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1、内部资料注意保管石油钻井液技术及上下游合作重点中国石油化工股份有限公司科技开发部二零零九年十一月前 言为了促进中石化科学技术的进步，发挥上下游专业的技术优势，紧密中石化内部的技术合作，科技开发部针对钻井液技术领域，将集中组织上下游的科研力量，在高性能钻井液处理剂方面开展联合技术攻关，推进钻井技术的发展。本材料基于上述指导思想编写，难免有不妥之处，敬请批评指正。目 录一、钻井液技术背景 .11.钻井液的用途 .12.钻井对钻井液性能的基本要求 .23.钻井液常用材料及作用 .3二、国内外钻井液技术的发展现状及差距 .61.国内钻井液技术发展现状 .62.国外钻井液技术发展现状 .83.国内外钻井
2、液技术差距 .8三、中石化钻井液技术发展方向 .9四、上下游技术合作重点 .111一、钻井液技术背景钻井液（Drilling Fluids）是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称，俗称钻井泥浆（Drilling Muds）或泥浆（Muds） 。钻井液的循环是通过泥浆泵来维持的。从泥浆泵排出的高压钻井液，经钻柱到达钻头，从钻头上的喷嘴喷出，以清洗井底、冷却钻头、携带岩屑。然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，到达地面后，经固控设备清除岩屑后返回泥浆池，最后进入泥浆泵循环再用。1.钻井液的用途1.1 携带和悬浮钻屑钻井液首要和最基本的功用，就是通过其本身的
3、循环，将井底被钻头破碎的岩屑携带至地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，避免重复切削，保持安全、快速钻进，同时被带至地面的岩屑是地质人员研究的重要资料。在接单根、起下钻或因故停止循环时，钻井液将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。1.2 稳定井壁及控制地层压力井壁稳定、井眼规则是实现安全、优质、快速钻井的基本条件。性能良好的钻井液应能借助液相的滤失作用，在井壁上形成一层薄而韧的泥饼(就像在井壁上刷了一层漆) ，以稳固已钻开的地层并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散程度。与此同时，在钻进过程中需要通过不断调节钻井
4、液密度，使井眼内钻井液的液柱压力能够平衡地层压力，从而防止井塌和井喷等井下复杂情况的发生。1.3 冷却和润滑钻头、钻具在钻进中钻头一直在旋转破碎岩层，产生很多热量，同时钻具也不断地与井壁摩擦而产生热量。正是通过钻井液不断地循环作用，将这些热量及时吸收，然后带到地面释放到大气中，从而起到了冷却钻头、钻具，延长其使用寿命的作用。由于钻井液的存在，使钻头和钻具均在液体内旋转，因此在很大程度上降低了摩擦阻力。1.4 传递水动力钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，从而提高钻井速度和破岩效率。在使用动力钻具钻进时，钻井液在钻杆内以较高流速流过，使动力钻具旋转并带动钻头破碎岩石。21.5 获取地下信息通
5、过岩屑、钻井液携带的气体成分和钻井液性能的变化获得井下各种信息，为钻井施工和及时发现油气层提供资料依据。2.钻井对钻井液性能的基本要求2.1 钻井液密度（常用单位：g/cm 3）钻井液密度是确保安全、快速钻井和保护油气层的一个十分重要的参数，对钻井的主要影响是平衡地层及油、气、水层压力，防止井喷，保护和巩固井壁。钻井对钻井液密度的基本要求是“ 压而不死，活而不喷 ”，即密度大，但不能把油气层压死；密度小，但不能发生井喷。2.2 钻井液粘度（常用单位：mPas ）在钻进过程中，粘度升高，钻速降低。粘度升高会增加流动阻力与功率消耗，泵功率一定的情况下，排量就会降低。另外，高粘度的钻井液在井底岩石表
6、面形成一个粘性垫子，缓和了钻头牙齿对井底岩石的冲击切削作用。但粘度高有利于钻井液携带岩屑，保持井底清洁。所以，钻井液粘度既不能太高，也不能太低，应根据钻井速度、设备功率及所钻地层的特点确定合适的钻井液粘度。2.3 钻井液切力（常用单位：Pa）钻井液具有切力，有利于携带和悬浮岩屑、重晶石等，不会因停泵而发生沉砂卡钻，也不至于因重晶石沉淀而难于加重。若切力太大，则清除砂粒和钻屑困难，泥饼质量也差，易引起缩径、井漏、卡钻等事故。若切力太小，则携带和悬浮岩屑能力降低，停泵易造成沉砂，下钻不到底甚至沉砂卡钻。所以，钻井液切力太大或太小都对钻井不利，必须根据实际情况选择适当的切力。2.4 钻井液的滤失性能
7、滤失性能包括滤失量和滤饼质量。滤失是指在压差作用下，钻井液中的部分液体向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透，滤失的多少就是滤失量，常用单位：mL。滤饼以厚度来衡量，单位：mm。钻井液滤失量过大，滤饼厚而疏松，会引起一系列问题。但是，滤失量也不是越小越好。因为一方面瞬时滤失量大可增加钻井速度，有利于钻头破碎岩石，提高机械效率，延长钻头使用寿命；另一方面，过分降低滤失量会消耗大量处理剂，增加成本。3滤饼质量高，具有润滑作用，有利于防止粘附卡钻、井壁稳定、防止地层坍塌与剥蚀掉块。滤饼摩擦系数越小对钻井越有利，为降低滤饼摩擦系数可加入润滑剂，如钻井液中混入一定量原油、液体润滑剂、高分子聚合物（如聚丙烯酰胺）等
8、。2.5 钻井液含砂量钻井液含砂量是指钻井液中不能通过 200 目筛网（即网眼边长为 74m）的砂粒占钻井液总体积的百分数。含砂量高时，钻井液密度升高，钻速降低，滤饼质量变差，滤失量变大，滤饼摩擦系数变大，影响固井质量，对设备的磨损严重。所以，钻井要求钻井液含砂量越小越好，一般控制在 0.3以下。2.6 钻井液 pH 值钻井实践表明，各种类型的钻井液都有其一定的 pH 范围，许多处理剂在使用时也要求某一个 pH 范围。如果 pH 值控制在适当的范围内，则钻井液的粘度、切力较小，滤失量低，性能比较稳定，与所钻地层的配伍性比较好。因此，控制 pH 值是非常重要的。2.7 钻井液中固相含量钻井液中固
9、相含量是指钻井液中除液体以外的全部固体占钻井液总体积的百分数。钻井液中同相含量越低越好，一般控制在 5左右。此外，为了防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井液技术还要求钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求。为了满足地质上的要求，所使用的钻井液必须有利于对地层的评价。钻井液还应对钻井人员和环境不发生伤害和污染，对井下工具及地面装备不腐蚀或尽可能减轻腐蚀。在各种复杂地层钻井时，对钻井液还有特殊的要求，例如，钻岩盐层、石膏层时，要求泥浆具有较强的抗盐、抗钙侵的能力，还要注意防止井眼扩大；钻高温地层或超深井段时，要求钻井液具有较高密度和热稳定性等。3.钻井液常用材料及作用配制各种钻
10、井液所用的物质称为钻井液材料，其中包括原材料及处理剂。钻井液原材料是指组成钻井液的基本组分，如粘土、水、油、加重材料等。处理剂是指用来调整钻井液性能的物质，是钻井液组分中的关键成分。3.1 钻井液材料按化学性质分类4（1）原材料：如粘土、水、油、加重剂等。（2）无机处理剂：如氯化钠、氯化钾、氢氧化钠、石灰等，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、腐殖酸类、丙烯酸类、纤维素类等。（4）表面活性剂：如非离子型、阴离子型、阳离子型和两性表面活性剂等。3.2 钻井液材料按用途分类（APIIADC 钻井液分委会分类）（1）碱度、pH
11、 控制剂用来控制钻井液的酸度或碱度，常用的产品包括石灰、烧碱、纯碱和碳酸氢钠，也包括其它普通酸和碱。（2）杀菌剂钻井液杀菌剂指能杀死细菌，维护钻井液中各种处理剂使用性能的化学剂。主要有氯化十二烷基铵、氯化十八烷基铵、氯化十二烷基三甲基铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、甲醛等。（3）除钙剂用来降低海水中的钙离子的浓度、处理水泥污染和地层中的硬石膏、石膏污染，如纯碱、碳酸氢钠、烧碱和某些多磷酸盐等。（4）防腐剂在控制钻井液 pH 值的条件下，用来控制腐蚀、中和钻井液中有害酸气和防止结垢，一般为氨基或磷酸盐基产品，也有其它专门配制的化学产品。（5）消泡剂消泡剂是指能清除和抑制钻井液中泡沫的化学剂。主要有
12、醇类、聚醚类、脂肪酸盐类和硅醚类。通常有合成化合物和复配型两种类型。（6）乳化剂用来使两种互不相溶的液体成为非均匀混合物（乳状液） 。包括：用于油基钻井液中的脂肪酸和氨基化学产品和用于水基钻井液中的清洁剂、脂肪酸盐、有机酸、水溶性表面活性剂等，可以是阴离子型、非离子型或阳离子型的化学产品。（7）降滤失剂用来降低钻井液的滤失量，是非常重要的钻井液处理剂之一。主要有天然或天然5改性高分子材料、合成树脂和合成聚合物，如膨润土、褐煤、CMC、PAC、预胶化淀粉等。（8）絮凝剂用来提高钻井液粘度，提高膨润土造浆率，在低固相钻井液中澄清液相或使固相脱水，也可使钻井液中的胶体颗粒聚束或成絮凝物并使其沉降，如
13、盐或盐水、熟石灰、石膏、丙烯酰胺基聚合物、两性离子磺酸盐聚合物、抗温抗盐聚合物絮凝剂等。（9）发泡剂在水及水基流体中能够产生泡沫的处理剂（表面活性剂） 。可使空气或天然气用于钻水层。可用于配制泡沫钻井液。如十二烷基苯磺酸钠、十二醇硫酸钠、OP-10 等。（10）堵漏材料用来封堵漏失层，隔离井眼表面和地层，以便在随后作业中不会再造成钻井液的漏失。堵漏剂通常为复配型产品，使用时也常采用多种材料。（11）润滑剂用来降低钻井液的摩阻系数，以便降低扭矩和阻力，如各种油、合成基液体、表面活性剂、乙二醇、甘油以及其它化学产品。固体润滑剂主要有玻璃小球、塑料小球和石墨粉等。（12）解卡剂注入至预测的卡点，以降低摩阻并提高润滑性，从而达到解卡的目的，通常含有清洁剂、脂肪酸盐、油、表面活性剂和其它化学产品。（13）页岩抑制剂用来抑制因页岩中所含粘土矿物水化膨胀分散而引起的井壁坍塌发生的化学剂。可溶性钙盐、钾盐等无机盐和一些有机化合物因降低页岩的水化作用而具有页岩抑制性。（14）表面活性剂降低接触面（水油、水固体、水空气等）之间的界面张力，可作为乳化剂、破乳剂、润湿剂、絮凝剂或
