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一般分类
淡水 : NaCL 1%; Ca 2 120 mg / L 饱和 ) : NaCL 1%(W / V ) 盐水( 海水 石膏 / 石灰 钙处理( ) : Ca 2 120 mg / L 水基 CaCL2 低固相( PAM ) : S ( V固 ) 4% FA367 V浆 混油(Oil / Water ) : Oil 10 %
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习题：1、9、10
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第二章、 粘土胶体化学基础
本章要求重点掌握内容：
1. 几种粘土矿物的晶体构造及其特点。
2. 粘土水化机理。 3. 扩散双电层理论和电解质对电动电势的影响。 4. 胶体体系的基本概念。 5. 聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响因素。
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学习本章的意义
• 粘土是配浆的基础材料 • 泥浆是粘土 水的溶胶 悬浮体
– 钻井液中活性粘土的数量。 – 水基钻井液都有一个合适的膨润土含量， 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。
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钻井液不应具有的性能
• • • • • • • • 伤害钻井人员，损害或污染环境 对所设计的地层评估有不利的性能 对产层产生伤害 对钻井设备和管材造成较大腐蚀 Detrimental to the operators and environment. Detrimental to the formation evaluation . Cause any formation damage. Cause any corrosion of the drilling equipment and subsurface tubulars.
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钻井液的含砂量
– 定义: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 ％。 – 含砂量过高带来的危害：
• 钻井液密度升高，降低机械钻速； • 泥饼中含砂量升高，泥饼渗透率增大，失水增 大； • 泥饼表面摩擦系数增加； • 钻头、钻柱、泵等机械设备磨损严重。
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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）。 (completion fluid)
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第二节、
钻井液的组成、类型及性能
1. 钻井液的组成 主要由水、粘土和添加剂组成的体系 分散介质+分散相+化学处理剂 连续相+不连续相 液相+固相+化学处理剂
相钻井液阶段 1965年 ~现在
主要解决问题：
快速钻井
保护油气层
典型技术：
不分散低固相钻井液
气体钻井
保护油气层的完井液 合成基钻井液 抗高温钻井液

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国内钻井液技术发展特点
• 同样经历了这些阶段，但滞后一定时间; • 水基体系的研究应用比油基体系多; • 深井水基钻井液、防塌钻井液、聚合物钻井液理论较成 熟； • 成功研制了一些钻井液处理剂，如FA367, XY27, SMP, 80A51等； • 成功应用了一些钻井液体系，如三磺体系，两性离子聚 合物体系，聚磺体系等； • 研制了大量钻井液性能评价仪器； • 钻井液工艺技术日益提高：预防和减少了各种井下复杂， 保证了常规井及各种特殊井的完成。 • 计算机应用及固控技术相对滞后。
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胶体概念的沿革
• 1864年Graham的半透膜实验：
– 将一块羊皮纸(一种半透膜)缚在一个玻璃筒下端，筒内装着要 研究的水溶液，并把筒浸于水中，经过一段时间后，测定水中 溶质的浓度，求得溶质透过羊皮纸的扩散速度。实验发现：
– 有些物质如无机盐、白糖等，扩散快，能很快透过羊皮纸。另 一类物质如明胶、丹宁、蛋白质、氢氧化铝等，扩散速度缓慢， 而且极难甚至不能透过羊皮纸。 – 当溶剂蒸发时，前一类者物质易成晶体析出，后一类物质则不 成晶体，而成粘稠的胶状物质。
钻井液完井液化学
Drilling and Completion Fluids Chemistry
主讲：黄进军 石工院钻井所泥浆室 CNPC钻井液重点研究室
• 所用教材 焉捷年 钻井液工艺学 陈大均等 油气田应用化学 黄汉仁 罗平亚等 泥浆工艺原理 泥浆工艺原理 泥浆工艺原理 实验讲义 习题集
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第一章、 钻井液概论
本章要求掌握： • • 钻井液、完井液概念。 钻井液、完井液的组成和类型。
•
•
钻井液、完井液的主要作用。
钻井液基本性能参数。
•
钻井液技术发展简史
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第一节、
钻井液、完井液的定义
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。(泥浆 mud)
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）。 (drilling fluid)
• 三大体系：
o 水基 o 油基 o 气体类
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课程特点及要求
• 涉及领域宽，属应用学科。 • 要求掌握基本概念、基本原理、基本计 算、基本实验技能； • 了解钻井液完井液体系及应用工艺、发 展方向和动态。
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主要参考书刊
• • • • • • • 李健鹰编著, 泥浆胶体化学 H.范.奥尔芬, 粘土胶体化学导论 (译本) G.R.格雷, 钻井液的组成与性能 (译本) 鄢捷年，钻井液工艺学， 张绍槐等编著, 保护储集层技术 张孝华等编著, 现代泥浆实验技术 期刊: 钻井液与完井液、 油田化学、石油钻采 工艺、石油学报、石油钻探技术、石油学院学 报等
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预测钻井液技术发展方向
– – – – – – – – 钻井液强化稳定井壁技术 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 低密度钻井液完井液体系及技术 恶性漏失的防治技术 ……
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国内钻井液技术与国外对比
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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。
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钻井液工作的基本任务
• 根据所钻井类型、地层特性、孔隙及破裂压力、井温、
测井及环保要求正确选择钻井液类型；
• 自始至终维护、保持良好的钻井液性能； • 预防、处理各种井下复杂情况和事故； • 保证安全顺利钻井前提下，尽可能降低钻井液成本。 • 根据地质及钻井工程需要研究新型钻井液处理剂及体
油包水(W / O ) : Water 10 60 %. 油基 一般油基 ห้องสมุดไป่ตู้ Oil 90 %.
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API和IADC分类法
• 不分散钻井液（基本不 含处理剂的天然泥浆）non-dispersed drilling fluids • 分散型钻井液- dispersed drilling fluids • 聚合物钻井液-polymer drilling fluids • 低固相钻井液-low solids drilling fluids • 饱和盐水泥浆-saturated saltwater drilling fluids • 钙处理钻井液-calciumtreated drilling fluids • 修井液，完井液workover ,completion fluids • 油基钻井液-oil-based drilling fluids • 气体类钻井液-gas –typed drilling fluids
• 钻井液膨润土含量(MBT) • 钻井液的润滑性(Lubricity) • 钻井液的抑制性
17 • 钻井液滤液的化学性质（碱度、硬度、Cl-含量、….）
钻井液密度
– 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。 • 用比重秤测定。
• 地层造浆、井壁稳定、储层保护等均与地层粘 土矿物有关。
所以，必须学习粘土矿物及胶体化学基本知识。
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几个概念
• 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。 • 具有丁达耳现象、扩散慢、不渗析 • 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。
–泥浆性能的稳定 –井壁稳定
典型技术：
– 一些泥浆性能测试仪器研制出来 – 使用膨润土、单宁、烧碱、褐煤
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3. 高速发展阶段 —— 粗分散泥浆阶段
1948 ~1965年
主要解决问题：
石膏、盐污染 温度影响 各种盐水、钙处理泥浆 油基泥浆 处理剂品种16大类
典型技术：
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4. 科学发展时期 —— 聚合物不分散低固
系。
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第三节、 钻井液工艺技术的发展
1 初步发展时期 —— 自然造浆阶段
1888 ~1928年
主要解决问题： 典型技术：
携带钻屑 控制地层压力 水+钻屑+地面土 使用重晶石、铁矿粉（1920年以后)
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2. 快速发展时期 —— 细分散泥浆阶段
1928 ~1948年
主要解决问题：
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石油钻井工程标委会钻井液分委会 综合分类法
• 不分散聚合物钻井液（用 • 饱和盐水泥浆
大中小分子聚合物处理的
低固相泥浆） • 钾基钻井液 , K+≮1800mg/L • 分散钻井液 • 盐水钻井液
• 钙处理钻井液