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1、钻井液完井液 Drilling and Completion Fluids主讲：黄进军 石工院钻井所泥浆室 CNPC钻井液重点研究室1 所用教材鄢捷年 钻井液工艺学陈大均等 油气田应用化学黄汉仁 罗平亚等 泥浆工艺原理泥浆工艺原理 实验讲义泥浆工艺原理 习题集2第一章、 钻井液概论本章要求掌握： 钻井液、完井液概念。 钻井液、完井液的组成和类型。 钻井液、完井液的主要作用。 钻井液基本性能参数。 钻井液技术发展简史3第一节、 钻井液、完井液的定义狭义钻井液粘土以小颗粒状态(2um)分散在水中所形成的溶胶 悬浮体。(泥浆 mud)广义 钻 井 液 凡钻进中一切有助于从井眼产生和清除钻屑的流体（液
2、、气、液+气）。 (drilling fluid)广义完井液 一切与产层接触的流体（各种盐水、聚合物溶液、钻井液、泡沫等）。狭义完井液 钻开油气层的钻井液（钻开液）。(completion fluid)4第二节、 钻井液的组成、类型及性 能1. 钻井液的组成主要由水、粘土和添加剂组成的体系 分散介质+分散相+化学处理剂 连续相+不连续相 液相+固相+化学处理剂5分散相与分散介质分 散 相 在多相分散体系中，被 分散的物质。(不连续, 可以粒子或液滴 )分散介质 分散相所在的连续介质 。 分散体系一种或多种分散相分散在 分散介质中所形 成 的体系.例如：钻井液中，粘土颗粒分散在水中: 粘土为分散
3、相； 水为分散介质。6组分举例组分举例某种水基钻井液组分为： 水 + 膨润土 + 处理剂100ml 5g 1g 用组分表示的配方为： 5%膨润土浆+1%处理剂 配方表示的特点： 用W/V百分数 表示组分。 不考虑处理剂 的体积。7钻井液的组成示例82. 钻井液的分类 分类方法多通常根据分散介质分为四大类：水基钻井液（Water-Base Drilling Fluids）油基钻井液（Oil-Base Drilling Fluids）气态钻井液（Gas-Base Drilling Fluids）合成基钻井液(Synthetic-Base Drilling Fluids)9一般分类10API和IAD
4、C分类法 不分散钻井液（基本不含 处理剂的天然泥浆）-non- dispersed drilling fluids 分散型钻井液- dispersed drilling fluids 聚合物钻井液-polymer drilling fluids 低固相钻井液-low solids drilling fluids 饱和盐水泥浆-saturated saltwater drilling fluids 钙处理钻井液-calcium- treated drilling fluids 修井液，完井液- workover ,completion fluids 油基钻井液-oil-based drillin
5、g fluids 气体类钻井液-gas typed drilling fluids11石油钻井工程标委会钻井液分委 会综合分类法 不分散聚合物钻井液（用大中小分子聚合物处理的低固相泥浆） 钾基钻井液 , K+1800mg/L 分散钻井液 盐水钻井液 饱和盐水泥浆 钙处理钻井液 修井液，完井液 油基钻井液 气体类钻井流体12钻井液的分类 按是否使用加重材料分为:非加重泥浆加重泥浆(密度高于1.25g/cm3) 按钻井液的抑制性强弱分为:分散泥浆抑制性泥浆 按粘土的聚集状态分为细分散泥浆粗分散泥浆不分散泥浆13钻井液循环路线泥浆池泵高压管汇水龙带方钻杆钻杆钻铤钻头环空井口及 振动筛固控设备143.
6、 钻井液的主要功能携带、悬浮岩屑 及加重材料控制压力形成泥饼破岩、清岩保护油气层传递水功率冷却润滑钻头15钻井液的主要作用悬浮携带钻屑；控 制压力；冷却润滑； 防止垮塌；避免损害；取准资料；保持清洁; 传递功率；164、钻井液的性能 钻井液的密度(Density) 钻井液的流变性(Rheological Properties) 钻井液的失水造壁性(Filtration Properties) 钻井液的含砂量(Sand content of DF) 钻井液的pH值 钻井液的固相含量和油、水含量 钻井液膨润土含量(MBT) 钻井液的润滑性(Lubricity) 钻井液的抑制性 钻井液滤液的化学性质
7、（碱度、硬度 、Cl-含量、.）17钻井液密度平衡地层压 力，防止井喷、井漏和钻井液受地 层流体的污染；平衡地层压 力，保持井壁稳定，防止井塌；实现近平衡 钻井技术，减少压持效应，提高机 械钻速；合理选择打 开油气层的钻井液密度，减少钻井 液对产层的伤害 。用比重秤测 定。18钻井液的含砂量定义:钻井 液中不能通过200目筛的固相 的体积占钻井液体积的百分 数。一般要求小于0.5。含砂量过高 带来的危害：钻井液 密度升高，降低机械钻速；泥饼中 含砂量升高，泥饼渗透率增大 ，失水增大；泥饼表 面摩擦系数增加；钻头、 钻柱、泵等机械设备磨损严重 。19钻井液的pH值钻井液体系 的PH值都控制在7以
8、上 ？钻井液中使用的化学处理剂在碱性条件下才能溶解；酸性环境对钻井设备上的橡胶部件有严重的腐蚀作。不分散型钻 井液体系：PH=7.58.5分散型钻井 液体系：PH10钙处理钻井 液体系:PH11测定：pH试纸或酸度计20钻井液膨润土含量（MBT）钻井液中活性粘土的数量。水基钻井液都有一个合适的膨润土含量，MBT过高，钻井液的粘度、切力增大，泥饼增厚，容易造成井下事故。MBT过小，钻井液的粘度、切力急剧下降，失水增大。测定：亚甲基兰实验法21钻井液不应具有的性能 伤害钻井人员，损害或污染环境 对所设计的地层评估有不利的性能 对产层产生伤害 对钻井设备和管材造成较大腐蚀 Detrimental t
9、o the operators and environment. Detrimental to the formation evaluation . Cause any formation damage. Cause any corrosion of the drilling equipment and subsurface tubulars. 22优质钻井液的标准 有利于安全、快速、优质、 低耗钻井； 有利于取全、取准各项工程 、地质资料； 有利于发现、保护油气层。23钻井液工作的基本任务 根据所钻井类型、地层特性、孔隙及破裂压力、井温、测井及环保要求正确选择钻井液类型； 自始至终维护、保持
10、良好的钻井液性能； 预防、处理各种井下复杂情况和事故； 保证安全顺利钻井前提下，尽可能降低钻井液成本。 根据地质及钻井工程需要研究新型钻井液处理剂及体系。24第三节、 钻井液工艺技术的发展1 初步发展时期 自然造浆阶段1888 1928年主要解决问题： 携带钻屑 控制地层压力 典型技术： 水+钻屑+地面土 使用重晶石、铁矿 粉（1920年以后)252. 快速发展时期 细分散泥浆阶段1928 1948年主要解决问题： 泥浆性能的 稳定 井壁稳定 典型技术： 一些泥浆性 能测试仪器研制出来 使用膨润土 、单宁、烧碱、褐煤263. 高速发展阶段 粗分散泥浆阶段1948 1965年主要解决问题： 石膏
11、、盐 污染 温度影响 典型技术： 各种盐水 、钙处理泥浆 油基泥浆 处理剂品 种16大类274. 科学发展时期 聚合物不分散 低固相钻井液阶段 1965年 现在主要解决问题： 快速钻井 保护油气层 典型技术： 不分散低固相钻井液 气体钻井 保护油气层的完井液 合成基钻井液 抗高温钻井液28国内钻井液技术发展特点 同样经历了这些阶段，但滞后一定时间 ; 水基体系的研究应用比油基体系多; 深井水基钻井液、防塌钻井液、聚合物 钻井液理论较成熟； 成功研制了一些钻井液处理剂，如 FA367, XY27, SMP, 80A51等； 成功应用了一些钻井液体系，如三磺体 系，两性离子聚合物体系，聚磺体系等
12、； 研制了大量钻井液性能评价仪器； 钻井液工艺技术日益提高：预防和减少 了各种井下复杂，保证了常规井及各种 特殊井的完成。 计算机应用及固控技术相对滞后。29预测钻井液技术发展方向钻井液强化稳 定井壁技术 复杂地质条件 下深井、超深井、大位移井钻井液 技术 新型钻井液体 系及其处理剂的研制与应用 废弃钻井液的 处理技术 保护油气层的 钻井液技术 低密度钻井液 完井液体系及技术 恶性漏失的防 治技术 30国内钻井液技术与国外对比 优势: 钻井液体系及处理剂多 差距:钻井用土质量差固控技术不成熟、不重视钻井液体系及使用不规范基础理论研究及应用不多31课程内容包括 三大基础： o粘土胶化 o流变学
13、o处理剂化学 三大体系： o水基 o油基 o气体类 两大工艺： o固控技术 o复杂情况预防及 处理 两大技能： o钻井液、完井液 配制 o钻井液、完井液 性能测试32课程特点及要求 涉及领域宽，属应用学科。 要求掌握基本概念、基本原 理、基本计算、基本实验技 能； 了解钻井液完井液体系及应 用工艺、发展方向和动态。33主要参考书刊 李健鹰编著, 泥浆胶体化学 H.范.奥尔芬, 粘土胶体化学导 论 (译本) G.R.格雷, 钻井液的组成与性 能 (译本) 鄢捷年，钻井液工艺学， 张绍槐等编著, 保护储集层技 术 张孝华等编著, 现代泥浆实验 技术 期刊: 钻井液与完井液、 油田 化学、石油钻采工
14、艺、石油学报 、石油钻探技术、石油学院学报 等34习题：1、9、1035第二章、 粘土胶体化学基础本章要求重点掌握内容：1. 几种粘土矿物的晶体构造及其 特点。2. 粘土水化机理。3. 扩散双电层理论和电解质对电 动电势的影响。4. 胶体体系的基本概念。5. 聚结稳定性和沉降稳定性概念 及其影响因素。 36学习本章的意义 粘土是配浆的基础材料 泥浆是粘土 水的溶胶 悬浮体 地层造浆、井壁稳定、储层保护 等均与地层粘土矿物有关。所以，必须学习粘土矿物及胶体 化学基本知识。37几个概念 粘土胶体化学：在一般胶体化学规律 指导下，专门研究粘土胶体的生成、 破坏和物理化学性质的科学。 狭义胶体：胶体大
15、小（三维中任一维 尺寸在1-100nm之间）的微粒分散在 另一种连续介质中所形成的分散体系 。 具有丁达耳现象、扩散慢、不渗析 广义胶体：包括粗分散体系（悬浮体 、乳状液、泡沫）；溶胶；高分子真 溶液；缔合胶体。 38胶体概念的沿革 1864年Graham的半透膜实验：将一块羊皮纸( 一种半透膜)缚在一个玻璃筒下端，筒内装着要研究的水溶液，并把筒浸于水中， 经过一段时间后，测定水中溶质的浓度， 求得溶质透过羊皮纸的扩散速度。实验发 现：有些物质如无机 盐、白糖等，扩散快，能很快透过羊皮纸 。另一类物质如明胶、丹宁、蛋白质、氢 氧化铝等，扩散速度缓慢，而且极难甚至 不能透过羊皮纸。当溶剂蒸发时， 前一类者物质易成晶体析出，后一类物质 则不成晶体，而成粘稠的胶状物质。39 胶质 （胶体Colloid） +溶剂 蛋白质 明胶 氢氧化铝
