第二章 鉆井液化學

第二章鉆井液化學第一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)鉆井液的功能與組成第二章鉆井液化學2第二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)鉆井液的功能與組成一、鉆井液的循環(huán)泥漿泵泥漿罐地面高壓管匯立管水龍帶水龍頭方鉆桿鉆桿鉆鋌鉆頭鉆柱與井壁形成的環(huán)形空間從井口返出，流經(jīng)固控設備進行處理3第三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五一、鉆井液的循環(huán)第一節(jié)鉆井液的功能與組成4第四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五二、鉆井液的功能第一節(jié)鉆井液的功能與組成2.攜帶巖屑和密度調整材料1.沖洗井底3.冷卻與潤滑鉆頭鉆具

5.獲取地層信息4.平衡地層壓力6.懸浮巖屑和固體密度調整材料7.穩(wěn)定井壁8.傳遞功率5第五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)鉆井液的功能與組成三、鉆井液的組成分散介質分散相鉆井液處理劑降濾失劑增粘劑降粘劑絮凝劑……粘土、密度調整材料（懸浮體）油或水（乳狀液）氣體（泡沫）

鉆井液處理劑組成水、油、氣體分散介質分散相鉆井液處理劑6第六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)

鉆井液密度及其調整第二章鉆井液化學7第七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)鉆井液密度及其調整一、鉆井液密度定義二、為什么要調整鉆井液密度定義：單位體積鉆井液的質量（用ρ表示）（1）防止噴、塌、漏鉆井事故的發(fā)生單位：g/cm3

或t/m3

（2）鉆井液密度與油氣層損害有關（3）鉆井液密度影響鉆井速度8第八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五三、怎樣調整鉆井液密度第二節(jié)鉆井液密度及其調整

1、調整鉆井液密度原則平衡地層壓力和地層構造應力2、調整鉆井液密度方法

（1）降低鉆井液密度降低鉆井液固相含量加水稀釋混油充氣√低密度惰性固體9第九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（2）提高鉆井液密度方法：加入高密度材料加重材料高密度不溶性礦物或礦石粉末高密度的可溶性鹽類第二節(jié)鉆井液密度及其調整10第十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五表1高密度不溶性礦物或礦石名稱分子式密度g/cm3酸溶性重晶石BaSO44.2-4.6/石灰石CaCO32.7-2.9酸溶鐵礦粉Fe2O34.9-5.3酸溶鈦鐵礦粉TiO2.Fe2O34.5-5.1酸溶方鉛礦PbS7.4-7.7酸溶第二節(jié)鉆井液密度及其調整11第十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五水溶性鹽飽和鹽水密度g/cm3KCl

1.16(20℃)NaCl1.20(20℃)CaCl21.40(60℃)CaBr21.80(10℃)ZnBr22.30(40℃)表2可溶性鹽類加重材料第二節(jié)鉆井液密度及其調整還有有機鹽、有機復合鹽12第十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五可溶性鹽類做高密度材料所帶來的問題腐蝕問題鹽結晶問題加緩釋劑加鹽結晶抑制劑√第二節(jié)鉆井液密度及其調整13第十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)鉆井液密度及其調整14第十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五鹽水在高密度時溫度降至一定程度析出鹽，該溫度稱析鹽溫度。鹽水在低密度時溫度降至一定程度析出冰，該溫度稱鹽水冰點。隨著鹽水密度增加，鹽水析鹽溫度陡然上升。第二節(jié)鉆井液密度及其調整鹽水冰點：析鹽溫度：15第十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五通過離子交換轉變?yōu)橄鄳柠}，選擇性地吸附在剛析出的鹽晶表面，使鹽晶發(fā)生畸變，不利于鹽在其表面繼續(xù)生長變大。為防止鹽從鉆井液中析出所加的物質第二節(jié)鉆井液密度及其調整鹽結晶抑制劑：抑制機理：16第十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)鉆井液密度及其調整17第十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)

鉆井液酸堿性及其控制第二章鉆井液化學18第十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制一、為什么要控制鉆井液酸堿性一般控制在8-11范圍，較弱的堿性環(huán)境。原因粘土具有適當?shù)姆稚⒍瓤梢允褂袡C處理劑充分發(fā)揮其效能對鉆具腐蝕性低可抑制體系中鈣、鎂鹽的溶解19第十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五pH值對膨潤土基漿表觀粘度的影響第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制20第二十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五1、堿性主要來源:

鉆井液中的OH-、CO32-、HCO3-2、酸堿性表示方法

pH堿度

用[0.01M]的標準硫酸中和1mL樣品至指示劑變色時所需標準硫酸的體積（mL）定義為堿度。意義：通過堿度可以判斷鉆井液的堿性來源，從而在調整鉆井液酸堿性的同時還能針對性的有效清除體系中的有害離子第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制21第二十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五3、堿度分類甲基橙堿度鉆井液的甲基橙堿度（Mm）濾液的甲基橙堿度（Mf）酚酞堿度鉆井液的酚酞堿度（Pm）濾液的酚酞堿度（Pf）按指示劑不同分第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制22第二十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五OH-+H+

→H2OCO32-+H+

→HCO3-酚酞為指示劑，體系滴定變色時（pH=8.3）發(fā)生的化學反應：甲基橙為指示劑，體系滴定變色時（pH=4.3）除了發(fā)生上面的化學反應，還發(fā)生如下反應：HCO3-+H+→CO2↑+H2O第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制23第二十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五Pf與Mf值與三種離子質量濃度之間的關系條件

[OH-]/mg·l-1[CO32-]/mg·l-1[HCO3-]/mg·l-1Pf=0001220Mf2Pf＜

Mf01220Pf1220（Mf-2Pf

）2Pf=

Mf0

1220Pf02Pf＞

Mf340（2Pf-Mf

）1220（Mf-Pf

）0Pf=

Mf340

Mf00第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制24第二十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五鉆井液要求：

Pf

=1.3~1.5mL（控制CO32-和HCO3-）

Mf/Pf＜3（控制CO32-含量）鉆井液中CO32-和HCO3-均為有害離子，影響鉆井液的流變和降濾失性能，應盡量除去。第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制25第二十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五2、氫氧化鉀（KOH）1、燒堿（NaOH）KOH

→K++OH-有利于井壁穩(wěn)定第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制NaOH

→Na++OH-

26第二十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五3、純堿（Na2CO3）Na2CO3→2Na++CO32-除鈣除鎂第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制CO32-+H2O

→HCO3-+OH-

Ca2++CO32-→CaCO3↓

HCO3-+H2O→H2CO3+OH-

Mg2++CO32-→MgCO3↓27第二十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五

NaHCO3→Na++HCO3-

HCO3-+H2O→H2CO3+OH-

Ca2++

OH-+

NaHCO3→CaCO3↓+Na++H2O4、碳酸氫鈉（NaHCO3）控制鈣侵第三節(jié)鉆井液酸堿性及其控制28第二十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制第二章鉆井液化學29第二十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制（1）鉆井液濾失性：在壓差作用下，鉆井液中的自由液向地層滲透的現(xiàn)象。一、鉆井液濾失性1、相關概念（2）鉆井液濾失量：在一定溫度、一定壓差和一定時間內通過一定過濾面積的濾液體積。30第三十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制（3）鉆井液造壁性—在濾失過程中，隨著鉆井液中的自由水進入巖層，鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成泥餅的性質。兩者的關系：一般濾失量少造壁性就好31第三十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五2、鉆井液濾失類型按是否流動動濾失靜濾失按測試條件常規(guī)濾失量（VAPI）高溫高壓濾失量（VHTHP）第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制32第三十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五24±3℃、0.69MPa、45.8cm2、30min150±3℃、3.45MPa、45.8cm2、30min第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制VAPI測試條件：VHTHP測試條件：33第三十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五3、鉆井液濾失方程第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制動濾失方程靜濾失方程34第三十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五濾失量與滲濾時間的平方根成正比4、濾失量影響因素第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制取決泥餅的可壓縮性鉆井液固相含量增大，濾失量降低泥餅的固相含量降低（水含量高），濾失量降低（1）滲濾時間t（2）壓差△p

（3）固相含量35第三十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五濾失量與滲透率的平方根成正比第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制（5）濾液粘度μ溫度升高，濾液粘度下降，濾失量增大（4）泥餅滲透率K

濾失量與濾液粘度的平方根成反比（6）溫度36第三十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制二、鉆井液濾失性控制1、控制濾失性意義濾失量過大易造成很大危害（1）井壁不穩(wěn)定（水敏性泥頁巖跨塌、縮徑）（3）泥餅過厚（如起鉆具時提力增加、遇卡、泥包鉆頭、泥餅卡鉆等）（2）損害油氣層37第三十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五2、鉆井液降濾失劑分類能降低鉆井液濾失量的化學劑天然改性（改性褐煤、改性淀粉、改性纖維素、改性樹脂）人工合成（烯類單體聚合物）第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制降濾失劑分類：降濾失劑：38第三十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（1）改性褐煤腐殖酸分子結構第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制39第三十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制40第四十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制41第四十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（2）改性淀粉第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制42第四十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（3）改性纖維素第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制43第四十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（4）改性樹脂第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制44第四十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制45第四十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（5）烯類單體聚合物

第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制46第四十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五常見降濾失劑性能比較：改性褐煤類：K-Hm、Na-Hm熱穩(wěn)定性好，耐溫180℃耐鹽耐鈣鎂性差改性淀粉類：Na-CMS、HES抗鹽抗鈣能力強熱穩(wěn)定性差、易發(fā)酵第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制47第四十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五纖維素類：Na-CMC、HEC抗鹽抗鈣能力強熱穩(wěn)定性差樹脂類：SMP-Ⅰ、SMP-Ⅱ熱穩(wěn)定性好、耐180-200℃高溫抗鹽性強起泡第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制48第四十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五烯類單體聚合物：Na-HPAN、NH4-HPAN熱穩(wěn)定性好、耐160℃抗鹽能力強加量小第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制49第四十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五吸附機理3、降濾失劑作用機理捕集機理增粘機理物理堵塞機理第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制50第五十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（2）增粘機理增加鉆井液濾液粘度。（1）吸附機理通過氫鍵吸附到粘土上，增大粘土的負電性和水化膜厚度，提高粘土顆粒間斥力，使鉆井液保持一定數(shù)量的細顆粒，形成致密泥餅。第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制51第五十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（3）捕集機理（4）堵塞機理高分子無規(guī)線團通過架橋而滯留在孔隙中的現(xiàn)象。無規(guī)線團直徑dc=1/3-1）孔隙直徑dp。Dc>dp，無規(guī)線團封堵泥餅孔隙入口。第四節(jié)鉆井液濾失性及其控制52第五十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)

鉆井液流變性及其調整第二章鉆井液化學53第五十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)鉆井液流變性及其調整是指在外力作用，物質發(fā)生流動和變形的特性（1）攜帶巖屑，井底和井眼的清潔流變性：與鉆井液流變性有關的鉆井問題：（2）懸浮巖屑與加重材料（3）鉆井速度（4）井眼規(guī)則和井下安全54第五十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五一、基本概念1、剪切速率γ

：指垂直于流速方向上單位距離上的流速變化。γ=dv/dxs-1第五節(jié)鉆井液流變性及其調整55第五十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五在鉆井過程中，鉆井液在各個部位的剪切速率不同：沉砂池處：10～

20s-1

；環(huán)形空間：50～250s-1；鉆桿內：100～1000s-1

；鉆頭噴嘴處：10000～

100000s-1第五節(jié)鉆井液流變性及其調整56第五十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五2、剪切應力τ：流體單位面積上的內摩擦力。τ

=F/APa

式中：F—流體的內摩擦力N

A—相鄰流動層接觸面積m2

3、觸變性：鉆井液攪拌變稀，靜止變稠的性質。鉆井液表觀粘度隨剪切速率增大而降低的特性。4、剪切稀釋性:第五節(jié)鉆井液流變性及其調整57第五十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五5、流變曲線：描述τ與γ關系的曲線。

6、流變模式：描述τ與γ關系的數(shù)學關系式。第五節(jié)鉆井液流變性及其調整7、流態(tài)鉆井液的流態(tài)有塞流、層流、紊流。58第五十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五1、賓漢模式

τ

=τ0+

ηpγ

τ0

：動切力或屈服值，Paη

p

：塑性粘度，Pa.S第五節(jié)鉆井液流變性及其調整二、鉆井液的流變模式59第五十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五γτ

=τ0+

ηpγ

第五節(jié)鉆井液流變性及其調整0-1：靜止階段；1-2：塞流階段；2-3：塞流-層流過渡階段；3-4：層流階段；4-5：紊流階段。60第六十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（1）塑性粘度ηp反映流體在層流下達到動平衡時，固相顆粒之間、固相顆粒與液相之間以及液相內部內摩擦力的大小。第五節(jié)鉆井液流變性及其調整①物理意義61第六十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五②影響因素A、固相含量多→固相顆粒數(shù)目多→塑性粘度ηp大B、固相分散度大→固相表面積大→塑性粘度ηp

大C、液相粘度大→內摩擦力大→塑性粘度ηp

大第五節(jié)鉆井液流變性及其調整62第六十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五③調整η

p↑加預水化粘土加增粘劑增粘機理極性基團水化，降低自由水與粘土形成網(wǎng)架結構在粘土表面吸附，增加粘土體積分數(shù)第五節(jié)鉆井液流變性及其調整63第六十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五η

p加水稀釋第五節(jié)鉆井液流變性及其調整使用固控設備使用化學絮凝劑64第六十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（2）動切力τ0①物理意義：鉆井液在層流狀態(tài)下達到動平衡時形成網(wǎng)架結構的強弱。②影響因素A、固相含量大→結構數(shù)目多→動切力τ0大B、固相分散度大→固相顆粒數(shù)量多→動切力τ0大C、加入降粘劑→動切力τ0降低

第五節(jié)鉆井液流變性及其調整65第六十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五τ0

↑τ0↓第五節(jié)鉆井液流變性及其調整③調整加預水化粘土加高分子聚合物加適量的電解質加降粘劑加水稀釋消除引起τ0升高的電解質66第六十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五

τ=Kγn

（0<n<1）

K—稠度系數(shù)，Pa·Sn

n—流性指數(shù)γ0第五節(jié)鉆井液流變性及其調整

2、冪律模式67第六十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五τ1/2=τC

1/2+η1/2γ1/2τC—卡森動切力η—卡森的極限粘度第五節(jié)鉆井液流變性及其調整3、卡森模式τ1/2γ1/20τC

1/268第六十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五

物理意義：反映鉆井液網(wǎng)架結構的強弱

物理意義：反映鉆井液內摩擦力的強弱

第五節(jié)鉆井液流變性及其調整（1）卡森屈服值τc（2）極限高剪切粘度η∞影響因素與調整：同τ0影響因素與調整：同ηp69第六十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五賓漢模式的局限性：適合在中剪切速率范圍描述鉆井液的流變性。第五節(jié)鉆井液流變性及其調整冪律模式的局限性：適合在低、中剪切速率描述鉆井液的流變性。70第七十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五卡森模式的優(yōu)點：在低剪切區(qū)和中剪切區(qū)有較好的精確度，還可以利用低、中剪切區(qū)的測定結果預測高剪切速率下的流變特性。第五節(jié)鉆井液流變性及其調整71第七十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五1、為什么要調整鉆井液的流變性（1）粘度和切力過大，影響鉆井速度、泥包鉆頭、巖屑在地面不易除去、鉆井液脫氣困難等。（主要指調整鉆井液的粘度和切力）第五節(jié)鉆井液流變性及其調整（2）粘度和切力過小，影響鉆井液攜屑和井壁穩(wěn)定等。三、鉆井液流變性調整72第七十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五2、調整鉆井液粘度和切力的方法根據(jù)測量實驗結果判斷粘度和切力偏高還是偏低。偏高減少體系的固相含量、加降粘劑偏低增加體系的固相含量、加增粘劑流變性調整劑：調整鉆井液粘度和切力的化學物質。第五節(jié)鉆井液流變性及其調整73第七十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五3、降粘劑

鉆井液增稠的主要原因：（1）鉆井液體系的無用固相（2）粘土粒子聯(lián)結形成空間網(wǎng)架結構及高分子與粘土顆粒間形成網(wǎng)狀結構使大量自由水束縛不能自由移動。第五節(jié)鉆井液流變性及其調整74第七十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)鉆井液流變性及其調整粘土粒子聯(lián)結形成空間網(wǎng)架結構75第七十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)鉆井液流變性及其調整粘土粒子聯(lián)結形成空間網(wǎng)架結構被拆開76第七十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（1）改性單寧第五節(jié)鉆井液流變性及其調整水解或單寧酸鈉、栲膠堿液、磺甲基單寧...77第七十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)鉆井液流變性及其調整78第七十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（2）改性木質素磺酸鹽第五節(jié)鉆井液流變性及其調整79第七十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（1）泡沫問題第五節(jié)鉆井液流變性及其調整（2）環(huán)境問題鐵、鋯、鈦木質素磺酸鹽鐵鉻木質素磺酸鹽使用問題：研制替代產品80第八十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五

通過結構中的羥基與粘土表面的羥基形成氫鍵吸附在粘土顆粒表面，水化基團在水中電離，形成擴散雙電層，提高了粘土顆粒表面負電和水化層厚度，拆散粘土顆粒連接所產生的結構，降低了鉆井液的粘度和切力。第五節(jié)鉆井液流變性及其調整上述兩種降粘劑作用機理:81第八十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（3）烯類單體低聚物（分子量2000-6000）第五節(jié)鉆井液流變性及其調整82第八十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五聚合物類降粘劑作用機理:第五節(jié)鉆井液流變性及其調整在聚合物鉆井液中,低聚物通過競爭吸附使吸附在粘土顆粒表面的聚合物解吸下來。通過氫鍵或陽離子鏈節(jié)吸附在粘土顆粒表面,水化基團通過增加粘土顆粒表面負電和水化層厚度,拆散粘土顆粒連接所產生的結構。83第八十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五4、增粘劑正點（1）纖維素第五節(jié)鉆井液流變性及其調整84第八十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（2）正電膠第五節(jié)鉆井液流變性及其調整混合金屬鹽溶液逐步用沉淀劑將金屬離子沉淀出來所配得的增粘劑。85第八十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（3）黃胞膠第五節(jié)鉆井液流變性及其調整抗鹽、抗鈣，具有增加低剪切速率粘度作用。86第八十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五①分子鏈中極性基團水化和分子鏈之間的互相糾纏，對鉆井液的水起稠化作用。增粘作用機理：②通過吸附，增加粘土顆粒體積，提高流動阻力。③通過橋接，在粘土顆粒間形成結構，產生結構粘度。第五節(jié)鉆井液流變性及其調整87第八十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第六節(jié)

鉆井液中的固相及其含量的控制第二章鉆井液化學88第八十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第六節(jié)鉆井液中的固相及其含量的控制一、鉆井液固相類型及對鉆井的影響有用固相：配漿粘土、加重材料無用固相：鉆屑膠體離子（顆粒直徑＜2μm）泥（2-74μm）砂（＞74μm）1、鉆井液固相類型還可按照來源、密度、表面化學活性分類。89第八十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（2）固相含量高，形成的濾餅厚，容易引起卡鉆第六節(jié)鉆井液中的固相及其含量的控制2、鉆井液中的固相對鉆井的影響（1）固相含量升高，鉆速降低（3）固相含量高，對油氣層損害嚴重90第九十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第六節(jié)鉆井液中的固相及其含量的控制二、固相控制方法1、沉降法2、稀釋法3、機械設備法（振動篩、除砂器、除泥器等）4、化學法（使用絮凝劑）固控：在保存適量有用固相的前提下，盡可能清除無用固相的工藝。91第九十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第六節(jié)鉆井液中的固相及其含量的控制三、絮凝劑1、定義：通過橋連吸附將一些細顆粒聚結在一起的化學物質。92第九十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五2、類型第六節(jié)鉆井液中的固相及其含量的控制全絮凝劑：即絮凝有用固相又絮凝無用固相

選擇性絮凝劑：只絮凝無用固相93第九十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五25第六節(jié)鉆井液中的固相及其含量的控制

選擇性絮凝作用全絮凝作用94第九十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五膨潤土（負電）鉆屑（不帶電或少量負電）吸附吸附吸附不吸附PAMHPAM第六節(jié)鉆井液中的固相及其含量的控制3、絮凝機理：95第九十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五絮凝過程：吸附→架橋→蜷曲→絮凝成團第六節(jié)鉆井液中的固相及其含量的控制CPAM含有陽離子鏈節(jié)和非離子鏈節(jié)，比PAM、HPAM具有更好的絮凝作用。

96第九十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第六節(jié)鉆井液中的固相及其含量的控制4、影性絮凝作用的主要因素（1）相對分子質量（3）濃度飽和吸附量的一半（4）pHHPAM作為絮凝劑的pH為7-8（2）水解度分子量＞3×106α=30%97第九十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第七節(jié)

鉆井液潤滑性及其改善第二章鉆井液化學98第九十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第七節(jié)鉆井液潤滑性及其改善鉆井液潤滑性：鉆井液能使鉆柱與井壁之間的干摩擦變成濕摩擦，從而使摩擦產生的阻力減小，鉆井液的這種性能稱鉆井液潤滑性。一、鉆井液潤滑性摩阻系數(shù)：一定條件下，相對運動物體所產生的摩擦力與垂直摩擦面作用力的比值。1、概念99第九十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五摩擦系數(shù)空氣為0.5，清水為0.35，柴油為0.07。水基鉆井液摩阻系數(shù)在0.20～0.35之間。油基鉆井液的摩阻系數(shù)在0.08～0.09之間。水平井要求鉆井液的摩阻系數(shù)在0.08～0.10范圍。第七節(jié)鉆井液潤滑性及其改善100第一百頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五減少鉆柱的摩擦阻力，縮短起下鉆時間能用較小的動力來轉動鉆具能防粘卡，防止鉆頭泥包第七節(jié)鉆井液潤滑性及其改善2、為什么鉆井液要具有良好的潤滑性潤滑性是鉆水平井、大位移井、超深井等復雜井的關鍵技術101第一百零一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（1）固相的影響固相含量增高，鉆井液潤滑性變差（2）有機高分子處理劑的影響改善泥餅質量在井壁上形成吸附膜降低摩擦阻力（3）潤滑劑第七節(jié)鉆井液潤滑性及其改善3、鉆井液潤滑性影響因素102第一百零二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五1、液體類潤滑劑類型：礦物油、植物油和表面活性劑等。第七節(jié)鉆井液潤滑性及其改善二、鉆井液潤滑性改善合理使用潤滑劑可以降低摩阻系數(shù)改善潤滑性。103第一百零三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第七節(jié)鉆井液潤滑性及其改善104第一百零四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第七節(jié)鉆井液潤滑性及其改善105第一百零五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五作用機理：通過在金屬、巖石和粘土表面形成吸附膜，減少鉆具對井壁和套管的摩擦。第七節(jié)鉆井液潤滑性及其改善106第一百零六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五2、固體類潤滑劑作用機理：多數(shù)固體潤滑劑類似細小滾珠，將滑動摩擦轉化為滾動摩擦，因而可大幅度降低扭矩和阻力。類型：塑料小球、石墨、玻璃微珠等第七節(jié)鉆井液潤滑性及其改善107第一百零七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第八節(jié)

井壁穩(wěn)定性及其控制第二章鉆井液化學108第一百零八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制1、井壁穩(wěn)定性定義：井壁保持原始狀態(tài)的能力井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象：井塌：井壁巖石剝落掉塊，井徑擴大?？s井：高壓層或易水化膨脹地層，井徑縮小。109第一百零九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五2、井壁穩(wěn)定性影響因素（1）地質因素：地層本身原因引起高壓地層壓力釋放、松散地層的坍塌、高壓鹽巖層的塑性變形。第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制110第一百一十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（2）鉆井工程因素鉆井液對井壁的沖刷作用井內激動壓力過大鉆具對井壁的碰撞井內液柱壓力大幅度降低第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制111第一百一十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（3）物理化學因素非膨脹性粘土：膨脹性粘土：剝落、坍塌泥頁巖地層與鉆井液接觸后導致的不穩(wěn)定原因。水化膨脹、縮徑第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制112第一百一十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五3、物理化學因素引起：加入頁巖抑制劑，又稱防塌劑—能抑制泥頁巖膨脹和分散的化學劑。1、地質因素引起：適當提高鉆井液密度。2、鉆井工程因素引起：改進鉆井工藝。二、井壁不穩(wěn)定性應付對策第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制113第一百一十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五1、鹽：KCl、NaCl作用機理壓縮粘土擴散雙電層，降低其負電性K+、NH4+鑲嵌作用三、防塌劑及其防塌機理第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制114第一百一十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五2、陽離子表面活性劑第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制（1）中和粘土的負電荷（2）改變粘土表面潤濕性，由親水變?yōu)橛H油作用機理：115第一百一十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五3、陽離子聚合物第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制（1）中和粘土的負電荷（2）通過吸附橋連在井壁上形成一層保護膜作用機理：116第一百一十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五4、非離子型聚合物第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制117第一百一十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（2）競爭吸附作用。多元醇在粘土上的吸附能力大于水與粘土的吸附作用，多元醇可優(yōu)先吸附到粘土礦物表面，阻止水分子進入，同時也可把吸附在粘土上的水分子擠走。（1）濁點效應。當?shù)陀谝欢囟葧r是水溶性的，但高于此溫度時從水中析出形成乳狀液。第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制作用機理：118第一百一十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五（1）類型：氧化瀝青、改性瀝青粉、磺化瀝青（水溶）、乳化瀝青（2）機理：封堵微裂縫，涂敷在井壁上形成疏水油膜，減少水進入泥頁巖地層。第八節(jié)井壁穩(wěn)定性及其控制5、瀝青類119第一百一十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第九節(jié)卡鉆與解卡第二章鉆井液化學120第一百二十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第九節(jié)卡鉆與解卡一、卡鉆鉆具被卡住而不能正常運轉的現(xiàn)象壓差卡鉆、沉砂卡鉆、井塌卡鉆、砂橋卡鉆等。二、壓差卡鉆（泥餅粘附卡鉆）在鉆井液壓力與地層孔隙壓力之差的作用下，靜止鉆具緊壓在井壁泥餅上而導致的卡鉆。1、定義121第一百二十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第九節(jié)卡鉆與解卡2、壓差卡鉆原因靜止鉆具與泥餅接觸后其摩擦力大于鉆機的最大提升力。122第一百二十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第九節(jié)卡鉆與解卡粘附卡鉆斷面位置123第一百二十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五實例：某井在1000米深處卡鉆，鉆桿尺寸為114mm,圍包角90°，泥餅粘附長度15m，鉆井液比重1.20，地層孔隙水的壓力100atm，泥餅磨擦系數(shù)0.25，解卡所需力為67噸。第九節(jié)卡鉆與解卡124第一百二十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五三、解卡1、使用解卡劑浸泡降低摩擦系數(shù)2、降低鉆井液密度降低壓差第九節(jié)卡鉆與解卡√解卡劑液體潤滑劑稠化瀝青表面活性劑125第一百二十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第十節(jié)

鉆井液中的漏失與地層的堵漏第二章鉆井液化學126第一百二十六頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五一、漏失定義及類型1、定義：鉆井過程中，鉆井液大量流入地層的現(xiàn)象。2、類型：滲透性漏失：砂巖或礫巖地層，漏失速率0.5-10m3.h-1，鉆井液液面緩慢下降。第十節(jié)鉆井液中的漏失與地層的堵漏127第一百二十七頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五裂縫性漏失：裂縫性灰?guī)r和砂巖地層，漏失速率10-100m3.h-1，鉆井液液面迅速下降。溶洞性漏失：溶洞性灰?guī)r地層，漏失速率＞100m3.h-1，鉆井液只進不出。第十節(jié)鉆井液中的漏失與地層的堵漏128第一百二十八頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第十節(jié)鉆井液中的漏失與地層的堵漏（a）滲透性漏失（c）溶洞性漏失（b）裂縫性漏失129第一百二十九頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五1、堵漏：對漏失地層的封堵2、堵漏材料：封堵漏失地層采用的材料（1）滲透性地層堵漏①硅酸凝膠②鉻凍膠HPAM+重鉻酸鉀+亞硫酸鈉→鉻凍膠二、堵漏與堵漏材料第十節(jié)鉆井液中的漏失與地層的堵漏130第一百三十頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五③酚醛樹脂苯酚+甲醛→不溶于水的酚醛樹脂（2）裂縫性或溶洞性地層堵漏①纖維性材料植物纖維：短棉絨礦物纖維：石棉纖維②顆粒性材料植物性顆粒：核桃殼、花生殼等礦物性顆粒：粘土、石灰?guī)r等第十節(jié)鉆井液中的漏失與地層的堵漏131第一百三十一頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第十一節(jié)

鉆井液體系第二章鉆井液化學132第一百三十二頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第十一節(jié)鉆井液體系水基鉆井液體系油基鉆井液體系氣體鉆井液體系鉆井液體系133第一百三十三頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五第十一節(jié)鉆井液體系一、水基鉆井液水基鉆井液非抑制性鉆井液抑制性鉆井液O/W鉆井液泡沫鉆井液鈣處理鉆井液鉀鹽鉆井液鹽水鉆井液聚合物鉆井液正電膠鉆井液134第一百三十四頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五1、非抑制性鉆井液（1）定義：由淡水、粘土和各種對粘土起分散作用的處理劑配制而成的的水基鉆井液。（2）特點配制簡便，成本低濾失造壁性能好可配制高密度鉆井液抗溫能力強優(yōu)點第十一節(jié)鉆井液體系135第一百三十五頁，共一百五十頁，編輯于2023年，星期五抗污染能力差，性能不穩(wěn)定抑制性差，不利于井壁穩(wěn)定亞微米顆粒（直徑小于1μm）多，鉆速慢不能有效地保護油氣層缺點（3）適用地