钻井液

《钻井液工艺学》复习题

一、单项选择题

1、蒙脱石属于 C 层型粘土矿物。 A 1﹕1； B 1﹕2 ； C 2﹕1 ； D 2﹕2

2、伊利石晶层间作用力主要是 C 。 A 氢键力； B 色散力； C 静电力； D 诱导力

3、几种常见的粘土矿物中， B 的膨胀性最强。

A 高岭石；

B 蒙脱石；

C 伊利石；

D 绿泥石

4、高岭石属于 A 层型粘土矿物。 A 1﹕1 ；B 1﹕2； C 2﹕1 ；D 2﹕2

5、粘土矿物的基本构造单元是 A 。

A 硅氧四面体和铝氧八面体；

B 硅氧四面体片和铝氧八面体片；

C硅氧八面体和铝氧四面体； D硅氧八面体和铝氧四面体。

6、调整钻井液密度是为了 B 。

A 悬浮和携带

B 平衡地层压力

C 润滑

D 降低钻井液粘度

7、钻井液按密度大小可分为 C 。

A 淡水钻井液和盐水钻井液

B 水基钻井液和油基钻井液

C 加重钻井液和非加重钻井液

D 分散性钻井液和抑制性钻井液

8、钻井液中固相的类型有 B 。

A 无机固相和有机固相

B 活性固相和惰性固相

C 可溶固相和不溶固相

D 粘土和加重剂

9、决定钻井液中粘土颗粒间静电斥力的是 B 。

A 表面电位

B 电动电位

C 表面电荷

D 电解质

10、两个溶胶粒子之间的吸引力本质上是 C 。

A 水化膜

B 双电层

C 范德华力

D 静电作用

11、剪切应力和剪切速率的概念适用于 C 型流体。

A 活塞流

B 紊流

C 层流

D 牛顿流体

12、钻井液具有剪切稀释的原因是 C 。

A 内摩擦降低

B 形成结构

C 破坏结构

D 粘度降低

13、动滤失发生在 C 。 A 井底 B 上部井段 C 钻井液循环过程中 D 高温条件下

14、目前常用的改善钻井液润滑性的方法是 A 。

A 合理使用润滑剂

B 降低密度

C 加入粘土浆

D 降低滤失量

15、钻井液流变性的调整主要是调整钻井液的 C 。

A 粘度和密度；

B 粘度和滤失性；

C 粘度和切力；

D 粘度和润滑性

16、假塑性流体常用 A 来描述。

A 幂律模式

B 卡森模式

C 宾汉模式

D 牛顿模式

17、为防止粘卡，要求泥饼尽量 A 。 A 薄 B 厚 C 致密 D 坚韧

18、一般用 A 来衡量钻井液的触变性。

A 初切力和终切力的相对值

B 终切力的大小

C 初切力的大小

D 表观粘度

19、根据钻井液对触变性的要求，钻井液应形成 A 。

A 较快的弱凝胶

B 较慢的弱凝胶

C 较慢的强凝胶 D较快的强凝胶

20、塑性流体常用 C 来描述。

A 幂律模式

B 卡森模式

C 宾汉模式

D 牛顿模式

21、改性腐殖酸是钻井液 A 。

A 降滤失剂；

B 降粘剂；

C 絮凝剂；

D 防塌剂

22、天然沥青的防塌机理主要是 C 。

A 吸附

B 分散

C 封堵

D 润滑

23、几种常见无机盐中， B 的防塌性最强。

A 氯化钾

B 硅酸钠

C 石灰

D 纯碱

24、改性单宁是钻井液 B 。

A 降滤失剂；

B 降粘剂；

C 絮凝剂；

D 防塌剂

25、钻井液流变性的调整主要是调整钻井液的 C 。

A 粘度和密度；

B 粘度和滤失性；

C 粘度和切力；

D 粘度和润滑性

26、六偏磷酸钠通过 A 作用除钙。

A 络合

B 沉淀 C吸附 D 溶解

27、改性淀粉是钻井液 A 。 A 降滤失剂； B 降粘剂； C 絮凝剂； D 防塌剂

28、钻井液的盐侵一般通过 A 方式解决。

A 转化为盐水钻井液

B 加入除盐剂

C 加入纯碱

D 加入粘土浆

29、限制重铬酸盐在钻井液中应用的原因是 A 。

A 有毒

B 昂贵

C 效果差

D 不抗温

30、在钻井液中，重晶石用做 C 。

A 降滤失剂；

B 降粘剂；

C 加重剂；

D 防塌剂

二、多项选择题

1、粘土矿物颗粒的连接方式有 ABC 。

A 边－边连接

B 边－面连接

C 面－面连接

D 体－面连接

2、粘土矿物的性质有 ABCD 。 A 带电性 B 膨胀性 C 吸附性 D 聚集性

3、按分散介质的性质，可将钻井液分为 ABC 三种类型。

A 水基

B 油基

C 气体

D 泡沫

4、土颗粒带电的原因有 ABC 。

A 晶格取代

B 吸附

C 表面羟基反应

D 电场作用

5、溶胶的稳定性包括 AB 。

A 动力稳定性

B 聚结稳定性

C 布朗运动

D 沉降稳定性

6、电解质对水基钻井液性能的影响与 BC 因素有关。

A 电解质的酸碱性

B 电解质的浓度

C 反离子价数

D 温度

7、粘土在水基钻井液中的作用包括 ABC 。

A 提供细颗粒，形成泥饼，降低滤失量。

B 颗粒间形成结构，悬浮和携带固相。

C 与处理剂结合，赋予钻井液合适的流型，有利于稳定井壁。

D 平衡地层压力，稳定井壁。

8、选择蒙脱石作钻井液配浆土的原因是 ABC 。

A 蒙脱土为2:1型粘土矿物，晶层之间以分子间力联结，较弱。

B 蒙脱土晶格取代强，阳离子交换容量大。

C 蒙脱石在水中易水化膨胀、分散，造浆率高。

D 蒙脱土抗盐膏污染能力强。

9、粘土的水化包括 BC 。 A 自由水化 B 表面水化 C 渗透水化 D 吸附水化

10、影响粘土阳离子交换容量大小的因素有 ABC 。

A 粘土矿物的本性

B 粘土的分散度

C 溶液的酸碱度

D 温度

11、影响钻井液塑性粘度的主要因素有 ABC 。

A 固相含量

B 固相的分散度

C 液相粘度

D 无机盐

12、常见的流体有 ABCD 。

A 牛顿流体

B 塑性流体

C 假塑性流体

D 膨胀流体

13、常用的固体润滑剂有 ABC 。

A 塑料小球

B 玻璃小球

C 石墨

D 表面活性剂

14、影响泥饼渗透率的主要因素有 ABC 。

A 颗粒大小

B 颗粒形状

C 水化膜

D 液柱压力

15、钻井过程中常见的摩擦类型有 ABC 。

A 边界摩擦

B 干摩擦

C 流体摩擦

D 极压摩擦

16、降低钻井液滤失量的措施有 ABCD 。

A 使用膨润土造浆

B 提高钻井液碱性

C 加入降滤失剂

D 加入封堵剂

17、对钻井液泥饼的要求包括 ABC 。 A 薄 B 坚韧 C 致密 D 坚硬

18、降低塑性粘度的手段有 ABC 。

A 合理使用固控设备

B 加水稀释

C 加入化学絮凝剂

D 加入无机盐

19、钻井液的滤失包括 BCD 三种类型。

A 高压滤失

B 瞬时滤失

C 动滤失

D 静滤失

20、按作用机理钻井液润滑剂可分为 AB 两大类。

A 液体润滑剂

B 固体润滑剂

C 塑料小球

D 白油

21、有机处理剂通常可分为 ABC 。

A 天然产品

B 天然改性产品

C 有机合成化合物

D 环保产品

22、钻井液的pH值一般保持在8～10之间是为了 ABCD 。

A 增加钻井液中粘土的分散程度

B 适当控制Ca2+、Mg2+等离子的存在状态

C 减轻钻具腐蚀，铁的活性比氢强，容易与氢离子发生反应造成腐蚀

D 一些处理剂的要求，在弱碱性状态才能充分发挥作用。

23、决定钠羧甲基纤维素性质和用途的因素主要有 AB 。

A 聚合度

B 取代度

C 分子量

D 粘度

24、常规堵漏材料有 ABC 。

A 纤维状材料

B 颗粒状材料

C 薄片状材料

D 凝胶

25、影响高分子絮凝效果的原因有 ABCD 。

A 分子量

B 水解度

C 浓度

D pH值

26、降滤失剂的作用机理可以总结为 ABCD 。

A 吸附

B 捕集

C 增粘

D 物理堵塞

27、根据分子结构可将高分子分为 AB 。

A 线型高分子

B 体型高分子

C 支链高分子

D 水溶高分子

28、温度对钻井液中聚合物的影响主要有 AB 。

A 高温降解

B 高温交联

C 高温增稠

D 高温稀释

29、钙处理钻井液中钙的来源可以选 AB 。

A 石灰

B 石膏

C 石灰石

D 水泥

30、常用来提高钻井液pH值的物质为 AB 。

A 纯碱

B 烧碱

C 石膏

D 硫酸

31、提高钻井液有机处理剂抗盐能力的手段有 ABD 。

A 引入磺酸基

B 增加分子链的刚性

C 引入阳离子

D 加入合适的表面活性剂

32、提高钻井液有机处理剂抗温能力的手段有 ABD 。

A 引入磺酸基

B 分子链骨架为C链

C 引入阳离子

D 加入合适的表面活性剂

33、钻井过程可能遇到的复杂情况有 ABCD 。A 卡钻 B 井塌 C 井喷 D 井漏

34、温度对钻井液中聚合物的影响主要有 AB 。

A 高温降解

B 高温交联

C 高温增抽

D 高温稀释

35、细分散钻井液的典型组成为 ABC 。

A 淡水

B 配浆膨润土

C 分散剂

D 石灰

36、细分散钻井液的优点为 ABCD 。

A 配制方法简便、成本较低

B 泥饼较致密，韧性好，具有较好的护壁性

C 固相容量高，适于配制高密度钻井液

D 抗温能力较强

37、细分散钻井液的缺点为 ABCD 。

A 性能不稳定，容易受粘土和可溶性盐类的污染

B 钻井液抑制性能差，不利于防塌

C 体系中固相含量高，对机械钻速有明显的影响

D 不能有效地保护油气层

38、钻井液受钙侵后的处理方法为 BC 。

A 转换为盐水钻井液

B 转换为钙处理钻井液

C 加入除钙剂

D 加入石灰

39、不分散低固相聚合物钻井液提高钻速的原因是 ABC 。

A 固相含量低

B 亚微米颗粒含量少

C 剪切稀释性好

D 润滑性能好

40、高温对粘土的影响为 AB 。

A 高温分散

B 高温钝化

C 高温水化

D 高温交联

41、高分子处理剂高温降解可以表现为 ABC 。

A 主链断裂

B 亲水基团与主链连接键断裂

C 降低处理剂的亲水性

D 交联

42、硫化氢污染的后果为 ABC 。

A 毒害作用

B 对钻具的腐蚀

C 降低pH值

D 爆炸

43、油包水钻井液最基本的组成为 ABCD 。

A 基油

B 水相

C 乳化剂

D 稳定剂

44、常用钻井液固相控制设备包括 ABCD 。

A 振动筛

B 除砂器

C 除泥器

D 离心机

45、解除压差卡钻的方法有 ABC 。

A 用解卡液浸泡

B 用稀盐酸浸泡

C 降低钻井液密度

D 降低滤失量

46、钻井液的漏失分为 ABC 三种漏失。

A 渗透性漏失

B 裂缝性漏失

C 溶洞性漏失 D基质漏失

47、井壁不稳定表现为 ABC 三种基本类型。A 坍塌 B 缩径 C 地层压裂 D 井喷

48、与水基钻井液相比，油基钻井液的优点是 ABC 。

A 稳定井壁

B 抗污染

C 抗温

D 钻速快

49、温度对钻井液性能的影响与 ABCD 相关。

A 有机处理剂的类型

B 时间

C 含盐量

D pH值

50、阳离子钻井液的基本组成为 AB 。

A 泥页岩抑制剂

B 絮凝剂

C 磺化单宁

D 沥青

三、填空题

1、粘土矿物的基本构造单元是硅氧四面体与硅氧四面体晶片和铝氧八面体与铝氧八面体晶

2、粘土矿物的性质包括表面吸附性带电性、水化分散性、离子交换性、表面吸附性

3、钻井液的作用：（1）清洁井底，携带岩屑（2）冷却和润滑钻头及钻柱（3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁（4）平衡（控制）地层压力5）悬浮岩屑和加重剂

4、水泥浆作用包括固井和保护套管，保护高压油气层，封隔严重漏失层和其他复杂地层

5、常用的钻井液加重材料有重品石粉和石灰石粉和钛铁矿粉，铁矿粉等。

6、水泥浆组成是水、水泥、外加剂和外掺料。

7、钻井液的组成是液相、活性固相、惰性固相、各种钻井液添加剂

8、宾汉模式中的动切力反映了钻井液层流流动时粘土颗粒之间及高分子聚合物之间的相互吸引力。它受化学处理剂的影响，钻井液携带岩屑能力与动切力关系密切。

9、改性淀粉是钻井液降滤失剂、改性单宁是钻井液降粘剂、高粘CMC是钻井液耐高温降滤失剂，兼有降粘作用。

10、常用的页岩抑制剂类型有无机抑制剂、无机抑制剂。

11、常见的粘土矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石。

12、按分散介质的性质，钻井液可分为水基钻井液、油基钻井液、气基钻井液三种类型。

13、井壁不稳定的三种基本类型是指坍塌、缩径、压裂。

14、影响泥饼渗透率的主要因素有颗粒大小、颗粒形状、水化膜。

15、现场常用钻井液降滤失剂有油基钻井液降滤失剂、水基钻井液降滤失剂、高温抗盐降滤失剂、聚合物降滤失剂。

16、在钻井液中，重晶石用做加重剂，磺化褐煤用做稀释剂剂，NaOH用作 PH调节剂，塑料小球用作润滑剂。

17、粘土矿物1：1型基本结构层由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成。

18、钻井液流变模式有幂律模式、卡森流变模式、宾汉流变模式等。

钻井液流变性的调整主要调整钻井液的粘度和切力，主要通过调整钻井液中固相含量的方法来进行调整。

19、物质的分散度越高，单位体积内粒子数越小，比表面积越大。

20、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和分子间力，其水化分散性弱；

伊利石的层间引力主要是静电吸引力，其水化分散性弱。

21、一般来说，要求钻井液滤失量要小、泥饼要薄而致密。

22、影响钻井液塑性粘度的主要因素有固相含量、固相分散度、固相类型和液相粘度及温度。

23、现场钻井液常用四级固相控制设备指振动筛、旋流器、钻井液清洁器、离心机。

24、现场常用钻井液降滤失剂按原料来源分类有纤维素类、腐殖酸类、丙烯酸类聚合物、树脂类、淀粉类等。

25、宾汉模式中的塑性粘度反映了钻井液中液体本身的剪切作用固相颗粒间的机械摩擦力及固相颗粒与周围液相的机械摩擦力造成的钻井液对流体流动的阻力。对已知的钻井液体系来说，塑性粘度的变化就说明固相含量发生了变化

26、水基钻井液维持弱碱性的原因有：1.可减轻对钻具的腐蚀2.可预防因氢脆而引起的钻具和套管的损坏3.可以指钻井液中钙、镁盐的溶解

4.有相当多的处理剂需在碱性介质中才能发挥其功效。

四、名词解释

1、晶格取代:在粘土姐工种某些原子被其他化合价不同的原子取代而晶体骨架保持不变的现象。

2、阳离子交换容量:分散介质PH=7时，100g粘土所能交换下来的阳离子的毫摩尔数（以一价阳离子毫摩尔数表示）

3、粘土造浆率: 一吨干粘土能配制粘度为15mPa.s的钻井液的体积

4、钻井液碱度: 指单位体积水中能与强酸发生中和反应的物质总量，是水对酸的缓冲能力的一种度量，通常以酚酞碱度表示

5、钻井液触变性: 钻井液在复配的结构性溶液，在受剪切时切力自行降低（变稀），而静置后切力能自行恢复（变稠）的流体动力特性。

6、塑性粘度: 在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值。计量单位为“m Pa.s”。

7、钻井液的流变曲线: 描述剪切应力与剪切速率之间关系的曲线

8、流变模式:钻井液的剪切应力与剪切速率之间的关系，若用数学关系式表示。

9、钻井液剪切稀释特性: 塑性流体和假塑性流体的表观粘度随速度梯度的增加而降低的特性

10、钻井液絮凝剂: 起絮凝作用的钻井液处理剂。

11、页岩抑制剂: 凡是能有效地抑制页岩水化膨胀和分散，主要起稳定井壁作用的处理剂

12、抑制性钻井液:以页岩抑制剂为主要处理剂的水基钻井液，又称粗分散钻井液

13、水泥浆稠化时间: 水与水泥不断发生水化生成水化物的同时，水泥浆在初始具有流动性，以后随着继续水化，浆液发生聚结而变稠，直到形成凝胶物就停止流动。这种水泥的水化，凝结硬化的物理化学变化过程所需要的时间称为稠化时间

14、井漏: 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

15、剪切稀释特性；在恒温恒压条件下，表观粘度随速度梯度的增加而降低的特性

16、压差卡钻：又称泥饼粘附卡钻。是指钻具在井中静止时，在钻井业与孔隙压力之间的压差作用下，紧压在井壁泥饼上而导致的卡钻

17、剪切速率：垂直于流速方向上单位距离内的流速增量

18、动切力：指钻井液在层流流动是形成结构的能力

19、粘土的吸附性：指粘土中的物质在两相界面上自动浓集（界面浓度大于内部浓度）的现象

20、粘土的凝聚性；在一定条件下，粘土矿物颗粒在水中发生连结的性质

五、简答题

1、说明高岭石和蒙脱石的基本结构层和晶格取代情况。为什么高岭石为非膨胀型粘土矿物？蒙脱石为膨胀型粘土矿物？

高岭石的基本结构层由1个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片结合而成，属于1:1层型粘土矿物。高岭石很少晶格取代，例如硅原子为铝原子取代、铝原子为镁原子取代等，晶格取代的结果是使晶体的电价产生不平衡。

蒙脱石的基本结构层是有2个硅氧四面体和1个铝氧八面体片组成的，属于2:1层型粘土矿物。在这个基本结构层中，所有硅氧四面体的顶氧均指向铝氧八面体。铝氧四面体片与铝氧八面体片通过共用氧原子联结在一起。蒙脱石的晶格取代主要发生在铝氧八面体片中，由铁原子或镁原子取代铝氧八面体中的铝原子。硅氧四面体中的硅原子很少被取代。晶格取代后，在晶体表面可结合各种可交换阳离子。

高岭石属于非膨胀型粘土矿物，由于其具有上述晶体构造的特点，故阳离子交换容量小，水分不易进入晶层中间，为非膨胀型粘土矿物，其水化性能差，造浆性能不好。

蒙脱石晶层上下面皆为氧原子，各晶层之间以分子间力连接，连接力弱，水分子易进入晶层之间，引起晶格膨胀，更为重要的是由于晶

格取代作用，蒙脱石带有较多的负电荷，于是能吸附等电量的阳离子。水化的阳离子进入晶层之间，致使C轴方向上的间距增加，所以，蒙脱石是膨胀型粘土矿物，这就大大增加了它的胶体活性。

2、简述伊利石和蒙脱石在晶体结构、带电性以及水化特性方面的区别？

伊利石：三层型粘土矿物，其晶体构造和蒙脱石类似，基本结构层有2个硅氧四面体和1个铝氧八面体片组成的，属于2:1层型粘土矿物。主要区别在于晶格取代作用多发生在四面体中，铝原子取代四面体的硅。晶格取代作用可以发生在八面体中，典型的是Mg2+和Fe2+取代Al3+，其晶胞平均负电荷比蒙脱石高，产生的负电荷主要由K+来平衡。伊利石的晶格不易膨胀，水不易进入晶层之间，在其每个粘土颗粒的外表面却能发生离子交换。因此，其水化作用仅限于外表面，水化膨胀时，它的体积增加的程度比蒙脱石小的多。

蒙脱石：基本结构层是有2个硅氧四面体和1个铝氧八面体片组成的，属于2:1层型粘土矿物。在这个基本结构层中，所有硅氧四面体的顶氧均指向铝氧八面体。铝氧四面体片与铝氧八面体片通过共用氧原子联结在一起。蒙脱石晶层上下皆为氧原子，各晶层之间以分子间力连接，连接力弱，水分子易进入晶层之间，引起晶格膨胀，更重要的是由于晶格取代作用，蒙脱石带有较多的负电荷，于是能吸附等电量的阳离子。由于在蒙脱石结构中，晶层的两面全部由氧原子组成，晶层间的作用力为分子间力（不存在氢键），联结松散，水易于进入其中，另一个方面由于蒙脱石有大量的晶格取代，在晶体表面结合了大量可交换阳离子，水进入晶层后，这些可交换阳离子在水中解离，形成扩散双电层，使晶层表面带负点而互相排斥。

3、简述粘土扩散双电层。

从胶团结构可知，既然胶体粒子带电，那么在它周围必然分布着电荷数相等的反离子，于是在固液界面形成双电层。双电层中的反离子，一方面受到固体表面电荷的吸引，靠近固体表面，另一方面，由于反离子的热运动，又有扩散到液相内部去的能力。这两种相反作用的结果，使得反离子扩散地分布在胶粒周围，构成扩散双电层，在扩散双电层中反离子的分布是不均匀的，靠近固体表面处密度高，形成紧密层（吸附层）

4、粘土颗粒上电荷的来源。

粘土颗粒在水中通常带有负电荷，粘土晶体因环境的不同或变化，带有不同电荷，分为永久负电荷，正电荷，可变负电荷。（1）永久负电荷是由于粘土在自然界形成时发生晶格取代作用所产生的。（2）可变负电荷，粘土所带电荷的数量随介质的PH值改变而改变。（3）正电荷，当粘土介质的PH值低于9时，粘土晶体端面上带正电荷。

5、为什么选择蒙脱土作钻井液配浆土？

膨润土是水基钻井液的重要配浆原料，具有蒙脱石的物理化学性质，含蒙脱石不少于85%的粘土矿物。因为蒙脱石 1，晶格间距大，水分子已进入晶格，导致其易水化2，造浆率高3，CEC大（一般在70-130）

6、简述钻井液的基本功用。

携带和悬浮岩屑，稳定井壁和平衡地层压力，冷却和润滑钻头，钻具，传递水动力。

7、钻井液处理剂按所起作用分类通常分为哪几类？

降滤失剂，增粘剂，乳化剂，页岩抑制剂，堵漏剂，降粘剂，缓蚀剂，粘土类，润滑剂，加重剂，杀菌剂，消泡剂，泡沫剂，絮凝剂，解卡

剂，其他类。

8、钻井液通常使用哪些pH值控制剂？对比一下它们的特点。

添加适量的烧碱等无机处理剂提高PH值。烧碱易溶于水，溶解时放出大量的热，溶解度随温度升高而增大，水溶液呈强碱性。

使用酸式焦磷酸钠，CaSO4或CaCl2等无机处理剂降低PH值。焦磷酸钠外观无色玻璃状固体，有较强的吸湿性，易溶于水，在温水中溶解较快，溶解度随温度升高而增大。硫酸钙常温下溶解度较低，40°C以前溶解度随温度升高而增大，40°C以后随温度升高而降低，吸湿后结成硬块。氯化钙，外观无色斜方晶体，易潮解，易溶于水，溶解度随温度升高而增大。

9、简述纯碱在钻井液中的作用。

纯碱在水中容易电离和水解。其中电离和一级水解较强，所以纯碱水溶液中主要存在Na+，CO32-，HCO3-和OH-离子。纯碱能用过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为钠粘土，可有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入适量纯碱可使新浆的滤失量下降，粘度，切力增大。

10、举例说明钻井液降滤失剂的作用机理？

（1）纤维素类：钠羟甲基纤维素，即CMC。CMC在钻井液中电离生成长链的多价阴离子。其分子链上的羟基和醚氧基为吸附基团，而羟钠基为水化基团。羟基和醚氧基通过与粘土颗粒表面上的氧形成氢键或与粘土颗粒断键边缘上的Al3+之间形成配位键使CMC能吸附在粘土上，而多个羟钠基通过水化使粘土颗粒表面水化膜变厚，粘土颗粒表面电位的绝对值升高，负电量增加，从而阻止粘土颗粒之间因碰撞而聚结成大颗粒，并且多个粘土细颗粒会同时吸附在CMC的一条分子链上，形成布满整个体系的混合网状结构，从而提高了粘土颗粒的聚结稳定性，有利于保持钻井液中细颗粒的含量，形成致密的滤饼，降低滤失量。此外，具有高粘度和弹性的吸附水化层对泥饼的堵孔作用和CMC溶液的高粘度也在一定程度上起降滤失的作用。

（2）腐植酸类：褐煤碱液，含有多种官能团的阴离子型大分子腐植酸钠吸附在粘土颗粒表面形成吸附水化层，同时提高粘土颗粒的电位，因为增大颗粒聚结的机械阻力和静电斥力，提高钻井液的聚结稳定性，使其中的粘土颗粒保持多级分散状态，并有相对较多的细颗粒，所以能形成致密的泥饼，此外，粘土颗粒上的吸附水化膜具有堵孔作用，使泥饼更加致密。

腐植酸类还包括：硝基腐植酸钠，铬腐植酸，磺甲基褐煤。

（3）丙烯酸类聚合物：水解聚丙烯腈，可以看做是丙烯酸钠，丙烯酰胺和丙烯腈的三元共聚物。它处理钻井液的性能，主要取决于聚合度和分子中的羟钠基与酰胺基之比。聚合度高时，降滤失性能比较强，增强钻井液的粘度和切力，聚合物低时，降滤失和降粘减弱。

丙烯酸类聚合物还包括：PAC系列产品，丙烯酸盐SK系列产品。

（4）树脂类：磺甲基酚醛树脂，磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物，磺化褐煤树脂。

（5）淀粉类：羟甲基淀粉，羟丙基淀粉，抗温淀粉。

上述5类钻井液降滤失剂主要通过下列机理起降低钻井液滤失量的作用：

（1）增粘机理，上述5类钻井液降滤失剂都是水溶性高分子，它们溶在钻井液中可提高钻井液的粘度。

（2）吸附机理，上述5类钻井液降滤失剂都可通过氢键吸附在粘土颗粒表面，使粘土颗粒表面的负电性增加和水化层加厚，提高了粘土颗粒的聚结稳定性，使粘土颗粒保持较小的粒度并有合理的粒度大小分布，这样可产生薄而韧、结构致密的优质滤饼，降低滤饼的渗透率。（3）捕集机理，捕集是指高分子的无规线团通过架桥而滞留在孔隙中的现象。上述5类钻井液降滤失剂都是高分子，它们由许多不同相对分子质量的物质组成。这些物质在水中蜷曲成大小不同的无规线团。当这些无规线团的直径符合在滤饼孔隙中捕集的条件时，就被滞留在滤饼

的孔隙中，降低滤饼的渗透率，减少钻井液的滤失量。

（4）物理堵塞机理，对于dc大于dp的高分子无规线团，虽然它们不能进入滤饼的孔隙，但可通过封堵滤饼孔隙的入口而起到减少钻井液滤失量的作用。

11、简述预胶化淀粉的降滤失作用机理。

（1）调整泥饼中的颗粒粒度配比, 特别是保存易于流失的细粒子和超细粒子, 使滤饼

更加致密. （2）改变井壁的润湿性又兼有堵塞孔隙作用。（3）改性淀粉、水溶性纤维素类及合成水溶性高分子类聚合物.

12、钻井液无用固相对钻井速度有何影响？说明絮凝剂作用机理。

在低固相泥浆的基础上发展起来的,它与清水相比,具有较好的携带和悬浮岩屑的能力,且能在井壁上形成致密的吸附膜,具有一定的护壁能力；并有较好的润滑和减阻作用。它与含有粘土的泥浆相比,则有较低的密度,同时黏度也可调整,流动性很好,因而能提高孔底钻头的碎岩效率。无固相钻井液有利于保护油、气层,不会出现粘土颗粒堵塞油、气层和水锁效应的问题,会提高生产层的产率。

13、钻井液固相对钻井速度的影响规律以及举例说明絮凝剂作用机理？

当固相含量为零时钻速为最高，随着固相含量增大钻速度显著下降，特别是在较低固相量范围内钻速下降更快。在固相含量超过百分之10之后，对钻速的影响就相对较小了。钻井液中固相含量高可导致形成厚的滤饼，容易引起压差卡钻；形成的滤饼渗透率高，滤失量大，造成储层损害和井眼不稳定；造成钻头及钻柱的严重磨损，尤其是造成机械钻速降低。

14、钻井液宾汉流变模式及其相应流变参数的物理化学含义与调整？

宾汉塑性流体的流变方程表示为:

S= S0 + Lp C

式中: Lp ) 塑性黏度; S0 ) 屈服值。

塑性黏度和屈服值是用来表示宾汉塑性流体流

变性的两个流变参数, 其计算公式为:

Lp = H600 - H300 ( 1)

S0 = 0. 511(H300 - Lp ) ( 2)

塑性流体表观黏度又称有效黏度, 公式为:

La = ( 1 /2) H600

宾汉塑性模式的两个流变参数, 塑性黏度和屈服值均有较明确的物理意义, 它们分别反映了钻井液在层流流动时的黏度大小和网架结构的强弱, 所以在钻井液设计中, 要确定其合理范围。

15、为什么钻井作业要求钻井液具有良好的剪切稀释性？

剪切稀释性用动塑比来表示，动塑比越高表示钻井液剪切稀释性越强，为了保持在高剪切速率下有效地破岩和低剪切速率下携带钻屑，必须要求高的动塑比（钻头钻时阻力小，还空中能够悬浮钻屑。）

16、用漏斗粘度计检测钻井液的粘度有何优缺点？

优点：结构简单，适应性广，使用方便，能迅速测定浆液粘度的特点。材质为优质不锈钢经久耐用。

缺点：不能和旋转粘度计静切力和流变仪所测得数据直接对比。

17、降粘剂基本分类并举例说明其降粘作用机理？

1.采油用的稠油降粘剂（1）水溶性的稠油降粘剂易溶于水降低稠度（2）油溶性稠油降粘剂稀稀油，用稀油溶解降粘剂

2钻井液用降粘剂（1）分散型降粘剂（2）聚合物型降粘剂

18、举例说明钻井液用降粘剂降粘机理。

集中在保护粘土颗粒边缘的这些“活性点”，增强该处的负电效应，使体系无法形成网架结构。对已形成的网架结构，也随着因吸附降粘剂而在运动中被解体拆散。

一类是以聚磷酸盐为代表的降粘剂(如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠等)。它们电离后，这些盐的大量负离子吸附于粘土颗粒边缘铝的位置上，从而形成负电保护。另一类是以栲胶、单宁和铁铬木质素磺酸盐为代表。含有多个苯羟基或苯氧基，它们可与粘土颗粒边缘的铝原子在断键的位置上产生配位吸附，这种降粘机理可称为负电保护粘土边缘作用，这类降粘作用都不可避免地会发生分散粘土的效果，故这类降粘剂往往又可称为分散剂。

19、简述磺甲基单宁处理剂在钻井液中的降粘机理。

磺甲基单宁（代号SMT）俗名磺化单宁，也是一种改性的新型稀释剂，主要用作深井钻井液的稀释剂，抗温可达180-200度，磺化单宁在高温条件下，可有效地控制淡水钻井液的粘度切力，但抗盐、抗钙能力较差，磺化单宁使用时可直接加入到钻井液中，在PH值大于9时稀释效果较好，适用于淡水钻井液和一般钻井液。

20、简述磺化沥青的防塌机理。

1.浊点机理：当浆液温度超过仿磺化沥青在溶液相中的浊点范围之后,仿磺化沥青分子便聚集成塑性的胶束粒子,在井内液柱压力作用下被挤入井壁缝隙、孔喉或层理,并逐渐将其堵塞;同时相分离作用使胶束分子靠氢键作用粘附在页岩的表面,形成保护层,进一步抑制滤液的侵入而稳定井壁。

2.吸附机理：醚分子链自动在页岩表面发生强烈吸附,形成一层憎水性的分子膜,从而抑制页岩水化分散。该分子膜类似于油的半透膜,水可从页岩中排出,降低了页岩的膨胀压,相当于降低钻井液滤液的化学活性而稳定井壁或抑制钻屑分散。

21、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膨胀和分散作用的？

1无机抑制剂：包括石膏、芒硝、碳酸钾、氯化钾等

2有机抑制剂：包括（1）沥青类：如氧化沥青、磺化沥青、阳离子改性沥青、乳化沥青等

（2）有机硅类：如三氯甲基硅烷、硅氟（SF）及其改性制剂、腐植酸硅系复合物等；（3）环氧类聚合物：如环氧乙烷-环氧丙烷共聚物、环氧丙烷-聚苯乙烯共聚物等；（4）聚合醇类：如聚乙烯醇、聚丙烯醇等（5）聚酰胺和聚腈类：如聚丙烯酰胺、聚丙烯腈等；（6）腐植酸类：如腐植酸酰胺、腐植酸钾、腐植酸硅；（7）其他合成或共聚物。

22、试述常见卡钻类型及其发生机理。

卡钻类型：粘吸卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻、缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、

一粘吸卡钻。井壁是有滤饼的存在是造成粘吸卡钻的内在原因

二坍塌卡钻。1、地质方面的原因：⑴原始地层应力⑵地层的结构状态⑶岩石本身的性质⑷泥页岩孔隙压力异常⑸高压油气层的影响

2. 物理化学方面的原因：⑴水化膨胀⑵毛细管作用⑶流体静压力

3.工艺方面的原因：⑴钻井液液柱压力⑵钻井液的性能和流变性⑶井斜与方位的影响⑷钻具组合⑸钻井液液面下降

三砂桥卡钻。1在软地层用清水钻进，清水悬浮能力差，岩屑下沉，一旦停止循环时间较长，极易形成砂桥。2表层套管下得太少，松软地层暴露太多，这种地层总有渗透性漏失，钻井液渗入以后，破坏了地层的原有结构，一旦液柱压力稍有减少，就会发生局部坍塌，而形成砂桥。

四缩径卡钻1砂砾岩的缩径2泥页岩缩径3盐岩缩径4深部的石膏层5原以存在的小井眼6弯曲井眼7地层错动，造成井眼横向位移五键槽卡钻。井身轨迹不是一条直线而产生了局部弯曲，形成了狗腿。，由倾斜角变化产生的狗腿叫倾斜狗腿；由方位角产生的狗腿叫方位狗腿，实际井眼中的狗腿是这两种狗腿的综合体。

六泥包卡钻1钻遇松软而粘结性很强的泥岩时，岩层的水化力极强，切削物不成碎屑，而成泥团，并牢牢低粘附在钻头或扶正器周围。2钻井液循环排量太小，不足以把岩屑携带离井底，如果这些钻屑是水化力较强的泥岩，在重复破碎的过程中颗粒越变越细，吸水面积越变越大，最后水化而成泥团，粘附在钻头表面或锒嵌在牙轮间隙中。3钻井液性能不好，粘度太大，滤失量太高，固相含量过大，在井壁上形成了松软的厚泥饼，在起钻过程中被扶正器或钻头刮削，越集越多，最后把扶正器或钻头周围之间隙堵塞。4钻具有刺漏现象，部分钻井液短路循环，到达钻头的液量越来越少，钻屑带不上来，只好粘附在钻头上。

23、淡水钻井液受钙侵后的主要性能变化规律及其机理解释和调整？

钙离子能使钻井液失去悬浮稳定性。其原因主要是由于钙离子容易与钠蒙脱石中的钠离子发生离子交换，使其转化为钙蒙脱石，而钙离子的水化能力比钠离子要弱得多，因此钙离子会的引入使蒙脱石絮凝程度增加，只是钻井液的粘度、切力和滤失量增大。处理方法是：（1）在钻达含石膏地层前转化为钙处理钻井液；（2）使用化学剂将钙离子清除，通常是根据滤液中钙离子的浓度，加入适量纯碱除去钻井液中的钙离子。

24、简述钻井液中加入氯化钙后其粘度和滤失量的变化规律及其原因。

钻井液遇盐侵后粘度和滤失量均上升。

钻井液中Na+浓度不断增大，必然会增加粘土颗粒扩散双电层中阳离子的数目，从而压缩双电层，使扩散层厚度减小，颗粒表面的ξ电位

下降。在这种情况下，粘土颗粒间的静电斥力减小，水化膜变薄，颗粒的分散度降低，颗粒之间端-面和端-端连接的趋势增强。由于絮凝结

构的产生，导致钻井液的粘度和滤失量均逐渐上升。

25、若按用途，水泥浆外加剂与外掺料合在一起可分几类，写出它们的名称。

分为7类，分别是：水泥浆促凝剂、水泥浆缓凝剂、水泥浆减阻剂、水泥浆膨胀剂、水泥浆降滤失剂、水泥浆密度调整外掺料和水泥浆防漏外掺料。

26、什么叫水泥浆膨胀剂？有哪些水泥浆膨胀剂？它们通过什么机理使水泥浆体积膨胀？

水泥浆膨胀剂：能使水泥浆膨胀的药剂，

种类：半水石膏、铝粉、氧化镁

机理：水泥浆固化时，能产生轻度体积膨胀，克服常规水泥浆固化时体积收缩的缺点。

27、比较高岭石和蒙脱石的晶体构造、带电性及水化特性。

①高岭石的晶体构造为1:1型，蒙脱石的晶体构造为2:1型。

②高岭石很少发生晶格取代，属于非膨胀型粘土矿物，所带电荷很少；蒙脱石晶格取代主要发生在铝氧八面体上，可结合各种补偿阳离子，带电性较强。

③高岭石由于只有很少量的晶格取代，而层间存在氢键，所以不易水化膨胀；而蒙脱石层间主要为分子间力，较弱，易水化膨胀。

28、钻井液塑性粘度的影响因素及其调整。

①影响因素

a. 钻井液塑性粘度是指钻井液内部由于机械内摩擦引起的那部分粘度，它的主要影响因素有钻井液总固相含量、固相分散度、有机增粘剂以及温度等。

b. 影响规律为：固相含量增加，钻井液塑性粘度升高；固相分散度越大，塑性粘度越大；有机增粘剂含量越高，钻井液粘度也越大；温度升高，粘度下降。

②调整：塑性粘度太高：?????

??????????????????????化学絮凝剂离心机除泥器

除砂器振动筛机械法除去固相加水稀释

塑性粘度太低：增加膨润土含量，增加高聚物含量。

29、简述粘土在钻井液中的作用。

(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，发挥处理剂作用。

30、简述水基钻井液需维持较高pH值的原因。

（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）可抑制体系中对钙、镁盐的溶解。

31、为什么钻井作业要求钻井液具有良好的剪切稀释性？

环形空间：γ低，ηa大，有利于携带岩屑；

钻头水眼：γ大，ηa小，有利于水力破岩。

32、影响聚合物溶液粘度的因素有哪些？说明影响原因。

(1) 影响聚合物溶液粘度的因素很多,主要有pH 值、温度、矿化度、搅拌速度和搅拌时间等。

(2) 聚合物溶液具有很强的酸敏性,酸性条件下粘度很低,pH 在6~9 时具有较高的粘度值。因此,聚合物溶液的PH 值应控制在6~9 之间为宜。

(3) 聚合物溶液具有较强的热敏性,在配制时应尽量选择较低的温度,在15~30 ℃为宜。

(4) 聚合物溶液具有很强的盐敏性。一价阳离子钠离子、钾离子的降粘程度很相似; 二价阳离子钙离子，镁离子的影响大于一价阳离子钠离子、钾离子；三价离子铁离子、铝离子等对粘度的影响大于二价阳离子因此,配制时应严格控制盐的含量,钠离子、钾离子含量应控制在200 mg/L 以下,钙离子、镁离子的含量应控制在100 mg/L 以下,三价盐离子的含量应小于10mg/L 。总之,应当尽量用矿化度较低的清水配制,少用污水,以减少矿化度对粘度的影响。

(5) 聚合物溶液具有很强的速敏性,溶液的粘度随剪切速率的上升而下降。因此,配制时要选择尽量小的搅拌速度和尽量短的搅拌时间,搅拌速度应控制在150 r/min 以下,搅拌时间应不长于50 min 为宜。

33、你认为理想的钻井液应具有哪些功能或特点，并试述钻井液的发展趋势。

1、理想钻井液应具备的基本功能：

（1）良好的流变性（或剪切稀释特性），便于水力破岩、清洗井底、携带岩屑；

（2）较强的抑制性（或防止井壁坍塌的能力），抑制地层水化，防止井壁坍塌掉块；（3）具有较好的保护油气层的特性，对油气储层不会造成太大损害，降低产能；（4）环境可接受性（环保型），对周围环境和人类不会造成太大的伤害；

（5）其它，如良好的润滑性、合理的密度、尽可能低的滤失量等。

2、钻井液的发展趋势：

（1）环保型钻井液；

（2）保护油气层钻井液；

（3）强抑制性（防塌型）钻井液；

（4）特殊流变性钻井液；

（5）抗高温钻井液；

（6）复杂（苛刻）条件下钻井液体系等。