青工崗位技校手冊泥漿工樣本

青工崗位培訓課堂培訓大綱與輔導教材（泥漿工）長慶鉆井職工培訓中心青工崗位培訓課堂培訓大綱與輔導教材（）項目部(專業(yè)公司)基層隊（站）泥漿工青工崗位培訓課堂鉆井泥漿工培訓大綱一、課程基本狀況開課單位：川慶鉆探公司長慶鉆井總公司鉆井隊。施教對象：鉆井隊在崗泥漿工。合用性質(zhì)：崗位專業(yè)知識補充、技能提高培訓?？己朔绞剑豪碚搶I(yè)知識采用綜合閉卷考試（每月至少1次）；操作技能采用現(xiàn)場單項考核。通過月考、季賽、年總結(jié)等重要環(huán)節(jié)綜合考核，產(chǎn)生月度、季度、年度崗位明星?？倢W時：170學時。選用教材：職業(yè)技能培訓教程與鑒定試題集石油鉆井泥漿工自編教材：青工崗位培訓課題輔導教材鉆井施工HSE作業(yè)文獻警示教材參照教材：鉆機操作維護手冊井控技術(shù)井控設(shè)備二、課程性質(zhì)、任務(wù)和教學目的（一）性質(zhì)：鉆井液技術(shù)知識涵蓋面廣泛、內(nèi)容龐雜，是系多門學科于一體完整體系。鉆井技術(shù)既涉及石油地質(zhì)知識，又涉及到機械設(shè)備維護檢修技能，還與井下復雜狀況有著密切關(guān)系，同步也受著操作者本人生產(chǎn)經(jīng)驗影響。其綜合技能既來源于系統(tǒng)性、層次性專業(yè)基本知識學習，又少不了操作者日積月累現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗。石油鉆井液工技能培訓，不是一蹴而就、立竿見影短期行為，是長期堅持不懈系統(tǒng)性學習，是隨著崗位需求而不斷進行補差尋常學習行為。（二）任務(wù)：本大綱針對鉆井隊崗位員工技能現(xiàn)狀、人員構(gòu)造，結(jié)合崗位規(guī)定，突出崗位應(yīng)知應(yīng)會，制定了崗位原則，使崗位員工參照原則尋找自身技能差距，開展尋常知識、技能培訓學習活動。從而夯實崗位基本知識和操作技能，最后實現(xiàn)崗位與崗位員工專業(yè)知識、綜合技能及素質(zhì)相吻合局面。（三）教學目的：通過崗位系統(tǒng)培訓，使鉆井隊泥漿工有籌劃、有環(huán)節(jié)地掌握崗位應(yīng)知內(nèi)容和應(yīng)會技能，夯實崗位基本知識，逐漸提高安全生產(chǎn)能力，全面提高綜合素質(zhì)。通過一完整周期培訓學習，使泥漿工可以增強安全生產(chǎn)意識；熟知、崗位職責、巡回檢查及崗位交接班、崗位負責制內(nèi)容并自覺認真履行；純熟掌握鉆井液性能、儀器使用和維護；掌握不同工況下鉆井液調(diào)節(jié)技術(shù)；掌握各種井下復雜及事故防止辦法和解決辦法。通過技能級別考核，最后達到鉆井泥漿工中級工水平。三、培訓內(nèi)容和基本規(guī)定及學時分派：培訓內(nèi)容基本要求學時第一、第二季度（生產(chǎn)啟動-6月30日）70一、井控專項培訓20一）井控應(yīng)知內(nèi)容（20）1.井控概念；2.井控有關(guān)基本理論；3.井控工作特點；4.對井控工作結(jié)識；5.井噴失控因素與危害；6.各種工況下關(guān)井程序；7.井控崗位職責；8.一次井控基本知識；9.有毒有害氣體防護知識；10.川慶鉆探工程公司井控實行細則。1．1.理解井控概念及井控有關(guān)基本理論知識；2.2.掌握井控工作特點，增強對井控工作結(jié)識；3.3.掌握井噴失控因素與危害并能做到有效防止；44.理解有毒有害氣體防護辦法及防護設(shè)施使用；5.掌握一次井控基本知識；6.熟知井控安全基本要點在于，及時精確發(fā)現(xiàn)溢流，迅速對的組織關(guān)井。二、技能學習50一）崗位應(yīng)知內(nèi)容（30）1.崗位責任制、巡回檢查制；2.崗位交接班制、崗位負責制；3.鉆井液密度測定程序；4.鉆井液漏斗粘度測定程序；5.鉆井液濾失量測定程序；6.鉆井液泥餅質(zhì)量測定程序；7.鉆井液含砂測定程序；8.鉆井液PH值測定程序；9.鉆井液固相含量測定程序；10.地質(zhì)基本知識；11.有毒有害氣體防護；12.固控設(shè)備使用與維護；13.崗位作業(yè)風險辨認與削減辦法；14.技能鑒定教材初級工基本理論知識及試題；15.“青工崗位培訓課堂”輔導材料。二）崗位應(yīng)會技能（20）1.普通性能鉆井液配制；2.燒堿溶液配制；3.技能鑒定教材初級工技能操作某些及操作試題；4.技能鑒定教材初級工基本操作項目及操作試題。1.熟悉、領(lǐng)略崗位責任制、巡回檢查制、崗位交接班制、崗位負責制內(nèi)容并積極認真履行；2.純熟掌握鉆井液密度、粘度等各種性能檢測辦法；3.純熟掌握簡樸性能鉆井液配制辦法；4.掌握泥漿坑布局設(shè)計；5.掌握泥漿坑沉降空間預算辦法；6.理解鉆井液新工藝、新技術(shù)發(fā)展方向和前景；7.理解鉆井液、鉆井地質(zhì)基本知識；8.熟知崗位作業(yè)風險，并能有效積極控制；9.純熟掌握技能鑒定教材初級工基本理論知識及技能項目操作；10.掌握“青工崗位培訓課堂”學習輔導材料本崗位內(nèi)容；11.熟悉鉆井總公司110種作業(yè)程序文獻本崗位程序；12.熟悉設(shè)備使用與維護，防止事故和復雜狀況發(fā)生。第三季度（7月1日-9月30日）50一、井控專項培訓10一）井控應(yīng)知內(nèi)容（5）1.井下各種壓力概念及互有關(guān)系；2.地層與井眼間壓力平衡；3.一次井控概念及一次井控辦法；4.溢流及其顯示；5.溢流發(fā)現(xiàn)；6.溢流控制即關(guān)井程序；7.井控崗位職責；8.防噴演習手勢；二）井控應(yīng)會技能（5）1.壓井鉆井液配備；2.各種工況下防噴演習。1.純熟掌握井控崗位職責并能嚴格履行；2.理解井下各種壓力概念及互相間關(guān)系；3.理解地層與井眼間壓力平衡關(guān)系并能有效控制；4.掌握一次井控辦法；5.掌握溢流因素及其各種顯示；6.掌握及時精確發(fā)現(xiàn)溢流，迅速對的關(guān)井技術(shù)要領(lǐng)；7.純熟掌握各種工況下防噴演習安全操作。二、技能學習40一）應(yīng)知內(nèi)容（25）1.不同地層鉆井液性能規(guī)定；2.不同井型鉆井液性能規(guī)定；3.普通復雜應(yīng)對；4.復雜、事故案例；5.技能鑒定教材中級工基本理論知識及試題；二）應(yīng)會技能（15）1.鉆進時復雜排除；2.接單根時遇阻，鉆井液技術(shù)辦法；3.起下鉆遇阻，鉆井液技術(shù)辦法。4.技能鑒定教材中級工基本操作項目及操作試題。1.熟知崗位責任制、巡回檢查制、崗位交接班制、崗位負責制內(nèi)容，領(lǐng)略要領(lǐng)并認真履行；2.掌握四合一復合導向鉆具對鉆井液特殊規(guī)定；3.掌握井漏、井塌、粘吸卡鉆、坍塌卡鉆等各類井下復雜與事故發(fā)生因素、防止辦法及解決辦法；4.純熟掌握技能鑒定教材中級工基本理論知識及技能項目操作；5.純熟掌握“青工崗位培訓課堂”學習輔導材料本崗位內(nèi)容；6.認真完畢學習記錄本填寫。第四季度（10月1日-冬休）50一、井控專項培訓10一）井控應(yīng)知內(nèi)容（5）1.井控技術(shù)；2.井控設(shè)備維護與檢修；3.防噴演習手勢（信號）；4.溢流判斷；5.檢測儀器使用程序與維護技術(shù)；6.川慶鉆探工程公司井控實行細則；7.井控事故案例。二）井控應(yīng)會技能（5）1.壓井鉆井液配備；2.各種工況下防噴演習。1.掌握井控基本知識；2.純熟掌握防噴演習手勢（信號）；3.純熟掌握溢流判斷技術(shù)；4.純熟掌握崗位不同工況下關(guān)井程序、規(guī)定及安全注意事項；5.純熟掌握檢測儀器使用與維護技術(shù)；6.熟知井控細則；7.熟知井控事故發(fā)生因素，增強井控意識，提高井控技能；8.純熟掌握一次井控安全操作。二、技能學習40一）應(yīng)知內(nèi)容（20）1.膠體化學基本知識；2.鉆井液流變性；3.固相控制技術(shù)；4.各種解決劑性能與作用；14.技能鑒定教材高檔工基本理論知識及試題。二）應(yīng)會技能（20）1.鄂爾多斯盆地鉆井液維護要點；2.不同井段鉆井液維護要領(lǐng)；4.技能鑒定教材高檔工操作項目。1.純熟掌握鉆井液關(guān)于各種基本概念；2.熟悉各個區(qū)塊對鉆井液性能規(guī)定；3.理解本區(qū)塊地層特性；4.理解粘土特性；5.熟悉鉆井液性能調(diào)節(jié)規(guī)定；6.掌握固相控制對鉆井工作影響；7.純熟掌握技能鑒定教材高檔工基本理論知識及技能項目操作；四、大綱闡明及其她教學環(huán)節(jié)安排本大綱合用于石油鉆井泥漿工崗位尋常培訓學習。依照崗位培訓大綱規(guī)定，結(jié)合生產(chǎn)形勢，運用生產(chǎn)現(xiàn)場或生產(chǎn)間隙，有籌劃有環(huán)節(jié)地完畢季度、年度培訓任務(wù)。培訓過程，以輔導教師和崗位青工每月一次雙向考核為手段，增進培訓任務(wù)如期完畢、有效完畢。培訓中心將以巡回輔導、檢查形式，階段性進行綜合考核。五、教學建議培訓過程，以生產(chǎn)現(xiàn)場為課堂，以現(xiàn)場設(shè)備、工具為教具，在工作實踐中貫穿學習活動；培訓形式靈活多樣不拘一格。詳細內(nèi)容以崗位規(guī)定為原則，結(jié)合自身實際，進行補差學習；個性問題以自學為主，兼職教師輔導為輔；共性問題以組織探討、交流、針對問題解決問題等方式進行；對于生產(chǎn)中浮現(xiàn)新疑難及條件限制等因素導致現(xiàn)場上不便解決難題，以電話征詢或參加崗位輪訓培訓班方式，逐漸解決生產(chǎn)中各類問題，最后實現(xiàn)建設(shè)一支安全、高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)鉆井隊伍。六、本課程與有關(guān)課程關(guān)系因石油鉆井綜合性和特殊性，涉及到了鉆井地質(zhì)、鉆井液技術(shù)、柴油機、機械設(shè)備、井下復雜與事故等較多專業(yè)知識。一種合格石油鉆井液技術(shù)工作人員，在純熟掌握鉆井專業(yè)知識、技能外，還必要掌握較系統(tǒng)有關(guān)知識，才干滿足崗位復雜性需要。為此，在編寫崗位輔導教材時，參照了諸多專業(yè)知識資料，針對崗位不同層次，使培訓內(nèi)容盡量貼近崗位實際，以滿足生產(chǎn)崗位對崗位員工知識、技能規(guī)定。本大綱制定：長慶鉆井職工培訓中心技能培訓站執(zhí)筆人：楊輝審定人：田金江青工崗位培訓課堂學習輔導材料（鉆井泥漿工崗位）鉆井職工培訓中心一、鉆井泥漿工崗位基本職責負責對鉆井液性能尋常維護，使其符合設(shè)計和井下規(guī)定，保證井下安全正常。二、鉆井泥漿工應(yīng)知理論知識一）鉆井液基本知識和有關(guān)概念1.高分子化合物高分子化合物又稱高聚物，是由許多簡樸構(gòu)造單元以共價鍵重復結(jié)合而成；構(gòu)成高分子基本構(gòu)造單元稱為鏈節(jié)；構(gòu)成高分子化合物一種分子鏈節(jié)數(shù)目稱為聚合度；能聚合成高分子化合物低分子原料叫做單體。單體基本構(gòu)成，普通具備不飽和鍵。例如：烯烴：乙烯、丙稀。。。。。。炔烴：乙炔、丙炔。。。。。。聚乙烯：｛C2H4｝n1.1高分子化合物聚合反映由一種或幾種單體聚合生成高分子化合物反映稱為聚合反映。聚合反映又可分為加聚反映和縮聚反映兩種。1.1.1加聚反映：由不飽和低分子化合物互相加成或由環(huán)狀化合物開環(huán)互相連接而成反映叫加聚反映。該反映特點是反映過程中沒有低分子化合物產(chǎn)生，聚合物基本構(gòu)造單元和單體具備相似化學構(gòu)成，其相對分子質(zhì)量為鏈節(jié)相對分子質(zhì)量整數(shù)倍。由同種單體進行聚合反映稱為均聚反映。由兩種或兩種以上單體進行聚合反映稱為共聚反映。1.1.2縮聚反映：縮聚反映是由相似或不同低分子化合物縮合成高分子化合物反映。反映特點是反映過程中同步產(chǎn)生某些小分子物質(zhì)，參加反映單體分子內(nèi)至少具備兩個以上可以互相作用官能團，所得高聚物構(gòu)成與原料單體構(gòu)成不同。1.2高分子化合物分類和命名1.2.1依照來源分類，可將其分為天然高分子和合成高分子兩大類。例如：樹脂、橡膠，是屬于天然高分子聚合物；酚醛樹脂、聚丙烯酸鉀是合成高分子聚合物。1.2.2按高分子主鏈構(gòu)造分類，可將其分為碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素有機高分子和無機高分子四大類。1.2.3依照工藝性質(zhì)分類，可將其分為塑料、橡膠、纖維三大類。1.2.4依照合成高分子化合物反映類型分類，可將其分為加聚物和縮聚物兩類。高分子化合物命名重要有：天然高分子化合物習慣上用俗名；合成高分子化合物常依照原料名稱和制備辦法命名，例如：加聚反映制得高分子化合物大多在原料名稱前加“聚”字，由縮聚反映制得高聚物則普通在原料名稱后加“樹脂”二字，加聚物在制成成品之前也慣用“樹脂”稱呼；此外，聚合物尚有商品名稱。1.3高分子化合物特點1.3.1具備很大相對分子量，普通在103～107。1.3.2具備多分散性。指高分子化合物分子構(gòu)成成分相似而相對分子量和構(gòu)造各異特性。1.3.3高分子鏈柔順性。指高分子鏈中C-C單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)性。1.3.4具備復雜構(gòu)造和形態(tài)。從幾何觀點來看，高分子化合物有直鏈型（線型）、支鏈型和體型三種。線型高分子化合物分子鏈呈線狀長鏈，常呈卷曲狀態(tài)，主鏈上可連有取代基，在恰當溶劑中可以溶脹并能溶解，具備彈性和塑性。支鏈型高聚物可當作是帶有與主鏈構(gòu)造基本相似支鏈線型分子，支鏈長短和數(shù)量可以不同，甚至支鏈上尚有支鏈，性能較線型差。體型高聚物是在線型或支鏈型分子間存在化學鍵、具備空間網(wǎng)狀構(gòu)造高聚物，幾乎沒有柔順性，脆性打，沒有彈性和塑性，不溶于任何溶劑。2.膠體化學基本知識2.1分散體系概念及膠體性質(zhì)2.1.1分散體系及其關(guān)于性質(zhì)⑴分散體系：一種或幾種物質(zhì)分散成微小質(zhì)點而分布于另一種物質(zhì)中，此類體系稱為分散體系。例如：一杯清水，投入一定量粘土，攪拌后，變?yōu)闇啙嵋?，則渾濁液是粘土顆粒分散在水中分散體系。膠體化學研究對象重要是顆粒分散體系。⑵分散質(zhì)及分散劑：被分散物質(zhì)稱為分散質(zhì)；分散其她物質(zhì)介質(zhì)稱為分散介質(zhì)，又稱為分散劑。例如在純水中投入粘土后形成渾濁液中，水是分散劑，粘土是分散質(zhì)。⑶相和相界面：所謂相，是指那些物質(zhì)物理性質(zhì)和化學性質(zhì)都完全相似均質(zhì)某些。體系中有兩個或兩個以上相，稱為多相體系。相標志著物質(zhì)存在形式和性質(zhì)差別。例如：00C時冰水體系中水和冰，是一種物質(zhì)兩種存在形式，因此，咱們稱冰和水為兩個不同相；又如油水體系中水和油，雖然都是以液體形式存在，但兩者性質(zhì)不同，故油和水也是兩個不同相。鉆井液中，重要是粘土分散在水中形成分散體系，粘土以固體顆粒形式分散在液態(tài)水中，兩者狀態(tài)、性質(zhì)完全不同，因此是兩個相多相體系。相界面，是相與相之間接觸面。如果互相接觸兩相中，一相為氣體，這樣相界面又稱為“表面”。液體與固相之間分界面稱為“界面”。當前，“表面”與“界面”兩個概念通用。凡是發(fā)生在相界面上物理化學現(xiàn)象都稱為表（界）面現(xiàn)象。⑷分散度和比表面：分散度是某一相分散限度量，通慣用分散相顆粒（或滴液）平均直徑或長度倒數(shù)來表達。⑸分散體系分類：按分散度不同，可將分散體系分為細分散體系和粗分散體系。膠體事實上是細分散體系，其分散相比表面≥104m2/Kg，其顆粒長度在1nm至1um之間。懸浮體、泡沫等則屬于粗分散體系。2.2溶膠及其性質(zhì)2.2.1溶膠：一種或幾種物質(zhì)以直徑為10－9～10－7m顆粒范疇分散在另一種互不相溶分散介質(zhì)中形成比較均勻、比較穩(wěn)定多相體系，稱為溶膠。普通將溶膠分為親液和憎液兩種。親液溶膠指分散相和分散介質(zhì)之間有較好親和能力和很強溶劑化作用，它與普通真溶液同樣，是熱力化學穩(wěn)定體系。憎液溶膠是指分散相與分散介質(zhì)之間親和力較弱，有明顯相界面，它屬于熱力學不穩(wěn)定體系。這里重點學習憎液溶膠。2.2.2溶膠制備和純化：溶膠制備普通有兩個途徑：一是分散法，將大塊分散相物質(zhì)分散成小顆粒，其顆粒大小落在溶膠范疇內(nèi)，使它分散在液體介質(zhì)中；二是凝聚法，即由小分子或離子凝聚成分散相。從化學反映所得到溶膠都帶有電解質(zhì)，而電解質(zhì)濃度過高會影響溶膠穩(wěn)定性，要使溶膠穩(wěn)定，必要純化。溶膠純化要用半透膜進行透析，不能用普通過濾辦法除去電解質(zhì)。由于濾紙最小孔徑為1um，溶膠粒子能順利通過，故必要用孔徑更小半透膜，才干制止溶膠粒子通過。用半透膜提純?nèi)苣z辦法，叫透析。2.2.3溶膠性質(zhì)：⑴運動性質(zhì)⑵光學性質(zhì)⑶電學性質(zhì)電泳、電滲、流動電位、沉降電位2.3溶膠粒子表面帶電核重要來源⑴電離作用⑵晶格取代作用⑶離子吸附作用⑷未飽和價鍵3.粘土礦物基本知識3.1粘土礦物3.1.1粘土礦物構(gòu)成：粘土礦物顆粒普通很細，約在1～5um。大多數(shù)是結(jié)晶質(zhì)，具備層狀構(gòu)造，體現(xiàn)出片狀或板狀形態(tài)，少數(shù)為鏈狀構(gòu)造、纖維狀或棒狀形態(tài)。有不定量化學元素，重要是鋁（Al）、硅（Si）、氧（O）、氫（H）,少量鎂（Mg）、鐵（Fe）、鈉（Na）、鉀（K）等。3.1.2粘土分類：據(jù)粘土中礦物含量不同大體分為三類：⑴高嶺石粘土⑵微晶高嶺石粘土：也成蒙脫石、膨潤土、膠嶺土，重要由微晶高嶺石粘土構(gòu)成。⑶伊利石粘土3.2粘土化學成分核構(gòu)造3.2.1粘土化學性質(zhì)：重要有二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）和水，尚有氧化鐵（Fe2O3）、氧化鈉（Na2O）、氧化鉀（K2O）、氧化鎂（MgO）、氧化鈣（CaO）等。3.2.2粘土礦物基本構(gòu)造：⑴四周體：由Si4+在中心，O2-在四周構(gòu)成立體幾何圖形，又稱Si---O四周體。⑵四周體片⑶八面體：由Al3+（或Mg2+）為中心，四周有6個陰離子O2-（或OH-）構(gòu)成一種立體幾何圖形。因其為Al3+與O2-構(gòu)成，故又稱Al-O八面體。⑷八面體片4.粘土顆粒遇水作用4.1粘土顆粒粒度分布據(jù)美國石油協(xié)會(API)規(guī)定粘土分如下三類：⑴粘土（膠體）粒度不大于2um;⑵泥質(zhì)粒度為2～74um⑶砂質(zhì)粒度不不大于74um4.2粘土顆粒遇水后作用粘土在水中極易分散成細小顆粒，形成粘土－水懸浮體，使粘土顆粒具備較強帶電性、水化分散性、離子互換性和表面吸附性。4.2.1粘土電荷：粘土普通帶有電荷，這是其具備電化學性質(zhì)主線因素，并影響粘土各種性質(zhì)。如粘土吸附陽離子多少取決于其所帶電荷數(shù)量。帶同樣電荷粘土吸附鈉離子比吸附鈣離子就多，從而致使吸附鈉離子粘土――鈉土就比鈣土水化膜后，水化作用較強。此外，鉆井液中有機、無機解決劑作用以及膠體分散絮凝作用等性質(zhì)，都受粘土電荷影響。粘土正電荷與負電荷代數(shù)和即是粘土凈電荷數(shù)，因粘土負電荷普通都多余正電荷，故粘土普通帶負電荷。4.2.2粘土吸附作用：⑴物理吸附⑵化學吸附⑶離子互換吸附a離子互換吸附特點：粘土礦物普通是帶負電荷，但是在一定條件下也可以帶正電荷。尚有不少固體表面上自身吸附一層離子，當外加離子進入溶液時，固體離子自身與溶液離子能進行互換。普通天然粘土都是自然離子互換吸附，由于自身有硅氧四周體和鋁氧八面體構(gòu)造，使剩余價鍵（普通均有負電）有也許吸附陽離子，它們與外界離子也有互相互換作用。特點1：同號離子互相互換。特點2：等電量或等當量互換（如一種鈣離子可與2個鈉離子互換）；特點3：離子互換吸附反映是可逆，吸附和脫附速度受離子濃度影響。例如，鉆井液中粘土吸附了鈉離子，當遇到鈣侵時，鈣與粘土表面吸附鈉進行等當量互換，使性能變壞，這時加入純堿，即增長溶液中鈉離子濃度，同步鈣離子與純堿生成碳酸鈣沉淀，減少了鈣離子濃度，鈉又把粘土表面吸附鈣離子互換下來，使鉆井液性能又得到改進。這闡明，粘土分散越細，比表面液越大，吸附能力就越大，吸附離子就越多；比表面越小，吸附離子就越少。b離子互換吸附強弱規(guī)律：規(guī)律1：離子價數(shù)影響：普通在溶液中濃度相差不大時，離子價數(shù)越高，粘土表面吸附能力就越強，即離子互換到粘土表面上能力越強。規(guī)律2：離子半徑影響：同價數(shù)不同離子濃度相近時，離子半徑小，水化半徑大，離子中心離粘土表面遠，吸附就弱；離子半徑大，水化半徑小，離子中心離粘土表面近，吸附就強。規(guī)律3：離子濃度影響：離子濃度受每一相中不同離子相對濃度制約。如用膨潤土配鉆井液時，加入純堿就可以變?yōu)殁c土。這是由于當提高了溶液中鈉離子濃度時，與粘土上本來吸附高價鈣、鎂離子發(fā)生了互相轉(zhuǎn)換。c粘土陽離子互換容量（也叫吸附容量）：PH值對陽離子互換容量增長影響是，鋁氧八面體中羥基在強酸溶液中易電離，使粘土表面帶電；在堿性溶液中，氫離子易電離，使粘土表面負電荷增長。此外，溶液中OH-增多，它靠氫鍵吸附于粘土表面，使粘土負電荷增多，從而增長了粘土陽離子互換容量。這些知識，有效地把握增進或抑制粘土多分散度，獲得符合規(guī)定鉆井液性能。5.粘土水化作用粘土水化作用是影響鉆井液重要因素。粘度、切力和濾失量在很大限度上取決于粘土水化作用。5.1粘土礦物水分⑴化學結(jié)合水（晶格水）：粘土礦物中鋁氧八面體和羥基層，在高溫3000C時，其結(jié)晶水會受到破壞而失去。⑵吸附水（束縛水）：因分子間引力和靜電引力作用，具備極性水分子可被吸附到帶電粘土表面上，在粘土顆粒周邊形成一層水化膜，這某些水隨粘土顆粒一起運動。⑶自由水（液態(tài)水）：水分子不受粘土顆粒束縛，重力作用下可在粘土顆粒之間自由移動，當加入絮凝電解質(zhì)后，粘土顆粒形成局部網(wǎng)狀構(gòu)造，包住了一某些自由水，這某些水不能自由移動，必要和網(wǎng)狀構(gòu)造一起運動，相稱于增長了鉆井液這固相含量，從而減少了自由水，使鉆井液變稠。5.2粘土水化作用影響因素⑴不同陽離子對粘土水化作用影響：粘土普通帶負電荷，能將各種陽離子和某些吸附狀態(tài)水化陽離子吸附到粘土表面上，在粘土表面形成水化膜。因此，粘土吸附陽離子不同，形成水化膜厚薄也不相似。⑵粘土礦物自身性質(zhì)對水化膜影響：粘土礦物構(gòu)造不同，水化作用差別很大。由于晶格間靠分子引力聯(lián)系，鍵能強弱、晶格間距離大小、取代位置和陽離子互換容量不同都使粘土水化膨脹差別很大。5.3粘土顆粒連接方式及對鉆井影響5.3.1粘土連接方式：粘土顆粒在水溶液中連接方式不同，對粘土－水懸浮體流動性影響就不同。普通有三種連接方式：面－面、邊－面、邊－邊，三種連接方式也也許同步存在。聚結(jié)作用是粘土顆粒面－面連接，形成較厚“層”或“束”，減少了粘土顆粒數(shù)目，使粘度下降。分散作用是聚結(jié)作用逆過程，可形成較多顆粒數(shù)目和較高粘度。粘土普通是在水化之前聚結(jié)，水化時發(fā)生分散，分散限度取決于水化電解質(zhì)種類、含量、時間、溫度、粘土互換陽離子種類和粘土濃度等。絮凝作用是粘土顆粒邊－邊或邊－面連接，形成網(wǎng)狀構(gòu)造，引起粘度增長。無論是減少顆粒間斥力，還是減薄水化膜，若加入＋2價陽離子或升溫，都會增進絮凝作用。鉆井液中加入某些解決劑，因其在粘土表面優(yōu)先吸附，使粘土顆粒不再形成邊－邊或邊－面連接，具備解絮凝作用，這些解決劑就是咱們常說降粘劑。很明顯，不論粘土顆粒間以什么方式連接，如果分散越細、顆粒越小，表面積就越大，吸附水就越多，致使鉆井液性能變壞而不利于鉆進。5.3.2粘土顆粒大小對鉆井液性能影響：粘土顆粒大小對鉆井液性能影響重要取決于顆粒面積大小，表面積大，吸附水就越多。特別是當大顆粒分散成小顆粒后，體積雖然沒有變化，但表面積增長了，就會使吸附水增多，導致鉆井液性能變壞，不利于鉆進。例如，一粒直徑100um鉆屑被攜帶到地面后，未被清除而留在鉆井液中，通過多次循環(huán)和鉆頭多次切削，就會變成12。5萬個直徑為2um小顆粒，不但增長了清除難度，還使表面積增長了50倍，這就需要用50倍水來覆蓋其表面，使鉆井液塑性粘度、屈服點、靜切力大大提高，流動性變壞，直接影響鉆井速度。因而，在鉆進時，第一次循環(huán)就必要采用有效辦法，將井底返到地面鉆屑盡量多清除掉，以提高機械鉆速，減少對油氣層損害。6.鉆井液穩(wěn)定性6.1粘土—水界面雙電層粘土顆粒遇水后，表面帶負電，在它周邊必然吸附正離子。粘土顆粒表面負電荷（負離子）稱為定勢離子；吸附在定勢離子周邊陽離子（正離子），由于帶電性相反，稱為反離子。在粘土顆粒表面上定勢離子與反離子這兩層離子電荷相反，帶電量相等，故整個粘土顆粒在靜止時是電中性。吸附在定勢離子周邊反離子，一方面受粘土顆粒表面定勢離子吸引要接近粘土表面；另一方面這些反離子自身又互相排斥，此外尚有其自身熱運動使它自身擴散，遠離粘土表面。這兩種力同步作用成果使反離子在粘土顆粒周邊一定距離內(nèi)呈擴散分布狀態(tài)。在任一瞬間，某些反離子呈擴散狀態(tài)分布，不隨粘土顆粒一起運動，稱為擴散層。吸附層和擴散層稱為雙電層。這樣，粘土—水界面上就形成了擴散雙電層。取粘土顆粒表面一某些來看，粘土顆粒表面有多少個負電荷，在其周邊必然吸附同樣多帶正電荷離子（也叫水化離子）。隨著與粘土顆粒表面距離增大，正電荷分布也由多到少，擴散在外圍。由于反離子平衡了粘土顆粒負總電荷，因此反離子電荷等于負離子電荷，又等于吸附層電量和擴散層電量總和，可以表達為：E定=E反=E吸+E擴式中E定=粘土表面定勢離子總電荷；E反=粘土表面吸附反離子總電荷；E吸=吸附層電荷；E擴=擴散層電荷。在粘土顆粒處在靜電場或激烈運動狀況下，吸附層反離子由于離粘土顆粒表面較近，與定勢離子吸引力較強，故可隨粘土顆粒一起運動；而擴散層反離子由于離粘土表面較遠，與定勢離子吸引力較弱，故不隨粘土顆粒一起運動，容易被摔掉。吸附層和擴散層交界面稱為滑動面。這樣，粘土顆粒就在運動中丟掉了擴散層反離子而顯示出一定電勢，這個電勢就稱為粘土顆粒表面電動電勢（或叫電動電位），用符號ξ表達，故又可稱為ξ電勢（或ξ電位）所謂ξ電勢就是指從滑動面到溶液內(nèi)部過剩負電荷為零處電位差，可用下式表達：ξ=E擴=E定-E吸=E反-E吸普通來講，粘土顆粒表面定勢離子總電勢是不變化，因此電動電勢ξ大小取決于吸附層電量E吸大小。E吸越大，電動電勢ξ就越小。粘土顆粒擴散雙電層和電動電勢受粘土水溶液中電解質(zhì)影響。溶液中提供陽離子濃度和類型變化時，會使擴散雙電層和電動電勢ξ發(fā)生變化。因而，影響電動電勢ξ重要因素有：⑴吸附反離子價數(shù)：粘土顆粒表面吸附反離子價數(shù)越高，吸附層正電荷越多，吸附層電量E吸增長，則電動電勢ξ越小，雙電層厚度減小。⑵吸附反離子水化半徑：在同價離子中，離子半徑越小，水化越好（H+除外），水化離子體積越大，吸附層內(nèi)能容納離子數(shù)目相對越少，吸附層電量E吸減小，電動電勢ξ越大，雙電層厚度增大。⑶溶液中反離子濃度：對于同價同種離子來說，溶液中反離子濃度越大，進入吸附層反離子數(shù)目越多，使吸附層電量E吸增大，電動電勢ξ越小，雙電層厚度減小。這種現(xiàn)象稱為粘土顆粒表面擠壓雙電層現(xiàn)象。由以上分析可以看出，粘土顆粒在不斷運動中甩掉了擴散層反離子而使表面帶負電荷。因同種電荷相斥，粘土顆粒間產(chǎn)生靜電斥力，當粘土顆粒接近時互相排斥而不聚結(jié)，從而保持了鉆井液聚結(jié)穩(wěn)定性。此外，帶電量越大，即電動電勢ξ越大，顆粒間斥力越大，鉆井液聚結(jié)穩(wěn)定性就越高。6.2粘土分散和聚結(jié)6.2.1粘土顆粒間互相作用力：粘土顆粒分散與聚結(jié)重要是由其受力狀況不同而引起。如果粘土顆粒間排斥力占優(yōu)勢，則粘土顆粒分散；若吸引力占優(yōu)勢，則粘土顆粒聚結(jié)。粘土顆粒受力狀況可歸納為：⑴斥力：由粘土顆粒電動電勢ξ導致粘土層面上靜電斥力和粘土顆粒表面水化膜彈性斥力。⑵引力：由粘土層面上分子間引力和棱角、邊沿處異性電荷導致靜電引力。普通粘土顆粒層面上由于電動電勢ξ存在，以斥力為主，而在棱角、邊沿處，因水化較差，顯示出由異性電荷導致吸引力。粘土顆粒因?qū)用骈g互相排斥，在棱角、邊沿處互相吸引而形成空間網(wǎng)架構(gòu)造。6.3粘土在鉆井液中分散、絮凝和聚結(jié)6.3.1分散狀態(tài)：鉆井液中粘土顆粒有很強電動電勢，且粘土顆粒水化較好，水化膜很厚，粘土顆粒間靜電斥力和水化膜彈性斥力使粘土顆粒不也許接近和互相連接，粘土呈高度分散狀態(tài)。這時鉆液具備較高粘度，構(gòu)造性不強，切力不大。濾餅薄而致密，濾失量很小，穩(wěn)定性好，長時間靜置也不會析出自由水。6.3.2絮凝狀態(tài)：如鉆井液中粘土電動電勢較小，粘土顆粒水化較差，則顆粒間靜電斥力和水化膜斥力都較弱，粘土顆粒棱角、邊沿處水化也較差，這時粘土顆粒間也許以邊—邊和邊—面相連接，形成空間網(wǎng)架構(gòu)造。粘土顆粒呈絮凝狀態(tài)，這時鉆井液有較高粘度和切力，濾餅較厚且松散，濾失量較高，若靜置一段時間，則會形成凍膠狀，失去流動性。6.3.3聚結(jié)狀態(tài)：若粘土電動電勢很小，粘土顆粒水化也很差，這時粘土顆粒將以面—面相結(jié)合而形成一層層重疊大顆粒，這種狀態(tài)下鉆井液粘度、切力很低，濾餅非常松散，濾失量很大，鉆井液穩(wěn)定性很差，嚴重時粘土顆粒聚結(jié)變得很大，不久沉淀，浮現(xiàn)聚沉現(xiàn)象。粘土在鉆井液中狀態(tài)對鉆井液性能影響很大，從維護鉆井液穩(wěn)定性來看，粘土顆粒分散狀態(tài)較好，但其抗污染等能力較差；絮凝狀態(tài)雖要形成空間網(wǎng)架構(gòu)造，但若適度絮凝，就是一種較好鉆井液類型。6.4粘土造漿率6.4.1粘土千漿率概念粘土造漿率是指1t干粘土能配制粘度為15mPa.s鉆井液體積(m3)。造漿率越高，粘土水化分散性越好，因而，粘土造漿率大小也就是粘土分散為膠體能力大小。鉆井液中膠體含量越高，穩(wěn)定性越好。6.4.2粘土造漿率影響因素粘土造漿率大小受粘土帶電性質(zhì)、吸附陽離子類型、水化性、分散性等因素影響。⑴鹽對粘土造漿率影響鈉土由于其帶電性強、水化性好、水化膜厚，故造漿率高；鈣土水化性新式、水化膜薄，故造漿率低。為提高粘土造漿率，配制粘土漿時加入適量純堿，除去鈣離子，增長鈉離子，使鈣質(zhì)土變?yōu)殁c質(zhì)土，提高粘土造漿能力。由于加膨潤土方式和程序不同，膨潤土造漿率也不同樣。把粘土先加水和化學分散劑使之充分水化，該辦法配制粘土漿粘度明顯高于把粘土直接加入鹽水中形成粘土漿粘度。因而，為充分發(fā)揮膨潤土作用，使鉆井液保持分散狀態(tài)，配制鉆井液時應(yīng)盡量采用膨潤土預水化辦法。⑵pH值對粘土造漿率影響pH值不不大于9后，pH值增大，粘土分散性明顯增強，造漿率也提高。這是加為OH-濃度增大，增長了膨潤土表面負電荷，使鈉質(zhì)土含增大，水化分散性增強，膠體含量增長，因此粘度升高。pH值越大，這種現(xiàn)象越明顯。因而，細分散鉆井液pH值大多控制在9以上。6.5鉆井液穩(wěn)定性6.5.1沉降穩(wěn)定性：沉降穩(wěn)定性（或動力穩(wěn)定性）是指在重力作用下，分散相顆粒與否容易下沉性質(zhì)。若下沉速度很小，則稱訪體系具備沉降穩(wěn)定性。沉降穩(wěn)定性影響因素有如下幾點：6.5.2重力影響：分散相顆粒自身所受重力作用大小是沉降穩(wěn)定性決定因素。若把顆粒近似看做球形，設(shè)其半徑為r，同步令分散相密度為ρ，分散介質(zhì)密度為ρ0，則分工作服相顆粒受重力作用所產(chǎn)生沉降力為：由式（5-4-3）可見，分散相顆粒在膠態(tài)體系中所受沉降力重要取決于顆粒半徑（r）大小，另一方面是分散相與分散介質(zhì)密度之差（ρ-ρ0）。分散度越高，密度差越小，顆粒所受沉降力越小，則顆粒越不易下沉，沉降穩(wěn)定性越好。6.5.3布朗運動影響：布朗運動是指膠體粒子在各個方向上進行頻繁而無序運動。它是由于分散體系中分散介質(zhì)分子和分散相粒子處在熱運動狀態(tài)，并且分散相粒子又受到周邊介質(zhì)不斷地撞擊而引起。布朗運動是影響膠體體系沉降穩(wěn)定性重要因素。由于布朗運動存在，膠粒不會停留在某一固定位置上，使膠粒不為重力而沉降。布朗運動越激烈，沉降穩(wěn)定性越好。6.5.4分散介質(zhì)粘度影響：膠粒受重力作用要下沉，其沉降速度可由下式求出：式中：μ—沉降速度；R—膠粒半徑；η—分散介質(zhì)粘度；ρ、ρ0—分別為膠粒和分散介質(zhì)密度；g—常數(shù)。由式（5-4-3）可知，在其她條件相似時，顆粒沉降速度與介質(zhì)粘度成正比。因而，提高介質(zhì)粘度也是提高沉降穩(wěn)定性重要手段。鉆井液之因此規(guī)定有一定粘度，這也是一種重要因素。6.5.5鉆井液切力懸浮作用：鉆井液具備一定強度網(wǎng)狀構(gòu)造，這種構(gòu)造對下沉粒子阻礙作用稱為切力懸浮作用。由于這種懸浮比膠體顆粒大得多分散相顆粒，因而普通不作為膠體穩(wěn)定性內(nèi)容進行討論。6.6聚結(jié)穩(wěn)定性聚結(jié)穩(wěn)定性是指分散相顆粒與否容易聚結(jié)變大性質(zhì)。若分散相顆粒容易合并變大，則聚結(jié)穩(wěn)定性就差，沉降穩(wěn)定性也不好。因而，聚結(jié)穩(wěn)定性對鉆井液來說具備重要意義。6.6.1制止粘土顆粒聚結(jié)因素：⑴雙電層斥力：由于粘土顆粒周邊有擴散雙電層，粘土顆粒在運動中就因丟失擴散層反離子而顯示出一定電動電勢ξ，電動電勢ξ越高，顆粒間靜電斥力越大，粘土顆粒就越難聚結(jié)合并。⑵水化膜阻力：粘土顆粒在水中帶負電，必然吸附水化正離子和極性水分子定向排列于粘土顆粒表面，形成粘土顆粒周邊吸附水化摸，并且雙電層越厚，水化膜越厚，顆粒間越不容易聚結(jié)。6.6.2引起粘土顆粒聚結(jié)因素：⑴粘土顆粒分子間引力（范德華力）：無論是粘土-水溶膠，還是其她膠體，它們顆粒都會自動聚結(jié)合并，這一事實闡明顆粒間存在著數(shù)量上足以和雙電層斥力相抗衡吸力，這個吸力就是范德華力。理論推知，在作用力范疇內(nèi)，顆粒之間吸力比單個分子之吸力強得多，并且顆粒越大，互相間距離越近，吸力越大。因此，當粘土顆?；ハ嘟咏轿ψ饔梅懂爟?nèi)，且吸力不不大于斥力時，粘土顆粒就會發(fā)生聚結(jié)（或叫絮凝）。⑵電解質(zhì)聚結(jié)作用：當電解質(zhì)加入到鉆井液后，電離出陽離子進入吸附層，使ξ電勢減少，當ξ電勢減少到一定限度，其靜電斥力和吸附溶劑化層阻力減小到局限性以制止膠粒聚結(jié)時，鉆井液就要發(fā)生明顯聚結(jié)。聚結(jié)作用常以分散相顆粒沉淀而告終。電解質(zhì)聚結(jié)作用重要涉及吸附作用、離子互換吸附作用、壓縮雙電層作用。鉆井液開始明顯聚結(jié)時所加電解質(zhì)最低量濃度稱為聚結(jié)值。普通以“10-3mol/L”為單位。影響電解質(zhì)聚結(jié)因素可概括如下：a電解質(zhì)濃度：鉆井液中加入同種電解質(zhì)濃度越大，進入吸附層反離子越多，ξ電勢越小，越易發(fā)生聚結(jié)。b電解質(zhì)離子價數(shù)：加入電解質(zhì)離子價數(shù)越高，與粘土表面定勢離子吸力越強，吸附層電量E吸越大，ξ電勢越小，越易發(fā)生聚結(jié)。c電解質(zhì)離子半徑：在離子濃度相似、價數(shù)相似條件下，離子半徑越大，對極性水分子吸力越小，水化膜越薄，越易進入吸附層內(nèi)，使ξ電勢減少，水化膜斥力減小，顆粒易發(fā)生聚結(jié)。7.鉆井液流變性鉆井液流變性指鉆井液流動和變形特性。其流變性直接影響鉆速、泵壓、攜屑、固井，關(guān)系到鉆井速度和成本。因此，控制鉆井液流變性具備重要意義。7.1液體流動基本概念和基本流型7.1.1液體流動基本概念：⑴速度梯度和剪切應(yīng)力液體流動時各質(zhì)點速度不同，如圖5-5-1所示。把流動液體分為若干層，在垂直于流速方向上令某一液層間距為dx，液層流速增量為dυ，則比值dυ/dx表達垂直于流速方向上單位距離內(nèi)流速增量，稱為流速梯度（或剪切速率），簡稱速梯。速梯大，表達液流中流速變化大，反之表達流速變化小。速度梯度用符號y表達，在SI單位制中，流速單位為m/s，距離單位為m，速梯單位為s-1。既然液流中各層流速不同，也就是說層間有相對運動，則不同液層之間發(fā)生內(nèi)磨擦，也即兩液層產(chǎn)生互相剪切作用，浮現(xiàn)成對內(nèi)磨擦力（剪切力），阻礙了各液層相對運動（或稱剪切變性）。牛頓內(nèi)磨擦定律：液體流動時，液層間產(chǎn)生內(nèi)磨擦力F大小與液體性質(zhì)及溫度關(guān)于，并與速梯dυ/dx和兩液層接觸面積S關(guān)于。⑵流變曲線液體流變特性可用流變曲線表達。流變曲線是速度梯度和剪切應(yīng)力關(guān)系曲線。由實驗求出一系列速度梯度和剪切應(yīng)力數(shù)據(jù)，就可在直角坐標系中作出速梯變化曲線，或剪切應(yīng)力隨梯變化曲線。這兩種形式實質(zhì)上是同樣，只是兩坐標互換而已。7.1.2液體基本流型:液體是指隨盛放容器形狀而變化其自身形狀物質(zhì)。常把液態(tài)流體分為牛頓流體和非牛頓流體。凡是流變性符合牛頓內(nèi)磨擦定律流體都稱為牛頓流體；流變性不符合牛頓內(nèi)磨擦定律流體統(tǒng)稱為非牛頓流體。四種基本流型如圖5-5-2所示。⑴牛頓流型：像水等大多數(shù)純液體、低粘度油類及低分子化合物溶液等，都屬于牛頓流型。其特點是：a流變曲線是通過原點直線，如圖5-5-2所示。b加很小力就能發(fā)生流動，且速梯與切應(yīng)力成正比。c粘度不隨切應(yīng)力或速梯變化，是一種常量。該粘度叫絕對粘度，用“η絕”表達。⑵塑性流型：普通鉆井液都屬于這種流型。它和牛頓流型不同，其特點是：a流變曲線不通過原點，如圖5-5-2所示。b施加切應(yīng)力必要超過某一最低值τS，然后才干流動。這個開始流動切應(yīng)力τS稱為靜切應(yīng)力，又叫凝膠強度。c當切應(yīng)力τ＞τS時，塑性流體還不能均勻地被剪切，粘度隨切應(yīng)力增大而減少。d繼續(xù)增長切應(yīng)力，粘度不再隨切應(yīng)力而變化，此時流變曲線成為直線。這個不隨切應(yīng)力而變化粘度，稱為塑為塑性粘度，用“η塑”表達。e延長這段直線不通過原點，而是與切應(yīng)力軸相交于τ0，τ0稱為動切力，或稱屈服值。⑶假塑性流型：高分子化合物溶液、乳狀液及某些鉆井液都屬于這種流型。其特點是：a流變曲線通過原點并凸向切應(yīng)力軸，如圖5-5-2所示。b施加極小切應(yīng)力就可流動，沒有靜切應(yīng)力。c它粘度隨切應(yīng)力增大而減少。⑷膨脹流型:如面團等屬于膨脹流型。其特點是：a流變曲線是通過原點并凹向切應(yīng)力軸曲線，如圖5-5-2所示。b沒有靜切應(yīng)力。c它粘度隨切應(yīng)力增大，靜止時又恢復原狀。7.2鉆井液流動變形特性7.2.1鉆井液流動特點：鉆井液是具備構(gòu)造性流體，普通屬于塑性流體，其流動性不同于牛頓流體。隨剪切應(yīng)力增長，塑性流體流動可通過靜止、塞流（或叫柱流）、不完全層流（也稱準層流或平板型層流）、層泫（或稱線性流）、紊流等五種流態(tài)，如圖5-5-3所示。靜止：如圖5-5-3中OA段，這時0＜τ＜τS。雖然對鉆井液施加一定剪切應(yīng)力，但因而力校小，鉆井液形成構(gòu)造未被破壞，因此鉆井液依然靜止不動。τS稱為鉆井液極限靜剪切應(yīng)力，它是鉆井液靜止狀態(tài)下構(gòu)造力大小量度。⑵塞流：如圖5-5-3中AB段，τS＜τ＜τB。當剪切應(yīng)力值不不大于極取勝靜剪切應(yīng)力τS時，鉆井液內(nèi)部構(gòu)造開始破壞，鉆井液開始流動。鉆井液在此流態(tài)下各質(zhì)點不但流動方向相似，并且速度同樣，皆等于υ0，只是在接近管壁處，速度由0增長到υ0。整個液體類似一種固體塞子在管內(nèi)滑動（像擠牙膏同樣），因此這種流型稱為塞流。⑶不完全層流：υ1τB＜τ＜τC。隨剪切應(yīng)力增長，塞流區(qū)半徑減小，層流區(qū)擴大。中間塞流區(qū)（或稱流核）各質(zhì)點流動速度同樣，皆等于υ1；而在層流區(qū)，速度由管壁處0增長到臨近流核處υ1。這種流態(tài)稱為不完全層流或準層流。⑷層流：如圖5-5-3中CD段，鉆井液完全進入層流狀態(tài)。管壁處流速為0，從管壁至管中心線處各液層流速逐漸增長，在管中心線處流速達最大，就像不同速度同心圓筒流動同樣，如圖5-5-4所示。這種流態(tài)稱為層流。在層流狀態(tài)下，隨剪切應(yīng)力增長，中心線處最大流速升高，速度梯度增長，流型剖面拋物線形狀變得更尖更脆。⑸紊流：如圖5-5-3中D點后來段，τD＜τ。這時各質(zhì)點開始做無規(guī)則運動，方向各不相似，浮現(xiàn)漩渦和花紋，但流動剖面最前邊端線呈扁平狀，流速相稱高。這種流動狀態(tài)稱為紊流。7.2.2關(guān)于鉆井液流變懷模式方案：依照生產(chǎn)實際需要，普通可運用某些簡樸代數(shù)方程來近似描述鉆井液流變性。⑴賓漢方程賓漢提出用不通過坐標原點直線方程描述鉆井液，叫賓漢方程。本方程得到廣泛應(yīng)用。其體現(xiàn)形式為：式中τ——剪切應(yīng)力，map；η塑——鉆井液塑性粘度，map．ｓ；——速度梯度，S-1；τ0——鉆井液動切應(yīng)力，map。⑵指數(shù)方程指數(shù)方程也叫冪律方程，用來描述鉆井液流變性，特別是在環(huán)空水力學計算中得到廣泛應(yīng)用。其體現(xiàn)形式為：卡森模式方程是用三個流變參數(shù)來闡明鉆井液流變性質(zhì)。ηOC相稱于鉆井液中分散相和高分子化合物在極限高切變率下被高度分散和變形后流變構(gòu)造，故可作為鉆井液近似水眼粘度。τ0相稱于鉆井液從開始流動到切變率極限高之間，可供拆散鉆井液構(gòu)造限度。普通來說，τ0越大，鉆井液切變稀釋特性越好。η相稱于鉆井液靜態(tài)構(gòu)造強弱，故可與鉆井液懸浮和攜帶巖屑能力相聯(lián)系?？ㄉＪ綉?yīng)用對鉆井液在極限高切變率（如鉆頭水眼處）狀況下變化規(guī)律、鉆井液對鉆井速度影響以及鉆頭水眼處噴射狀況分析等都具備重要意義。此外，尚有雙曲線模式方程、屈服型塑性流體方程等，因當前應(yīng)用均不廣泛，在此就不再一一簡介了。7.3鉆井液流變參數(shù)及測量7.3.1鉆井液流變參數(shù)：⑴切力：鉆井液切力是指靜切應(yīng)力，其膠體化學實質(zhì)是膠凝強度。其物理意義是鉆井液靜止時，破壞鉆井液內(nèi)單位面積上網(wǎng)架構(gòu)造所需要剪切力，單位是Pa。初切力是鉆井液攪拌后靜止1min測得靜切力，用G1（或θ1）表達；終切力是攪拌后靜止10min測得靜切力，用用G10（或θ10）表達。當前多用旋轉(zhuǎn)粘度計測量。靜切力大小取決于鉆井液中網(wǎng)架構(gòu)造多少、強弱以及靜止時間。a觸變性：鉆井液觸變性是指攪拌后鉆井液變?。ㄇ辛p少），靜止后又變稠（切力升高）特性。或者說，鉆井液切力隨靜止時間和最后膠凝強度（或切力）大小，是觸變性重要特性。鉆井液工藝規(guī)定鉆井液應(yīng)具備良好觸變性。b動切力（τ0，YP）：動切力表達鉆井液在層流流動時形成構(gòu)造能力，又叫屈服值，單位是Pa。影響動切力因素是鉆井液中固相含量及分散度、粘土顆粒電動電勢和水化限度、粘土顆粒吸附解決劑狀況及高分子聚合物使用等。固相含量越大，分散度越高，即固相顆粒濃度越大，顆粒間距離越遠，越易形成較大或較密空間網(wǎng)架構(gòu)造，YP就越大，粘土顆粒ζ電位減少，粘土顆粒之間斥力就減小，而屏蔽它們彼此接近水化膜也變薄，便越容易使粘土顆粒以端對端、端對面形式構(gòu)成校大或較強網(wǎng)架構(gòu)造，使YP增大；粘土顆粒吸附解決劑后若能變化其端部狀態(tài)（端部水化膜增厚，端部吸附有減稠劑分子），便能制止其網(wǎng)架構(gòu)造形成或削弱網(wǎng)架構(gòu)造強度，使YP減小；高分子聚合物由于其分子很大，當加入一定數(shù)量后，它們會在鉆井液中形成一定網(wǎng)架構(gòu)造，使YP增大。由以上分析可知，要減少YP，可加稀釋劑拆散網(wǎng)架構(gòu)造；若提高YP，可加無機鹽電解質(zhì)，加預水化膨潤土漿，加生物聚合物以及加相稱數(shù)量高分子聚合物，促使網(wǎng)狀構(gòu)造形成。c塑性粘度：指鉆井液層流時，固體顆粒與固體顆粒之間、固體顆粒與液體分子之間、液體分子與液體分子之間磨擦力總和。用η塑或PV表達，單位是Pa．s。它是由鉆井液中固相含量、固體顆粒形狀和分散度、表面潤滑性及液體自身粘度等因素決定。減少塑性粘度普通可使用旋流除砂器，使用絮凝劑控制固相含量，恰當加清水稀釋，補充低密度鉆井液等辦法。提高塑性粘度可用加粘土（非膨潤土類）、重晶石粉或混油等辦法。d構(gòu)造粘度（η結(jié)）：鉆井液內(nèi)部存在空間網(wǎng)架構(gòu)造，這種網(wǎng)架構(gòu)造同樣會對鉆井液流動產(chǎn)生阻力，由空間網(wǎng)架構(gòu)造形成這某些流動阻力叫構(gòu)造粘度。若無網(wǎng)架構(gòu)造，就無構(gòu)造粘度。其影響因素與動切力相似。e表觀粘度：又稱有效粘度或視粘度，是指在某一速度梯度下，剪切應(yīng)力與速度梯度比值。用AV表達，單位是Pa．s。公式由賓漢公式推出為：AV=PV+η結(jié)由式（5-5-6）可知，表觀粘度受塑性粘度、動切力和速度梯度影響。塑性流體表觀粘度由塑性粘度和構(gòu)造粘度兩某些構(gòu)成。f剪切稀釋特性：在構(gòu)成表觀粘度三個參數(shù)中，雖然塑性粘度和動切力是鉆井液自身性質(zhì)，不隨速度梯度變化，但表觀粘度隨速度梯度增大而減少。表觀粘度隨速度梯度增大而減少特性，稱剪切稀釋特性。顯然，PV越低，YP越大，動塑比（YP/PV）越大，剪切稀釋能力越臺。鉆井規(guī)定鉆井液有較強剪切稀釋特性。g稠度系數(shù)K：鉆井液稠度系數(shù)表達液體可泵性和直觀流動性，反映鉆井液稠稀限度，可以以為它是鉆井液表觀粘度。它既受鉆井液內(nèi)磨擦力影響，又受構(gòu)造力影響。由冪律方程可知，K單位是mPa．S。提高K值辦法有兩種：若n值不變，只升高K值，右采用加惰性固體物質(zhì)（如重晶石粉）等；若n值減少，K值升高，可將預水化膨潤土加入到鹽水鉆井液或鈣解決鉆井液中，或者加入恰當化合物。若膨潤土加到淡水鉆井液中，可使K值升高，n值略升。要使Ｋ值或ｎ值都升高，可加入淀粉、Ｎａ—ＣＭＣ或某些野生植物解決劑。h流性指數(shù)ｎ：它是鉆井液構(gòu)造力一種表達，也是鉆井液觸變性或剪切稀釋特性強弱表達。由冪律方程可知，當ｎ＝１時，變?yōu)榕ｎD公式，流體為牛頓流體。ｎ值越大，剪切稀釋能力越弱，液體非牛頓性越弱；反之，則剪切稀釋能力越強。對塑性流體，普通ｎ值不大于１。ｎ是無因次量。減少ｎ值有助于攜帶巖屑，清洗井底。普通是加聚合物、無機鹽類，或?qū)㈩A水化膨潤土加入含鹽系統(tǒng)等。7.3.2鉆井液流變參數(shù)測量：旋轉(zhuǎn)粘度計有手搖兩速、電動兩速和電動六速等幾種。兩速旋轉(zhuǎn)粘度計外筒轉(zhuǎn)速為300r/min和600min兩個速度，六速旋轉(zhuǎn)粘度計外筒轉(zhuǎn)速有3、6、100、200、300、600r/min六個速度。盡管兩種粘度計類型不同，但其構(gòu)造和原理基本是同樣。測量流變參數(shù)重要用六速旋轉(zhuǎn)粘度計。⑴六速旋轉(zhuǎn)粘度計構(gòu)造及工作原理：a構(gòu)造：它由五某些構(gòu)成，即電動機、恒速裝置、變速裝置、測量裝置和支架裝置。恒速裝置和變速裝置合稱旋轉(zhuǎn)某些。在旋轉(zhuǎn)部件上固定一種外筒——旋轉(zhuǎn)筒；測量裝置由測量彈簧部件、刻度盤和內(nèi)筒構(gòu)成，內(nèi)筒通過測量彈簧固定在機體上，扭簧上附有指針（或刻度盤）。b工作原理：測定期內(nèi)筒和外筒同步浸沒在鉆井液中，它們是同軸心圓筒，環(huán)形間隙為1mm。當外筒以某一恒速旋轉(zhuǎn)時，它就帶動環(huán)形間隙中鉆井液旋轉(zhuǎn)，因鉆井液具備粘滯性，使與扭簧連接內(nèi)筒轉(zhuǎn)動一種角度。據(jù)牛頓內(nèi)磨擦定律，轉(zhuǎn)動角度大小與鉆井液粘度成正比，于是鉆井液粘度測量就轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)筒轉(zhuǎn)角測量，轉(zhuǎn)角大小可直接從刻度盤上讀出。這就是直讀式旋轉(zhuǎn)粘度計。⑵兩速旋轉(zhuǎn)粘度計用法:a檢查內(nèi)外筒與否清潔干凈，然后將儀器放在比較平穩(wěn)工作臺上。b校正外筒偏擺量。如發(fā)現(xiàn)偏擺量超過0.5mm，則應(yīng)將外筒取下重裝。]c標定零點。眼睛必要垂直于放大鏡進行觀測，如指針不是零位，應(yīng)進行調(diào)節(jié)。d把剛攪拌好鉆井液精確倒入事先放好鉆井液杯中，將內(nèi)、外筒浸沒到鉆井液中，使鉆井液液面與外筒刻度線相平。e將調(diào)速桿放到最低位置，順時針方向勻速迅速轉(zhuǎn)動手柄（電動構(gòu)造啟動開關(guān)），此時外筒轉(zhuǎn)速為600r/min。待刻度盤穩(wěn)定不變時，記下此時刻度盤讀數(shù)，即為600r/min時讀數(shù)，用φ600表達。f換擋，即把調(diào)速桿提到最高位置，順時針方向勻速迅速轉(zhuǎn)動手柄（電動構(gòu)造啟動開關(guān)），此時外筒轉(zhuǎn)數(shù)為300r/min。待刻度盤穩(wěn)定不變時，記下此時刻度盤讀數(shù)，即為300r/min時讀數(shù)，用φ300表達。六速旋轉(zhuǎn)粘度計可依照需要放至所需速度擋位上，辦法同兩速旋轉(zhuǎn)粘度計。⑶用旋轉(zhuǎn)粘度計測靜切力辦法:a使內(nèi)、外轉(zhuǎn)筒浸沒在鉆井液中，使鉆井液液面與外筒刻度線相平，并以600r/min速度攪拌1min后停止轉(zhuǎn)動。b讓鉆井液靜止10s，然后用用扶住外筒流滾花處，按順時針方向緩慢地、輕輕地轉(zhuǎn)動（六速粘度計也許3r/min速度，啟動電源開關(guān)），刻度盤上最大讀數(shù)值除以2即為初切力，用“G1”表達，單位“Pa”。c再攪拌鉆井液1min并靜止10min，重復上述測量，所得到刻度盤上最大讀數(shù)除以2稱為終切力，用“G2”表達，單位“Pa”。⑷注意事項:a對于手搖兩速旋轉(zhuǎn)粘度計，使用時不要單手操作，以免因激烈晃動而損壞。b觀看讀數(shù)時，眼睛盡量與刻度盤垂直，嚴防斜視，以免數(shù)值不準。c清洗內(nèi)筒時，防止內(nèi)筒轉(zhuǎn)動。⑸測量成果解決:因旋轉(zhuǎn)粘度計是直讀式，故只需在刻度盤上讀出各轉(zhuǎn)數(shù)下扭轉(zhuǎn)格數(shù)，就可算出各流變參數(shù)。公式如下：7.4鉆井液流變性與鉆井關(guān)系7.4.1鉆井液流變性與鉆頭破碎巖石速度關(guān)系:鉆井液流變性對鉆速影響重要體現(xiàn)為粘度對鉆速影響：⑴由于鉆頭水眼處鉆井液流速高、粘度小，對井底沖擊力強，使鉆頭沖擊和切削巖石阻力減小，有助于提高鉆速。⑵低粘度鉆井液猶如楔子，很容易進入鉆頭沖擊底巖石產(chǎn)生裂縫，有助于鉆頭對井底巖石破碎作用。⑶若鉆井液粘度升高，則鉆速減少。由于粘度大，因此流動阻力大，消耗功率也大；此外，粘度太大，在井底易形成粘性墊子，減少和減緩了鉆頭對井底沖擊和切削作用，使鉆速減少。7.4.2鉆井液流變性與鉆井液攜帶巖屑能力關(guān)系:井底和井眼內(nèi)巖屑能否被鉆井液有效地攜帶到地面，是關(guān)系到能否安全迅速鉆井重要問題。實踐證明，鉆井液攜屑能力隨鉆井液粘度升高而增長，紊流攜屑優(yōu)于層流攜屑，鉆桿旋轉(zhuǎn)有助于巖屑上返。但紊流攜屑有其缺陷：規(guī)定鉆井液排量大，巖屑下沉速度比層流大，對井壁沖刷力強。通過調(diào)節(jié)鉆井液流變性，提高動塑比值和減少鉆井液上返速度以實現(xiàn)平板型層流，對提高鉆井液攜屑能力有重大意義。7.4.3鉆井液流變性與井壁穩(wěn)定關(guān)系:由于紊流液流質(zhì)點運動方向是紊亂而無規(guī)則，且其流速高、動能大，因而對井壁沖擊作用大，易導致地層坍塌。而層流液流質(zhì)點運動方向都是向上，普通平行于井壁，速度低、動能小，因此鉆井液循環(huán)時，需要比較精確地計算出臨界上返速度，以保證環(huán)空液流保持在層流狀態(tài)而避免浮現(xiàn)紊流。7.4.4鉆井液流變性與巖屑和加重劑懸浮關(guān)系當鉆井液停止循環(huán)時，但愿鉆井液中巖屑和加重劑能穩(wěn)定地懸浮或緩慢下沉，不浮現(xiàn)沉砂卡鉆。在這里起決定作用是鉆井液靜切力和觸變性。靜切力高，鉆井液形成空間網(wǎng)架構(gòu)造能力強，懸浮能力強。觸變性好，循環(huán)停止時，鉆井液可以不久達到一定切力值，有助于懸浮巖屑加重劑。7.4.5鉆井液流變性與井內(nèi)液柱壓力激動關(guān)系井內(nèi)液柱壓力激動是在起下鉆和鉆井過程中，由于鉆柱上下運動、鉆井泵啟動等因素，使井內(nèi)液柱壓力發(fā)生突然變化（升高或減少）現(xiàn)象稱為壓力激動。因壓力激動破壞了井內(nèi)液柱壓力與地層壓力之間平衡，從而破壞了井壁巖石與井內(nèi)液柱之間相對穩(wěn)定，易引起井漏、井塌或井噴。壓力激動影響因素是多方面。除了起下鉆速度、鉆頭與鉆柱泥包限度、環(huán)形空間空隙、井身以外，還與鉆井液粘度、切力有密切關(guān)系。同樣條件下，鉆井液粘度、切力越大，壓力激動越大。7.4.6鉆井液流變性與井內(nèi)鉆井液濾失量和濾餅厚度關(guān)系在鉆井過程中，鉆井液濾失量過高，濾餅厚而松散，對鉆井很不利。一方面，濾失量過高，地層被浸泡，井壁不穩(wěn)定，損害油氣層；另一方面，濾餅厚而松散，磨擦系數(shù)高，易粘附卡鉆，引起鉆頭泥包或堵死水眼、起鉆上提遇卡、下套管遇阻、不利于電測、影響井身質(zhì)量等。普通來說，規(guī)定鉆井液具備恰當?shù)蜑V失量和薄而致密堅韌濾餅。除上述之外，鉆井液流變性還與泵壓和泵排量大小、固井質(zhì)量關(guān)系密切。8.鉆井液固相控制8.1固相控制意義8.1.1鉆井液固相含量高危害:⑴使鉆井液密度升高，減少機械鉆速，縮短鉆頭使用壽命。⑵濾餅增厚，且質(zhì)地松散，磨擦系數(shù)高，導致起下鉆遇阻遇卡，易引起粘附卡鉆；此外，濾失量增大，可導致井壁膨脹、縮徑、剝落、坍塌等；再者，濾餅滲入性大，濾失量大，可減少油層滲入率和原油生產(chǎn)能力；固相高，濾餅厚，還也許影響固井質(zhì)量。⑶含砂量高，嚴重磨損鉆頭、鉆具和機械設(shè)備，使鉆井不能順利進行。⑷鉆井液性能不穩(wěn)定，粘度、切力升高，流動性不好，易發(fā)生粘土侵和化學污染。⑸砂樣混雜，電測不順利，測井資料不精確。⑹解決頻繁，使鉆井液成本升高。8.1.2固相控制意義:⑴清除有害固相：及時清除鉆井液中巖屑、砂粒和劣質(zhì)粘土。⑵保存有用固相：使鉆井液中膨潤土和重晶石含量維持在所規(guī)定范疇內(nèi)。⑶從鉆井液中分離膨潤土和重晶石。8.2鉆井液固相分析8.2.1鉆井液固相分類:⑴依照鉆井液中固相性質(zhì)分類a活性固相：這些固相有粘土和以粘土為重要成分巖屑，它們物理化學性質(zhì)受水中離子和鉆井液解決劑影響，并在水中分散。b惰性固相：這些固相在水中不水化分散，普通不受其她因素影響，如重晶石、石灰石、石英、長石等。⑵依照固相對鉆井液性能影響及對鉆井液工藝、鉆井工程作用分類a有用固相：指維持和調(diào)節(jié)鉆井液性能所必須固相，如膨潤土、重晶石和上些固相解決劑。b有害固相：除有用固相以外其她固相，如巖屑、劣質(zhì)土和砂粒等。8.2.2保持鉆井液低固相及低膠體含量途徑鉆井過程中進入鉆井液巖屑大某些是有害固相，若這些巖屑不能及時清除，其中泥頁巖和粘土不斷地分散成更小顆粒，使鉆井液總固相含量和低膠體含量升高。故要保持鉆井液低固相含量和低膠體含量，必要解決如下問題：a使鉆頭破碎巖屑和粘土在從井底帶出地面過程中不水化分散。b使巖屑盡快從井底返至地面，并迅速從鉆井液中除去。c使鉆井液中保持恰當數(shù)量膠體顆粒。8.3固相含量對鉆速影響人們通過大量研究工作，總結(jié)出鉆井液固相含量對鉆速影響有如下規(guī)律：8.3.1鉆速隨固相含量升高而下降:設(shè)清水時鉆速為100%，則固相含量升至7%，鉆速下降為50%，即降為清水時鉆速一半。由大量記錄資料表白，固相含量在7%以內(nèi)，每減少1%，鉆速至少可以提高10%。8.3.2在不同固相含量范疇內(nèi)，鉆速隨固相含量減少而升高幅度不同:鉆井液固相含量在7%（約相稱于密度為1.08g/cm3）如下時,鉆速提高得不久;而超過7%時，減少固相含量對提高鉆速效果不明顯。8.3.3鉆井液中粒徑不大于1μm膠體顆粒對鉆速影響最大:由實驗得出，粒徑不大于1μm膠體顆粒比粒徑不不大于1μm粒體顆粒對鉆速影響大工12倍。因此，鉆井液中粒徑不大于1μm膠體顆粒越多，鉆速下降幅度越大。由鉆井液固相含量對鉆速影響分析，可以得出這樣結(jié)論：⑴為了有效地提高鉆速，必要使鉆井液固相含量降至7%如下，這時，減少鉆井液固相含量才干達到大幅度提高鉆速目。⑵為了提高鉆速，僅保持低固相含量是不夠，還必要使鉆井液中膠體顆粒含量盡量低，即應(yīng)用不分散低固相鉆井液。9.鉆井液解決劑9.1表面活性劑應(yīng)用分散作用普通是指把一種物質(zhì)分散于另一種物質(zhì)中以形成分散體系作用。非均相分散體系，依分散相粒子大小不同，可形成性質(zhì)不同、名稱各異體系。依照質(zhì)點大小，對分散體系進行分類：9.1.1粗分散體系：質(zhì)點大小不不大于0.5um分散體系，不能通過濾紙，稱為粗分散體系，或懸浮體（分散相為固體）和乳狀液（分散相為液體）。9.1.2膠體分散體系：質(zhì)點大小在1～500nm間，質(zhì)點可以通過濾紙，但不能通過半透膜。若分散相為疏液性固體，則又稱為疏液膠體，簡稱溶膠；9.1.3分子分散溶液，質(zhì)點不大于1nm，可以通過濾紙和半透膜。高分子溶液本應(yīng)屬于膠體分散體系，實際研究歸納在親液膠體體系。分散體系使分散相與分散介質(zhì)構(gòu)成。分散相和分散介質(zhì)可以是氣體、液體或固體。某些產(chǎn)品（如化妝品）生產(chǎn)過程，常需要得到穩(wěn)定均勻分散固液或液液分散體系。如：油漆、油墨、鉆井液等都是固體粉末（顏料、染料、白土等）分散于液體（如油、水等）介質(zhì)中形成懸浮體；某些乳品、牛奶等則是液液分散體系。為使這些產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝穩(wěn)定普通加入分散劑。這里重要討論固體粒子分散和聚沉作用。在許多生產(chǎn)過程中，經(jīng)常涉及到固體微粒分散與匯集問題。有時固體微粒需要均勻和穩(wěn)定分散在液相介質(zhì)中，例如涂料、印刷油墨和油漆，配備泥漿。有時又需要使均勻穩(wěn)定分散體系迅速破壞，使固體顆粒盡快匯集沉降，例如，濕法冶金、污水解決、原水澄清、泥漿固控等方面。分散與匯集是工業(yè)中重要過程。分散體系形成膠體顆粒大小規(guī)定在1～100nm之間，原則上可采用由分子或離子凝聚而成膠體，也可以由大塊物質(zhì)粉碎分散成膠體。溶膠分散體系重要性質(zhì)是熱力學不穩(wěn)定性。在相界面上有大量表面自由能存在。因而，這種體系中分散相粒子會自發(fā)粘結(jié)、匯集。為了使粒子具備抗拒匯集能力，必要在粒子表面上建立保護層，雙電層能產(chǎn)生靜排斥作用。例如制造白色油漆，是將白色顏料（TiO2）等在油料（分散介質(zhì)）中研磨，同步加入金屬皂類作穩(wěn)定劑建立雙電層來完畢。溶劑化層和吸附溶劑化層也是保護層，可以阻撓粒子間互相接觸和粘結(jié)。⑵分散法用分散辦法普通形成粒子大小分布較寬懸浮體，大多數(shù)狀況下粒子平均大小超過膠體粒子范疇。固體粒子分散過程。固體粒子在介質(zhì)中分散過程普通分為三個階段：a固體粒子濕潤：濕潤是固體粒子分散最基本條件，若要把固體粒子均勻分散在介質(zhì)中，一方面必要使每個固體顆?；蛄Ｗ訄F，能被介質(zhì)充分潤濕。b粒子團分散或碎裂：在此過程中要使粒子團分散或碎裂是涉及到粒子團內(nèi)部固－固界面分離問題，在固體粒子團中往往存在縫隙，此外粒子晶體由于應(yīng)力作用也會使晶體導致微縫隙，粒子團碎裂就發(fā)生在這些地方若固體表面為高能表面，由于液體在其毛細管壁上接觸角普通θ＜900，毛管力△P會加速液體滲入，加之表面活性劑能使液體表面張力減少，因而有助于滲入過程進行。若固體表面為低能表面，由于液體在其毛細管壁上接觸角θ＞900，因而△P為負值，與固－液界面擴展方向相反，對滲入起制止作用。滲入過程不能自發(fā)進行，不利于匯集團簇破裂和分散。c制止固體顆粒重新匯集：無論用凝聚法或分散法制備膠體和懸浮體分散體系都需要保持粒子形成時大小，粒子匯集作用對其儲存和后來解決過程帶來困難。為此，必要設(shè)法減少體系熱力學不穩(wěn)定性。換言之，需減小體系大界面能。由于界面能等于界面張力與界面面積乘積，為保持體系粒子形成時大小不變（即界面面積不變），故只能減少表面張力來使總界面能減小。因而，應(yīng)用表面活性劑是有效。9.2無機解決劑9.2.1堿類解決劑：⑴氫氧化鉀:易溶于水，溶解時放熱強烈，在溶液中完全電離，水溶液呈強堿性，有較強腐蝕性，也溶于酒精和甘油，難溶于醚和烴，易從空氣中吸取CO2形成K2CO3。在鉆井液中作用：a調(diào)節(jié)鉆井液PH值。b具備較好防塌作用。c與某些有機解決劑水解生成鉀鹽而起作用。⑵氫氧化鈉:在鉆井液中作用：a提供OH-，調(diào)節(jié)鉆井液PH值。b提供Na+，增進粘土水化分散。c與某些有機解決劑配合使用，既提高PH值，又改進鉆井液性能。d使用NaOH溶液可提高鉆井液粘度和切力。e在鈣解決鉆井液中，可控制石灰溶解度和Ca2+濃度。⑶氫氧化鈣:在鉆井液中作用：a提供Ca2+，抑制粘土水化分散。b提供提供OH-，調(diào)節(jié)鉆井液PH值。c配制石灰乳堵漏劑。在鈣解決鉆井液中，石灰用于提供Ca2+，以控制粘土水化分散能力，使之保持在適度絮凝狀態(tài)；在油包水乳化鉆井液中，CaO用于使烷基苯磺酸鈉等乳化及轉(zhuǎn)化為烷基苯磺酸鈣，并調(diào)節(jié)PH值。但需注意，在高溫條件下石灰鉆井液也許發(fā)生固化反映，使性能不能滿足規(guī)定，因而在高溫深井中應(yīng)謹慎使用。此外，石灰還可以配制成石灰乳堵漏劑封堵漏層。9.2.2無機解決劑在鉆井液中作用:⑴離子互換吸附作用；⑵沉淀作用；⑶調(diào)節(jié)PH值作用；⑷分散作用；⑸形成可溶性鹽作用；⑹形成溶膠作用；⑺控制絮凝作用；⑻絡(luò)合伙用；⑼膠凝作用；⑽水解作用；⑾抑制溶解作用；⑿調(diào)節(jié)密度作用。9.3有機解決劑9.3.1稀釋劑：稀釋作用重要是通過稀釋劑分子在粘土顆粒上吸附，變化粘土顆粒表面水化狀態(tài)，削弱或拆散粘土顆粒網(wǎng)架構(gòu)造來達到稀釋目。⑴單寧堿液:又名單寧酸鈉，代號NaT，相對分子量為152。它使用單寧粉與NaOH配制而成。依照鉆井液不同需要，單寧與燒堿質(zhì)量比可為2：1，1：1，1：2等。單寧堿液重要用作分散型鉆井液稀釋劑，稀釋解決是由于單寧酸鈉分子具備相鄰羥基和酚鈉基，可以與粘土顆粒斷鍵處Al3+通過鰲合鍵吸附，而剩余酚鈉基合羥鈉基水化，給粘土顆粒邊沿帶來吸附水化層，削弱和拆散了網(wǎng)架構(gòu)造，放出自由水，減少了粘度和切力，也減小了顆粒間摩擦阻力。單寧堿液還具備降濾失作用，也可以作水泥緩凝劑。但抗鹽、抗鈣性差，抗溫110～1200C。⑵鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽:簡稱鐵鉻鹽，代號FClS，為棕黑色粉末，易溶于水，水溶液呈弱酸性。它水溶性與磺化度關(guān)于，磺化度越大，水溶性越好，普通制品磺化度為0。9～3。8％。熱穩(wěn)定性好，抗溫高達170～1800C。是一種水溶性非離子型高分子化合物。對于重要用作抗鹽、抗鈣分散型鉆井液稀釋劑，其稀釋機理：一是鐵鉻鹽分子中具備能螯合多官能團，易在粘土顆粒斷鍵處吸附，形成水化層，削弱了粘土顆粒間邊－邊、邊－面連接，拆散網(wǎng)架構(gòu)造，放出自由水，也削弱了粘土顆粒間流動阻力，減少了粘度和切力；二是鐵鉻鹽在泥頁巖表面吸附，油抑制其水化膨脹和分散作用，從而防止粘度合切力上升，有助于井壁穩(wěn)定。其作用重要是稀釋、降失水合抑制粘土水化膨脹作用。使用條件：a抗溫性:鐵鉻鹽熱穩(wěn)定性較好，抗溫可達170～1800C。有時溫度在130～1500C范疇內(nèi)，其稀釋作用逐漸減效，這時可加入少量鉻酸鹽（Na2CrO4或K2CrO4）或重鉻酸鹽（Na2Cr2O7或K2Cr2O7）來提高其熱穩(wěn)定性，恢復其稀釋作用。溫度超過1800C時，鐵鉻鹽熱穩(wěn)定性降難以保持。b抗鹽性:在淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中均可使用。特別是在鹽水鉆井液中稀釋效果比其她解決劑好，這與其分子不電離特性關(guān)于。c抗鈣性:在石灰、石膏和氯化鈣鉆井液中均可使用。這是與它分子不電離特性關(guān)于。dPH值:原則上鐵鉻鹽在中性、堿性和酸性環(huán)境中均可使用。但PH值過低，易使鉆井液發(fā)泡，并且易使其中糖類雜質(zhì)發(fā)酵變質(zhì)，使解決劑失效。普通PH值在9～11范疇內(nèi)效果較好。e加重原則:鉆井液中鐵鉻鹽加量在3％以上，抑制粘土水化膨脹作用效果較明顯。加量過大時雖然不易損害鉆井液性能，但鉆井液成本增長。f使用上局限性:用鐵鉻鹽解決鉆井液，其濾餅摩擦系數(shù)較高，加量越大越明顯。⑶磺甲基單寧：又叫磺化單寧，代號SMT，相對分子量為211。重要用作分散型淡水鉆井液稀釋劑，抗溫高達180～C。也可作水泥緩凝劑。⑷低聚物聚丙烯酸鹽：當前重要有兩種，代號分別為XA-40和XB-40，前者不含磺酸鹽，后者引入磺酸基團，她們是用丙烯酸或丙烯酸鈉聚合而成。為淡藍色顆粒或粉末，無毒、無腐蝕，易溶于水，易吸潮。重要用作不分散聚合物鉆井液稀釋劑，前者抗鹽不抗鈣，后者抗鹽達0mg/L，抗鈣達10000mg/L，抗溫達1600C以上。⑸降粘劑（XY系列）：XY系列降粘劑分子構(gòu)造特點是：a相對分子量較?。ú淮笥?0000）：b分子鏈中同步具備陽離子基團（10～40％）、陰離子基團（20～60％）和非離子基團（0～40％）；c是線性聚合物：以XY-27為代表XY系列兩性離子聚合物降粘劑可同步滿足如下規(guī)定：a能有效減少鉆井液中構(gòu)造粘度；b能增強鉆井液抑制能力；c能使非構(gòu)造粘度特別是η∝有所下降；d能提高鉆井液粘土容量限。9.3.2降濾失劑：羧甲基纖維素鈉鹽：代號Na-CMC，簡稱CMC。當前慣用有低粘CMC、中粘CMC、高粘CMC三種。它是由棉花纖維用堿解決成堿纖維，再在空氣中干燥老化后與氯乙酸反映制得。聚合度和醚化度是Na-CMC兩個構(gòu)造特點和重要性能指標：聚合度是決定其水溶性粘度重要因素，普通在200～600之間；醚化度是決定其水溶性和抗電解質(zhì)性重要因素，普通在0.8～0.9之間。Na-CMC為白色纖維狀粉末，具備吸濕性，不溶于酸和醇等有機溶劑，易分散于水中形成膠狀液，抗溫高達90～1400C，有一定抗鹽、抗鈣能力。重要用于各種水基鉆井液降濾失劑，還具備抑制頁巖水化膨脹作用、增稠作用等。水解聚丙烯腈鹽類：a水解聚丙烯腈鈣鹽：代號Ca-HPAN或CPAN，是具有腈基、酰胺基、羧鈣基、羧鈉基等聚合物。相對分子質(zhì)量為8萬～11萬，聚合度為235～376，水解度60％。為淺黃色、灰白色顆粒或粉末，水溶性好，重要用作聚合物鉆井液降濾失劑，抗鹽、抗鈣、抗溫能力強。b水解聚丙烯腈鈉鹽:代號Na-HPAN，是聚丙烯腈加NaOH水解而得產(chǎn)物。相對分子質(zhì)量為8萬～11萬，聚合度為235～376，水解度60％。為淡黃色顆?；蚍勰?，溶于水，水溶液呈堿性，重要用作聚合物鉆井液降濾失劑，并有增粘和絮凝作用。抗鹽可至飽和，抗鈣較差，抗溫性強。c水解聚丙烯腈銨鹽:代號：NH4-HPAN，或NPAN，是聚丙烯腈加氫氧化銨在高溫高壓條件下水解產(chǎn)物。相對分子量為8萬～11萬，聚合度為235～376，水解度60％。產(chǎn)品分膠體和固體兩種。重要用作防塌降濾失劑，抑制能力強，不提粘，耐高溫，使用時堿度不易過高。⑵PAC系列：PAC系列產(chǎn)品是指各種復合離子型丙烯酸鹽(PAC)聚合物，事實上是具備不同取代基乙烯基單體及其鹽類共聚物，通過在高分子鏈接上引入不同含量羧基、羧鈉基、羧胺基、腈基、磺酸基和羥基等共聚而成。該系列產(chǎn)品重要用于聚合物鉆井液體系。其中應(yīng)用較廣是PAC141、PAC142和PAC143等三種產(chǎn)品。aPAC141：是丙烯酸、丙稀酰胺、丙稀酸鈉和丙烯酸鈣四元共聚物。它在降濾失同步，還兼有增粘作用，還可以調(diào)節(jié)流型，改進鉆井液剪切稀釋特性。它抗溫達1800C，抗鹽達飽和。bPAC142：是丙烯酸、丙稀酰胺、丙烯腈和丙烯磺酸鈉四元共聚物。它在降濾失同步，其增粘幅度比PAC141小。重要在淡水、海水、鹽水鉆井液中用作降濾失劑。在淡水鉆井液中推薦加量為0.2%~0.4%，在飽和鹽水鉆井液中推薦加量為1.0~1.5%。cPAC143：是由各種乙烯基單體及其鹽類共聚而成水溶性高聚物，其相對分子量為150萬～200萬，分子鏈中具有羧基、羧鈣基、羧鈉基、腈基和磺酸基等各種官能團。該產(chǎn)品為各種礦化度水基鉆井液降濾失劑，并能抑制泥頁巖水化分散。在淡水鉆井液中推薦加量為0.2~0.5%，在海水和飽和鹽水鉆井液推薦加量為0.5~2%。⑶腐殖酸類：該類產(chǎn)品是運用褐煤中腐殖酸進行磺化或硝化而形成各種鹽類。由于腐殖酸分子中具有較多可吸附于粘土顆粒表面官能團，特別是具有鄰位雙酚基，又具有水化作用強羧鈉基，使它既有降濾失作用，又有降粘作用。a腐殖酸鈉代號：NaHm或NaC，是褐煤和氫氧化鈉水解產(chǎn)物，黑褐色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。重要用作淡水鉆井液降濾失劑，具備降粘作用，抗溫性好。b硝基腐殖酸鈉：代號：Na-NHm，是用硝酸氧化腐殖酸鈉鹽。黑色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。重要用作淡水鉆井液降濾失劑，并有降粘作用，抗鹽作用較強。c腐殖酸鉻：代號：CrHm，是由重鉻酸鈉與腐殖酸在800C以上溫度下反映制得。是一種抗溫降濾失劑和稀釋劑，抗溫可達C以上?？果}、抗鈣能力較強。d聚合腐殖酸：代號：SH23、SH24，是腐殖酸鉀與樹脂等聚合物，為黑色粉粒，易溶于水，重要用作各種水基鉆井液降濾失劑，抗鹽、抗鈣、防塌能力強，抗溫可達C。二）鉆井液濾失和潤滑性能規(guī)定:1)掌握三個（瞬、靜、動）失水概念。2)掌握五個公式。3)熟悉七個影響因素。4)鉆井液潤滑性及其評價。掌握:1)失水造壁性與鉆井工作關(guān)系。2)鉆井液潤滑機理是什么？潤滑劑有哪些種類？1.鉆井液濾失1.1造壁性基本概念1.1.1水基鉆井液中水:水基鉆井液=固相+水+解決劑鉆井液中水由三某些構(gòu)成：⑴結(jié)晶水（化學結(jié)合水），粘土礦物晶體構(gòu)造構(gòu)成某些。⑵吸附水（束縛水），由固相顆粒分子間力吸附水化膜。⑶自由水，鉆井液中自由移動水，分散介質(zhì)。1.1.2失水與造壁概念：為了防止地層流體進入井內(nèi)，鉆井液液柱壓力必要不不大于地層流體壓力，于是，鉆井液總是趨向于向地層漏失或濾失。漏失——鉆井液固相和液相所有進入地層現(xiàn)象。濾失——鉆井液中只有液相進入地層現(xiàn)象。失水——鉆井液中自由水在壓差作用下向井壁巖石裂隙或孔隙中滲入。泥餅——鉆井液濾失過程中留在井壁或者濾膜上物質(zhì)。造壁性——在濾失過程中，隨著鉆井液中自由水進入巖層，鉆井液中固相顆粒便附著在井壁形成泥餅。=1\*GB2⑴瞬時失水——鉆井液尚未完全形成之前很短時間內(nèi)失水量。特點：時間短（t<2秒)；比例小。重要是向井底失水。時間短而量大，伴有少量泥漿滲失。存在于整個鉆井過程中。=2\*GB2⑵動失水——鉆井液循環(huán)時失水量。特點：·泥餅形成、增厚與沖蝕處在動平衡?！な俾蚀?、失水量大?！は蚓谑な俣扔纱蟮叫≈饾u恒定（高滲入率?低滲入率=C）·存在于整個循環(huán)過程中，時間長，累積失水量大。=3\*GB2⑶靜失水：——井下：鉆井液停止循環(huán)后失水?！覂?nèi)：指定靜態(tài)條件下，靜失水儀器測得失水。特點：·失水速率小、失水量較小?！つ囡灪瘢o沖蝕作用）?！ね较蚓诰资?，以井壁為主?！つ囡炘趧邮旧想S時間增長而增厚。·失水