2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 第四章 钻井液l钻井液的作用：钻井液的作用：l1、清洗井底，携带和悬浮岩屑；、清洗井底，携带和悬浮岩屑；l2 、保护井壁；、保护井壁；l3 、冷却和润滑钻头及钻柱；、冷却和润滑钻头及钻柱；l4 、平衡地层压力；、平衡地层压力；l5 、协协助破碎岩石；助破碎岩石；l6 、保护油气层。、保护油气层。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 钻井液的基本类型：钻井液的基本类型：水基泥浆：以水为分散介质，基本组分是粘土、水和化学处理剂水基泥浆：以水为分散介质，基本组分是粘土、水和化学处理剂 淡水泥浆 盐水泥浆 钙处理泥浆 低固相泥浆 混油泥浆 油基泥浆：油基泥浆： 油包水乳化泥浆：以油做分散介质，水及有机搬土或其它亲油 粉末状物作分散相，加乳化剂配制。 油基泥浆：由柴油和沥青（或有机搬土）及有关处理剂配制。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 主要内容主要内容第一节第一节 粘土基本知识粘土基本知识 第二节第二节 钻井液性能及调控钻井液性能及调控 第三节第三节 常用钻井液简介常用钻井液简介 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 第一节 粘土基本知识 粘土是钻井液的主要成分，水基钻井液就是粘土分散在水中形成的胶体粘土是钻井液的主要成分，水基钻井液就是粘土分散在水中形成的胶体悬浮体。粘土对钻井液的性质有很大影响，其类型不同，造浆率差别很大。悬浮体。粘土对钻井液的性质有很大影响，其类型不同，造浆率差别很大。 一、一、 几种主要粘土矿物的晶体构造及特点几种主要粘土矿物的晶体构造及特点 粘土主要是由很细（粘土主要是由很细（ 2 m以下以下 ）的粘土矿物组成，许多粘土中含有非）的粘土矿物组成，许多粘土中含有非晶体质的胶体矿物如蛋白石、氢氧化铁、氢氧化铝，还含有不定量的石英、晶体质的胶体矿物如蛋白石、氢氧化铁、氢氧化铝，还含有不定量的石英、长石等粘土矿物。但粘土的主要化学成分为铝硅酸盐。长石等粘土矿物。但粘土的主要化学成分为铝硅酸盐。 因此虽然粘土矿物的种类很多因此虽然粘土矿物的种类很多,不同粘土矿物有不同的晶体构造及特点，不同粘土矿物有不同的晶体构造及特点，但其晶体都是由两种基本构造单位组成的。但其晶体都是由两种基本构造单位组成的。基本构造单位：硅氧集团和铝氧集团2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 1. 1. 粘土晶体构造中的基本单位粘土晶体构造中的基本单位 硅氧四面体 每个四面体中都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连，硅每个四面体中都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连，硅在四面体的中心，四个氧原子在四面体的中心，四个氧原子( (或氢氧或氢氧) )在四面体的顶点。在大多数粘土在四面体的顶点。在大多数粘土矿物中排列成六角形网络。矿物中排列成六角形网络。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 铝氧八面体 铝原子处于八面体的中心，与上面和下面的各三个氧原子或氢氧形铝原子处于八面体的中心，与上面和下面的各三个氧原子或氢氧形成一个正八面体。成一个正八面体。 八面体片状构造中，铝占八面体片状构造中，铝占2/32/3位置，空余位置以位置，空余位置以 表示。表示。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 高岭石的晶体结构高岭石的晶体结构 高高岭岭石石晶晶体体由由一一个个硅硅氧氧四四面面体体片片和和一一个个铝铝氧氧八八面面体体片片组组成成。四四面面体体片片的的顶尖都朝着八面体片，二者由共用的氧原子和氢氧原子团联结在一起。顶尖都朝着八面体片，二者由共用的氧原子和氢氧原子团联结在一起。 由由于于它它是是一一个个硅硅氧氧四四面面体体片片和和一一个个铝铝氧氧八八面面体体片片组组成成，所所以以称称高高岭岭石石为为1111型粘土矿物。型粘土矿物。 高高岭岭石石单单元元晶晶层层，一一面面为为OHOH层层，另另一一面面为为O O层层, ,片片与与片片之之间间易易形形成成氢氢键键, ,晶晶胞之间连结紧密胞之间连结紧密, ,故高岭石的分散度低。故高岭石的分散度低。 高高岭岭石石晶晶格格中中几几乎乎没没有有晶晶格格取取代代现现象象，它它的的电电荷荷是是平平衡衡的的，因因此此高高岭岭石石电电性微弱。性微弱。 这些特点决定了高岭石水化很差，造浆性能不好，不是配浆的好材料。这些特点决定了高岭石水化很差，造浆性能不好，不是配浆的好材料。 油气层中高岭石颗粒大而附着力弱，常常因运移堵塞孔喉而降低渗透率。油气层中高岭石颗粒大而附着力弱，常常因运移堵塞孔喉而降低渗透率。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 3. 3. 蒙脱石的晶体结构蒙脱石的晶体结构 蒙蒙脱脱石石是是由由上上下下两两个个硅硅氧氧四四面面体体片片中中间间夹夹一一层层铝铝氧氧八八面面体体片片组组成成，硅硅氧氧四四面面体体的的尖尖顶顶朝朝向向铝铝氧氧八八面面体体，铝铝氧氧八八面面体体片片和和上上下下两两层层硅硅氧氧四四面面体体片片通通过共用氧原子和氢氧联结形成紧密的晶层，因此称为过共用氧原子和氢氧联结形成紧密的晶层，因此称为2121型。型。 在铝氧八面体中，有部分在铝氧八面体中，有部分AlAl3+3+被被MgMg2+2+或或FeFe2+2+取代，四面体中的取代，四面体中的SiSi4+4+也有少也有少量被量被AlAl3+3+取代，显负电性，这种现象称为晶格取代现象。因此，吸附较多阳取代，显负电性，这种现象称为晶格取代现象。因此，吸附较多阳离子，有较强的离子交换能力。离子，有较强的离子交换能力。 同时，蒙脱石晶层上下皆为氧原子层，各晶层间以分子间力联结，联结同时，蒙脱石晶层上下皆为氧原子层，各晶层间以分子间力联结，联结力弱。蒙脱石是极易水化、分散、膨胀的粘土矿物。力弱。蒙脱石是极易水化、分散、膨胀的粘土矿物。 这些特点决定了蒙脱石是配浆的好材料，但地层中蒙脱石也会因水化膨这些特点决定了蒙脱石是配浆的好材料，但地层中蒙脱石也会因水化膨胀而造成井塌和油层损害。胀而造成井塌和油层损害。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 4. 4. 伊利石的晶格结构伊利石的晶格结构 伊伊利利石石的的晶晶体体构构造造和和蒙蒙脱脱石石相相似似，也也是是2121型型晶晶体体结结构构，即即伊伊利利石石也也由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片组成。由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片组成。 区区别别：伊伊利利石石的的硅硅氧氧四四面面体体中中有有较较多多的的SiSi4+4+被被AlAl3+3+取取代代，晶晶格格出出现现的的负负电电荷荷由由吸吸附附在在伊伊利利石石晶晶层层表表面面氧氧分分子子层层中中的的K K+ +所所中中和和。K K+ +的的直直径径为为2.662.66，而而晶晶层层表表面面的的氧氧原原子子六六角角环环空空穴穴直直径径为为2.802.80，因因此此K K+ +正正好好嵌嵌入入氧氧原原子子六六角角环环中中。由由于于嵌嵌入入氧氧层层的的吸吸附附K K+ +的的作作用用，将将伊伊利利石石的的相相邻邻二二晶晶层层拉拉得得很很紧紧，联结力很强，水分不易进入层间，所以它不易膨胀。联结力很强，水分不易进入层间，所以它不易膨胀。 伊伊利利石石由由于于晶晶格格取取代代显显示示的的负负电电性性已已由由K K+ +中中和和，K K+ +嵌嵌入入氧氧原原子子六六角角环环中，接近于成为晶格的组成部分，不易解离，因此伊利石电性微弱。中，接近于成为晶格的组成部分，不易解离，因此伊利石电性微弱。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 5. 5. 海泡石族海泡石族海泡石海泡石凹凸棒石凹凸棒石坡缕缟石坡缕缟石是铝和镁的含水硅酸盐。是铝和镁的含水硅酸盐。 晶体构造为链状、棒状、或纤维状，晶体结构中有很大的空穴。晶体构造为链状、棒状、或纤维状，晶体结构中有很大的空穴。 有极大的内表面积，因此，含有较多的吸附水，有很高的热稳定性和坑有极大的内表面积，因此，含有较多的吸附水，有很高的热稳定性和坑盐侵污能力。在淡水和饱和盐水中的水化情况几乎一样。因此是配制深井钻盐侵污能力。在淡水和饱和盐水中的水化情况几乎一样。因此是配制深井钻井液和眼水钻井液的好材料。井液和眼水钻井液的好材料。6. 6. 绿泥石绿泥石 由三层型晶层与一层水镁石交替组成的。由三层型晶层与一层水镁石交替组成的。 水镁石层有些水镁石层有些Mg2+被被Al3+取代，因而带正电。于是三层型晶层与水镁石层间取代，因而带正电。于是三层型晶层与水镁石层间以静电相吸联结，同时还有氢键存在，因此遇水不膨胀。以静电相吸联结，同时还有氢键存在，因此遇水不膨胀。 对酸敏感。对酸敏感。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 二、二、 粘土的吸附及水化作用粘土的吸附及水化作用 粘土的吸附作用：粘土的吸附作用： 钻井液中粘土颗粒和分散介质的界面上，自动浓集介质中分子或离子的现钻井液中粘土颗粒和分散介质的界面上，自动浓集介质中分子或离子的现象称为粘土的吸附。象称为粘土的吸附。粘土的水化作用：粘土的水化作用： 由于粘土颗粒表面通常带有负电荷，因而能吸附水分子和各种水化离子，由于粘土颗粒表面通常带有负电荷，因而能吸附水分子和各种水化离子，使粘土颗粒表面形成一层具有一定厚度的水化膜，这种现象称为粘土的水化作使粘土颗粒表面形成一层具有一定厚度的水化膜，这种现象称为粘土的水化作用。用。 粘土的吸附和水化作用是使钻井液分散体系稳定的重要因素。粘土的吸附和水化作用是使钻井液分散体系稳定的重要因素。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 1. 1. 粘土的吸附性能粘土的吸附性能(1) (1) 粘土颗粒表面电荷种类及原因粘土颗粒表面电荷种类及原因 1) 1) 永久电荷。它是由于粘土在自然界形成时发生晶格取代所产生的。永久电荷。它是由于粘土在自然界形成时发生晶格取代所产生的。 2) 2) 可可变变负负电电荷荷。在在粘粘土土晶晶体体的的断断键键边边缘缘上上有有很很多多裸裸露露的的Al-OHAl-OH键键，其其中中OHOH中中的的H H在在碱碱性性条条件件下下解解离离，会会使使粘粘土土负负电电荷荷过过剩剩；另另外外粘粘土土晶晶体体的的边边面面上上吸吸附附了了OHOH- -、SiOSiO3 32-2-等等无无机机离离子子或或吸吸附附了了有有机机阴阴离离子子聚聚电电解解质质也也使使 粘粘土土带带负负电电。由由于于这种负电荷的数量随介质的这种负电荷的数量随介质的pHpH值而改变，故称为可变负电荷。值而改变，故称为可变负电荷。 3) 3) 正正电电荷荷。不不少少研研究究者者指指出出，当当pHpH值值低低于于9 9时时，粘粘土土晶晶体体边边面面上上带带正正电电荷荷。多多数数人人认认为为其其原原因因是是由由于于裸裸露露在在边边缘缘上上的的Al-OAl-O八八面面体体在在碱碱性性条条件件从从介介质质中中接接受受质子引起的。质子引起的。 粘土的负电荷与正电荷的代数和即为粘土的净电荷数，由于粘土的负电荷粘土的负电荷与正电荷的代数和即为粘土的净电荷数，由于粘土的负电荷一般都多于正电荷，因此粘土一般都带负电荷。一般都多于正电荷，因此粘土一般都带负电荷。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute (2) (2) 粘土的吸附性能粘土的吸附性能 吸吸附附现现象象在在钻钻井井液液中中是是经经常常发发生生的的，化化学学处处理理剂剂改改善善钻钻井井液液性性能能，侵侵入入物物损损坏坏钻钻井井液液的的性性能能都都是是通通过过吸吸附附改改变变粘粘土土表表面面的的性性质质而而起起作作用用的的。钻钻井井液液中粘土的吸附作用，可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种。中粘土的吸附作用，可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种。 1) 1) 物物理理吸吸附附。物物理理吸吸附附是是靠靠吸吸附附剂剂和和吸吸附附质质之之间间分分子子间间引引力力产产生生的的，物物理理吸吸附附是是可可逆逆的的，吸吸附附速速度度与与脱脱附附速速度度在在一一定定条条件件下下呈呈动动态态平平衡衡。非非离离子子型型的有机处理剂，往往是因在粘土表面发生物理吸附而起作用的。的有机处理剂，往往是因在粘土表面发生物理吸附而起作用的。 2)2) 化化学学吸吸附附。化化学学吸吸附附是是靠靠吸吸附附剂剂与与吸吸附附质质之之间间的的化化学学键键力力而而产产生生的的。例如铁铬木质素磺酸盐在粘土晶体的边缘上可以发生螯合吸附。例如铁铬木质素磺酸盐在粘土晶体的边缘上可以发生螯合吸附。 3) 3) 离子交换吸附。离子交换吸附。粘土颗粒因晶格取代等原因，一般是带负电的，为了粘土颗粒因晶格取代等原因，一般是带负电的，为了保持整体的电中性，必然要吸附阳离子。而吸附的阳离子一般来说并不固定，保持整体的电中性，必然要吸附阳离子。而吸附的阳离子一般来说并不固定，可以与溶液中的阳离子进行交换，这种作用称为离子交换吸附。可以与溶液中的阳离子进行交换，这种作用称为离子交换吸附。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 离子交换吸附的特点：离子交换吸附的特点： 同号离子相互交换；等电量相互交换；离子交换吸附的反应是可逆的，同号离子相互交换；等电量相互交换；离子交换吸附的反应是可逆的，吸附和脱附的速度受离子浓度的影响。吸附和脱附的速度受离子浓度的影响。离子交换吸附的规律：离子交换吸附的规律： 浓度相同，价数越高，与粘土表面的吸力越强，交换到粘土表面上的能浓度相同，价数越高，与粘土表面的吸力越强，交换到粘土表面上的能力越强；力越强； 价数相同、浓度相近时，离子半径越小，水化半径越大，离子中心离粘价数相同、浓度相近时，离子半径越小，水化半径越大，离子中心离粘土表面越远，吸附能力弱土表面越远，吸附能力弱(K+与与H+除外除外)； 当浓度很高时，低价离子同样能交换高价离子。常见的阳离子交换能力当浓度很高时，低价离子同样能交换高价离子。常见的阳离子交换能力强弱顺序是：强弱顺序是： H+Fe3+Al3+Ba2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+ 粘土的阳离子交换容量粘土的阳离子交换容量是指在是指在pH等于等于7的条件下，粘土所能交换下来的的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量。它包括交换性氢和交换性盐基，其数值均以每阳离子总量。它包括交换性氢和交换性盐基，其数值均以每100 g粘土所交粘土所交换下来的阳离子的量表示。换下来的阳离子的量表示。 粘土的阳离子交换容量，直接关系到粘土颗粒带电荷的多少和吸附处理粘土的阳离子交换容量，直接关系到粘土颗粒带电荷的多少和吸附处理剂的能力。剂的能力。影响粘土阳离子交换容量的因素影响粘土阳离子交换容量的因素有粘土矿物的本性、粘土矿物的有粘土矿物的本性、粘土矿物的分散度及溶液的分散度及溶液的pH值。值。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 粘土的水化作用粘土的水化作用(1) (1) 粘土水化膨胀机理粘土水化膨胀机理 粘土水化膨胀机理主要有两方面：粘土水化膨胀机理主要有两方面：1)1) 表面水化表面水化 是是由由粘粘土土晶晶体体表表面面上上水水分分子子的的吸吸附附作作用用引引起起的的，引引起起表表面面水水化化的的作作用用力力是是表表面面水水化化能能，第第一一层层水水是是水水分分子子与与粘粘土土表表面面的的六六角角形形网网络络的的氧氧形形成成H键键而而保保持持在在平平面面上上。因因此此，水水分分子子也也通通过过氢氢键键结结合合为为六六角角环环，下下一一层层也也以以类类似情况与第一层以氢键连接，以后的水层照此继续。似情况与第一层以氢键连接，以后的水层照此继续。2)2) 渗透水化渗透水化 由由于于晶晶层层之之间间的的阳阳离离子子浓浓度度大大于于溶溶液液内内部部的的浓浓度度，水水发发生生浓浓差差扩扩散散，进进入入层层间间，在在双双电电层层斥斥力力作作用用下下层层间间距距增增大大。渗渗透透膨膨胀胀引引起起的的体体积积增增加加比比晶格膨胀大得多。晶格膨胀大得多。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute (2) (2) 影响粘土水化膨胀的因素影响粘土水化膨胀的因素 影响粘土水化膨胀的因素有：影响粘土水化膨胀的因素有： 1)1) 粘粘土土晶晶体体的的部部位位不不同同，水水化化膜膜的的厚厚度度不不相相同同。粘粘土土晶晶体体所所带带的的负负电电荷荷大大部部分分都都集集中中层层面面上上，吸吸附附的的阳阳离离子子多多，因因此此水水化化膜膜厚厚。在在粘粘土土晶晶体体的的边边面面上上带带电电荷荷较少，因此水化膜薄。较少，因此水化膜薄。 2)2) 粘粘土土矿矿物物不不同同，水水化化作作用用的的强强弱弱不不同同。蒙蒙脱脱石石的的阳阳离离子子交交换换容容量量高高，水水化化最最好好，分分散散度度也也最最高高；而而高高岭岭石石阳阳离离子子交交换换容容量量低低，水水化化差差，分分散散度度也也低低，颗颗粒粒粗；伊利石由于晶层间粗；伊利石由于晶层间K+的特殊作用也是非膨胀性矿物。的特殊作用也是非膨胀性矿物。 3) 3) 粘土吸附的交换性阳离子不同，其水化程度有很大差别。如钙蒙脱石水粘土吸附的交换性阳离子不同，其水化程度有很大差别。如钙蒙脱石水化后晶层间距最大仅为化后晶层间距最大仅为1.7 nm1.7 nm，而钠蒙脱石水化后晶层间距可达，而钠蒙脱石水化后晶层间距可达1.71.74.0 nm4.0 nm。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 三、三、 钻井液中粘土表面的双电层钻井液中粘土表面的双电层 定定义义：粘粘土土颗颗粒粒在在水水中中表表面面带带负负电电荷荷，通通过过静静电电作作用用可可把把交交换换性性阳阳离离子子( (称称为为反反离离子子) )吸吸引引在在它它的的周周围围。这这些些反反离离子子一一方方面面受受负负电电荷荷的的吸吸引引靠靠近近粘粘土土表表面面，另另一一方方面面由由于于反反离离子子的的热热运运动动及及反反离离子子之之间间的的斥斥力力，会会脱脱离离粘粘土土颗颗粒粒向向溶溶液液中中扩扩散散，其其结结果果构构成成了了扩扩散散双双电电层层。粘粘土土颗颗粒粒周周围围的的阳阳离离子子只只有有一一部部分分同同粘粘土土颗颗粒粒一一起起运运动动，这这部部分分同同粘粘土土吸吸引引得得比比较较牢牢固固的的阳阳离离子子层层，称称为为吸吸附附层层。另另一一部部分分阳阳离离子子距距离离粘粘土土颗颗粒粒稍稍远远，不不随随粘粘土土一一起起运运动动，这这一一部部分分称称为为扩扩散散层层。吸吸附附层层和和扩扩散散层层的交界面称为滑动面。的交界面称为滑动面。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 电解质压缩双电层作用电解质压缩双电层作用 粘土颗粒运动中因丢掉扩散层中的反离子而显示出一定的电势粘土颗粒运动中因丢掉扩散层中的反离子而显示出一定的电势, ,称为电动称为电动电势电势( (电位位) ) , ,其数值取决于吸附层内反离子总电荷。电解质对电动电势影响较其数值取决于吸附层内反离子总电荷。电解质对电动电势影响较大，溶液中阳离子浓度越高，进入吸附层的阳离子数量多，大，溶液中阳离子浓度越高，进入吸附层的阳离子数量多， 电位位降低，当降低，当反离子全部进入吸附层时，这种现象称为电解质压缩双电层。反离子全部进入吸附层时，这种现象称为电解质压缩双电层。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 四、四、 钻井液的稳定性钻井液的稳定性 钻钻井井液液分分散散系系若若能能长长久久保保持持其其分分散散状状态态，各各微微粒粒处处于于均均匀匀悬悬浮浮状状态态而而不破坏，就称为具有稳定性。不破坏，就称为具有稳定性。沉降稳定性沉降稳定性稳定性稳定性聚结稳定性聚结稳定性1. 1. 钻井液的沉降稳定性钻井液的沉降稳定性定义：定义： 钻井液的沉降稳定性沉降稳定性是指在重力作用下钻井液中的固体颗粒是钻井液的沉降稳定性沉降稳定性是指在重力作用下钻井液中的固体颗粒是否容易下沉的性质。否容易下沉的性质。影响沉降稳定性的主要因素：影响沉降稳定性的主要因素： 粘土颗粒的大小、颗粒与分散介质的密度差、分散介质的粘度和钻井液中粘土颗粒的大小、颗粒与分散介质的密度差、分散介质的粘度和钻井液中粘土颗粒的多少，颗粒愈大、颗粒愈重、介质粘度越小则沉降稳定性越不好。粘土颗粒的多少，颗粒愈大、颗粒愈重、介质粘度越小则沉降稳定性越不好。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 钻井液的聚结稳定性钻井液的聚结稳定性定义：定义： 聚结稳定性是指钻井液中的固体颗粒是否易于自动降低分散度而粘结变大聚结稳定性是指钻井液中的固体颗粒是否易于自动降低分散度而粘结变大的性质。的性质。产生聚结的原因：产生聚结的原因： 钻井液中的粘土颗粒分散度高，比表面积大，因而具有较大的表面能。按钻井液中的粘土颗粒分散度高，比表面积大，因而具有较大的表面能。按照能量自发减少的原理，颗粒会自发地聚结变大，以降低表面能和分散度；照能量自发减少的原理，颗粒会自发地聚结变大，以降低表面能和分散度； 颗粒在运动中相互接近或碰撞时，颗粒之间存在排斥力和引力，当引力大颗粒在运动中相互接近或碰撞时，颗粒之间存在排斥力和引力，当引力大于排斥力时也会使颗粒聚结变大。于排斥力时也会使颗粒聚结变大。颗粒间的排斥力颗粒间的排斥力颗粒间的引力颗粒间的引力影响聚结稳定性影响聚结稳定性的主要因素：的主要因素：范德华力范德华力双电层斥力双电层斥力水化膜弹性阻力水化膜弹性阻力2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 电解质对聚结稳定性的影响：电解质对聚结稳定性的影响： 电解质有压缩双电层和电解质有压缩双电层和降低降低电位位的作用，当电解质加量较多时，双电层被的作用，当电解质加量较多时，双电层被压缩，压缩，电位位降低，减弱了颗粒在接近或碰撞过程中的双电层斥力，易于使颗粒降低，减弱了颗粒在接近或碰撞过程中的双电层斥力，易于使颗粒聚结。聚结。聚结值聚结值的概念：的概念： 使粘土开始明显聚结所加的电解质的最低浓度称为聚结值。使粘土开始明显聚结所加的电解质的最低浓度称为聚结值。高分子化合物对聚结稳定性的影响：高分子化合物对聚结稳定性的影响： 钻井液中粘土颗粒能够和高分子化合物之间发生相互作用，绝大部分高分子钻井液中粘土颗粒能够和高分子化合物之间发生相互作用，绝大部分高分子化合物都会吸附在粘土颗粒的表面上。若高分子物质较多，粘土颗粒会尽可能多化合物都会吸附在粘土颗粒的表面上。若高分子物质较多，粘土颗粒会尽可能多地吸附高分子物质在它的表面上，当颗粒完全被高分子所包围，没有剩余的空白地吸附高分子物质在它的表面上，当颗粒完全被高分子所包围，没有剩余的空白表面，就会失去再吸附其它颗粒上的高分子的可能，使颗粒间的桥联作用无法实表面，就会失去再吸附其它颗粒上的高分子的可能，使颗粒间的桥联作用无法实现，使钻井液体系的稳定性增强，这种现象称为现，使钻井液体系的稳定性增强，这种现象称为胶体的保护作用胶体的保护作用。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 第二节 钻井液性能及调控钻井液钻井液常规性能常规性能密度密度马氏漏斗粘度马氏漏斗粘度塑性粘度塑性粘度动切力动切力静切力静切力API滤失量滤失量高温高压高温高压(HTHP)滤失量滤失量pH值及碱度值及碱度含砂量含砂量固相含量固相含量膨润土含量膨润土含量滤液中各种无机离子浓度滤液中各种无机离子浓度2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 一、一、 钻井液的密度钻井液的密度1. 1. 对密度的要求对密度的要求调节井内钻井液的静液柱压力调节井内钻井液的静液柱压力平衡地层压力及地层构造应力平衡地层压力及地层构造应力避免发生井喷及井塌等事故避免发生井喷及井塌等事故2. 2. 调整钻井液密度的方法调整钻井液密度的方法提高密度提高密度加重加重重晶石重晶石石灰石石灰石可溶性无机盐可溶性无机盐降低密度降低密度降低固相含量降低固相含量加水稀释加水稀释混油混油充气充气2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 二、二、 钻井液的流变性钻井液的流变性流变性：流变性： 钻井液流动和变形的特性称为流变性，其中流动性是主要的。钻井液流动和变形的特性称为流变性，其中流动性是主要的。流变性的作用：流变性的作用：1)1) 携带岩屑，保证井底和井眼的清洁；携带岩屑，保证井底和井眼的清洁；2)2) 悬浮岩屑和重晶石；悬浮岩屑和重晶石；3)3) 合理确定水力参数，减少循环压力损失，充分发挥钻头水马力的作用，提高机械合理确定水力参数，减少循环压力损失，充分发挥钻头水马力的作用，提高机械钻速；钻速；4)4) 减轻钻井液造成的压力激动和对井壁的冲刷，防止井漏和井塌等事故的发生；减轻钻井液造成的压力激动和对井壁的冲刷，防止井漏和井塌等事故的发生；5)5) 有效地发挥固控设备的效能；有效地发挥固控设备的效能；6)6) 防止气侵。防止气侵。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 1. 1. 钻井液流变模式及流变参数钻井液流变模式及流变参数幂律流体（假塑性型）宾汉流体卡森流体赫切尔巴尔克莱流体牛顿流体幂律流体（膨胀型）切应力流速梯度s02005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 流变学模式及流变参数流变学模式及流变参数牛顿流体牛顿流体幂律流体幂律流体卡森流体卡森流体赫切尔赫切尔巴尔克莱流体巴尔克莱流体宾汉流体宾汉流体2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 静切应力静切应力 g 静静切切应应力力是是指指使使静静止止的的塑塑性性流流体体开开始始运运动动时时的的最最低低切切应应力力，现现场场简简称称切力，常用切力，常用 g表示。表示。触变性触变性 破坏单位面积上网状结构所需的力即为静切应力。破坏单位面积上网状结构所需的力即为静切应力。 规规定定静静置置1 min后后测测定定的的静静切切力力为为初初切切力力，静静止止10 min后后测测定定的的静静切切力力为终切力，并用二者的差值来表示钻井液触变性的强弱。为终切力，并用二者的差值来表示钻井液触变性的强弱。表现粘度表现粘度 表现粘度是指某一剪切速率下剪切应力与剪切速率的比值。表现粘度是指某一剪切速率下剪切应力与剪切速率的比值。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 调整钻井液流变性的一般要求及方法调整钻井液流变性的一般要求及方法 对对于于非非加加重重钻钻井井液液： pv的的适适宜宜范范围围为为512 mPa.s； d一一般般应应保保持持在在1.414.4 Pa范围内。范围内。 切切力力 g是是使使钻钻井井液液开开始始流流动动所所需需的的最最低低切切应应力力，其其值值过过高高时时会会造造成成开开泵泵困难，甚至憋漏地层；其值过低又直接影响钻井液的悬浮能力。困难，甚至憋漏地层；其值过低又直接影响钻井液的悬浮能力。 为为了了能能够够有有效效地地携携带带岩岩屑屑，要要求求钻钻井井液液具具有有较较高高的的动动塑塑比比( d / pv)。根根据据现现场场经经验验和和平平板板型型层层流流流流核核直直径径的的有有关关计计算算，一一般般将将 d / pv保保持持在在0.48 Pa/ mPa.s左右是适宜的。左右是适宜的。 在使用幂律模式时，在使用幂律模式时，n值保持在值保持在0.40.7之间。之间。 K值值尚尚未未明明确确其其适适宜宜范范围围，但但原原则则上上应应在在保保证证有有效效携携岩岩的的前前提提下下，尽尽量量维持较低的维持较低的K值，以提高钻速和降低开泵时所需的压力。值，以提高钻速和降低开泵时所需的压力。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 调整宾汉和幂律模式流变参数的方法调整宾汉和幂律模式流变参数的方法1) 1) 降低降低 pv 。通过合理使用固控投备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减通过合理使用固控投备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减少固相含量。少固相含量。2) 2) 提提高高 pv 。加加入入低低造造浆浆率率粘粘土土、重重晶晶石石以以及及混混入入原原油油均均可可提提高高霵霵V。另另外外增加聚合物浓度使钻井液的滤液粘度提高，也可起到提高霵增加聚合物浓度使钻井液的滤液粘度提高，也可起到提高霵V的作用。的作用。3) 3) 降降低低 d 。最最有有效效的的方方法法是是加加入入适适合合于于本本体体系系的的降降粘粘剂剂( (或或称称稀稀释释剂剂) )，以以拆散钻井液中已形成的网架结构。拆散钻井液中已形成的网架结构。4)4)提高提高 d 。可加入预水化膨润土或增大聚合物的加量。可加入预水化膨润土或增大聚合物的加量。5) 5) 降降低低n n值值。增增加加钻钻井井液液中中高高分分子子量量聚聚合合物物和和无无机机盐盐的的含含量量，以以及及将将预预水水化化膨膨润润土土加加入入盐盐水水钻钻井井液液体体系系等等，均均可可使使n n值值降降低低。但但是是，通通过过增增加加膨膨润润土土含含量量和和矿矿化化度度来来降降n n值值，一一般般来来讲讲不不是是好好的的方方法法，而而应应优优先先考考虑虑选选用用适适合合于于本本体体系系的的聚聚合合物物来来降降低低n n值值，改改进进流流型型。试试验验表表明明，XCXC生生物物聚聚合合物物和和聚聚丙丙烯烯酸酸钙等都是非常有效的流型改进剂。钙等都是非常有效的流型改进剂。6) 6) 降低或提高降低或提高K K值。与降低或提高与降低或提高 pv ， d值的方法基本相同。的方法基本相同。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 三、三、 钻井液的滤失量钻井液的滤失量1. 1. 钻井过程中钻井液的滤失和造壁作用钻井过程中钻井液的滤失和造壁作用静静液液柱柱压压力力泥饼静失水静失水动失水动失水2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 钻井液滤失与钻井的关系钻井液滤失与钻井的关系 钻井要求钻井液具有低失水量和薄而致密的泥饼，在失水和泥饼质钻井要求钻井液具有低失水量和薄而致密的泥饼，在失水和泥饼质量这两个因素中，泥饼质量是主要的。量这两个因素中，泥饼质量是主要的。 失水量高且泥饼厚而松散失水量高且泥饼厚而松散对钻井是不利的对钻井是不利的： 损害油气层；井壁垮塌；井径不规则；起下钻遇阻；高渗透性地层损害油气层；井壁垮塌；井径不规则；起下钻遇阻；高渗透性地层形成较厚泥饼，造成压差卡钻等。形成较厚泥饼，造成压差卡钻等。 应根据地层特点，适当控制滤失量。应根据地层特点，适当控制滤失量。3. 3. 钻井液滤失性的调整方法钻井液滤失性的调整方法1） 用澎润土。用澎润土。2) 加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂(如煤碱液等如煤碱液等)，提高粘土颗粒的，提高粘土颗粒的电位位。3) 加入适当聚合物以保护粘土颗粒，阻止它们聚结，从而有利于提高分散度。加入适当聚合物以保护粘土颗粒，阻止它们聚结，从而有利于提高分散度。4) 4) 加入一些极细的胶体粒子。加入一些极细的胶体粒子。 四、四、 含砂量含砂量含砂量越小越好含砂量越小越好。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 第三节 常用钻井液简介一、一、 钻井液体系的选择钻井液体系的选择1. 1. 选择钻井液体系的基本准则选择钻井液体系的基本准则 必必须须根根据据井井的的类类别别和和地地层层等等情情况况，在在综综合合考考虑虑各各方方面面的的因因素素之之后后，对对一一口井所使用的钻井液体系分段进行合理的选择。口井所使用的钻井液体系分段进行合理的选择。 主要应考虑的各种因素有：井下安全；是否钻遇岩盐、石膏层；井下温主要应考虑的各种因素有：井下安全；是否钻遇岩盐、石膏层；井下温度和压力；环境保护；井漏；泥页岩层稳定性；井眼轨迹；压差卡钻；储层度和压力；环境保护；井漏；泥页岩层稳定性；井眼轨迹；压差卡钻；储层损害；测井要求；钻井液成本。损害；测井要求；钻井液成本。 2. 2. 根据油气井的类型选择体系根据油气井的类型选择体系区域探井和预测井区域探井和预测井 选用不影响地质录井并有利于发现产层的钻井液体系。即要求钻井液的选用不影响地质录井并有利于发现产层的钻井液体系。即要求钻井液的荧光度和密度要低，该类钻井液不能混油。尽量使用不分散聚合物钻井液，维荧光度和密度要低，该类钻井液不能混油。尽量使用不分散聚合物钻井液，维护低密度和低固相。护低密度和低固相。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 生产井生产井 对钻井液的主要要求是保护好油气层和提高钻速。一般在上部多采用不分散对钻井液的主要要求是保护好油气层和提高钻速。一般在上部多采用不分散聚合物钻井液，钻至油层时再换用适应的完井液以保护油气层。聚合物钻井液，钻至油层时再换用适应的完井液以保护油气层。调整井调整井 调整井特点是地层压力高，该类井的钻井液密度常常高达调整井特点是地层压力高，该类井的钻井液密度常常高达2.0以上，有时最高以上，有时最高可达可达2.7。一般多选用分散钻井液体系，必要时也可选用油基钻井液。一般多选用分散钻井液体系，必要时也可选用油基钻井液。超深井超深井 要求：钻井液热稳定性好；高温对性能影响小；高压差下泥饼的可压缩性好要求：钻井液热稳定性好；高温对性能影响小；高压差下泥饼的可压缩性好等。等。 必须选用抗温能力强的处理剂和钻井液体系。除选用油基钻井液最为理想外，必须选用抗温能力强的处理剂和钻井液体系。除选用油基钻井液最为理想外，目前国内对付超深井最有效的水基钻井液是分散型的三磺钻井液目前国内对付超深井最有效的水基钻井液是分散型的三磺钻井液 体系。今年来有体系。今年来有进一步发展成聚磺钻井液体系。进一步发展成聚磺钻井液体系。定向井和水平井定向井和水平井 钻柱摩阻高、易卡钻、井壁不稳定倾向比直井高。采取比直井要求更高的防钻柱摩阻高、易卡钻、井壁不稳定倾向比直井高。采取比直井要求更高的防塌、防卡和携屑等技术措施。阳离子聚合物钻井液和钾石灰反絮凝钻井液等。塌、防卡和携屑等技术措施。阳离子聚合物钻井液和钾石灰反絮凝钻井液等。 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 3. 3. 根据地层特点选择体系根据地层特点选择体系(1)盐膏层盐膏层(2)易塌地层易塌地层(3) 易漏失地层易漏失地层(4)易卡钻地层易卡钻地层(5) 压压差差卡卡钻钻多多发发生生在在易易形形成成较较厚厚泥泥饼饼的的高高渗渗透透性性地地层层，如粗砂岩地层等。如粗砂岩地层等。4. 根据储层性质选择体系根据储层性质选择体系 2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 二、二、 钙处理钻井液钙处理钻井液 钙钙处处理理钻钻井井液液是是一一类类以以钙钙离离子子提提供供抑抑制制性性化化学学环环境境的的钻钻井井液液。常常用用的的钙钙有有三三种种：石石灰灰、石石膏膏和和氯氯化化钙钙，相相应应称称为为石石灰灰钻钻井井液液、石石膏膏钻钻井井液液和和氯氯化化钙钙钻钻井井液。液。1. 1. 原理原理 加加入入钻钻井井液液中中的的Ca2交交换换粘粘土土表表面面的的Na，将将钠钠土土转转变变为为钙钙土土，钙钙土土水水化化能能力力弱弱，分分散散度度低低，使使粘粘土土颗颗粒粒形形成成一一定定的的絮絮凝凝状状态态。钠钠土土转转化化为为钙钙土土的的程程度度取决于吸附取决于吸附Ca2的数量、粘土的阳离子交换容量及滤液中的的数量、粘土的阳离子交换容量及滤液中的Ca2的浓度。的浓度。 另另一一方方面面， Ca2本本身身是是一一种种无无机机絮絮凝凝剂剂，会会压压缩缩双双电电层层，使使粘粘土土颗颗粒粒水水化化膜膜减减薄薄， 电位位降降低低，从从而而引引起起粘粘土土面面-面面连连接接和和边边-面面连连接接，使使粘粘土土分分散散度度下降。下降。 钻钻井井液液中中加加入入Ca2的的同同时时，加加入入铁铁铬铬木木质质素素磺磺酸酸盐盐等等分分散散剂剂，这这类类分分散散剂剂吸附在土粒上会使土粒的水化膜增厚，吸附在土粒上会使土粒的水化膜增厚， 电位位上升，阻止分散度下降。上升，阻止分散度下降。 于于是是调调节节Ca2和和分分散散剂剂的的加加量量，就就可可将将土土粒粒的的分分散散度度控控制制在在适适度度絮絮凝凝的的粗粗分散状态。分散状态。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 2. 石灰钻井液石灰钻井液（1）主要处理剂）主要处理剂丹宁、石灰、烧碱，有时也加入褐煤碱液控制滤失量。丹宁、石灰、烧碱，有时也加入褐煤碱液控制滤失量。（2）维护）维护3. 石膏钻井液石膏钻井液（1）与石灰钻井液的区别）与石灰钻井液的区别（2）钻井液类型）钻井液类型石膏钻井液的主要类型有：石膏钻井液的主要类型有：（1）混合剂石膏钻井液；（）混合剂石膏钻井液；（2）FCLS石膏钻井液石膏钻井液4. 褐煤褐煤CaCl2钻井液钻井液（1）原理）原理（2）维护）维护2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 三、三、 含盐钻井液含盐钻井液1. 1. 定义和分类定义和分类 凡凡含含盐盐超超过过1.0104 mg/L(氯氯离离子子含含量量6000 mg/L)的的钻钻井井液液统统称称为为含含盐盐钻钻井井液。它包括三种类型：液。它包括三种类型：（1） 盐水钻井液。盐水钻井液。（2）海水钻井液。）海水钻井液。（3）饱和盐水钻井液。）饱和盐水钻井液。2. NaCl2. NaCl对钻井液性能的影响对钻井液性能的影响 氯氯化化钠钠对对水水化化膨膨润润土土钻钻井井液液的的影影响响规规律律是是：随随着着氯氯化化钠钠的的增增加加，粘粘度度开开始始急急剧剧上上升升，而而后后下下降降，最最后后粘粘土土加加到到不不同同浓浓度度的的盐盐水水溶溶液液中中配配成成钻钻井井液液时时，又又有有所所增增加加；滤滤失失量量则则是是连连续续增增加加。若若把把干干粘粘土土加加到到不不同同浓浓度度的的盐盐水水溶溶液液中中配配成成钻钻井井液液时时，粘粘度度即即随随含含盐盐量量的的增增加加开开始始持持续续下下降降，而而后后基基本本上上保保持持不不变变；滤滤失失量量则则大大幅幅度度地地持持续续上上升升，这这是是由由于于膨膨润润土土在在盐盐水水中中不不水水化化分分散散而而造造成成的的。由由此此可可以以说说明明含含盐盐钻钻井井液液能能有有效效地地抑抑制制泥泥页页岩岩的的水水化化分分散散作作用用，具具有有良良好好的的防防塌塌效效果，是抑制性较强的一种钻井液。果，是抑制性较强的一种钻井液。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 除此之外，除此之外，NaCl在钻井液中还会引起下述的变化：在钻井液中还会引起下述的变化：（1）降低钻井液的）降低钻井液的pH值。值。（2）降低化学处理剂的溶解度和效能。）降低化学处理剂的溶解度和效能。（3）引起钻具等设备的腐蚀。）引起钻具等设备的腐蚀。（4）引起钻井液产生泡沫。）引起钻井液产生泡沫。3. 3. 处理剂的选择处理剂的选择（1）护胶剂的选择；（）护胶剂的选择；（2） 配浆土选择配浆土选择4. 4. 优点优点（1）抗盐抗钙能力强，适用于钻含盐地层和深井；）抗盐抗钙能力强，适用于钻含盐地层和深井；（2）可有效地抑制泥页岩水化，防止井塌；）可有效地抑制泥页岩水化，防止井塌；（3）有效地抑制地层造浆，钻井液性能稳定，流动性好；）有效地抑制地层造浆，钻井液性能稳定，流动性好；（4）对油层损害小。）对油层损害小。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 四、四、 钾基钻井液钾基钻井液 钾基钻井液是以各种钾盐为主处理剂的水基钻井液。国内外实践表明钾钾基钻井液是以各种钾盐为主处理剂的水基钻井液。国内外实践表明钾基钻井液可使井壁稳定、井下安全，具有明显的防塌效果。基钻井液可使井壁稳定、井下安全，具有明显的防塌效果。1. 1. 钾基钻井液类型与成分钾基钻井液类型与成分(1) KCl聚合物钻井液聚合物钻井液(2) KCl分散型钻井液分散型钻井液(3) KOH褐煤钻井液褐煤钻井液(4) KOH木质磺酸盐钻井液木质磺酸盐钻井液(5) 钾石灰钻井液钾石灰钻井液2. 防塌机理防塌机理(1)K+的作用；的作用； (2)(2) 聚合物的作用。聚合物的作用。2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 五、五、 聚合物钻井液聚合物钻井液 凡是使用线型水溶性聚合物作处理剂的钻井液体系都可称为聚合物钻井液。凡是使用线型水溶性聚合物作处理剂的钻井液体系都可称为聚合物钻井液。1. 不分散低固相聚合物钻井液不分散低固相聚合物钻井液 不分散低固相钻井液包括两个基本要求，即不分散低固相钻井液包括两个基本要求，即“不分散不分散”和和“低固相低固相”。“不分散不分散”是指钻井液中包含的各种固相粒子的粒度分布，一直保持在所需的范围内，不再是指钻井液中包含的各种固相粒子的粒度分布，一直保持在所需的范围内，不再进一步分散；钻井液对新钻出的岩屑也应起抑制其分散的作用。进一步分散；钻井液对新钻出的岩屑也应起抑制其分散的作用。“低固相低固相”则意味则意味着钻井液中低密度固相，特别是活性固相的含量较低。着钻井液中低密度固相，特别是活性固相的含量较低。(1) 性能指标性能指标(2) 主要处理剂主要处理剂(3) 主要特点主要特点2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 2. 2. 阳离子聚合物钻井液阳离子聚合物钻井液 泥页岩中粘土矿物带负电荷是引起粘土矿物水化分散，进而引起井下复泥页岩中粘土矿物带负电荷是引起粘土矿物水化分散，进而引起井下复杂情况的一个重要原因，如果能中和或减小粘土负电荷量，粘土水化分散必杂情况的一个重要原因，如果能中和或减小粘土负电荷量，粘土水化分散必然能得以控制。阳离子聚合物钻井液正是针对稳定粘土、防止粘土水化分散然能得以控制。阳离子聚合物钻井液正是针对稳定粘土、防止粘土水化分散而设计的。其主要原理是：由于阳离子聚合物分子中带有大量的正电荷，能而设计的。其主要原理是：由于阳离子聚合物分子中带有大量的正电荷，能够中和粘土表面的负电荷，降低粘土的水化和运移；同时，大分子阳离子聚够中和粘土表面的负电荷，降低粘土的水化和运移；同时，大分子阳离子聚合物还能包被岩屑，防止其分散，从而抑制地层造浆。实践表明，阳离子聚合物还能包被岩屑，防止其分散，从而抑制地层造浆。实践表明，阳离子聚合物稳定粘土能力强、加量少、效能高，适用于各种地层，具有良好的流变合物稳定粘土能力强、加量少、效能高，适用于各种地层，具有良好的流变性和良好的稳定井壁作用。这种钻井液主要处理剂有两个：性和良好的稳定井壁作用。这种钻井液主要处理剂有两个：（1） 粘土稳定剂粘土稳定剂(小阳离子小阳离子)。（2）包被絮凝剂）包被絮凝剂(大阳离子大阳离子)。3. 两性复合离子聚合物钻井液两性复合离子聚合物钻井液2005 2005 版权所有版权所有Copyright-DQPI Copyright-DQPI 夏慧芬夏慧芬 Daqing Petroleum Institute 六、六、 油基钻井液油基钻井液（1） 基油基油 目前普遍使用的基油为柴油和各种低毒矿物油。目前普遍使用的基油为柴油和各种低毒矿物油。（2）水相）水相（3）乳化剂）乳化剂（4）润湿剂）润湿剂（5）有机土和氧化沥青）有机土和氧化沥青（6）石灰）石灰 a. 维持油基钻井液中的维持油基钻井液中的pH值在值在8.510范围内以利于防止钻具腐蚀；范围内以利于防止钻具腐蚀； b. 提供的提供的Ca2+有利于二元金属皂的生成，从而保证所添加的乳化剂可充分发有利于二元金属皂的生成，从而保证所添加的乳化剂可充分发挥其效能；挥其效能； c. 可有效地防止可有效地防止CO2和和H2S等酸性气体对钻井液的污染。等酸性气体对钻井液的污染。（7）加重材料）加重材料