函授《钻井液工艺原理》综合复习资料2013.11.doc

钻井液工艺原理综合复习资料一、填空题 1、钻井过程可能遇到的复杂情况有 井漏 、井塌、井喷和卡钻。2、在钻井液中，重晶石用做加重剂，铁铬盐（FCLS）用做降粘剂，LV-CMC用做 降虑剂。3、一般而言，浅层泥页岩吸水后引起井径缩小，深层硬脆性泥页岩易产生 崩塌，导致井径扩大。4、粘土矿物的基本构造单元是硅氧四面体和铝氧八面体。5、钻井液的主要功能有 携带和悬浮岩屑、 稳定井壁平衡地层压力、 冷却润滑钻头具 、传递水动力等。6、常见粘土矿物有 蒙脱石 、伊利石 、 高岭土 等。7、粘土矿物的性质包括 带电型 、 水化膨胀性 、 表面吸附性等。8、粘土表面电荷的来源是 晶格取代 、 吸附作用 。9、油包水钻井的主要组成有 柴油 、 水、 乳化剂 、 润湿剂 等。10、粗分散钻井液体系有 钙处理钻井液 、 盐水钻井液 、 饱和盐水钻井液 等。11、胶体的稳定性取决于质点间吸引与排斥作用的相对大小，当质点间的斥力 大于 引力时，质点就稳定；当斥力 小于 引力时，质点就聚结。12、油气层敏感性评价包括 盐敏、水敏 和 盐敏 等。13、在钻井液中，重晶石用做 加重 剂，铁铬盐（FCLS）用做 降粘 剂，CMC用做 降失 剂。14、钻井液类型有 水基 、 油基 、 气体流体 等。15、粘土矿物1：1型基本结构层由 硅氧四面体 和 铝氧八面体 组成。16、CMC的两个主要性能指标是 聚合度 、 取代度 。17、预胶化淀粉抗温约 120 ，SMP抗温约 180 。18、 钻井液流变模式有 宾汉 、 卡森 、 冥律 等。19、要控制渗入地层的滤液量，就必须控制 动 滤失量；要控制泥饼厚度，就必须控制 静 滤失量。20、物质的分散度越高，单位体积内粒子数越 多 ，比表面积越 大 。21、高温对粘土的影响有 高温分散作用 和 高温表面钝化作用 。22、蒙脱石的层间引力主要是 分子间力 ，其水化分散性 强 ；高岭石的层间引力主要是 氢键 ，其水化分散性 差 。23、亲油的表面活性剂做乳化剂，易形成 W/O 型乳状液；亲水的表面活性剂做乳化剂，易形成 O/W 型乳状液。1、 晶格取代：粘土矿物中硅氧四面体中的硅和铝氧八面体中的铝分别被低价的离子取代，而使粘土矿物表面带负电的现象。2、 阳离子交换容量：在分散介质PH为7的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量3、晶层：四面晶体片为八面体晶片以适当的方式结合构成晶层4、造浆率：1吨干粘土能配制粘度为15mpa.s的钻井液的体积（m/T）5、DLVO理论：胶体的稳定性取决于质点间吸引与排斥作用的相对大小，当质点间的斥力大于引力时，质点就稳定；当斥力小于引力时，质点就聚结。6、重力稳定性：分散相粒子是否容易自动地聚结变大的性质7、动力稳定性：在重力作用下，分散相颗粒是否容易下沉的性质。8、剪切稀释性：在恒温恒压条件下，表现粘度随速度梯度的增加而降低的特性。9、表观粘度：钻井液剪切应力 与对应剪切速率 之比10、塑性粘度：塑性粘度是塑性流体流变曲线直线段斜率的倒数。11、动切力：指钻井液在层流流动时形成结构的能力。12、剪切速率：垂直于流速方向上单位距离内的流速增量。13、静切力：钻井液静止时，破坏钻井液内单位面积上的网架结构所需的剪切力。14、流变模式：钻井液的剪切应力与剪切速率之间的关系，15、流变方程：用数学关系式表示钻井液的剪切应力与剪切速率的关系16、滤失量：一定时间内，失水的多少叫做虑失量。17、滤失：在压力作用下，钻井液的自有水向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透。18、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上形成泥饼，这便是钻井液的造壁性。19、钻井液受侵：钻井过程中，常来自地层的各种污染物进入钻井液中，使其性能发生不符合施工要求的变化，这种现象常称为钻井液受侵。20、聚合度：聚合物分子中单体单元的数目。21、油气层损害：任何阻碍流体从井眼周围流入井底的现象，均称为油气层损害。22、水敏性损害：主要指矿化度较低的钻井液等外来流体进入地层后，引起粘土水化膨胀、分散和运移，进而导致渗透率下降的现象。23、酸敏性损害：酸化后导致油气层渗透率下降的现象。24、压差卡钻：是指钻具在井中静止时，在钻井液与地层孔隙压力之间压差作用下，紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻。25、井漏：是指在钻井、固井、测试等各种井下作业中，各种工作液在压差作用下漏入地层的现象。26、井塌：当地层坍塌压力大于钻井液液柱压力时，引起井壁垮塌从而导致井径扩大的现象。27、苯胺点：在标准试验条件下，石油产品与等体积的苯胺，在互相溶解形成的单一液相时的最低温度，叫做苯胺点。1、 简述产生选择性絮凝的原因答：选择性絮凝的机理是：钻屑和劣质土颗粒的负电性较弱，蒙脱石的负电性较强。选择性絮凝剂也带负电，由于静电作用易在负电性弱的钻屑和劣质土上吸附，通过桥联作用将颗粒絮凝成团块而易于清除；而在负电性较强的蒙脱土颗粒上吸附量较少，同时由于蒙脱土颗粒的静电排斥作用较大而不能形成实团块，桥联作用所形成的空间网架结构还能提高蒙脱土的稳定性。2、 简述钾基钻井液的特点答：是一种以各种高聚物的钾、铵、钙盐及氯化钾为主处理剂而配成的防塌水基钻井液。这种钻井液能控制钻井液造浆，降低失水率，使井壁得到了较好的保护，尤其是在不稳定的水敏性地层中可以较快形成泥饼，使钻井液的冲蚀作用得到最大改善，从而减少井壁垮塌。3、 简述粘土扩散双电层答：粘土颗粒因晶格取代等原因而带负电，吸附阳离子以维持电中性。在水中阳离子以扩散状态存在，粘土颗粒表面与分散介质之间形成扩散双电层，存在电动电位。4、 NaOH和Na2CO3分别在钻井液中的主要作用答：NaOH主要作用（1）用于调节钻井液的pH值；（2）与单宁、褐煤等酸性处理剂一起配合使用，使之分别转化单宁酸纳、腐殖酸纳等有效成分；（3）还可以用于控制钙处理钻井液中Ca2+的浓度等。Na2CO3的主要作用（1）能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为纳粘土；（2）能有效的改善粘土的水化分散性能，因此加入适量的Na2CO3可使钻井液的滤失量下降，粘度、切力增大；（3）在钻水泥塞或钻井液收到钙侵时，加入适量的Na2CO3使Ca2+ 沉淀成CaCO3,从而使钻井液的性能变好。5、 什么选择蒙脱土作钻井液配浆土？ 答：（1）蒙脱土为 1：1 型粘土矿物，晶层之间以分子间力联结，引力较弱，水易进入晶层导致粘土水化膨胀和分散；（2）蒙脱土晶格取代强，阳离子交换容量大，易导致粘土水化膨胀和分散。6、 分析水基钻井液遇盐侵后的现象及原因答：1现象：盐侵早期，钻井液粘、切上升，滤失量变化不大；随着盐侵的继续，钻井液粘、切急剧下降，滤失量急剧上升。 （2原因：盐侵早期，进入钻井液的盐量较少，钠离子压缩粘土颗粒的双电层，粘土颗粒之间斥力降低，结构增强；盐侵继续，进入钻井液的盐增多，粘土颗粒双电层被进一步压缩，小颗粒聚结成大颗粒。7、 比较细分散钻井液和粗分散钻井液答：（1）细分散型钻井液通过分散粘土来控制体系的流变性和滤失量，体系主要使用强分散型处理剂，体系中固含量高，滤失量较低，稳定井壁作用差，钻速低。体系成本低，但容易受到电解质污染。适用于淡水体系和高密度体系。 （2）粗分散钻井液含有抑制性处理剂或无机盐，能有效抑制钻屑和井壁的水化膨胀和分散，体系固含量低，稳定井壁效果好，钻速快，抗污染能力较强。8、 简述降粘剂及其作用机理答：（1）常用降粘剂有天然及改性产品如单宁类、木质素类和合成产品如烯类单体聚合物等。其分子中都含有吸附基团和水化基团，切两者有一定的比例。 （2）作用机理： a：增加粘土颗粒的电动电位，增加颗粒间静电斥力，削弱和拆散粘土颗粒间形成的网架结构； b：增加粘土颗粒水化膜厚度，增加颗粒间弹性斥力； c：与大分子竞争吸附，拆散粘土与大分子形成的网架结构。9、 简述CMC的降滤失作用机理答：（1）护胶作用 （2）物理封堵作用 （3）增加液相粘度的作用。10、 简述粘土颗粒带电的原因答：（1）晶格取代。 （2）颗粒表面羟基的解离。 （3）吸附离子。 11、 简述粘土扩散双电层答：粘土颗粒因晶格取代等原因而带负电，吸附阳离子以维持电中性。在水中阳离子以扩散状态存在，粘土颗粒表面与分散介质之间形成扩散双电层，存在电动电位。12、 钻井对钻井液造壁性的基本要求答：(1)滤失量适中： 一般地层 VAPI 10ml VHTHP 20ml 易塌地层 VAPI 5ml VHTHP 15ml (2）泥饼薄、致密、韧性好、摩阻小13、 分析粘土在水基钻井液中的作用答：（1）提供细颗粒，形成泥饼，降低滤失量； （2）增加钻井液粘度与切力，悬浮和携带固相； （3）与处理剂结合，发挥处理剂功用。14、 比较分散型钻井液和抑制性钻井液答：（1）分散型钻井液通过分散粘土来控制体系的流变性和滤失量，体系主要使用强分散型处理剂，体系中固含量高，滤失量较低，稳定井壁作用差，钻速低。体系成本低，但容易受到电解质污染。适用于淡水体系和高密度体系。 （2）抑制性钻井液含有抑制性处理剂或无机盐，能有效抑制钻屑和井壁的水化膨胀和分散，体系固含量低，稳定井壁效果好，钻速快，抗污染能力较强。 15、 简述铁铬盐的作用机理答：铁铬盐吸附在粘土颗粒上，使粘土颗粒电动电位升高，颗粒间斥力增大，拆散粘土颗粒之间的结构，从而使钻井液粘、切降低。 16、 写出宾汉模型的数学表达式并解释有关流变参数的意义。答：17、 简述塑性粘度和动切力的具体调整方法（包括降低和升高两种情况）答：塑性粘度： p ：加预水化般土，加增粘剂 增粘剂增粘机理：极性基团水化，降低自由水，与粘土形成网架结构，在粘土表面吸附，增加粘土体积分数。 p：使用固控设备，使用化学絮凝剂，加水稀释。 动切力：0 ：加预水化般土，加高分子聚合物，加适量的电解质。 0 ：加降粘剂，加水稀释，消除引起0 升高的电解质。18、 为什么要求钻井液具有较好的剪切稀释性？答：环形空间： 低， a大，有利于携带钻屑 钻头水眼： 大， a小，有利于水力破岩 19、 纯碱在钻井液中有哪些作用？答：（1）能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土；（2）能有效的改善粘土的水化分散性能，因此加入适量的Na2CO3可使钻井液的滤失量下降，粘度、切力增大；（3）在钻水泥塞或钻井液受到钙侵时，加入适量的Na2CO3使Ca2+沉淀成CaCO3，从而使钻井液性能变好。20、 简述钻井液性能和组成对钻速的影响规律答：（1）钻井液密度m对钻速的影响：m 钻速 （2）粘度对钻速的影响： 钻速 （3）滤失量对钻速的影响：瞬时滤失量 Vsp 钻速 （4）固相对钻速的影响 固相含量固相颗粒直径 亚微米（粒径1 m）颗粒含量 钻速 21、 粘土矿物的水化膨胀机理和种类（1）表面水化:由粘土晶体表面吸附水分子与交换性阳离子水化而引起的。（2）渗透水化 机理：当粘土表面吸附的阳离子浓度高于介质中浓度时，便产生渗透压，从而引起水分向粘土间层间扩散。22、 粘土颗粒的基本联结方式？钻井液中常见的网架结构类型？端-端、 端-面、 面-面。 23、 简述钻井液流变性与钻井的关系。（1）携带岩屑，保证井底和井眼的清洁； （2）悬浮岩屑与重晶石； （3）影响钻井速度 （4）影响井下安全 24、 钻井液保持弱碱性的主要原因（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。 25、 钻井液固相控制方法（1）机械固控：振动筛、除砂器、除泥器、离心机 （2）化学方法：使用絮凝剂 （3）加水稀释26、 钻井液固相对钻井速度的影响规律 相含量 固相颗粒直径 亚微米（粒径dp,无规线团封堵泥饼孔隙入口. 36、 什么叫流变模式？有哪些流变模式可用于钻井液？流变模式：描述 与 关系的数学关系式。 钻井液流变模式： （1） 、宾汉模式， （2） 、幂律模式， （3） 、卡森模式 37、 钻井液中固相有哪些分类方法？按来源，分为配浆粘土、岩屑、密度调整材料和处理剂中的固相物质等。 按密度，分为高密度固相和低密度固相。 按表面的化学活性，分为表面活性固相和表面惰性固相。 按在钻井液中有用与否，分为有用固相和无用固相。 按颗粒直径，分为胶体粒子、泥、砂等。 38、 什么叫钻井液絮凝剂？它分几类？它们是通过什么机理起絮凝作用的？（1） 、定义：是指能使钻井液中固相颗粒聚集变大的化学剂。 （2） 、类型：非离子型聚合物、阳离子型聚合物和阴离子型聚合物。 非离子型聚合物和阴离子型聚合物通过桥接-蜷曲的机理起絮凝作用。阳离子型聚合物除了上述絮凝机理外，还通过电性中和机理起作用。 39、 什么叫钻井液流变性调整剂？它分几类？它们是通过什么机理起调整钻井液流变性作用的？能够调整钻井液粘度和切力流变性性的添加剂叫钻井液流变性调整剂。分为降粘剂和增粘剂。 （1）降粘剂： 改性单宁：通过吸附和解离作用，将粘土颗粒形成的结构拆散，起到降低粘度和切力的作用。 改性木质素磺酸盐：通过氢键吸附，将粘土颗粒形成的结构拆散，起到降低粘度和切力的作用。 烯类单体低聚物：通过吸附作用，将粘土颗粒形成的结构拆散，起到降低粘度和切力的作用。 （2）增粘剂： 改性纤维素：通过分子中极性基团的水化和分子间的相互纠缠，对钻井液中的水起稠化作用； 通过在粘土颗粒表面吸附，增加粘土颗粒体积，提高其流动时所产生的阻力； 通过桥接，在粘土颗粒间形成结构，产生结构粘度。 正电胶：与粘土颗粒只形成结构，但不产生电性中和，因此不会引起粘土颗粒聚沉；在剪切应力作用下，结构易于破坏，使钻井液的剪切稀释性更加突出。 40、 什么叫钻井液润滑剂？它分几类？它们是通过什么机理起润滑作用的？能够改善钻井液润滑性能、降低摩擦阻力的化学添加剂称为钻井液润滑剂。 钻井液润滑剂一般分为两类，液体类（矿物油、植物油、表面活性剂等）和固体类（石墨、塑料小球、玻璃小球等） ，沥青类润滑剂 液体润滑剂的作用机理：矿物油、植物油、表面活性剂等主要通过在金属、岩石和粘土表面形成吸附膜，使钻柱与岩石接触产生的固-固摩擦，改变为活性剂非极性端之间或油膜之间的摩擦。从而使钻柱与岩石之间的摩擦阻力大大减小。 惰性固体类润滑剂的作用机理：固体类润滑剂能够在两接触面之间产生物理分离，其作用在摩擦表面上形成一种隔离润滑薄膜，从而达到减小摩擦、防止磨损的目的。多数固体类润滑剂类似细小滚珠，可以存在于钻柱与井壁之间，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而可大大降低扭矩和阻力。 沥青类润滑剂的作用机理：沥青类处理剂主要用于改善泥饼质量和提高其润滑性。沥青类润滑剂亲水性弱，亲油性强，可有效的涂覆在井壁上，在井壁上形成一层油膜。这样既可减少钻具对井壁的摩擦，又可减少钻具对井壁的冲击作用。 41、 什么叫解卡剂？它是怎样起解卡作用的？解卡剂是指能够降低滤饼与钻杆的摩擦系数从而达到解卡目的的化学剂。它通过降低滤饼与钻杆的摩擦系数，减小解除粘附卡钻所需的提力，而起解卡作用。 42、 渗透性地层、裂缝性地层和溶洞性地层的堵漏用什么堵漏材料？（1）渗透性地层堵漏：硅酸凝胶、铬冻胶、酚醛树脂等 （2）裂缝性地层和溶洞性地层堵漏：纤维性材料，颗粒性材料 43、 什么叫钻井液体系？钻井液体系分几类？钻井液体系是指一般地层或特殊地层钻井用的各类钻井液。 按分散介质分：水基钻井液、油基钻井液和气体钻井流体。 44、 什么叫页岩抑制剂？它分几类？它们是通过什么机理起抑制页岩作用的？能抑制页岩膨胀和（或）分散（包括剥落）的化学剂叫做页岩抑制剂。 包括： （1）盐，通过压缩页岩表面扩散双电层的厚度，减小 电位起稳定页岩的作用。 （2）阳离子型表面活性剂，主要通过活性作用部分的阳离子在页岩表面吸附，中和了页岩表面的负电性并使页岩表面反转为亲油表面而起稳定页岩的作用。 （3）阳离子型聚合物，主要通过中和页岩表面的负电性和在粘土片间通过桥接吸附其稳定页岩的作用。 （4）非离子型聚合物，浊点效应，析出的聚合物可以吸附在页岩表面，封堵页岩孔隙，减小页岩与水的接触面而其稳定页岩的作用。 （5）改性沥青，粘附在页岩表面，封堵页岩的孔隙，形成憎水油膜，减小页岩与水的接触而起稳定页岩的作用。 45、 什么叫油基钻井液？它分几类？如何配成？性能上有哪些特点？适合于钻哪些地层？以油做分散介质的钻井液，由油、有机土和处理剂组成。按水的含量分为纯油相钻井液和油包水钻井液两类。 纯油相钻井液具有耐温、防塌、防卡、防腐蚀、润滑性能好和保护油气层等特点，缺点是成本高、污染环境和不安全。适用于页岩层、岩盐层和石膏层的钻井，并特别适用于高温地层钻井和打开油气层。 油包水型钻井液具有纯油相钻井液的特点，但它的成本低于纯油相钻井液，与纯油相钻井液使用范围相同。 46、 什么叫水基钻井液？它分几类？如何配成？性能上有哪些特点？适合于钻哪些地层？是以水做分散介质的钻井液，由水、膨润土和处理剂配成。分为非抑制性钻井液和抑制性钻井液或水包油型钻井液和（水基）泡沫钻井液。 非抑制性钻井液适用在一般地层打深井和高温井，但不适合于打开油层、岩盐层、石膏层和页岩层。 抑制性钻井液： （1）钙处理钻井液适合石膏层的钻井； （2）钾盐钻井液适合页岩层的钻井； （3）盐水钻井液适合岩盐层、页岩层和岩盐与石膏混合层； （4） 硅酸盐钻井液适合石膏层、 石膏与页岩混合层； （5） 聚合物钻井液:阴离子型聚合物钻井液， 适用于井深小于 3500m，井温低于 150地层的钻井，阳离子型聚合物钻井液，适用于页岩层，两性离子型聚合物钻井液适用于页岩层，非离子型聚合物钻井液适用于海上钻井和页岩层钻井。 （6）正电胶钻井液，适用于水平井钻井和打开油气层。 水包油钻井液适用于易卡钻或易产生钻头泥包地层的钻井。 泡沫钻井液适用于低压易漏地层的钻井。 第四部分 计算题1、用重晶石（B=4.2g/cm3）把150 m3钻井液由密度1=1.10g/cm3加重到2=1.80g/cm3。试求：若最终体积无限制，需加入重晶石多少吨？若最终体积为150 m3，需加入重晶石多少吨？解：1）先求出加重后钻井液的体积所需重晶石质量为：2）先求应保留原浆的体积：V2=150m3,计算得V1=116.18m3所需重晶石质量为：2、使用范氏六速粘度计，测得某钻井液600rpm和300rpm时的读数分别为：600=30，300=21，且已知该钻井液为塑性流体。计算该钻井液的流变参数及表观粘度；计算流速梯度为650S-1时钻井液的表观粘度。3、取钻井液滤液10.00mL，用c（H2SO4）为0.06mol.L-1的硫酸溶液滴定。若用酚酞做酸碱中和指示剂，则当滴入硫酸溶液至12.50mL时变色；若用甲基橙做酸碱中和指示剂，则当滴入硫酸溶液至25.00mL变色，计算钻井液的酚酞碱度和甲基橙碱度，并说明钻井液碱性的来源。4、若测的某钻井液4min和16min的滤失量分别为5ml和8ml，试计算该钻井液的API滤失量和瞬时滤失量。解：API 滤失量和瞬时滤失量分别用 VAPI 、VSP表示，tmin 时的滤失量用 Vt表示则：（1） ， （2）两式联立得：瞬时滤失量 VSP=2mL，C=1.5， 则 API 滤失量5、测得某钻井液600rpm和300rpm时的读数分别为：600=30，300=21，若该钻井液为幂律流体，试计算该钻井液的流变参数。