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第三章 钻井液

Chapter 3 Drilling fluids

第一节 钻井液的定义和功用

第二节 钻井液的组成和分类

第三节 粘土矿物和粘土胶体化学基础

第四节 钻井液的性能及调控

第五节 钻井液的固相控制

第六节 井塌及防塌钻井液

第七节 油气层保护及完井液

第一节 钻井液的定义和功用Section 1 drilling fluids and its uses

一、钻井液定义

1、狭义钻井液:粘土以小颗粒状态(<2μ)分散在水中所形成的溶胶-悬浮体。(mud)

2、广义钻井液:一切有助于从井眼中产生和清除钻屑的流体。(drilling fluid)

3、API定义:用于钻井的具有各种各样功用以满足钻井工作需要的循环流体。

二、钻井液的功用1．清岩、携岩；2．悬浮钻屑和加重材料，防止下沉；3. 造壁，维持井壁稳定；4．冷却和润滑钻头及钻柱；5．控制地层压力；6. 传递水功率；7. 获得地层和油气资料。

三、钻井液不应该具有1、伤害钻井人员，损害或污染环境；2、对所涉及的地层评估有不利的性能；3、对产层产生伤害；4、对钻井设备和管材造成较大腐蚀。

2010.04.29 4

四、优质钻井液的标准

有利于安全、快速、优质、低耗钻井；有利于取全、取准各项工程、地质资料；有利于发现、保护油气层。

五、钻井液工作的基本任务

（1）根据所钻井类型、地层特性、孔隙压力及破裂压力、井温、测井及环保要求正确选择钻井液类型；

（2）自始至终维护、保持良好的钻井液性能；（3）预防、处理各种井下复杂情况和事故；（4）保证安全顺利钻井前提下，尽可能降低钻井液成本。

一、钻井液的组成

（1）液相：液相是钻井液的连续相，水或油或气。

（2）活性固相：包括人为加入的商业膨润土（水基）、有机膨润土（油基)和地层进入的造浆粘土。

（3）惰性固相：惰性固相包括钻屑和加重材料（重晶石等）。（4）各种钻井液添加剂。

二、钻井液的分类钻井液按分散体可以分为水基钻井液、油基钻井液、合成基钻井液、

气体钻井液。

第二节 钻井液的组成和分类Section 2 Composition of drilling fluids and classification

2010.04.29 6

钻井液的分类

液体 气体

气－液混合物

水基钻井液

泡沫（以气为主）

充气泥浆（以液为主）

空气 天然气油基钻井液

合成基钻井液

2010.04.29 7

1、水基钻井液

以水为分散介质的钻井液。

（1）分散钻井液(dispersed Drilling Fluids)（2）钙处理钻井液(Calcium treated drilling fluids)（3）盐水钻井液(saltwater drilling fluid)（4）饱和盐水钻井液(Saturated saltwater muds)（5）聚合物钻井液(Polymer drilling fluid)（6）钾基聚合物钻井液(potassium-base polymer DF)

2010.04.29 8

2、油基钻井液(oil based muds)以油作为连续相的钻井液为油基钻井液。油水比在（50－80）: (50－20)油包水乳化钻井液最为常用。

• 抗高温；

• 有很强的抑制性；

• 有很强的抗盐、钙的污染能力；

• 润滑性好；

• 能有效地减轻对油气层的伤害；

• 成本较高、配制工艺复杂、污染环境。

2010.04.29 9

3、合成基钻井液(synthetic base muds)– 定义：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、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻井液。

– 特点：使用无毒并且能够生物降解的非水溶性的有机物取代了油基钻井液中柴油，该钻井液不仅保持了油基钻井液的优良特性，而且大大减轻了钻井液排放时对环境造成的不良影响，尤其适合于海上钻井。

4、气体型钻井流体– 空气或天然气钻井流体

– 雾状钻井流体

– 泡沫钻井流体

– 充气钻井液

5、保护储层的钻井液

2010.04.29 10

2010.04.29 11

三、钻井液技术发展概况

发展

– 水基钻井液• 清水 分散钻井液 抑制性钻井液 不分散聚合物钻井液

– 油基钻井液• 原油 柴油为连续相钻井液 油包水乳化钻井液

预测

– 钻井液强化井壁技术

– 复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井液技术

– 新型钻井液体系及其处理剂的研制与应用

– 废弃钻井液的处理技术

– 保护油气层的钻井液技术

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第三节 粘土胶体化学基础Section 3 Fundaments of clay colloid chemistry

学习本节的意义:– 粘土是配浆的基础材料

– 泥浆是粘土--水的溶胶--悬浮体

– 地层造浆、井壁稳定、储层保护等均与地层粘土矿物有关。

粘土胶体化学：在一般胶体化学规律指导下，专门研究粘土胶体的生成、破坏和物理化学性质的科学。

狭义胶体：胶体大小（三维中任一维尺寸在1-100nm之间）的微粒分散在另一种连续介质中所形成的分散体系。

广义胶体：包括粗分散体系（悬浮体、乳状液、泡沫）；溶胶；高分子真溶液；缔合胶体。

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相和相界面(phase and interface)– 相是指物质的物理性质和化学性质都完全相同的均匀部分。体系中若有两个或两个以上的相称为多相体系。相与相之间的接触面成为界面。

分散相与分散介质

– 分散相是指在多相分散体系中被分散的物质，分散介质则是分散相所在的连续介质。(粘土和水)

分散度和比表面积

– 分散度：分散相的分散程度。

– 比表面积：单位体积或单位重量物质的总的表面积。比表面积越大，物质分散越小，分散度就越高。

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一、粘土矿物的晶格构造和特点

常见的粘土矿物(clay minerals)– 高岭土（Kaolinite）– 蒙脱石(Montmorillonite)– 伊利石(illite)化学组成

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粘土矿物的两个基本结构单元

硅氧四面体 铝氧八面体

硅氧四面体硅氧四面体 铝氧八面体铝氧八面体

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高岭石结构(1:1)

铝氧八面体片

硅氧四面体片

共用氧原子连接

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高岭土的结构及性能特点– 晶体构造由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，硅

氧四面体片和铝氧八面体片由共用的氧原子联结在一起。

– 高岭石的单位晶层中，一面为OH层，另一面为氧层，片与片之间容易形成氢键，因而晶胞之间连接紧密，晶格底面间距仅为7.2Ａ（1A=10-10 mm），故高岭石的分散度较低

– 比较稳定，晶格中的离子取代现象几乎不存在；

– 水分不易进入晶层中间，为非膨胀类型的粘土矿物，水化性能差，造浆性能不好，不是配制泥浆的好材料。

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蒙脱石晶格结构（2:1）

硅氧四面体片

铝氧八面体片

硅氧四面体片

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蒙脱石的结构及性能特点– 蒙脱石的每一构造单位由两层硅氧四面体片和夹在它们中间

的一层铝氧八面体片组成。

– 四面体片中的部分Si+4可被Al+3取代，八面体片中的Al+3可被Fe+2、 Mg+2 、Zn+2等阳离子取代。取代后，晶体带负电，能吸附较多的阳离子，有较强的离子交换能力。

– 晶层间靠微弱的分子间力连接，连接不紧密，水分子容易进入两个晶层之间发生膨胀（全脱水时晶格间距为9.6A，吸水后可达21.4A），水化分散性能较好（造浆能力强），是配制泥浆的优质材料。

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伊利石– 伊利石的晶体构造和蒙脱

石相类似，不同之点在于伊利石中硅氧四面体中有较多的硅被铝取代，因取代所缺的正电荷由处在相邻两个硅氧层之间的K+补偿，因K+存在于晶层之间并进入相邻氧原子网格形成的孔穴中，使各晶胞间拉得较紧，水分不易进入层间，因此它是不易膨胀的粘土矿物。

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二、粘土胶体化学

粘土的界面吸附作用

粘土表面带负电，为了保持电中性，必然从分散介质中吸附

等量的阳离子。

粘土的水化作用（1）粘土矿物的水分

• 结晶水：粘土矿物晶体构造的一部分。• 吸附水：具有极性的水分子可以吸附在粘土表面，在粘土颗粒周围形成水化膜，并随粘土颗粒一起运动，成为束缚水。

• 自由水：存在于粘土颗粒的空穴或孔道中，不受粘土的束缚，可以自由运动。

（2）粘土的水化作用

• 粘土表面吸附水分子，使粘土表面形成水化膜，粘土晶格层面间的距离扩大，产生膨胀以至分散的作用。它是影响水基泥浆性能和井壁稳定的重要因素。

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水化机理

– 粘土表面直接吸引水分子而水化

– 粘土表面间接吸引水分子而水化

影响水化作用的因素– 粘土晶体部位不同，水化强度也不同

– 粘土矿物不同，水化作用的强弱不同

– 泥浆中可溶性盐类及泥浆处理剂的影响

粘土－水胶质悬浮体系的稳定性– 沉降稳定性和聚结稳定性

• 沉降稳定性：在重力作用下分散相颗粒是否容易下沉的性质。

• 聚结稳定性：分散相颗粒是否容易自动聚结变大的性质。

– 影响沉降稳定性的因素• 分散相粒子的大小、分散相与分散介质的密度差、分散介质的粘度

– 影响聚结稳定性的因素• 吸力和排斥力

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粘土胶体化学粘土胶体化学------水化示意图水化示意图

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双电层

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聚结作用和凝胶– 聚结（Aggregation）形式

• 面－面：颗粒变大，分散度降低，不利于片架结构的形成，粘度下降。

• 端－端／端－面：形成片架结构，片架结构增强，引起粘度切力增加。

– 凝胶（gel）• 聚结严重时，体系失去了流动性，变成豆腐块状的凝胶。

• 形成胶凝的强度，主要取决于单位体积中片架结构的数目和每个片架结构的强度。

第四节 钻井液的性能及调控Section 4 Properties of drilling fluids

流变性

造壁性能钻井液常规性能

密度马氏漏斗粘度塑性粘度动切力静切力API滤失量高温高压(HTHP)滤失量pH值及碱度含砂量固相含量膨润土含量润滑性滤液中各种无机离子浓度

}}

一、钻井液的密度钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。

1. 对密度的要求

– 平衡地层压力，防止井喷、井漏和钻井液受地层流体的污

染；

– 平衡地层压力，保持井壁稳定，防止井塌；

– 实现近平衡钻井技术，减少压持效应，提高机械钻速；

– 合理选择打开油气层的钻井液密度，减少钻井液对产层的伤

害。

2010.04.29 28

2. 调整钻井液密度的方法

提高密度 加重

重晶石石灰石可溶性无机盐

降低密度

降低固相含量加水稀释混油充气

二、钻井液的流变性

1、钻井液流变性(rheological properties of DF)在外力作用下，钻井液流动和变形的特性。如钻井液的塑性粘

度、动切力、表观粘度、静切力和触变性等性能都属流变性参数。

2、泥浆的流变性对钻井的影响（1）携带岩屑，保证井底清洁；

（2）悬浮岩屑与重晶石；（3）影响机械钻速；（4）影响井眼规则和井下安全。

3、描述钻井液流变性的参数

◆ 静切力 ◆ 动切力

◆表观粘度 ◆ 塑性粘度

◆流性指数 ◆ 稠度系数

4、液体的基本流型

剪切应力—液流中各层速度不同，层间必有相对运动，发生内摩擦，阻碍液层

作相对运动。单位面积上的内摩擦力称为剪切应力，简称切力。

流速梯度（剪切速率）—相邻邻两层液层单位距离的速度差：

液体流动的四种流型：

牛顿流型：

塑性流型：

假塑性流型：

膨胀流型：

xv

ddμτ =

xv

dd

PV0 μττ +=

n

xvk ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

ddτ

牛顿方程

宾汉方程

幂率方程

两层间距离

相邻两层的速度差=

xv

dd

1<n

1>nτ0τs

xv

dd

1>n

1<n

τ

5、塑性流型的流变参数及调整

(1) 静切力（静切应力）

使钻井液开始流动所需的最低剪切应力，它是钻井液静止时单位面积上所

形成的连续空间网架结构强度的量度。它反映了钻井液触变性的好坏。调整方法：无机盐（改变粘土颗粒间静电力）、降粘剂或增粘剂。

(2) 动切应力（屈服值）塑性流体流变曲线直线段与切应力轴的交点，它是一假想值，反映钻井

液中粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力（形成空间网状结构之力）的大小。

携岩要求：4 MPa左右调整方法同静切力。

(3) 塑性粘度塑性粘度是塑性流体流变曲线直线段斜率的倒数，即： 。

它是钻井液流动时固相颗粒之间、固相颗粒与周围液相间以及液相分子间的内摩擦作用的总反映。它反映了液体粘滞力的大小。

调整方法：降低固相含量、加稀释剂降粘；加高聚物增粘剂等提粘。

sτ

oτ

pvμ

xv

dd/)( 0PV ττμ −=

(4) 表观粘度（视粘度或有效粘度）

它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值，即：

表观粘度等于塑性粘度与由屈服值和流速梯度所决定的那部分粘度（结构粘度）之和，它反映两者的总的粘滞作用，是“总粘度”的意思。

( 5) 动塑比 ——动切力与塑性粘度之比，反映了钻井液结构强度

与塑性粘度的比例关系。

它影响钻井液在环空中的流态和剪切稀释特性。动塑比大，流动过水断

面较平缓，剪切稀释能力强，但流动阻力大，要求的泵压高。

理想值： = 0.36~0.48。调整方法：采用调整动切力和塑性粘度的方法。

结构）（ μμττττμ +=+−== pv00AV dd/

dd/

dd/

xv

xv

xv

PV0 / μτ

PV0 / μτ

Avμ

xv

dd

AV τμ =

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(6)剪切稀释性定义：表观粘度随剪切速率增大而降低的现象。对于宾汉流体，η塑越低，τ0越高，即τ0／η塑比值越大，剪切

稀释能力越高。在实际钻井井眼的各个部位处（如钻杆内、钻头水眼处、环空

等），其剪切速率各不相同，导致各处的有效粘度各不相同。τ0 /η塑比值大者，剪切稀释能力强，有利于高压喷射钻井；同

时在低剪切速率下会显著增稠，有利于带砂。

(7)触变性(thixotropy)定义:搅拌后泥浆变稀（切力降低），静置后泥浆变稠（切力

升高）的特性。表示方法：触变性的表示：10秒钟切力（初切）、10分终切力

（终切）。钻井工艺要求钻井液具有良好的触变性，在泥浆停止循环时，切力能较快地增大到某个适当的数值，即有利于钻屑的悬浮，又不致于静置后开泵泵压过高。

6、假塑性流型和膨胀流型的流变参数

1. 流性指数n

表示流体在一定流速范围内的非牛顿性程度。

n＜1，假塑性流体，表观粘度随剪切速率增加而变小（剪切稀释特性）;

n＞1，膨胀型流体，表观粘度随剪切速率增加而变大。

n值影响钻井液的携岩效果和剪切稀释特性。理想值：n=0.4-0.7。

2. 稠度系数k

为流体在 1/s流速梯度下的粘度。k值越大，粘度越大。

7、流变参数的测定

仪器：六速旋转粘度计

（1）静切力

初切力（10s切力）：将钻井液在600r／min下搅拌10s，静置10s后测得

3r ／ min 下 的 表 盘 读 数 ， 该 读 数 乘 以 0.511 即 得 初 切

力(Pa)。

终切力（10min切力）：将钻井液在600r／min下搅拌10s，静置10mi后

再 测 得 3r ／ min 下 的 表 盘 读 数 ， 该 读 数 乘 以 0.511 ，

即得终切力(Pa)。

( 2) 动切力(屈服值)： ＝0.511(φ300一 )(Pa)pvμoτ

(3) 粘度、流性指数及粘度系数

表观粘度： ＝0.5φ600(mPa·s)塑性粘度： ＝ φ600一φ300(mPa·s)

流性指数：n＝3.321g （无因次）

稠度系数： (mPa·sn)

pvμ

300600

φφ

avμ

nk 1022600511.0 φ=

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8、钻井液流变性与钻井的关系

影响钻井速度

影响环空携岩能力

影响井壁稳定

影响岩屑与加重物的悬浮

影响井内压力激动

影响钻井泵压和排量

影响固井质量

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剪切速率

γ =dv/dx

切应力：τ

τ0

τs

τ=τ0+ηs γ

静止

塞流

层流

紊流

宾汉流体在圆管中的流动

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2010.04.29 40

宾汉流体在圆管及环空中的流动

三、钻井液的造壁性能及滤失量

（一）滤失和造壁过程

钻井液中的液体在压差的作用下向地层内渗滤的过程称为钻井液的滤失。

在钻井液向地层内渗滤的同时，钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成滤饼的过程称为造壁过程。

（二）几种不同的滤失情况

1. 瞬时滤失

在钻成新井眼而滤饼尚未形成时，钻井液迅速向地层渗滤，称为

瞬时滤失。

瞬时滤失量有利于提高钻速，但严重损害油气层。

2. 动滤失

钻井液在井内循环流动时，泥饼厚度趋于稳定，此时的滤失称为

动滤失。

泥饼厚度稳定，滤失速度不变。

3．静滤失

钻井液在停止循环时的滤失称为静滤失。

随着滤失过程的进行，滤饼逐渐增厚，滤失阻力逐渐增大，滤失速率逐渐减小。

（三）影响滤失量的因素

静滤失方程:

μ

ptCCK

AVΔ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=12

m

c

f

1. 渗滤时间t：滤失量与渗滤时间的平方根成正比。

2. 压差△p：取决泥饼的可压缩性。

3. 固相含量及类型：钻井液固相体积含量Cm增大，滤矢量降低；泥饼

的固相体积含量Cc降低（水分含量增高），滤失量降低。

4. 泥饼渗透率K：滤失量与泥饼渗透率的平方根成正比。

5. 滤液粘度μ：滤失量与滤液粘度的平方根成反比。

6. 温度：温度升高，滤液粘度下降，滤失量增大。

7. 面积A.

(3-3)

（四）滤失量的控制

控制滤失量的最好方法——用降滤失剂降低滤饼的渗透性。

常用降滤失剂：Na-CMC（羧甲基纤维素钠盐）SMP（磺化酚醛树脂）NH4（Na、C a）HPAN（水解聚丙烯睛胺、钠、钙盐）

降滤失剂作用机理：

1．护胶作用：阻止粘土颗粒絮凝变粗，形成致密的泥饼。

2．增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，降低泥饼渗透率.3．提高滤液粘度，降低滤失量（滤失量与滤液粘度的0.5次方成正比。）

4．降滤失剂分子本身的堵孔作用。

（五）滤失量的测量和要求

1. 静滤失量（API滤失量）

用API滤失量仪在常温、0.7MPa压差下测量30min所得的滤液体积（mL）。

要求：上部地层和坚固地层，滤失量可放宽；水敏性易坍塌地层，滤失量要低；油气层，滤失量不能高于5mL。

2. 高温高压滤失量

用高温高压滤失量仪模拟地层温度及压力条件测得的钻井液滤失量。

在150℃温度、3.5MPa压差下测量30min所得的滤失量乘以2即得高温高压滤失量。

在钻油气层时，高温高压滤失量不大于15mL。

2010.04.29 46

泥浆失水过大会引起– 水敏性泥岩、页岩的垮塌、缩径；

– 损害油气层。

泥饼厚会引起– 引起上提力增加，甚至发生泥饼卡钻。

– 易引起钻头泥包，使起下钻压力激动增大。

– 妨碍套管下入，固井时不利于水泥与井壁的胶结。

对失水和泥饼的要求– 失水：在成本可行的条件下，尽量降低失水并控制自由水的性

质。

– 泥饼：薄、致密、韧性好。

（六）失水与造壁性与钻井的关系

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（七）失水和造壁性的调节

控制泥浆的失水和造壁性，关键要控制泥饼的渗透性，而泥饼的渗透性决定于构成泥饼的粘土及其它颗粒的尺寸、形状与水化程度。

具体措施

– 使用膨润土，以便形成致密泥饼

– 加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂，提高粘土颗粒的分散度。

– 加入CMC或其它聚合物，以保护粘土颗粒，CMC 起堵孔作用。

– 加入极细的胶体粒子。

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四、钻井液的其它性能

钻井液的含砂量(sand content of DF)

钻井液的PH值

钻井液的固相含量和油、水含量

钻井液膨润土含量(MBT)

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、….）

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五、常用钻井液性能测试仪器

1.密度

2010.04.29 50

2.漏斗粘度

2010.04.29 51

3.含砂

2010.04.29 52

4.PH值

2010.04.29 53

5.稳定性

2010.04.29 54

6.导电性

2010.04.29 55

7.失水量

2010.04.29 56

8.粘度

2010.04.29 57

9.渗透率损害

一、钻井液中的固相对钻井的影响1．固相含量升高，钻速降低。

2．固相含量高，形成的滤饼厚，容易引起压差卡钻。

3. 固相含量高，对油气层损害严重。

4. 钻井设备磨损加剧。

第五节 钻井液的固相控制Section 5 Solid Control

钻井液中固相含量，体积% 钻井液中固相含量，体积%

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二、常用固相清除方法

1.重力沉淀利用固相重度较大的特点，钻井液中的固相靠重力沉淀在

容器的底部。

2.机械设备

根据岩屑尺寸较大，用筛子除掉；根据固相密度较大，用

离心方法清除。

3.化学方法靠化学絮凝作用清除固相。

4.电解方法用电场剥离或压缩固体颗粒周围的双电层，使颗粒沉降。

2010.04.29 60

三、清除钻井液固相的机械设备

2010.04.29 61

1. 振动筛

2010.04.29 62

2.除砂除泥器

2010.04.29 63

2010.04.29 64

3.倾注离心机

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四、常用固控程序

1.井口→泥浆槽→ 泥浆池→泥浆泵。

2.井口→泥浆槽→ 振动筛→泥浆池→泥浆泵。

3.井口→泥浆槽→ 振动筛→ 除砂器→泥浆池→泥浆泵。

4.井口→泥浆槽→ 振动筛→ 除砂器→ 除泥器→泥浆池→泥浆泵。

5.井口→泥浆槽→ 振动筛→ 除砂器→ 除泥器→倾注离心机→泥浆池→泥浆泵。

一、井塌的原因

（1）地质因素异常高压的释放，钻遇破碎带和断层、微裂缝发育地层、

煤层、高构造应力地层、膏盐层等。

（2）工程因素大排量钻井液冲刷井壁，起下钻引起的压力激动，钻井

液液柱压力低于井壁坍塌压力，钻井液侵泡时间长等。

（3）泥页岩的水化膨胀泥页岩中的粘土矿物（蒙脱石）容易吸水膨胀和分散，

造成井壁岩石强度降低，引起井壁不稳定。井壁不稳定主要是泥页岩的水化问题。

第六节 井塌等复杂情况钻井液技术Section 6 Well slough and control

2010.04.29 67井 塌

二、防塌钻井液技术1．加入无机盐抑制剂

K+ (KCl)、NH+4 ((NH4)2SO4)、Ca+ (CaCl2)

机理：增加粘土层间引力；阻止水分子进入。

2．加入高聚物

聚丙烯酰胺(PAM)、部分水解聚丙烯酰胺(PHP)、阳离子聚丙烯酰胺、各种阳离子聚合物、两性离子聚合物FA367等

机理：巩固井壁；降低泥饼渗透率。

3．加入沥青类物质

磺化沥青、氧化沥青、植物渣油、磺化妥尔油沥青。

机理：在井壁形成油膜，阻止水向地层渗滤。

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三、其它复杂情况

1、井涌、井喷

加重钻井液密度。

2、井漏

减轻钻井液密度，加入堵漏材料。

3、卡钻

加入润滑剂。

井漏

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粘附卡钻及处理

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井喷过程

一、储层损害的主要原因及防止措施

1．外来流体中的固体颗粒对储层的损害

在井内液柱压差的作用下，外来流体中粒径极小的固体颗粒(粘土、岩屑、加重材料等)在滤饼形成前会侵入储层，造成储层油气流通道堵

塞，储层渗透性降低。

防止措施：

（1）实施屏蔽暂堵技术

选择与储层孔喉直径相匹配的架桥粒子（如酸溶性超细碳酸钙、油溶树脂等，直径为储层平均孔径的1/2～2/3，加入量一般大于3％。），再配用充填粒子（如磺化沥青、氧化沥青、石蜡、树脂等）封堵孔喉。

（2）使用无固相清洁盐水做完井液

第七节 保护油气层钻井完井液技术Section 7 Formation protection

2. 水锁效应油流中的水滴在通过狭窄的孔隙喉道时，孔喉两侧须有一定的压差水

滴才能通过，否则孔喉就被水滴堵塞。油流中的水珠（柱）通过孔喉时产生附加油流阻力，称为水锁效应，也称为贾敏效应。

3. 储层内部微粒运移造成的损害

流体在油气层孔隙通道流动时，带动地层中的微粒移动，大于孔喉直

径的微粒便被捕集而沉积下来，对孔喉造成堵塞，也可能几个微粒同时聚集在孔喉处形成桥堵。

防止微粒运移的方法：

（1）控制流体在地层内流速低于临界流速；

（2）加入粘土微粒防运移剂，阳离子型聚合物和非离子型聚合物，通

过静电引力或者化学键合力，将微粒桥接到地层表面，增强对粘土微粒的束缚力。

4．储层内粘土水化膨胀引起孔喉堵塞

预防措施:（1）减少入井流体的滤失量，提高滤液的矿化度（提高滤液的抑制性）。

（2）粘土防膨剂，防膨机理分为三大类：

1）减小粘土表面负电性。盐（KCl、NH4Cl）、阳离子聚合物、阳离型

表面活性剂。

2）使粘土表面羟基化，变粘土表面为亲油性和增强晶层间联结。羟基氯

代硅烷等。

3）转变粘土矿物类型。如硅酸钾、氢氧化钾等可将蒙脱石转化为非膨胀

型钾硅铝酸盐。

5. 流体的不配伍性对储层的损害

流体的不配伍是指不同流体相遇后会产生沉淀物，这些沉淀物会堵塞

储层孔隙喉道，造成储层损害。

（1）入井流体彼此不配伍，如钻井液与水泥浆常不配伍，生成钙盐沉

淀；

（2）入井流体与地层水不配伍，如Ca2+与CO32－相遇，生成白色碳酸钙

沉淀；

（3）入井流体造成储层原油乳化，生成油包水乳状液，粘度增大，引

起渗透率降低。

二、完井液

1．无固相清洁盐水完井液

2．水包油完井液

3．低膨润土聚合物完井液

4．改性完井液

5．油基完井液

6．气体类完井液

(此部分将在钻井液设计与实验、油田化学、油藏保护和钻井液工艺原理中介绍。)