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1、钻井泥浆技术服务公司 钻井液维护及处理 一 基本概念二 油田常用钻井液特性三 钻井液处理剂简介四 常规性能的意义五 单井钻井液维护处理六 钻特殊地层的钻井液准备及处理七 从钻井液的变化了解井下情况 基本概念 钻井液 对用于钻井作业过程中循环流体的总称 其主要功能包括平衡地层压力 净化井眼 稳定井壁 冷却钻头 润滑钻柱和钻头 按照API标准 钻井液分为油基钻井液 水基钻井液 气基钻井液和合成基钻井液四大类型 钻井液体系 为满足钻井工艺要求及适应地层特性而设计的一套钻井液配方及维护工艺 油基钻井液 以油为连续相的钻井循环流体 包括柴油基钻井液 轻质原油基钻井液 白油基钻井液等 水基钻井液 以水为连
2、续相的钻井循环流体 按不同分类方式分为淡水钻井液和盐水钻井液 粗分散钻井液和细分散钻井液 低固相钻井液和高密度钻井液等 气基钻井液 以气体为连续相的钻井循环流体 常用的气基钻井液包括空气 氮气 天然气 二氧化碳气等 合成基钻井液 以人工合成或改性有机合成材料为连续相的钻井循环流体 主要包括酯基 聚 烯烃 醚基 线性石蜡等 油田常用钻井液及其特性 大港油田自六四年建厂以来 为了满足勘探开发的需要 随着钻井技术的发展 钻井液技术也得到了很大的发展 通过引进吸收和自主研发等不同方式逐步完善钻井液技术 形成了饱和盐水钻井液 聚合物钻井液 钙处理钻井液 钾基石灰钻井液 硅基防塌钻井液等多套体系 经过多年
3、的实践检验 形成了现在我油田常用的钻井液体系 满足普通定向井 大位移大斜度定向井 水平井 深井等不同井型钻井施工的需要 构建了大港油田比较完善的钻井液技术体系 聚合物钻井液聚合物钻井液是七十年代由大港 华北等油田率先引入国内 在现场试验获得成功 随后在各油田得到普遍推广应用 多年来该体系的处理剂及施工工艺得到不断完善和发展 现在已经成为应用最广泛 工艺较成熟的一种常用钻井液体系 它基本组分为大分子包被抑制剂 中小分子降失水剂 聚合物降粘剂 防塌剂 润滑剂 油层保护剂及其它辅助处理剂 目前油田常用的大分子聚合物主要为K PAM 乳液大钾 降失水剂主要是铵盐 基本不用降粘剂 其主要特点概括为 泥页
4、回收率高 抑制地层粘土造浆能力强 能够防止泥岩粘土地层的水化分散 稳定井壁 降低般土含量 有利于保护油气层 减少泥浆的排放量 泥浆性能稳定 同时 由于它具有良好的剪切降粘特性 有利于各种井眼条件下的携砂和发挥水力破岩作用 提高机械钻速 该体系适用于我油田不同区块的浅 中深井 特别适合于我油田明化镇地层和馆陶组地层 有效抑制地层粘土造浆 根据不同施工环境条件要求 在该钻井液加入其它处理剂后 形成聚合物泥浆体系的分枝 如 加KCL等处理剂后 形成钾盐聚合物泥浆 适用于易塌区块 盐池区域 海上及滩海地区 加入SMP SMC SMT等抗高温磺化处理剂形成聚磺钻井液 适用于深井 超深井 抑制性钻井液该钻
5、井液使用时间最长 适应范围较广的一种钻井液体系 自油田建立之时起 到目前为止 长期应用于钻井施工中 此体系最初仅简单使用几种泥浆处理剂 各项性能指标较低 在钻井中容易发生井塌划眼 卡钻等复杂和事故 随着处理剂的发展 该体系也得到不断完善 现在它已成为基本能够解决一般地层问题 各种相关处理剂品种配套齐全 能够较好地满足安全施工需要 适用于钻井施工难度较低井 适应于环保要求较低的地区 其基本组分为 降粘剂 降失水剂 润滑剂 屏蔽暂堵剂和辅助性处理剂 其特点是适应性强 抗盐 钙污染能力强 不但可以用于一般环境和地层条件下的钻井施工 而且能够用于钻一些特殊岩性 如石膏层 盐层 高矿化度盐水地层的施工
6、抑制性泥浆在此具有其它体系无法替代的优势 因此 该体系使用时间较长 不足之处在于 泥浆维护周期较短 处理较为频繁 泥浆性能波动幅度较大 不利于环境保护 但仍是现在较常用的泥浆类型之一 在我油田的南部地区仍然广泛使用 在该钻井液的基础上 加入NaCL等盐类 成为盐水泥浆或饱和盐水泥浆 用于钻易塌地层 岩盐地层 盐膏地层 加入石灰等处理剂成为石灰泥浆及钾基石灰泥浆 用于钻易塌地层和膏盐硭硝地层 加入SMP SMC SMK等处理剂成为 三磺 泥浆 用于钻深井或超深井 硅基防塌钻井液该钻井液是九十年代初我们为了解决港东地区沙河街地层泥岩坍塌而研究开发的钻井液体系 以其多项优异的特性 应用于油田深井 大
7、位移井 水平井等高难度井的钻井施工中 该体系的工艺技术居于国内领先水平 最近我们与钻采院合作研究成功了以无机硅为主要抑制剂的硅酸盐钻井液 其防塌效果和环保性能更优 但也存在其应用的局限性 其基本组成为 有机硅稳定剂 有机硅稀释剂 有机硅腐钾 润滑剂 屏蔽暂堵剂 降滤失剂和辅助处理剂 其优越性概括为 防塌能力强 特别是一些易塌区块的防塌效果十分显著 泥浆稳定性周期长 它介于聚合物泥浆和分散性泥浆之间 具有二者各自特有的优点 易于维护 有利于防止井下事故复杂的发生 抗温能力强 固相容量大 在高温深井 大斜度井 水平井 高密度勘探开发井等条件下 使用它尤其能够表现其优越性 不足之处为 抗盐 钙污染能
8、力较弱 不适合于岩盐地层 膏盐地层 海上等地层和地区的施工 正电聚醇钻井液聚醇类钻井液由于聚合醇的浊点效应 在保护油气层 防塌 润滑等方面具有特殊优势 目前在国内得到广泛推广应用 正电聚醇钻井液是在普通聚醇基础上 基于保护油气层 保护环境两大原则新开发的新型钻井液体系 其正电特性使之与带负电的粘土之间的吸附能力更强 具有其它聚醇类钻井液优势的基础上 防塌效果更好 其基本组成为 正电聚醇 大分子包被抑制剂 降滤失剂 正电护壁剂及其它辅助材料 有机正电胶钻井液有机正电胶钻井液是我公司与冀东油田共同研究开发的新钻井液 于2003年首先成功应用于冀东柳赞 高尚堡地区的水平井 然后在大港油田唐H2 扣H
9、1井 港H1井等水平井进行了推广应用 截止到去年底 共完成36口水平井 形成了比较成熟的现场工艺技术 取得了良好的应用效果 其基本组成为 有机正电胶 两性离子聚合物 降滤失剂 润滑剂 油层保护材料和辅助材料 正电胶钻井液体系是国际公认的对油层损害最轻的钻井液体系之一 但传统的无机正电胶电性不够高 且水溶油不溶 无机正电胶钻井液滤失量较大 可配伍的降滤失剂较少 无机正电胶钻井液对降粘剂特别敏感 粘度 切力一旦被破坏 再恢复其特性非常困难 而有机正电胶具有更强的正电性 能被水润湿 具有油溶性 并易于与其他处理剂配伍 具有更强的页岩抑制性 稳定井壁和油层保护能力 因此 它非常适合于水平井的勘探与开发
10、 甲酸盐钻井液甲酸盐钻井液是国际泥浆界公认的低毒 高效型钻井液体系 国外用它已完成了多口高难度井施工 我们于二000年开始研究甲酸盐钻井液 形成了有膨润土和无膨润土两套配方 主要由提粘剂 降滤失剂 辅助抑制剂和甲酸盐等组成 根据需要 还可加入消泡剂 润滑剂等处理剂 从二00一年开始进行现场试验 取得了预期效果 到二00五年共完成三十二口井的现场应用 其中水平井三口 形成了较成熟的现场工艺技术 甲酸盐克服了无机盐的不足 其溶解度大 甲酸钠的盐水密度为1 35g cm3 甲酸钾的盐水密度高达1 60g cm3左右 甲酸根HCOO 与地层水配伍性良好 与Ca2 Mg2 等高价离子的生成物可溶 甲酸盐
11、对钻具和套管的腐蚀性小 K 含量达10000ppm的甲酸盐钻井液对管材的腐蚀速度为3 6mm a 而相同钾离子浓度的氯化钾钻井液腐蚀速度为13mm a 甲酸盐毒性低 甲酸根可生物降解 对环境污染小 甲酸盐钻井液对地层伤害小 保护油气层效果好 钻井液性能稳定 易于维护 抑制防塌能力强 有利于井壁稳定 抗盐 钙污染能力强 不足之处在于 配制成本高 钻井液处理剂简介 材料分类一 按化学性质分类1 原材料 如粘土 水 油 加重剂等 2 无机处理剂 如氯化钠 硫酸钾 磷酸盐 氢氧化钠等 凡用于钻井液的无机化学药剂均可划入此类 3 有机处理剂 凡用于钻井液的有机化合物均属此类 如沥青类 淀粉类 腐植酸类
12、丙烯酸类 纤维素类等 4 表面活性剂 如非离子型 阴离子型 阳离子型和两性活性剂等 二 按用途分类共分十八类 包括 1 碱度调节剂2 杀菌剂3 除钙剂4 腐蚀抑制剂5 消泡剂6 乳化剂7 降失水剂8 絮凝剂9 发泡剂10 堵漏材料11 润滑剂12 页岩水化抑制剂13 配浆材料14 降粘剂15 增粘剂16 加重剂17 解卡剂18 高温稳定剂 常用处理剂简介 磺化酚醛树脂 代号SMP 分 型和 型 型用于矿化度 10万mg l的水基钻井液 型可抗盐至饱和盐水 用途 高温降滤失剂兼有一定的防塌能力 抗盐 抗钙与磺化褐煤等腐植酸类复配 可抗温200 一般加量1 3 磺化沥青 FT1或SAS它是由沥青发
13、烟硫酸或SO3进行磺化而成 其主要成分为沥青磺酸钠 此外还会有少量的沥青酚盐 无机物和氧化沥青 约含70 的水溶物 既溶于水又溶于油的成分约40 干制品为脆性薄片状 呈暗褐或黑色 软化点高于260 密度约0 98g cm3 用途 作用 高温降滤失 改善滤饼质量 抑制页岩水化膨胀 兼有润滑作用 高温下能维持低切力 低滤失 水解聚丙烯腈铵盐 俗称铵盐 代号NH4 HPAN它是由腈纶废丝在高温高压下水解而成 用途 降滤失剂 由于可提供NH4 有类似K 的抑制粘土水化分散作用 故亦是一种较好的防塌剂 兼有降粘作用 聚丙烯酸盐类 聚合物大分子包被剂类 外观为白色或微黄色流动粉末 用途 包被剂 主要用于聚
14、合物 低固相不分散聚合物水基钻井液 有改善流变参数 提高剪切稀释能力 降低滤失量 包被钻屑 抑制分散等作用 抗盐 抗钙 抗温 推荐加量 淡水浆 0 1 0 3 盐水浆0 5 1 2 饱和盐水浆0 7 1 5 羧甲基纤维素钠盐CMC分高粘 中粘 低粘三种类型组分 由棉花与氯乙酸反应而成 特征 白色或微黄色纤维状粉末 吸潮用途 1 低粘 LV CMC 主要用作水基钻井液降滤失剂 2 中粘 MV CMC 水基钻井液降滤失剂 兼作增粘剂 3 高粘 HV CMC 主要作为增粘剂 CMC有一定的抗盐性 但缺点是抗温性较差 100 左右 腐植酸钾代号KHm它是由褐煤或风化煤用KOH提取而得 特征 黑褐色粉末
15、 易溶于水 用途 为腐植酸类页岩抑制剂 兼有降粘和降失水作用 抗温达180 加量一般1 3 常规性能的意义 密度 单位体积钻井液的质量 常用g cm3表示 主要作用是平衡地层压力 防塌 漏斗粘度 用漏斗粘度计测得的流出一定体积钻井液所经历的时间 单位s 可以直观反映钻井液悬浮携砂能力的强弱 滤失量 按GB T16783 1997中规定的仪器及方法测得的钻井液滤失量 ml 30min 分为常温常压 高温高压滤失 是钻井液中自由水含量和造壁性的综合反映 静切力 是塑性流体从静止状态开始流动时所需的最低剪切应力 单位Pa 它表征钻井液的凝胶强度 分为初切和终切 它反映了钻井液悬浮携砂能力 常规性能的
16、意义 泥饼 钻井液在过滤过程中沉积在过滤介质上的沉积物 从过滤介质表面到泥饼表面的平均厚度 称为泥饼厚度 单位mm 含砂量 钻井液中粒径大于74 m的固相的含量 单位 般土含量 MBT 每毫升钻井液用0 01mol L亚甲基蓝标准溶液滴定到终点时所耗标准溶液的毫升数 单位 或g l 固相含量 钻井液中固体物质的总量 单位 润滑系数 用极压润滑系数仪测得的钻井液摩阻系数 也叫极压摩阻系数 常规性能的意义 泥饼粘附系数 用泥饼粘附系数测定仪测得的钻井液泥饼与粘附盘之间的摩阻系数 剪切应力 克服流体流动阻力所需单位面积上的应力 单位Pa 表观粘度 在1022s 1剪切速率下剪切应力与剪切速率的比值 单位mPa s 塑性粘度 塑性流体在层流条件下 剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值 单位mPa s 动切力 塑性流体在层流条件下 剪切应力与剪切速率成线性关系时的截距 单位Pa 单井钻井液维护处理 目前油田大多数井的井身结构设计为二开或三开 少数为四开 一开基本为膨润土浆 少数深表层井为聚合物钻井液 二开大部分为聚合物钻井液体系 三开 四开阶段根据不同区块使用聚合物 抑制性 有机硅防塌钻井液体
