钻井液工艺学1-9章复习重点

钻井液工艺学1-9章复习重点第一章钻井液概论1、钻井液密度：单位体积钻井液的质量。钻井液密度对钻井的影响：影响井下安全（井喷、井漏、井塌和卡钻等）与油气层损害有关(3)影响钻井速度2、钻井液对pH值要求：一般控制在（8-11）范围，即维持在一个较弱的碱性环境。控制在这一范围的原因：(1)粘土具有适当的分散度，便于控制和调整钻井液性能(2)可以使有机处理剂充分发挥其效能(3)对钻具腐蚀性低(4)可抑制体系中钙、镁盐的溶解3、钻井液的主要功用:(1)携带和悬浮岩屑(2)稳定井壁和平衡地层压力(3)冷却和润滑钻头、钻具(4)传递水动力(5)传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层(6)保护油气层4、水基钻井液是由膨润土、水、各种处理剂、加重材料以及钻屑组成的多相分散体系。5、油基钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量乳化剂、注湿剂、亲油的固体处理剂、石灰和加重材料等所开成形的乳状液体系。6、钻井液的分类，综合分类法：分为10类①分散钻井液②钙处理钻井液③盐水钻井液④饱和盐水钻井液⑤聚合物钻井液⑥钾基聚合物钻井液⑦油基钻井液⑧合成基钻井液⑨气体型钻井流体⑩保护储层的钻井液7、钻井液流变性是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。8、随着泥饼的不断加厚以及在压差作用下被压实，泥饼对裸眼井壁起到有效稳定和保护作用，这是钻井液的造壁性9、固相含量：钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数10、固相含量对钻速的影响:(1)固相含量越高，钻速越小。(2)固相类型不同，钻速影响不一样。第二章粘土矿物和粘土胶体化学基础1、常见的粘土矿物有三种；高岭石、蒙脱石、伊利石。2、粘土矿物的两种基本构造单元：(1)硅氧四面体与硅氧四面体片(2)铝氧八面体与铝氧八面体片3、晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另一部分阳离子所置换，产生过剩电荷的现象。4、阳离子交换容量（CEC）：分散介质pH=7时，100g粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）。5、交换性阳离子：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。这些阳离子吸附于粘土上，可以被分散介质中其它阳离子所交换的阳离子。6、粘土的阳离子交换容量CEC：分散介质的PH=7时，从粘土上所能交换下来的阳离子总量。7、影响粘土阳离子交换容量大小的因素：(1)粘土矿物的本性(2)粘土的分散度(3)溶液的酸碱度8、扩散双电层：从固体表面到过剩反离子为零处。反离子扩散分布于胶粒周围，形成扩散双电层。9、电动电势ζ：从滑动面到均匀液相的电势降。10、粘土晶体的电荷(1)永久负电荷——构造电荷(2)可变负电荷（表面电荷）(3)正电荷——表面电荷11、粘土矿物表面水化：粘土矿物晶层表面吸附水分子和补偿阳离子吸附水分子、增大晶层间距的过程。12、渗透水化：由于晶层间阳离子浓度大于溶液内部的阳离子浓度，因而发生水的浓度扩散，使水进入晶层，增加晶层间距，使粘土膨胀。13、沉降稳定性：在重力作用下，分散相粒子是否容易下沉的性质。14、聚结稳定性：分散相粒子是否容易自动聚结变大（自动降低分散度）的性质。第三章钻井液的流变性1、流变性——在外力（泵送、搅拌）作用下,液体流动和变形的特性。2、钻井液流变性指网架结构变形与流动特性。包括粘度、切力、剪切稀释性、触变性等。3、钻井液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)机械钻速井眼规则和井下安全。4、剪切速率/速度梯度γ：指垂直于流速方向上单位距离流速的增量。γ=dv/dx，s-15、剪切应力τ：流体单位面积上的内摩擦力。τ=F/S=μγ，PaF—流体间的内摩擦力；S—接触面积；μ—量度液体粘滞性大小的因素，称为粘度，mPa·s。6、流变曲线与流变方程：流变曲线：描述τ与γ的关系。流变方程/流变模式：描述τ与γ关系的数学关系式。7、流体的基本流型：牛顿流型、假塑性流型、塑性流型和膨胀流型。8、塑性粘度的调节：加预水化般土和加增粘剂可以升高粘度，使用固控设备、使用化学絮凝剂、加水稀释可能以降低粘度。9、动切力调节：加预水化般土、加高分子聚合物、加适量的电解质加以提高动切力，加降粘剂、加水稀释、消除影响动切力升高的电解质可以降低动切力10、表观粘度（有效粘度）μa：某一剪切速率下，剪切应力与剪切速率的比值11、剪切稀释性：表观粘度随剪切速率的增加而降低的特性。12、触变性：钻井液搅拌变稀，静止变稠的性质。13、层流携岩特点：(1)对井壁冲刷作用小，有利于稳定井壁；(2)存在“转动靠壁”现象，携岩效率低。14、紊流携岩特点：(1)无“转动靠壁”现象，携岩效率高(2)对井壁冲刷作用大(3)岩屑滑落速度大(4)循环压耗大15、卡森模式优点：不仅在低剪切区和中剪切区有较好的精确度，还可以利用低、中剪切区的测定结果预测高剪切速率下的流变特性。第四章钻井液的滤失和润滑性能1、瞬时滤失:钻井液与新地层接触的瞬间，泥饼尚未形成时的滤失2、动滤失:钻井液在循环过程中的滤失。3、静滤失:钻井液停止循环时发生的滤失。4、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形成泥饼。5、API滤失量测定仪是最常用的低温低压条件下评价钻井液滤失量。6、高温高压滤失量测定仪必须进行高温高压条件下的滤失量评价。7、对钻井液滤失性能的要求：(1)在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层的损害(2)钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制，API滤失量最好不大于5ml(3)对一般地层，API滤失量应尽量控制在10ml以内，HTHP滤失量不应超过20ml(4)要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻(5)加强对钻井液滤失性能的检测8、静滤失影响因素（1）滤失时间t（2）压差△P（3）泥饼渗透率K（4）固相含量（5）滤液粘度μ9、瞬时滤失的影响因素：①压差：ΔP↗，瞬时失水量↗。②粘度：粘度↗，瞬时失水量↘。③固相颗粒大小与多少。10、影响动失水的因素：①影响静失水的因素同样影响动失水。②环空返速③泥饼强度：强度高，不易冲蚀，动失水小。11、液体类润滑剂：类型：矿物油、植物油和表面活性剂作用原理：通过在金属、岩石和粘土表面形成吸附膜，减少钻具对井壁和套管的摩擦。12、固体类润滑剂：类型：塑料小球、石墨、玻璃微珠等作用原理：多数固体润滑剂类似细小滚珠，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，因而可以大幅度降低扭矩和阻力。第五章钻井液配浆材料与处理剂1、式中，V1、V2、VB：分别表示加重前、加重后的钻井液体积和重晶石的体积，mB，ρB为重晶石的质量和密度。与此同时，钻井液在加重前、后的质量关系:V2计算:求出V2后，重晶石用量可由下式求得：mB=(V2-V1)ρB然而有时因受现场泥浆池容积的限制，加重前必须排掉一部分钻井液，或者希望在加重之前先排掉一部分不加重钻井液，这样就不会造成加重剂的浪费，这种情况下，首先根据加重后可以容纳的体积V2，用下式求出应保留的原浆的体积：如：用重晶石（ρB=4.2g/cm3）把200m3钻井液由密度ρ1=1.10g/cm3加重到ρ2=1.50g/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：(1)最终体积无限制，需加入重晶石多少吨？(2)若最终体积为200m3，需加入重晶石多少吨，放掉钻井液多少方？解：已知水的密度为ρW=1.0g/cm3V2=V1+VB+VW=V1+mBm2=m1+mB+mW→B+mW②mB+9100mB=(V2-V1)ρ2→mB=78990.672kgmW=9100mB③200257.39989=∆V57.39989→∆V=44.59978m3mB+2、无机处理剂的作用机理:(1)离子交换吸附(2)调控钻井液中的PH值(3)沉淀作用(4)铬合作用(5)与有机处理剂生成可溶性盐(6)抑制溶解作用3、无机处理剂的类型：纯碱、烧碱、石灰、石膏、氯化钙、氯化钠、氯化钾、硅酸钠4、降粘剂稀释机理：稀释剂分子通过（静电吸附、配位键吸附）吸附在粘土颗粒端面上，改变端面性质，拆散网架结构，从而降低钻井液结构粘度。5、降滤失剂作用机理：水化膜增厚，聚结阻力增大，胶粒稳定性增强，Vf降低。6、絮凝剂作用机理：(1)吸附(2)桥连(3)形成团块、团块下沉。7、典型的有机处理剂：降粘剂、降滤失剂、防塌剂、增粘剂、絮凝剂、堵漏剂第六章水基钻井液1、水基分散型钻井液的特点：(1)粘土颗粒高度分散。(2)粘土分散度改变，导致性能改变。(3)性能容易受电解质污染，稳定性差。(4)维护、处理需要很多水量。成本低。2、造浆率：每吨干土配出表观粘度为15mPa.s的钻井液的体积量。单位：M3/T3、水基分散型钻井液受污染及其处理：(1)污染物类型：可溶性盐（钙、钠盐、盐水）、钻屑、地层流体(水、气体)(2)钙污染处理原则：除钙、护胶、拆结构。(3)水泥侵的处理：加低碱比的护胶混合液、加入NaHCO3、清水钻水泥塞，钻完放掉。(4)石膏侵的处理：对于薄层石膏层：纯碱+烧碱（除钙）（提pH）(5)对于大段石膏层：使用高碱比的混合液；预处理：预先配成钙处理钻井液，抑制石膏溶解。(6)盐侵污处理：抗盐、护胶、拆结构、换土。4、钙处理钻井液分类：石灰钻井液、石膏钻井液、氯化钙钻井液5、聚合物钻井液的基本特点(1)无用固相少，密度低，压差小；(2)钻屑较粗，固相体积含量较小；(3)膨润土固相含量低，亚微米颗粒少；(4)剪切稀释性好，水眼粘度低；(5)携砂能力强；(6)抑制、包被能力强；(7)对油气层损害较小；(8)抗温能力较强。6、不分散低固相聚合物钻井液的性能指标：(1)固相含量应维持在4%或更小，大约相当于密度小于1.06g/cm3(2)钻屑与膨润土的比例不超过2：1。(3)动切力与塑性粘度之比控制在0.48左右(4)非加重钻井液的动切力应维持在1.5~3Pa(5)滤失量控制应视具体情况而定(6)优化流变参数(7)在整个钻井过程中应尽量不用分散剂。7、聚合物处理剂的主要作用机理：(1)桥联与包被作用(2)絮凝作用(3)增粘作用(4)降滤失作用(5)抑制与防塌作用(6)降粘作用8、高温对钻井液处理剂的影响：(1)泥浆中粘土粒子的高温分散作用(2)泥浆中粘土粒子高温聚结(3)高温表面钝化（去活性）第七章油基钻井液1、油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。2、油基钻井液的组成:基油、水相、乳化剂、润湿剂、亲油胶体、石灰、加重材料3、油基钻井液的优点：能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好、和对油气层损害程度较小等。油基钻井液的性能：密度流变性滤失量乳化稳定性(5)固相含量第八章钻井液固相控制1、钻井液固相控制，指在保存适量有用固相的前提下，尽可能地清除无用固相。2、常用的固控设备：振动筛旋流器、泥浆清洁器、离心机3、钻井液中固相物质的分类(1)按固相密度分类：可分为高密度固相和低密度固相两种类型。(2)按固相性质分类：可分为活性固相和惰性固相。(3)按固相粒度分类：1)粘土(或称胶粒)粒径＜2µm；2)泥粒径2—73µm；3)砂(或称API砂)粒径＞74µm。第九章对付井下复杂情况的钻井液技术1、井壁不稳定是指钻井或完井过程中的井壁坍塌、缩径、地层压裂等三种基本类型；前两者造成井径扩大或缩小，后者易造成井漏。2、井壁不稳定的原因分析：(1)井壁不稳定的实质是力学不稳定。(2)物理化学因素：1)地层的岩性2)钻井液滤液对地层的侵入3)粘土的水化(3)钻井工程措施3、井漏是在钻井、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。4、漏失通道的基本形态：漏失通道的基本形态主要有孔隙型、裂缝型、洞穴型、孔隙裂缝型和洞穴裂缝型等五种类型5、井漏的发生一般应具备以下必要条件：井筒对于地层存在正压差，即井筒中工作液的压力大于地层孔隙、裂缝或溶洞中液体的孔隙压力。并且，地层中存在着漏失通道和较大的足够容纳液体的空间，此通道的开口尺寸应大于外来工作液中固相的粒径。6、发生井漏的原因：(1)影响地层漏失压力的因素(2)影响地层破裂压力的因素(3)影响钻井液动压力的因素7、确定漏层的方法有以下几种：(1)观察钻进情况(2)观察岩心和钻屑情况(3)观察钻井液性能的变化情况8、井漏的预防主要有以下几种方法:(1)设计合理的井身结构；(2)降低井筒中钻井液的动压力；(3)提高地层的承压能力9、常用的堵漏方法有以下几种：(1)调整钻井液性能与钻井措施；(2)静止堵漏；(3)桥接材料堵漏法；(4)高滤失浆液堵漏法；(5)暂堵法；(6)化学堵漏法；(7)无机胶凝物质堵漏法；(8)复合堵漏法10、井喷是指地层流体失去控制，喷到地面，或是窜至其它地层里的现象。11、井喷发生的原因：(1)钻进过程中井喷发生的原因：1)钻到油、气、水层时，钻井液当