鉆井液工藝原理

1、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、二、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、鉆井液工藝原理綜合復(fù)習(xí)資料概念題 粘土晶格取代 鉆井液堿度 壓差卡鉆 聚結(jié)穩(wěn)定性 井噴 粘土水化作用 井漏 濾失 剪切速率鉆井液剪切稀釋特性流變模式 動(dòng)力穩(wěn)定性 鉆井液濾失造壁性 填空題 鉆井液的主要功能有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）等。一般來說，鉆井液處于（）狀態(tài)時(shí)，對(duì)攜巖效果較好；動(dòng)塑比t 0/ n p越（）或流性指數(shù) n 越（ ），越有利于提高攜巖效率。粘土礦物基本構(gòu)造單元有（ ）和（）。井壁不穩(wěn)定的三種基本類型是指（）、（ ）、（ ）。在鉆井液

2、中，改性褐煤用做（）劑，磺化瀝青用做（）劑。油氣層敏感性評(píng)價(jià)包括（ ）、（）、（ ）、（ ）和（ ）等。一般來說，要求鉆井液濾失量要（）、泥餅要（ ）?，F(xiàn)場(chǎng)鉆井液常用四級(jí)固相控制設(shè)備指（）、（ ）、（ ）、（ ）。影響鉆井液濾失量的主要因素有（）、（ ）、（ ）、（ ）。按 API 標(biāo)準(zhǔn)鉆井液常規(guī)性能測(cè)試包括（）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。聚合物鉆井液主要類型有（）、（ ）、（ ）。鉆井液常用流變模式有（）、（）。常見粘土礦物有（ ）、（ ）、（ ）等。鉆井過程可能遇到的復(fù)雜情況有（）、（ ）、（ ）等。鉆井液的基本組成（）、（）、（ ）。鉆井液的流變參數(shù)包括（）、（）、（ ）、

3、（ ）和（ ）等。17、在鉆井液中，鈉羧甲基纖維素用做（）劑，鐵鉻鹽（FCLS用做（）劑，氫氧化鈉用作（ ）劑。18、現(xiàn)場(chǎng)常用鉆井液降濾失劑按原料來源分類有（）、（）、（）、（ ）。三、簡答題1 、 簡述伊利石和蒙脫石的晶體構(gòu)造、帶電性及水化特性。2、發(fā)生井噴的原因有哪些？應(yīng)該怎樣預(yù)防？3、分析鉆井液遇鹽侵后粘度和濾失量如何變化及其原因。4、簡述鉆井液降粘劑的作用機(jī)理。5、常見卡鉆類型有哪些，并簡述其發(fā)生機(jī)理。6、簡述油基鉆井液相對(duì)于水基鉆井液的優(yōu)缺點(diǎn)。7、鉆井液固相對(duì)鉆井速度的影響規(guī)律并舉例說明絮凝劑絮凝機(jī)理。8、為什么鉆井作業(yè)要求鉆井液具有良好的剪切稀釋性？9、簡述低固相聚合物鉆井液能顯著

4、提高鉆速的原因。10、簡述鉆井液常用潤滑劑的類型與作用機(jī)理11、簡述鉆井液濾失量的影響因素及其調(diào)整。12、井壁不穩(wěn)定的原因有哪些？應(yīng)該怎樣預(yù)防？13、簡述K+、聚合物和聚合醇類處理劑穩(wěn)定泥頁巖的作用機(jī)理。14、簡述鉆井液塑性粘度的影響因素及其調(diào)整。15、發(fā)生井漏的原因有哪些？應(yīng)該怎樣預(yù)防？16、舉例說明降粘劑的作用機(jī)理17、簡述粘土顆粒帶電的原因。四、計(jì)算題1、使用范氏六速粘度計(jì)，測(cè)得某鉆井液600rpm和300rpm時(shí)的讀數(shù)分別為：6。=29, 300=19,且已知該鉆井液為賓漢流體。計(jì)算該鉆井液的流變參數(shù)及表觀粘度；計(jì)算流速梯度為3000S-1時(shí)鉆井液的表觀粘度。2、 用重晶石（p B=4

5、.2g/cm 3）把400 m3鉆井液由密度p 1=1.20g/cm3加重到p 2=1.60g/cm3，并且每100kg重晶石需同時(shí)加入9L水以防止鉆井液過度增稠， 試求：（ 1）若最終體積無限制，需加入重晶石多少噸？（2）若最終體積為400 m3，需加入重晶石多少噸，放掉鉆井液多少方？五、論述題你認(rèn)為理想的鉆井液應(yīng)具有哪些功能或特點(diǎn)，并試述鉆井液的發(fā)展趨勢(shì)。參考答案、概念題1、粘土礦物晶體片中硅氧四面體和（或）鋁氧八面體片中的硅原子和（或）鋁原子被同號(hào)低價(jià)離子所取代，而晶體結(jié)構(gòu)保持不變的現(xiàn)象。2、滴定1mL樣品（鉆井液濾液）所需 L （標(biāo)準(zhǔn)）HSQ （硫酸）的毫升數(shù)。3、又稱為泥餅粘附卡鉆，

6、是指鉆具在鉆井液與地層壓力差的作用下，被擠入泥餅 而不能活動(dòng)的現(xiàn)象。4、分散相粒子（粘土顆粒）是否自動(dòng)聚結(jié)變大的性質(zhì)（現(xiàn)象） 。5、地層流體失去控制，噴出井口或進(jìn)入其他地層的現(xiàn)象。6、粘土顆粒（晶體片）由于表面水化力、滲透水化力和毛細(xì)管作用（各種原因） 吸水膨脹（體積變大）的現(xiàn)象。7、在鉆井、固井、測(cè)試等各種井下作業(yè)中，各種工作液（包括鉆井液、水泥漿、 完井液及其它流體等）在壓差作用下漏入地層的現(xiàn)象。8、在壓差作用下鉆井液向地層中滲透的現(xiàn)象。9、垂直于流速方向上單位距離流速的增量。10、鉆井液靜止變稠、流動(dòng)變稀，且隨剪切速率增大粘度變小的特性。11、描述鉆井液（流體）剪切應(yīng)力與剪切速率之間關(guān)系

7、的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為鉆井 液（流體）的流變方程，即流變模式。12 、在重力作用下分散相粒子（粘土顆粒）是否容易下沉的性質(zhì)。13、在濾失過程中， 隨著鉆井液中的自由水進(jìn)入巖層， 鉆井液中的固相顆粒便附著在井壁上形成泥餅，就是鉆井液的濾失造壁性。二、填空題1 、 攜帶和懸浮巖屑、傳遞水動(dòng)力、平衡地層壓力、穩(wěn)定井壁、保護(hù)油氣層、冷卻 和潤滑鉆頭鉆具。 （寫出其中 4 種即可）2、平板型層流，大，小3、硅氧四面體和鋁氧八面體4、井壁坍塌、縮徑、地層壓裂5、降濾失劑，頁巖抑制劑6、速敏、鹽敏、酸敏、堿敏、水敏7、小，薄8、振動(dòng)篩、旋流器（除砂器、除泥器） 、鉆井液清潔器、離心機(jī)（寫出其中 4 種即 可）9

8、、（濾失）時(shí)間、壓差、濾液的粘度和溫度、固相含量、泥餅的壓實(shí)性和滲透性 （寫出其中 4 種即可）10、密度、粘度（表觀粘度、塑性粘度） 、切力（動(dòng)切力、靜切力） 、 pH 值、濾 失量（ API 濾失量、高溫高壓濾失量） 、含砂量（固相含量） 、膨潤土含量、濾液 中各種離子含量（寫出其中 6 種即可）11、陰離子型、陽離子型、兩性離子型12、賓漢模式（塑性流體） 、冪律模式（假塑性流體）13、伊利石、重晶石、蒙脫石14、井漏、井噴和卡鉆15、連續(xù)相、分散相、處理劑16、塑性粘度、 動(dòng)切力、靜切力、流性指數(shù)和稠度系數(shù)、 漏斗粘度、 表觀粘度等。（寫出其中 5 種即可）17、降濾失劑、降粘劑、pH

9、值調(diào)節(jié)劑18、纖維素類、腐殖酸類、丙烯酸類聚合物、樹脂類、淀粉類。（寫出其中 4 種即可）三、簡答題1、答：伊利石和蒙脫石的晶體構(gòu)造均為 2:1 型。晶格取代位置不同，伊利石主要發(fā)生在硅氧四面體上，且結(jié)合的補(bǔ)償陽離子為K+,具有晶格固定作用，帶電性強(qiáng)；蒙脫石晶格取代主要發(fā)生在鋁氧八面體上， 可結(jié)合各種補(bǔ)償陽離子，帶電性較強(qiáng)。伊利石中的K+離子具有晶格固定作用，因此層間結(jié)合緊密，不易水化膨脹； 而蒙脫石層間主要為分子間力，較弱，易水化膨脹。2、答： 地層壓力高于鉆井液液柱壓力；井漏造成鉆井液液面下降，液柱壓力低于地 層壓力；起下鉆抽吸壓力太大，鉆井液有效壓力低于地層壓力。 發(fā)現(xiàn)油氣侵及時(shí)加重，提

10、高鉆井液密度；防止嚴(yán)重的井漏發(fā)生；防止起下太 快，及時(shí)灌入泥漿，防止拔活塞。3、答：鉆井液遇鹽侵后粘度和濾失量均上升。鉆井液中Na+濃度不斷增大，必然會(huì)增加粘土顆粒擴(kuò)散雙電層中陽離子的數(shù)目， 從而壓縮雙電層，使擴(kuò)散層厚度減小，顆粒表面的E電位下降。在這種情況下，粘 土顆粒間的靜電斥力減小，水化膜變薄，顆粒的分散度降低，顆粒之間端-面和端 -端連接的趨勢(shì)增強(qiáng)。 由于絮凝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生， 導(dǎo)致鉆井液的粘度和濾失量均逐漸上升。4、答： 通過增加粘土顆粒電動(dòng)電位（Z電位）和水化膜厚度，增加顆粒間斥力，分 散鉆井液（非抑制性鉆井液）中拆散粘土顆粒間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)； 聚合物鉆井液中競(jìng)爭參與粘土 - 聚合物吸附點(diǎn)，拆

11、散粘土 - 聚合物網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。5、答：常見卡鉆類型主要有壓差卡鉆、沉砂卡鉆、井塌（砂橋、掉塊）卡鉆、縮徑 卡鉆、泥包鉆頭卡鉆、鍵槽卡鉆等。 （列舉其中 34 種即可）簡單敘述相應(yīng)卡鉆類型發(fā)生原因即可壓差卡鉆是鉆具在井中靜止時(shí)，在鉆井液與地層孔隙壓力之間的壓差作用下， 緊壓在井壁泥餅上而導(dǎo)致的卡鉆。沉砂卡鉆是由于鉆井液懸浮性能不好，或處理鉆井液過程中由于粘度和切力下 降幅度過大，導(dǎo)致鉆井液中所懸浮的鉆屑和重晶石沉淀，埋在井底一段井眼而造成 的卡鉆。6、答：優(yōu)點(diǎn)：與水基鉆井液比較，油基鉆井液具有能抗高溫、抗鹽鈣侵、有利于井壁 穩(wěn)定性、潤滑性好和對(duì)油氣層損害程度較小等多種優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：油基鉆井液的配制成

12、本比水基鉆井液高得多，使用時(shí)往往會(huì)對(duì)井場(chǎng)周圍 附近的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，而且與使用水基鉆井液相比機(jī)械鉆速一般比較低。7、答：要點(diǎn)：隨鉆井液固相含量增加，鉆井速度下降。特別是冬1um的亞微米顆粒增加，鉆井速度明顯下降。絮凝機(jī)理 :a. 無機(jī)絮凝劑：通過離子交換壓縮雙電層。b. 有機(jī)絮凝劑：又可分為非選擇性絮凝劑和選擇性絮凝劑，機(jī)理：吸附- 橋聯(lián)、蜷曲、聚結(jié)等使鉆屑、粘土顆粒聚結(jié)下沉，除去固相。8、答： 鉆井作業(yè)要求鉆井液具有良好的剪切稀釋性是因?yàn)殂@井液高速流動(dòng)變稀可 以大大減小在鉆具內(nèi)和鉆頭水眼處高速流動(dòng)時(shí)的能量損失，提高水力破巖效率，清 洗井底； 在環(huán)空內(nèi)低速流動(dòng)時(shí)粘度變大有利于鉆井液攜帶巖

13、屑，防止鉆屑下沉發(fā)生井 下復(fù)雜事故。9、答：低固相聚合物鉆井液固相含量低，亞微米粒子比例小，剪切稀釋性好， 卡森極限粘度低，懸浮攜帶鉆屑能力強(qiáng)，洗井效果好，這些優(yōu)良性能都有利于提高鉆速。10、答：鉆井液常用潤滑劑包括惰性固體潤滑劑和液體類潤滑劑。固體潤滑劑能夠在兩接觸面之間產(chǎn)生物理分離，其作用是在摩擦表面上形成一種隔離潤滑薄膜，從而達(dá)到減小摩擦、防止磨損的目的。礦物油、植物油、表面活性劑等液體潤滑劑主要是通過在金屬、巖石和粘土薄膜形成吸附膜，使鉆柱與井壁巖石接觸（或水膜接觸）產(chǎn)生的固-固摩擦，改變?yōu)榛钚詣┓菢O性端之間或油膜之間的摩擦，或者通過表面活性劑的非極性端還可以再 吸附一層油膜。從而使鉆

14、柱與巖石之間的摩阻力大大降低。11、答： 影響因素（濾失）時(shí)間、壓差、濾液的粘度和溫度、固相含量、泥餅的壓實(shí)性和滲透性。鉆井液靜濾失方程： V A 2K p fsc 1 tfsm 調(diào)整：濾失量太大時(shí)加入降濾失劑或高聚物提高濾液粘度、護(hù)膠。12、答：井壁不穩(wěn)定的原因包括力學(xué)因素、物理化學(xué)因素和工程技術(shù)措施等三個(gè)方面。穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施包括： 選用合理的鉆井液密度，保持井壁力學(xué)穩(wěn)定。 優(yōu)選防塌鉆井液類型與配方，采用物理化學(xué)方法阻止或抑制地層的水化作用。13、答：K+的水化能低，并且具有晶格固定作用，因此能有效抑制粘土水化。聚合物通過氫鍵或靜電引力吸附在粘土顆粒上，通過橋接作用阻止頁巖分散。 聚合醇

15、類處理劑通過濁點(diǎn)效應(yīng)和吸附阻止頁巖水化膨脹分散。14、答： 影響因素a. 鉆井液塑性粘度是指鉆井液內(nèi)部由于機(jī)械內(nèi)摩擦引起的那部分粘度，它的主 要影響因素有鉆井液總固相含量、固相分散度、有機(jī)增粘劑以及溫度等。b. 影響規(guī)律為：固相含量增加，鉆井液塑性粘度升高；固相分散度越大，塑性 粘度越大；有機(jī)增粘劑含量越高，鉆井液粘度也越大；溫度升高，粘度下降。加水稀釋振動(dòng)篩 調(diào)整：塑性粘度太高：知甘汁除砂器機(jī)械法除去固相除泥器離心機(jī)化學(xué)絮凝劑 塑性粘度太低：增加膨潤土含量，增加高聚物含量。15、答： 發(fā)生井漏的原因：地層存在較大的孔隙或裂縫，形成了鉆井液向地層漏失的通 道；鉆井液壓力太高，大于地層的破裂壓力

16、，造成地層產(chǎn)生裂縫。預(yù)防：及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏失地層，進(jìn)行堵漏；鉆井液密度低于地層破裂壓力，防止壓 裂地層。16、答：降濾失機(jī)理：a.增粘；b.吸附；c.捕集。一般鉆井液降濾失劑都含有吸附基團(tuán)和水化基團(tuán)，吸附于粘土表面具有護(hù)膠作用，還可參與形成泥餅，降低鉆井液濾失量 降濾失劑舉例：纖維素類、腐植酸類、丙烯酸類聚合物、樹脂類、淀粉類（寫 出其中一種即可，）17、答：永久負(fù)電荷是由于粘土在自然界形成時(shí)發(fā)生晶格取代作用所產(chǎn)生的。產(chǎn)生可變負(fù)電荷的原因：在粘土晶體端面上有與鋁連接的0H基中的H在堿性或中性條件下解離；粘土晶體的端面上吸附了OH、SiOf等無機(jī)陰離子或吸附了有機(jī)陰離子聚電解質(zhì)等。正電荷的產(chǎn)生是由于裸

17、露在邊緣上的鋁氧八面體在酸性條件下從介質(zhì)中解離出0H。四、計(jì)算題1、解：11（1） a 60029 14.5mPa s22答：該鉆井液的表觀粘度為 mPa s，塑性粘度為10 mPa s，動(dòng)切力為Pa。(2)4 53101011.5mPa s3000答：該鉆井液在流速梯度為 3000S1時(shí)的表觀粘度為mPa s2、解:（1）設(shè)需要加入重晶石 m公斤，則解此式可得：m 2.832 105kg 283.2T答：最終體積無限制，需加入重晶石噸。（2）設(shè)需要先放掉鉆井液 y方，加入重晶石x公斤，則求解此式可得:x 2.298 105kg 229.8Ty 75.4m3答：最終體積為400 m3,需加入重晶石噸，放掉鉆井液方五、論述題 答：1、理想鉆井液應(yīng)具備的基