鉆井液工藝學(xué)第一部分鉆井液總論第二部分鉆井液各論第三部分鉆井液應(yīng)用石油系李水福2003.6一、鉆井液概述二、鉆井液理化基礎(chǔ)三、鉆井液流變性能四、鉆井液濾失性能五、鉆井液處理劑六、鉆井液固相控制第一部分鉆井液總論1、鉆井液——鉆井過程中以其多種功能滿足鉆井工作需要的各種循環(huán)流體總稱。鉆井液又稱鉆井泥漿，簡稱泥漿。2、鉆井液的循環(huán)是靠泥漿泵來維持的。高壓管方鉆桿鉆桿鉆頭水眼高速噴出環(huán)形空間泥漿池清洗井底攜帶巖屑各種固控設(shè)備泥漿泵上水池攜帶和懸浮巖屑形成泥餅，降低濾失，減弱地層水化。保護油氣層控制壓力，防止井噴。平衡地層壓力，穩(wěn)定井壁，防止井塌。高壓噴射，破巖清巖。冷卻潤滑鉆頭3、鉆井液的功用A

攜帶和懸浮鉆屑。B

穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力。C

冷卻和潤滑鉆頭、鉆具。D

傳遞水動力。一、鉆井液概述4、鉆井液的類型分類依據(jù)類型密度非加重鉆井液加重鉆井液粘土水化非抑制性抑制性固相含量低固相無固相流體介質(zhì)水基油基合成基氣體液體氣體水基鉆井液油基鉆井液合成基鉆井液泡沫（氣為主）充氣鉆井液（液為主）空氣天然氣氣-液混合物流體介質(zhì)鉆井液基本類型水基鉆井液油基鉆井液淡水（NaCl＜1%、Ca++<120mg/l）：最初使用。鹽水（NaCl＞1%）（鹽水、飽和鹽水、海水）用于海上和巖鹽層及泥、頁巖易塌地層。鈣處理（Ca++＞120mg/l）：防塌、抗鈣、鹽侵強。低固相（固相＜7%，不分散的<4%）：鉆速快?；煊停ㄈ榛簼櫥?、流動性好，失水量少。油包水乳化（逆乳化）：以柴油為分散介質(zhì)，水及有機膨潤土等為分散相。特點：熱穩(wěn)定性高、防塌好，對油氣層損害小。用于超深井的高溫井段。全油基（含水<10%）：柴油和瀝青等配成。特點：對油層損害小，抗鹽侵能力強。缺點：對人體及環(huán)境危害大，尤其是海洋。加重劑鉆屑5、鉆井液的組成各種化學(xué)處理劑多級分散體系粘土顆粒多數(shù)是懸浮體0.1~2μm少數(shù)為溶膠1~100nm膨潤土水(或鹽水)溶膠—懸浮體水基鉆井液加重劑石灰油水滴有機土等油基鉆井液乳化劑潤濕劑乳狀液體系6、鉆井液發(fā)展階段①初步形成時期1888~1928年，旋轉(zhuǎn)鉆井開始，最初用清水鉆井。②快速發(fā)展時期1928~1948年，發(fā)現(xiàn)帶有砂的泥漿比清水的攜帶能力更好。于是出現(xiàn)細分散鉆井液，并使用簡單的處理劑。③高速發(fā)展時期1948~1965年，發(fā)現(xiàn)細分散泥漿的不足：抗侵能力差，于是發(fā)展為鈣處理、適度絮凝的粗分散鉆井液。④科學(xué)優(yōu)化時期1965~現(xiàn)在，高壓噴射鉆井中，要求低固相，于是出現(xiàn)聚合物不分散低固相鉆井液。硅氧四面體晶片（俯視圖）硅氧四面體晶片（立體圖）單個硅氧四面體OSi1、三種主要粘土礦物的晶體構(gòu)造粘土礦物晶體基本構(gòu)造單元硅氧四面體二、鉆井液理化基礎(chǔ)鋁氧八面體晶片（立體圖）單個鋁氧八面體鋁氧八面體晶片（俯視圖）AlOH空余位置鋁氧八面體粘土礦物晶體基本構(gòu)造單元SiOHAlO構(gòu)造單元中原子電荷是平衡的。一面為OH層，一面為O層，晶層與晶層之間容易形成氫鍵，晶層之間結(jié)合緊密，故分散度低，幾乎無晶格取代現(xiàn)象，為非膨脹型粘土礦物，水化性能差，造漿性能不好。高嶺石7.2×10-1nm6(OH)4Al4O＋2(OH)4Si6O1:1型SiOHAlO蒙脫石晶層上下均為氧原子，晶層之間連接力弱，水分子容易進入晶層之間，引起晶格膨脹。所以，它的水化能力強，陽離子交換容量大（70~130mmol/100g），為膨脹型粘土礦物。蒙脫石9.6×10-1~40×10-1nm4O＋2(OH)4~6(Al，Mg，F(xiàn)e)4O＋2(OH)4(Si或Al)6O6O4(Si或Al)nH2O2:1型伊利石也叫水云母，它比原生云母少鉀、多水。晶體結(jié)構(gòu)與蒙脫石相似，也是三層型粘土礦物，區(qū)別在于晶格取代多發(fā)生在四面體中，Al3+取代Si4+。所帶電荷比蒙脫石高。伊利石不易膨脹。10×10-1nm4O＋2(OH)4Al4O＋2(OH)3Si＋1Al6O6O3Si＋1Al伊利石SiOHAlOK2:1型K三種粘土礦物晶體構(gòu)造特點比較SiOHAlOK9.6×10-1~40×10-1nm10×10-1nm7.2×10-1nm高嶺石伊利石（白云母）蒙脫石（含水的）nH2OK2、粘土的帶電性——永久負電荷、可變負電荷和正電荷。

永久負電荷主要由粘土礦物的晶格取代產(chǎn)生，三種粘土礦物所帶的永久負電荷是：伊利石＞蒙脫石＞高嶺石；可變負電荷是粘土晶體端面上與鋁連接的OH基中的H在堿性或中性條件下解離和粘土晶體端面上吸附了OH-、SiO32-等無機或有機陰離子引起的。三種粘土礦物的可變負電荷占總電荷比例分別為：蒙脫石約95%、伊利石約60%、高嶺石約25%；正電荷是粘土礦物晶體端面上與鋁連接的OH基在酸性條件下解離出OH-的結(jié)果所致。它所占的比例較小，所以粘土一般仍然帶負電。Al－O－HAl+＋OH-H+3、粘土陽離子交換容量指在分散介質(zhì)的pH值為7的條件下，粘土所能交換下來的陽離子總量，用符號CEC表示。影響因素：粘土礦物的本性、粘土的分散度、分散介質(zhì)的酸堿度。mmol／100g粘土4、粘土水化膨脹作用

表面水化——粘土晶體表面吸附水分子和交換性陽離子水化引起的。

滲透水化——由于晶層之間的陽離子濃度大于溶液內(nèi)部的濃度，水發(fā)生濃差擴散進入晶層間，增加晶層間距離，形成擴散雙電層。由滲透水化引起的體積增加比晶格本身膨脹要大得多，粘土水化膨脹主要由此引起。粘土吸附層擴散層陽離子溶劑化水5、膠粒雙電層結(jié)構(gòu)示意圖膠核反離子為零處擴散層吸附層滑動面φ0ζ均勻液相xζφ0固體表面離固體表面距離φ0—熱力學(xué)電位

ζ—電動電位6、聚結(jié)穩(wěn)定性理論，也叫靜電穩(wěn)定理論或DLVO理論（1）膠體穩(wěn)定性的概念動力穩(wěn)定性——是指在重力作用下分散相粒子是否下沉的性質(zhì)。一般用下沉速度來衡量。用一玻璃容器盛滿鉆井液，靜止24小時，分別測定上下兩部分的密度，其差值越小。聚結(jié)穩(wěn)定性——是指分散相粒子是否容易自動地聚結(jié)變大的性質(zhì)。不管分散相下沉速度如何，只要不自動聚結(jié)變大，該膠體就是聚結(jié)穩(wěn)定性好。（2）DLVO理論要點膠粒之間存在兩種相反作用力：吸力與斥力。膠粒在布朗運動中，如果吸力＞斥力，粒子碰撞后就聚結(jié)；反之，如果吸力＜斥力，粒子碰撞后又分開，保持分散狀態(tài)。三、鉆井液流變性能

1、鉆井液流變性概念指在外力作用下，鉆井液發(fā)生流動和變形的特性。

剪切速率（γ）：垂直于流速方向上單位距離流速的增量。剪切應(yīng)力（τ）：單位面積上的剪切力。v＋dvvdxxdvdr沉砂池約10~20s-1環(huán)形空間50~250s-1鉆桿內(nèi)100~1000s-1鉆頭水眼處1000~10000s-12、四種流體基本流型的曲線圖牛頓流型、塑性流型、假塑性流型、膨脹流型。牛頓流體的流變性最簡單，膨脹性流體比較少見。大多數(shù)鉆井液為塑性流體和假塑性流體。剪切速率γ剪切應(yīng)力τ四種基本流型的曲線牛頓流體塑性流體假塑性流體膨脹流體τ0τsF=μSγτ=F/S=μγ3、鉆井液的三種模式

賓漢模式（τ＝τ0＋μpγ）

指數(shù)模式（τ＝Kγn）

卡森模式（τ1/2＝τc1/2＋μ∞1/2γ1/2）

剪切速率與剪切應(yīng)力之間的關(guān)系，用數(shù)學(xué)關(guān)系式表示的叫流變方程或流變模式，用圖線表示的叫流變曲線。4、塑性流體和假塑性流體的流變參數(shù)塑性粘度（μp或PV）

動切應(yīng)力或動切力或屈服值（τ0或YP）

流性指數(shù)（n）

稠度系數(shù)（K）5、其它流變參數(shù)——靜切應(yīng)力或切力或凝膠強度（τs）、漏斗粘度（FV）、表觀粘度或有效粘度（μa）。剪切稀釋性：塑性流體和假塑性流體的表觀粘度隨著剪切速率的增加而降低的特性（μa＝τ／γ），在鉆井液工藝中常用動切力與塑性粘度的比值（簡稱動塑比）表示剪切稀釋性的強弱，一般為0.36~0.48Pa/mPa.s。鉆井液觸變性：指鉆井液在攪拌后變稀，靜止后變稠的性質(zhì)。一般用終切與初切之差表示鉆井液觸變性的強弱。初切力——鉆井液經(jīng)充分攪拌后，靜止1min或10s測得的靜切力（簡稱初切）；終切力——鉆井液經(jīng)充分攪拌后，靜止10min測得的靜切力（簡稱終切）。6、鉆井液流變性與鉆井的關(guān)系（1）與井眼凈化的關(guān)系（鉆井液主要功用之一）清洗能力除了決定于循環(huán)系統(tǒng)的水力參數(shù)外，還與鉆井液的性能有關(guān)。特別是鉆井液的流變性。巖屑清除兩個過程一是巖屑被沖離井底，與鉆頭造形有關(guān)，屬工程問題。二是巖屑從環(huán)形空間被攜帶至地面，主要是鉆井液作用。兩種流型攜屑特點（最好的攜屑流型為塞流）A.層流攜帶巖屑：層流的截面為一拋物線，中心處流速大，邊緣處流速小，使巖屑產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)和滑落現(xiàn)象。B.紊流攜帶巖屑：鉆井液作紊流流動時，巖屑沒有轉(zhuǎn)動和滑落現(xiàn)象。但要求上返的速度大，泵的排量大，而且紊流時的高流速對井壁沖蝕嚴重層流的截面為一拋物線，中心處流速大，邊緣處流速小。片狀的巖屑受力不均一，使巖屑產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)和滑落現(xiàn)象，不利于攜帶。鉆柱轉(zhuǎn)動時對攜帶有利。012.525.037.550.00.50.40.30.20.10鉆桿管壁井壁F2F4F1F3流上升速度（m/s）井眼半徑（mm）dδd0Dl井眼環(huán)空平板型層流一般要求動塑比（τ0/μp）在0.36~0.48Pa/mPa·s之間。要達到這個動塑比，一般采取以下措施：A.選用XC生物型聚合物，增大體系結(jié)構(gòu)強度，即τ0

升高，τ0/μp增大。B.有效地進行固控，降低固相含量，達到降低μp，提高τ0/μpC.在保持鉆井液性能穩(wěn)定下，加入石灰、石膏、氯化鈣、氯化鈉等電解質(zhì)，以增強粘土網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，τ0增大，τ0/μp提高。24681000.20.40.60.81.01.22/1環(huán)形空間（cm）液體流速（m/s）1/21/16τ0/μp=0鉆桿壁井壁平板型層流的實現(xiàn)（2）與井壁穩(wěn)定關(guān)系紊流對井壁沖蝕強，所以應(yīng)盡量使返速保持層流，避免出現(xiàn)紊流。非牛頓流體用綜合雷諾數(shù)判斷：Re＞2000為紊流。Re=2000時，推導(dǎo)出：臨界返速Vc＝100μp＋10100μp2＋2.52×10－3ρτ0(D－d)2ρ(D－d)若上返速度V＞Vc，則為紊流；V＜Vc，為層流。所以在調(diào)整鉆井液的流變參數(shù)和確定環(huán)空返速時，既要考慮攜帶巖屑能力，又要考慮鉆井液的流態(tài)，保持井壁穩(wěn)定。（3）與懸浮巖屑、加重劑關(guān)系（粒徑和密度大?。?）與井內(nèi)液柱壓力激動關(guān)系（起下鉆和開泵時的壓力激動）（5）與提高鉆速關(guān)系（鉆井液的觸變性好，在剪切速率高時流動性好。四、鉆井液濾失造壁性能1、鉆井液濾失造壁性

在壓差作用下，鉆井液中的自由水向井壁巖石的裂隙或孔隙中滲透作用，用濾失量表示。在濾失過程中，鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成泥餅，就是鉆井液的造壁性。2、井內(nèi)鉆井液濾失的全過程鉆井液各濾失過程特點

過程時間速率瞬時濾失最短最大動濾失最長中等靜濾失較長最小循環(huán)累積濾失體積T0T1T2T3T5時間t循環(huán)靜止瞬時濾失3、鉆井液濾失性評價指標(biāo)濾失性能的評價一般包括：濾失量和泥餅質(zhì)量兩個方面。濾失量測定分：低溫低壓濾失儀（API濾失量）和高溫高壓濾失儀（HTHP濾失量）。壓力表閥門鉆井液泥餅濾紙量筒濾液API濾失量測定儀

API濾失量：滲濾面積45.8cm2、滲濾壓差：6.89MPa（100psig），在室溫下測定30min的滲濾體積。用鋼尺測量泥餅厚度，并描述外觀：硬、軟、韌、致密等。4、鉆井液濾失性能與鉆井工作的關(guān)系

為了防止地層流體進入井筒，必然存在P液＞P地。有了壓差鉆井液就有滲入地層的趨勢。為了維持井眼穩(wěn)定，減少鉆井液固相、液相侵入地層，損害油氣層。所以我們就必須控制鉆井液的濾失性能?？刂沏@井液的濾失性能有效途徑在井壁上形成薄而致密的泥餅。濾失量過大——對于泥頁巖地層，會引起水化膨脹、剝落，造成擴徑或縮徑，引起卡鉆等事故；對于裂隙發(fā)育的地層，濾液滲入巖層裂隙面，減少摩擦力，易滑落掉塊，也會引起卡鉆等事故。泥餅過厚——減少井眼有效直徑，增大鉆具與井壁接觸面積，增加功耗，起下鉆遇阻，易引起井塌、井漏等，同時影響測井結(jié)果的正確性?？傊?，泥餅一定要薄、致密、堅韌。濾失量要控制適當(dāng)，過大固然不好，過小對提高鉆速不利。五、鉆井液配處理劑1、幾個重要概念（1）配漿原材料——指在配漿中用量較大的基本組分，如膨潤土、水、油、重晶石等。（2）處理劑——指改善和穩(wěn)定鉆井液性能，或為滿足鉆井液某種性能需要而加入的化學(xué)添加劑。處理劑是鉆井液的核心組分。（3）造漿——粘土逐漸分散在水中使泥漿的粘度和切力不斷增加的過程叫造漿。（4）粘土造漿率——每噸粘土能配出表觀粘度為15mPa.s的鉆井液體積。（5）膨潤土——具有蒙脫石的物理化學(xué)性質(zhì)，含蒙脫石不小于85%的粘土礦物。一般要求用造漿率大于16m3膨潤土。（6）有機土——是由膨潤土經(jīng)季銨鹽類陽離子表面活性劑處理而制成的親油膨潤土，它可以在油中分散，形成結(jié)構(gòu)，其作用與水基鉆井液中的膨潤土類似。2、鉆井液原材料和處理劑分類第一類分類方法是按組分分為：鉆井液原材料、無機處理劑、有機處理劑、表面活性劑。第二類分類方法是按其在鉆井液中所起的作用或功能分為16類：降濾失劑、增粘劑、降粘劑、絮凝劑、乳化劑、頁巖抑制劑、堵漏劑、潤滑劑、緩蝕劑、加重劑、粘土類、消泡劑、起泡劑、殺菌劑、解卡劑、其它類。鉆井液常用的加重劑——重晶石粉（4.2）、石灰石粉（2.7~2.9）、鐵礦粉（4.9~5.3）、方鉛礦粉（7.4~7.7）。常用無機處理劑——純堿、燒堿、石灰、石膏、氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、硅酸鈉、重鉻酸鈉、重鉻酸鉀等。3、鉆井液原漿（基漿）的配制

原漿（或叫基漿）——用粘土和水配制成，一般鉆井液的配制比例為：水∶土∶處理劑＝100∶10∶1配制一定密度的鉆井液所需粘土和水的用量粘土用量：粘土的密度一般取2.4~2.6g/cm3水用量：ρ土ρ液（ρ液－1）ρ土－1m土＝V水＝

V液ρ液－m土4、與鉆井液有關(guān)的計算（1）井眼內(nèi)鉆井液容量（2）泥漿池的容量（有長方體池、棱臺池、三棱柱池、圓形灌）（3）環(huán)行空間的容積（4）加重劑用量（5）壓井用的鉆井液密度計算M重＝——————————ρ重×V原（ρ后－ρ前）ρ重－ρ后過量的無用固相——破壞鉆井液性能、降低鉆速、導(dǎo)致各種復(fù)雜情況出現(xiàn)。鉆井液固相控制——在保存適量有用固相前提下，盡可能地清除無用固相。鉆井液中固相顆粒按作用可分為有用固相：膨潤土、加重劑、處理劑等有害固相：鉆屑、砂粒、劣質(zhì)土等現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明在低密度范圍內(nèi)，鉆井液中固相含量每降低1%，一般地層機械鉆速提高8%，可見固控效益非常顯著。正確實施固控技術(shù)可以達到提高機械鉆速延長鉆頭使用壽命降低鉆井扭矩和摩擦降低環(huán)空抽汲的波動力減輕設(shè)備磨損提高循環(huán)系統(tǒng)密封件的壽命增加井眼穩(wěn)定性改善下套管條件減輕環(huán)境污染降低鉆井液費用六、鉆井液固相控制1、固相控制的重要性2、常用固控設(shè)備及原理（1）振動篩——是一種過濾性的機械分離設(shè)備。通過振動振動篩＞網(wǎng)孔固體從鉆井液中分離出來＜網(wǎng)孔固體隨鉆井液一起流入循環(huán)系統(tǒng)它是一種最先最快分離固相、經(jīng)濟高效的分離設(shè)備，大量的鉆屑由它清除。它的工作好壞直接影響到后面其它固控設(shè)備（除砂器、除泥器、離心機）的正常工作。進漿口渦流導(dǎo)管渦流溢流口（輕）底流口（重）進漿室空氣它的底流口，可以調(diào)節(jié)大小。底流口過小——被分離的固相顆?；囟氯琢骺冢纬伞案傻住?。底流口過大——一部分液體會從底流口排出，形成“濕底”。一般寧愿偏向“濕底”，以保證它的正常工作。（2）旋流器直徑輸入壓力處理能力處理效果150~300(mm)0.2MPa20~120m3/h＞74μm95%＞30μm50%100~150(mm)0.2MPa10~15m3/h＞40μm95%＞15μm50%50(mm)0.2MPa5m3/h7~25μm分離旋流器除砂器除泥器微型旋流器（3）泥漿清潔器——是一組旋流器和一臺細目振動篩的組合。上部為旋流器，下部為細目振動篩。篩網(wǎng)底流細目振動篩水力旋流器（除砂器和或除泥器）清潔鉆井液鉆井液進入排出固體顆粒返回鉆井液循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)點：既降低了低密度固相含量又避免了大量重晶石的損失。旋流器低口流出的重組分包括：密度大顆粒小的重晶石和密度小顆粒大的鉆屑，再通過振動篩分開。（4）離心機——用于鉆井液固控的主要是傾注式離心機，又叫沉降式離心機。核心部件：滾筒、螺旋傳輸器和變速器。

含有細顆粒的液體固相補充處理劑膨潤土、水和重晶石廢棄物廢棄物廢棄物振動篩泥漿清潔器水水離心機加重鉆井液固控流程非加重鉆井液固控流程除砂器溢流除泥器溢流離心機溢流振動篩補充處理劑膨潤土、水廢棄物廢棄物廢棄物3、固控工藝原理水七、分散鉆井液八、鈣處理鉆井液九、鹽水鉆井液十、聚合物鉆井液十一、正電膠鉆井液十二、油基鉆井液第二部分鉆井液各論七、分散鉆井液1、分散鉆井液的特點——粘土在水中高度分散，優(yōu)點是配制方法簡便、成本較低、泥餅質(zhì)量較好、API和HTHP濾失量較低、可容納固相較多，可配成2.00g/cm3以上的高密度鉆井液，還可配成以磺化栲膠、磺化褐煤和磺化酚醛樹脂為主處理劑的抗高溫三磺鉆井液。2、分散鉆井液的缺點——性能不穩(wěn)定，容易受鹽侵鈣侵；濾液礦化度低，易引起井壁的水化、松散、垮塌；由于固相含量高，對機械鉆速影響大；濾液侵入引起粘土膨脹，不能有效保護油氣層。3、鉆井液受侵——鉆井過程中，常有來自地層的各種污染物進入鉆井液，使其性能發(fā)生變化的現(xiàn)象。鈣侵、鹽侵八、鈣處理鉆井液1、鈣處理鉆井液——是在分散鉆井液的基礎(chǔ)上，于20世紀60年代發(fā)展起來的具有較好抗鹽、鈣污染能力和對泥頁巖水化具有較強抑制作用的類鉆井液。主要通過含Ca2+的無機絮凝劑、降粘劑和降濾失劑處理成粘土顆粒為適度絮凝的粗分散鉆井液。有石灰鉆井液、石膏鉆井液和氯化鈣鉆井液三種。2、Ca2+改變粘土分散度的作用機理——一方面，Ca2+通過Na+／Ca2+交換，將鈉土轉(zhuǎn)換為鈣土，降低水化能力和分散度；另一方面，Ca2+是無機絮凝劑，會壓縮粘土表面擴散雙電層，使水化膜變薄，ζ電位降低，使粘土顆粒聚結(jié)，分散度降低。3、鈣處理鉆井液的配制原理——通過調(diào)節(jié)Ca2+和分散劑的相對含量，使鉆井液內(nèi)粘土顆粒處于適度絮凝的粗分散狀態(tài)，從而使其性能保持相對穩(wěn)定，以達到鉆井工藝要求。九、鹽水鉆井液1、鹽水鉆井液——凡是NaCl含量超過1%在鉆井液，按照含鹽量分為一般鹽水鉆井液（NaCl含量在1%~飽和前）、飽和鹽水鉆井液（常溫下NaCl濃度為3.15×105mg/l）和海水鉆井液（除了NaCl外，還有一定量的Ca2+和Mg2+）。2、鹽水鉆井液配制原理——通過添加無機陽離子來抑制粘土顆粒的水化膨脹和分散，并在分散劑的協(xié)同作用下，形成抑制性粗分散鉆井液。3、鹽水鉆井液的特點——由于礦化度高，有較強的抑制作用，有利于井壁穩(wěn)定；不僅有抗鹽能力，還有抗鈣侵和抗高溫能力；濾液性質(zhì)與地層水相近，對油氣層損害??；鉆屑在鹽水中不易分散而易被清除。十、聚合物鉆井液1、聚合物鉆井液——自20世紀70年代發(fā)展起來的以聚合物為主處理劑或用聚合物調(diào)控性能的鉆井液。根據(jù)聚合物性質(zhì)分為陰離子聚合物鉆井液、陽離子聚合物鉆井液和兩性聚合物鉆井液。2、聚合物鉆井液發(fā)展的必然性——人們研究認識到：固相含量是影響鉆井速度的主要因素；清水鉆井，其鉆速最高，但其攜屑能力差、濾失量大，井壁不穩(wěn)定，鉆屑極易混入；后來發(fā)現(xiàn)聚丙烯酰胺（PAM）可以絮凝掉鉆井液中的固相，但同時絮凝鉆屑和膨潤土，為完全絮凝劑；有發(fā)現(xiàn)部分水解聚丙烯酰胺（PHPA或PHP）等具有選擇性絮凝作用，只絮凝掉巖屑和劣質(zhì)土，而不絮凝優(yōu)質(zhì)造漿土。同時對鉆屑有抑制作用，通過不分散達到低固相目的，叫“不分散低固相聚合物鉆井液”。3、聚合物鉆井液的特點固相含量低，且亞微米粒子所占比例低，這是聚合物鉆井液的基本特征，是聚合物處理劑選擇性絮凝和抑制巖屑分散的結(jié)果，對提高鉆速非常有利。具有良好的流變性，主要是有較強的剪切稀釋性和適宜的流型（平板型層流）。井壁較穩(wěn)定，井眼較規(guī)則；對油氣層損害??；可防止井漏；鉆井成本低。4、聚合物處理劑的作用機理橋聯(lián)作用、包被作用、絮凝作用、增粘作用、降濾失作用降粘作用、抑制與防塌作用。十一、正電膠鉆井液1、正電膠鉆井液——在20世紀80年代后期開發(fā)成功了一種新型鉆井液處理劑——混合金屬層狀氫氧化物，簡稱MMH，它有三個劑型：溶膠、濃膠和膠粉，其膠體顆粒帶永久正電荷，所以又叫MMH正電膠。以MMH正電膠為主處理劑的鉆井液叫MMH正電膠鉆井液。2、鉆井液工藝中的一對矛盾——鉆井液的穩(wěn)定性往往是靠提高粘土的分散度來實現(xiàn)的；保持井壁穩(wěn)定又要抑制鉆屑的水化和分散。一般的陰離子聚合物處理劑具有較強的分散能力，就會降低其抑制能力，對井壁穩(wěn)定不利；具有較強的抑制能力，往往有一定的絮凝能力，對鉆井液穩(wěn)定性有一定的破壞作用。3、正電膠鉆井液的特點——獨特的流變性、較強的抑制性、較低的負電性。4、正電膠的“固-液雙重性”——靜止時呈現(xiàn)假固體狀，具有一定彈性；攪拌時迅速稀化，變?yōu)榱鲃有院芎玫牧黧w。這是MMH正電膠鉆井液具有的特殊流變學(xué)現(xiàn)象。4、正電膠鉆井液的穩(wěn)定性機理目前較為公認的機理是形成“MMH-水-粘土復(fù)合體”——即MMH膠粒（正電性）和粘土膠粒（負電性）對其吸附水化膜中的水分子都產(chǎn)生極化，并各使其電性外沿。當(dāng)它們靠近時，首先接觸的是水化膜，由于電性相反而形成連通的極化水鏈，使兩種粒子保持一定距離。－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－－＋＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－MMH-水-粘土復(fù)合體示意圖十二、油基鉆井液1、油基鉆井液指以油作為連續(xù)相的鉆井液。20世紀20年代，開始用原油發(fā)展為用柴油，由全油基發(fā)展為油包水乳化鉆井液。2、與水基鉆井液相比，油基鉆井液具有哪些優(yōu)點具有抗高溫、抗鹽侵、抗鈣侵、有利于井壁穩(wěn)定、潤滑性好、對油氣層損害小等優(yōu)點。但油基鉆井液的配制成本比水基鉆井液高得多，對環(huán)境污染大。3、油基鉆井液的毒性研究（96hLC50值的含義）以作用96小時生物死亡率為50%的鉆井液濃度（mg/l）表示鉆井液的毒性強弱，成為96hLC50值。按其大小可分為無毒性（＞10000）、微毒性（1000~10000）、中等毒性（100~1000）、毒性（1~100）、劇毒性（＜1）。十三、井塌及鉆井液防塌技術(shù)十四、井漏及鉆井液防漏堵漏技術(shù)十五、井噴的預(yù)防及鉆井液處理技術(shù)十六、卡鉆的預(yù)防及鉆井液解卡技術(shù)十七、深井高溫水基鉆井液技術(shù)十八、保護油氣層的鉆井液技術(shù)第三部分鉆井液應(yīng)用十三、井塌及鉆井液防塌技術(shù)1、井壁不穩(wěn)定——指鉆井或完井過程中的井壁坍塌、縮經(jīng)、地層壓裂三種基本類型。2、了解井壁不穩(wěn)定的現(xiàn)象和井壁不穩(wěn)定的危害3、井壁穩(wěn)定性的室內(nèi)評價方法——取井壁巖樣做分散性試驗、水化試驗、膨脹性試驗。4、井壁不穩(wěn)定原因——地質(zhì)方面原因（頁巖孔隙壓力、異常構(gòu)造應(yīng)力和地層傾斜等）；物理化學(xué)方面原因（水化膨脹壓改變了井周的應(yīng)力分布、降低了巖石強度、削弱了顆粒間連接，造成剝落掉塊。）；鉆井工藝方面的原因（鉆井液液流過大，對井壁沖刷；激動壓力和抽吸壓力過大，造成井壁巖石受力不平衡；由井漏、井噴導(dǎo)致；起下鉆時鉆頭碰撞井壁）。5、解決井壁不穩(wěn)定的鉆井液技術(shù)思路——調(diào)節(jié)鉆井液密度，控制地層壓力，使達到近平衡鉆井；封堵地層微裂縫，形成優(yōu)質(zhì)泥餅，穩(wěn)固井壁；抑制地層水化膨脹。6、常用防塌鉆井液體系①油基鉆井液②水基鉆井液低失水高礦化度水基鉆井液、鉀基鉆井液、鉀石灰鉆井液、有機硅鉆井液、硅酸鹽鉆井液、飽和鹽水鉆井液、正電膠鉆井液、兩性離子聚合物鉆井液、陽離子聚合物鉆井液、聚合醇鉆井液、甲酸鹽鉆井液、聚磺鉆井液、甲基葡萄糖苷鉆井液、多元醇樹脂鉆井液。③合成基鉆井液十四、井漏及鉆井液防漏堵漏技術(shù)1、井漏——各種井下作業(yè)（鉆井、固井、修井）時，各種工作液（泥漿、水泥漿、完井液及其它流體等）在壓差作用下，漏進地層的現(xiàn)象。它與濾失有本質(zhì)區(qū)別，它是液相連同固相整體漏入地層。2、井漏的危害——損失鉆井時間，延長鉆井周期；損失大量鉆井液原材料；產(chǎn)層漏失會嚴重損害產(chǎn)層；誘發(fā)其它井下復(fù)雜情況；干擾鉆井液性能的正常維護、處理；干擾地質(zhì)錄井工作3、井漏發(fā)生的基本條件——①存在正壓差；②存在漏失通道及較大的足夠容納液體的空間；③通道開口的尺寸大于工作液中固相的粒徑。4、漏失通道分類——自然漏失通道、人為漏失通道（新壓裂的，原有重新開啟的）。5、漏失分類滲透性漏失（0.5~4方/小時）裂縫性漏失（幾~幾百方/小時）溶洞漏失（有進無出）。6、井漏的預(yù)防——設(shè)計合理的井身結(jié)構(gòu)、降低井筒內(nèi)鉆井液的動壓力、提高地層的承受壓力。7、常用堵漏方法——調(diào)整鉆井液性能與鉆井措施、靜止堵漏、橋接材料堵漏法、高濾失漿液堵漏法、暫堵法、無機膠凝物質(zhì)堵漏法、復(fù)合堵漏法、強行鉆進下套管封隔漏層法。十五、井噴的預(yù)防及鉆井液處理技術(shù)1、井噴——指地層流體失去控制，噴到地面，或竄到其它地層的現(xiàn)象。它是鉆井工程較為常見的惡性事故。輕者使油氣層受到破壞，影響鉆井工期；重者使油氣井報廢，延誤油氣勘探開發(fā)工作。2、發(fā)生井噴的基本條件——井內(nèi)液柱壓力＜地層壓力。3、發(fā)生井噴的原因——鉆進過程中井噴發(fā)生的原因、起鉆過程中井噴發(fā)生的原因、下鉆過程中井噴發(fā)生的原因、下鉆后循環(huán)過程中井噴發(fā)生原因。4、預(yù)防井噴的鉆井液措施——選用合理的鉆井液密度；在鉆進油、氣、水層前，先調(diào)整好鉆井液性能；及時排除氣侵氣體；隨時注意觀察鉆井液的體積，儲備一定數(shù)量的加重鉆井液。十六、卡鉆的預(yù)防及鉆井液解卡技術(shù)1、卡鉆——鉆井過程中，鉆具在井下既不能轉(zhuǎn)動又不能上下活動而被卡死的現(xiàn)象。常見的卡鉆情況有：壓差卡鉆、沉砂卡鉆、井塌卡鉆、砂橋卡鉆、掉塊卡鉆、縮經(jīng)卡鉆、泥包卡鉆等，大多數(shù)與鉆井液技術(shù)有關(guān)。2、壓差卡鉆——概念、發(fā)生原因、防止措施和解除方法。3、沉砂卡鉆——概念、發(fā)生原因、防止措施和解除方法。A——管子轉(zhuǎn)動，鉆鋌只吃入泥餅一段距離。B——管子靜止，鉆鋌在壓差下吃入泥餅。C——偏斜嚴重的井眼，鉆鋌靜止時，鉆鋌與泥餅之間的壓力從0變化到△p。壓差卡鉆機理示意圖ABC2、壓差卡鉆（2）防止壓差卡鉆的措施

A.降低鉆井液密度——在確保不發(fā)生井噴的前提下，盡可能降低鉆井液密度。

B.減少鉆具與井壁接觸面積——減低鉆井液濾失量，改善泥餅質(zhì)量，使其薄、韌、致密。

C.降低泥餅?zāi)Σ料禂?shù)——采用優(yōu)質(zhì)鉆井液，在鉆井液加入少量的油或潤滑劑，使用好的固控設(shè)備。

D.減少巖屑床的厚度——對于大位移或水平井，選擇合適的鉆井液流變參數(shù)，防止巖屑床形成或盡量減少其厚度。（3）解除壓差卡鉆的方法

A.用油或解卡液浸泡

B.用稀鹽酸浸泡

C.降低鉆井液密度以減少壓差3、沉砂卡鉆（1）沉砂卡鉆發(fā)生的原因沉砂卡鉆——是由于鉆井液懸浮性能不好，使其中的鉆屑和重晶石沉淀到井底造成的卡鉆。（2）沉砂卡鉆的預(yù)防與解除防止沉砂卡鉆的要點：①使鉆井液保持使用合適的粘度和切力，能有效低攜帶和懸浮鉆屑與重晶石。②設(shè)計合理的環(huán)空返速，較好地清洗井眼和井底，保持井眼清潔。沉砂卡鉆的解除：③一旦發(fā)生沉砂卡鉆，應(yīng)盡一切可能憋通鉆頭水眼，恢復(fù)鉆井液循環(huán)（注意開泵時用小排量），并提高鉆井液的粘度和切力，邊循環(huán)邊活動鉆具，以達到逐漸清除沉砂和解卡的目的。注意事項：切忌用大排量開泵，或盲目地猛提、硬壓、強轉(zhuǎn)鉆具，以免引起其它更為嚴重的井下復(fù)雜情況發(fā)生。十七、深井抗高溫水基鉆井液技術(shù)1、深井超深井對鉆井液性能的要求更高，為什么？高溫——鉆井液中組分發(fā)生降解、發(fā)酵、增稠及失效等變化，鉆井