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1、读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第一章狭义钻井液：粘土以小颗粒状态(?2um)分散在水中所形成的溶胶- 悬浮体。广义钻井液：凡钻进中一切有助于从井眼产生和清除钻屑的流体（液、气、液+气） 。广义完井液：一切与产层接触的流体（各种盐水、聚合物溶液、钻井液、泡沫等）。狭义完井液 ：钻开油气层的钻井液（钻开液）。钻井液的组成： 分散介质 + 分散相 + 化学处理剂钻井液的分类根据分散介质分为四大类：水基钻井液油基钻井液气基钻井流体合成基钻井液钻井液的主要作用1、 携带和悬浮岩屑2、 稳定井壁和平衡地层压力3、 冷却和润滑钻头4、传递水动力5、破岩、淸岩6、发现、保护油气层7、形成泥饼8、取准资
2、料钻井液的性能?钻井液的 密度 用比重秤测定?钻井液的 流变性?钻井液的 失水造壁性?钻井液的 含砂量钻井液中不能通过200 目筛的固相的体积占钻井液体积的百分数。一般要求小于 0.5。 (74m) ?钻井液的pH 值 绝大多数钻井液体系的PH值都控制在7 以上。?钻井液 的固相含量和油、水含量（书 13、14 页两个公式）?钻井液 膨润土含量 (MBT) 钻井液中活性粘土的数量。MBT 过高，钻井液的粘度、切力增大，泥饼增厚，容易造成井下事故。MBT 过小，钻井液的粘度、切力急剧下降，失水增大。钻井液的 润滑性 (Lubricity) ?钻井液 滤液的化学性质（碱度、硬度、Cl-含量、 .
3、）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 18 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第二章粘土： 主要由粘土矿物和少量非粘土矿物组成的细粒粘滞土状物质。粘土矿物： 含水的细分散的层状及层链状构造硅酸盐矿物及含水的非晶质硅酸盐矿物的总称硅氧四面体 (silica tetrahedron) 由一个硅原子和四个等距的氧原子组成的正四面体。硅原子在四面体的中心，氧原子在四面体的顶点硅氧四面体片（SiO4彼此连接而成的Si4O10的无限重复的六方网格。）单个四面体与若干个相邻四面体通过底面氧相连，构成平面连续的四面体晶格。铝氧（ Al
4、 O(OH)）八面体 (alumina octahedron) 铝原子处于正八面体中心，六个氧原子或氢氧原子处于八面体顶点。铝氧（氢氧）八面体片单个八面体与相邻的八面体通过共用氢氧 连接起来，顶端和底端氧原子则构成两个平行的平面（每个八面体同相邻的六个其它八面体通过共用氧（氢氧）连接）。晶层：四面体片和八面体片沿C轴按一定顺序相互重合，通过共用氧原子连接形成电中性的统一结构层。晶体许多单位晶层在C 轴方向上按一定距离反复重合而成。单位晶胞能代表晶体性质的单位层内最小物质组合。常以a、b 轴范围表示其大小。C轴间距：某一晶面与相邻晶层的对应晶面间的距离。两种原型粘土矿物（基本类型）1：1 型（高
5、岭石）2： 1 型（叶腊石）晶格取代： 在晶体结构保持不变的条件下，高价中心离子被低价正离子取代的现象。结果是正电荷亏损，粘土带负电。又叫同晶置换。阳离子交换容量（CEC ） ：分散介质的PH=7 时，从粘土上所能交换下来的阳离子总量。以meq/100g( 毫克当量 /100 克）示之。（蒙脱石 伊利石 高岭石）（交换性阳离子：吸附于粘土上，可以被分散介质中其它阳离子所交换的阳离子。）几种粘土矿物的晶体构造和特性1. 高岭石（ Kaolinite)(晶体结构1：1 型 、晶胞分子式：Al4Si4O10(OH)8 )单位晶层由一层四面体片和一层八面体片组成，所有硅氧四面体的尖顶都朝向八面体，通过
6、共用氧原子连接成晶层。若干个晶层在C轴方向上层层重叠，而在a、b 轴方向上连续延伸。特点B 阳离子交换容量低：C 水化分散性膨胀性差，矿物较稳定。2. 蒙脱石（2：1 型） 晶胞分子式： Al4Si8O20(OH)4两层四面体片中间夹一层八面体片。每个四面体尖顶均指向中央的八面体，通过共用的氧连接成晶层。若干个晶层按一定距离在C轴方向上重叠构成晶体。蒙脱石性能特点A、晶格取代：Mg 2+、Fe 2+取代八面体中的Al3+精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 18 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思C、补偿阳离子为：Na+
7、、Ca2+D、 阳离子交换容量高：E、水化能力强。3. 伊利石 （2：1 型+K+）晶体结构与蒙托石的晶体结构类似。区别：A 晶格取代比蒙脱石多，且主要发生在四面体片中。B 补偿阳离子主要为K+。C 单位晶胞电荷数比蒙脱石的高11.5 倍。特点A、单位层之间由分子间力和K+连接。C 、 阳离子交换容量低：D、水化能力弱。4、绿泥石（ 2：1：1 型。 ）结构：两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片构成单位层，单位层间夹一层水镁石片。特性：(1)晶格取代多，但CEC值低(3)水化能力差，颗粒粗，属于劣土，多呈绿色。5、间层粘土 (mixed layer clay) ?结构：由两种或两种以上粘土单位层
8、相间堆叠而成。?分类：规则间层和不规则间层。?常见：伊 /蒙间层和绿 /蒙间层。?特性：介于组分之间，取之于间层比，分散性强。两种纤维状粘土：海泡石、凹凸棒石特性：（1）水化分散差，但机械剪切可配浆（2）抗温性好（3）抗盐性好，称为抗盐土永久负电荷大小排序：伊利石 蒙脱石 高岭石。离子交换吸附：粘土颗粒（固体）上吸附的离子与溶液中离子间的同电性等当量交换作用（一种离子被吸附的同时顶替出等当量同电性离子的现象）。吸附顺序： Li+ Na+ K+ NH4+ Mg 2+ Ca 2+ Ba 2+ AL 3+ Fe 3+ H+胶体的电动现象：电泳、电渗、流动电位和沉降电位粘土水化膨胀的过程表面水化膨胀和
9、渗透水化膨胀扩散双电层的形成与结构胶体颗粒带电，在其周围分布着电荷数相等的反离子，在固液界面形成双电层。双电层中的反离子，一方面受到固面电荷的吸引，不能远离固面，另一方面，由于反离子的热运动， 又有扩散到液相内部去的能力。这两种相反作用的结果，使得反离子扩散地分布在界面周围，构成扩散双电层。粘土溶胶的双电层：层面和端面稍有不同、双电层中的电势（位）1、 表面电势 ：从固体表面到均匀液相内的电势降。特点：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 18 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思固体表面电势最大。表面电势随离表面距离的增
10、大而大致依指数关系降低。2、 电动电势（电位） ：从吸附溶剂化层界面（滑动面）到均匀液相的电势降。特点：胶粒带电越多， 电位越高。 大小取决于吸附层内的静电荷数。电解质压缩双电层机理：加入电解质, 正负离子浓度增加,反离子更多进入吸附层, 扩散层减薄, 电位降低。电解质对双电层厚度和电动电位的影响在胶体体系中加入电解质后，反离子（正电荷） 浓度随着增大， 反离子进入吸附溶剂化层的机会增加， 胶粒电荷减少，同时扩散双电层变薄，电位降低，当所加电解质把双电层压缩到吸附溶剂化层厚度时，胶粒不带电，电位降到0（等电态），此时胶粒容易聚结。影响因素反离子浓度：浓度越高,压缩越多, 电位降低越多。反离子价
11、数：价数越高,压缩越多, 电位降低越多。胶团结构（蒙脱石）胶核： 由许多分散相分子、原子和离子构成，一般具有晶体结构。胶粒： 胶核和吸附层沿滑动面与扩散层分开，但一起运动，带有电荷。胶团： 由胶粒与扩散层中的反离子构成。胶团为电中性的，分散在液体介质中便是溶胶。胶体稳定性的概念：1、沉降稳定性：在重力作用下，分散相粒子是否容易下沉的性质。2、聚结稳定性：分散相粒子是否容易自动聚结变大（自动降低分散度）的性质。两种稳定性的关系：因为：分散相粒子自动聚结变大，重量加大，粒子下沉，体系失去沉降稳定性。所以：聚结稳定性是根本的。沉降稳定性是聚结稳定性的反映。Stocks 沉降速度公式r 粒子半径； 分
12、散介质粘度；粒子密度； 0 分散介质密度。从上式可见，影响沉降速度v 的因素为： r、 、 0。说明：Stocks 沉降速度公式没有考虑钻井液凝胶强度的悬浮作用。影响聚结稳定性的因素1 阻碍粘土颗粒聚结的因素（1）双电层斥力（ 2）渗透斥力（3）吸附溶剂化膜的性质2、引起粘土颗粒聚结的因素（1） 颗粒之间的吸力（范德华力）（2）布朗运动（3）电解质的聚结作用9)g(2rV02精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 18 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第三章稳定流动类型：塞流、层流、紊流剪切速率 ： 、D、 dv/dr
13、单位s-1 = dv/dr = 垂直于流动方向上单位距离内的流速增量。剪切应力： = F/A = dyn/cm2；Pa。 = F/A = 液层单位面积上的剪切力。流变曲线： 速梯与切应力关系曲线粘度： = / = dyn/cm2/s-1 = dyn.s/cm2 = 泊 = / (单位剪切速率的剪切应力)。漏斗粘度：定体积泄流时间。马氏漏斗粘度：1500ml 流出 946ml 的时间。标准：清水测量值：260.5s 中国漏斗粘度：700ml 流出 500ml 的时间。标准：清水测量值：150.5s 缺点： 没有考虑流体密度的影响剪切稀释性YP/PV钻井液的有效粘度随剪切速率增加而降低的现象。特点
14、：剪切速率是变量；粘度是变量。对流体研究对象的基本假设：连续介质均质性不可压缩性层流1、塑性粘度（s、PV）单位：公制：dyn.s/cm2、泊、厘泊。国际：Pa.s、mPa.s 塑性流体与其结构强弱无关的粘度。模式： - 0= s 或者 = s+ 0/ 优点： 0， 0能够反映多数钻井液具有内部结构情况。， 能够反映多数钻井液的剪切稀释性。， s 能够反映出钻井液的极限粘度。缺点：低剪切速率下：实 宾表明模型拟合实际曲线有较大偏差. 2、假塑性流体流变模式： = K n稠度系数K：反映流体的粘滞性。K越大，流体越难流动。dyn.sn/cm2流型指数n：偏离牛顿流体的程度。特点： 0， 0 不符
15、合大多数钻井液具有屈服应力的特点。， 能够反映钻井液的剪切稀释性。， 0 无极限粘度，不符合钻井液情况。向应,，体粘弹震凝体触变间有关的流体与膨胀假塑性塑性体关的流体与时非牛 顿流体牛粘性流体流体力）法性流体时体间无流体顿tf(精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 18 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3、卡森流体流变模型：1/2= c1/2+ 1/21/2流变曲线：1/2 1/2作图，为一条直线。 作图，为直线与曲线之和。特点： 0， c能够反映多数钻井液具有内部结构情况。， 能够反映多数钻井液的剪切稀释性。， Im
16、= 1 / 能够反映出钻井液的极限粘度。触变性流体：恒温恒压下，流体搅拌后变稀，静止后变稠的特性。触变性机理流体内部的粘土粒子因其物化原因易形成网架结构。静止后：粒子为了满足表面静电饱和，在自由能最小部位自行排列而形成凝胶结构。搅拌时：网架结构逐步被拆散。触变性= 初切力 /终切力= 10 秒钟静切力 /10 分钟静切力=10“/ 10 = G10”/G101. 静切力s 钻井液静止后形成的凝胶结构强度。钻井液从静止到开始塞流流动所需要的最小剪切应力。调整方法：升 s 提高 c （碳数）、分散度，降低、水化膜厚度。降 s 与上相反。2. 动切应力 0（YP ）单 位： dyn/cm2、 Pa
17、钻井液开始作层流流动时，必须要的最小剪切应力。0与s的区别：0为层流流动条件下固体颗粒之间吸引力的量度；s为静止条件下固体颗粒之间吸引力的量度；调整方法：升 o 提高c、分散度，降低及水化膜厚度，加增粘剂。降 o 冲稀、加降粘剂拆结构。钻井液的黏度：1. 有效粘度（视粘度）定义：= / 2. 宾汉体的塑性粘度s层流流动时， 流体内部网状结构的破坏与恢复处于动态平衡时，以下三部分内摩擦力的微观统计结果：固 固颗粒间内摩擦阻力；固 液、液 液相分子间内摩擦阻力；特点：s不随 dv/dr 变化而变化。影响因素：固相含量：固含s；分散度：分散度s；液相粘度：液相粘度s；调整 s的方法：根据影响因素升、
18、降s。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 18 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3. 假塑性体的n、k 稠度系数k：k =f (液相、固相含量及其性质）流性指数n：n= f (内部结构强弱）n 反映了流体的非牛顿性强弱，n 越小，流体非牛顿性越强。降 k 值方法（提k 方法相反）：降低固体含量；稀释或者除砂；调整n 值方法：降 n 加入活性膨润土、无机盐、高分子聚合物等；提 n 加入清水、降粘剂等；不同转速下的剪切速率。n. rpm 600 300 200 100 6 3 r. s-11022 511 340.7 1
19、70.3 10.22 5.11 流变参数计算宾汉模式：解方程组1= 0+s12= 0+s2得到s= ( 2- 1)/(2- 1) 0=(12- 21)/(2- 1) 指数模式 : 解方程组1=k 1n2=k 2n 得到 : n=(lg 2-lg 1)/(lg 2- lg 1) k=10(lg 1lg 2-lg 2lg 1)/(lg 2- lg 1) 2. 不同流体的流变参数直读公式AV() = 600/2 mPa.s 牛顿流体= 300= 600/2 mPa.s 宾汉塑性流体PV(s) = 600- 300mPa.s YP ( 0) = 0.511 ( 300- s) Pa 假塑性体n = 3
20、.322 lg(600/ 300) K = 0.511 300 /511nPa.sn卡森流体 = 1.43( 6001/2 - 1001/2) 2 mPa.s c = 0.24 (2.45 1001/2-6001/2 )2 Pa 静切力 : ? =0.5113 Pa 测定时应注意的问题: 1、应快速从高速档测到低速档；2、初切力和终切力的测定应在600rpm 下搅拌 1 分钟后分别静置10S和 10min 后读取 3的最大值；3、有时需搅拌加温后测定。悬浮岩屑（球形）所需静切力为：(悬浮计算 ) s（dyn/cm2) = 980d(岩- 浆）/6由上式可以计算静止状态下，悬浮岩屑颗粒所需要的静
21、切应力。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 18 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第四章泥饼 (滤饼 ) ：钻井液滤失过程中留在井壁或者滤膜上的物质(在井下有内泥饼和外泥饼之分 )。薄、密、韧造壁性：钻井液在井壁形成泥饼(滤饼 )封堵、保护井壁的能力。井内钻井液滤失的全过程（三阶段）1、瞬时失水：滤饼尚未完全形成之前很短时间内的失水(量 ) 特点：?时间短（ t =6）有效分离粒径40-200 微米除泥器（ 6）有效分离粒径15-40 微米3、 （ 1）离心机工作原理：泥浆由进液管进入输送器，从输送器的孔中流出，在离
22、心力作用下粗重颗粒被甩到外壳壁，由输送器推至端部孔眼排出，而胶体- 液体则经溢流孔排出。（ 2）离心机的用途：A、回收加重钻井液中重晶石并清除细小固相和流体，这时底流返回循环系统B、在非加重钻井液中清除岩屑，这时放掉底流C、对旋流分离器底流和储浆池浊液进行二次分离，回收液相，弃去固相D、从完钻井的重泥浆中回收重晶石（ 3）离心机的使用要点：A、不超负荷B、间隙使用C、加水适量D、转速可调E、有时需补充膨润土精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 18 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第九章、对付井下复杂情况的钻井液技术
23、1、井漏情况井漏发生的基本条件：（ 1）存在正压差（2）存在漏失通道及较大的足够容纳液体的空间（3）通道的开口尺寸大于外来工作液中固相的粒径- 均可由于人为原因而产生井漏概念 : 各种井下作业（钻井、固井、测试或修井等）时，各种工作液（包括泥浆、水泥浆、完井液及其它液体等）在压差作用下漏进地层的一种井下复杂情况。井漏危害：（1）损失钻井时间，延长钻井周期（ 2）损失大量钻井液原材料（ 3）产层漏失会严重损害产层（ 4）诱发其它井下事故（ 5）干扰钻井液性能的正常维护处理（ 6）干扰地质录井工作井漏分类（按漏失通道形态分）：（1）渗透性漏失，漏速0.54 方 / 小时，一般在强渗透及胶结差的地层
24、（2）裂缝性漏失，漏速几几百方 / 小时，一般在天然或人为裂缝地层（3）溶洞漏失，常有进无出，多发生在多洞穴石灰岩白云岩地层2、井漏的预防：（1）合理泥浆密度（2）合理套管程序（3）尽可能使用低密度，低切力，低粘度泥浆（4）备堵漏材料（5）减少压力激动（慢开泵，下钻慢，分段循环等）（6）低返速带砂（7）防止环空堵塞和缩径（8）提高地层承压能力3、堵漏方法（了解）4、井壁不稳定机理：（1）构造应力（2）非正常孔隙压力（3）裂缝泥页岩底层为什么会出现井壁不稳定：泥页岩水化（1）水化膨胀压改变井周应力分布（2）降低岩石强度（3）削弱粒间连接，造成剥落掉块（4）使孔隙压力增大5、 卡钻 ： 在钻井过程
25、中， 钻具在井下不能转动又不能自由地上下活动而被卡死的井下事故。6、加重泥浆密度的公式：P地=0.1 原 H+P立0.1 重 H=P地+P附重= 原+10(p 立+p附)/H 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 18 页读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思7、泥饼粘附卡钻（压差卡钻）的概念：在井下压差作用下，钻具粘附在井壁泥饼上，既不能上提下放又不能转动的井下复杂事故。8、泥饼粘附卡钻预防：（1）工程方面： A、用较小直径，较短的方形或螺旋形钻铤B、加扶正器C、控制井斜及方位变化（2）泥浆方面：A、尽可能用低密度泥浆B、维持低滤失量C、加润滑剂D、勤活动钻具E加强固控9、上切力计算公式：F=R L(P 液柱-P 地层)R- 钻柱半径；- 包角； L-粘附长度- 泥饼摩擦系数； F- 上提力10、解卡措施：低密度泥浆大排量循环，上提猛放，适当转动（1）注解卡液（油，油基泥浆，饱和盐水，酸，特制解卡液）（2）爆炸松扣，套铣（3）使用钻杆测试工具（4）填井、侧钻精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 18 页