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1、长江大学石油工程学院,1,第三章 钻井液技术,长江大学石油工程学院,2,钻井液技术,钻井液概论 钻井液的流变性 钻井液的失水和造壁性 常用钻井液体系 复杂情况处理,长江大学石油工程学院,3,概论钻井液的功用,清除井底钻屑并将其携带至地面 稳定井壁及控制地层压力 冷却和润滑钻头、钻具 提供低渗透、韧性好的泥饼保护井壁 停止循环时悬浮环空中的钻屑及加重材料 给钻头传递水力能量,长江大学石油工程学院,4,概论钻井液不应具有,既不能伤害钻井人员，又不能损害或污染环境 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,长江大学石油工程学院,5,概论钻井液的分类,Liquid,
2、Gas,Gas-liquid mixture,Water base muds,Foam (mostly gas),Areated water (mostly water),air,Nature gas,Oil base muds,Synthetic drilling fluids,长江大学石油工程学院,6,概论钻井液的分类,分散钻井液 定义：用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂配置而成的水基钻井液 特点 可容纳较多的固相，适合于配置较高密度的钻井液 容易在井壁上形成较致密的泥饼，失水较低 某些分散钻井液具有较强的抗温能力，适合于深井和超深井使用。,长江大学石油工程学院,7,概论钻
3、井液的分类,钙处理钻井液 定义：体系中同时含有一定浓度的Ca2+ 和分散剂。 特点 抗盐、钙污染的能力强 抑制粘土的水化分散作用，控制页岩坍塌和井径扩大，减少对有气层的损害 盐水钻井液 定义：用盐水或海水配置而成。含盐量从1（Cl-质量浓度为6000mg/l)直至饱和(Cl-质量浓度为189,000mg/l)之前。 特点 对粘土水化有较强的抑制作用,长江大学石油工程学院,8,概论钻井液的分类,饱和盐水钻井液 定义：钻井液中 NaCl的含量达到饱和的钻井液体系。 特点：用于钻进大段岩层和和复杂的盐膏层,长江大学石油工程学院,9,概论钻井液的分类,油基钻井液 定义：以油作为连续相的钻井液为油基钻井
4、液。油水比在（5080）: (5020)油包水乳化钻井液。 特点 抗高温 有很强的抑制性 有很强的抗盐、钙的污染能力 润滑性好 能有效地减轻对油气层地伤害,长江大学石油工程学院,10,概论钻井液的组成,水基泥浆：固相颗粒悬浮在水中或盐水中，油可以乳化到水中，此时，水是连续相。(膨润土+水+化学处理剂+加重材料钻屑) 油基泥浆：固相颗粒悬浮在油中，水或盐水乳化在油中，即油是连续相。 (柴油+沥青/有机土+处理剂) 气体：用高速气体或天然气清除钻屑,长江大学石油工程学院,11,概论钻井液的组成,长江大学石油工程学院,12,概论钻井液技术发展概况,发展 水基钻井液 清水 分散钻井液 抑制性钻井液 不
5、分散聚合物钻井液 油基钻井液 原油 柴油为连续相钻井液 油包水乳化钻井液 预测 钻井液强化井壁技术 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,长江大学石油工程学院,13,第一节 钻井液的流变性,长江大学石油工程学院,14,钻井液的流变性,钻井液流变性 在外力作用下，钻井液流动和变形的特性。如钻井液的塑性粘度、动切力、表现粘度、切力和触变性等性能都属流变性参数。 泥浆的流变性对钻井的影响 携带岩屑，保证井底清洁。 悬浮岩屑与重晶石 提高机械钻速 保证井眼规则和井下安全。,长江大学石油工程学院,15,钻井液的
6、流变性,剪切应力与剪切速率 剪切速率：在垂直于流动方向上单位距离内流速的增量(dv/dx)。 剪切应力：液体流动过程中，单位面积上抵抗流动的内摩力。,长江大学石油工程学院,16,钻井液流变性与钻井的关系,影响钻井速度 影响环空携岩能力 影响井壁稳定 影响岩屑与加重物的悬浮 影响井内压力激动 影响钻井泵压和排量 影响固井质量,长江大学石油工程学院,17,第二节 钻井液的失水和造壁性,长江大学石油工程学院,18,钻井液的失水和造壁性,失水 定义：泥浆中的自由水在压差的作用下向具有孔隙的地层渗透的现象。 类型：瞬时失水、动失水、静失水。 泥饼 定义：泥浆中水分进入地层，粘土颗粒附着在井壁上，形成泥饼
7、。,长江大学石油工程学院,19,钻井液的失水和造壁性,长江大学石油工程学院,20,钻井液的失水和造壁性,长江大学石油工程学院,21,钻井液的失水和造壁性,失水过程 钻井液内的水=化学结合水+吸附水+自由水 瞬时失水：新井形成瞬间，泥浆水便向地层渗透，未形成泥饼 动失水：在泥浆循环的情况下，泥浆建立、增厚、直至平衡而失水速度也由开始较大逐渐减少至恒定。 静失水：停止循环时，不存在泥浆液对泥饼的冲刷力，随着失水的进行，泥饼逐渐加厚，失水也逐渐减少。静失水的失水量比动失水小。 失水与地层的孔隙度、渗透率、温度、压力有关。,长江大学石油工程学院,22,泥浆失水过大会引起： 水敏性泥岩、页岩的垮塌、缩径
8、 损害油气层 泥饼厚会引起： 引起上提力增加，甚至发生泥饼卡钻。 易引起钻头泥包，使起下钻压力激动增大。 妨碍套管下入，固井时不利用水泥与井壁的胶结 对失水和泥饼的要求 失水：在成本可行的条件下，尽量降低失水并控制自由水的性质。 泥饼：薄、致密、韧性好。,失水与造壁性与钻井的关系,长江大学石油工程学院,23,失水和造壁性的调节,控制泥浆的失水和造壁性，关键要控制泥饼的渗透性，而泥饼的渗透性决定于构成泥饼的粘土及其它颗粒的尺寸、形状与水化程度。 具体措施 使用膨润土，以便形成致密泥饼 加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂，提高粘土颗粒的分散度。 加入CMC或其它聚合物，以保护粘土颗粒，CMC 起堵孔作
9、用。,长江大学石油工程学院,24,第三节 钻井液的其它性能,长江大学石油工程学院,25,钻井液的其它性能,钻井液的密度 钻井液的含砂量 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,长江大学石油工程学院,26,钻井液的其它性能,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。,长江大学石油工程学院,27,钻井液的其它性能,钻井液的含砂量 定义:钻井液中不能超过200目筛的固相的体积占钻井液体积的百分数。一般要求小
10、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。,长江大学石油工程学院,28,钻井液的其它性能,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,长江大学石油工程学院,29,钻井液的其它性能,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
11、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。,长江大学石油工程学院,30,第四节：常用的钻井液体系,长江大学石油工程学院,31,钻井液体系,水基钻井液 盐水钻井液 钙处理钻井液 油基钻井液 气体类钻井液,长江大学石油工程学院,32,钙处理钻井液,特点 性能较稳定，具有较强的抗钙污染、盐污染和粘土污染的能力； 固相含量相对较少，容易在高密度条件下维持较低的粘度和切力，有利于提高钻速 能在一定程度上抑制页岩水化膨胀，滤失量少，泥饼薄且韧性好，有利于井壁稳定 由于体系中粘土颗粒含量较少，对油气层的损害程度相对较少
12、。,长江大学石油工程学院,33,钙处理泥浆,石灰钻井液 PH:11-12 Ca2+:120-200ml/l 悬浮石灰：3000-6000mg/l 石膏钻井液 PH:9.5-10.5 Ca2+:600-1200ml/l 悬浮石灰：6000-12000mg/l CaCl2钻井液,长江大学石油工程学院,34,盐水钻井液,凡NaCl含量超过1（质量分数，Cl-含量为 6000mg/l）直到饱和（Cl-含量为189000mg/l） 特点： 由于矿化度较高，能有效地防止粘土的分散而防塌； 对盐的敏感性低，耐盐和耐钙、镁的能力强； 滤液性质与原生水比较接近，对油气层的损害较轻； 岩屑不易在盐水中分散，容易被
13、清除。 应用： 造浆水本身含盐量较高，如海水; 地层中有盐水流; 钻遇盐脉或岩盐层以及水敏性页岩。,长江大学石油工程学院,35,泥浆组成和性能对钻速的影响（略）,比重和液柱压力 泥浆比重越高，产生的液柱压力越大，井底压差越大，机械钻速减小。,长江大学石油工程学院,36,泥浆组成和性能对钻速的影响（略）,粘度 粘度越高，钻速越慢 粘度越高，循环压耗越大，钻头水压力相应减小， 紊流减阻作用增大，喷咀粘度减小，当喷嘴粘度接近于0时，钻速最高。 失水量 泥浆瞬时失水量大，钻速较快 失水影响钻还与粘度有关，且影响钻速的失水是井底最初的瞬时失水。 失水进入裂缝减小压持效应及降低岩石强度。,长江大学石油工程
14、学院,37,泥浆组成和性能对钻速的影响（略）,固相含量和类型 固相含量增加，泥浆比重、液柱压力，层流粘度和紊流粘度，常规失水和最初瞬时失水等性能都随之改变。 固相类型：砂、惰性固体对钻速的影响较小，钻屑、低造浆率的劣土居中，高造浆率的粘土影响最大。,长江大学石油工程学院,38,固相的分类,按作用分： 有用固相 粘土 重晶石 无用固相 钻屑,按性质分： 活性固相 惰性固相,按粒度分： 粘土：d74 m,长江大学石油工程学院,39,有害固相对钻井所带来的不利影响,使钻速降低，钻头进尺减小 钻井设备磨损加剧 泥饼比重粘度升高 泥饼加厚 伤害油气层,长江大学石油工程学院,40,清除泥浆固相的方法,加水
15、稀释 化学方法:使用絮凝剂使钻屑呈团簇絮凝状，加快固体下沉速度。 机械方法 振动筛 旋流除砂器 旋流除泥器 离心机,长江大学石油工程学院,41,清除泥浆固相的方法,长江大学石油工程学院,42,油基钻井液,以油作为分散相的钻井液。 优点： 防塌 润滑、防卡 具有很好的热稳定性 缺点 成本高 影响测井资料解释 对环境会产生污染,长江大学石油工程学院,43,油基泥浆的类型,适用范围 用作高温（200度以上）、超深井（5000m以上）井的钻井液； 用于极复杂地层（极易坍塌层、极易粘附卡钻地层、软泥岩地层）钻井； 用于油气层钻井，保护产能； 用于特殊工艺要求的井，如大斜度定向井和和大位移井,长江大学石油工程学院,44,第五节 复杂情况处理,长江大学石油工程学院,45,复杂情况处理（井漏）,井漏的类型 渗透性漏失： 发生在渗透性良好的砂岩、砂砾岩。一般漏失量较小，漏速慢。 裂缝性漏失 天然裂缝：碳酸岩、白云岩、裂缝性砂岩 人为裂缝：井内压力过大使结合力较弱的层面产生裂缝，其漏失速度视裂缝大小而定。 溶洞漏失 石灰岩、白云岩,长江大学石油工程学院,46,复杂情况处理（井漏）,长江大学石油工程学院,47,复杂情况处理（井漏）,长江大学石油工程
