《复杂情况下的钻井液技术剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复杂情况下的钻井液技术剖析（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,1,泥浆塘沽基地系列培训教材,复杂情况下的钻井液技术,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,2,井漏、井塌、井喷、卡钻是钻井工程中常见的复杂情况 其发生直接或间接地与钻井液工艺技术有关 一般需通过钻井液工艺技术解决这些井下复杂情况 如何预防和处理这些井下复杂体现了钻井液工艺技术水平,前 言,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,3,一、井漏 井漏定义及危害,概念 各种井下作业（钻井、固井、测试或修井等）时，各种工作液（包括泥浆、水泥浆、完井液及其它液体等）在压差作用下漏进地层的一种井下复杂情况。,危害 损失钻井时间，延长钻井周期 损失大量钻井液
2、原材料 产层漏失会严重损害产层 诱发其它井下事故 干扰钻井液性能的正常维护处理 干扰地质录井工作,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,4,我国防漏堵漏技术的发展,特点： 大力发展堵漏剂和相应的工艺技术（几大类数十种堵漏材料） 开始重视对井漏的预防 漏层地质特性、漏失机理和漏层测试手段的研究开始起步 堵漏试验设备及工具的研究已经展开,发展历程： 见漏就堵、以堵为主，堵漏效率较低的初始阶段 以堵为主、堵防结合，防漏堵漏技术的发展阶段 以防为主、堵防结合，防漏堵漏工作进入科学发展阶段,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,5,发生井漏的基本条件,存在正压差 存在漏失通道及较大的足够容纳液体
3、的空间 通道的开口尺寸大于外来工作液中固相的粒径 -均可由于人为原因而产生,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,6,自然漏失通道,粘土岩 砂砾岩 浅层、中深井段未胶结或胶结差的未成岩的砂砾层 中、高渗透砂砾岩层 中深井段、深井段经成岩作用低孔、低渗的砂砾岩层 碳酸盐岩 火成岩 变质岩 烧变岩（煤层）,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,7,人为漏失通道,外力大于地层岩石破裂压力造成岩石破碎所形成的诱导裂缝 外力造成闭合裂缝的开启所形成的诱导裂缝 裂缝可分为垂直裂缝（70-90o）、斜交裂缝（20-70o）、水平裂缝（0-20o）、网状裂缝,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,
4、8,井漏分类（按漏失通道形态分）,渗透性漏失，漏速0.54方/小时，一般在强渗透及胶结差的地层 裂缝性漏失，漏速几几百方/小时，一般在天然或人为裂缝地层 溶洞漏失，常有进无出，多发生在多洞穴石灰岩白云岩地层,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,9,井漏的予防,合理泥浆密度 合理套管程序 尽可能使用低密度，低切力，低粘度泥浆 备堵漏材料 减少压力激动（慢开泵，下钻慢，分段循环等） 低返速带砂 防止环空堵塞和缩径 提高地层承压能力,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,10,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,11,漏层位置确定方法,水动力学测试法 测井温法 放射性示踪测试法 电阻
5、测井法 传感器法 流量计法 自动测漏仪等,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,12,测井温法原理,温度,井深,钻井液循环温度,地层温度,漏层,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,13,堵漏材料（按作用机理分）,桥接堵漏材料 高失水堵漏材料(Diacel, Z-DTR, DTR, DCM堵漏剂） 暂堵材料（用于产层堵漏） 化学堵漏材料（高分子、高分子与无机胶凝物混和物、泥浆加固化剂） 无机胶凝堵漏材料（水泥浆） 软（硬）塞类堵漏材料（柴油膨润土浆、剪切稠化浆、重晶石塞）,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,14,堵漏方法,起钻静止堵漏 桥接材料堵漏法 暂堵法 高失水浆液堵漏法
6、PAM絮凝物和胶联物堵漏 复合堵漏法 强行钻进套管封隔漏层 注水泥浆 尼龙水泥袋堵溶洞漏失等,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,15,复合堵漏法的常用复合方式,复合方式 化学凝胶+水泥浆 桥堵泥浆+水泥浆 高失水堵剂混桥接剂 暂堵剂混桥接剂 化学胶凝混桥接剂 单封混桥接剂 单封混高失水堵剂 柴油膨润土浆+屏蔽暂堵剂,处理对象 水层漏、严重井漏 大裂缝漏失 大裂缝漏失 产层、大裂缝漏失 水层、大裂缝漏失 一般孔隙性、裂缝性漏失 较大孔隙性、裂缝性漏失 低压高孔渗砂岩水层漏失,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,16,调整井井漏预防技术,钻调整井前调整地层孔隙压力 分区块提前降压 注
7、水井控制注水量 注水井关井停止注水 注水井停止注水并放溢流 钻泄压井对高压层进行泄压 提高低压层的地层孔隙压力 应用两个压力剖面优选井身结构、泥浆密度及类型 全井泥浆预先加堵漏剂防漏 先期堵漏,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,17,二、井眼不稳定(井塌),所钻地层约3/4为泥页岩 约90%的井眼稳定问题发生在泥页岩井段 盐膏层、白云岩等也可能失稳 每年因此造成的损失约5亿美元 井壁稳定问题一般指泥页岩的井壁稳定问题,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,18,井眼不稳定的表现形式及危害,表现： 向井眼塑性流动，缩径 剥落掉块 坍塌，扩径,危害： 不能正常钻井 正常钻井时增加环空岩
8、屑量，提高粘度、切力、当量密度等，降低钻速 造成卡钻，井漏等井下复杂 井径不规则，影响固井质量 影响测井和录井 影响泥浆性能维护,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,19,井眼不稳定的判断,岩屑比正常情况下多 砂样代表性不好 起下钻遇阻，遇卡 下钻不到底（有大段沉砂），需划眼 蹩钻，跳钻严重 实测井径,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,20,泥页岩的组成,粘土矿物： 蒙脱石 高岭石 伊利石 绿泥石 间层粘土 蛋白石等,非粘土矿物： 石英 长石 白云石 方解石 云母等,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,21,泥页岩组构,各组分的微结构 组分间的关系 孔隙大小 裂缝发育情况
9、与井壁稳定性密切相关,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,22,沉积过程,随埋深增加，上覆岩石压力增大 （1）岩石硬度、强度增大 （2）粘粒表面的水被挤出 a.形成异常高压层 b.接触钻井液时重新水化 （3）随温度压力和沉积环境的变化，粘土矿物可能发生转变,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,23,井塌的原因,地质方面： 异常地层压力 构造应力大（地应力大） 地层倾斜等 泥页岩水化： 水化膨胀压改变井周应力分布 降低岩石强度 削弱粒间连接，造成剥落掉块 钻井工艺方面： 泥浆液流冲蚀 抽吸作用 钻柱碰撞井壁 由于起钻未灌泥浆、井漏、井喷等引起,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006
10、,24,不稳定的三种可能机理,构造应力,非正常 孔隙压力,裂缝,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,25,关于泥页岩水化,表面水化： 驱动力：表面水化能（为主）、范德华力、 静电引力 特点：作用距离短，膨胀压大，体积膨胀小 渗透水化： 驱动力：双电层斥力（为主）、渗透压力 特点：作用距离长，体积膨胀大，膨胀压小，达平衡慢，电解质影响显著,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,26,泥页岩分类（按坍塌原因分）,软胶泥页岩 具有应力和压力的页岩 水敏性硬质页岩 具有微裂缝的页岩,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,27,我国井壁不稳定地层分类,1.胶结差的砂、砾、黄土层 钻井液技术
11、要点：一般采用高粘切、高膨润土含量的膨润土浆或正电胶膨润土浆。 2.层理裂隙不发育、软的砂岩与泥页岩互层 易膨胀强分散的砂岩与泥页岩互层 （强包被聚合物钻井液，改善泥饼质量） 不易膨胀强分散的砂岩与泥页岩互层 （强包被聚合物、聚磺钻井液，紊流带砂，加强固控） 中等分散砂岩与泥页岩互层 （阴离子、两性离子、阳离子聚合物钻井液）,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,28,我国井壁不稳定地层分类,3.层理裂隙发育的泥页岩 易膨胀强分散泥页岩（强抑制、有效封堵） 易膨胀中等至弱分散泥页岩（强抑制、强封堵） 弱膨胀弱分散泥页岩（强封堵） 钻井液技术要点： a.合理钻井液密度； b.采用沥青类、植物
12、油渣、磺化酚醛树脂、褐煤类等处理剂封堵层理、裂隙，阻止滤液进入； c.降低高温高压滤失量与泥饼渗透性,pH值低于9； d.依据地层矿物组分与理化性质选钻井液类型； e.选用合适泵量与环空返速，即保证带砂又呈层流以减少冲刷。,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,29,我国井壁不稳定地层分类,4.含盐膏地层 纯厚盐膏层 钻井液技术要点： 合理密度的欠饱和、饱和盐水钻井液，防缩径、防盐溶解扩径、防蠕变。 盐、膏、泥复合地层 钻井液技术要点： 抑制性强的饱和盐水钻井液、油包水钻井液，合理密度防缩径，封堵泥页岩防井塌，合理返速及流变参数，性能稳定。,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,30,
13、我国井壁不稳定地层分类,5。裂隙发育的特种岩性地层 裂隙发育、破碎，如煤层、玄武岩、辉绿岩、凝灰岩、灰岩等 钻井液技术要点： 合理钻井液密度；依据夹层粘土矿物选钻井液类型，一般选强抑制强封堵的体系，适当提高返速与粘切以带砂和坍塌物，但应避免紊流冲蚀。,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,31,我国井壁不稳定地层分类,6。强地应力作用下的深层硬脆性砂岩、泥页岩地层 特点：深层、强地应力、大多裂隙发育、粘土矿物以伊利石、伊蒙有序间层为主，不易膨胀不易分散，岩石可钻性大于6级。 钻井液技术要点： 合理密度，提高封堵能力，适当提高抑制性，高温高压下合适的流变性和优良失水造壁性。,COPYRIGH
14、T:泥浆塘沽基地2006,32,钻井液与泥页岩间的传递作用,驱动力：水力压差、化学势差、温度差、电势差 规律：泥页岩中压力传递速度比溶质和离子扩散速度快1-2个数量级；后者又比钻井液滤液的达西流快1-2个数量级 钻井液液相进入地层，引起地层孔隙压力、膨胀压力升高，降低岩石强度，改变其力学性能是造成井壁不稳定的主要原因,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,33,井壁稳定的力学化学藕合研究,热弹性比拟法 89年Texas大学的C.H.Yew和M.E.Chenvert提出,据热弹性力学理论,对泥页岩水化产生的力学效应建立定量化模型;其关键是如何准确获得近井壁的含水量分布和岩石弹性模量随含水量的
15、关系. 水分子自由能热动力理论法 93年F.K.Mody和A.H.Hale基于钻井液与泥页岩间水分子自由能差的热动力学理论,将水化引起的应力变化同力学作用引起的应力变化结合起来，该理论认为；化学势差驱使自由水进出泥页岩，改变井壁的孔隙压力，从而影响井壁的有效应力。关键：如何准确测定井壁泥页岩中水的活度。,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,34,解决井壁不稳定的钻井液技术思路,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,35,封堵粒子类型与尺寸选择,1、原则：遵循2/3架桥和1/2填充规则，再加上变形密封原理。 2、关键：第一级架桥粒子和最后一级填充粒子。 3、类型： 非油气层采用沥青、聚
16、合醇类产品； 油气层采用无荧光封堵剂。,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,36,防塌钻井液材料分类,聚合物类（如聚丙烯酰胺） 可分散沥青及油渣类 封堵微裂缝，阻止水进入，提高泥饼质量 无机电解质类kcl ,koH, K2CO3 ,K2SiO3, Na2SiO3, (NH4)2SO4 , NaCL ,CaO, CaCL2等 页岩抑制剂类（多为复配产品） 有机盐，如：KCOOH, NaCOOH 聚合醇、甘油、PPG等 甲基葡萄糖甙,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,37,防塌钻井液体系,油基钻井液 水基钻井液： 低失水高矿化度水基泥浆 钾基泥浆 钾石灰泥浆 有机硅钻井液 硅酸盐泥浆 饱和盐水泥浆 两性离子聚合物钻井液 正电胶泥浆 阳离子聚合物钻井液 聚合醇类泥浆 甲基葡萄糖甙钻井液 甲酸盐泥浆 多元醇树脂钻井液 聚磺泥浆 合成基钻井液,COPYRIGHT:泥浆塘沽基地2006,38,1类： 无抑制性分散型水基钻井液，有铁络盐钻井液，石膏钻井液，
