钻井液体系

第六章 钻井液体系,水基钻井液体系钻井液体系 油基钻井液体系气体钻井液体系组成、性能、调配、适应性,,1,第一节 水基钻井液,水基分散型钻井液水基钻井液 水基抑制性钻井液 ……,,2,第一节 水基分散型钻井液,1. 造浆率等概念2. 土量、水量计算3. 盐、钙污染规律及处理4. 钻井液性能调节,3,1. 水基分散型钻井液的组成和特点 组成： 淡水 + 粘土 + 处理剂,4,一种典型组成（1.06-1.44）,1,5, 特点：滤失量小、泥饼致密、配高密度钻井液(2以上)、抗温能力强、成本低粘土分散度改变、导致性能改变、性能容易受电解质污染、稳定性差 技术关键：保持粘土颗粒的高度分散,2. 选土与配浆  选土 要求：最少的土量得到最高的粘度 实验观察：不同的土达到相同粘度时，用土量相差很大0,土量 g/l,粘度 mPa.s,,15,优质膨润土,普通粘土,劣质粘土,5,选择配浆土的指标 —— 造浆率 造浆率：每吨干土配出表观粘度为15mPa.s的钻井液的体积量 单 位：m3/T 测定计算方法：  三个样品杯，加入350ml蒸馏水，再加入不同重量的土；  搅拌20分钟  陈化24小时  搅拌5分钟；  测定600r/min读数，计算表观粘度；  在半对数坐标上作图，找出15mPa.s时的膨润土加量；  按照公式计算造浆率。

6,造浆率（m3/t） = 1000 / Cc + 0.4Cc —— 表观粘度为15mPa.s时膨润土的加量，g/L；0.4 —— 每吨膨润土所占体积，m3/tC,CC,lg,,,lg15,0,7, 配浆 —— 配制原浆、基浆 原浆：仅由水 + 膨润土组成的一种初始钻井液 基浆：原浆 + 处理剂,,8,钙膨润土特点：Ca++价数高，与晶层吸引力强，水中不易分散；Ca++半径大，水化差，胶粒周围扩散双电层薄，造浆性差性能上表现为： 表观粘度小、造浆率低、静失水量大9,钠膨润土特点：Na+价数低、吸引力弱；Na+水化能力强 表观粘度大； 造浆率高；静失水量小10,钙土改造为钠土：Ca土 + Na2CO3  Na土 + CaCO3  Ca土 + NaOH  Na土 + Ca（OH ）2Ca++ + OH- 原理：利用离子交换吸附，钙钠置换11,最优加碱量确定,,,,,,,,Na2CO3(%), ‘,API,0,7,12,最优加碱量确定方法 最大造浆率法  最低失水量法  最大电位法,13, 配制定量、定密度钻井液所需土量式中： 浆 —— 钻井液密度，g/cm3;土 —— 粘土密度，g/cm3;水 —— 配浆水密度，g/cm3；V浆 —— 欲配钻井液体积, cm3。

14, 配制定量、定密度钻井液所需水量V水 = V浆 - W土 / 土,15,例题用密度为2.4的粘土，欲配密度为1.25钻井液45m3，计算需要多少吨粘土？多少m3水？ 解：,16,3. 水基分散型钻井液受污染及其处理 污染物定义:凡进入钻井液中使性能变坏的物质.可溶性盐 （钙、钠盐） 污染物类型 钻屑地层流体 (水、气体),,18, 钙污染 钙来源： 石膏层：CaSO4  Ca++ +SO42- 水泥塞：Ca(OH)2  Ca++ + 2OH - 影响规律：  失水：Ca++↑→Vf ↑  有效粘度：高固相： Ca++ ↑→  ↑ →  max低固相：  先升后降,19,,,,,,,,,Vf,Ca++ （mg/l）,失水,低固相,高固相,20,钙污染机理： —— 电解质压缩双电层， ↓ ，改变聚结稳定性 - - - - - - - - -,- - - - - - - - - -,- - - - - - - - - -,,,,,,,,,,,,,d1,d2,d3,钙离子增加,,21,钙污染处理 处理原则：除钙、护胶、拆结构  除钙：加纯碱。

CO32-+Ca++ CaCO3   护胶：加降失水剂（NaC、CMC）  拆结构：加入稀释剂（NaT、FCLS）,23, 水泥侵的处理 特点：PH ↘ 处理：  加低碱比的护胶混合液 NaC : NaOH : NaT : Na2CO3 : H2O 5 : 1-2 : 1 : 2 : 50  清水钻水泥塞，钻完放掉24, 石膏侵的处理 特点：PH ↘ 因为：SO42- ↗ 处理：  对于薄层石膏层 纯碱 + 烧碱 （除钙） （提PH）  对于大段石膏层 使用高碱比的混合液 NaC : NaOH : NaT : Na2CO3 : H2O 5 : 2-3 : 1 : 2 : 50  预处理 预先配成钙处理钻井液，抑制石膏溶解25, 盐污染及其处理 污染曲线,,,,,,,Vf,NaCl（g/100ml）,失水,低固相,高固相,,,26,污染规律NaCl↗→PH ↘ NaCl ↗→ Vf ↗ 、 ↗→ ↘ → C（低固相 ,常数） 3%为分界线 3%前，Vf 增加小， ↗  3%后，Vf ↗ ， ↘ → C（低固相）,27,盐侵处理 原则：抗盐护胶剂、拆结构、换土。

 抗盐、护胶：加入抗盐能力强的有机护胶剂如：CMC  拆 结 构：加入抗盐稀释剂如：FCLS  换 土：换抗盐土如：海泡石、凹凸棒石28,1,28,CO2污染: 来源：地层 危害：影响钻井液的流变性能、动切力 处理：适量氢氧化钙 钙离子50-75 mg/l,硫化氢污染: 来源：地层、有机物分解危害：有毒 、腐蚀 腐蚀机理：氢脆 处理：烧碱、碱式碳酸锌,氧污染:,1,29,所需处理剂用量的计算：与污染物在钻井液滤液中的当量浓度相等[A] V a = [C] Vc[A]:处理剂浓度，mol/L；V a ：处理剂参加反应的离子价数；[C]：污染物浓度， mol/L ；V c ：污染物参加反应的离子价数,4、分散型水基钻井液性能调节, 提、降密度  提、降粘度  提、降切力  降低失水  改善泥饼质量  提、降PH值,29,降低钻井液密度所需的加水量 计算公式：式中，V水 —— 所需加水量；V重泥浆 —— 原重泥浆体积；重泥浆 —— 原重泥浆密度；稀释浆 —— 稀释后泥浆密度.,34,例题有300米3密度为1.35 g/cm3的钻井液，欲加清水降低密度到1.15g/cm3，需加清水多少米3 ？需加清水400米3。

35,5、水基分散型钻井液的优缺点 本质：尽量提高粘土粒子的分散度来保持钻井液性能的稳定 方法： 分散介质 —— 淡水 （PH >10）处理剂 —— 分散剂 （稀释、护胶剂） 优点：泥饼质量好 —— 薄、密、韧固相容量限高 ——适合配制高密度钻井液抗温能力强 —— 可抗温 160 - 200 0C,,36,缺点：  固相含量高   高  分散性强、抑制性差，不适应强造浆地层钻进  油气层保护能力差，钻达油气层必须加以改造  对可溶性盐类敏感37,第二节 水基抑制性钻井液,1. 抑制性钻井液的基本特点2. 石灰钻井液性能及维护3. 盐水钻井液性能及维护4. 聚合物钻井液性能及维护,38,,抑制性钻井液  组成： 水 + 粘土 + 无机盐 +处理剂水 + 粘土 + 聚合物  实质（特点）：利用粘土粒子的适度分散，保持钻井液性能稳定  核心：保持固相具有适当的分散度  方法：利用无机盐压缩双电层作用使粘土粒子絮凝，再利用稀释剂的解絮凝作用去抵消一部分絮凝，直到分散度合适 —— 性能符合要求抑制性钻井液定义:能抑制钻屑造浆（能提供抑制性化学环境）的钻井液。

类型： 钙处理钻井液盐水钻井液甲酸盐钻井液钾石灰钻井液硅酸盐钻井液聚合物钻井液…,,40,1、钙处理钻井液(粗分散钻井液)石灰钻井液（120-200）钙处理钻井液 石膏钻井液（300-500）氯化钙钻井液（大于500）配制原理：通过调节钙离子和分散剂的相对含量，使钻井液处于适度粗分散状态，使其性能保持相对稳定41,（1） 石灰钻井液  基本配方 膨润土浆 + 护胶剂 + 石灰 （CaO）  石灰的作用提供Ca++; Ca++使粘土絮凝42,1,40,石灰钻井液推荐配方及性能,47,石灰泥浆使用要点: (1)经常由分散钻井液转化而成 转化程序：加水降固相含量--后同时加石灰、烧碱、稀释剂,若需要再补充降滤失剂一个循环周期完成 (2)维护工艺 掌握关键指标___滤液钙离子浓度\PH\储备碱度 高温固化(135℃) 石灰 + 粘土 + NaOH → 水化硅酸钙, 基本配方膨润土浆 + 混合剂（褐煤、烧碱、单宁、纯碱）或FCLS + 石膏 （CaSO4）  石膏的作用提供Ca++;Ca++使粘土絮凝；维持较低的PH值49,（2） 石膏钻井液,1,43,石膏钻井液与石灰钻井液性能比较 (1)更强的抗污染能力 (2)防塌效果好(低碱度\低PH)---厚石膏层和泥页岩层 (3)更高的抗温能力(175),1,44,石膏钻井液推荐配方及性能,1,45,石膏泥浆使用要点: (1)经常由分散钻井液转化而成 转化程序:加水降固相含量后同时加烧碱稀释剂石膏, 再加降滤失剂 (2)维护工艺 掌握关键指标___滤液钙离子浓度\PH\硫酸钙,（3）氯化钙钻井液 基本配方 膨润土浆 + 稀释剂\降滤失剂+ 氯化钙 （CaCl2） 特点 稳定井壁\絮凝程度更大.对提高钻速有利\ Ca++ 高影响黏土悬浮体稳定,维护困难 褐煤 -- 氯化钙钻井液体系 氯化钙的作用提供Ca++: Ca++ +2Hm-≒Ca(Hm)2↓→降失水储备Ca++，使[Ca++] =200ppm → 保证抑制性和流变性稳定。

50,1,47,褐煤 -- 氯化钙钻井液推荐配方及性能,2、水基聚合物钻井液,1.不分散低固相聚合物钻井液2.不分散聚合物加重钻井液3.两性复合离子聚合物钻井液4.阳离子聚合物钻井液,51,无用固相少，密度低，压差小； 钻屑较粗，固相体积含量较小； 膨润土固相含量低，亚微米颗粒少； 剪切稀释性好，水眼粘度低； 携砂能力强； 抑制、包被能力强； 对油气层损害较小； 抗温能力较强52,（一）聚合物钻井液的基本特点,（1） 要求不分散低固相聚合物钻井液的要求：不分散、低固相 不分散：固相粒子粒度不变，不再分散，新钻屑也不分散 低固相：低密度固相特别是活性固相含量较低 目的：尽量减少亚微米颗粒（＜1微米）含量，保证钻井液良好性能，减少亚微米颗粒对钻速的影响53,（二）不分散低固相聚合物钻井液,1,51,1）固相含量（不含加重剂）≤4%（W/V）核心 2）岩屑/膨润土（D/B） ≤2：1 3）动塑比（YP/PV）=0.37～0.48Pa/mPa.s 4）动切力（YP）=1.5-3Pa 5）滤失控制视情况具体分析：地层稳定，放宽；坍塌地层，从严；油层，尽量低 ６）优化流变参数 卡森水眼粘度３－６ 动切力０.５－３剪切稀释指数３００－６００ ７ ）尽量不用分散剂,（2）性能指标,1,52,（3）常用处理剂聚丙烯酰胺及其衍生物包括80A系列、SK系列、PAC系列等，VAMA、XC等。

（４）聚合物的主要作用 桥连与包被、絮凝作用、增粘、降滤失作用、抑制与放塌、降粘作用,（三）不分散聚合物加重钻井液(1) 高分子聚合物的作用絮凝和包被钻屑、增效膨润土、包被重晶石，减少粒子间的摩擦 (2) 配制井浆转化：在原不分散低固相聚合物钻井液基础上加重而得配制新浆：彻底清罐－处理配浆水－土＋聚合物－加重剂＋聚合物＋聚丙烯酸钠,56,(4)维护原则 视情况加水（稀释） 依据钻速快慢，添加选择性絮凝剂 固控设备跟上 维持劣膨比≤3：1,。