钻井液现场配制、维护与调整

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1、,钻井液现场配制、维护与调整,1、钻井液设备要求-循环系统：循环罐(搅拌器、液面显示器)、储备罐、混合漏斗、胶液罐、碱液罐、(自动加重系统)-固控设备:振动篩、除砂器、(除泥器)、清洁器、离心机、(除气器)-现场实验室：密度计、漏斗粘度计、直读式粘度计、API滤失仪、HTHP滤失仪、含砂量测定仪、固相含量测定仪、滤液分析仪器和药品、(便携式滚子炉、低速搅拌器、高速搅拌器) -钻井液材料存放：材料房、爬犁、储罐、蓬布等,钻井液现场配制、维护与调整,2、钻井液体系的选择- 与地层配伍：针对全井易造成井下复杂情况和事故的地层优选钻井液体系，特殊井段可采用特殊钻井液 与井型配伍：探井：安全钻井和发现油

2、气层，开发井：提高钻速和保护油气层，特殊工艺井：满足工程需要和保护油气层 与储层配伍：粘土含量、渗透率恢复值、钻井液密度 与环境配伍：钻井液及其处理剂毒性，地表水、地下水污染，周围生态环境的影响,钻井液现场配制、维护与调整,3、钻井液现场配制 检查井场钻井液材料质量检验单等有关资料，保证钻井液材料的质量。 现场钻井液材料的存放必须采取有效的防晒、防雨、防潮措施。 配制钻井液前必须清洗钻井液罐。 若需要，必须处理配浆用水。,钻井液现场配制、维护与调整,3、钻井液现场配制 应按钻井液设计要求配制钻井液，并确保其性能达到设计要求。 应充分水化配制钻井液用膨润土。 配制钻井液用处理剂应配成胶液缓慢加入

3、，避免直接加入固体或粉末状处理剖。 应控制好钻井液处理剂的加入比例、顺序和方法。,钻井液现场配制、维护与调整,4、钻井液现场维护 每1h 测定钻井液密度、漏斗粘度和体积，每8h12h 测定钻井液设计规定的全套性能；若遇异常情况应加密测定，保证钻井液性能在设计规定的范围内。 充分发挥固控设备清除钻屑的效率。 需补充处理剂，应缓慢、均匀加入钻井液处理剂胶液，尽量避免直接加入处理剂固体或干粉。,钻井液现场配制、维护与调整,4、钻井液现场维护 需补充膨润土，应加入已充分水化的膨润土浆。 钻井液以一定时间或一定井段处理，尽量避免大型处理。 需进行较大处理，应先进行小型试验，确定最佳处理措施。,钻井液现场

4、配制、维护与调整,5、钻井液现场调整 根据工程施工进行调整：如起下钻阻卡，钻具蹩跳，下钻不到底，电测、下套管、钻水泥塞，等。 根据地层岩性进行调整：易水化泥岩，层理裂缝发育的硬脆性页岩或砂岩，疏松砂岩、破碎的碳酸盐岩，煤层，盐岩层，盐、膏、泥复合地层，(高压)盐水层(水层)，等。 根据井下复杂情况和事故进行调整：井壁垮塌，溢流，井喷，井漏，卡钻，井下落物，等。,钻井液现场配制、维护与调整,6、钻井液污染与处理 1) 钻井液的污染物 - 钻屑：泥页岩、砂岩、石膏 - 盐：地层盐水、盐岩、盐膏层 - 钙、镁：石膏、氯化钙型盐水、可溶性钙盐、水泥 - 碳酸盐：可溶性碳酸盐、二氧化碳、有机处理剂降解

5、- 天然气： - 硫化氢：地层、某些含硫处理剂降解 - 细菌：喜氧菌、厌氧菌,钻井液现场配制、维护与调整,6、钻井液污染与处理 2) 钻屑污染 钻屑颗粒分类粗：大于 2,000 m的颗粒中粗：250 m 2,000 m的颗粒中：74 m 250 m的颗粒细：44 m 74 m的颗粒超细：2 m 44 m的颗粒胶体：小于 2 m的颗粒,固 控 设 备,筛 网 筛 目,6、钻井液污染与处理 2) 钻屑污染 对钻井液影响最大的钻屑是泥页岩钻屑 粘土矿物种类,钻井液现场配制、维护与调整,6、钻井液污染与处理 2) 钻屑污染 粘土矿物的水化膨胀和分散： 钠蒙脱石,+水,+水+KCl或NW-1,从 17A

6、o分散至完全分离,KCl:14Ao17Ao NW-1:14A0,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,9.8Ao,+,钻井液现场配制、维护与调整,6、钻井液污染与处理 2) 钻屑污染,钻井液中粘土颗粒之间的相互关系,A. 分散且解絮凝,C. 边面絮凝但分散,E. 边面絮凝且聚结,B. 聚结但解絮凝,D. 边边絮凝但分散,F. 边边、边面絮凝且聚结,钻井液现场配制、维护与调整,6、钻井液污染与处理 2) 钻屑污染 泥页岩钻屑水化膨胀和分散、剥落掉块导致：- 井壁不稳定：缩径、井壁坍塌- 钻头和井下钻具组合的泥包- 降低机械钻速- 损害油气层- 影响固控设备效率，易损

7、失钻井液- 钻井液性能变差，特别是在高温、高密度情况下- 钻井液材料消耗和费用增加,钻井液现场配制、维护与调整,6、钻井液污染与处理 2) 钻屑污染泥页岩问题的对策：- 使用强抑制性钻井液体系- 尽可能降低钻井液的滤失量，改善滤饼质量- 使用合适的表面活性剂- 充分发挥固控设备清除钻屑的效率- 使用特殊钻井液体系和/或化工产品,_,_,+,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,+,+,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,+,_,+,_,_,+,_,_,+,_,_,_,_,_,_,+,_,+,_,_,_,_,_

8、,_,_,+,_,_,_,_,_,_,+,_,_,_,_,_,_,_,_,+,_,_,_,_,_,_,+,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,_,+,_,絮凝粘土,解絮凝剂,阴离子絮凝剂,阳离子絮凝剂,吸附低分子量聚合物增加负电荷,高分子量聚合物在颗颗间桥接而使其絮凝和聚结,粘土颗粒的絮凝和解絮凝,粘土颗粒双电层示意图,_ + _ + _ + _ +,+,_ +,+,+ _,_ + _,_ +,+ _,+ _,+ _,+ _,+ _,_,+,+,双电层,固 相 颗 颗,固定(STERN)层,扩散层,剪切面,溶液,势 能,VR,VA,斥力,引力,结果,低浓度,高浓度,扩散双电

9、层,盐对颗粒之间引力和斥力的影响,ZETA电位,部分离子水化离子半径,钻井液现场配制、维护与调整,7、井壁稳定 1) 井壁不稳定性主要表现- 井眼不规刚、起下钻阻卡乃至卡钻、钻头泥包、蹩跳- 振动筛上返出的的钻屑量、形状和大小- 扭矩和阻力、抽吸压力和激动压力变化- 测井仪器下不到井底、甚至被卡- 影响下套管和固井质量,钻井液现场配制、维护与调整,7、井壁稳定性 2) 井壁不稳定性主要原因 (1) 地层因素- 地层岩性：易水化泥岩，层理裂缝发育的硬脆性页岩和砂岩，疏松砂岩，破碎碳酸盐岩，煤层，盐岩层，盐、膏、泥复合地层- 地层应力：上覆应力、最大和最小水平应力，孔隙压力，破裂压力，坍塌压力-

10、地层倾角：- 油气水层：油层、气层、 (高压)盐水层(水层),钻井液现场配制、维护与调整,7、井壁稳定性 2) 井壁不稳定性主要原因 (2) 机械因素- 机械钻速：裸眼井段钻进时间- 排量：井壁冲蚀- 泵压：井漏- 钻柱振动和碰撞： - 不合适的钻井参数和作业：- 固控：低密度固相含量,钻井液现场配制、维护与调整,7、井壁稳定性 2) 井壁不稳定性主要原因(3) 理化因素- 密度：偏低，不能支撑地层压力- 流变性：悬浮和携带能力-井眼清洁- 滤失性：初滤失、滤失速率、滤液性能、滤饼质量- 抑制性：粘土矿物的水化膨胀和分散- 润滑性：摩阻过大,钻井液现场配制、维护与调整,7、井壁稳定性 3) 井

11、壁不稳定性对策 选择合适的钻井液体系：合适的钻井液体系是复杂地质条件下保证井壁稳定的关键之一- 钻井液强抑制性- 合理的钻井液密度- 钻井液良好的流变性、悬浮和携带能力- 钻井液低滤失量(动态、静态)、薄而韧的滤饼- 钻井液良好的封堵能力- 钻井液良好的润滑性 钻井液体系的可转化性和可调节性 钻井液处理剂功能单一，体系组份简单，以利于维护和调节钻井液性能，也易于判断、分析和处理井下复杂情况 合适的钻井参数和措施，缩短裸眼段钻进时间,实例一：泥页岩地层井壁稳定性 井地层特性 (1) 大段泥页岩: 6,000m以上井段：粘土矿物含量20%50% (2) 大段膏泥岩 : 4,700m6,400m井段

12、：石膏含量257% (3) 破碎的泥页岩和砂岩地陉 (4) 高且各向异性的地应力及高地层倾角 (5) 高压、高矿化度、高钙含量的地层水,井粘土矿物含量分析结果,井各井段井径扩大率,泥页岩地层井壁稳定性是钻井时间的函数12 1/4in井段两次井径测定结果比较(124/230),泥页岩地层井壁稳定性是钻井液密度的函数 12 1/4in井段：钻井液密度：1.781.94g/cm3，钻井时间：106d 8 3/8in井段：钻井液密度：1.811.56g/cm3，钻井时间：84d,平均：12.52%,平均：23.40%,实例二：破碎地层井壁稳定性 井奥陶、寒武系钻井中井下复杂情况和事故 (1) 井塌：

13、8 1/2in井段开钻后，用1.12g/cm3的钻井液钻至5,688m，5,340m5,355m井段井径为11in(29.4%); 5,465m5,495m井段井径为10in(17.6%)；5,590m5,715m井段井径为10in11in(17.6%29.4%)；从5,558m开始，每天钻进均有间断性蹩钻现象，接单根、短起下钻及起下钻经常出现阻卡、下放不到底，严重时需要倒划眼才能起钻；5,843m5,860m、5,885m5,905m、5,955m5,985m井段垮塌严重，平均井径为11in12in(29.4%41.2%)，个别井段井经扩大到13in14in(52.9%64.7%)；5,80

14、0m6,097m井段为椭圆形井眼，短轴方向井径较为规则(基本上9in左右)，长轴方向井径更大6,097m以后，垮塌情况发生了变化，即不论长轴方向还是短轴方向均出现了严重的垮塌；6,110m以后垮塌情况更为严重，井径一般在12in14in(41.2%64.7%)，井径扩大严重的达20in23in(135.3%170.6%)，钻至6,230m后，井下情况变得更为复杂，将钻井液密度提至1.201.22g/cm3，但效果不大,8 1/2in井段井径测定结果(2) 井斜：12 1/4in井段5,316m处井斜达7，8 1/2in井段采用钟摆钻具组合，用7t8t钻压纠斜钻进，至5,650m井斜由7降至1.

15、4；钻至6,392.80m，电测发现从5,965m开始井斜增加，到6,332.80m已达到30.8，平均增斜率为7.86/100m,(3) 断钻具：钻至6,392.80m时泵压异常，长时间无进尺，起钻后发现1#扶正器公扣根部断，落鱼长18.97m。先后用3 1/2in公锥、7 7/8in卡瓦捞筒、8 1/8in卡瓦捞筒反复打捞，基本上碰不到鱼顶，每次均能通过鱼顶34m；下6in钻头探落鱼，下钻至鱼顶位置后继续下探，一直下至原井深6,392.80m均无遇阻现象，试钻1.8m后起钻时，原8 1/2in钻头位置有挂卡现象(4) 侧钻：由于井壁严重垮塌、井斜过大等原因，已无法进行事故处理，决定侧钻并将钻井液密度提高至1.45 g/cm3。下斜向器及随后的侧钻过程比较顺利，采用增斜钻具组合从6,046m钻至6,100m，测井斜已达5，为防止继续增斜回到老井眼中，从6,100m至6,165m采用钟摆钻具2t4t吊打，钻至6,162m，钻时加快，返出的钻屑中含有20%30%水泥块及少量铁屑；钻至6,165m，起钻后测斜发现6,165m处井斜已达11.9，估计侧钻井眼与老井眼重合，就此侧钻失败,