一、引言鉆井液是鉆井工程的"血液"，其性能直接影響鉆井效率、井壁穩(wěn)定、儲(chǔ)層保護(hù)及鉆具壽命。從淺井到超深井，從常規(guī)地層到鹽膏層、高溫高壓地層，鉆井液的優(yōu)化設(shè)計(jì)與維護(hù)是鉆井成功的關(guān)鍵。本文系統(tǒng)解析鉆井液工藝的核心知識(shí)點(diǎn)，并配套在線測(cè)驗(yàn)題，助力讀者鞏固專業(yè)知識(shí)，提升實(shí)踐應(yīng)用能力。二、鉆井液的基本功能鉆井液的核心功能可概括為"五大作用"，貫穿鉆井全過程：1.攜帶與懸浮巖屑：通過循環(huán)將井底鉆碎的巖屑帶至地面，防止巖屑沉降形成"沉砂床"，避免卡鉆、埋鉆事故。2.平衡地層壓力：通過調(diào)整密度使液柱壓力等于或略大于地層壓力（一般控制在1.05-1.1倍地層壓力系數(shù)），防止井噴（地層壓力過高）或井漏（地層壓力過低）。3.冷卻與潤(rùn)滑鉆具：帶走鉆具與地層摩擦產(chǎn)生的熱量（鉆速10m/h時(shí)，鉆具溫度可升至150℃以上），減少鉆具磨損（如鉆桿接頭的磨耗）。4.保護(hù)儲(chǔ)層：減少濾液與固相顆粒侵入儲(chǔ)層，防止儲(chǔ)層滲透率下降（據(jù)統(tǒng)計(jì)，未保護(hù)的儲(chǔ)層滲透率可降低30%-80%）。5.傳遞水力功率：通過鉆井液循環(huán)將泵壓轉(zhuǎn)化為井底水力能量（如噴射鉆井的噴嘴流速可達(dá)100m/s以上），輔助破巖，提高鉆速。三、鉆井液的分類及特點(diǎn)鉆井液按分散介質(zhì)可分為三大類，每類適用于不同地層條件：（一）水基鉆井液（WBM）以水為分散介質(zhì)，成本低、環(huán)保，是目前應(yīng)用最廣泛的鉆井液類型。細(xì)分如下：淡水鉆井液：適用于淺井、非鹽敏地層（如砂巖、泥巖），主要成分是粘土（膨潤(rùn)土）、水和少量處理劑。鹽水鉆井液：含NaCl、KCl等鹽類，適用于鹽敏地層（如蒙脫石含量高的泥巖），通過鹽離子抑制粘土膨脹。聚合物鉆井液：以聚合物（如聚丙烯酰胺、黃原膠）為主要處理劑，無固相或低固相（固相含量＜5%），適合儲(chǔ)層保護(hù)（如低滲透砂巖儲(chǔ)層）。正電膠鉆井液：含正電膠顆粒（如氫氧化鋁），通過正電荷吸附粘土顆粒，抑制粘土分散，適用于復(fù)雜地層（如易坍塌的頁巖）。（二）油基鉆井液（OBM）以油（礦物油、合成油）為分散介質(zhì)，具有抗溫、抗鹽、潤(rùn)滑性好的特點(diǎn)，適用于高溫（＞200℃）、鹽膏層（如石膏、巖鹽）、易坍塌地層。但成本高（是水基的3-5倍）、環(huán)保要求嚴(yán)（需處理油泥），目前主要用于超深井、海洋鉆井。（三）氣體型鉆井液（GBM）以氣體（空氣、氮?dú)猓榉稚⒔橘|(zhì)，包括空氣鉆井、霧鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井。其優(yōu)點(diǎn)是鉆井速度快（比水基高2-3倍）、儲(chǔ)層損害小（無液相侵入），適用于干旱地區(qū)、低滲透儲(chǔ)層（如致密砂巖）。但需控制地層壓力（地層壓力需低于大氣壓力），否則易發(fā)生井噴。四、鉆井液的關(guān)鍵性能參數(shù)及控制鉆井液的性能由物理、化學(xué)、流變等參數(shù)共同決定，其中密度、粘度、切力、濾失量、pH值、含砂量是核心參數(shù)：（一）密度（ρ）定義：?jiǎn)挝惑w積鉆井液的質(zhì)量（g/cm3）。作用：平衡地層壓力，是防止井噴井漏的關(guān)鍵參數(shù)?？刂品椒ǎ焊鶕?jù)地層壓力系數(shù)（Pp）調(diào)整，公式為：ρ=Pp×1.03（淡水密度基準(zhǔn)，1.03g/cm3對(duì)應(yīng)1atm）。例如，地層壓力系數(shù)1.2，密度約1.24g/cm3。測(cè)量工具：鉆井液密度計(jì)（平衡式）。（二）粘度（μ）定義：流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力，反映鉆井液的流動(dòng)特性。關(guān)鍵指標(biāo)：表觀粘度（AV）：θ600/2（θ600為旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)600轉(zhuǎn)讀數(shù)），反映整體粘度。塑性粘度（PV）：θ600-θ300（θ300為300轉(zhuǎn)讀數(shù)），反映固相含量（PV越高，固相越多）。動(dòng)切力（YP）：θ300-PV，反映攜巖能力（YP越高，攜巖能力越強(qiáng)）。控制方法：PV高：加降粘劑（如聚丙烯酸鈉）或清除固相（離心機(jī)）。YP低：加增粘劑（如黃原膠）或增加粘土含量。（三）切力（Gel）定義：靜止時(shí)的內(nèi)聚力，分為靜切力（10秒）和動(dòng)切力（10分鐘）。作用：防止巖屑沉降（靜切力太大則泵壓高，太小則巖屑易沉降）?？刂茦?biāo)準(zhǔn)：靜切力一般控制在1-5Pa（10秒），動(dòng)切力控制在5-10Pa（10分鐘）。（四）濾失量及濾餅質(zhì)量濾失量：壓力差下濾失到地層的水量，分為API濾失量（常溫常壓，30分鐘濾失量）和HTHP濾失量（高溫高壓，150℃、3.5MPa，30分鐘濾失量）。濾餅質(zhì)量：濾餅的厚度、致密度、韌性（好的濾餅?。?mm、致密、不易脫落）。作用：減少地層損害（濾失量越大，地層損害越嚴(yán)重），防止井壁坍塌（濾餅差易導(dǎo)致井壁掉塊）?？刂品椒ǎ杭咏禐V失劑（如淀粉、聚合物），優(yōu)化固相顆粒級(jí)配（如加入超細(xì)碳酸鈣填充濾餅孔隙）。（五）pH值定義：鉆井液的酸堿度，一般控制在8-10（堿性范圍）。作用：抑制粘土膨脹（堿性環(huán)境下，粘土顆粒表面負(fù)電荷增加，排斥作用增強(qiáng)）。防止鉆具腐蝕（酸性環(huán)境易導(dǎo)致鉆桿腐蝕，如H2S腐蝕）?？刂品椒ǎ簆H低加燒堿（NaOH），pH高加鹽酸（HCl）或稀釋。（六）含砂量定義：鉆井液中＞74μm的固相顆粒含量（一般要求＜0.5%）。作用：避免磨損鉆具（如鉆頭、泵配件），影響濾餅質(zhì)量（含砂量高會(huì)使濾餅疏松）。控制方法：用振動(dòng)篩、離心機(jī)清除固相，補(bǔ)充新鮮鉆井液。五、鉆井液處理劑的分類及作用鉆井液處理劑是調(diào)整性能的"調(diào)節(jié)劑"，按功能可分為七類：類型作用例子降粘劑降低粘度、切力聚丙烯酸鈉（PAA）、單寧酸增粘劑增加粘度、切力黃原膠、羧甲基纖維素（CMC）降濾失劑減少濾失量、改善濾餅質(zhì)量淀粉、磺化酚醛樹脂抑制劑抑制粘土膨脹、分散氯化鉀（KCl）、聚胺潤(rùn)滑劑減少鉆具與井壁摩擦礦物油、乳化劑加重劑增加密度重晶石（BaSO4）、鐵礦粉消泡劑消除泡沫硅油、聚醚類化合物六、鉆井液的維護(hù)與污染處理（一）日常維護(hù)定期監(jiān)測(cè)：每天測(cè)量密度、粘度、切力、濾失量、pH值、含砂量（至少2次/天）。清除固相：用振動(dòng)篩（去除＞74μm顆粒）、離心機(jī)（去除＞2μm顆粒）清除固相。補(bǔ)充處理劑：根據(jù)性能變化，及時(shí)補(bǔ)充降粘劑、增粘劑、降濾失劑等。（二）常見污染及處理1.鈣污染（來自石膏、水泥）：癥狀：粘度升高、濾失量增大、pH值降低。處理：加純堿（Na2CO3），反應(yīng)式：Ca2++CO32-=CaCO3↓（沉淀鈣離子）。2.鹽污染（來自鹽水地層）：癥狀：粘度先降低后升高、濾失量增大。處理：加抗鹽處理劑（如聚丙烯酰胺）或稀釋鉆井液。3.油污染（來自原油）：癥狀：粘度升高、濾失量增大、泡沫增多。處理：加破乳劑（如聚醚）或清除油相。七、儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)儲(chǔ)層保護(hù)是鉆井液工藝的核心目標(biāo)之一，主要技術(shù)包括：（一）屏蔽暫堵技術(shù)原理：根據(jù)儲(chǔ)層孔隙大小，選擇顆粒級(jí)配匹配的暫堵劑（如碳酸鈣、瀝青），使暫堵劑在井壁形成致密濾餅（D90≈儲(chǔ)層平均孔隙直徑），阻止濾液和固相侵入。應(yīng)用：適用于各種儲(chǔ)層（如低滲透砂巖、碳酸鹽巖），是目前最常用的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)。（二）無固相/低固相鉆井液原理：不含或含少量固相顆粒（固相含量＜5%），避免固相顆粒堵塞儲(chǔ)層孔隙。例子：聚合物鉆井液（如黃原膠鉆井液）、生物聚合物鉆井液。（三）低傷害鉆井液要求：低濾失（HTHP濾失量＜10ml）、低固相（＜5%）、與儲(chǔ)層配伍（不反應(yīng)、不沉淀）。應(yīng)用：低滲透儲(chǔ)層（如致密砂巖）、敏感性儲(chǔ)層（如酸敏、水敏儲(chǔ)層）。八、在線測(cè)驗(yàn)題（一）單項(xiàng)選擇題1.以下哪項(xiàng)不是鉆井液的基本功能？（）A.攜帶巖屑B.平衡地層壓力C.提高鉆速D.保護(hù)儲(chǔ)層2.油基鉆井液的主要優(yōu)點(diǎn)是（）A.成本低B.抗溫抗鹽C.環(huán)保D.無固相3.鉆井液密度的主要作用是（）A.攜帶巖屑B.平衡地層壓力C.冷卻鉆具D.減少濾失4.以下哪種處理劑是增粘劑？（）A.聚丙烯酸鈉B.黃原膠C.純堿D.重晶石5.儲(chǔ)層保護(hù)的關(guān)鍵是（）A.增加密度B.提高粘度C.減少地層損害D.增加濾失量（二）多項(xiàng)選擇題1.水基鉆井液的特點(diǎn)包括（）A.成本低B.環(huán)保C.抗溫抗鹽D.潤(rùn)滑性好2.鉆井液的關(guān)鍵性能參數(shù)包括（）A.密度B.粘度C.切力D.含砂量3.抑制劑的作用是（）A.抑制粘土膨脹B.抑制粘土分散C.增加粘度D.減少濾失4.屏蔽暫堵技術(shù)的關(guān)鍵是（）A.暫堵劑顆粒級(jí)配B.暫堵劑濃度C.鉆井液密度D.鉆井液粘度5.常見的鉆井液污染包括（）A.鈣污染B.鹽污染C.油污染D.氣體污染（三）判斷題1.鉆井液的密度越大，越有利于防止井漏。（）2.油基鉆井液的濾失量比水基鉆井液小。（）3.黃原膠是一種生物聚合物，抗溫抗鹽性好。（）4.pH值越高，越有利于抑制粘土膨脹。（）5.含砂量越高，對(duì)鉆具的磨損越小。（）（四）簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述鉆井液粘度的作用及調(diào)整方法。2.簡(jiǎn)述屏蔽暫堵技術(shù)的原理及應(yīng)用。3.簡(jiǎn)述鈣污染的癥狀及處理方法。測(cè)驗(yàn)題答案及解析（一）單項(xiàng)選擇題1.C（提高鉆速是結(jié)果，不是基本功能）2.B（油基鉆井液抗溫抗鹽，成本高、不環(huán)保、有固相）3.B（密度主要用于平衡地層壓力）4.B（黃原膠是增粘劑，聚丙烯酸鈉是降粘劑，純堿是處理劑，重晶石是加重劑）5.C（儲(chǔ)層保護(hù)的核心是減少地層損害）（二）多項(xiàng)選擇題1.AB（水基鉆井液成本低、環(huán)保，抗溫抗鹽不如油基，潤(rùn)滑性不如油基）2.ABCD（密度、粘度、切力、含砂量都是關(guān)鍵性能參數(shù)）3.AB（抑制劑的作用是抑制粘土膨脹和分散，增加粘度是增粘劑的作用，減少濾失是降濾失劑的作用）4.AB（屏蔽暫堵的關(guān)鍵是暫堵劑顆粒級(jí)配和濃度，與密度、粘度關(guān)系不大）5.ABC（常見污染是鈣、鹽、油污染，氣體污染較少）（三）判斷題1.錯(cuò)（密度太大超過地層破裂壓力會(huì)導(dǎo)致井漏）2.對(duì)（油的粘度高，濾液侵入少，濾失量小）3.對(duì)（黃原膠是生物聚合物，抗溫抗鹽性好）4.對(duì)（堿性環(huán)境下，粘土顆粒表面負(fù)電荷增加，排斥作用增強(qiáng)，抑制膨脹）5.錯(cuò)（含砂量越高，對(duì)鉆具的磨損越大）（四）簡(jiǎn)答題1.答：（1）作用：①攜帶巖屑：粘度足夠大才能將巖屑從井底帶至地面；②影響泵壓：粘度越高，泵壓越大，消耗的能量越多；③控制濾液侵入：粘度越高，濾液侵入地層的速度越慢，減少地層損害。（2）調(diào)整方法：①粘度太高：加降粘劑（如聚丙烯酸鈉、單寧酸）或稀釋鉆井液；②粘度太低：加增粘劑（如黃原膠、羧甲基纖維素）或增加固相含量（如粘土）。2.答：（1）原理：根據(jù)儲(chǔ)層的孔隙大小，選擇合適的暫堵劑（如碳酸鈣、瀝青），其顆粒大小與儲(chǔ)層孔隙匹配（D90≈儲(chǔ)層平均孔隙直徑）。當(dāng)鉆井液循環(huán)時(shí)，暫堵劑在井壁形成致密的濾餅，阻止濾液和固相顆粒侵入儲(chǔ)層。完井后，暫堵劑可以通過酸化或壓裂解除，恢復(fù)儲(chǔ)層滲透率。（2）應(yīng)用：適用于各種儲(chǔ)層，尤其是低滲透儲(chǔ)層、碳酸鹽巖儲(chǔ)層，是目前最常用的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)之一。3.答：（1）癥狀：①粘度升高：鈣離子（Ca2+）會(huì)壓縮粘土顆粒的雙電層，使顆粒聚集，粘度升高；②濾失量增大：鈣離子會(huì)破壞粘土顆粒的分散結(jié)構(gòu)，使濾餅變得疏松，濾失量增大；③pH值降低：鈣污染通常來自石膏（