《钻井液完井液化学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钻井液完井液化学（118页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、钻井液完井液化学,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、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
2、,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: 粘土为分散相； 水为分散介质。,6,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
3、示例,8,2. 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,10,API和IADC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
4、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 drilling fluids 气体类钻井液-gas typed drilling fluids,11,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
5、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,14,3. 钻井液的主要功能,冷却润滑钻头,15,钻井液的主要作用,保持清洁；控制压力； 冷却润滑；防止垮塌； 避免损害；取准资料； 传递功率；,16,4、钻井液的性能,钻井液的密度(Density) 钻井液的流
6、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（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
7、,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,由于钻井液中使用的化学处理剂在碱性条件下才能溶解，而酸性环境对钻井设备上的橡胶部件有严重的腐蚀作用，所以，绝大多数钻井液体系的PH值都控制在7以上。 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:PH11,20,钻井液膨润土含量（MBT）,钻井液中活性粘土的数量。 水基
8、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。,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 to the operators and environment. Detrimental to the formation evaluation . Cause any formation damage. Cause any corrosion of the drilling equipm
9、ent 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
10、典型技术： 水+钻屑+地面土 使用重晶石、铁矿粉（1920年以后),25,2. 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,26,3. 高速发展阶段 粗分散泥浆阶段 1948 1965年,主要解决问题：石膏、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,27,4. 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
11、,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； 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
12、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： 粘土胶化 流变学 处理剂化学 三大体系： 水基 油基 气体类,两大工艺： 固控技术 复杂情况预防及处理 两大技能： 钻井液、完井液配制 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
13、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、石油钻采工艺、石油学报、石油钻探技术、石油学院学报等,34,习题：1、9、10,35,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
14、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
15、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。,39,40,胶质 （胶体Colloid） +溶剂 蛋白质 明胶 氢氧化铝,凝晶质（晶体Crystalloid）+溶剂 食盐 白糖,41,胶体(Graham): 一种特殊的物质,其特点是扩散慢,不渗析,蒸干后呈粘稠的状态,42,随着科学的发展，经过多次实验证实，发现这样的分类并不合适，因为
16、任何物质既可制成晶体也可制成胶体状态。例如典型的结晶物质NaCl在水中形成真溶液，却可在酒精中制成胶体状态。另一方面，许多表现胶体性质的物质在适当的条件下也可制成晶体。 维依马林(俄 1905) 胶体、晶体是物质的两种存在状态。 在胶体状态下,物质是以大颗粒的形式分散于溶剂中,大颗粒由许多原子或分子组成,43,胶体的概念,物质以某种分散程度分散在介质中所形成的分散体系。 颗粒能通过滤纸 不渗析(不能通过半透膜) 扩散很慢 超显微镜下可见,44,几个基本概念 1. 相和相界面相 任何物理化学性质都完全相同的均匀部分称为一个相。 如果体系中有两个或两个以上的相，称为多相体系。相界面 相与相之间的宏观物理界面。在相互接触的两相中：若一相为气体，相界面称为表面。若是液/固分界面，称为界面。,
