钻井液工艺原理.doc

钻井液工艺原理综合复习资料一、概念题1粘土晶格取代粘土矿物晶体片中硅氧四面体和（或）铝氧八面体片中的硅原子和（或）铝原子被同号低价离子所取代，而晶体结构保持不变的现象。2钻井液碱度滴定1mL样品（钻井液滤液）所需0.01mol/L（标准）H2SO4（硫酸）的毫升数。钻井液碱度又可分为酚酞碱度和甲基橙碱度。3压差卡钻又称为泥饼粘附卡钻，是指钻具在钻井液与地层压力差的作用下，被挤入泥饼而不能活动的现象。4聚结稳定性 分散相粒子（粘土颗粒）是否自动聚结变大的性质（现象）。5井喷地层流体失去控制，喷出井口或进入其他地层的现象。6粘土水化作用粘土颗粒（晶体片）由于表面水化力、渗透水化力和毛细管作用（各种原因）吸水膨胀（体积变大）的现象。7井漏在钻井、固井、测试等各种井下作业中，各种工作液（包括钻井液、水泥浆、完井液及其它流体等）在压差作用下漏入地层的现象。8滤失在压差作用下钻井液向地层中渗透的现象。9剪切速率垂直于流速方向上单位距离流速的增量。10钻井液剪切稀释特性钻井液静止变稠、流动变稀，且随剪切速率增大粘度变小的特性11流变模式描述钻井液（流体）剪切应力与剪切速率之间关系的数学表达式，称为钻井液（流体）的流变方程，即流变模式。 12动力稳定性在重力作用下分散相粒子（粘土颗粒）是否容易下沉的性质。13钻井液滤失造壁性在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼，就是钻井液的滤失造壁性。 二、填空题1钻井液的主要功能有（1）、（2）、（3）、（4）等。携带和悬浮岩屑、传递水动力、平衡地层压力、稳定井壁、保护油气层、冷却和润滑钻头钻具。（写出其中4种即可）2一般来说，钻井液处于（5）状态时，对携岩效果较好；动塑比0/p越（6）或流性指数n越（7），越有利于提高携岩效率。平板型层流，大，小3粘土矿物基本构造单元有（8）和（9）。硅氧四面体和铝氧八面体4常见粘土矿物有（10）、（11）、（12）等。 伊利石、重晶石、蒙脱石5钻井过程可能遇到的复杂情况有（13）、（14）、（15）等。 井漏、井喷和卡钻6一般来说，要求钻井液滤失量要（16）、泥饼要（17）。 小，薄7钻井液的基本组成（18）、（19）、（20）。连续相、分散相、处理剂8油气层敏感性评价包括（21）、（22）、（23）、（24）和（25）等。速敏、盐敏、酸敏、碱敏、水敏9现场常用钻井液降滤失剂按原料来源分类有（26）、（27）、（28）、（29）。纤维素类、腐殖酸类、丙烯酸类聚合物、树脂类、淀粉类。（写出其中4种即可）10钻井液常用流变模式有（30）、（31）。宾汉模式（塑性流体）、指数模式（假塑性流体）三、简答题1简述伊利石和蒙脱石的晶体构造、带电性及水化特性。答：伊利石和蒙脱石的晶体构造均为2:1型。晶格取代位置不同，伊利石主要发生在硅氧四面体上，且结合的补偿阳离子为K+，具有晶格固定作用，带电性强；蒙脱石晶格取代主要发生在铝氧八面体上，可结合各种补偿阳离子，带电性较强。伊利石中的K+离子具有晶格固定作用，因此层间结合紧密，不易水化膨胀；而蒙脱石层间主要为分子间力，较弱，易水化膨胀。2发生井喷的原因有哪些？应该怎样预防？答：地层压力高于钻井液液柱压力；井漏造成钻井液液面下降，液柱压力低于地层压力；起下钻抽吸压力太大，钻井液有效压力低于地层压力。发现油气侵及时加重，提高钻井液密度；防止严重的井漏发生；防止起下太快，及时灌入泥浆，防止拔活塞。3分析钻井液遇盐侵后粘度和滤失量如何变化及其原因。 答：钻井液遇盐侵后粘度和滤失量均上升。钻井液中Na+浓度不断增大，必然会增加粘土颗粒扩散双电层中阳离子的数目，从而压缩双电层，使扩散层厚度减小，颗粒表面的电位下降。在这种情况下，粘土颗粒间的静电斥力减小，水化膜变薄，颗粒的分散度降低，颗粒之间端-面和端-端连接的趋势增强。由于絮凝结构的产生，导致钻井液的粘度和滤失量均逐渐上升。4简述钻井液降粘剂的作用机理。答：通过增加粘土颗粒电动电位（电位）和水化膜厚度，增加颗粒间斥力，分散钻井液（非抑制性钻井液）中拆散粘土颗粒间网架结构；聚合物钻井液中竞争参与粘土-聚合物吸附点，拆散粘土-聚合物网架结构。5简述低固相聚合物钻井液能显著提高钻速的原因。答：低固相聚合物钻井液固相含量低，亚微米粒子比例小，剪切稀释性好，卡森极限粘度低，悬浮携带钻屑能力强，洗井效果好，这些优良性能都有利于提高钻速。6简述钻井液常用润滑剂的类型与作用机理答：钻井液常用润滑剂包括惰性固体润滑剂和液体类润滑剂。 固体润滑剂能够在两接触面之间产生物理分离，其作用是在摩擦表面上形成一种隔离润滑薄膜，从而达到减小摩擦、防止磨损的目的。矿物油、植物油、表面活性剂等液体润滑剂主要是通过在金属、岩石和粘土薄膜形成吸附膜，使钻柱与井壁岩石接触（或水膜接触）产生的固-固摩擦，改变为活性剂非极性端之间或油膜之间的摩擦，或者通过表面活性剂的非极性端还可以再吸附一层油膜。从而使钻柱与岩石之间的摩阻力大大降低。 7简述钻井液滤失量的影响因素及其调整。答：影响因素（滤失）时间、压差、滤液的粘度和温度、固相含量、泥饼的压实性和渗透性。钻井液静滤失方程： 调整：滤失量太大时加入降滤失剂或高聚物提高滤液粘度、护胶。 8井壁不稳定的原因有哪些？应该怎样预防？答：井壁不稳定的原因包括力学因素、物理化学因素和工程技术措施等三个方面。 稳定井壁的技术措施包括： 用合理的钻井液密度，保持井壁力学稳定。 优选防塌钻井液类型与配方，采用物理化学方法阻止或抑制地层的水化作用。 9简述钻井液塑性粘度的影响因素及其调整。答：影响因素a. 钻井液塑性粘度是指钻井液内部由于机械内摩擦引起的那部分粘度，它的主要影响因素有钻井液总固相含量、固相分散度、有机增粘剂以及温度等。b. 影响规律为：固相含量增加，钻井液塑性粘度升高；固相分散度越大，塑性粘度越大；有机增粘剂含量越高，钻井液粘度也越大；温度升高，粘度下降。调整：塑性粘度太高：塑性粘度太低：增加膨润土含量，增加高聚物含量。 10简述K+、聚合物和聚合醇类处理剂稳定泥页岩的作用机理。答：K+的水化能低，并且具有晶格固定作用，因此能有效抑制粘土水化。聚合物通过氢键或静电引力吸附在粘土颗粒上，通过桥接作用阻止页岩分散。聚合醇类处理剂通过浊点效应和吸附阻止页岩水化膨胀分散。11发生井漏的原因有哪些？应该怎样预防？答：发生井漏的原因：地层存在较大的孔隙或裂缝，形成了钻井液向地层漏失的通道；钻井液压力太高，大于地层的破裂压力，造成地层产生裂缝。 预防：及时发现漏失地层，进行堵漏；钻井液密度低于地层破裂压力，防止压裂地层。12为什么钻井作业要求钻井液具有良好的剪切稀释性？答： 钻井作业要求钻井液具有良好的剪切稀释性是因为钻井液高速流动变稀可以大大减小在钻具内和钻头水眼处高速流动时的能量损失，提高水力破岩效率，清洗井底；在环空内低速流动时粘度变大有利于钻井液携带岩屑，防止钻屑下沉发生井下复杂事故。13钻井液固相对钻井速度的影响规律并举例说明絮凝剂絮凝机理。要点：随钻井液固相含量增加，钻井速度下降。特别是1um的亚微米颗粒增加，钻井速度明显下降。絮凝机理: a. 无机絮凝剂：通过离子交换压缩双电层。 b. 有机絮凝剂：又可分为非选择性絮凝剂和选择性絮凝剂， 机理：吸附-桥联、蜷曲、聚结等使钻屑、粘土颗粒聚结下沉，除去固相。14常见卡钻类型有哪些，并简述其发生机理 。答：常见卡钻类型主要有压差卡钻、沉砂卡钻、井塌（砂桥、掉块）卡钻、缩径卡钻、泥包钻头卡钻、键槽卡钻等。 简单叙述相应卡钻类型发生原因即可。压差卡钻是钻具在井中静止时，在钻井液与地层孔隙压力之间的压差作用下，紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻。沉砂卡钻是由于钻井液悬浮性能不好，或处理钻井液过程中由于粘度和切力下降幅度过大，导致钻井液中所悬浮的钻屑和重晶石沉淀，埋在井底一段井眼而造成的卡钻。15简述粘土颗粒带电的原因。答：永久负电荷是由于粘土在自然界形成时发生晶格取代作用所产生的。产生可变负电荷的原因：在粘土晶体端面上有与铝连接的OH基中的H在碱性或中性条件下解离；粘土晶体的端面上吸附了OH-、SiO32-等无机阴离子或吸附了有机阴离子聚电解质等。正电荷的产生是由于裸露在边缘上的铝氧八面体在酸性条件下从介质中解离出OH-。四、计算题1使用范氏六速粘度计，测得某钻井液600rpm和300rpm时的读数分别为：600=29，300=19，且已知该钻井液为宾汉流体。计算该钻井液的流变参数及表观粘度；计算流速梯度为3000S-1时钻井液的表观粘度。解：（1） 答：该钻井液的表观粘度为14.5 ，塑性粘度为10 ，动切力为4.5 。 （2）答：该钻井液在流速梯度为3000S-1时的表观粘度为11.5 。 2用重晶石（B=4.2g/cm3）把400 m3钻井液由密度1=1.20g/cm3加重到2=1.60g/cm3，并且每100kg重晶石需同时加入9L水以防止钻井液过度增稠，试求：若最终体积无限制，需加入重晶石多少吨？若最终体积为400 m3，需加入重晶石多少吨，放掉钻井液多少方？解：（1）设需要加入重晶石m公斤，则 解此式可得： 答：最终体积无限制，需加入重晶石283.2吨。（2）设需要先放掉钻井液y方，加入重晶石x公斤，则 求解此式可得： 求解此式可得： 答：最终体积为400 m3，需加入重晶石229.8吨，放掉钻井液75.4方。五、论述题1. 你认为理想的钻井液应具有哪些功能或特点，并试述钻井液的发展趋势。答：理想钻井液应具备的基本功能a)良好的流变性（或剪切稀释特性），便于水力破岩、清洗井底、携