第三章钻井液 1.钻井液与钻井工程关系如何?钻井液有哪些功用?08 答:钻井液与钻井工程关系密切。钻井液在钻进时用来淸洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行。 钻井液具有以下功用 (1)从井底清除岩屑 (2)冷却和润滑钻头及钻柱 (3)造壁性能 (4)控制地层压力 (5)从所钻地层获得资料 2.说明钻井液的一般组成及钻井液的分类 钻井液的一般组成 液相:是钻井液的连续相,可以是油或水 (2) 活性固相:包括人为加入的商业膨润土、地层进入的造浆粘土和有机膨润土 (3) 惰性固相:包括钻屑和加重材料 各种钻井液添加剂:可以利用不同类型的添加剂配制性能各异的钻井液,并对钻井液性能进行调整 钻井液的分类 不分散体系。包括开钻钻井液、天然钻井液及轻度处理的钻井液 分散体系。在可能出现难题的深井条件下,钻井液常被分散,特别使用铁铬木质素磺酸盐或其他类似产品, 这些类似产品属于有效的反絮凝剂和降失水剂。另外,常加入特殊化学剂以维护特殊的钻井液性能 (3) 钙处理体系。双价离子如钙、镁等常被加入钻井液中以抑制地层中粘土和页岩的膨胀和分散 (4) 聚合物体系。在絮凝钻井液中,一般使用长链、高分子量化学剂能够有效的增加粘度,降低失水和稳定性 能 低固相体系。属于此类体系的钻井液中,其所含固相的类型和数量都加以控制,这样可以明显的提高机械钻 速 饱和盐水体系 (7 完井修井液体系。用来最大限度的降低地层损害。它与酸有相容性,并可用作压裂液(酸溶),具有抑制粘 土膨胀保护储层的作用。此体系由经高度处理的钻井液(封隔液)和混合盐或清洁盐水组成 油基钻井液体系。常用于高温井、深井及易出现卡钻和井眼稳定性差的井以及许多特种地区 (9) 空气、雾、泡沫和气体体系 3.大多数钻井液属什么流体类型,写出其流变方程。 答 大多数钻井液属于塑形流型,其流变方程为 ro=pedv/dx r-一切应力 「o-一动切应力 upv-一塑形粘度 4.说明静切力、动切力、表观粘度、塑性粘度的物理意义。怎样调整这些参数。 答 静切力是使钻井液开始流动所需的最低切应力,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。 调整钻井液中粘土的含量及分散度,加无机电解质调整粘土颗粒间的静电斥力和水化膜斥力,加降粘剂等措施可调整钻 井液静切应力。 动切力是延长流变曲线直线段与切应力轴相交得的假像值,反映钻井液处于层流状态时钻井液中网状结构强度的量度。 表观粘度又称视粘度或有效粘度,它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值。钻井液在不同流速下的表观 粘度是不同的。表观粘度的调整采用调节动切力和塑形粘度的办法 塑性粘度是塑性流体流变曲线段斜率的倒数。它不随剪切力而变化,相当于体系中结构拆散速度等于恢复速度时的粘 度。塑性粘度由钻井液中的固相含量、固相颗粒的形状和分散程度、表面润滑性及液相本身的粘度等因素决定。体系中 塑性粘度太高需要降低时,一般使用固控设备降低固相含量,増加体系的抑制性,降低活性固相的分散度;如急需降低 可加水稀释。如果要提高体系的塑性粘度可加入高分子有机聚合物增粘剂 5.今有一种液体在管中作层流流动,管长L=15cm的管段两端压差△P=3kPa,求半径R=3cm处的液层所受的剪 切应力是多少? 答 6.钻井液的流态对钻井作业影响如何? 钻井液流态与钻井工程关系密切。层流和紊流都不利于岩屑的携带,改性层流有利于岩屑携带,使井眼净化,对井壁冲 刷较轻。钻井液具有剪切稀释特性,在钻头水眼处紊流磨阻小,有利于提高钻速,而在环空中有利于岩屑和加重材料的 悬浮等。但终切不能太大,否则影响开泵和产生压力激动等
第三章 钻井液 1． 钻井液与钻井工程关系如何？钻井液有哪些功用？08 答：钻井液与钻井工程关系密切。钻井液在钻进时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行。 钻井液具有以下功用： （1）从井底清除岩屑； （2）冷却和润滑钻头及钻柱 （3）造壁性能 （4）控制地层压力 （5）从所钻地层获得资料 2． 说明钻井液的一般组成及钻井液的分类。 答： 钻井液的一般组成： （1） 液相：是钻井液的连续相，可以是油或水。 （2） 活性固相：包括人为加入的商业膨润土、地层进入的造浆粘土和有机膨润土。 （3） 惰性固相：包括钻屑和加重材料。 （4） 各种钻井液添加剂：可以利用不同类型的添加剂配制性能各异的钻井液，并对钻井液性能进行调整。 钻井液的分类： （1） 不分散体系。包括开钻钻井液、天然钻井液及轻度处理的钻井液。 （2） 分散体系。在可能出现难题的深井条件下，钻井液常被分散，特别使用铁铬木质素磺酸盐或其他类似产品， 这些类似产品属于有效的反絮凝剂和降失水剂。另外，常加入特殊化学剂以维护特殊的钻井液性能。 （3） 钙处理体系。双价离子如钙、镁等常被加入钻井液中以抑制地层中粘土和页岩的膨胀和分散。 （4） 聚合物体系。在絮凝钻井液中，一般使用长链、高分子量化学剂能够有效的增加粘度，降低失水和稳定性 能。 （5） 低固相体系。属于此类体系的钻井液中，其所含固相的类型和数量都加以控制，这样可以明显的提高机械钻 速。 （6） 饱和盐水体系。 （7） 完井修井液体系。用来最大限度的降低地层损害。它与酸有相容性，并可用作压裂液（酸溶），具有抑制粘 土膨胀保护储层的作用。此体系由经高度处理的钻井液（封隔液）和混合盐或清洁盐水组成。 （8） 油基钻井液体系。常用于高温井、深井及易出现卡钻和井眼稳定性差的井以及许多特种地区。 （9） 空气、雾、泡沫和气体体系。 3． 大多数钻井液属什么流体类型，写出其流变方程。 答： 大多数钻井液属于塑形流型，其流变方程为： г-г0=μpvdv/dx г——切应力 г0——动切应力 μpv——塑形粘度 4． 说明静切力、动切力、表观粘度、塑性粘度的物理意义。怎样调整这些参数。 答： 静切力是使钻井液开始流动所需的最低切应力，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。 调整钻井液中粘土的含量及分散度，加无机电解质调整粘土颗粒间的静电斥力和水化膜斥力，加降粘剂等措施可调整钻 井液静切应力。 动切力是延长流变曲线直线段与切应力轴相交得的假像值，反映钻井液处于层流状态时钻井液中网状结构强度的量度。 调整方法与静切力相同。 表观粘度又称视粘度或有效粘度，它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值。钻井液在不同流速下的表观 粘度是不同的。表观粘度的调整采用调节动切力和塑形粘度的办法。 塑性粘度是塑性流体流变曲线段斜率的倒数。它不随剪切力而变化，相当于体系中结构拆散速度等于恢复速度时的粘 度。塑性粘度由钻井液中的固相含量、固相颗粒的形状和分散程度、表面润滑性及液相本身的粘度等因素决定。体系中 塑性粘度太高需要降低时，一般使用固控设备降低固相含量，增加体系的抑制性，降低活性固相的分散度；如急需降低 可加水稀释。如果要提高体系的塑性粘度可加入高分子有机聚合物增粘剂。 5． 今有一种液体在管中作层流流动，管长L＝15cm的管段两端压差△P=3kPa,求半径R＝3cm处的液层所受的剪 切应力是多少？ 答： 6． 钻井液的流态对钻井作业影响如何？ 答： 钻井液流态与钻井工程关系密切。层流和紊流都不利于岩屑的携带，改性层流有利于岩屑携带，使井眼净化，对井壁冲 刷较轻。钻井液具有剪切稀释特性，在钻头水眼处紊流磨阻小，有利于提高钻速，而在环空中有利于岩屑和加重材料的 悬浮等。但终切不能太大，否则影响开泵和产生压力激动等
7.用旋转粘度计测得钻井液的o600=76,Φ300=54,计算该钻井液的AV、pv 8.说明瞬时滤失、动滤失、静滤失各自的涵义 钻头刚破碎井底岩石形成井眼的一瞬间,钻井液便迅速向地层孔隙渗透。在滤饼尚未形成的一段时间内的滤失称为瞬时 滤失 钻井液在井内循环流动时的滤失过程称为动滤失。 钻井液在静止循环时的滤失称为静滤失。 9.从静滤失方程分析影响静滤失量的因素 降滤失剂是如何起降滤失作用的? (1) 护胶作用 增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度,降低滤失量 (3) 提高滤液粘度,降低滤失量 (4) 降滤失剂分子本身的堵孔作用 1.1 引起井壁不稳定的因素有哪些? 答 (1) 地质因素:异常压力地层的压力释放,钻遇地质破碎带、断层、含有大量微裂缝地层及煤层等 (2) 工程因素:钻井液排量过大,冲蚀井壁;起下钻太快,造成压力激动,压裂地层;钻井液液柱压力低于底层 压力及钻井液浸泡时间过长等 (3) 泥、页岩的水化膨胀造成井壁不稳定 从钻井液角度出发,为了防止井塌应采取什么措施 答:应采取三方面的措施 钻井液中加入K+、NH4+无机阳离子 (2) 钻井液中加入高聚物 利用沥青类物质在井壁上起封堵作用 13 说明钻井液固相对钻速的影晌 答 钻井液中的固相含量对钻速的影响:钻速随固相含量升高而下降。研究表明,固相含量每降低1%,钻速至 少可以提高10%。 固相类型对钻速的影响:砂子、重晶石等惰性固相对钻速影响较小,钻屑、低造浆率的劣质土的影响居中, 而高造浆率粘土的影响最大。小于1μm的溶胶颗粒对钻速的影响最大 14 固相控制设备有几种,各自的使用范围如何? 答:钻井液固相控制设备主要有 振动筛:主要清除0.5mm以上的岩屑和沙粒 旋流分离器:按被分离颗粒的大小又分为:(1)旋流除砂器,分离直径在74μm以上的固相颗粒;(2)旋流除泥器, 分离直径在10~74μm的固相颗粒;(3)微型旋流分离器,分离5~10um的固相颗粒 离心分离机:它主要清除加重钻井液中的固相和从加重钻井液中回收重晶石等加重材料 15 引起油气储层损害的主要原因是什么?怎样预防。 (1)外来流体中的固相颗粒对储层的损害:钻井液、完井液等外来流体中的颗粒在井内液柱压差下在滤饼形成前会侵 入储层,造成储层油气流通道堵塞,储层渗透性降低。预防措施:1、实施屏蔽暂堵技术2、使用无固相淸洁盐水做完井 液 (2)储层内部微粒运移造成的损害:在流体的作用下,特别是流体的流速超过临界流速时,储层中附着在岩石表面的 矿物微粒会从孔壁冲刷下来,随流体运移到孔喉处,对孔喉造成堵塞或桥 堵 预防措施:首先要控制流体(包括储层内流体和外来流体)的流速低于临界流速;另外在入井流体中使用粘土微粒防运 移剂。 (3)储层内粘土水化膨胀,引起孔喉堵塞。 预防措施: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)和使用粘土防膨剂 (4)流体的不配伍性对储层的损害: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 预防措施:入井前对入井流体进行配伍性试验,对配伍性差的流体进行改性 (5)水锁效应:油流中的水滴在通过狭窄的孔隙喉道时,孔喉两侧必须有一定的压差水滴才能通过,否则孔喉就被水 滴堵塞。水锁效应是可以叠加的。故会导致油流阻力大大增加。尽量控制外来流体滤失量是防止发生水所效应的有效措
7． 用旋转粘度计测得钻井液的Φ600＝76，Φ300＝54，计算该钻井液的 AV、 PV、 。 答： 8． 说明瞬时滤失、动滤失、静滤失各自的涵义。 答： 钻头刚破碎井底岩石形成井眼的一瞬间，钻井液便迅速向地层孔隙渗透。在滤饼尚未形成的一段时间内的滤失称为瞬时 滤失。 钻井液在井内循环流动时的滤失过程称为动滤失。 钻井液在静止循环时的滤失称为静滤失。 9． 从静滤失方程分析影响静滤失量的因素。 答： 10． 降滤失剂是如何起降滤失作用的？ 答： （1） 护胶作用 （2） 增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，降低滤失量。 （3） 提高滤液粘度，降低滤失量。 （4） 降滤失剂分子本身的堵孔作用。 11． 引起井壁不稳定的因素有哪些？ 答： （1） 地质因素：异常压力地层的压力释放，钻遇地质破碎带、断层、含有大量微裂缝地层及煤层等。 （2） 工程因素：钻井液排量过大，冲蚀井壁；起下钻太快，造成压力激动，压裂地层；钻井液液柱压力低于底层 压力及钻井液浸泡时间过长等。 （3） 泥、页岩的水化膨胀造成井壁不稳定。 12． 从钻井液角度出发，为了防止井塌应采取什么措施。 答：应采取三方面的措施： （1） 钻井液中加入K+、NH4+无机阳离子 （2） 钻井液中加入高聚物 （3） 利用沥青类物质在井壁上起封堵作用 13． 说明钻井液固相对钻速的影响。 答： （1） 钻井液中的固相含量对钻速的影响：钻速随固相含量升高而下降。研究表明，固相含量每降低1﹪，钻速至 少可以提高10﹪。 （2） 固相类型对钻速的影响：砂子、重晶石等惰性固相对钻速影响较小，钻屑、低造浆率的劣质土的影响居中， 而高造浆率粘土的影响最大。小于1μm的溶胶颗粒对钻速的影响最大。 14． 固相控制设备有几种，各自的使用范围如何？ 答：钻井液固相控制设备主要有： 振动筛：主要清除0.5mm以上的岩屑和沙粒。 旋流分离器：按被分离颗粒的大小又分为：（1）旋流除砂器，分离直径在74μm以上的固相颗粒；（2）旋流除泥器， 分离直径在10～74μm的固相颗粒；（3）微型旋流分离器，分离5～10μm的固相颗粒。 离心分离机：它主要清除加重钻井液中的固相和从加重钻井液中回收重晶石等加重材料。 15． 引起油气储层损害的主要原因是什么？怎样预防。 答： （1） 外来流体中的固相颗粒对储层的损害：钻井液、完井液等外来流体中的颗粒在井内液柱压差下在滤饼形成前会侵 入储层，造成储层油气流通道堵塞，储层渗透性降低。预防措施：1、实施屏蔽暂堵技术2、使用无固相清洁盐水做完井 液。 （2）储层内部微粒运移造成的损害：在流体的作用下，特别是流体的流速超过临界流速时，储层中附着在岩石表面的 矿物微粒会从孔壁冲刷下来，随流体运移到孔喉处，对孔喉造成堵塞或桥 堵。 预防措施：首先要控制流体（包括储层内流体和外来流体）的流速低于临界流速；另外在入井流体中使用粘土微粒防运 移剂。 （3）储层内粘土水化膨胀，引起孔喉堵塞。 预防措施：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）和使用粘土防膨剂。 （4） 流体的不配伍性对储层的损害：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。 预防措施：入井前对入井流体进行配伍性试验，对配伍性差的流体进行改性。 （5） 水锁效应：油流中的水滴在通过狭窄的孔隙喉道时，孔喉两侧必须有一定的压差水滴才能通过，否则孔喉就被水 滴堵塞。水锁效应是可以叠加的。故会导致油流阻力大大增加。尽量控制外来流体滤失量是防止发生水所效应的有效措 施
哪些完井液适用于钻油气储层? 答:由于完井液是直接与产层接触的,必然会给生产层带来不同程度的损害。为了减少对油气层渗透率的损害,必须精 心设计和合理使用各种完井液 (1) 无固相清洁盐水完井液 水包油完井液 低膨润士聚合物完井液 (4) 改性完井液 (5) 油基完井液 (6) 气体类完井液 17 钻井液的流变模式主要有哪几种,督有何特点?钻井液剪切稀释性和触变性对钻井工程有何作用? 牛顿流型,塑性(宾汉)流型,假塑性(幂律)流型 牛顿流体加很小的切应力后流体就会开始流动,且流动的流速梯度与切应力成正比,塑性流体存在静切应力,必须施加 大于流体静切应力的切应力后流体才会开始流动,当切应力达到一定值时,流变曲线出现直线段,流体粘度不随切应力 改变而改变。假塑性流体不存在静切应力,施加很小的切应力后流体就会开始流动,流体粘度随切应力増大而减小。 钻井液的剪切稀释性是指钻井液在高剪切速率下变稀,低剪切速梯下边稠的特点,这一特点对钻井工程非常有用,当钻 井循环时钻井液视粘度降低,循环摩阻损失较小,在钻头水眼处紊流摩阻小,有利于提高钻速,而在环空中有利于岩屑 和加重材料的悬浮 泥浆触变性是指泥浆的切力随搅拌后的静止时间増长而増大的特性,泥浆的剪切稀释性越强,泥浆在静止时悬浮岩屑的 能力也越大 18 简述产生井塌(井壁不稳定)的原因。防止泥、页岩的水化问题需采取哪几方面的措施? 答:0 产生井壁不稳定的原因有 (1)地质因素:异常压力地层的压力释放,钻遇地质破碎带、断层、含有大量微裂缝地层及煤层 (2)工程因素:钻井液排量过大,冲蚀井壁;起下钻太快,造成压力激动,压裂地层;钻井液液柱压力低于地层压力 及钻井液浸泡时间过长等。 (3)泥、页岩的水化造成井壁不稳定:泥、页岩地层中的粘土矿物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 防止泥、页岩的水化问题必须采取以下几方面的措施 (1)钻井液中加入K+、NH4+等无机阳离子 (2)加入高聚物; (3)利用沥青类物质在井壁上起封堵作用 19 水侵和泥侵对油气层的损害作用有哪些?在钻井完井过程中如何防止和减少对产层的损害? 水侵对油气层的伤害有 (1)油层中的粘土成分膨胀; (2)破坏孔隙内油流的连续性 (3)产生水锁效应、增加油流阻力 (4)在地层孔隙内生成沉淀物。 泥侵对油气层的伤害有 (1)堵塞地层孔隙 (2)减小地层的孔隙直径。 在钻井完井过程中防止和减少对产层损害的方法有 (1)针对油气层的特点,确定合理的完井方法,以减少钻井液对油气层的浸泡时间 (2)合理选择钻井液密度 (3)用平衡钻井、欠平衡钻井法 (4)完井钻井液中加入桥堵剂; (5)提高钻井液矿化度 (6)使用低固相或无固相洗井液 (7)使用表面活性剂处理钻井液 (8)使用油基钻井液或油包水乳化钻井液 (9)采用挤酸解堵措施
16． 哪些完井液适用于钻油气储层？ 答：由于完井液是直接与产层接触的，必然会给生产层带来不同程度的损害。为了减少对油气层渗透率的损害，必须精 心设计和合理使用各种完井液。 （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 17． 钻井液的流变模式主要有哪几种，各有何特点？钻井液剪切稀释性和触变性对钻井工程有何作用？ 答： 牛顿流型，塑性（宾汉）流型，假塑性（幂律）流型。 牛顿流体加很小的切应力后流体就会开始流动，且流动的流速梯度与切应力成正比，塑性流体存在静切应力，必须施加 大于流体静切应力的切应力后流体才会开始流动，当切应力达到一定值时，流变曲线出现直线段，流体粘度不随切应力 改变而改变。假塑性流体不存在静切应力，施加很小的切应力后流体就会开始流动，流体粘度随切应力增大而减小。 钻井液的剪切稀释性是指钻井液在高剪切速率下变稀，低剪切速梯下边稠的特点，这一特点对钻井工程非常有用，当钻 井循环时钻井液视粘度降低，循环摩阻损失较小，在钻头水眼处紊流摩阻小，有利于提高钻速，而在环空中有利于岩屑 和加重材料的悬浮等。 泥浆触变性是指泥浆的切力随搅拌后的静止时间增长而增大的特性，泥浆的剪切稀释性越强，泥浆在静止时悬浮岩屑的 能力也越大。 18． 简述产生井塌（井壁不稳定）的原因。防止泥、页岩的水化问题需采取哪几方面的措施？ 答：08 产生井壁不稳定的原因有： （1）地质因素：异常压力地层的压力释放，钻遇地质破碎带、断层、含有大量微裂缝地层及煤层。 （2）工程因素：钻井液排量过大，冲蚀井壁；起下钻太快，造成压力激动，压裂地层；钻井液液柱压力低于地层压力 及钻井液浸泡时间过长等。 （3）泥、页岩的水化造成井壁不稳定：泥、页岩地层中的粘土矿物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。 防止泥、页岩的水化问题必须采取以下几方面的措施： （1）钻井液中加入K+、NH4+等无机阳离子； （2）加入高聚物； （3）利用沥青类物质在井壁上起封堵作用。 19． 水侵和泥侵对油气层的损害作用有哪些？在钻井完井过程中如何防止和减少对产层的损害？ 答： 水侵对油气层的伤害有： （1）油层中的粘土成分膨胀； （2）破坏孔隙内油流的连续性； （3）产生水锁效应、增加油流阻力； （4）在地层孔隙内生成沉淀物。 泥侵对油气层的伤害有： （1）堵塞地层孔隙； （2）减小地层的孔隙直径。 在钻井完井过程中防止和减少对产层损害的方法有： （1）针对油气层的特点，确定合理的完井方法，以减少钻井液对油气层的浸泡时间； （2）合理选择钻井液密度； （3）用平衡钻井、欠平衡钻井法； （4）完井钻井液中加入桥堵剂； （5）提高钻井液矿化度； （6）使用低固相或无固相洗井液； （7）使用表面活性剂处理钻井液； （8）使用油基钻井液或油包水乳化钻井液； （9）采用挤酸解堵措施