青工岗位技校手册泥浆工样本

青工岗位培训课堂培训大纲与辅导教材（泥浆工）长庆钻井职工培训中心青工岗位培训课堂培训大纲与辅导教材（）项目部(专业公司)基层队（站）泥浆工青工岗位培训课堂钻井泥浆工培训大纲一、课程基本状况开课单位：川庆钻探公司长庆钻井总公司钻井队。施教对象：钻井队在岗泥浆工。合用性质：岗位专业知识补充、技能提高培训。考核方式：理论专业知识采用综合闭卷考试（每月至少1次）；操作技能采用现场单项考核。通过月考、季赛、年总结等重要环节综合考核，产生月度、季度、年度岗位明星。总学时：170学时。选用教材：职业技能培训教程与鉴定试题集石油钻井泥浆工自编教材：青工岗位培训课题辅导教材钻井施工HSE作业文献警示教材参照教材：钻机操作维护手册井控技术井控设备二、课程性质、任务和教学目的（一）性质：钻井液技术知识涵盖面广泛、内容庞杂，是系多门学科于一体完整体系。钻井技术既涉及石油地质知识，又涉及到机械设备维护检修技能，还与井下复杂状况有着密切关系，同步也受着操作者本人生产经验影响。其综合技能既来源于系统性、层次性专业基本知识学习，又少不了操作者日积月累现场生产经验。石油钻井液工技能培训，不是一蹴而就、立竿见影短期行为，是长期坚持不懈系统性学习，是随着岗位需求而不断进行补差寻常学习行为。（二）任务：本大纲针对钻井队岗位员工技能现状、人员构造，结合岗位规定，突出岗位应知应会，制定了岗位原则，使岗位员工参照原则寻找自身技能差距，开展寻常知识、技能培训学习活动。从而夯实岗位基本知识和操作技能，最后实现岗位与岗位员工专业知识、综合技能及素质相吻合局面。（三）教学目的：通过岗位系统培训，使钻井队泥浆工有筹划、有环节地掌握岗位应知内容和应会技能，夯实岗位基本知识，逐渐提高安全生产能力，全面提高综合素质。通过一完整周期培训学习，使泥浆工可以增强安全生产意识；熟知、岗位职责、巡回检查及岗位交接班、岗位负责制内容并自觉认真履行；纯熟掌握钻井液性能、仪器使用和维护；掌握不同工况下钻井液调节技术；掌握各种井下复杂及事故防止办法和解决办法。通过技能级别考核，最后达到钻井泥浆工中级工水平。三、培训内容和基本规定及学时分派：培训内容基本要求学时第一、第二季度（生产启动-6月30日）70一、井控专项培训20一）井控应知内容（20）1.井控概念；2.井控有关基本理论；3.井控工作特点；4.对井控工作结识；5.井喷失控因素与危害；6.各种工况下关井程序；7.井控岗位职责；8.一次井控基本知识；9.有毒有害气体防护知识；10.川庆钻探工程公司井控实行细则。1．1.理解井控概念及井控有关基本理论知识；2.2.掌握井控工作特点，增强对井控工作结识；3.3.掌握井喷失控因素与危害并能做到有效防止；44.理解有毒有害气体防护办法及防护设施使用；5.掌握一次井控基本知识；6.熟知井控安全基本要点在于，及时精确发现溢流，迅速对的组织关井。二、技能学习50一）岗位应知内容（30）1.岗位责任制、巡回检查制；2.岗位交接班制、岗位负责制；3.钻井液密度测定程序；4.钻井液漏斗粘度测定程序；5.钻井液滤失量测定程序；6.钻井液泥饼质量测定程序；7.钻井液含砂测定程序；8.钻井液PH值测定程序；9.钻井液固相含量测定程序；10.地质基本知识；11.有毒有害气体防护；12.固控设备使用与维护；13.岗位作业风险辨认与削减办法；14.技能鉴定教材初级工基本理论知识及试题；15.“青工岗位培训课堂”辅导材料。二）岗位应会技能（20）1.普通性能钻井液配制；2.烧碱溶液配制；3.技能鉴定教材初级工技能操作某些及操作试题；4.技能鉴定教材初级工基本操作项目及操作试题。1.熟悉、领略岗位责任制、巡回检查制、岗位交接班制、岗位负责制内容并积极认真履行；2.纯熟掌握钻井液密度、粘度等各种性能检测办法；3.纯熟掌握简朴性能钻井液配制办法；4.掌握泥浆坑布局设计；5.掌握泥浆坑沉降空间预算办法；6.理解钻井液新工艺、新技术发展方向和前景；7.理解钻井液、钻井地质基本知识；8.熟知岗位作业风险，并能有效积极控制；9.纯熟掌握技能鉴定教材初级工基本理论知识及技能项目操作；10.掌握“青工岗位培训课堂”学习辅导材料本岗位内容；11.熟悉钻井总公司110种作业程序文献本岗位程序；12.熟悉设备使用与维护，防止事故和复杂状况发生。第三季度（7月1日-9月30日）50一、井控专项培训10一）井控应知内容（5）1.井下各种压力概念及互有关系；2.地层与井眼间压力平衡；3.一次井控概念及一次井控办法；4.溢流及其显示；5.溢流发现；6.溢流控制即关井程序；7.井控岗位职责；8.防喷演习手势；二）井控应会技能（5）1.压井钻井液配备；2.各种工况下防喷演习。1.纯熟掌握井控岗位职责并能严格履行；2.理解井下各种压力概念及互相间关系；3.理解地层与井眼间压力平衡关系并能有效控制；4.掌握一次井控办法；5.掌握溢流因素及其各种显示；6.掌握及时精确发现溢流，迅速对的关井技术要领；7.纯熟掌握各种工况下防喷演习安全操作。二、技能学习40一）应知内容（25）1.不同地层钻井液性能规定；2.不同井型钻井液性能规定；3.普通复杂应对；4.复杂、事故案例；5.技能鉴定教材中级工基本理论知识及试题；二）应会技能（15）1.钻进时复杂排除；2.接单根时遇阻，钻井液技术办法；3.起下钻遇阻，钻井液技术办法。4.技能鉴定教材中级工基本操作项目及操作试题。1.熟知岗位责任制、巡回检查制、岗位交接班制、岗位负责制内容，领略要领并认真履行；2.掌握四合一复合导向钻具对钻井液特殊规定；3.掌握井漏、井塌、粘吸卡钻、坍塌卡钻等各类井下复杂与事故发生因素、防止办法及解决办法；4.纯熟掌握技能鉴定教材中级工基本理论知识及技能项目操作；5.纯熟掌握“青工岗位培训课堂”学习辅导材料本岗位内容；6.认真完毕学习记录本填写。第四季度（10月1日-冬休）50一、井控专项培训10一）井控应知内容（5）1.井控技术；2.井控设备维护与检修；3.防喷演习手势（信号）；4.溢流判断；5.检测仪器使用程序与维护技术；6.川庆钻探工程公司井控实行细则；7.井控事故案例。二）井控应会技能（5）1.压井钻井液配备；2.各种工况下防喷演习。1.掌握井控基本知识；2.纯熟掌握防喷演习手势（信号）；3.纯熟掌握溢流判断技术；4.纯熟掌握岗位不同工况下关井程序、规定及安全注意事项；5.纯熟掌握检测仪器使用与维护技术；6.熟知井控细则；7.熟知井控事故发生因素，增强井控意识，提高井控技能；8.纯熟掌握一次井控安全操作。二、技能学习40一）应知内容（20）1.胶体化学基本知识；2.钻井液流变性；3.固相控制技术；4.各种解决剂性能与作用；14.技能鉴定教材高档工基本理论知识及试题。二）应会技能（20）1.鄂尔多斯盆地钻井液维护要点；2.不同井段钻井液维护要领；4.技能鉴定教材高档工操作项目。1.纯熟掌握钻井液关于各种基本概念；2.熟悉各个区块对钻井液性能规定；3.理解本区块地层特性；4.理解粘土特性；5.熟悉钻井液性能调节规定；6.掌握固相控制对钻井工作影响；7.纯熟掌握技能鉴定教材高档工基本理论知识及技能项目操作；四、大纲阐明及其她教学环节安排本大纲合用于石油钻井泥浆工岗位寻常培训学习。依照岗位培训大纲规定，结合生产形势，运用生产现场或生产间隙，有筹划有环节地完毕季度、年度培训任务。培训过程，以辅导教师和岗位青工每月一次双向考核为手段，增进培训任务如期完毕、有效完毕。培训中心将以巡回辅导、检查形式，阶段性进行综合考核。五、教学建议培训过程，以生产现场为课堂，以现场设备、工具为教具，在工作实践中贯穿学习活动；培训形式灵活多样不拘一格。详细内容以岗位规定为原则，结合自身实际，进行补差学习；个性问题以自学为主，兼职教师辅导为辅；共性问题以组织探讨、交流、针对问题解决问题等方式进行；对于生产中浮现新疑难及条件限制等因素导致现场上不便解决难题，以电话征询或参加岗位轮训培训班方式，逐渐解决生产中各类问题，最后实现建设一支安全、高效、优质生产钻井队伍。六、本课程与有关课程关系因石油钻井综合性和特殊性，涉及到了钻井地质、钻井液技术、柴油机、机械设备、井下复杂与事故等较多专业知识。一种合格石油钻井液技术工作人员，在纯熟掌握钻井专业知识、技能外，还必要掌握较系统有关知识，才干满足岗位复杂性需要。为此，在编写岗位辅导教材时，参照了诸多专业知识资料，针对岗位不同层次，使培训内容尽量贴近岗位实际，以满足生产岗位对岗位员工知识、技能规定。本大纲制定：长庆钻井职工培训中心技能培训站执笔人：杨辉审定人：田金江青工岗位培训课堂学习辅导材料（钻井泥浆工岗位）钻井职工培训中心一、钻井泥浆工岗位基本职责负责对钻井液性能寻常维护，使其符合设计和井下规定，保证井下安全正常。二、钻井泥浆工应知理论知识一）钻井液基本知识和有关概念1.高分子化合物高分子化合物又称高聚物，是由许多简朴构造单元以共价键重复结合而成；构成高分子基本构造单元称为链节；构成高分子化合物一种分子链节数目称为聚合度；能聚合成高分子化合物低分子原料叫做单体。单体基本构成，普通具备不饱和键。例如：烯烃：乙烯、丙稀。。。。。。炔烃：乙炔、丙炔。。。。。。聚乙烯：｛C2H4｝n1.1高分子化合物聚合反映由一种或几种单体聚合生成高分子化合物反映称为聚合反映。聚合反映又可分为加聚反映和缩聚反映两种。1.1.1加聚反映：由不饱和低分子化合物互相加成或由环状化合物开环互相连接而成反映叫加聚反映。该反映特点是反映过程中没有低分子化合物产生，聚合物基本构造单元和单体具备相似化学构成，其相对分子质量为链节相对分子质量整数倍。由同种单体进行聚合反映称为均聚反映。由两种或两种以上单体进行聚合反映称为共聚反映。1.1.2缩聚反映：缩聚反映是由相似或不同低分子化合物缩合成高分子化合物反映。反映特点是反映过程中同步产生某些小分子物质，参加反映单体分子内至少具备两个以上可以互相作用官能团，所得高聚物构成与原料单体构成不同。1.2高分子化合物分类和命名1.2.1依照来源分类，可将其分为天然高分子和合成高分子两大类。例如：树脂、橡胶，是属于天然高分子聚合物；酚醛树脂、聚丙烯酸钾是合成高分子聚合物。1.2.2按高分子主链构造分类，可将其分为碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子和无机高分子四大类。1.2.3依照工艺性质分类，可将其分为塑料、橡胶、纤维三大类。1.2.4依照合成高分子化合物反映类型分类，可将其分为加聚物和缩聚物两类。高分子化合物命名重要有：天然高分子化合物习惯上用俗名；合成高分子化合物常依照原料名称和制备办法命名，例如：加聚反映制得高分子化合物大多在原料名称前加“聚”字，由缩聚反映制得高聚物则普通在原料名称后加“树脂”二字，加聚物在制成成品之前也惯用“树脂”称呼；此外，聚合物尚有商品名称。1.3高分子化合物特点1.3.1具备很大相对分子量，普通在103～107。1.3.2具备多分散性。指高分子化合物分子构成成分相似而相对分子量和构造各异特性。1.3.3高分子链柔顺性。指高分子链中C-C单键内旋转性。1.3.4具备复杂构造和形态。从几何观点来看，高分子化合物有直链型（线型）、支链型和体型三种。线型高分子化合物分子链呈线状长链，常呈卷曲状态，主链上可连有取代基，在恰当溶剂中可以溶胀并能溶解，具备弹性和塑性。支链型高聚物可当作是带有与主链构造基本相似支链线型分子，支链长短和数量可以不同，甚至支链上尚有支链，性能较线型差。体型高聚物是在线型或支链型分子间存在化学键、具备空间网状构造高聚物，几乎没有柔顺性，脆性打，没有弹性和塑性，不溶于任何溶剂。2.胶体化学基本知识2.1分散体系概念及胶体性质2.1.1分散体系及其关于性质⑴分散体系：一种或几种物质分散成微小质点而分布于另一种物质中，此类体系称为分散体系。例如：一杯清水，投入一定量粘土，搅拌后，变为浑浊液，则浑浊液是粘土颗粒分散在水中分散体系。胶体化学研究对象重要是颗粒分散体系。⑵分散质及分散剂：被分散物质称为分散质；分散其她物质介质称为分散介质，又称为分散剂。例如在纯水中投入粘土后形成浑浊液中，水是分散剂，粘土是分散质。⑶相和相界面：所谓相，是指那些物质物理性质和化学性质都完全相似均质某些。体系中有两个或两个以上相，称为多相体系。相标志着物质存在形式和性质差别。例如：00C时冰水体系中水和冰，是一种物质两种存在形式，因此，咱们称冰和水为两个不同相；又如油水体系中水和油，虽然都是以液体形式存在，但两者性质不同，故油和水也是两个不同相。钻井液中，重要是粘土分散在水中形成分散体系，粘土以固体颗粒形式分散在液态水中，两者状态、性质完全不同，因此是两个相多相体系。相界面，是相与相之间接触面。如果互相接触两相中，一相为气体，这样相界面又称为“表面”。液体与固相之间分界面称为“界面”。当前，“表面”与“界面”两个概念通用。凡是发生在相界面上物理化学现象都称为表（界）面现象。⑷分散度和比表面：分散度是某一相分散限度量，通惯用分散相颗粒（或滴液）平均直径或长度倒数来表达。⑸分散体系分类：按分散度不同，可将分散体系分为细分散体系和粗分散体系。胶体事实上是细分散体系，其分散相比表面≥104m2/Kg，其颗粒长度在1nm至1um之间。悬浮体、泡沫等则属于粗分散体系。2.2溶胶及其性质2.2.1溶胶：一种或几种物质以直径为10－9～10－7m颗粒范畴分散在另一种互不相溶分散介质中形成比较均匀、比较稳定多相体系，称为溶胶。普通将溶胶分为亲液和憎液两种。亲液溶胶指分散相和分散介质之间有较好亲和能力和很强溶剂化作用，它与普通真溶液同样，是热力化学稳定体系。憎液溶胶是指分散相与分散介质之间亲和力较弱，有明显相界面，它属于热力学不稳定体系。这里重点学习憎液溶胶。2.2.2溶胶制备和纯化：溶胶制备普通有两个途径：一是分散法，将大块分散相物质分散成小颗粒，其颗粒大小落在溶胶范畴内，使它分散在液体介质中；二是凝聚法，即由小分子或离子凝聚成分散相。从化学反映所得到溶胶都带有电解质，而电解质浓度过高会影响溶胶稳定性，要使溶胶稳定，必要纯化。溶胶纯化要用半透膜进行透析，不能用普通过滤办法除去电解质。由于滤纸最小孔径为1um，溶胶粒子能顺利通过，故必要用孔径更小半透膜，才干制止溶胶粒子通过。用半透膜提纯溶胶办法，叫透析。2.2.3溶胶性质：⑴运动性质⑵光学性质⑶电学性质电泳、电渗、流动电位、沉降电位2.3溶胶粒子表面带电核重要来源⑴电离作用⑵晶格取代作用⑶离子吸附作用⑷未饱和价键3.粘土矿物基本知识3.1粘土矿物3.1.1粘土矿物构成：粘土矿物颗粒普通很细，约在1～5um。大多数是结晶质，具备层状构造，体现出片状或板状形态，少数为链状构造、纤维状或棒状形态。有不定量化学元素，重要是铝（Al）、硅（Si）、氧（O）、氢（H）,少量镁（Mg）、铁（Fe）、钠（Na）、钾（K）等。3.1.2粘土分类：据粘土中矿物含量不同大体分为三类：⑴高岭石粘土⑵微晶高岭石粘土：也成蒙脱石、膨润土、胶岭土，重要由微晶高岭石粘土构成。⑶伊利石粘土3.2粘土化学成分核构造3.2.1粘土化学性质：重要有二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（Al2O3）和水，尚有氧化铁（Fe2O3）、氧化钠（Na2O）、氧化钾（K2O）、氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）等。3.2.2粘土矿物基本构造：⑴四周体：由Si4+在中心，O2-在四周构成立体几何图形，又称Si---O四周体。⑵四周体片⑶八面体：由Al3+（或Mg2+）为中心，四周有6个阴离子O2-（或OH-）构成一种立体几何图形。因其为Al3+与O2-构成，故又称Al-O八面体。⑷八面体片4.粘土颗粒遇水作用4.1粘土颗粒粒度分布据美国石油协会(API)规定粘土分如下三类：⑴粘土（胶体）粒度不大于2um;⑵泥质粒度为2～74um⑶砂质粒度不不大于74um4.2粘土颗粒遇水后作用粘土在水中极易分散成细小颗粒，形成粘土－水悬浮体，使粘土颗粒具备较强带电性、水化分散性、离子互换性和表面吸附性。4.2.1粘土电荷：粘土普通带有电荷，这是其具备电化学性质主线因素，并影响粘土各种性质。如粘土吸附阳离子多少取决于其所带电荷数量。带同样电荷粘土吸附钠离子比吸附钙离子就多，从而致使吸附钠离子粘土――钠土就比钙土水化膜后，水化作用较强。此外，钻井液中有机、无机解决剂作用以及胶体分散絮凝作用等性质，都受粘土电荷影响。粘土正电荷与负电荷代数和即是粘土净电荷数，因粘土负电荷普通都多余正电荷，故粘土普通带负电荷。4.2.2粘土吸附作用：⑴物理吸附⑵化学吸附⑶离子互换吸附a离子互换吸附特点：粘土矿物普通是带负电荷，但是在一定条件下也可以带正电荷。尚有不少固体表面上自身吸附一层离子，当外加离子进入溶液时，固体离子自身与溶液离子能进行互换。普通天然粘土都是自然离子互换吸附，由于自身有硅氧四周体和铝氧八面体构造，使剩余价键（普通均有负电）有也许吸附阳离子，它们与外界离子也有互相互换作用。特点1：同号离子互相互换。特点2：等电量或等当量互换（如一种钙离子可与2个钠离子互换）；特点3：离子互换吸附反映是可逆，吸附和脱附速度受离子浓度影响。例如，钻井液中粘土吸附了钠离子，当遇到钙侵时，钙与粘土表面吸附钠进行等当量互换，使性能变坏，这时加入纯碱，即增长溶液中钠离子浓度，同步钙离子与纯碱生成碳酸钙沉淀，减少了钙离子浓度，钠又把粘土表面吸附钙离子互换下来，使钻井液性能又得到改进。这阐明，粘土分散越细，比表面液越大，吸附能力就越大，吸附离子就越多；比表面越小，吸附离子就越少。b离子互换吸附强弱规律：规律1：离子价数影响：普通在溶液中浓度相差不大时，离子价数越高，粘土表面吸附能力就越强，即离子互换到粘土表面上能力越强。规律2：离子半径影响：同价数不同离子浓度相近时，离子半径小，水化半径大，离子中心离粘土表面远，吸附就弱；离子半径大，水化半径小，离子中心离粘土表面近，吸附就强。规律3：离子浓度影响：离子浓度受每一相中不同离子相对浓度制约。如用膨润土配钻井液时，加入纯碱就可以变为钠土。这是由于当提高了溶液中钠离子浓度时，与粘土上本来吸附高价钙、镁离子发生了互相转换。c粘土阳离子互换容量（也叫吸附容量）：PH值对阳离子互换容量增长影响是，铝氧八面体中羟基在强酸溶液中易电离，使粘土表面带电；在碱性溶液中，氢离子易电离，使粘土表面负电荷增长。此外，溶液中OH-增多，它靠氢键吸附于粘土表面，使粘土负电荷增多，从而增长了粘土阳离子互换容量。这些知识，有效地把握增进或抑制粘土多分散度，获得符合规定钻井液性能。5.粘土水化作用粘土水化作用是影响钻井液重要因素。粘度、切力和滤失量在很大限度上取决于粘土水化作用。5.1粘土矿物水分⑴化学结合水（晶格水）：粘土矿物中铝氧八面体和羟基层，在高温3000C时，其结晶水会受到破坏而失去。⑵吸附水（束缚水）：因分子间引力和静电引力作用，具备极性水分子可被吸附到带电粘土表面上，在粘土颗粒周边形成一层水化膜，这某些水随粘土颗粒一起运动。⑶自由水（液态水）：水分子不受粘土颗粒束缚，重力作用下可在粘土颗粒之间自由移动，当加入絮凝电解质后，粘土颗粒形成局部网状构造，包住了一某些自由水，这某些水不能自由移动，必要和网状构造一起运动，相称于增长了钻井液这固相含量，从而减少了自由水，使钻井液变稠。5.2粘土水化作用影响因素⑴不同阳离子对粘土水化作用影响：粘土普通带负电荷，能将各种阳离子和某些吸附状态水化阳离子吸附到粘土表面上，在粘土表面形成水化膜。因此，粘土吸附阳离子不同，形成水化膜厚薄也不相似。⑵粘土矿物自身性质对水化膜影响：粘土矿物构造不同，水化作用差别很大。由于晶格间靠分子引力联系，键能强弱、晶格间距离大小、取代位置和阳离子互换容量不同都使粘土水化膨胀差别很大。5.3粘土颗粒连接方式及对钻井影响5.3.1粘土连接方式：粘土颗粒在水溶液中连接方式不同，对粘土－水悬浮体流动性影响就不同。普通有三种连接方式：面－面、边－面、边－边，三种连接方式也也许同步存在。聚结作用是粘土颗粒面－面连接，形成较厚“层”或“束”，减少了粘土颗粒数目，使粘度下降。分散作用是聚结作用逆过程，可形成较多颗粒数目和较高粘度。粘土普通是在水化之前聚结，水化时发生分散，分散限度取决于水化电解质种类、含量、时间、温度、粘土互换阳离子种类和粘土浓度等。絮凝作用是粘土颗粒边－边或边－面连接，形成网状构造，引起粘度增长。无论是减少颗粒间斥力，还是减薄水化膜，若加入＋2价阳离子或升温，都会增进絮凝作用。钻井液中加入某些解决剂，因其在粘土表面优先吸附，使粘土颗粒不再形成边－边或边－面连接，具备解絮凝作用，这些解决剂就是咱们常说降粘剂。很明显，不论粘土颗粒间以什么方式连接，如果分散越细、颗粒越小，表面积就越大，吸附水就越多，致使钻井液性能变坏而不利于钻进。5.3.2粘土颗粒大小对钻井液性能影响：粘土颗粒大小对钻井液性能影响重要取决于颗粒面积大小，表面积大，吸附水就越多。特别是当大颗粒分散成小颗粒后，体积虽然没有变化，但表面积增长了，就会使吸附水增多，导致钻井液性能变坏，不利于钻进。例如，一粒直径100um钻屑被携带到地面后，未被清除而留在钻井液中，通过多次循环和钻头多次切削，就会变成12。5万个直径为2um小颗粒，不但增长了清除难度，还使表面积增长了50倍，这就需要用50倍水来覆盖其表面，使钻井液塑性粘度、屈服点、静切力大大提高，流动性变坏，直接影响钻井速度。因而，在钻进时，第一次循环就必要采用有效办法，将井底返到地面钻屑尽量多清除掉，以提高机械钻速，减少对油气层损害。6.钻井液稳定性6.1粘土—水界面双电层粘土颗粒遇水后，表面带负电，在它周边必然吸附正离子。粘土颗粒表面负电荷（负离子）称为定势离子；吸附在定势离子周边阳离子（正离子），由于带电性相反，称为反离子。在粘土颗粒表面上定势离子与反离子这两层离子电荷相反，带电量相等，故整个粘土颗粒在静止时是电中性。吸附在定势离子周边反离子，一方面受粘土颗粒表面定势离子吸引要接近粘土表面；另一方面这些反离子自身又互相排斥，此外尚有其自身热运动使它自身扩散，远离粘土表面。这两种力同步作用成果使反离子在粘土颗粒周边一定距离内呈扩散分布状态。在任一瞬间，某些反离子呈扩散状态分布，不随粘土颗粒一起运动，称为扩散层。吸附层和扩散层称为双电层。这样，粘土—水界面上就形成了扩散双电层。取粘土颗粒表面一某些来看，粘土颗粒表面有多少个负电荷，在其周边必然吸附同样多带正电荷离子（也叫水化离子）。随着与粘土颗粒表面距离增大，正电荷分布也由多到少，扩散在外围。由于反离子平衡了粘土颗粒负总电荷，因此反离子电荷等于负离子电荷，又等于吸附层电量和扩散层电量总和，可以表达为：E定=E反=E吸+E扩式中E定=粘土表面定势离子总电荷；E反=粘土表面吸附反离子总电荷；E吸=吸附层电荷；E扩=扩散层电荷。在粘土颗粒处在静电场或激烈运动状况下，吸附层反离子由于离粘土颗粒表面较近，与定势离子吸引力较强，故可随粘土颗粒一起运动；而扩散层反离子由于离粘土表面较远，与定势离子吸引力较弱，故不随粘土颗粒一起运动，容易被摔掉。吸附层和扩散层交界面称为滑动面。这样，粘土颗粒就在运动中丢掉了扩散层反离子而显示出一定电势，这个电势就称为粘土颗粒表面电动电势（或叫电动电位），用符号ξ表达，故又可称为ξ电势（或ξ电位）所谓ξ电势就是指从滑动面到溶液内部过剩负电荷为零处电位差，可用下式表达：ξ=E扩=E定-E吸=E反-E吸普通来讲，粘土颗粒表面定势离子总电势是不变化，因此电动电势ξ大小取决于吸附层电量E吸大小。E吸越大，电动电势ξ就越小。粘土颗粒扩散双电层和电动电势受粘土水溶液中电解质影响。溶液中提供阳离子浓度和类型变化时，会使扩散双电层和电动电势ξ发生变化。因而，影响电动电势ξ重要因素有：⑴吸附反离子价数：粘土颗粒表面吸附反离子价数越高，吸附层正电荷越多，吸附层电量E吸增长，则电动电势ξ越小，双电层厚度减小。⑵吸附反离子水化半径：在同价离子中，离子半径越小，水化越好（H+除外），水化离子体积越大，吸附层内能容纳离子数目相对越少，吸附层电量E吸减小，电动电势ξ越大，双电层厚度增大。⑶溶液中反离子浓度：对于同价同种离子来说，溶液中反离子浓度越大，进入吸附层反离子数目越多，使吸附层电量E吸增大，电动电势ξ越小，双电层厚度减小。这种现象称为粘土颗粒表面挤压双电层现象。由以上分析可以看出，粘土颗粒在不断运动中甩掉了扩散层反离子而使表面带负电荷。因同种电荷相斥，粘土颗粒间产生静电斥力，当粘土颗粒接近时互相排斥而不聚结，从而保持了钻井液聚结稳定性。此外，带电量越大，即电动电势ξ越大，颗粒间斥力越大，钻井液聚结稳定性就越高。6.2粘土分散和聚结6.2.1粘土颗粒间互相作用力：粘土颗粒分散与聚结重要是由其受力状况不同而引起。如果粘土颗粒间排斥力占优势，则粘土颗粒分散；若吸引力占优势，则粘土颗粒聚结。粘土颗粒受力状况可归纳为：⑴斥力：由粘土颗粒电动电势ξ导致粘土层面上静电斥力和粘土颗粒表面水化膜弹性斥力。⑵引力：由粘土层面上分子间引力和棱角、边沿处异性电荷导致静电引力。普通粘土颗粒层面上由于电动电势ξ存在，以斥力为主，而在棱角、边沿处，因水化较差，显示出由异性电荷导致吸引力。粘土颗粒因层面间互相排斥，在棱角、边沿处互相吸引而形成空间网架构造。6.3粘土在钻井液中分散、絮凝和聚结6.3.1分散状态：钻井液中粘土颗粒有很强电动电势，且粘土颗粒水化较好，水化膜很厚，粘土颗粒间静电斥力和水化膜弹性斥力使粘土颗粒不也许接近和互相连接，粘土呈高度分散状态。这时钻液具备较高粘度，构造性不强，切力不大。滤饼薄而致密，滤失量很小，稳定性好，长时间静置也不会析出自由水。6.3.2絮凝状态：如钻井液中粘土电动电势较小，粘土颗粒水化较差，则颗粒间静电斥力和水化膜斥力都较弱，粘土颗粒棱角、边沿处水化也较差，这时粘土颗粒间也许以边—边和边—面相连接，形成空间网架构造。粘土颗粒呈絮凝状态，这时钻井液有较高粘度和切力，滤饼较厚且松散，滤失量较高，若静置一段时间，则会形成冻胶状，失去流动性。6.3.3聚结状态：若粘土电动电势很小，粘土颗粒水化也很差，这时粘土颗粒将以面—面相结合而形成一层层重叠大颗粒，这种状态下钻井液粘度、切力很低，滤饼非常松散，滤失量很大，钻井液稳定性很差，严重时粘土颗粒聚结变得很大，不久沉淀，浮现聚沉现象。粘土在钻井液中状态对钻井液性能影响很大，从维护钻井液稳定性来看，粘土颗粒分散状态较好，但其抗污染等能力较差；絮凝状态虽要形成空间网架构造，但若适度絮凝，就是一种较好钻井液类型。6.4粘土造浆率6.4.1粘土千浆率概念粘土造浆率是指1t干粘土能配制粘度为15mPa.s钻井液体积(m3)。造浆率越高，粘土水化分散性越好，因而，粘土造浆率大小也就是粘土分散为胶体能力大小。钻井液中胶体含量越高，稳定性越好。6.4.2粘土造浆率影响因素粘土造浆率大小受粘土带电性质、吸附阳离子类型、水化性、分散性等因素影响。⑴盐对粘土造浆率影响钠土由于其带电性强、水化性好、水化膜厚，故造浆率高；钙土水化性新式、水化膜薄，故造浆率低。为提高粘土造浆率，配制粘土浆时加入适量纯碱，除去钙离子，增长钠离子，使钙质土变为钠质土，提高粘土造浆能力。由于加膨润土方式和程序不同，膨润土造浆率也不同样。把粘土先加水和化学分散剂使之充分水化，该办法配制粘土浆粘度明显高于把粘土直接加入盐水中形成粘土浆粘度。因而，为充分发挥膨润土作用，使钻井液保持分散状态，配制钻井液时应尽量采用膨润土预水化办法。⑵pH值对粘土造浆率影响pH值不不大于9后，pH值增大，粘土分散性明显增强，造浆率也提高。这是加为OH-浓度增大，增长了膨润土表面负电荷，使钠质土含增大，水化分散性增强，胶体含量增长，因此粘度升高。pH值越大，这种现象越明显。因而，细分散钻井液pH值大多控制在9以上。6.5钻井液稳定性6.5.1沉降稳定性：沉降稳定性（或动力稳定性）是指在重力作用下，分散相颗粒与否容易下沉性质。若下沉速度很小，则称访体系具备沉降稳定性。沉降稳定性影响因素有如下几点：6.5.2重力影响：分散相颗粒自身所受重力作用大小是沉降稳定性决定因素。若把颗粒近似看做球形，设其半径为r，同步令分散相密度为ρ，分散介质密度为ρ0，则分工作服相颗粒受重力作用所产生沉降力为：由式（5-4-3）可见，分散相颗粒在胶态体系中所受沉降力重要取决于颗粒半径（r）大小，另一方面是分散相与分散介质密度之差（ρ-ρ0）。分散度越高，密度差越小，颗粒所受沉降力越小，则颗粒越不易下沉，沉降稳定性越好。6.5.3布朗运动影响：布朗运动是指胶体粒子在各个方向上进行频繁而无序运动。它是由于分散体系中分散介质分子和分散相粒子处在热运动状态，并且分散相粒子又受到周边介质不断地撞击而引起。布朗运动是影响胶体体系沉降稳定性重要因素。由于布朗运动存在，胶粒不会停留在某一固定位置上，使胶粒不为重力而沉降。布朗运动越激烈，沉降稳定性越好。6.5.4分散介质粘度影响：胶粒受重力作用要下沉，其沉降速度可由下式求出：式中：μ—沉降速度；R—胶粒半径；η—分散介质粘度；ρ、ρ0—分别为胶粒和分散介质密度；g—常数。由式（5-4-3）可知，在其她条件相似时，颗粒沉降速度与介质粘度成正比。因而，提高介质粘度也是提高沉降稳定性重要手段。钻井液之因此规定有一定粘度，这也是一种重要因素。6.5.5钻井液切力悬浮作用：钻井液具备一定强度网状构造，这种构造对下沉粒子阻碍作用称为切力悬浮作用。由于这种悬浮比胶体颗粒大得多分散相颗粒，因而普通不作为胶体稳定性内容进行讨论。6.6聚结稳定性聚结稳定性是指分散相颗粒与否容易聚结变大性质。若分散相颗粒容易合并变大，则聚结稳定性就差，沉降稳定性也不好。因而，聚结稳定性对钻井液来说具备重要意义。6.6.1制止粘土颗粒聚结因素：⑴双电层斥力：由于粘土颗粒周边有扩散双电层，粘土颗粒在运动中就因丢失扩散层反离子而显示出一定电动电势ξ，电动电势ξ越高，颗粒间静电斥力越大，粘土颗粒就越难聚结合并。⑵水化膜阻力：粘土颗粒在水中带负电，必然吸附水化正离子和极性水分子定向排列于粘土颗粒表面，形成粘土颗粒周边吸附水化摸，并且双电层越厚，水化膜越厚，颗粒间越不容易聚结。6.6.2引起粘土颗粒聚结因素：⑴粘土颗粒分子间引力（范德华力）：无论是粘土-水溶胶，还是其她胶体，它们颗粒都会自动聚结合并，这一事实阐明颗粒间存在着数量上足以和双电层斥力相抗衡吸力，这个吸力就是范德华力。理论推知，在作用力范畴内，颗粒之间吸力比单个分子之吸力强得多，并且颗粒越大，互相间距离越近，吸力越大。因此，当粘土颗粒互相接近到吸力作用范畴内，且吸力不不大于斥力时，粘土颗粒就会发生聚结（或叫絮凝）。⑵电解质聚结作用：当电解质加入到钻井液后，电离出阳离子进入吸附层，使ξ电势减少，当ξ电势减少到一定限度，其静电斥力和吸附溶剂化层阻力减小到局限性以制止胶粒聚结时，钻井液就要发生明显聚结。聚结作用常以分散相颗粒沉淀而告终。电解质聚结作用重要涉及吸附作用、离子互换吸附作用、压缩双电层作用。钻井液开始明显聚结时所加电解质最低量浓度称为聚结值。普通以“10-3mol/L”为单位。影响电解质聚结因素可概括如下：a电解质浓度：钻井液中加入同种电解质浓度越大，进入吸附层反离子越多，ξ电势越小，越易发生聚结。b电解质离子价数：加入电解质离子价数越高，与粘土表面定势离子吸力越强，吸附层电量E吸越大，ξ电势越小，越易发生聚结。c电解质离子半径：在离子浓度相似、价数相似条件下，离子半径越大，对极性水分子吸力越小，水化膜越薄，越易进入吸附层内，使ξ电势减少，水化膜斥力减小，颗粒易发生聚结。7.钻井液流变性钻井液流变性指钻井液流动和变形特性。其流变性直接影响钻速、泵压、携屑、固井，关系到钻井速度和成本。因此，控制钻井液流变性具备重要意义。7.1液体流动基本概念和基本流型7.1.1液体流动基本概念：⑴速度梯度和剪切应力液体流动时各质点速度不同，如图5-5-1所示。把流动液体分为若干层，在垂直于流速方向上令某一液层间距为dx，液层流速增量为dυ，则比值dυ/dx表达垂直于流速方向上单位距离内流速增量，称为流速梯度（或剪切速率），简称速梯。速梯大，表达液流中流速变化大，反之表达流速变化小。速度梯度用符号y表达，在SI单位制中，流速单位为m/s，距离单位为m，速梯单位为s-1。既然液流中各层流速不同，也就是说层间有相对运动，则不同液层之间发生内磨擦，也即两液层产生互相剪切作用，浮现成对内磨擦力（剪切力），阻碍了各液层相对运动（或称剪切变性）。牛顿内磨擦定律：液体流动时，液层间产生内磨擦力F大小与液体性质及温度关于，并与速梯dυ/dx和两液层接触面积S关于。⑵流变曲线液体流变特性可用流变曲线表达。流变曲线是速度梯度和剪切应力关系曲线。由实验求出一系列速度梯度和剪切应力数据，就可在直角坐标系中作出速梯变化曲线，或剪切应力随梯变化曲线。这两种形式实质上是同样，只是两坐标互换而已。7.1.2液体基本流型:液体是指随盛放容器形状而变化其自身形状物质。常把液态流体分为牛顿流体和非牛顿流体。凡是流变性符合牛顿内磨擦定律流体都称为牛顿流体；流变性不符合牛顿内磨擦定律流体统称为非牛顿流体。四种基本流型如图5-5-2所示。⑴牛顿流型：像水等大多数纯液体、低粘度油类及低分子化合物溶液等，都属于牛顿流型。其特点是：a流变曲线是通过原点直线，如图5-5-2所示。b加很小力就能发生流动，且速梯与切应力成正比。c粘度不随切应力或速梯变化，是一种常量。该粘度叫绝对粘度，用“η绝”表达。⑵塑性流型：普通钻井液都属于这种流型。它和牛顿流型不同，其特点是：a流变曲线不通过原点，如图5-5-2所示。b施加切应力必要超过某一最低值τS，然后才干流动。这个开始流动切应力τS称为静切应力，又叫凝胶强度。c当切应力τ＞τS时，塑性流体还不能均匀地被剪切，粘度随切应力增大而减少。d继续增长切应力，粘度不再随切应力而变化，此时流变曲线成为直线。这个不随切应力而变化粘度，称为塑为塑性粘度，用“η塑”表达。e延长这段直线不通过原点，而是与切应力轴相交于τ0，τ0称为动切力，或称屈服值。⑶假塑性流型：高分子化合物溶液、乳状液及某些钻井液都属于这种流型。其特点是：a流变曲线通过原点并凸向切应力轴，如图5-5-2所示。b施加极小切应力就可流动，没有静切应力。c它粘度随切应力增大而减少。⑷膨胀流型:如面团等属于膨胀流型。其特点是：a流变曲线是通过原点并凹向切应力轴曲线，如图5-5-2所示。b没有静切应力。c它粘度随切应力增大，静止时又恢复原状。7.2钻井液流动变形特性7.2.1钻井液流动特点：钻井液是具备构造性流体，普通属于塑性流体，其流动性不同于牛顿流体。随剪切应力增长，塑性流体流动可通过静止、塞流（或叫柱流）、不完全层流（也称准层流或平板型层流）、层泫（或称线性流）、紊流等五种流态，如图5-5-3所示。静止：如图5-5-3中OA段，这时0＜τ＜τS。虽然对钻井液施加一定剪切应力，但因而力校小，钻井液形成构造未被破坏，因此钻井液依然静止不动。τS称为钻井液极限静剪切应力，它是钻井液静止状态下构造力大小量度。⑵塞流：如图5-5-3中AB段，τS＜τ＜τB。当剪切应力值不不大于极取胜静剪切应力τS时，钻井液内部构造开始破坏，钻井液开始流动。钻井液在此流态下各质点不但流动方向相似，并且速度同样，皆等于υ0，只是在接近管壁处，速度由0增长到υ0。整个液体类似一种固体塞子在管内滑动（像挤牙膏同样），因此这种流型称为塞流。⑶不完全层流：υ1τB＜τ＜τC。随剪切应力增长，塞流区半径减小，层流区扩大。中间塞流区（或称流核）各质点流动速度同样，皆等于υ1；而在层流区，速度由管壁处0增长到临近流核处υ1。这种流态称为不完全层流或准层流。⑷层流：如图5-5-3中CD段，钻井液完全进入层流状态。管壁处流速为0，从管壁至管中心线处各液层流速逐渐增长，在管中心线处流速达最大，就像不同速度同心圆筒流动同样，如图5-5-4所示。这种流态称为层流。在层流状态下，随剪切应力增长，中心线处最大流速升高，速度梯度增长，流型剖面抛物线形状变得更尖更脆。⑸紊流：如图5-5-3中D点后来段，τD＜τ。这时各质点开始做无规则运动，方向各不相似，浮现漩涡和花纹，但流动剖面最前边端线呈扁平状，流速相称高。这种流动状态称为紊流。7.2.2关于钻井液流变怀模式方案：依照生产实际需要，普通可运用某些简朴代数方程来近似描述钻井液流变性。⑴宾汉方程宾汉提出用不通过坐标原点直线方程描述钻井液，叫宾汉方程。本方程得到广泛应用。其体现形式为：式中τ——剪切应力，map；η塑——钻井液塑性粘度，map．ｓ；——速度梯度，S-1；τ0——钻井液动切应力，map。⑵指数方程指数方程也叫幂律方程，用来描述钻井液流变性，特别是在环空水力学计算中得到广泛应用。其体现形式为：卡森模式方程是用三个流变参数来阐明钻井液流变性质。ηOC相称于钻井液中分散相和高分子化合物在极限高切变率下被高度分散和变形后流变构造，故可作为钻井液近似水眼粘度。τ0相称于钻井液从开始流动到切变率极限高之间，可供拆散钻井液构造限度。普通来说，τ0越大，钻井液切变稀释特性越好。η相称于钻井液静态构造强弱，故可与钻井液悬浮和携带岩屑能力相联系。卡森模式应用对钻井液在极限高切变率（如钻头水眼处）状况下变化规律、钻井液对钻井速度影响以及钻头水眼处喷射状况分析等都具备重要意义。此外，尚有双曲线模式方程、屈服型塑性流体方程等，因当前应用均不广泛，在此就不再一一简介了。7.3钻井液流变参数及测量7.3.1钻井液流变参数：⑴切力：钻井液切力是指静切应力，其胶体化学实质是胶凝强度。其物理意义是钻井液静止时，破坏钻井液内单位面积上网架构造所需要剪切力，单位是Pa。初切力是钻井液搅拌后静止1min测得静切力，用G1（或θ1）表达；终切力是搅拌后静止10min测得静切力，用用G10（或θ10）表达。当前多用旋转粘度计测量。静切力大小取决于钻井液中网架构造多少、强弱以及静止时间。a触变性：钻井液触变性是指搅拌后钻井液变稀（切力减少），静止后又变稠（切力升高）特性。或者说，钻井液切力随静止时间和最后胶凝强度（或切力）大小，是触变性重要特性。钻井液工艺规定钻井液应具备良好触变性。b动切力（τ0，YP）：动切力表达钻井液在层流流动时形成构造能力，又叫屈服值，单位是Pa。影响动切力因素是钻井液中固相含量及分散度、粘土颗粒电动电势和水化限度、粘土颗粒吸附解决剂状况及高分子聚合物使用等。固相含量越大，分散度越高，即固相颗粒浓度越大，颗粒间距离越远，越易形成较大或较密空间网架构造，YP就越大，粘土颗粒ζ电位减少，粘土颗粒之间斥力就减小，而屏蔽它们彼此接近水化膜也变薄，便越容易使粘土颗粒以端对端、端对面形式构成校大或较强网架构造，使YP增大；粘土颗粒吸附解决剂后若能变化其端部状态（端部水化膜增厚，端部吸附有减稠剂分子），便能制止其网架构造形成或削弱网架构造强度，使YP减小；高分子聚合物由于其分子很大，当加入一定数量后，它们会在钻井液中形成一定网架构造，使YP增大。由以上分析可知，要减少YP，可加稀释剂拆散网架构造；若提高YP，可加无机盐电解质，加预水化膨润土浆，加生物聚合物以及加相称数量高分子聚合物，促使网状构造形成。c塑性粘度：指钻井液层流时，固体颗粒与固体颗粒之间、固体颗粒与液体分子之间、液体分子与液体分子之间磨擦力总和。用η塑或PV表达，单位是Pa．s。它是由钻井液中固相含量、固体颗粒形状和分散度、表面润滑性及液体自身粘度等因素决定。减少塑性粘度普通可使用旋流除砂器，使用絮凝剂控制固相含量，恰当加清水稀释，补充低密度钻井液等办法。提高塑性粘度可用加粘土（非膨润土类）、重晶石粉或混油等办法。d构造粘度（η结）：钻井液内部存在空间网架构造，这种网架构造同样会对钻井液流动产生阻力，由空间网架构造形成这某些流动阻力叫构造粘度。若无网架构造，就无构造粘度。其影响因素与动切力相似。e表观粘度：又称有效粘度或视粘度，是指在某一速度梯度下，剪切应力与速度梯度比值。用AV表达，单位是Pa．s。公式由宾汉公式推出为：AV=PV+η结由式（5-5-6）可知，表观粘度受塑性粘度、动切力和速度梯度影响。塑性流体表观粘度由塑性粘度和构造粘度两某些构成。f剪切稀释特性：在构成表观粘度三个参数中，虽然塑性粘度和动切力是钻井液自身性质，不随速度梯度变化，但表观粘度随速度梯度增大而减少。表观粘度随速度梯度增大而减少特性，称剪切稀释特性。显然，PV越低，YP越大，动塑比（YP/PV）越大，剪切稀释能力越台。钻井规定钻井液有较强剪切稀释特性。g稠度系数K：钻井液稠度系数表达液体可泵性和直观流动性，反映钻井液稠稀限度，可以以为它是钻井液表观粘度。它既受钻井液内磨擦力影响，又受构造力影响。由幂律方程可知，K单位是mPa．S。提高K值办法有两种：若n值不变，只升高K值，右采用加惰性固体物质（如重晶石粉）等；若n值减少，K值升高，可将预水化膨润土加入到盐水钻井液或钙解决钻井液中，或者加入恰当化合物。若膨润土加到淡水钻井液中，可使K值升高，n值略升。要使Ｋ值或ｎ值都升高，可加入淀粉、Ｎａ—ＣＭＣ或某些野生植物解决剂。h流性指数ｎ：它是钻井液构造力一种表达，也是钻井液触变性或剪切稀释特性强弱表达。由幂律方程可知，当ｎ＝１时，变为牛顿公式，流体为牛顿流体。ｎ值越大，剪切稀释能力越弱，液体非牛顿性越弱；反之，则剪切稀释能力越强。对塑性流体，普通ｎ值不大于１。ｎ是无因次量。减少ｎ值有助于携带岩屑，清洗井底。普通是加聚合物、无机盐类，或将预水化膨润土加入含盐系统等。7.3.2钻井液流变参数测量：旋转粘度计有手摇两速、电动两速和电动六速等几种。两速旋转粘度计外筒转速为300r/min和600min两个速度，六速旋转粘度计外筒转速有3、6、100、200、300、600r/min六个速度。尽管两种粘度计类型不同，但其构造和原理基本是同样。测量流变参数重要用六速旋转粘度计。⑴六速旋转粘度计构造及工作原理：a构造：它由五某些构成，即电动机、恒速装置、变速装置、测量装置和支架装置。恒速装置和变速装置合称旋转某些。在旋转部件上固定一种外筒——旋转筒；测量装置由测量弹簧部件、刻度盘和内筒构成，内筒通过测量弹簧固定在机体上，扭簧上附有指针（或刻度盘）。b工作原理：测定期内筒和外筒同步浸没在钻井液中，它们是同轴心圆筒，环形间隙为1mm。当外筒以某一恒速旋转时，它就带动环形间隙中钻井液旋转，因钻井液具备粘滞性，使与扭簧连接内筒转动一种角度。据牛顿内磨擦定律，转动角度大小与钻井液粘度成正比，于是钻井液粘度测量就转变为内筒转角测量，转角大小可直接从刻度盘上读出。这就是直读式旋转粘度计。⑵两速旋转粘度计用法:a检查内外筒与否清洁干净，然后将仪器放在比较平稳工作台上。b校正外筒偏摆量。如发现偏摆量超过0.5mm，则应将外筒取下重装。]c标定零点。眼睛必要垂直于放大镜进行观测，如指针不是零位，应进行调节。d把刚搅拌好钻井液精确倒入事先放好钻井液杯中，将内、外筒浸没到钻井液中，使钻井液液面与外筒刻度线相平。e将调速杆放到最低位置，顺时针方向匀速迅速转动手柄（电动构造启动开关），此时外筒转速为600r/min。待刻度盘稳定不变时，记下此时刻度盘读数，即为600r/min时读数，用φ600表达。f换挡，即把调速杆提到最高位置，顺时针方向匀速迅速转动手柄（电动构造启动开关），此时外筒转数为300r/min。待刻度盘稳定不变时，记下此时刻度盘读数，即为300r/min时读数，用φ300表达。六速旋转粘度计可依照需要放至所需速度挡位上，办法同两速旋转粘度计。⑶用旋转粘度计测静切力办法:a使内、外转筒浸没在钻井液中，使钻井液液面与外筒刻度线相平，并以600r/min速度搅拌1min后停止转动。b让钻井液静止10s，然后用用扶住外筒流滚花处，按顺时针方向缓慢地、轻轻地转动（六速粘度计也许3r/min速度，启动电源开关），刻度盘上最大读数值除以2即为初切力，用“G1”表达，单位“Pa”。c再搅拌钻井液1min并静止10min，重复上述测量，所得到刻度盘上最大读数除以2称为终切力，用“G2”表达，单位“Pa”。⑷注意事项:a对于手摇两速旋转粘度计，使用时不要单手操作，以免因激烈晃动而损坏。b观看读数时，眼睛尽量与刻度盘垂直，严防斜视，以免数值不准。c清洗内筒时，防止内筒转动。⑸测量成果解决:因旋转粘度计是直读式，故只需在刻度盘上读出各转数下扭转格数，就可算出各流变参数。公式如下：7.4钻井液流变性与钻井关系7.4.1钻井液流变性与钻头破碎岩石速度关系:钻井液流变性对钻速影响重要体现为粘度对钻速影响：⑴由于钻头水眼处钻井液流速高、粘度小，对井底冲击力强，使钻头冲击和切削岩石阻力减小，有助于提高钻速。⑵低粘度钻井液犹如楔子，很容易进入钻头冲击底岩石产生裂缝，有助于钻头对井底岩石破碎作用。⑶若钻井液粘度升高，则钻速减少。由于粘度大，因此流动阻力大，消耗功率也大；此外，粘度太大，在井底易形成粘性垫子，减少和减缓了钻头对井底冲击和切削作用，使钻速减少。7.4.2钻井液流变性与钻井液携带岩屑能力关系:井底和井眼内岩屑能否被钻井液有效地携带到地面，是关系到能否安全迅速钻井重要问题。实践证明，钻井液携屑能力随钻井液粘度升高而增长，紊流携屑优于层流携屑，钻杆旋转有助于岩屑上返。但紊流携屑有其缺陷：规定钻井液排量大，岩屑下沉速度比层流大，对井壁冲刷力强。通过调节钻井液流变性，提高动塑比值和减少钻井液上返速度以实现平板型层流，对提高钻井液携屑能力有重大意义。7.4.3钻井液流变性与井壁稳定关系:由于紊流液流质点运动方向是紊乱而无规则，且其流速高、动能大，因而对井壁冲击作用大，易导致地层坍塌。而层流液流质点运动方向都是向上，普通平行于井壁，速度低、动能小，因此钻井液循环时，需要比较精确地计算出临界上返速度，以保证环空液流保持在层流状态而避免浮现紊流。7.4.4钻井液流变性与岩屑和加重剂悬浮关系当钻井液停止循环时，但愿钻井液中岩屑和加重剂能稳定地悬浮或缓慢下沉，不浮现沉砂卡钻。在这里起决定作用是钻井液静切力和触变性。静切力高，钻井液形成空间网架构造能力强，悬浮能力强。触变性好，循环停止时，钻井液可以不久达到一定切力值，有助于悬浮岩屑加重剂。7.4.5钻井液流变性与井内液柱压力激动关系井内液柱压力激动是在起下钻和钻井过程中，由于钻柱上下运动、钻井泵启动等因素，使井内液柱压力发生突然变化（升高或减少）现象称为压力激动。因压力激动破坏了井内液柱压力与地层压力之间平衡，从而破坏了井壁岩石与井内液柱之间相对稳定，易引起井漏、井塌或井喷。压力激动影响因素是多方面。除了起下钻速度、钻头与钻柱泥包限度、环形空间空隙、井身以外，还与钻井液粘度、切力有密切关系。同样条件下，钻井液粘度、切力越大，压力激动越大。7.4.6钻井液流变性与井内钻井液滤失量和滤饼厚度关系在钻井过程中，钻井液滤失量过高，滤饼厚而松散，对钻井很不利。一方面，滤失量过高，地层被浸泡，井壁不稳定，损害油气层；另一方面，滤饼厚而松散，磨擦系数高，易粘附卡钻，引起钻头泥包或堵死水眼、起钻上提遇卡、下套管遇阻、不利于电测、影响井身质量等。普通来说，规定钻井液具备恰当低滤失量和薄而致密坚韧滤饼。除上述之外，钻井液流变性还与泵压和泵排量大小、固井质量关系密切。8.钻井液固相控制8.1固相控制意义8.1.1钻井液固相含量高危害:⑴使钻井液密度升高，减少机械钻速，缩短钻头使用寿命。⑵滤饼增厚，且质地松散，磨擦系数高，导致起下钻遇阻遇卡，易引起粘附卡钻；此外，滤失量增大，可导致井壁膨胀、缩径、剥落、坍塌等；再者，滤饼渗入性大，滤失量大，可减少油层渗入率和原油生产能力；固相高，滤饼厚，还也许影响固井质量。⑶含砂量高，严重磨损钻头、钻具和机械设备，使钻井不能顺利进行。⑷钻井液性能不稳定，粘度、切力升高，流动性不好，易发生粘土侵和化学污染。⑸砂样混杂，电测不顺利，测井资料不精确。⑹解决频繁，使钻井液成本升高。8.1.2固相控制意义:⑴清除有害固相：及时清除钻井液中岩屑、砂粒和劣质粘土。⑵保存有用固相：使钻井液中膨润土和重晶石含量维持在所规定范畴内。⑶从钻井液中分离膨润土和重晶石。8.2钻井液固相分析8.2.1钻井液固相分类:⑴依照钻井液中固相性质分类a活性固相：这些固相有粘土和以粘土为重要成分岩屑，它们物理化学性质受水中离子和钻井液解决剂影响，并在水中分散。b惰性固相：这些固相在水中不水化分散，普通不受其她因素影响，如重晶石、石灰石、石英、长石等。⑵依照固相对钻井液性能影响及对钻井液工艺、钻井工程作用分类a有用固相：指维持和调节钻井液性能所必须固相，如膨润土、重晶石和上些固相解决剂。b有害固相：除有用固相以外其她固相，如岩屑、劣质土和砂粒等。8.2.2保持钻井液低固相及低胶体含量途径钻井过程中进入钻井液岩屑大某些是有害固相，若这些岩屑不能及时清除，其中泥页岩和粘土不断地分散成更小颗粒，使钻井液总固相含量和低胶体含量升高。故要保持钻井液低固相含量和低胶体含量，必要解决如下问题：a使钻头破碎岩屑和粘土在从井底带出地面过程中不水化分散。b使岩屑尽快从井底返至地面，并迅速从钻井液中除去。c使钻井液中保持恰当数量胶体颗粒。8.3固相含量对钻速影响人们通过大量研究工作，总结出钻井液固相含量对钻速影响有如下规律：8.3.1钻速随固相含量升高而下降:设清水时钻速为100%，则固相含量升至7%，钻速下降为50%，即降为清水时钻速一半。由大量记录资料表白，固相含量在7%以内，每减少1%，钻速至少可以提高10%。8.3.2在不同固相含量范畴内，钻速随固相含量减少而升高幅度不同:钻井液固相含量在7%（约相称于密度为1.08g/cm3）如下时,钻速提高得不久;而超过7%时，减少固相含量对提高钻速效果不明显。8.3.3钻井液中粒径不大于1μm胶体颗粒对钻速影响最大:由实验得出，粒径不大于1μm胶体颗粒比粒径不不大于1μm粒体颗粒对钻速影响大工12倍。因此，钻井液中粒径不大于1μm胶体颗粒越多，钻速下降幅度越大。由钻井液固相含量对钻速影响分析，可以得出这样结论：⑴为了有效地提高钻速，必要使钻井液固相含量降至7%如下，这时，减少钻井液固相含量才干达到大幅度提高钻速目。⑵为了提高钻速，仅保持低固相含量是不够，还必要使钻井液中胶体颗粒含量尽量低，即应用不分散低固相钻井液。9.钻井液解决剂9.1表面活性剂应用分散作用普通是指把一种物质分散于另一种物质中以形成分散体系作用。非均相分散体系，依分散相粒子大小不同，可形成性质不同、名称各异体系。依照质点大小，对分散体系进行分类：9.1.1粗分散体系：质点大小不不大于0.5um分散体系，不能通过滤纸，称为粗分散体系，或悬浮体（分散相为固体）和乳状液（分散相为液体）。9.1.2胶体分散体系：质点大小在1～500nm间，质点可以通过滤纸，但不能通过半透膜。若分散相为疏液性固体，则又称为疏液胶体，简称溶胶；9.1.3分子分散溶液，质点不大于1nm，可以通过滤纸和半透膜。高分子溶液本应属于胶体分散体系，实际研究归纳在亲液胶体体系。分散体系使分散相与分散介质构成。分散相和分散介质可以是气体、液体或固体。某些产品（如化妆品）生产过程，常需要得到稳定均匀分散固液或液液分散体系。如：油漆、油墨、钻井液等都是固体粉末（颜料、染料、白土等）分散于液体（如油、水等）介质中形成悬浮体；某些乳品、牛奶等则是液液分散体系。为使这些产品和生产工艺稳定普通加入分散剂。这里重要讨论固体粒子分散和聚沉作用。在许多生产过程中，经常涉及到固体微粒分散与汇集问题。有时固体微粒需要均匀和稳定分散在液相介质中，例如涂料、印刷油墨和油漆，配备泥浆。有时又需要使均匀稳定分散体系迅速破坏，使固体颗粒尽快汇集沉降，例如，湿法冶金、污水解决、原水澄清、泥浆固控等方面。分散与汇集是工业中重要过程。分散体系形成胶体颗粒大小规定在1～100nm之间，原则上可采用由分子或离子凝聚而成胶体，也可以由大块物质粉碎分散成胶体。溶胶分散体系重要性质是热力学不稳定性。在相界面上有大量表面自由能存在。因而，这种体系中分散相粒子会自发粘结、汇集。为了使粒子具备抗拒汇集能力，必要在粒子表面上建立保护层，双电层能产生静排斥作用。例如制造白色油漆，是将白色颜料（TiO2）等在油料（分散介质）中研磨，同步加入金属皂类作稳定剂建立双电层来完毕。溶剂化层和吸附溶剂化层也是保护层，可以阻挠粒子间互相接触和粘结。⑵分散法用分散办法普通形成粒子大小分布较宽悬浮体，大多数状况下粒子平均大小超过胶体粒子范畴。固体粒子分散过程。固体粒子在介质中分散过程普通分为三个阶段：a固体粒子湿润：湿润是固体粒子分散最基本条件，若要把固体粒子均匀分散在介质中，一方面必要使每个固体颗粒或粒子团，能被介质充分润湿。b粒子团分散或碎裂：在此过程中要使粒子团分散或碎裂是涉及到粒子团内部固－固界面分离问题，在固体粒子团中往往存在缝隙，此外粒子晶体由于应力作用也会使晶体导致微缝隙，粒子团碎裂就发生在这些地方若固体表面为高能表面，由于液体在其毛细管壁上接触角普通θ＜900，毛管力△P会加速液体渗入，加之表面活性剂能使液体表面张力减少，因而有助于渗入过程进行。若固体表面为低能表面，由于液体在其毛细管壁上接触角θ＞900，因而△P为负值，与固－液界面扩展方向相反，对渗入起制止作用。渗入过程不能自发进行，不利于汇集团簇破裂和分散。c制止固体颗粒重新汇集：无论用凝聚法或分散法制备胶体和悬浮体分散体系都需要保持粒子形成时大小，粒子汇集作用对其储存和后来解决过程带来困难。为此，必要设法减少体系热力学不稳定性。换言之，需减小体系大界面能。由于界面能等于界面张力与界面面积乘积，为保持体系粒子形成时大小不变（即界面面积不变），故只能减少表面张力来使总界面能减小。因而，应用表面活性剂是有效。9.2无机解决剂9.2.1碱类解决剂：⑴氢氧化钾:易溶于水，溶解时放热强烈，在溶液中完全电离，水溶液呈强碱性，有较强腐蚀性，也溶于酒精和甘油，难溶于醚和烃，易从空气中吸取CO2形成K2CO3。在钻井液中作用：a调节钻井液PH值。b具备较好防塌作用。c与某些有机解决剂水解生成钾盐而起作用。⑵氢氧化钠:在钻井液中作用：a提供OH-，调节钻井液PH值。b提供Na+，增进粘土水化分散。c与某些有机解决剂配合使用，既提高PH值，又改进钻井液性能。d使用NaOH溶液可提高钻井液粘度和切力。e在钙解决钻井液中，可控制石灰溶解度和Ca2+浓度。⑶氢氧化钙:在钻井液中作用：a提供Ca2+，抑制粘土水化分散。b提供提供OH-，调节钻井液PH值。c配制石灰乳堵漏剂。在钙解决钻井液中，石灰用于提供Ca2+，以控制粘土水化分散能力，使之保持在适度絮凝状态；在油包水乳化钻井液中，CaO用于使烷基苯磺酸钠等乳化及转化为烷基苯磺酸钙，并调节PH值。但需注意，在高温条件下石灰钻井液也许发生固化反映，使性能不能满足规定，因而在高温深井中应谨慎使用。此外，石灰还可以配制成石灰乳堵漏剂封堵漏层。9.2.2无机解决剂在钻井液中作用:⑴离子互换吸附作用；⑵沉淀作用；⑶调节PH值作用；⑷分散作用；⑸形成可溶性盐作用；⑹形成溶胶作用；⑺控制絮凝作用；⑻络合伙用；⑼胶凝作用；⑽水解作用；⑾抑制溶解作用；⑿调节密度作用。9.3有机解决剂9.3.1稀释剂：稀释作用重要是通过稀释剂分子在粘土颗粒上吸附，变化粘土颗粒表面水化状态，削弱或拆散粘土颗粒网架构造来达到稀释目。⑴单宁碱液:又名单宁酸钠，代号NaT，相对分子量为152。它使用单宁粉与NaOH配制而成。依照钻井液不同需要，单宁与烧碱质量比可为2：1，1：1，1：2等。单宁碱液重要用作分散型钻井液稀释剂，稀释解决是由于单宁酸钠分子具备相邻羟基和酚钠基，可以与粘土颗粒断键处Al3+通过鳌合键吸附，而剩余酚钠基合羟钠基水化，给粘土颗粒边沿带来吸附水化层，削弱和拆散了网架构造，放出自由水，减少了粘度和切力，也减小了颗粒间摩擦阻力。单宁碱液还具备降滤失作用，也可以作水泥缓凝剂。但抗盐、抗钙性差，抗温110～1200C。⑵铁铬木质素磺酸盐:简称铁铬盐，代号FClS，为棕黑色粉末，易溶于水，水溶液呈弱酸性。它水溶性与磺化度关于，磺化度越大，水溶性越好，普通制品磺化度为0。9～3。8％。热稳定性好，抗温高达170～1800C。是一种水溶性非离子型高分子化合物。对于重要用作抗盐、抗钙分散型钻井液稀释剂，其稀释机理：一是铁铬盐分子中具备能螯合多官能团，易在粘土颗粒断键处吸附，形成水化层，削弱了粘土颗粒间边－边、边－面连接，拆散网架构造，放出自由水，也削弱了粘土颗粒间流动阻力，减少了粘度和切力；二是铁铬盐在泥页岩表面吸附，油抑制其水化膨胀和分散作用，从而防止粘度合切力上升，有助于井壁稳定。其作用重要是稀释、降失水合抑制粘土水化膨胀作用。使用条件：a抗温性:铁铬盐热稳定性较好，抗温可达170～1800C。有时温度在130～1500C范畴内，其稀释作用逐渐减效，这时可加入少量铬酸盐（Na2CrO4或K2CrO4）或重铬酸盐（Na2Cr2O7或K2Cr2O7）来提高其热稳定性，恢复其稀释作用。温度超过1800C时，铁铬盐热稳定性降难以保持。b抗盐性:在淡水、海水和饱和盐水钻井液中均可使用。特别是在盐水钻井液中稀释效果比其她解决剂好，这与其分子不电离特性关于。c抗钙性:在石灰、石膏和氯化钙钻井液中均可使用。这是与它分子不电离特性关于。dPH值:原则上铁铬盐在中性、碱性和酸性环境中均可使用。但PH值过低，易使钻井液发泡，并且易使其中糖类杂质发酵变质，使解决剂失效。普通PH值在9～11范畴内效果较好。e加重原则:钻井液中铁铬盐加量在3％以上，抑制粘土水化膨胀作用效果较明显。加量过大时虽然不易损害钻井液性能，但钻井液成本增长。f使用上局限性:用铁铬盐解决钻井液，其滤饼摩擦系数较高，加量越大越明显。⑶磺甲基单宁：又叫磺化单宁，代号SMT，相对分子量为211。重要用作分散型淡水钻井液稀释剂，抗温高达180～C。也可作水泥缓凝剂。⑷低聚物聚丙烯酸盐：当前重要有两种，代号分别为XA-40和XB-40，前者不含磺酸盐，后者引入磺酸基团，她们是用丙烯酸或丙烯酸钠聚合而成。为淡蓝色颗粒或粉末，无毒、无腐蚀，易溶于水，易吸潮。重要用作不分散聚合物钻井液稀释剂，前者抗盐不抗钙，后者抗盐达0mg/L，抗钙达10000mg/L，抗温达1600C以上。⑸降粘剂（XY系列）：XY系列降粘剂分子构造特点是：a相对分子量较小（不大于10000）：b分子链中同步具备阳离子基团（10～40％）、阴离子基团（20～60％）和非离子基团（0～40％）；c是线性聚合物：以XY-27为代表XY系列两性离子聚合物降粘剂可同步满足如下规定：a能有效减少钻井液中构造粘度；b能增强钻井液抑制能力；c能使非构造粘度特别是η∝有所下降；d能提高钻井液粘土容量限。9.3.2降滤失剂：羧甲基纤维素钠盐：代号Na-CMC，简称CMC。当前惯用有低粘CMC、中粘CMC、高粘CMC三种。它是由棉花纤维用碱解决成碱纤维，再在空气中干燥老化后与氯乙酸反映制得。聚合度和醚化度是Na-CMC两个构造特点和重要性能指标：聚合度是决定其水溶性粘度重要因素，普通在200～600之间；醚化度是决定其水溶性和抗电解质性重要因素，普通在0.8～0.9之间。Na-CMC为白色纤维状粉末，具备吸湿性，不溶于酸和醇等有机溶剂，易分散于水中形成胶状液，抗温高达90～1400C，有一定抗盐、抗钙能力。重要用于各种水基钻井液降滤失剂，还具备抑制页岩水化膨胀作用、增稠作用等。水解聚丙烯腈盐类：a水解聚丙烯腈钙盐：代号Ca-HPAN或CPAN，是具有腈基、酰胺基、羧钙基、羧钠基等聚合物。相对分子质量为8万～11万，聚合度为235～376，水解度60％。为浅黄色、灰白色颗粒或粉末，水溶性好，重要用作聚合物钻井液降滤失剂，抗盐、抗钙、抗温能力强。b水解聚丙烯腈钠盐:代号Na-HPAN，是聚丙烯腈加NaOH水解而得产物。相对分子质量为8万～11万，聚合度为235～376，水解度60％。为淡黄色颗粒或粉末，溶于水，水溶液呈碱性，重要用作聚合物钻井液降滤失剂，并有增粘和絮凝作用。抗盐可至饱和，抗钙较差，抗温性强。c水解聚丙烯腈铵盐:代号：NH4-HPAN，或NPAN，是聚丙烯腈加氢氧化铵在高温高压条件下水解产物。相对分子量为8万～11万，聚合度为235～376，水解度60％。产品分胶体和固体两种。重要用作防塌降滤失剂，抑制能力强，不提粘，耐高温，使用时碱度不易过高。⑵PAC系列：PAC系列产品是指各种复合离子型丙烯酸盐(PAC)聚合物，事实上是具备不同取代基乙烯基单体及其盐类共聚物，通过在高分子链接上引入不同含量羧基、羧钠基、羧胺基、腈基、磺酸基和羟基等共聚而成。该系列产品重要用于聚合物钻井液体系。其中应用较广是PAC141、PAC142和PAC143等三种产品。aPAC141：是丙烯酸、丙稀酰胺、丙稀酸钠和丙烯酸钙四元共聚物。它在降滤失同步，还兼有增粘作用，还可以调节流型，改进钻井液剪切稀释特性。它抗温达1800C，抗盐达饱和。bPAC142：是丙烯酸、丙稀酰胺、丙烯腈和丙烯磺酸钠四元共聚物。它在降滤失同步，其增粘幅度比PAC141小。重要在淡水、海水、盐水钻井液中用作降滤失剂。在淡水钻井液中推荐加量为0.2%~0.4%，在饱和盐水钻井液中推荐加量为1.0~1.5%。cPAC143：是由各种乙烯基单体及其盐类共聚而成水溶性高聚物，其相对分子量为150万～200万，分子链中具有羧基、羧钙基、羧钠基、腈基和磺酸基等各种官能团。该产品为各种矿化度水基钻井液降滤失剂，并能抑制泥页岩水化分散。在淡水钻井液中推荐加量为0.2~0.5%，在海水和饱和盐水钻井液推荐加量为0.5~2%。⑶腐殖酸类：该类产品是运用褐煤中腐殖酸进行磺化或硝化而形成各种盐类。由于腐殖酸分子中具有较多可吸附于粘土颗粒表面官能团，特别是具有邻位双酚基，又具有水化作用强羧钠基，使它既有降滤失作用，又有降粘作用。a腐殖酸钠代号：NaHm或NaC，是褐煤和氢氧化钠水解产物，黑褐色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。重要用作淡水钻井液降滤失剂，具备降粘作用，抗温性好。b硝基腐殖酸钠：代号：Na-NHm，是用硝酸氧化腐殖酸钠盐。黑色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。重要用作淡水钻井液降滤失剂，并有降粘作用，抗盐作用较强。c腐殖酸铬：代号：CrHm，是由重铬酸钠与腐殖酸在800C以上温度下反映制得。是一种抗温降滤失剂和稀释剂，抗温可达C以上。抗盐、抗钙能力较强。d聚合腐殖酸：代号：SH23、SH24，是腐殖酸钾与树脂等聚合物，为黑色粉粒，易溶于水，重要用作各种水基钻井液降滤失剂，抗盐、抗钙、防塌能力强，抗温可达C。二）钻井液滤失和润滑性能规定:1)掌握三个（瞬、静、动）失水概念。2)掌握五个公式。3)熟悉七个影响因素。4)钻井液润滑性及其评价。掌握:1)失水造壁性与钻井工作关系。2)钻井液润滑机理是什么？润滑剂有哪些种类？1.钻井液滤失1.1造壁性基本概念1.1.1水基钻井液中水:水基钻井液=固相+水+解决剂钻井液中水由三某些构成：⑴结晶水（化学结合水），粘土矿物晶体构造构成某些。⑵吸附水（束缚水），由固相颗粒分子间力吸附水化膜。⑶自由水，钻井液中自由移动水，分散介质。1.1.2失水与造壁概念：为了防止地层流体进入井内，钻井液液柱压力必要不不大于地层流体压力，于是，钻井液总是趋向于向地层漏失或滤失。漏失——钻井液固相和液相所有进入地层现象。滤失——钻井液中只有液相进入地层现象。失水——钻井液中自由水在压差作用下向井壁岩石裂隙或孔隙中渗入。泥饼——钻井液滤失过程中留在井壁或者滤膜上物质。造壁性——在滤失过程中，随着钻井液中自由水进入岩层，钻井液中固相颗粒便附着在井壁形成泥饼。=1\*GB2⑴瞬时失水——钻井液尚未完全形成之前很短时间内失水量。特点：时间短（t<2秒)；比例小。重要是向井底失水。时间短而量大，伴有少量泥浆渗失。存在于整个钻井过程中。=2\*GB2⑵动失水——钻井液循环时失水量。特点：·泥饼形成、增厚与冲蚀处在动平衡。·失水速率大、失水量大。·向井壁失水·失水速度由大到小逐渐恒定（高渗入率®低渗入率=C）·存在于整个循环过程中，时间长，累积失水量大。=3\*GB2⑶静失水：——井下：钻井液停止循环后失水。——室内：指定静态条件下，静失水仪器测得失水。特点：·失水速率小、失水量较小。·泥饼厚（无冲蚀作用）。·同步向井壁井底失水，以井壁为主。·泥饼在动失水基本上随时间增长而增厚。·失水