄰二晶層拉得很緊，的作用，將伊利石的相鄰二晶層拉得很緊，聯(lián)結(jié)力很強(qiáng)，水分不易進(jìn)入層間，所以它不易膨脹。聯(lián)結(jié)力很強(qiáng)，

11、水分不易進(jìn)入層間，所以它不易膨脹。 伊利石由于晶格取代顯示的負(fù)電性已由伊利石由于晶格取代顯示的負(fù)電性已由K K+ +中和，中和，K K+ +嵌入氧原子六角環(huán)嵌入氧原子六角環(huán)中，接近于成為晶格的組成部分，不易解離，因此伊利石電性微弱。中，接近于成為晶格的組成部分，不易解離，因此伊利石電性微弱。 Daqing Petroleum Institute 5. 5. 海泡石族海泡石族海泡石海泡石凹凸棒石凹凸棒石坡縷縞石坡縷縞石是鋁和鎂的含水硅酸鹽。是鋁和鎂的含水硅酸鹽。 晶體構(gòu)造為鏈狀、棒狀、或纖維狀，晶體結(jié)構(gòu)中有很大的空穴。晶體構(gòu)造為鏈狀、棒狀、或纖維狀，晶體結(jié)構(gòu)中有很大的空穴。 有極大的內(nèi)表面積，因

12、此，含有較多的吸附水，有很高的熱穩(wěn)定性和坑有極大的內(nèi)表面積，因此，含有較多的吸附水，有很高的熱穩(wěn)定性和坑鹽侵污能力。在淡水和飽和鹽水中的水化情況幾乎一樣。因此是配制深井鉆鹽侵污能力。在淡水和飽和鹽水中的水化情況幾乎一樣。因此是配制深井鉆井液和眼水鉆井液的好材料。井液和眼水鉆井液的好材料。6. 6. 綠泥石綠泥石 由三層型晶層與一層水鎂石交替組成的。由三層型晶層與一層水鎂石交替組成的。 水鎂石層有些水鎂石層有些Mg2+被被Al3+取代，因而帶正電。于是三層型晶層與水鎂石層間取代，因而帶正電。于是三層型晶層與水鎂石層間以靜電相吸聯(lián)結(jié)，同時(shí)還有氫鍵存在，因此遇水不膨脹。以靜電相吸聯(lián)結(jié)，同時(shí)還有氫鍵存

13、在，因此遇水不膨脹。 對(duì)酸敏感。對(duì)酸敏感。 Daqing Petroleum Institute 二、二、 粘土的吸附及水化作用粘土的吸附及水化作用 粘土的吸附作用：粘土的吸附作用： 鉆井液中粘土顆粒和分散介質(zhì)的界面上，自動(dòng)濃集介質(zhì)中分子或離子的現(xiàn)鉆井液中粘土顆粒和分散介質(zhì)的界面上，自動(dòng)濃集介質(zhì)中分子或離子的現(xiàn)象稱(chēng)為粘土的吸附。象稱(chēng)為粘土的吸附。粘土的水化作用：粘土的水化作用： 由于粘土顆粒表面通常帶有負(fù)電荷，因而能吸附水分子和各種水化離子，由于粘土顆粒表面通常帶有負(fù)電荷，因而能吸附水分子和各種水化離子，使粘土顆粒表面形成一層具有一定厚度的水化膜，這種現(xiàn)象稱(chēng)為粘土的水化作使粘土顆粒表面形成一層

14、具有一定厚度的水化膜，這種現(xiàn)象稱(chēng)為粘土的水化作用。用。 粘土的吸附和水化作用是使鉆井液分散體系穩(wěn)定的重要因素。粘土的吸附和水化作用是使鉆井液分散體系穩(wěn)定的重要因素。 Daqing Petroleum Institute 1. 1. 粘土的吸附性能粘土的吸附性能(1) (1) 粘土顆粒表面電荷種類(lèi)及原因粘土顆粒表面電荷種類(lèi)及原因 1) 1) 永久電荷。它是由于粘土在自然界形成時(shí)發(fā)生晶格取代所產(chǎn)生的。永久電荷。它是由于粘土在自然界形成時(shí)發(fā)生晶格取代所產(chǎn)生的。 2) 2) 可變負(fù)電荷。在粘土晶體的斷鍵邊緣上有很多裸露的可變負(fù)電荷。在粘土晶體的斷鍵邊緣上有很多裸露的Al-OHAl-OH鍵，其中鍵，其中

15、OHOH中中的的H H在堿性條件下解離，會(huì)使粘土負(fù)電荷過(guò)剩；另外粘土晶體的邊面上吸附了在堿性條件下解離，會(huì)使粘土負(fù)電荷過(guò)剩；另外粘土晶體的邊面上吸附了OHOH- -、SiOSiO3 32-2-等無(wú)機(jī)離子或吸附了有機(jī)陰離子聚電解質(zhì)也使等無(wú)機(jī)離子或吸附了有機(jī)陰離子聚電解質(zhì)也使 粘土帶負(fù)電。由于粘土帶負(fù)電。由于這種負(fù)電荷的數(shù)量隨介質(zhì)的這種負(fù)電荷的數(shù)量隨介質(zhì)的pHpH值而改變，故稱(chēng)為可變負(fù)電荷。值而改變，故稱(chēng)為可變負(fù)電荷。 3) 3) 正電荷。不少研究者指出，當(dāng)正電荷。不少研究者指出，當(dāng)pHpH值低于值低于9 9時(shí)，粘土晶體邊面上帶正電荷。時(shí)，粘土晶體邊面上帶正電荷。多數(shù)人認(rèn)為其原因是由于裸露在邊緣上

16、的多數(shù)人認(rèn)為其原因是由于裸露在邊緣上的Al-OAl-O八面體在堿性條件從介質(zhì)中接受八面體在堿性條件從介質(zhì)中接受質(zhì)子引起的。質(zhì)子引起的。 粘土的負(fù)電荷與正電荷的代數(shù)和即為粘土的凈電荷數(shù)，由于粘土的負(fù)電荷粘土的負(fù)電荷與正電荷的代數(shù)和即為粘土的凈電荷數(shù)，由于粘土的負(fù)電荷一般都多于正電荷，因此粘土一般都帶負(fù)電荷。一般都多于正電荷，因此粘土一般都帶負(fù)電荷。 Daqing Petroleum Institute (2) (2) 粘土的吸附性能粘土的吸附性能 吸附現(xiàn)象在鉆井液中是經(jīng)常發(fā)生的，化學(xué)處理劑改善鉆井液性能，侵入吸附現(xiàn)象在鉆井液中是經(jīng)常發(fā)生的，化學(xué)處理劑改善鉆井液性能，侵入物損壞鉆井液的性能都是通過(guò)

17、吸附改變粘土表面的性質(zhì)而起作用的。鉆井液物損壞鉆井液的性能都是通過(guò)吸附改變粘土表面的性質(zhì)而起作用的。鉆井液中粘土的吸附作用，可分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附三種。中粘土的吸附作用，可分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附三種。 1) 1) 物理吸附。物理吸附。物理吸附是靠吸附劑和吸附質(zhì)之間分子間引力產(chǎn)生的，物物理吸附是靠吸附劑和吸附質(zhì)之間分子間引力產(chǎn)生的，物理吸附是可逆的，吸附速度與脫附速度在一定條件下呈動(dòng)態(tài)平衡。非離子型理吸附是可逆的，吸附速度與脫附速度在一定條件下呈動(dòng)態(tài)平衡。非離子型的有機(jī)處理劑，往往是因在粘土表面發(fā)生物理吸附而起作用的。的有機(jī)處理劑，往往是因在粘土表面發(fā)生物理吸附而起

18、作用的。 2)2) 化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附是靠吸附劑與吸附質(zhì)之間的化學(xué)鍵力而產(chǎn)生的?；瘜W(xué)吸附是靠吸附劑與吸附質(zhì)之間的化學(xué)鍵力而產(chǎn)生的。例如鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽在粘土晶體的邊緣上可以發(fā)生螯合吸附。例如鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽在粘土晶體的邊緣上可以發(fā)生螯合吸附。 3) 3) 離子交換吸附。離子交換吸附。粘土顆粒因晶格取代等原因，一般是帶負(fù)電的，為了粘土顆粒因晶格取代等原因，一般是帶負(fù)電的，為了保持整體的電中性，必然要吸附陽(yáng)離子。而吸附的陽(yáng)離子一般來(lái)說(shuō)并不固定，保持整體的電中性，必然要吸附陽(yáng)離子。而吸附的陽(yáng)離子一般來(lái)說(shuō)并不固定，可以與溶液中的陽(yáng)離子進(jìn)行交換，這種作用稱(chēng)為離子交換吸附?？梢耘c溶液中的陽(yáng)離子進(jìn)

19、行交換，這種作用稱(chēng)為離子交換吸附。 Daqing Petroleum Institute 離子交換吸附的特點(diǎn)：離子交換吸附的特點(diǎn)： 同號(hào)離子相互交換；等電量相互交換；離子交換吸附的反應(yīng)是可逆的，同號(hào)離子相互交換；等電量相互交換；離子交換吸附的反應(yīng)是可逆的，吸附和脫附的速度受離子濃度的影響。吸附和脫附的速度受離子濃度的影響。離子交換吸附的規(guī)律：離子交換吸附的規(guī)律： 濃度相同，價(jià)數(shù)越高，與粘土表面的吸力越強(qiáng)，交換到粘土表面上的濃度相同，價(jià)數(shù)越高，與粘土表面的吸力越強(qiáng)，交換到粘土表面上的能力越強(qiáng)；能力越強(qiáng)； 價(jià)數(shù)相同、濃度相近時(shí)，離子半徑越小，水化半徑越大，離子中心離價(jià)數(shù)相同、濃度相近時(shí)，離子半徑越

20、小，水化半徑越大，離子中心離粘土表面越遠(yuǎn)，吸附能力弱粘土表面越遠(yuǎn)，吸附能力弱(K+與與H+除外除外)； 當(dāng)濃度很高時(shí)，低價(jià)離子同樣能交換高價(jià)離子。常見(jiàn)的陽(yáng)離子交換能當(dāng)濃度很高時(shí)，低價(jià)離子同樣能交換高價(jià)離子。常見(jiàn)的陽(yáng)離子交換能力強(qiáng)弱順序是：力強(qiáng)弱順序是： H+Fe3+Al3+Ba2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+ 粘土的陽(yáng)離子交換容量粘土的陽(yáng)離子交換容量是指在是指在pH等于等于7的條件下，粘土所能交換下來(lái)的的條件下，粘土所能交換下來(lái)的陽(yáng)離子總量。它包括交換性氫和交換性鹽基，其數(shù)值均以每陽(yáng)離子總量。它包括交換性氫和交換性鹽基，其數(shù)值均以每100 g粘土所交粘土所交換下來(lái)的陽(yáng)離子的量表示。

21、換下來(lái)的陽(yáng)離子的量表示。 粘土的陽(yáng)離子交換容量，直接關(guān)系到粘土顆粒帶電荷的多少和吸附處粘土的陽(yáng)離子交換容量，直接關(guān)系到粘土顆粒帶電荷的多少和吸附處理劑的能力。理劑的能力。影響粘土陽(yáng)離子交換容量的因素影響粘土陽(yáng)離子交換容量的因素有粘土礦物的本性、粘土礦有粘土礦物的本性、粘土礦物的分散度及溶液的物的分散度及溶液的pH值。值。 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 粘土的水化作用粘土的水化作用(1) (1) 粘土水化膨脹機(jī)理粘土水化膨脹機(jī)理 粘土水化膨脹機(jī)理主要有兩方面：粘土水化膨脹機(jī)理主要有兩方面：1)1) 表面水化表面水化 是由粘土晶體表面上水分子的吸附作用引起的，引

22、起表面水化的作用是由粘土晶體表面上水分子的吸附作用引起的，引起表面水化的作用力是表面水化能，第一層水是水分子與粘土表面的六角形網(wǎng)絡(luò)的氧形成力是表面水化能，第一層水是水分子與粘土表面的六角形網(wǎng)絡(luò)的氧形成H鍵而保持在平面上。因此，水分子也通過(guò)氫鍵結(jié)合為六角環(huán)，下一層也以鍵而保持在平面上。因此，水分子也通過(guò)氫鍵結(jié)合為六角環(huán)，下一層也以類(lèi)似情況與第一層以氫鍵連接，以后的水層照此繼續(xù)。類(lèi)似情況與第一層以氫鍵連接，以后的水層照此繼續(xù)。2)2) 滲透水化滲透水化 由于晶層之間的陽(yáng)離子濃度大于溶液內(nèi)部的濃度，水發(fā)生濃差擴(kuò)散，由于晶層之間的陽(yáng)離子濃度大于溶液內(nèi)部的濃度，水發(fā)生濃差擴(kuò)散，進(jìn)入層間，在雙電層斥力作用

23、下層間距增大。滲透膨脹引起的體積增加比進(jìn)入層間，在雙電層斥力作用下層間距增大。滲透膨脹引起的體積增加比晶格膨脹大得多。晶格膨脹大得多。 Daqing Petroleum Institute (2) (2) 影響粘土水化膨脹的因素影響粘土水化膨脹的因素 影響粘土水化膨脹的因素有：影響粘土水化膨脹的因素有： 1)1) 粘土晶體的部位不同，水化膜的厚度不相同。粘土晶體所帶的負(fù)電荷大粘土晶體的部位不同，水化膜的厚度不相同。粘土晶體所帶的負(fù)電荷大部分都集中層面上，吸附的陽(yáng)離子多，因此水化膜厚。在粘土晶體的邊面上帶電部分都集中層面上，吸附的陽(yáng)離子多，因此水化膜厚。在粘土晶體的邊面上帶電荷較少，因此水化膜薄

24、。荷較少，因此水化膜薄。 2)2) 粘土礦物不同，水化作用的強(qiáng)弱不同。蒙脫石的陽(yáng)離子交換容量高，水粘土礦物不同，水化作用的強(qiáng)弱不同。蒙脫石的陽(yáng)離子交換容量高，水化最好，分散度也最高；而高嶺石陽(yáng)離子交換容量低，水化差，分散度也低，顆化最好，分散度也最高；而高嶺石陽(yáng)離子交換容量低，水化差，分散度也低，顆粒粗；伊利石由于晶層間粒粗；伊利石由于晶層間K+的特殊作用也是非膨脹性礦物。的特殊作用也是非膨脹性礦物。 3) 3) 粘土吸附的交換性陽(yáng)離子不同，其水化程度有很大差別。如鈣蒙脫石水粘土吸附的交換性陽(yáng)離子不同，其水化程度有很大差別。如鈣蒙脫石水化后晶層間距最大僅為化后晶層間距最大僅為1.7 nm1.7

25、 nm，而鈉蒙脫石水化后晶層間距可達(dá)，而鈉蒙脫石水化后晶層間距可達(dá)1.71.74.0 nm4.0 nm。 Daqing Petroleum Institute 三、三、 鉆井液中粘土表面的雙電層鉆井液中粘土表面的雙電層 定義：定義：粘土顆粒在水中表面帶負(fù)電荷，通粘土顆粒在水中表面帶負(fù)電荷，通過(guò)靜電作用可把交換性陽(yáng)離子過(guò)靜電作用可把交換性陽(yáng)離子( (稱(chēng)為反離子稱(chēng)為反離子) )吸引在它的周?chē)＿@些反離子一方面受負(fù)電吸引在它的周?chē)?。這些反離子一方面受負(fù)電荷的吸引靠近粘土表面，另一方面由于反離荷的吸引靠近粘土表面，另一方面由于反離子的熱運(yùn)動(dòng)及反離子之間的斥力，會(huì)脫離粘子的熱運(yùn)動(dòng)及反離子之間的斥力，會(huì)脫

26、離粘土顆粒向溶液中擴(kuò)散，其結(jié)果構(gòu)成了擴(kuò)散雙土顆粒向溶液中擴(kuò)散，其結(jié)果構(gòu)成了擴(kuò)散雙電層。粘土顆粒周?chē)年?yáng)離子只有一部分同電層。粘土顆粒周?chē)年?yáng)離子只有一部分同粘土顆粒一起運(yùn)動(dòng)，這部分同粘土吸引得比粘土顆粒一起運(yùn)動(dòng)，這部分同粘土吸引得比較牢固的陽(yáng)離子層，稱(chēng)為吸附層。另一部分較牢固的陽(yáng)離子層，稱(chēng)為吸附層。另一部分陽(yáng)離子距離粘土顆粒稍遠(yuǎn)，不隨粘土一起運(yùn)陽(yáng)離子距離粘土顆粒稍遠(yuǎn)，不隨粘土一起運(yùn)動(dòng)，這一部分稱(chēng)為擴(kuò)散層。吸附層和擴(kuò)散層動(dòng)，這一部分稱(chēng)為擴(kuò)散層。吸附層和擴(kuò)散層的交界面稱(chēng)為滑動(dòng)面。的交界面稱(chēng)為滑動(dòng)面。 Daqing Petroleum Institute 電解質(zhì)壓縮雙電層作用電解質(zhì)壓縮雙電層作用 粘

27、土顆粒運(yùn)動(dòng)中因丟掉擴(kuò)散層中的反離子而顯示出一定的電勢(shì)粘土顆粒運(yùn)動(dòng)中因丟掉擴(kuò)散層中的反離子而顯示出一定的電勢(shì), ,稱(chēng)為電動(dòng)稱(chēng)為電動(dòng)電勢(shì)電勢(shì)( (電位電位) ) , ,其數(shù)值取決于吸附層內(nèi)反離子總電荷。電解質(zhì)對(duì)電動(dòng)電勢(shì)影其數(shù)值取決于吸附層內(nèi)反離子總電荷。電解質(zhì)對(duì)電動(dòng)電勢(shì)影響較大，溶液中陽(yáng)離子濃度越高，進(jìn)入吸附層的陽(yáng)離子數(shù)量多，響較大，溶液中陽(yáng)離子濃度越高，進(jìn)入吸附層的陽(yáng)離子數(shù)量多， 電位電位降低，降低，當(dāng)反離子全部進(jìn)入吸附層時(shí)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電解質(zhì)壓縮雙電層。當(dāng)反離子全部進(jìn)入吸附層時(shí)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電解質(zhì)壓縮雙電層。 Daqing Petroleum Institute 四、四、 鉆井液的穩(wěn)定性鉆井液

28、的穩(wěn)定性 鉆井液分散系若能長(zhǎng)久保持其分散狀態(tài)，各微粒處于均勻懸浮狀態(tài)而鉆井液分散系若能長(zhǎng)久保持其分散狀態(tài)，各微粒處于均勻懸浮狀態(tài)而不破壞，就稱(chēng)為具有穩(wěn)定性。不破壞，就稱(chēng)為具有穩(wěn)定性。沉降穩(wěn)定性沉降穩(wěn)定性穩(wěn)定性穩(wěn)定性聚結(jié)穩(wěn)定性聚結(jié)穩(wěn)定性1. 1. 鉆井液的沉降穩(wěn)定性鉆井液的沉降穩(wěn)定性定義：定義： 鉆井液的沉降穩(wěn)定性沉降穩(wěn)定性是指在重力作用下鉆井液中的固體顆粒是鉆井液的沉降穩(wěn)定性沉降穩(wěn)定性是指在重力作用下鉆井液中的固體顆粒是否容易下沉的性質(zhì)。否容易下沉的性質(zhì)。影響沉降穩(wěn)定性的主要因素：影響沉降穩(wěn)定性的主要因素： 粘土顆粒的大小、顆粒與分散介質(zhì)的密度差、分散介質(zhì)的粘度和鉆井液中粘土顆粒的大小、顆粒與

29、分散介質(zhì)的密度差、分散介質(zhì)的粘度和鉆井液中粘土顆粒的多少，顆粒愈大、顆粒愈重、介質(zhì)粘度越小則沉降穩(wěn)定性越不好。粘土顆粒的多少，顆粒愈大、顆粒愈重、介質(zhì)粘度越小則沉降穩(wěn)定性越不好。 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 鉆井液的聚結(jié)穩(wěn)定性鉆井液的聚結(jié)穩(wěn)定性定義：定義： 聚結(jié)穩(wěn)定性是指鉆井液中的固體顆粒是否易于自動(dòng)降低分散度而粘結(jié)變大聚結(jié)穩(wěn)定性是指鉆井液中的固體顆粒是否易于自動(dòng)降低分散度而粘結(jié)變大的性質(zhì)。的性質(zhì)。產(chǎn)生聚結(jié)的原因：產(chǎn)生聚結(jié)的原因： 鉆井液中的粘土顆粒分散度高，比表面積大，因而具有較大的表面能。按鉆井液中的粘土顆粒分散度高，比表面積大，因而具有較大的表面能。

30、按照能量自發(fā)減少的原理，顆粒會(huì)自發(fā)地聚結(jié)變大，以降低表面能和分散度；照能量自發(fā)減少的原理，顆粒會(huì)自發(fā)地聚結(jié)變大，以降低表面能和分散度； 顆粒在運(yùn)動(dòng)中相互接近或碰撞時(shí)，顆粒之間存在排斥力和引力，當(dāng)引力大顆粒在運(yùn)動(dòng)中相互接近或碰撞時(shí)，顆粒之間存在排斥力和引力，當(dāng)引力大于排斥力時(shí)也會(huì)使顆粒聚結(jié)變大。于排斥力時(shí)也會(huì)使顆粒聚結(jié)變大。顆粒間的排斥力顆粒間的排斥力顆粒間的引力顆粒間的引力影響聚結(jié)穩(wěn)定性影響聚結(jié)穩(wěn)定性的主要因素：的主要因素：范德華力范德華力雙電層斥力雙電層斥力水化膜彈性阻力水化膜彈性阻力 Daqing Petroleum Institute 電解質(zhì)對(duì)聚結(jié)穩(wěn)定性的影響：電解質(zhì)對(duì)聚結(jié)穩(wěn)定性的影響：

31、 電解質(zhì)有壓縮雙電層和電解質(zhì)有壓縮雙電層和降低降低電位電位的作用，當(dāng)電解質(zhì)加量較多時(shí)，雙電層被的作用，當(dāng)電解質(zhì)加量較多時(shí)，雙電層被壓縮，壓縮，電位電位降低，減弱了顆粒在接近或碰撞過(guò)程中的雙電層斥力，易于使顆粒降低，減弱了顆粒在接近或碰撞過(guò)程中的雙電層斥力，易于使顆粒聚結(jié)。聚結(jié)。聚結(jié)值聚結(jié)值的概念：的概念： 使粘土開(kāi)始明顯聚結(jié)所加的電解質(zhì)的最低濃度稱(chēng)為聚結(jié)值。使粘土開(kāi)始明顯聚結(jié)所加的電解質(zhì)的最低濃度稱(chēng)為聚結(jié)值。高分子化合物對(duì)聚結(jié)穩(wěn)定性的影響：高分子化合物對(duì)聚結(jié)穩(wěn)定性的影響： 鉆井液中粘土顆粒能夠和高分子化合物之間發(fā)生相互作用，絕大部分高分子鉆井液中粘土顆粒能夠和高分子化合物之間發(fā)生相互作用，絕大

32、部分高分子化合物都會(huì)吸附在粘土顆粒的表面上。若高分子物質(zhì)較多，粘土顆粒會(huì)盡可能多化合物都會(huì)吸附在粘土顆粒的表面上。若高分子物質(zhì)較多，粘土顆粒會(huì)盡可能多地吸附高分子物質(zhì)在它的表面上，當(dāng)顆粒完全被高分子所包圍，沒(méi)有剩余的空白地吸附高分子物質(zhì)在它的表面上，當(dāng)顆粒完全被高分子所包圍，沒(méi)有剩余的空白表面，就會(huì)失去再吸附其它顆粒上的高分子的可能，使顆粒間的橋聯(lián)作用無(wú)法實(shí)表面，就會(huì)失去再吸附其它顆粒上的高分子的可能，使顆粒間的橋聯(lián)作用無(wú)法實(shí)現(xiàn)，使鉆井液體系的穩(wěn)定性增強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為現(xiàn)，使鉆井液體系的穩(wěn)定性增強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為膠體的保護(hù)作用膠體的保護(hù)作用。 Daqing Petroleum Institute

33、第二節(jié) 鉆井液性能及調(diào)控鉆井液鉆井液常規(guī)性能常規(guī)性能密度密度馬氏漏斗粘度馬氏漏斗粘度塑性粘度塑性粘度動(dòng)切力動(dòng)切力靜切力靜切力API濾失量濾失量高溫高壓高溫高壓(HTHP)濾失量濾失量pH值及堿度值及堿度含砂量含砂量固相含量固相含量膨潤(rùn)土含量膨潤(rùn)土含量濾液中各種無(wú)機(jī)離子濃度濾液中各種無(wú)機(jī)離子濃度 Daqing Petroleum Institute 一、一、 鉆井液的密度鉆井液的密度1. 1. 對(duì)密度的要求對(duì)密度的要求調(diào)節(jié)井內(nèi)鉆井液的靜液柱壓力調(diào)節(jié)井內(nèi)鉆井液的靜液柱壓力平衡地層壓力及地層構(gòu)造應(yīng)力平衡地層壓力及地層構(gòu)造應(yīng)力避免發(fā)生井噴及井塌等事故避免發(fā)生井噴及井塌等事故2. 2. 調(diào)整鉆井液密度的

34、方法調(diào)整鉆井液密度的方法提高密度提高密度加重加重重晶石重晶石石灰石石灰石可溶性無(wú)機(jī)鹽可溶性無(wú)機(jī)鹽降低密度降低密度降低固相含量降低固相含量加水稀釋加水稀釋混油混油充氣充氣 Daqing Petroleum Institute 二、二、 鉆井液的流變性鉆井液的流變性流變性：流變性： 鉆井液流動(dòng)和變形的特性稱(chēng)為流變性，其中流動(dòng)性是主要的。鉆井液流動(dòng)和變形的特性稱(chēng)為流變性，其中流動(dòng)性是主要的。流變性的作用：流變性的作用：1)1) 攜帶巖屑，保證井底和井眼的清潔；攜帶巖屑，保證井底和井眼的清潔；2)2) 懸浮巖屑和重晶石；懸浮巖屑和重晶石；3)3) 合理確定水力參數(shù)，減少循環(huán)壓力損失，充分發(fā)揮鉆頭水馬力

35、的作用，提高機(jī)合理確定水力參數(shù)，減少循環(huán)壓力損失，充分發(fā)揮鉆頭水馬力的作用，提高機(jī)械鉆速；械鉆速；4)4) 減輕鉆井液造成的壓力激動(dòng)和對(duì)井壁的沖刷，防止井漏和井塌等事故的發(fā)生；減輕鉆井液造成的壓力激動(dòng)和對(duì)井壁的沖刷，防止井漏和井塌等事故的發(fā)生；5)5) 有效地發(fā)揮固控設(shè)備的效能；有效地發(fā)揮固控設(shè)備的效能；6)6) 防止氣侵。防止氣侵。 Daqing Petroleum Institute 1. 1. 鉆井液流變模式及流變參數(shù)鉆井液流變模式及流變參數(shù)冪律流體（假塑性型）賓漢流體卡森流體赫切爾巴爾克萊流體牛頓流體冪律流體（膨脹型）切應(yīng)力流速梯度s0 Daqing Petroleum Institu

36、te 流變學(xué)模式及流變參數(shù)流變學(xué)模式及流變參數(shù)牛頓流體牛頓流體nK冪律流體冪律流體2/12/12/12/1c卡森流體卡森流體nK0赫切爾赫切爾巴爾克萊流體巴爾克萊流體賓漢流體賓漢流體PVd Daqing Petroleum Institute 靜切應(yīng)力靜切應(yīng)力 g 靜切應(yīng)力是指使靜止的塑性流體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的最低切應(yīng)力，現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)稱(chēng)靜切應(yīng)力是指使靜止的塑性流體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的最低切應(yīng)力，現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)稱(chēng)切力，常用切力，常用 g表示。表示。觸變性觸變性 破壞單位面積上網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所需的力即為靜切應(yīng)力。破壞單位面積上網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所需的力即為靜切應(yīng)力。 規(guī)定靜置規(guī)定靜置1 min后測(cè)定的靜切力為初切力，靜止后測(cè)定的靜切力為初切

37、力，靜止10 min后測(cè)定的靜切力后測(cè)定的靜切力為終切力，并用二者的差值來(lái)表示鉆井液觸變性的強(qiáng)弱。為終切力，并用二者的差值來(lái)表示鉆井液觸變性的強(qiáng)弱。表現(xiàn)粘度表現(xiàn)粘度 表現(xiàn)粘度是指某一剪切速率下剪切應(yīng)力與剪切速率的比值。表現(xiàn)粘度是指某一剪切速率下剪切應(yīng)力與剪切速率的比值。 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 調(diào)整鉆井液流變性的一般要求及方法調(diào)整鉆井液流變性的一般要求及方法 對(duì)于非加重鉆井液：對(duì)于非加重鉆井液： pv的適宜范圍為的適宜范圍為512 mPa.s； d一般應(yīng)保持在一般應(yīng)保持在1.414.4 Pa范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 切力切力 g是使鉆井液開(kāi)始流動(dòng)所需的最低切應(yīng)

38、力，其值過(guò)高時(shí)會(huì)造成開(kāi)是使鉆井液開(kāi)始流動(dòng)所需的最低切應(yīng)力，其值過(guò)高時(shí)會(huì)造成開(kāi)泵困難，甚至憋漏地層；其值過(guò)低又直接影響鉆井液的懸浮能力。泵困難，甚至憋漏地層；其值過(guò)低又直接影響鉆井液的懸浮能力。 為了能夠有效地?cái)y帶巖屑，要求鉆井液具有較高的動(dòng)塑比為了能夠有效地?cái)y帶巖屑，要求鉆井液具有較高的動(dòng)塑比( d / pv)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和平板型層流流核直徑的有關(guān)計(jì)算，一般將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和平板型層流流核直徑的有關(guān)計(jì)算，一般將 d / pv保持在保持在0.48 Pa/ mPa.s左右是適宜的。左右是適宜的。 在使用冪律模式時(shí)，在使用冪律模式時(shí)，n值保持在值保持在0.40.7之間。之間。 K值尚未明確其適宜范圍

39、，但原則上應(yīng)在保證有效攜巖的前提下，盡值尚未明確其適宜范圍，但原則上應(yīng)在保證有效攜巖的前提下，盡量維持較低的量維持較低的K值，以提高鉆速和降低開(kāi)泵時(shí)所需的壓力。值，以提高鉆速和降低開(kāi)泵時(shí)所需的壓力。 Daqing Petroleum Institute 調(diào)整賓漢和冪律模式流變參數(shù)的方法調(diào)整賓漢和冪律模式流變參數(shù)的方法1) 1) 降低降低 pv 。通過(guò)合理使用固控投備、加水稀釋或化學(xué)絮凝等方法，盡量減通過(guò)合理使用固控投備、加水稀釋或化學(xué)絮凝等方法，盡量減少固相含量。少固相含量。2) 2) 提高提高 pv 。加入低造漿率粘土、重晶石以及混入原油均可提高霵加入低造漿率粘土、重晶石以及混入原油均可提高

40、霵V。另外。另外增加聚合物濃度使鉆井液的濾液粘度提高，也可起到提高霵增加聚合物濃度使鉆井液的濾液粘度提高，也可起到提高霵V的作用。的作用。3) 3) 降低降低 d 。最有效的方法是加入適合于本體系的降粘劑最有效的方法是加入適合于本體系的降粘劑( (或稱(chēng)稀釋劑或稱(chēng)稀釋劑) )，以，以拆散鉆井液中已形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。拆散鉆井液中已形成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。4)4)提高提高 d ?？杉尤腩A(yù)水化膨潤(rùn)土或增大聚合物的加量?？杉尤腩A(yù)水化膨潤(rùn)土或增大聚合物的加量。5) 5) 降低降低n n值。值。增加鉆井液中高分子量聚合物和無(wú)機(jī)鹽的含量，以及將預(yù)水化增加鉆井液中高分子量聚合物和無(wú)機(jī)鹽的含量，以及將預(yù)水化膨潤(rùn)土加入鹽水鉆

41、井液體系等，均可使膨潤(rùn)土加入鹽水鉆井液體系等，均可使n n值降低。但是，通過(guò)增加膨潤(rùn)土含值降低。但是，通過(guò)增加膨潤(rùn)土含量和礦化度來(lái)降量和礦化度來(lái)降n n值，一般來(lái)講不是好的方法，而應(yīng)優(yōu)先考慮選用適合于本值，一般來(lái)講不是好的方法，而應(yīng)優(yōu)先考慮選用適合于本體系的聚合物來(lái)降低體系的聚合物來(lái)降低n n值，改進(jìn)流型。試驗(yàn)表明，值，改進(jìn)流型。試驗(yàn)表明，XCXC生物聚合物和聚丙烯酸生物聚合物和聚丙烯酸鈣等都是非常有效的流型改進(jìn)劑。鈣等都是非常有效的流型改進(jìn)劑。6) 6) 降低或提高降低或提高K K值。值。與降低或提高與降低或提高 pv ， d值的方法基本相同。值的方法基本相同。 Daqing Petrole

42、um Institute 三、三、 鉆井液的濾失量鉆井液的濾失量1. 1. 鉆井過(guò)程中鉆井液的濾失和造壁作用鉆井過(guò)程中鉆井液的濾失和造壁作用靜靜液液柱柱壓壓力力泥餅靜失水靜失水動(dòng)失水動(dòng)失水 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 鉆井液濾失與鉆井的關(guān)系鉆井液濾失與鉆井的關(guān)系 鉆井要求鉆井液具有低失水量和薄而致密的泥餅，在失水和泥餅質(zhì)鉆井要求鉆井液具有低失水量和薄而致密的泥餅，在失水和泥餅質(zhì)量這兩個(gè)因素中，泥餅質(zhì)量是主要的。量這兩個(gè)因素中，泥餅質(zhì)量是主要的。 失水量高且泥餅厚而松散失水量高且泥餅厚而松散對(duì)鉆井是不利的對(duì)鉆井是不利的： 損害油氣層；井壁垮塌；井徑不規(guī)則；起

43、下鉆遇阻；高滲透性地層損害油氣層；井壁垮塌；井徑不規(guī)則；起下鉆遇阻；高滲透性地層形成較厚泥餅，造成壓差卡鉆等。形成較厚泥餅，造成壓差卡鉆等。 應(yīng)根據(jù)地層特點(diǎn)，適當(dāng)控制濾失量。應(yīng)根據(jù)地層特點(diǎn)，適當(dāng)控制濾失量。3. 3. 鉆井液濾失性的調(diào)整方法鉆井液濾失性的調(diào)整方法1） 用澎潤(rùn)土。用澎潤(rùn)土。2) 加入適量純堿、燒堿或有機(jī)分散劑加入適量純堿、燒堿或有機(jī)分散劑(如煤堿液等如煤堿液等)，提高粘土顆粒的，提高粘土顆粒的電位電位。3) 加入適當(dāng)聚合物以保護(hù)粘土顆粒，阻止它們聚結(jié)，從而有利于提高分散度。加入適當(dāng)聚合物以保護(hù)粘土顆粒，阻止它們聚結(jié)，從而有利于提高分散度。4) 4) 加入一些極細(xì)的膠體粒子。加入一

44、些極細(xì)的膠體粒子。 四、四、 含砂量含砂量含砂量越小越好含砂量越小越好。 Daqing Petroleum Institute 第三節(jié) 常用鉆井液簡(jiǎn)介一、一、 鉆井液體系的選擇鉆井液體系的選擇1. 1. 選擇鉆井液體系的基本準(zhǔn)則選擇鉆井液體系的基本準(zhǔn)則 必須根據(jù)井的類(lèi)別和地層等情況，在綜合考慮各方面的因素之后，對(duì)一必須根據(jù)井的類(lèi)別和地層等情況，在綜合考慮各方面的因素之后，對(duì)一口井所使用的鉆井液體系分段進(jìn)行合理的選擇?？诰褂玫你@井液體系分段進(jìn)行合理的選擇。 主要應(yīng)考慮的各種因素有：井下安全；是否鉆遇巖鹽、石膏層；井下溫主要應(yīng)考慮的各種因素有：井下安全；是否鉆遇巖鹽、石膏層；井下溫度和壓力；環(huán)

45、境保護(hù)；井漏；泥頁(yè)巖層穩(wěn)定性；井眼軌跡；壓差卡鉆；儲(chǔ)層度和壓力；環(huán)境保護(hù)；井漏；泥頁(yè)巖層穩(wěn)定性；井眼軌跡；壓差卡鉆；儲(chǔ)層損害；測(cè)井要求；鉆井液成本。損害；測(cè)井要求；鉆井液成本。 2. 2. 根據(jù)油氣井的類(lèi)型選擇體系根據(jù)油氣井的類(lèi)型選擇體系區(qū)域探井和預(yù)測(cè)井區(qū)域探井和預(yù)測(cè)井 選用不影響地質(zhì)錄井并有利于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)層的鉆井液體系。即要求鉆井液的選用不影響地質(zhì)錄井并有利于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)層的鉆井液體系。即要求鉆井液的熒光度和密度要低，該類(lèi)鉆井液不能混油。盡量使用不分散聚合物鉆井液，熒光度和密度要低，該類(lèi)鉆井液不能混油。盡量使用不分散聚合物鉆井液，維護(hù)低密度和低固相。維護(hù)低密度和低固相。 Daqing Petroleu

46、m Institute 生產(chǎn)井生產(chǎn)井 對(duì)鉆井液的主要要求是保護(hù)好油氣層和提高鉆速。一般在上部多采用不分散對(duì)鉆井液的主要要求是保護(hù)好油氣層和提高鉆速。一般在上部多采用不分散聚合物鉆井液，鉆至油層時(shí)再換用適應(yīng)的完井液以保護(hù)油氣層。聚合物鉆井液，鉆至油層時(shí)再換用適應(yīng)的完井液以保護(hù)油氣層。調(diào)整井調(diào)整井 調(diào)整井特點(diǎn)是地層壓力高，該類(lèi)井的鉆井液密度常常高達(dá)調(diào)整井特點(diǎn)是地層壓力高，該類(lèi)井的鉆井液密度常常高達(dá)2.0以上，有時(shí)最以上，有時(shí)最高可達(dá)高可達(dá)2.7。一般多選用分散鉆井液體系，必要時(shí)也可選用油基鉆井液。一般多選用分散鉆井液體系，必要時(shí)也可選用油基鉆井液。超深井超深井 要求：鉆井液熱穩(wěn)定性好；高溫對(duì)性能影

47、響??；高壓差下泥餅的可壓縮性要求：鉆井液熱穩(wěn)定性好；高溫對(duì)性能影響小；高壓差下泥餅的可壓縮性好等。好等。 必須選用抗溫能力強(qiáng)的處理劑和鉆井液體系。除選用油基鉆井液最為理想外，必須選用抗溫能力強(qiáng)的處理劑和鉆井液體系。除選用油基鉆井液最為理想外，目前國(guó)內(nèi)對(duì)付超深井最有效的水基鉆井液是分散型的三磺鉆井液目前國(guó)內(nèi)對(duì)付超深井最有效的水基鉆井液是分散型的三磺鉆井液 體系。今年來(lái)體系。今年來(lái)有進(jìn)一步發(fā)展成聚磺鉆井液體系。有進(jìn)一步發(fā)展成聚磺鉆井液體系。定向井和水平井定向井和水平井 鉆柱摩阻高、易卡鉆、井壁不穩(wěn)定傾向比直井高。采取比直井要求更高的防鉆柱摩阻高、易卡鉆、井壁不穩(wěn)定傾向比直井高。采取比直井要求更高的

48、防塌、防卡和攜屑等技術(shù)措施。陽(yáng)離子聚合物鉆井液和鉀石灰反絮凝鉆井液等。塌、防卡和攜屑等技術(shù)措施。陽(yáng)離子聚合物鉆井液和鉀石灰反絮凝鉆井液等。 Daqing Petroleum Institute 3. 3. 根據(jù)地層特點(diǎn)選擇體系根據(jù)地層特點(diǎn)選擇體系鹽膏層鹽膏層易塌地層易塌地層 易漏失地層易漏失地層易卡鉆地層易卡鉆地層 壓差卡鉆多發(fā)生在易形成較厚泥餅的高滲透性地層，壓差卡鉆多發(fā)生在易形成較厚泥餅的高滲透性地層，如粗砂巖地層等。如粗砂巖地層等。4. 根據(jù)儲(chǔ)層性質(zhì)選擇體系根據(jù)儲(chǔ)層性質(zhì)選擇體系 Daqing Petroleum Institute 二、二、 鈣處理鉆井液鈣處理鉆井液 鈣處理鉆井液是一類(lèi)以

49、鈣離子提供抑制性化學(xué)環(huán)境的鉆井液。常用的鈣有鈣處理鉆井液是一類(lèi)以鈣離子提供抑制性化學(xué)環(huán)境的鉆井液。常用的鈣有三種：石灰、石膏和氯化鈣，相應(yīng)稱(chēng)為石灰鉆井液、石膏鉆井液和氯化鈣鉆井三種：石灰、石膏和氯化鈣，相應(yīng)稱(chēng)為石灰鉆井液、石膏鉆井液和氯化鈣鉆井液。液。1. 1. 原理原理 加入鉆井液中的加入鉆井液中的Ca2交換粘土表面的交換粘土表面的Na，將鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土，鈣土水化，將鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土，鈣土水化能力弱，分散度低，使粘土顆粒形成一定的絮凝狀態(tài)。鈉土轉(zhuǎn)化為鈣土的程度能力弱，分散度低，使粘土顆粒形成一定的絮凝狀態(tài)。鈉土轉(zhuǎn)化為鈣土的程度取決于吸附取決于吸附Ca2的數(shù)量、粘土的陽(yáng)離子交換容量及濾液中的的數(shù)

50、量、粘土的陽(yáng)離子交換容量及濾液中的Ca2的濃度。的濃度。 另一方面，另一方面， Ca2本身是一種無(wú)機(jī)絮凝劑，會(huì)壓縮雙電層，使粘土顆粒水本身是一種無(wú)機(jī)絮凝劑，會(huì)壓縮雙電層，使粘土顆粒水化膜減薄，化膜減薄， 電位電位降低，從而引起粘土面降低，從而引起粘土面-面連接和邊面連接和邊-面連接，使粘土分散度面連接，使粘土分散度下降。下降。 鉆井液中加入鉆井液中加入Ca2的同時(shí)，加入鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽等分散劑，這類(lèi)分散的同時(shí)，加入鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽等分散劑，這類(lèi)分散劑吸附在土粒上會(huì)使土粒的水化膜增厚，劑吸附在土粒上會(huì)使土粒的水化膜增厚， 電位電位上升，阻止分散度下降。上升，阻止分散度下降。 于是調(diào)節(jié)于是調(diào)節(jié)Ca

51、2和分散劑的加量，就可將土粒的分散度控制在適度絮凝的和分散劑的加量，就可將土粒的分散度控制在適度絮凝的粗分散狀態(tài)。粗分散狀態(tài)。 Daqing Petroleum Institute 2. 石灰鉆井液石灰鉆井液（1）主要處理劑）主要處理劑丹寧、石灰、燒堿，有時(shí)也加入褐煤堿液控制濾失量。丹寧、石灰、燒堿，有時(shí)也加入褐煤堿液控制濾失量。（2）維護(hù)）維護(hù)3. 石膏鉆井液石膏鉆井液（1）與石灰鉆井液的區(qū)別）與石灰鉆井液的區(qū)別（2）鉆井液類(lèi)型）鉆井液類(lèi)型石膏鉆井液的主要類(lèi)型有：石膏鉆井液的主要類(lèi)型有：（1）混合劑石膏鉆井液；（）混合劑石膏鉆井液；（2）FCLS石膏鉆井液石膏鉆井液4. 褐煤褐煤CaCl2鉆

52、井液鉆井液（1）原理）原理（2）維護(hù)）維護(hù) Daqing Petroleum Institute 三、三、 含鹽鉆井液含鹽鉆井液1. 1. 定義和分類(lèi)定義和分類(lèi) 凡含鹽超過(guò)凡含鹽超過(guò)1.0104 mg/L(氯離子含量氯離子含量6000 mg/L)的鉆井液統(tǒng)稱(chēng)為含鹽鉆井的鉆井液統(tǒng)稱(chēng)為含鹽鉆井液。它包括三種類(lèi)型：液。它包括三種類(lèi)型：（1） 鹽水鉆井液。鹽水鉆井液。（2）海水鉆井液。）海水鉆井液。（3）飽和鹽水鉆井液。）飽和鹽水鉆井液。2. NaCl2. NaCl對(duì)鉆井液性能的影響對(duì)鉆井液性能的影響 氯化鈉對(duì)水化膨潤(rùn)土鉆井液的影響規(guī)律是：隨著氯化鈉的增加，粘度開(kāi)氯化鈉對(duì)水化膨潤(rùn)土鉆井液的影響規(guī)律是：

53、隨著氯化鈉的增加，粘度開(kāi)始急劇上升，而后下降，最后粘土加到不同濃度的鹽水溶液中配成鉆井液時(shí)，始急劇上升，而后下降，最后粘土加到不同濃度的鹽水溶液中配成鉆井液時(shí)，又有所增加；濾失量則是連續(xù)增加。若把干粘土加到不同濃度的鹽水溶液中配又有所增加；濾失量則是連續(xù)增加。若把干粘土加到不同濃度的鹽水溶液中配成鉆井液時(shí)，粘度即隨含鹽量的增加開(kāi)始持續(xù)下降，而后基本上保持不變；濾成鉆井液時(shí)，粘度即隨含鹽量的增加開(kāi)始持續(xù)下降，而后基本上保持不變；濾失量則大幅度地持續(xù)上升，這是由于膨潤(rùn)土在鹽水中不水化分散而造成的。由失量則大幅度地持續(xù)上升，這是由于膨潤(rùn)土在鹽水中不水化分散而造成的。由此可以說(shuō)明含鹽鉆井液能有效地抑制

54、泥頁(yè)巖的水化分散作用，具有良好的防塌此可以說(shuō)明含鹽鉆井液能有效地抑制泥頁(yè)巖的水化分散作用，具有良好的防塌效果，是抑制性較強(qiáng)的一種鉆井液。效果，是抑制性較強(qiáng)的一種鉆井液。 Daqing Petroleum Institute 除此之外，除此之外，NaCl在鉆井液中還會(huì)引起下述的變化：在鉆井液中還會(huì)引起下述的變化：（1）降低鉆井液的）降低鉆井液的pH值。值。（2）降低化學(xué)處理劑的溶解度和效能。）降低化學(xué)處理劑的溶解度和效能。（3）引起鉆具等設(shè)備的腐蝕。）引起鉆具等設(shè)備的腐蝕。（4）引起鉆井液產(chǎn)生泡沫。）引起鉆井液產(chǎn)生泡沫。3. 3. 處理劑的選擇處理劑的選擇（1）護(hù)膠劑的選擇；（）護(hù)膠劑的選擇；（2） 配漿土選擇配漿土選擇4. 4. 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1）抗鹽抗鈣能力強(qiáng)，適用于鉆含鹽地層和深井；）抗鹽抗鈣能力強(qiáng)，適用于鉆含鹽地層和深井；（2）可有效地抑制泥頁(yè)巖水化，防止井塌；）可有效地抑制泥頁(yè)巖水化，