第1章钻井液完井液化学.doc

第1章 钻井液完井液化学 1.1粘土胶体化学基础 3 1.1.1粘土矿物的基本构造单元 3 1.1.2高岭石 4 1.1.3叶腊石、蒙脱石、伊利石 4 1.1.4粘土—水界面双电层 6 1.1.5粘土的水化作用 8 1.1.6粘土—水悬浮体的稳定性 10 1.1.7凝胶 12 1.2钻井液的性能 13 1.2.1钻井液密度 13 1.2.2钻井液的流变性 14 1.2.3钻井液的滤失性 17 1.2.4钻井液的润滑性能 20 1.2.5钻井液的PH值与碱度 23 1.2.6钻井液的抑制性 25 1.3泥浆处理剂及其作用原理 26 1.3.1无机处理剂 26 1.3.2有机降粘剂 28 1.3.3有机降失水剂 31 1.3.4增粘剂 36 1.3.5油层保护剂 36 1.3.6表面活性剂 37 1.4常用的钻井液体系 42 1.4.1分散性钻井液 42 1.4.2无机盐抑制性钻井液 46 1.4.3聚合物钻井液体系 51 1.5完井洗井液及腐蚀 57 1.5.1钻井液对油气层的不良影响 57 1.5.2钻开油气层的洗井液 58 1.5.3封闭液 59 1.6高温对钻井液性能的影响 61 1.6.1高温水基泥浆的主要特点 62 1.6.2高温对泥浆中粘土的作用 65 1.6.3高温对处理剂及其作用效能的影响 70 参考文献 74 钻井液完井液化学是研究钻井液及完井液的配制、组成、性能、维护以及相关化学反应的学科，涉及到粘土矿物学、表面化学、高分子材料、石油工程等相关学科，它是一门涉及多个领域的边缘科学、实验科学、工程科学。 钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称为钻井泥浆，或简称泥浆。钻井液的循环是通过泥浆泵来完成的。从泥浆泵排出的高压钻井液通过地面高压管汇、立管、水龙带、水龙头、方钻杆、钻杆、钻挺到钻头，从钻头喷嘴喷出，以清洗井底并携带岩屑，然后再沿着钻杆与井壁(或套管)形成的环形空间向上流动，在达到地面后经排出管线流入泥浆池，经各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入泥浆泵循环使用。 钻井液的种类很多，分类也很复杂，通常把钻井液分为水基泥浆和油基泥浆两大类。水基泥浆是由膨润土、水(或盐水)、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多分散体系；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、润湿剂、亲油的固体颗粒(有机土、氧化沥青等)、石灰和加重材料等形成的乳状液体系。 钻井液工艺技术是油气钻井工程的重要组成部分。随着钻井难度的逐渐增大，该项技术在确保安全、优质、快速钻井中起着越来越重要的作用。钻井液最基本的功能有以下几点： (1)携带和悬浮岩屑。 钻井液首要和最基本的功能，就是通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的岩屑携带至地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻井。在接单根、起下钻或因故停止循环时，钻井液中的固相颗粒不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。 (2)稳定井壁和平衡地层压力。井壁稳定、井眼规则是实现安全、优质、快速钻井的基本条件。性能良好的钻井液应能借助于液相的滤失作用，在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳固已钻开的地层并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。与此同时，在钻井过程中需要不断调节钻井液密度，使液柱压力能够平衡地层压力，从而防止井塌和井喷等井下负责情况的发生。 (3)冷却和润滑钻头、钻具。在钻井过程中钻头一直在高温下旋转并破碎岩层，产生很多热量，同时钻具也不断地与井壁摩擦而产生热量。正是通过钻井液不断的循环作用，将这些热量及时吸收，然后带到地面释放到大气中，从而起到冷却钻头、钻具，延长其使用寿命。由于钻井液的存在，使钻头和钻具均在液体中旋转，在很大程度上降低了摩擦阻力，起到了很好的润滑作用。 (4)传递水动力。钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，从而提高了钻井速度和破岩效率。高压喷射钻井正是利用这一原理，使钻井液所形成的高压射流对井底产生强大的冲击力，从而显著提高了钻速。使用涡轮钻具钻进时，钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片，使涡轮旋转并带动钻头破碎岩石。 为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求；为了满足地质上的要求，所使用的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层的评价；此外，钻井液还应该对钻井人员及环境不发生伤害和污染，对井下工具及地面装备不腐蚀或尽可能减轻腐蚀。 1.1粘土胶体化学基础 粘土作为最基本的配浆材料，其晶体结构和性质对钻井液的性能有十分重要影响；地层中含有大量粘土，井壁稳定、油气层保护均与地层中的粘土矿物类型和特性密切相关。 粘土主要由细粒状的具有晶体结构的粘土矿物组成的颗粒聚