青工崗位技校手冊--泥漿工

1、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（2008年度）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、課程基本情況開課單位：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。適用性質：崗位專業(yè)知識補充、技能提高培訓?？己朔绞剑豪碚搶I(yè)知識采取綜合閉卷考試（每月至少1次）；操作技能采取現場單項考評。通過月考、季賽、年總結等重要環(huán)節(jié)的綜合考評，產生月度、季度、年度崗位明星?？?學 時：170課時。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

2、施工HSE作業(yè)文件警示教材參考教材： 鉆機操作維護手冊 井控技術 井控設備二、課程的性質、任務和教學目標（一）性質：鉆井液技術知識涵蓋面廣泛、內容龐雜，是系多門學科于一體的完整體系。鉆井技術既涉及石油地質知識，又涉及到機械設備維護檢修技能，還與井下復雜情況有著密切的關系，同時也受著操作者本人的生產經驗影響。其綜合技能既來源于系統(tǒng)性、層次性的專業(yè)基礎知識學習，又少不了操作者日積月累的現場生產經驗。石油鉆井液工的技能培訓，不是一蹴而就、立竿見影短期行為，是長期堅持不懈的系統(tǒng)性學習，是隨著崗位的需求而不斷進行補差的日常學習行為。（二）任務：本大綱針對鉆井隊崗位員工技能現狀、人員結構，結合崗位要求，突

3、出崗位應知應會，制定了崗位標準，使崗位員工參照標準尋找自身技能差距，開展日常的知識、技能培訓學習活動。從而夯實崗位基礎知識和操作技能，最終實現崗位與崗位員工的專業(yè)知識、綜合技能及素質相吻合的局面。（三）教學目標：通過崗位系統(tǒng)培訓，使鉆井隊泥漿工有計劃、有步驟地掌握崗位應知內容和應會技能，夯實崗位基礎知識，逐步提升安全生產能力，全面提高綜合素質。經過一完整周期的培訓學習，使泥漿工能夠增強安全生產意識；熟知、崗位職責、巡回檢查及崗位交接班、崗位負責制內容并自覺認真履行；熟練掌握鉆井液性能、儀器使用和維護；掌握不同工況下的鉆井液調整技術；掌握各種井下復雜及事故的預防措施和處理方法。經過技能等級考核，

4、最終達到鉆井泥漿工中級工水平。三、培訓內容和基本要求及課時分配：培 訓 內 容基 本 要 求課時第一、第二季度（生產啟動-6月30日）70一、井控專項培訓20一）井控應知內容（20）1.井控概念；2.井控相關基礎理論；3.井控工作特點；4.對井控工作的認識；5.井噴失控的原因與危害；6.各種工況下的關井程序；7.井控崗位職責；8.一次井控基礎知識；9.有毒有害氣體防護知識；10.川慶鉆探工程公司井控實施細則。11.了解井控概念及井控相關基礎理論知識；2.2.掌握井控工作的特點，增強對井控工作的認識；3.3.掌握井噴失控的原因與危害并能做到有效預防；4 4.了解有毒有害氣體防護措施及防護設施的使

5、用； 5.掌握一次井控基礎知識；6.熟知井控安全的基本要點在于，及時準確發(fā)現溢流，迅速正確組織關井。二、技能學習50一）崗位應知內容（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.地質基礎知識；11.有毒有害氣體防護；12.固控設備使用與維護；13.崗位作業(yè)風險識別與削減措施；14.技能鑒定教材初級工基礎理論知識及試題；15.“青工崗位培訓課堂”輔導材料。 二）崗位應會技能（20）1.一

6、般性能鉆井液配制； 2.燒堿溶液配制；3.技能鑒定教材初級工技能操作部分及操作試題；4.技能鑒定教材初級工基礎操作項目及操作試題。1.熟悉、領會崗位責任制、巡回檢查制、崗位交接班制、崗位負責制內容并積極認真履行；2.熟練掌握鉆井液密度、粘度等各種性能的檢測方法；3.熟練掌握簡單性能鉆井液的配制方法；4.掌握泥漿坑布局設計；5.掌握泥漿坑沉降空間的預算方法； 6.了解鉆井液新工藝、新技術發(fā)展方向和前景；7.了解鉆井液、鉆井地質基礎知識；8.熟知崗位作業(yè)風險，并能有效積極控制；9.熟練掌握技能鑒定教材初級工基礎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容；11.熟悉

7、鉆井總公司110種作業(yè)程序文件本崗位程序；12.熟悉設備的使用與維護，防止事故和復雜情況發(fā)生。第三季度（7月1日-9月30日）50一、井控專項培訓10一）井控應知內容（5）1.井下各種壓力概念及相互關系；2.地層與井眼間的壓力平衡；3.一次井控概念及一次井控措施；4.溢流及其顯示；5.溢流的發(fā)現；6.溢流的控制即關井程序；7.井控崗位職責；8.防噴演習手勢；二）井控應會技能（5） 1.壓井鉆井液的配置；2.各種工況下的防噴演練。1.熟練掌握井控崗位職責并能嚴格履行；2.了解井下各種壓力的概念及相互間的關系；3.了解地層與井眼間的壓力平衡關系并能有效控制；4.掌握一次井控措施；5.掌握溢流的原因

8、及其各種顯示；6.掌握及時準確發(fā)現溢流，迅速正確關井技術要領；7.熟練掌握各種工況下的防噴演習安全操作。二、技能學習40一）應知內容（25）1.不同地層鉆井液性能要求；2.不同井型鉆井液性能要求；3.一般復雜的應對；4.復雜、事故案例；5.技能鑒定教材中級工基礎理論知識及試題；二）應會技能（15）1.鉆進時復雜的排除；2.接單根時遇阻，鉆井液技術措施；3.起下鉆遇阻，鉆井液技術措施。4.技能鑒定教材中級工基礎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、崗位負責制內容，領會要領并認真履行；2.掌握四合一復合導向鉆具對鉆井液的特殊要求；3.掌握井漏、井塌、粘吸卡鉆、坍塌卡鉆等

9、各類井下復雜與事故發(fā)生的原因、預防措施及處理方法；4.熟練掌握技能鑒定教材中級工基礎理論知識及技能項目操作；5.熟練掌握“青工崗位培訓課堂”學習輔導材料本崗位內容；6.認真完成學習記錄本的填寫。第四季度（10月1日-冬休）50一、井控專項培訓10一）井控應知內容（5）1.井控技術；2.井控設備維護與檢修；3.防噴演習手勢（信號）；4.溢流的判斷；5.檢測儀器的使用程序與維護技術；6.川慶鉆探工程公司井控實施細則；7.井控事故案例。二）井控應會技能（5） 1.壓井鉆井液的配置；2.各種工況下的防噴演練。1.掌握井控基礎知識；2.熟練掌握防噴演習手勢（信號）；3.熟練掌握溢流的判斷技術；4.熟練掌

10、握崗位不同工況下的關井程序、要求及安全注意事項；5.熟練掌握檢測儀器的使用與維護技術；6.熟知井控細則；7.熟知井控事故發(fā)生的原因，增強井控意識，提高井控技能；8.熟練掌握一次井控安全操作。二、技能學習40一）應知內容（20）1.膠體化學基礎知識；2.鉆井液流變性；3.固相控制技術；4.各種處理劑性能與作用；14.技能鑒定教材高級工基礎理論知識及試題。二）應會技能（20）1.鄂爾多斯盆地鉆井液維護要點；2.不同井段鉆井液的維護要領；4.技能鑒定教材高級工操作項目。1.熟練掌握鉆井液有關的各種基礎概念；2.熟悉各個區(qū)塊對鉆井液性能要求；3.了解本區(qū)塊地層特性；4.了解粘土特性；5.熟悉鉆井液性能

11、調整要求；6.掌握固相控制對鉆井工作的影響；7.熟練掌握技能鑒定教材高級工基礎理論知識及技能項目操作；四、大綱說明及其他教學環(huán)節(jié)安排 本大綱適用于石油鉆井泥漿工崗位日常培訓學習。根據崗位培訓大綱要求，結合生產形勢，利用生產現場或生產間隙，有計劃有步驟地完成季度、年度培訓任務。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，促進培訓任務如期完成、有效完成。培訓中心將以巡回輔導、檢查的形式，階段性進行綜合考核。五、教學建議培訓過程，以生產現場為課堂，以現場設備、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。具體內容以崗位要求為標準，結合自身實際，進行補差學習；個性問題以自學

12、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；對于生產中出現的新疑難及條件限制等因素造成現場上不便解決的難題，以電話咨詢或參加崗位輪訓培訓班的方式，逐步解決生產中的各類問題，最終實現建設一支安全、高效、優(yōu)質生產的鉆井隊伍。六、本課程與相關課程的關系 因石油鉆井的綜合性和特殊性，涉及到了鉆井地質、鉆井液技術、柴油機、機械設備、井下復雜與事故等較多的專業(yè)知識。一個合格的石油鉆井液技術工作人員，在熟練掌握鉆井專業(yè)知識、技能外，還必須掌握較系統(tǒng)的相關知識，才能滿足崗位復雜性的需要。為此，在編寫崗位輔導教材時，參考了諸多的專業(yè)知識資料，針對崗位的不同層次，使培訓內容盡可能

13、的貼近崗位實際，以滿足生產崗位對崗位員工的知識、技能的要求。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 負責對鉆井液性能的日常維護，使其符合設計和井下要求，確保井下安全正常。二、鉆井泥漿工應知理論知識一）鉆井液基礎知識和相關概念1.高分子化合物高分子化合物又稱高聚物，是由許多簡單的結構單元以共價鍵重復結合而成的；構成高分子的基本結構單元稱為鏈節(jié)；組成高分子化合物的一個分子鏈節(jié)的數目稱為聚合度；能聚合成高分子化合物的低分子原料叫做單體。單體的基本構成，通常具有不飽和鍵。例

14、如：烯烴：乙烯、丙稀。炔烴：乙炔、丙炔。聚乙烯：C2H4n1.1高分子化合物的聚合反應由一種或幾種單體聚合生成高分子化合物的反應稱為聚合反應。聚合反應又可分為加聚反應和縮聚反應兩種。1.1.1加聚反應：由不飽和的低分子化合物相互加成或由環(huán)狀化合物開環(huán)相互連接而成的反應叫加聚反應。該反應的特點是反應過程中沒有低分子化合物的產生，聚合物的基本結構單元和單體具有相同的化學組成，其相對分子質量為鏈節(jié)相對分子質量的整數倍。由同種單體進行的聚合反應稱為均聚反應。由兩種或兩種以上的單體進行的聚合反應稱為共聚反應。1.1.2縮聚反應：縮聚反應是由相同或不同的低分子化合物縮合成高分子化合物的反應。反應特點是反應

15、過程中同時產生某些小分子物質，參加反應的單體分子內至少具有兩個以上能夠相互作用的官能團，所得的高聚物的組成與原料單體的組成不同。1.2高分子化合物的分類和命名1.2.1根據來源分類，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按高分子主鏈的結構分類，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根據工藝性質分類，可將其分為塑料、橡膠、纖維三大類。1.2.4根據合成高分子化合物的反應類型分類，可將其分為加聚物和縮聚物兩類。高分子化合物的命名主要有：天然高分子化合物習慣上用俗名；

16、合成高分子化合物常根據原料名稱和制備方法命名，例如：加聚反應制得的高分子化合物大多在原料名稱前加“聚”字，由縮聚反應制得的高聚物則通常在原料名稱后加“樹脂”二字，加聚物在制成成品之前也常用“樹脂”稱呼；此外，聚合物還有商品名稱。1.3高分子化合物的特點1.3.1具有很大的相對分子量，一般在103107。1.3.2具有多分散性。指高分子化合物的分子組成成分相同而相對分子量和結構各異的特性。1.3.3高分子鏈的柔順性。指高分子鏈中C-C單鍵的內旋轉性。1.3.4具有復雜的結構和形態(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。線型高分子化合物的分子鏈呈線狀長鏈，常呈卷曲狀態(tài)，主

17、鏈上可連有取代基，在適當的溶劑中可以溶脹并能溶解，具有彈性和塑性。支鏈型高聚物可看成是帶有與主鏈結構基本相同的支鏈的線型分子，支鏈的長短和數量可以不同，甚至支鏈上還有支鏈，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、具有空間網狀結構的高聚物，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.膠體化學基礎知識2.1分散體系的概念及膠體性質2.1.1分散體系及其有關性質分散體系：一種或幾種物質分散成微小的質點而分布于另一種物質中，這類體系稱為分散體系。例如：一杯清水，投入一定量的粘土，攪拌后，變?yōu)闇啙嵋?，則渾濁液是粘土顆粒分散在水中的分散體系。膠體化學的研究對象主要是顆粒分

18、散體系。分散質及分散劑：被分散的物質稱為分散質；分散其他物質的介質稱為分散介質，又稱為分散劑。例如在純水中投入粘土后形成的渾濁液中，水是分散劑，粘土是分散質。相和相界面：所謂相，是指那些物質的物理性質和化學性質都完全相同的均質部分。體系中有兩個或兩個以上的相，稱為多相體系。相標志著物質的存在形式和性質的差別。例如：00C時冰水體系中的水和冰，是一種物質的兩種存在形式，所以，我們稱冰和水為兩個不同的相；又如油水體系中的水和油，雖然都是以液體形式存在，但二者的性質不同，故油和水也是兩個不同的相。鉆井液中，主要是粘土分散在水中形成的分散體系，粘土以固體顆粒形式分散在液態(tài)水中，兩者狀態(tài)、性質完全不同，

19、所以是兩個相的多相體系。相界面，是相與相之間的接觸面。如果相互接觸的兩相中，一相為氣體，這樣的相界面又稱為“表面”。液體與固相之間的分界面稱為“界面”。目前，“表面”與“界面”兩個概念通用。凡是發(fā)生在相界面上的物理化學現象都稱為表（界）面現象。分散度和比表面：分散度是某一相分散程度的量，通常用分散相顆粒（或滴液）平均直徑或長度的倒數來表示。分散體系的分類：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。膠體實際上是細分散體系，其分散相的比表面104 m2/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2.2.1溶膠：一種或幾種物質以直徑為1091

20、07m的顆粒范圍分散在另一種互不相溶的分散介質中形成的比較均勻、比較穩(wěn)定的多相體系，稱為溶膠。一般將溶膠分為親液的和憎液的兩種。親液溶膠指分散相和分散介質之間有較好的親和能力和很強的溶劑化作用，它與普通的真溶液一樣，是熱力化學穩(wěn)定體系。憎液溶膠是指分散相與分散介質之間親和力較弱，有明顯的相界面，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溶膠的制備和純化：溶膠的制備通常有兩個途徑：一是分散法，將大塊分散相物質分散成小顆粒，其顆粒大小落在溶膠范圍內，使它分散在液體介質中；二是凝聚法，即由小分子或離子凝聚成分散相。從化學反應所得到的溶膠都帶有電解質，而電解質的濃度過高會影響溶膠的穩(wěn)定性

21、，要使溶膠穩(wěn)定，必須純化。溶膠的純化要用半透膜進行透析，不能用一般過濾方法除去電解質。因為濾紙的最小孔徑為1um，溶膠粒子能順利通過，故必須用孔徑更小的半透膜，才能阻止溶膠粒子通過。用半透膜提純溶膠的方法，叫透析。2.2.3溶膠的性質：運動性質光學性質電學性質電泳、電滲、流動電位、沉降電位2.3溶膠粒子表面帶電核的主要來源電離作用晶格取代作用離子吸附作用未飽和價鍵3.粘土礦物基礎知識3.1粘土礦物3.1.1粘土礦物的組成：粘土礦物顆粒一般很細，約在15um。大多數是結晶質，具有層狀結構，表現出片狀或板狀形態(tài)，少數為鏈狀結構、纖維狀或棒狀形態(tài)。有不定量的化學元素，主要是鋁（Al）、硅（Si）、氧

22、（O）、氫（H）,少量的鎂（Mg）、鐵（Fe）、鈉（Na）、鉀（K）等。3.1.2粘土的分類：據粘土中礦物含量的不同大體分為三類：高嶺石粘土微晶高嶺石粘土：也成蒙脫石、膨潤土、膠嶺土，主要由微晶高嶺石粘土組成。伊利石粘土3.2粘土的化學成分核結構3.2.1粘土的化學性質：主要有二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）和水，還有氧化鐵（Fe2O3）、氧化鈉（Na2O）、氧化鉀（K2O）、氧化鎂（MgO）、氧化鈣（CaO）等。3.2.2粘土礦物的基本結構：四面體：由Si4+在中心，O2- 在四周構成的立體幾何圖形，又稱Si-O四面體。四面體片八面體：由Al3+（或Mg2+）為中心，四周有6個

23、陰離子O2-（或OH-）構成的一個立體幾何圖形。因其為Al3+與O2-組成，故又稱 Al-O八面體。八面體片4.粘土顆粒遇水的作用4.1粘土顆粒的粒度分布據美國石油協會(API)規(guī)定粘土分以下三類：粘土（膠體） 粒度小于2um;泥質 粒度為274 um砂質 粒度大于74 um4.2粘土顆粒遇水后作用粘土在水中極易分散成細小顆粒，形成粘土水的懸浮體，使粘土顆粒具有較強的帶電性、水化分散性、離子交換性和表面吸附性。4.2.1粘土的電荷：粘土通常帶有電荷，這是其具有電化學性質的根本原因，并影響粘土的各種性質。如粘土吸附陽離子的多少取決于其所帶電荷的數量。帶同樣電荷的粘土吸附鈉離子比吸附鈣離子就多，從

24、而致使吸附鈉離子的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、無機處理劑的作用以及膠體的分散絮凝作用等性質，都受粘土電荷的影響。粘土正電荷與負電荷的代數和即是粘土的凈電荷數，因粘土的負電荷一般都多余正電荷，故粘土一般帶負電荷。4.2.2粘土的吸附作用：物理吸附化學吸附離子交換吸附a離子交換吸附的特點：粘土礦物通常是帶負電荷的，但是在一定條件下也可以帶正電荷。還有不少的固體表面上本身吸附一層離子，當外加離子進入溶液時，固體離子本身與溶液離子能進行交換。一般天然的粘土都是自然的離子交換吸附，由于本身有硅氧四面體和鋁氧八面體結構，使剩余的價鍵（一般都有負電）有可能吸附陽離子，它們與外

25、界離子也有相互交換作用。特點1：同號離子相互交換。特點2：等電量或等當量交換（如一個鈣離子可與2個鈉離子交換）；特點3：離子交換吸附的反應是可逆的，吸附和脫附的速度受離子濃度的影響。例如，鉆井液中的粘土吸附了鈉離子，當遇到鈣侵時，鈣與粘土表面吸附的鈉進行等當量交換，使性能變壞，這時加入純堿，即增加溶液中的鈉離子濃度，同時鈣離子與純堿生成碳酸鈣沉淀，減少了鈣離子的濃度，鈉又把粘土表面吸附的鈣離子交換下來，使鉆井液性能又得到改善。這說明，粘土分散的越細，比表面液越大，吸附能力就越大，吸附的離子就越多；比表面越小，吸附的離子就越少。b離子交換吸附強弱規(guī)律：規(guī)律1：離子價數影響：一般在溶液中濃度相差不

26、大時，離子價數越高，粘土表面的吸附能力就越強，即離子交換到粘土表面上的能力越強。規(guī)律2 ：離子半徑的影響：同價數的不同離子濃度相近時，離子半徑小的，水化半徑大，離子中心離粘土表面遠，吸附就弱；離子半徑大的，水化半徑小，離子中心離粘土表面近，吸附就強。規(guī)律3：離子濃度的影響：離子濃度受每一相中不同離子相對濃度的制約。如用膨潤土配鉆井液時，加入純堿就可以變?yōu)殁c土。這是因為當提高了溶液中的鈉離子濃度時，與粘土上原來吸附的高價鈣、鎂離子發(fā)生了相互轉換。c粘土的陽離子交換容量（也叫吸附容量）：PH值對陽離子交換容量增加的影響是，鋁氧八面體中的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

27、電離，使粘土表面負電荷增加。另外，溶液中OH- 增多，它靠氫鍵吸附于粘土表面，使粘土的負電荷增多，從而增加了粘土的陽離子交換容量。這些知識，有效地把握促進或抑制粘土多分散度，獲得符合要求的鉆井液性能。5.粘土的水化作用粘土的水化作用是影響鉆井液的重要因素。粘度、切力和濾失量在很大程度上取決于粘土的水化作用。5.1粘土礦物水分化學結合水（晶格水）：粘土礦物中鋁氧八面體和羥基層，在高溫3000 C 時，其結晶水會受到破壞而失去。吸附水（束縛水）：因分子間引力和靜電引力的作用，具有極性的水分子可被吸附到帶電的粘土表面上，在粘土顆粒周圍形成一層水化膜，這部分水隨粘土顆粒一起運動。自由水（液態(tài)水）：水分

28、子不受粘土顆粒的束縛，重力作用下可在粘土顆粒之間自由移動，當加入絮凝電解質后，粘土顆粒形成局部網狀結構，包住了一部分自由水，這部分水不能自由移動，必須和網狀結構一起運動，相當于增加了鉆井液這的固相含量，從而減少了自由水，使鉆井液變稠。5.2粘土水化作用的影響因素不同陽離子對粘土水化作用的影響：粘土一般帶負電荷，能將各種陽離子和一些吸附狀態(tài)的水化陽離子吸附到粘土表面上，在粘土表面形成水化膜。所以，粘土吸附的陽離子不同，形成的水化膜厚薄也不相同。粘土礦物本身性質對水化膜的影響：粘土礦物構造不同，水化作用差別很大。由于晶格間靠分子引力聯系，鍵能的強弱、晶格間距離的大小、取代位置和陽離子交換容量的不同

29、都使粘土水化膨脹差別很大。5.3粘土顆粒的連接方式及對鉆井的影響5.3.1粘土的連接方式：粘土顆粒在水溶液中的連接方式不同，對粘土水懸浮體的流動性影響就不同。一般有三種連接方式：面面、邊面、邊邊，三種連接方式也可能同時存在。聚結作用是粘土顆粒面面連接，形成較厚的“層”或“束”，減少了粘土顆粒的數目，使粘度下降。分散作用是聚結作用的逆過程，可形成較多的顆粒數目和較高的粘度。粘土通常是在水化之前聚結，水化時發(fā)生分散，分散程度取決于水化電解質的種類、含量、時間、溫度、粘土的交換陽離子的種類和粘土的濃度等。絮凝作用是粘土顆粒邊邊或邊面連接，形成網狀結構，引起粘度增加。無論是降低顆粒間斥力，還是減薄水化

30、膜，若加入2價陽離子或升溫，都會促進絮凝作用。鉆井液中加入的某些處理劑，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，具有解絮凝作用，這些處理劑就是我們常說的降粘劑。很明顯，不管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，吸附的水就越多，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的影響：粘土顆粒大小對鉆井液性能的影響主要取決于顆粒面積的大小，表面積大，吸附的水就越多。尤其是當大顆粒分散成小顆粒后，體積雖然沒有改變，但表面積增加了，就會使吸附的水增多，導致鉆井液性能變壞，不利于鉆進。例如，一粒直徑100um的鉆屑被攜帶到地面后，未被清除而留

31、在鉆井液中，經過多次循環(huán)和鉆頭多次切削，就會變成12。5萬個直徑為2um的小顆粒，不但增加了清除難度，還使表面積增加了50倍，這就需要用50倍的水來覆蓋其表面，使鉆井液的塑性粘度、屈服點、靜切力大大提高，流動性變壞，直接影響鉆井速度。因此，在鉆進時，第一次循環(huán)就必須采取有效措施，將井底返到地面的鉆屑盡可能多的清除掉，以提高機械鉆速，減少對油氣層的損害。6.鉆井液穩(wěn)定性6.1粘土水界面的雙電層粘土顆粒遇水后，表面帶負電，在它周圍必然吸附正離子。粘土顆粒表面的負電荷（負離子）稱為定勢離子；吸附在定勢離子周圍的陽離子（正離子），由于帶電性相反，稱為反離子。在粘土顆粒表面上的定勢離子與反離子這兩層離子

32、電荷相反，帶電量相等，故整個粘土顆粒在靜止時是電中性的。吸附在定勢離子周圍的反離子，一方面受粘土顆粒表面定勢離子的吸引要靠近粘土表面；另一方面這些反離子本身又互相排斥，此外還有其本身的熱運動使它自身擴散，遠離粘土表面。這兩種力同時作用的結果使反離子在粘土顆粒周圍一定距離內呈擴散分布狀態(tài)。在任一瞬間，部分反離子呈擴散狀態(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。取粘土顆粒表面的一部分來看，粘土顆粒表面有多少個負電荷，在其周圍必然吸附同樣多的帶正電荷的離子（也叫水化離子）。隨著與粘土顆粒表面的距離增大，正電荷的分布也由多到少，擴散在外圍

33、。因為反離子平衡了粘土顆粒的負總電荷，所以反離子電荷等于負離子的電荷，又等于吸附層電量和擴散層電量的總和，可以表示為：E定=E反=E吸+E擴式中E定=粘土表面定勢離子的總電荷；E反=粘土表面吸附反離子的總電荷；E吸=吸附層電荷；E擴=擴散層電荷。在粘土顆粒處于靜電場或劇烈運動的情況下，吸附層的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；而擴散層的反離子由于離粘土表面較遠，與定勢離子的吸引力較弱，故不隨粘土顆粒一起運動，容易被摔掉。吸附層和擴散層的交界面稱為滑動面。這樣，粘土顆粒就在運動中丟掉了擴散層的反離子而顯示出一定的電勢，這個電勢就稱為粘土顆粒表面的電動電勢

34、（或叫電動電位），用符號表示，故又可稱為電勢（或電位）所謂電勢就是指從滑動面到溶液內部過剩負電荷為零處的電位差，可用下式表示：=E擴=E定-E吸=E反-E吸一般來講，粘土顆粒表面的定勢離子的總電勢是不變化的，所以電動電勢的大小取決于吸附層電量E吸的大小。E吸越大，電動電勢就越小。粘土顆粒擴散雙電層和電動電勢受粘土水溶液中電解質的影響。溶液中提供的陽離子的濃度和類型變化時，會使擴散雙電層和電動電勢發(fā)生變化。因此，影響電動電勢的主要因素有：吸附反離子的價數：粘土顆粒表面吸附反離子的價數越高，吸附層正電荷越多，吸附層電量E吸增加，則電動電勢越小，雙電層厚度減小。吸附反離子的水化半徑：在同價離子中，離

35、子半徑越小，水化越好（H+除外），水化離子的體積越大，吸附層內能容納的離子數目相對越少，吸附層電量E吸減小，電動電勢越大，雙電層厚度增大。溶液中反離子的濃度：對于同價同種離子來說，溶液中反離子濃度越大，進入吸附層的反離子數目越多，使吸附層電量E吸增大，電動電勢越小，雙電層厚度減小。這種現象稱為粘土顆粒表面的擠壓雙電層現象。由以上分析可以看出，粘土顆粒在不斷的運動中甩掉了擴散層的反離子而使表面帶負電荷。因同種電荷相斥，粘土顆粒間產生靜電斥力，當粘土顆?？拷鼤r相互排斥而不聚結，從而保持了鉆井液的聚結穩(wěn)定性。另外，帶電量越大，即電動電勢越大，顆粒間斥力越大，鉆井液的聚結穩(wěn)定性就越高。6.2粘土的分散

36、和聚結6.2.1粘土顆粒間的相互作用力：粘土顆粒的分散與聚結主要是由其受力狀況不同而引起的。如果粘土顆粒間的排斥力占優(yōu)勢，則粘土顆粒分散；若吸引力占優(yōu)勢，則粘土顆粒聚結。粘土顆粒的受力狀況可歸納為：斥力：由粘土顆粒電動電勢造成的粘土層面上的靜電斥力和粘土顆粒表面水化膜的彈性斥力。引力：由粘土層面上的分子間引力和棱角、邊緣處的異性電荷造成的靜電引力。通常粘土顆粒層面上由于電動電勢的存在，以斥力為主，而在棱角、邊緣處，因水化較差，顯示出由異性電荷造成的吸引力。粘土顆粒因層面間相互排斥，在棱角、邊緣處互相吸引而形成空間網架結構。6.3粘土在鉆井液中的分散、絮凝和聚結6.3.1分散狀態(tài)：鉆井液中的粘土

37、顆粒有很強的電動電勢，且粘土顆粒的水化很好，水化膜很厚，粘土顆粒間的靜電斥力和水化膜彈性斥力使粘土顆粒不可能接近和互相連接，粘土呈高度分散狀態(tài)。這時鉆液具有較高的粘度，結構性不強，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)：如鉆井液中粘土的電動電勢較小，粘土顆粒的水化較差，則顆粒間的靜電斥力和水化膜斥力都較弱，粘土顆粒的棱角、邊緣處水化也較差，這時粘土顆粒間可能以邊邊和邊面相連接，形成空間網架結構。粘土顆粒呈絮凝狀態(tài)，這時鉆井液有較高的粘度和切力，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聚結狀態(tài)：若粘土

38、的電動電勢很小，粘土顆粒的水化也很差，這時粘土顆粒將以面面相結合而形成一層層重疊的大顆粒，這種狀態(tài)下的鉆井液粘度、切力很低，濾餅非常松散，濾失量很大，鉆井液的穩(wěn)定性很差，嚴重時粘土顆粒聚結變得很大，很快沉淀，出現聚沉現象。粘土在鉆井液中的狀態(tài)對鉆井液性能的影響很大，從維護鉆井液的穩(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)雖要形成空間網架結構，但若適度絮凝，就是一種較好的鉆井液類型。6.4粘土的造漿率6.4.1粘土千漿率的概念粘土的造漿率是指1t干粘土能配制粘度為15mPa.s鉆井液的體積(m3)。造漿率越高，粘土的水化分散性越好，因此，粘土的造漿率大小也就是粘土分散為膠體

39、的能力大小。鉆井液中膠體含量越高，穩(wěn)定性越好。6.4.2粘土造漿率的影響因素粘土造漿率的大小受粘土的帶電性質、吸附陽離子的類型、水化性、分散性等因素的影響。鹽對粘土造漿率的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。為提高粘土的造漿率，配制粘土漿時加入適量純堿，除去鈣離子，增加鈉離子，使鈣質土變?yōu)殁c質土，提高粘土的造漿能力。由于加膨潤土的方式的和程序不同，膨潤土的造漿率也不一樣。把粘土先加水和化學分散劑使之充分水化，該方法配制的粘土漿粘度明顯高于把粘土直接加入鹽水中形成的粘土漿粘度。因此，為充分發(fā)揮膨潤土的作用，使鉆井液保持分散狀態(tài)，配制鉆井液

40、時應盡量采用膨潤土預水化的方法。pH值對粘土造漿率的影響pH值大于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，增加了膨潤土表面的負電荷，使鈉質土的含增大，水化分散性增強，膠體含量增加，所以粘度升高。pH值越大，這種現象越明顯。因此，細分散鉆井液的pH值大多控制在9以上。6.5鉆井液的穩(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，分散相顆粒是否容易下沉的性質。若下沉速度很小，則稱訪體系具有沉降穩(wěn)定性。沉降穩(wěn)定性的影響因素有以下幾點：6.5.2重力的影響：分散相的顆粒本身所受重力作用的大小是沉降穩(wěn)定性的決定因素。若把顆粒近似看做球形，設其半

41、徑為r，同時令分散相密度為，分散介質密度為0，則分工作服相顆粒受重力作用所產生的沉降力為：由式（5-4-3）可見，分散相顆粒在膠態(tài)體系中所受的沉降力主要取決于顆粒半徑（r）的大小，其次是分散相與分散介質的密度之差（-0）。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布朗運動的影響：布朗運動是指膠體粒子在各個方向上進行的頻繁而無序的運動。它是由于分散體系中分散介質分子和分散相粒子處于熱運動狀態(tài)，并且分散相粒子又受到周圍介質不斷地撞擊而引起的。布朗運動是影響膠體體系沉降穩(wěn)定性的主要因素。由于布朗運動的存在，膠粒不會停留在某一固定位置上，使膠粒不為重力而

42、沉降。布朗運動越劇烈，沉降穩(wěn)定性越好。6.5.4分散介質粘度的影響：膠粒受重力作用要下沉，其沉降速度可由下式求出：式中：沉降速度；R膠粒的半徑；分散介質的粘度；、0分別為膠粒和分散介質的密度；g常數。由式（5-4-3）可知，在其他條件相同時，顆粒的沉降速度與介質的粘度成正比。因此，提高介質粘度也是提高沉降穩(wěn)定性的重要手段。鉆井液之所以要求有一定的粘度，這也是一個重要原因。6.5.5鉆井液切力的懸浮作用：鉆井液具有一定強度的網狀結構，這種結構對下沉粒子的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的分散相顆粒，因此一般不作為膠體穩(wěn)定性的內容進行討論。6.6聚結穩(wěn)定性聚結穩(wěn)定性是指分散相

43、顆粒是否容易聚結變大的性質。若分散相顆粒容易合并變大，則聚結穩(wěn)定性就差，沉降穩(wěn)定性也不好。因此，聚結穩(wěn)定性對鉆井液來說具有重要意義。6.6.1阻止粘土顆粒聚結的因素：雙電層斥力：由于粘土顆粒周圍有擴散雙電層，粘土顆粒在運動中就因丟失擴散層的反離子而顯示出一定的電動電勢，電動電勢越高，顆粒間的靜電斥力越大，粘土顆粒就越難聚結合并。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，形成粘土顆粒周圍的吸附水化摸，并且雙電層越厚，水化膜越厚，顆粒間越不容易聚結。6.6.2引起粘土顆粒聚結的因素：粘土顆粒的分子間引力（范德華力）：無論是粘土-水溶膠，還是其他膠體，它

44、們的顆粒都會自動聚結合并，這一事實說明顆粒間存在著數量上足以和雙電層斥力相抗衡的吸力，這個吸力就是范德華力。理論推知，在作用力的范圍內，顆粒之間的吸力比單個分子之的吸力強得多，并且顆粒越大，相互間的距離越近，吸力越大。所以，當粘土顆粒相互靠近到吸力作用范圍內，且吸力大于斥力時，粘土顆粒就會發(fā)生聚結（或叫絮凝）。電解質的聚結作用：當電解質加入到鉆井液后，電離出的陽離子進入吸附層，使電勢降低，當電勢降低到一定程度，其靜電斥力和吸附溶劑化層的阻力減小到不足以阻止膠粒聚結時，鉆井液就要發(fā)生明顯聚結。聚結作用常以分散相顆粒的沉淀而告終。電解質的聚結作用主要包括吸附作用、離子交換吸附作用、壓縮雙電層作用。

45、鉆井液開始明顯聚結時所加電解質的最低量濃度稱為聚結值。一般以“10-3mol/L”為單位。影響電解質聚結的因素可概括如下：a電解質的濃度：鉆井液中加入同種電解質的濃度越大，進入吸附層的反離子越多，電勢越小，越易發(fā)生聚結。b電解質的離子價數：加入電解質的離子價數越高，與粘土表面定勢離子的吸力越強，吸附層電量E吸越大，電勢越小，越易發(fā)生聚結。c電解質的離子半徑：在離子濃度相同、價數相同的條件下，離子半徑越大，對極性水分子的吸力越小，水化膜越薄，越易進入吸附層內，使電勢降低，水化膜斥力減小，顆粒易發(fā)生聚結。7.鉆井液流變性鉆井液流變性指鉆井液流動和變形的特性。其流變性直接影響鉆速、泵壓、攜屑、固井，

46、關系到鉆井速度和成本。所以，控制鉆井液流變性具有重要的意義。7.1液體流動的基本概念和基本流型7.1.1液體流動的基本概念：速度梯度和剪切應力液體流動時各質點的速度不同，如圖5-5-1所示。把流動的液體分為若干層，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d，則比值d/dx表示垂直于流速方向上單位距離內的流速增量，稱為流速梯度（或剪切速率），簡稱速梯。速梯大，表示液流中流速變化大，反之表示流速變化小。速度梯度用符號y表示，在SI單位制中，流速的單位為m/s，距離的單位為m，速梯的單位為s-1。既然液流中各層的流速不同，也就是說層間有相對運動，則不同的液層之間發(fā)生內磨擦，也即兩液層產

47、生相互剪切作用，出現成對的內磨擦力（剪切力），阻礙了各液層的相對運動（或稱剪切變性）。牛頓內磨擦定律：液體流動時，液層間產生的內磨擦力F的大小與液體的性質及溫度有關，并與速梯d/dx和兩液層的接觸面積S有關。流變曲線液體的流變特性可用流變曲線表示。流變曲線是速度梯度和剪切應力關系的曲線。由實驗求出一系列速度梯度和剪切應力的數據，就可在直角坐標系中作出速梯變化的曲線，或剪切應力隨梯變化的曲線。這兩種形式實質上是一樣的，只是兩坐標互換而已。7.1.2液體的基本流型:液體是指隨盛放容器的形狀而改變其自身形狀的物質。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磨擦定律的流體都稱為牛頓流體

48、；流變性不符合牛頓內磨擦定律的流體統(tǒng)稱為非牛頓流體。四種基本流型如圖5-5-2所示。牛頓流型：像水等大多數純液體、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的直線，如圖5-5-2所示。b加很小的力就能發(fā)生流動，且速梯與切應力成正比。c粘度不隨切應力或速梯變化，是一個常量。該粘度叫絕對粘度，用“絕”表示。塑性流型：一般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施加的切應力必須超過某一最低值S，然后才能流動。這個開始流動的切應力S稱為靜切應力，又叫凝膠強度。c當切應力S時，塑性流體還不能均勻地被剪切，粘度隨切應

49、力的增大而降低。d繼續(xù)增加切應力，粘度不再隨切應力而變化，此時流變曲線成為直線。這個不隨切應力而變化的粘度，稱為塑為塑性粘度，用“塑”表示。e延長這段直線不通過原點，而是與切應力軸相交于0，0稱為動切力，或稱屈服值。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力軸，如圖5-5-2所示。b施加極小的切應力就可流動，沒有靜切應力。c它的粘度隨切應力的增大而降低。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力軸的曲線，如圖5-5-2所示。b沒有靜切應力。c它的粘度隨切應力的增大，靜止時又恢復原狀。7.2鉆井液的流動

50、變形特性7.2.1鉆井液的流動特點：鉆井液是具有結構性的流體，一般屬于塑性流體，其流動性不同于牛頓流體。隨剪切應力的增加，塑性流體流動可經過靜止、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。1 靜止：如圖5-5-3中OA段，這時0S。雖然對鉆井液施加一定的剪切應力，但因此力校小，鉆井液形成的結構未被破壞，所以鉆井液仍然靜止不動。S稱為鉆井液極限靜剪切應力，它是鉆井液靜止狀態(tài)下結構力大小的量度。塞流：如圖5-5-3中AB段，SB。當剪切應力值大于極取勝靜剪切應力S時，鉆井液內部結構開始破壞，鉆井液開始流動。鉆井液在此流態(tài)下各質點

51、不僅流動方向相同，而且速度一樣，皆等于0，只是在靠近管壁處，速度由0增加到0。整個液體類似一個固體塞子在管內滑動（像擠牙膏一樣），所以這種流型稱為塞流。不完全層流：1BC。隨剪切應力增加，塞流區(qū)的半徑減小，層流區(qū)擴大。中間的塞流區(qū)（或稱流核）各質點流動速度一樣，皆等于1；而在層流區(qū)，速度由管壁處的0增加到臨近流核處的1。這種流態(tài)稱為不完全層流或準層流。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加，在管中心線處流速達最大，就像不同速度的同心圓筒流動一樣，如圖5-5-4所示。這種流態(tài)稱為層流。在層流狀態(tài)下，隨剪切應力增加，中心線處的最大

52、流速升高，速度梯度增加，流型剖面的拋物線形狀變得更尖更脆。紊流：如圖5-5-3中D點以后段，D。這時各質點開始做無規(guī)則運動，方向各不相同，出現漩渦和花紋，但流動剖面最前邊的端線呈扁平狀，流速相當高。這種流動狀態(tài)稱為紊流。7.2.2有關鉆井液流變懷模式方案：根據生產實際的需要，通?？衫靡恍┖唵蔚拇鷶捣匠虂斫泼枋鲢@井液的流變性。賓漢方程賓漢提出用不通過坐標原點的直線方程描述鉆井液，叫賓漢方程。本方程得到廣泛應用。其表現形式為： 式中剪切應力，map；塑鉆井液的塑性粘度，map；速度梯度，S-1；0鉆井液的動切應力，map。指數方程指數方程也叫冪律方程，用來描述鉆井液的流變性，特別是在環(huán)空水力學

53、計算中得到廣泛的應用。其表現形式為：卡森模式方程是用三個流變參數來說明鉆井液流變性質的。OC相當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的流變結構，故可作為鉆井液的近似水眼粘度。0相當于鉆井液從開始流動到切變率極限高之間，可供拆散的鉆井液結構程度。一般來說，0越大，鉆井液的切變稀釋特性越好。相當于鉆井液靜態(tài)結構的強弱，故可與鉆井液的懸浮和攜帶巖屑的能力相聯系?？ㄉＪ降膽脤︺@井液在極限高切變率（如鉆頭水眼處）情況下的變化規(guī)律、鉆井液對鉆井速度的影響以及鉆頭水眼處噴射情況的分析等都具有重要意義。另外，還有雙曲線模式方程、屈服型塑性流體方程等，因目前應用均不廣泛，在此就不

54、再一一介紹了。7.3鉆井液的流變參數及測量7.3.1鉆井液的流變參數：切力：鉆井液的切力是指靜切應力，其膠體化學實質是膠凝強度。其物理意義是鉆井液靜止時，破壞鉆井液內單位面積上的網架結構所需要的剪切力，單位是Pa。初切力是鉆井液攪拌后靜止1min測得的靜切力，用G1（或1）表示；終切力是攪拌后靜止10min測得的靜切力，用用G10（或10）表示。目前多用旋轉粘度計測量。靜切力的大小取決于鉆井液中網架結構的多少、強弱以及靜止時間。a觸變性：鉆井液的觸變性是指攪拌后鉆井液變?。ㄇ辛档停?，靜止后又變稠（切力升高）的特性?；蛘哒f，鉆井液的切力隨靜止時間和最終的膠凝強度（或切力）的大小，是觸變性的主要

55、特征。鉆井液工藝要求鉆井液應具有良好的觸變性。b動切力（0，YP）：動切力表示鉆井液在層流流動時形成結構的能力，又叫屈服值，單位是Pa。影響動切力的因素是鉆井液中的固相含量及分散度、粘土顆粒的電動電勢和水化程度、粘土顆粒吸附處理劑的情況及高分子聚合物的使用等。固相含量越大，分散度越高，即固相顆粒的濃度越大，顆粒間的距離越遠，越易形成較大或較密的空間網架結構，YP就越大，粘土顆粒的電位降低，粘土顆粒之間的斥力就減小，而屏蔽它們彼此接近的水化膜也變薄，便越容易使粘土顆粒以端對端、端對面的形式構成校大或較強的網架結構，使YP增大；粘土顆粒吸附處理劑后若能改變其端部的狀態(tài)（端部的水化膜增厚，端部吸附有減稠劑的分子），便能阻止其網架結構的形成或削弱網架結構的強度，使YP減?。桓叻肿泳酆衔镉捎谄浞肿雍艽?，當加入一定的數量后，它們會在鉆井液中形成一定的網架結構，使YP增大。由以上分析可知，要降低YP，可加稀釋劑拆散網架結構；若提高YP，可加無機鹽電解質，加預水化膨潤土漿，加生物聚合物以及加相當數量的高分子聚合物，促使網狀結構的形成。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