一
完井液的组成
完井液是由分散介质(连续相)、分散相和物理处理剂组成的分散体。诸如,以水为连续相的水基完井液是由水(淡水或盐水)膨润土、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系。以油为连续相的油包水完井液是由油(汽油或矿物油)、水滴(淡水或盐水)、乳化剂、润湿剂、亲油固体等处理剂所产生的黏稠液分散体系。
二
分散体系的分类
分散体系是指一种或多种物质分散在另一种物质中所产生的体系。被分散的物质称为分散相(不连续相),另一种物质称为分散介质(连续相)。热力学上把体系中化学性质和物理性质完全相同的均匀部份称为相。相与相之间有显著的相界面。诸如,膨润土颗粒分散在水底,膨润土颗粒为分散相,水为分散介质,粘土颗粒和水之间有显著的分界面;水滴分散在油中地层水的密度怎么算,水是分散相,油是分散介质,水滴和油之间有显著的分界面。
分散体系按分散相颗粒的大小分为以下几类:
1、分子分散体系。
分子分散体系是指溶质以小分子、原子或离子状态分散在溶剂中产生的体系,没有界面,是均匀的三相,其粒子半径在1nm以下。一般把这些体系称为真氨水。
2、胶体分散体系。
胶体分散体系是指分散相颗粒的半径大于100nm的分散体系。其目测是均匀的,但实际是相不均匀体系(也有将分散相颗粒的半径为1~的颗粒划入胶体范畴),如AgI溶胶等。
3、粗分散体系。
粗分散体系是指当分散相颗粒的半径小于100nm时,目测是浑浊不均匀体系,放置后会沉淀或分层,如混浊的湖水等。
钻探液中的分散相颗粒通常介于胶体分散体系与粗分散体系之间,其稳定性规律可以通过研究胶体体系稳定性规律来获得。
三
钻探液的分类
钻探液按密度可分为非加重钻探液和加重钻探液;按其与粘土水化作用可分为非抑制性钻探液和抑制性钻探液;按其液相浓度来分,将液相浓度较低的称为低液相钻探液,基本不含液相的称为无液相钻探液;按照分散(流体)介质不同,分为水基钻探液、油基钻探液、气体型钻探流体和合成基钻探液4种类型。

随着钻探液工艺技术的不断发展,钻探液的种类也越来越多,参考美国钻探液分类标准,在国外得到认可的主要有以下几种钻探液类型。
1.分散钻探液
分散钻探液是指用淡水、膨润土和各类对粘土与钻屑起分散作用的处理剂(简称分散剂)配制而成的水基钻探液。分散钻探液是出现最早、使用时间最长的一类钻探液。以其配制方式较简单、配制成本较低的优点沿袭至今。
分散完井液的主要特征:
①可容纳较多的液相,较适用于配制莱州度完井液。
②容易在坝体上产生较致密的泥饼,故其滤失量通常较低。
③某些分散完井液,如以酯化栲胶、磺化贫煤和胺基热固性树脂作为主处理剂的三磺钻探液具有较强的抗温能力,适用于在深井和超深井中使用。但与后出现的钻探液类型相比,因其液相浓度高,抑制性、抗污染能力较差,对提升钻速和保护油气层不利。
2.钙处理钻探液
钙处理钻探液的组成特征是体系中同时富含一定含量的Ca2+和分散剂。Ca2+通过与水化作用很强的钠膨润土发生离子交换,使一部份钠膨润土转变为钙膨润土,因而减小水化的程度。分散剂的作用是避免Ca2+造成体系中的粘土颗粒混凝过度,使其保持在适度混凝的状态,以保证钻探液具有良好、稳定的性能。这类钻探液的特征是:抗盐、钙污染的能力较强,而且对所钻基岩中的粘土有抑制其水化分散的作用,因而可在一定程度上控制页岩倒塌和井径扩大,同时能减少对油气层的损害。
3.盐水钻探液和饱和盐水钻探液
盐水钻探液是用盐水(或海水)配制而成的。盐的质量分数从1%(CI-的质量含量为6000mg/L)直到饱和(Cl-的质量含量为189000mg/L)之间均属于此种类型。盐水钻探液也是一类对粘土水化有较强抑制作用的钻探液。
饱和盐水钻探液是指钻探液中NaCl浓度达到饱和时的盐水钻探液体系。它可以用饱和盐水配成,也可先配成钻探液再加水至饱和。饱和盐水钻探液主要用于钻其他水基钻探液无法对付的大段盐矿层和复杂的盐膏层,也可以作为钻井液和修井液使用。
4.聚合物钻探液
聚合物钻探液是以个别具有混凝和包被作用的高分子聚合物作为主处理剂的水基完井液。因为这种聚合物的存在,体系所包含的各类液相颗粒可保持在较粗的细度范围内,同时,所钻出的岩屑也因及时遭到包被保护而不易分散成微细颗粒。
5.钾基聚合物钻探液
钾基聚合物钻探液是一类以各类聚合物的钾盐和KCl为主处理剂的防塌完井液。在各类常见无机盐中,KCl抑制粘土水化分散的疗效最好;因为使用了聚合物处理剂,这类完井液又具有聚合物完井液的各类优良特点。为此,在钻遇泥页岩基岩时,用这些完井液可以取得比较理想的防塌疗效。
6.油基完井液

油基完井液是以油(汽油或矿物油)作为连续相,水或亲油的固体(如有机土、氧化沥青等)作为分散相,并添加适量处理剂、石灰和加重材料等所产生的分散体系。水的容积分数在5%以下的普通油基完井液已较少使用,主要使用的是油底泥积比在(50~80)∶(50~20)范围内的油包乳液化完井液。与水基完井液相比,油基完井液的主要特征是能抗低温,有很强的抑制性和抗盐、钙污染的能力,润滑性好,并可有效地减少对油气层的损害等。因而,这类完井液已成为钻深井、超深井、大位移井、水平井和各类复杂土层的重要技术手段之一。并且,因为其配制成本较高,以及使用时会对环境导致一定污染,使其应用遭到一定的限制。
7.二氧化碳型钻探流体
二氧化碳型钻探流体是以空气或天然气为流动介质或分散有二氧化碳的钻探流体。二氧化碳型钻探流体主要适用于钻低压油气层、易漏失基岩以及个别稠油油藏。其特性是密度低,钻速快,可有效保护油气层,并能有效避免井漏等复杂情况的发生。一般又将二氧化碳型钻探流体分为以下4种类型∶
(1)空气或天然气钻探流体。
空气或天然气钻探流体即钻探中使用干燥的空气或天然气作为循环流体。其技术关键在于必须有足够大的注入压力,以保证有能将全部钻屑从井底携至地面的环空流速。
(2)雾状钻探流体。
雾状钻探流体即少量液体分散在空气介质中所产生的雾状流体,是空气与泡沫钻探流体之间的一种过渡方式。
(3)泡沫钻探流体。
钻探中使用的泡沫是一种将二氧化碳介质(通常为空气)分散在液体中,并添加适量发泡剂和稳定剂而产生的分散体系。
(4)充气钻探液。
有时为了减少钻探液的密度,将二氧化碳(通常为空气)均匀地分散在钻探液中,便产生充气钻探液。混进的二氧化碳越多,钻探液的密度越低。
8.合成基钻探液
合成基钻探液是以人工合成的有机化合物作为连续相,盐水作为分散相,并富含乳化剂、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻探液。因为使用无毒而且还能生物降解的非水溶性有机物代替了油基钻探液中一般使用的汽油,因而这类钻探液既保持了油基钻探液的各类优良特点,同时又能大大减少钻探液排放时对环境导致的不良影响,尤其适用于海上钻探。
9.保护油气层的钻探液(压裂液)
保护油气层的钻探液是在储层中躲进时使用的一类钻探液。当一口井钻达目的层时,所设计的钻探液除了要满足钻探工程和地质的要求,并且还应满足保护油气层的须要。诸如,钻探液的密度和流变参数应调控至合理范围地层水的密度怎么算,滤失量尽可能低,所选用的处理剂应与油气层相配伍,以及选用适合的暂堵剂等。
10.不侵入基岩钻探液
不侵入基岩钻探液是20世纪90年代发展上去的一种新型钻探液,也可作为钻井液或修井液使用。其特征是通过使用加入到水基或油基钻探液中的专用聚合物型添加剂,使聚合物络合物在竖井周围一定深度的岩体产生一个具有一定硬度的封堵层。
