《第四章 钻井液优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 钻井液优秀PPT.ppt（45页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第四章 钻井液第一页，本课件共有45页钻井液的基本类型：钻井液的基本类型：油包水乳化泥浆：以油做分散介质，水及有机搬土或其它亲油粉末状物作分散相，加乳化剂配制。水基泥浆：水基泥浆：以水为分散介质，基本组分是粘土、水和化学处理剂淡水泥浆：含盐量小于1%，含Ga1%，主要用在海湾、海上、盐岩层、页岩易塌层。钙处理泥浆：含Ga120mg/l，防塌性能好，抗盐侵蚀能力强，稳定井壁。低固相泥浆：含粘土量小于7%，部分散低固相4%，钻速快，流动性好。混油泥浆：加入原油或柴油，油呈小珠分散；润滑性好，摩擦小。油基泥浆：油基泥浆：特点是：热稳定性高，交好的防塌效果，对油气层损害小。用于：超深井的高温井段，钻进
2、易塌地层和低压油层。特点：对油层损害小，抗可溶盐的侵污能力强。油基泥浆：由柴油和沥青（或有机搬土）及有关处理剂配制。第二页，本课件共有45页第一节 粘土基本知识 第二节 钻井液性能及调控 第三节 常用钻井液简介 主要内容主要内容第三页，本课件共有45页第一节第一节 粘土基本知识粘土基本知识 粘土是钻井液的主要成分，水基钻井液就是粘土分散在水中形成的胶体悬浮体。粘土对钻井液的性质有很大影响，其类型不同，造浆率差别很大。一、一、几种主要粘土矿物的晶体构造及特点几种主要粘土矿物的晶体构造及特点 粘土主要是由很细（2m以下）的粘土矿物组成，许多粘土中含有非晶体质的胶体矿物如蛋白石、氢氧化铁、氢氧化铝，
3、还含有不定量的石英、长石等粘土矿物。但粘土的主要化学成分为铝硅酸盐。因此虽然粘土矿物的种类很多,不同粘土矿物有不同的晶体构造及特点，但其晶体都是由两种基本构造单位组成的。基本构造单位：硅氧集团和铝氧集团第四页，本课件共有45页1.1.粘土晶体构造中的基本单位粘土晶体构造中的基本单位 硅氧四面体 每个四面体中都有一个硅原子与四个氧原子以相等的距离相连，硅在四面体的中心，四个氧原子(或氢氧)在四面体的顶点。在大多数粘土矿物中排列成六角形网络。第五页，本课件共有45页铝氧八面体 铝原子处于八面体的中心，与上面和下面的各三个氧原子或氢氧形成一个正八面体。八面体片状构造中，铝占2/3位置，空余位置以 表
4、示。第六页，本课件共有45页 高岭石晶体由一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成。四面体片的顶尖都朝着八面体片，二者由共用的氧原子和氢氧原子团联结在一起。由于它是一个硅氧四面体片和一个铝氧八面体片组成，所以称高岭石为11型粘土矿物。高岭石单元晶层，一面为OH层，另一面为O层,片与片之间易形成氢键,晶胞之间连结紧密,故高岭石的分散度低。高岭石晶格中几乎没有晶格取代现象，它的电荷是平衡的，因此高岭石电性微弱。这些特点决定了高岭石水化很差，造浆性能不好，不是配浆的好材料。油气层中高岭石颗粒大而附着力弱，常常因运移堵塞孔喉而降低渗透率。2.2.高岭石的晶体结构高岭石的晶体结构第七页，本课件共有45页
5、蒙脱石是由上下两个硅氧四面体片中间夹一层铝氧八面体片组成，硅氧四面体的尖顶朝向铝氧八面体，铝氧八面体片和上下两层硅氧四面体片通过共用氧原子和氢氧联结形成紧密的晶层，因此称为21型。在铝氧八面体中，有部分Al3+被Mg2+或Fe2+取代，四面体中的Si4+也有少量被Al3+取代，显负电性，这种现象称为晶格取代现象。因此，吸附较多阳离子，有较强的离子交换能力。同时，蒙脱石晶层上下皆为氧原子层，各晶层间以分子间力联结，联结力弱。蒙脱石是极易水化、分散、膨胀的粘土矿物。这些特点决定了蒙脱石是配浆的好材料，但地层中蒙脱石也会因水化膨胀而造成井塌和油层损害。3.3.蒙脱石的晶体结构蒙脱石的晶体结构第八页，
6、本课件共有45页 伊利石的晶体构造和蒙脱石相似，也是21型晶体结构，即伊利石也由两层硅氧四面体片夹一层铝氧八面体片组成。区别：伊利石的硅氧四面体中有较多的Si4+被Al3+取代，晶格出现的负电荷由吸附在伊利石晶层表面氧分子层中的K+所中和。K+的直径为2.66，而晶层表面的氧原子六角环空穴直径为2.80，因此K+正好嵌入氧原子六角环中。由于嵌入氧层的吸附K+的作用，将伊利石的相邻二晶层拉得很紧，联结力很强，水分不易进入层间，所以它不易膨胀。伊利石由于晶格取代显示的负电性已由K+中和，K+嵌入氧原子六角环中，接近于成为晶格的组成部分，不易解离，因此伊利石电性微弱。4.4.伊利石的晶格结构伊利石的
7、晶格结构第九页，本课件共有45页5.5.海泡石族海泡石族6.6.绿泥石绿泥石 海泡石凹凸棒石坡缕缟石是铝和镁的含水硅酸盐 晶体构造为链状、棒状、或纤维状，晶体结构中有很大的空穴。有极大的内表面积，因此，含有较多的吸附水，有很高的热稳定性和坑盐侵污能力。在淡水和饱和盐水中的水化情况几乎一样。因此是配制深井钻井液和眼水钻井液的好材料。由三层型晶层与一层水镁石交替组成的。水镁石层有些Mg2+被Al3+取代，因而带正电。于是三层型晶层与水镁石层间以静电相吸联结，同时还有氢键存在，因此遇水不膨胀。对酸敏感。第十页，本课件共有45页二、二、粘土的吸附及水化作用粘土的吸附及水化作用 粘土的吸附作用：粘土的吸
8、附作用：钻井液中粘土颗粒和分散介质的界面上，自动浓集介质中分子或离子的现象称为粘土的吸附。粘土的水化作用：粘土的水化作用：由于粘土颗粒表面通常带有负电荷，因而能吸附水分子和各种水化离子，使粘土颗粒表面形成一层具有一定厚度的水化膜，这种现象称为粘土的水化作用。粘土的吸附和水化作用是使钻井液分散体系稳定的重要因素。第十一页，本课件共有45页 1)永永久久电电荷荷。它是由于粘土在自然界形成时发生晶格取代所产生的。例如，Si-O四面体中Si4+被Al3+所代替，或Al-O八面体中的Al3+被Fe2+或Mg2+等取代，就产生了过剩的负电荷。这种负电荷的数量取决于晶格取代的多少，而不受pH值的影响，因此称
9、为永久负电荷。2)可可变变负负电电荷荷。在粘土晶体的断键边缘上有很多裸露的Al-OH键，其中OH中的H在碱性条件下解离，会使粘土负电荷过剩；另外粘土晶体的边面上吸附了OH-、SiO32-等无机离子或吸附了有机阴离子聚电解质也使 粘土带负电。由于这种负电荷的数量随介质的pH值而改变，故称为可变负电荷。3)3)正电荷正电荷。不少研究者指出，当pH值低于9时，粘土晶体边面上带正电荷。多数人认为其原因是由于裸露在边缘上的Al-O八面体在碱性条件从介质中接受质子引起的。粘土的负电荷与正电荷的代数和即为粘土的净电荷数，由于粘土的负电荷一般都多于正电荷，因此粘土一般都带负电荷。1.1.粘土的吸附性能粘土的吸
10、附性能（1 1）粘土颗粒表面电荷种类及原因）粘土颗粒表面电荷种类及原因第十二页，本课件共有45页 吸附现象在钻井液中是经常发生的，化学处理剂改善钻井液性能，侵入物损坏钻井液的性能都是通过吸附改变粘土表面的性质而起作用的。钻井液中粘土的吸附作用，可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种。1)物物理理吸吸附附。物理吸附是靠吸附剂和吸附质之间分子间引力产生的，物理吸附是可逆的，吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。非离子型的有机处理剂，往往是因在粘土表面发生物理吸附而起作用的。2)化化学学吸吸附附。化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的。例如铁铬木质素磺酸盐在粘土晶体的边缘上可以发生
11、螯合吸附。3)3)离子交换吸附离子交换吸附。粘土颗粒因晶格取代等原因，一般是带负电的，为了保持整体的电中性，必然要吸附阳离子。而吸附的阳离子一般来说并不固定，可以与溶液中的阳离子进行交换，这种作用称为离子交换吸附。最常见的交换性阳离子是Na+、Ca2+、Mg2+等。钻井液中粘土吸附的离子与溶液中的离子发生离子交换吸附的现象是经常遇到的，配浆时加纯碱提高粘土的分散度和造浆率，就是利用离子交换吸附的特性。(2)(2)粘土的吸附性能粘土的吸附性能第十三页，本课件共有45页 同号离子相互交换；等电量相互交换；离子交换吸附的反应是可逆的，吸附和脱附的速度受离子浓度的影响。离子交换吸附的规律离子交换吸附的
12、规律 浓度相同，价数越高，与粘土表面的吸力越强，交换到粘土表面上的能力越强；价数相同、浓度相近时，离子半径越小，水化半径越大，离子中心离粘土表面越远，吸附能力弱(K+与H+除外)；当浓度很高时，低价离子同样能交换高价离子。常见的阳离子交换能力强弱顺序是：H+Fe3+Al3+Ba2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+粘粘土土的的阳阳离离子子交交换换容容量量是指在pH等于7的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量。它包括交换性氢和交换性盐基，其数值均以每100 g粘土所交换下来的阳离子的量表示。粘土的阳离子交换容量，直接关系到粘土颗粒带电荷的多少和吸附处理剂的能力。影响粘土阳离子交换容量的因素
13、影响粘土阳离子交换容量的因素有粘土矿物的本性、粘土矿物的分散度及溶液的pH值。离子交换吸附的特点离子交换吸附的特点第十四页，本课件共有45页(1)粘土水化膨胀机理 粘土水化膨胀机理主要有两方面：1)表面水化 是由粘土晶体表面上水分子的吸附作用引起的，引起表面水化的作用力是表面水化能，第一层水是水分子与粘土表面的六角形网络的氧形成H键而保持在平面上。因此，水分子也通过氢键结合为六角环，下一层也以类似情况与第一层以氢键连接，以后的水层照此继续。2)渗透水化 由于晶层之间的阳离子浓度大于溶液内部的浓度，水发生浓差扩散，进入层间，在双电层斥力作用下层间距增大。渗透膨胀引起的体积增加比晶格膨胀大得多。2
14、.2.粘土的水化作用粘土的水化作用第十五页，本课件共有45页(2)(2)影响粘土水化膨胀的因素影响粘土水化膨胀的因素 影响粘土水化膨胀的因素有：1)粘土晶体的部位不同，水化膜的厚度不相同。粘土晶体所带的负电荷大部分都集中层面上，吸附的阳离子多，因此水化膜厚。在粘土晶体的边面上带电荷较少，因此水化膜薄。2)粘土矿物不同，水化作用的强弱不同。蒙脱石的阳离子交换容量高，水化最好，分散度也最高；而高岭石阳离子交换容量低，水化差，分散度也低，颗粒粗；伊利石由于晶层间K+的特殊作用也是非膨胀性矿物。3)粘土吸附的交换性阳离子不同，其水化程度有很大差别。如钙蒙脱石水化后晶层间距最大仅为1.7 nm，而钠蒙脱
15、石水化后晶层间距可达1.74.0 nm。第十六页，本课件共有45页 定义：粘土颗粒在水中表面带负电荷，通过静电作用可把交换性阳离子(称为反离子)吸引在它的周围。这些反离子一方面受负电荷的吸引靠近粘土表面，另一方面由于反离子的热运动及反离子之间的斥力，会脱离粘土颗粒向溶液中扩散，其结果构成了扩散双电层。粘土颗粒周围的阳离子只有一部分同粘土颗粒一起运动，这部分同粘土吸引得比较牢固的阳离子层，称为吸附层。另一部分阳离子距离粘土颗粒稍远，不随粘土一起运动，这一部分称为扩散层。吸附层和扩散层的交界面称为滑动面。三、三、钻井液中粘土表面的双电层钻井液中粘土表面的双电层第十七页，本课件共有45页 粘土颗粒运
16、动中因丢掉扩散层中的反离子而显示出一定的电势,称为电动电势(电位),其数值取决于吸附层内反离子总电荷。电解质对电动电势影响较大，溶液中阳离子浓度越高，进入吸附层的阳离子数量多，电位降低，当反离子全部进入吸附层时，这种现象称为电解质压缩双电层。电解质压缩双电层作用电解质压缩双电层作用第十八页，本课件共有45页四、四、钻井液的稳定性钻井液的稳定性 钻井液分散系若能长久保持其分散状态，各微粒处于均匀悬浮状态而不破坏，就称为具有稳定性。1.1.钻井液的沉降稳定性钻井液的沉降稳定性定义：定义：钻井液的沉降稳定性沉降稳定性是指在重力作用下钻井液中的固体颗粒是否容易下沉的性质。影响沉降稳定性的主要因素：影响
17、沉降稳定性的主要因素：粘土颗粒的大小、颗粒与分散介质的密度差、分散介质的粘度和钻井液中粘土颗粒的多少，颗粒愈大、颗粒愈重、介质粘度越小则沉降稳定性越不好。沉降稳定性稳定性聚结稳定性第十九页，本课件共有45页2.钻井液的聚结稳定性定义：定义：聚结稳定性是指钻井液中的固体颗粒是否易于自动降低分散度而粘结变大的性质。产生聚结的原因：钻井液中的粘土颗粒分散度高，比表面积大，因而具有较大的表面能。按照能量自发减少的原理，颗粒会自发地聚结变大，以降低表面能和分散度；颗粒在运动中相互接近或碰撞时，颗粒之间存在排斥力和引力，当引力大于排斥力时也会使颗粒聚结变大。颗粒间的排斥力颗粒间的引力影响聚结稳定性的主要因
18、素：范德华力双电层斥力水化膜弹性阻力第二十页，本课件共有45页电解质对聚结稳定性的影响：电解质对聚结稳定性的影响：电解质有压缩双电层和降低电位的作用，当电解质加量较多时，双电层被压缩，电位降低，减弱了颗粒在接近或碰撞过程中的双电层斥力，易于使颗粒聚结。聚结值聚结值的概念：的概念：使粘土开始明显聚结所加的电解质的最低浓度称为聚结值。高分子化合物对聚结稳定性的影响：高分子化合物对聚结稳定性的影响：钻井液中粘土颗粒能够和高分子化合物之间发生相互作用，绝大部分高分子化合物都会吸附在粘土颗粒的表面上。若高分子物质较多，粘土颗粒会尽可能多地吸附高分子物质在它的表面上，当颗粒完全被高分子所包围，没有剩余的空
19、白表面，就会失去再吸附其它颗粒上的高分子的可能，使颗粒间的桥联作用无法实现，使钻井液体系的稳定性增强，这种现象称为胶体的保护作用胶体的保护作用。第二十一页，本课件共有45页第二节第二节 钻井液性能及调控钻井液性能及调控钻井液钻井液常规性能常规性能密度马氏漏斗粘度塑性粘度动切力静切力API滤失量高温高压(HTHP)滤失量pH值及碱度含砂量固相含量膨润土含量滤液中各种无机离子浓度第二十二页，本课件共有45页2.2.调整钻井液密度的方法调整钻井液密度的方法一、一、钻井液的密度钻井液的密度1.1.对密度的要求对密度的要求调节井内钻井液的静液柱压力平衡地层压力及地层构造应力避免发生井喷及井塌等事故提高密
20、度加重重晶石石灰石可溶性无机盐降低密度降低固相含量加水稀释混油充气第二十三页，本课件共有45页流变性：流变性：钻井液流动和变形的特性称为流变性，其中流动性是主要的。流变性的作用：流变性的作用：1)携带岩屑，保证井底和井眼的清洁；2)悬浮岩屑和重晶石；3)合理确定水力参数，减少循环压力损失，充分发挥钻头水马力的作用，提高机械钻速；4)减轻钻井液造成的压力激动和对井壁的冲刷，防止井漏和井塌等事故的发生；5)有效地发挥固控设备的效能；6)防止气侵。二、二、钻井液的流变性钻井液的流变性第二十四页，本课件共有45页1.1.钻井液流变模式及流变参数钻井液流变模式及流变参数幂律流体（假塑性型）宾汉流体卡森流
21、体赫切尔巴尔克莱流体牛顿流体幂律流体（膨胀型）切应力流速梯度s0第二十五页，本课件共有45页流变学模式及流变参数流变学模式及流变参数牛顿流体宾汉流体卡森流体赫切尔巴尔克莱流体幂律流体第二十六页，本课件共有45页静切应力静切应力g 静切应力是指使静止的塑性流体开始运动时的最低切应力，现场简称切力，常用g表示。触变性触变性 破坏单位面积上网状结构所需的力即为静切应力。规定静置1 min后测定的静切力为初切力，静止10 min后测定的静切力为终切力，并用二者的差值来表示钻井液触变性的强弱。表现粘度表现粘度 表现粘度是指某一剪切速率下剪切应力与剪切速率的比值。第二十七页，本课件共有45页2.2.调整钻
22、井液流变性的一般要求及方法调整钻井液流变性的一般要求及方法 对于非加重钻井液：pv的适宜范围为512 mPa.s；d一般应保持在1.414.4 Pa范围内。切力g是使钻井液开始流动所需的最低切应力，其值过高时会造成开泵困难，甚至憋漏地层；其值过低又直接影响钻井液的悬浮能力。为了能够有效地携带岩屑，要求钻井液具有较高的动塑比(d/pv)。根据现场经验和平板型层流流核直径的有关计算，一般将d/pv保持在0.48 Pa/mPa.s左右是适宜的。在使用幂律模式时，n值保持在0.40.7之间。K值尚未明确其适宜范围，但原则上应在保证有效携岩的前提下，尽量维持较低的K值，以提高钻速和降低开泵时所需的压力。
23、第二十八页，本课件共有45页调整宾汉和幂律模式流变参数的方法调整宾汉和幂律模式流变参数的方法1)1)降降低低pv。通通过过合合理理使使用用固固控控投投备备、加加水水稀稀释释或或化化学学絮絮凝凝等等方方法法，尽尽量量减减少固相含量。少固相含量。2)2)提提高高pv。加加入入低低造造浆浆率率粘粘土土、重重晶晶石石以以及及混混入入原原油油均均可可提提高高霵霵V。另另外外增加聚合物浓度使钻井液的滤液粘度提高，也可起到提高霵增加聚合物浓度使钻井液的滤液粘度提高，也可起到提高霵V的作用的作用 3)3)降降低低d 。最最有有效效的的方方法法是是加加入入适适合合于于本本体体系系的的降降粘粘剂剂(或或称称稀稀释
24、释剂剂)，以以拆拆散散钻钻井液中已形成的网架结构。井液中已形成的网架结构。4)4)提高提高d 。可加入预水化膨润土或增大聚合物的加量。可加入预水化膨润土或增大聚合物的加量。5)5)降降低低n n值值。增增加加钻钻井井液液中中高高分分子子量量聚聚合合物物和和无无机机盐盐的的含含量量，以以及及将将预预水水化化膨膨润润土土加加入入盐盐水水钻钻井井液液体体系系等等，均均可可使使n n值值降降低低。但但是是，通通过过增增加加膨膨润润土土含含量量和和矿矿化化度度来来降降n n值值，一一般般来来讲讲不不是是好好的的方方法法，而而应应优优先先考考虑虑选选用用适适合合于于本本体体系系的的聚聚合合物物来来降降低低
25、n n值值，改改进进流流型型。试试验验表表明明，XCXC生生物物聚聚合合物物和和聚聚丙丙烯烯酸酸钙等都是非常有效的流型改进剂。钙等都是非常有效的流型改进剂。6)6)降低或提高降低或提高K K值值。与降低或提高。与降低或提高pv，d值值的方法基本的方法基本相同。相同。第二十九页，本课件共有45页三、三、钻井液的滤失量钻井液的滤失量1.钻井过程中钻井液的滤失和造壁作用静静液液柱柱压压力力泥饼静失水动失水第三十页，本课件共有45页2.2.钻井液滤失与钻井的关系钻井液滤失与钻井的关系3.钻井液滤失性的调整方法 钻井要求钻井液具有低失水量和薄而致密的泥饼，在失水和泥饼质量这两个因素中，泥饼质量是主要的。
26、失水量高且泥饼厚而松散对钻井是不利的：损害油气层；井壁垮塌；井径不规则；起下钻遇阻；高渗透性地层形成较厚泥饼，造成压差卡钻等。应根据地层特点，适当控制滤失量。1）用澎润土。2)加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂(如煤碱液等)，提高粘土颗粒的电位。3)加入适当聚合物以保护粘土颗粒，阻止它们聚结，从而有利于提高分散度。4)加入一些极细的胶体粒子 四、四、含砂量含砂量含砂量越小越好第三十一页，本课件共有45页 必须根据井的类别和地层等情况，在综合考虑各方面的因素之后，对一口井所使用的钻井液体系分段进行合理的选择。主要应考虑的各种因素有：井下安全；是否钻遇岩盐、石膏层；井下温度和压力；环境保护；井漏；泥页
27、岩层稳定性；井眼轨迹；压差卡钻；储层损害；测井要求；钻井液成本。第三节第三节 常用钻井液简介常用钻井液简介一、钻井液体系的选择1.1.选择钻井液体系的基本准则选择钻井液体系的基本准则2.2.根据油气井的类型选择体系根据油气井的类型选择体系区域探井和预测井 选用不影响地质录井并有利于发现产层的钻井液体系。即要求钻井液的荧光度和密度要低，该类钻井液不能混油。尽量使用不分散聚合物钻井液，维护低密度和低固相。第三十二页，本课件共有45页2.2.根据油气井的类型选择体系根据油气井的类型选择体系生产井 对钻井液的主要要求是保护好油气层和提高钻速。一般在上部多采用不分散聚合物钻井液，钻至油层时再换用适应的完
28、井液以保护油气层。调整井 调整井特点是地层压力高，该类井的钻井液密度常常高达2.0以上，有时最高可达2.7。这样高的密度给钻井液的配制和维护带来了较大的困难，为了提高固相容量限，一般多选用分散钻井液体系，必要时也可选用油基钻井液。超深井 要求：钻井液热稳定性好；高温对性能影响小；高压差下泥饼的可压缩性好等。必须选用抗温能力强的处理剂和钻井液体系。除选用油基钻井液最为理想外，目前国内对付超深井最有效的水基钻井液是分散型的三磺钻井液 体系。今年来有进一步发展成聚磺钻井液体系。定向井和水平井 钻柱摩阻高、易卡钻、井壁不稳定倾向比直井高。必须采取比直井要求更高的防塌、防卡和携屑等技术措施。阳离子聚合物
29、钻井液和钾石灰反絮凝钻井液等。第三十三页，本课件共有45页3.3.根据地层特点选择体系根据地层特点选择体系 (1)盐膏层 钻遇很薄的盐膏层：选用抗盐、抗钙的添加剂及时进行维护；另一种办法是在进入盐膏层前将钻井液转化为盐水体系。对于厚的复杂盐膏层：一项较有效的措施是选用油基钻井液；另一措施是选用饱和盐水钻井液。(2)易塌地层1)对于强分散高渗透性的砂泥岩地层，应采用强包被 的聚合物钻井液；2)对于硬脆性页岩及微裂缝发育的易塌层，应选用沥青类处理剂以封堵层理和裂隙，并起降低高温高压(HTHP)滤失量和泥饼渗透性的作用；3)对于存在混层粘土矿物的易塌层，必须选择抑制性强的钻井液，如钾基(或钾胺基)聚
30、合物钻井液、钾石灰钻井液和阳离子聚合物钻井液等，并最好加入封堵剂；4)对于用水基钻井液难以对付的易坍塌层，可使用平衡活度的油基钻井液；5)井塌常发生在有异常压力存在或构造应力发育的地带，因此应根据裸眼井段最高的地层压力系数确定钻井液密度，防止负压钻井。第三十四页，本课件共有45页(3)易漏失地层(4)易卡钻地层压差卡钻多发生在易形成较厚泥饼的高渗透性地层，如粗砂岩地层等。这类地层一般对钻井液有下述要求：1)减小压差是防卡的有效措施，因此要求钻井液要有合理的密度；2)固相含量应尽可能低，特别是无用低密度固相的体积分数不得超过0.06；3)应根据钻井液类型的不同，选择有效的润滑剂，对探井、资料井，
31、应选择对地质录井资料没有影响的无荧光润滑剂；4)应储备足够的解卡剂，一旦发生卡钻，可及时浸泡解卡。4.4.根据储层性质选择体系根据储层性质选择体系 第三十五页，本课件共有45页二、二、钙处理钻井液钙处理钻井液 钙处理钻井液是一类以钙离子提供抑制性化学环境的钻井液。常用的钙有三种：石灰、石膏和氯化钙，相应称为石灰钻井液、石膏钻井液和氯化钙钻井液。1.1.原理原理 加入钻井液中的Ca2交换粘土表面的Na，将钠土转变为钙土，钙土水化能力弱，分散度低，使粘土颗粒形成一定的絮凝状态。钠土转化为钙土的程度取决于吸附Ca2的数量、粘土的阳离子交换容量及滤液中的Ca2的浓度。另一方面，Ca2本身是一种无机絮凝
32、剂，会压缩双电层，使粘土颗粒水化膜减薄，电位降低，从而引起粘土面-面连接和边-面连接，使粘土分散度下降。钻井液中加入Ca2的同时，加入铁铬木质素磺酸盐等分散剂，这类分散剂吸附在土粒上会使土粒的水化膜增厚，电位上升，阻止分散度下降。于是调节Ca2和分散剂的加量，就可将土粒的分散度控制在适度絮凝的粗分散状态。第三十六页，本课件共有45页2.石灰钻井液(1)主要处理剂丹宁、石灰、烧碱，有时也加入褐煤碱液控制滤失量。(2)维护3.石膏钻井液(1)与石灰钻井液的区别1)石膏的溶解度比石灰大得多，因此石膏钻井液比石灰钻井液含Ca2+量高而碱度低，因而可以增加其对粘土的抑制效果；2)当钻遇大段石膏时，适合使
33、用这种钻井液。因为它可以限制石膏层的溶解；3)只要固相含量控制在所要求的范围内，它比石灰钻井液的抗盐能力强；4)因为其碱度低，这种钻井液对高温固化的敏感性比其它钙处理钻井液低。（2）钻井液类型石膏钻井液的主要类型有：1)混合剂石膏钻井液：混合剂由褐煤、烧碱、丹宁、纯碱及水组成，比例为541525。2)FCLS石膏钻井液：钻井液用铁铬木质素磺酸盐作为稀释剂，钠羧甲基纤维素作为降失水剂。4.褐煤CaCl2钻井液(1)原理(2)维护第三十七页，本课件共有45页三、三、含盐钻井液含盐钻井液1.定义和分类 凡含盐超过1.0104 mg/L(氯离子含量6000 mg/L)的钻井液统称为含盐钻井液。它包括三
34、种类型：1)盐水钻井液。其含盐量自1开始直到饱和以前都属于此类。2)海水钻井液。它是一种由海水配成的含盐钻井液，不仅含有约3104 mg/L的盐(NaCl)，且含有一定量的Ca2及Mg2。3)饱和盐水钻井液。其含盐量已达饱和，即浓度为3.15105 mg/L左右(视温度而变化)。2.NaCl2.NaCl对钻井液性能的影响对钻井液性能的影响 氯化钠对水化膨润土钻井液的影响规律是：随着氯化钠的增加，粘度开始急剧上升，而后下降，最后粘土加到不同浓度的盐水溶液中配成钻井液时，又有所增加；滤失量则是连续增加。若把干粘土加到不同浓度的盐水溶液中配成钻井液时，粘度即随含盐量的增加开始持续下降，而后基本上保持
35、不变；滤失量则大幅度地持续上升，这是由于膨润土在盐水中不水化分散而造成的。由此可以说明含盐钻井液能有效地抑制泥页岩的水化分散作用，具有良好的防塌效果，是抑制性较强的一种钻井液。第三十八页，本课件共有45页除此之外，NaCl在钻井液中还会引起下述的变化：1)降低钻井液的pH值。当钠盐增多时，粘土颗粒上的H被Na置换下来，引起钻井液pH值的降低。2)降低化学处理剂的溶解度和效能。3)引起钻具等设备的腐蚀。4)引起钻井液产生泡沫。3.处理剂的选择(1)护胶剂的选择(2)配浆土选择4.优点1)抗盐抗钙能力强，适用于钻含盐地层和深井；2)可有效地抑制泥页岩水化，防止井塌；3)有效地抑制地层造浆，钻井液性
36、能稳定，流动性好；4)对油层损害小。第三十九页，本课件共有45页四、四、钾基钻井液钾基钻井液钾基钻井液是以各种钾盐为主处理剂的水基钻井液。国内外实践表明钾基钻井液可使井壁稳定、井下安全，具有明显的防塌效果。1.钾基钻井液类型与成分(1)KCl聚合物钻井液(2)KCl分散型钻井液(3)KOH褐煤钻井液(4)KOH木质磺酸盐钻井液(5)钾石灰钻井液第四十页，本课件共有45页2.防塌机理(1)K的作用在易水化膨胀的蒙脱石粘土矿物中，每一个晶胞都是由两个硅氧四面体片夹一个铝氧八面体片组成。裸露在晶胞表面的是硅氧四面体的六角环形氧原子层，其内切圆直径为0.28 nm，K的直径是0.266 nm，而且K比
37、其它可交换性阳离子有更强的吸附能力，所以，K极易把粘土表面的其它阳离子置换出来而吸附在粘土表面。1)K吸附能力强，但水化差，吸附在粘土表面后，嵌入粘土晶格，因而它比其它阳离子更靠近粘土负电荷中心，降低了粘土的负电位，而钾离子本身又是水化很差的离子，于是降低了粘土的水化能力；2)K嵌入粘土晶格，增强了晶层间的连接力，使粘土不易膨胀分解；3)K嵌入粘土晶格，使粘土层面形成封闭结构，防止粘土表面水化。(2)聚合物的作用钾盐钻井液中的聚合物是絮凝剂而不是分散剂，聚合物吸附在粘土表面，包住粘土颗粒，从而起到封闭隔水作用，抑制粘土的水化。钾褐煤还可提供K，使泥饼致密坚韧，降低钻井液滤失量，从而起到保护泥页
38、岩，防止井塌的作用。钾石灰钻井液主要用来对付非高度膨胀性页岩，其原理是：对于非膨胀性页岩，其水化程度较低的粘土片间距为1.5 nm，比水化了的Ca2小而比K大得多，因此Ca2不能进入土片之间，它优先吸附在粘土颗粒表面上，占去交换位置，减少K的消耗，使K能更多地进入粘土晶格内，而起到更好的防塌作用；其次Ca2可与页岩中的二氧化硅和铝反应而形成不能膨胀的钙铝硅酸盐。第四十一页，本课件共有45页五、聚合物钻井液凡是使用线型水溶性聚合物作处理剂的钻井液体系都可称为聚合物钻井液。1.不分散低固相聚合物钻井液不分散低固相钻井液包括两个基本要求，即“不分散”和“低固相”。“不分散”是指钻井液中包含的各种固相
39、粒子的粒度分布，一直保持在所需的范围内，不再进一步分散；钻井液对新钻出的岩屑也应起抑制其分散的作用。“低固相”则意味着钻井液中低密度固相，特别是活性固相的含量较低。(1)性能指标1)固相含量(主要指低密度固体膨润土和钻屑，不包括重晶石)，一般不超过5(体积比)；2)岩屑与膨润土含量之比(以亚甲蓝法测定数值为准)不超过21。3)动切力(Pa)与塑性粘度(mPa穝)比值为0.48。4)对非加重钻井液来说，动切力应维持在1.53 Pa。5)滤失控制应具体情况具体分析。6)优选流变参数，一般要求非结构粘度臁蓿36 mPa穝，剪切稀释指数Im300600，卡森(Casson)动切力鬰0.31.5 Pa，
40、以便充分发挥喷嘴水马力、提高钻速。第四十二页，本课件共有45页(2)主要处理剂1）丙烯酰胺及其衍生物。2)醋酸乙烯酯顺丁烯二酸酐的共聚物。3)生物聚合物。(3)主要特点1)可以大幅度提高钻井速度；2)固相含量低，又对泥页岩和粘土具有不分散作用，可以保持井壁的稳定，并可防止泥浆粘土侵；3)密度低、固相含量低，对油、气层损害较轻；4)有剪切稀释效能，携带岩屑能力强；5)润滑性好，减少了粘附卡钻。第四十三页，本课件共有45页2.阳离子聚合物钻井液泥页岩中粘土矿物带负电荷是引起粘土矿物水化分散，进而引起井下复杂情况的一个重要原因，如果能中和或减小粘土负电荷量，粘土水化分散必然能得以控制。阳离子聚合物钻
41、井液正是针对稳定粘土、防止粘土水化分散而设计的。其主要原理是：由于阳离子聚合物分子中带有大量的正电荷，能够中和粘土表面的负电荷，降低粘土的水化和运移；同时，大分子阳离子聚合物还能包被岩屑，防止其分散，从而抑制地层造浆。实践表明，阳离子聚合物稳定粘土能力强、加量少、效能高，适用于各种地层，具有良好的流变性和良好的稳定井壁作用。这种钻井液主要处理剂有两个：1)粘土稳定剂(小阳离子)。2)包被絮凝剂(大阳离子)。3.两性复合离子聚合物钻井液第四十四页，本课件共有45页六、六、油基钻井液油基钻井液(1)基油目前普遍使用的基油为柴油和各种低毒矿物油。(2)水相(3)乳化剂(4)润湿剂(5)有机土和氧化沥青(6)石灰1)维持油基钻井液中的pH值在8.510范围内以利于防止钻具腐蚀；2)提供的Ca2有利于二元金属皂的生成，从而保证所添加的乳化剂可充分发挥其效能；3)可有效地防止CO2和H2S等酸性气体对钻井液的污染。(7)加重材料第四十五页，本课件共有45页