中南钻井专2005级钻井液讲稿.doc

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1、钻井液讲稿（中南钻井专2005级，48学时）教师：王勇教材：《泥浆工艺原理》罗平亚主编参考教材：《钻井液工艺学》鄢捷年主编二○○七年二月绪论（Introduction）钻井液（DrillingFluid），又称泥浆（Muds）。一、钻井液的功用钻井液在钻井过程中起着十分重要的作用，是钻井的血液。1.携带和悬浮岩屑2.平衡地层流体压力3.稳定井壁4.冷却、润滑钻头及钻具。5.清洗井底，利用水力功率帮助破岩6.防止各种污染7.录取岩性，显示油气水等地层资料二、钻井液的类型根据钻井液中分散介质不同，钻井液分成三种基本类型1.水基钻井液（Water-based

2、DrillingFluids）1）淡水钻井液（细分散体系）Nacl<1%；Ca2+<120mg/L2）粗分散体系（1）盐水钻井液（Saltwater）、饱和盐水钻井液（2）钙处理钻井液（Calcium-treated石灰钻井液、石膏钻井液、氯化钙钻井液）（3）不分散体系无固相钻井液、聚合物（Polymer）低固相钻井液2.油基钻井液(Oil-basedDrillingFluids)1.普通油基钻井液2.W/O乳化钻井液3.合成钻井液(SyntheticDrillingFluids)合成钻井液是以合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、

3、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻井液。4.气体钻井液(Gas-typedDrillingfluids)泡沫、充气钻井液、空气、天然气，此外还有泡沫、空气、天然气等钻井液。三、钻井液工艺技术发展概况1.钻井液技术的发展阶段（1）清水阶段（1914~1916）（2）天然气钻井阶段（3）泥浆阶段（1921~1960）（4）分散泥浆体系（60年代）由于泥浆中粘土无限制水化分散，带来了许多缺点，如受到化学污染和粘土侵，使泥浆急剧变稠，泵压升高，至使开泵困难。后来在实践中，泥浆要受盐侵和钙侵后，经处理后，泥浆流动性好，维护周期长，从机理上说就是粘土在盐和钙作用下适

4、当絮凝，粘土颗粒变粗，故此类泥浆称为粗分散泥浆如在泥浆中加入适当的盐，使粘土颗粒保持适度絮凝状态，则此细分散泥浆流动性好，是有更高的抗盐，抗石膏污染的能力。（5）不分散体系阶段。（70年代）钻井液工作经历上述几个阶段、钻井液的类型，由最初的细分散泥浆剂现在普通使用的不分散钻井液：钻井液处理剂以最初的烧碱纯碱到现在上百种处理剂：在处理喷、漏、卡、塌等方面积累了丰富的经验，近十几年钻成大量超深井、定向井，使泥浆处理经验更加丰富。泥浆流变学和钻井液水力学理论研究逐步深入，完善了固控理论和设备等。2.钻井液技术的预测1）钻井液强化井壁技术2）复杂地质条件下深井

5、、超深井、大位移钻井液技术。3）新型钻井液体系及处理剂研制与应用。4）废弃钻井液处理技术5）保护油气层技术Chapterone粘土胶体化学(ClayColloidalChemisty)§1—1钻井液的组成及其属性一、泥浆的组成二、分散体系及其种类1.分散体系一种物质或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系。2.分散体系分类按分散颗粒尺寸的大小可以分为三类类别颗粒大小粗分散体系（悬浮体）大于0.1微米胶体分散体系（溶胶）0.1微米～1毫微米分子或离子分散体系（溶胶）小于1毫微米钻井液中的粘土颗粒多数在悬浮体范围（0.1～2微米），少数在胶体范围，但胶体对

6、钻井液性能影响大，在钻井液中易发生变化，这里介绍一下胶体的性质。三、胶体分散体系的基本性质1.多相性2.高度分散性分散程度常用“比表面积”来量度：对于正方体：以上可以看出颗粒越小，比表面积越大，分散度越高，既高度分散体系具有巨大的表面积。3.聚结不稳定性胶体体系中分散相的细颗粒自动聚结变成大颗粒的性质。原因：表面分子受力不平衡表面分子受力不平蘅，表面分子受到一个指向内部的力，内部分子移到表面需克服这个力做功。所做的功转化为表面能，故表面的分子比内部分子能量大，表面分子多出的部分能量称为表面能。表面能=比表面能总的面积即表面积很大的分散体系具有很高的表面

7、能不稳定，分散相会自动聚结变成大颗粒，以减少表面积，使体系能量降低。综上所述，胶体分散体系具有多相性、高度分散性和聚结不稳定性，高度分散的多相体系具有很高的表面能，因而极不稳定，体系能量有自动降低的趋势，降低体系能量的途径之一就是小颗粒聚结成大颗粒，使总的表面积减少；体系能量降低就出现了集结不稳定性；故聚结不稳定性是多相性和高度分散性的必然结果。§1—2常见粘土矿物的晶格构造及特点粘土是配制钻井液的重要原材料，同时也是易塌地层（泥页岩）的主要组成，粘土配出的钻井液性能如何，地层是否易垮塌与粘土矿物组成性质有关，所以要对粘土矿物的性质要有所了解。结构决定

8、性质，故先介绍粘土的晶格构造特点。构成粘土矿物的基本结构单元：1.硅氧四面体处于中心的硅原子与