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1、钻井液基础知识幻灯片第1页，共39页，编辑于2022年，星期三钻井液基础知识一、钻井液在钻井中的作用。1、清洗井底，携带岩屑，保持井底清洁，保证钻头不断地破碎地层，使钻进不中断。2、平衡地层中的流体（油、气、水）压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。3、平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。第2页，共39页，编辑于2022年，星期三4、发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。5、悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。另外承受钻杆和套管的部分重力。6、润滑并冷却钻头，钻具。7、防止地层中盐水、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的
2、化学污染，防止硫化氢污染和损害。8、利用钻井液，准确获得井下资料。第3页，共39页，编辑于2022年，星期三二、钻井液性能与钻井工作的关系钻井液密度与钻井的关系密度过大有以下害处：1、损害油气层；2、降低钻井速度；3、过大压差造成压差卡钻；4、易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；第4页，共39页，编辑于2022年，星期三6、多消耗钻井液材料及动力；7、抗污染能力下降。密度过低则容易发生井喷、井塌（尤其是负压钻井）、缩径（对塑性地层，如较纯的粘土、盐岩层等）及携屑能力下降等。第5页，共39页，编辑于2022年，星期三钻井液粘度、切力与钻井的关系1、粘度、切力过大有以下害处。流动阻力大，能量消耗多，
3、功率低，钻速慢；净化不良（固控设备不易充分发挥效力），易引起井下复杂情况；易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故；脱气较难，影响气测并易造成气侵。第6页，共39页，编辑于2022年，星期三2、粘度和切力过低也不利于钻井，如：洗井不良，井眼净化效果差；冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故；岩屑过细影响录井。第7页，共39页，编辑于2022年，星期三滤失量和泥饼质量与钻井工作的关系钻井液滤失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题。1、易造成地层孔隙堵塞而损害油气层，滤液大量进入油气层，会引起油气层的滲透率等物性变化，损害油气层，降低产能。2、泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高。3、
4、易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼。4、在高滲透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻。第8页，共39页，编辑于2022年，星期三5、电测不顺利，并且由于钻井液滤液进入地层较深，水侵半径增大，若超过测井仪器所测及的范围，其结果是电测解释不准确而易漏掉油气层。6、对松软地层，易泡垮易塌地层，会形成不规则的井眼，引起井漏等。泥饼一定要薄、致密、韧性好，能经受钻井液液流的冲刷。第9页，共39页，编辑于2022年，星期三固相含量与钻井的关系钻井液中固相含量越低越好，一般控制在0.5以下。固相含量过大，有以下危害：1、固相含量高，钻井液柱压力大，钻速降低。2、固相颗粒愈细对钻速影响愈大，
5、而且深入油层会造成永久性堵塞，油气层受损害严重。第10页，共39页，编辑于2022年，星期三3、固相含量高、滤失量大时，泥饼必然厚，摩阻系数增大，因而易引起井下复杂情况的发生。4、固相含量高，钻井液的流变性难以控制，且流阻大，功耗多，钻井效率低。5、含砂量大，易造成钻头、钻具等机械设备的磨损。6、在固相含量高时，钻井液受外界影响大且敏感（如对温度、各种污染物等的影响变大）。第11页，共39页，编辑于2022年，星期三降低固相含量的方法1、机械除砂：利用振动筛、除砂器、除泥器等设备降低固相含量。1）、振动筛振动筛是对钻井液进行固相控制的第一级设备，又是唯一能适用于加重钻井液的常规分离设备。因此，
6、它是固控的关键设备，担负着清除大量钻屑的任务，同时为下一级固控设备的使用创造必要的条件，如果振动筛发生故障，其下一级设备就会超载，严重影响净化效果。所以，要根据钻井条件，选好、用好振动筛。第12页，共39页，编辑于2022年，星期三2）、旋流器旋流器按其直径不同，可分为除砂器和除泥器。除砂器。直径为150300毫米的旋流器称为除砂器。其处理能力是：在进料压力为0.2兆帕时不低于20120立方米每小时。正常工作的除砂器能清除约95大于74微米的钻屑和约50大于40微米的钻屑。为了提高使用效果，在选用除砂器时，其许可处理量必须为钻井时最大排量的125。第13页，共39页，编辑于2022年，星期三除
7、泥器。直径为100毫米和150毫米的旋流器称为除泥器。其处理能力是：在进料压力为0.2兆帕时不低于10和15立方米每小时。正常工作的除泥器能清除约95大于40微米的钻屑和约50大于15微米的钻屑。除泥器能除去1213微米的重晶石，因此，不能用它来处理加重钻井液。在使用中，除泥器的许可处理量，应为钻井时最大排量的125150。第14页，共39页，编辑于2022年，星期三3）、离心机离心机主要用在加重钻井液中回收重晶石和清除细小固相及胶体，在非加重钻井液中清除钻屑，也可用离心机对旋流器排出的底流进行第二次分离，回收液相，排除钻屑。离心机的处理量和分离粒度与其转速和容量有关。第15页，共39页，编辑
8、于2022年，星期三2、化学除砂：加入化学絮凝剂，将细小的砂子变大而沉降。3、降低钻井液粘度有利于降低固相含量：因此在现场维护钻井液时，对固相含量有下列要求。根据需要配备良好的净化设备，彻底清除无用固相。必须严格控制膨润土的含量，所使用钻井液的密度愈高、井愈深、温度愈高，膨润土的含量应愈低，一般应控制在3080kg/m3。在轻钻井液中，固相含量应不超过10（体积）或密度不大于1.15g/Cm3。无用固相含量与膨润土含量的比值，应控制在2131。第16页，共39页，编辑于2022年，星期三PH值与钻井工作的影响1、PH值过高，OH-在粘土表面吸附，会促进泥页岩的水化膨胀和分散，高PH值的钻井液具
9、有强腐蚀性，缩短了钻具及设备的使用寿命。2、通过PH值的变化，可以预测井下情况。如盐水侵、石膏侵、水泥侵等都会引起PH值的变化。第17页，共39页，编辑于2022年，星期三 处理剂一）、稀释剂（降粘剂）稀释作用主要是通过稀释剂分子在粘土颗粒某些部位的吸附，改变粘土颗粒的表面水化状态，减弱或拆散钻井液内部的网状结构来达到稀释的目的。第18页，共39页，编辑于2022年，星期三1、硅氟稀释剂：SF150(SF260)2、磺化栲胶：SMK3、铁铬木质素磺酸盐简称铁铬盐，代号FCLS。其主要用作抗盐抗钙的分散型钻井液的稀释剂，可减弱粘土颗粒间的流动阻力，降低粘度和切力；也可抑制泥页岩的水化膨胀和分散，
10、而防止粘度和切力的上升，有利于井壁稳定。此外铁铬盐还具有降滤失作用和抑制粘土水化膨胀的作用。第19页，共39页，编辑于2022年，星期三二）、降滤失剂1、羧甲基纤维素钠盐代号为NaCMC，简称CMC，目前常用的有低粘CMC、中粘CMC、高粘CMC三种。为白色纤维状粉末，具有吸湿性，不溶于酸和醇等有机溶剂，易分散于水中形成胶状液，抗温达90140，有一定抗盐、抗钙能力。主要用于各种水基钻井液的降滤失剂，还具有抑制页岩水化膨胀作用、增稠作用等。第20页，共39页，编辑于2022年，星期三2、水解聚丙烯腈盐类水解聚丙烯腈钠盐代号NaHPAN，是聚丙烯腈加NaOH水解而得的产物。为淡黄色颗粒或粉末，溶
11、于水，水溶液呈碱性。主要用作聚合物钻井液的降滤失剂，并有增粘和絮凝作用。抗盐可至饱和而抗钙较差，抗温性强。第21页，共39页，编辑于2022年，星期三水解聚丙烯腈胺盐代号NH4HPAN或NPAN，主要用作防塌降滤失剂，抑制能力强，不提粘，耐高温，使用时碱度不宜过高。第22页，共39页，编辑于2022年，星期三3、腐植酸类利用褐煤中的腐植酸进行磺化或硝化而形成的各种盐类。它既有降滤失作用，又有降粘作用。有机硅腐植酸钾代号OSAM-K，黑褐色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。主要用作淡水钻井液的降滤失剂，具有降粘作用，并具有一定的防塌能力,抗温性好。磺化褐煤第23页，共39页，编辑于2022年，星期三
12、代号SMC,褐色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性,抗高温降失水剂。第24页，共39页，编辑于2022年，星期三三）、絮凝剂絮凝剂可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类，无机絮凝剂若控制不好易发生聚沉，而有机絮凝剂能溶于水，因而现场一般都用有机絮凝剂。有机絮凝剂又分为完全絮凝剂和选择性絮凝剂。1、聚丙烯酰胺代号PAM(PX-01)，胶剂为无色透明都弹性胶体；粉剂是白色粉末。它水溶性好，热稳定性高，抗温达200，在水中不电离。主要用作不分散低固相钻井液的絮凝剂，并有改善钻井液流变性、减少摩阻和防塌等效能。第25页，共39页，编辑于2022年，星期三2、部分水解聚丙烯酰胺代号PHP，通常也分胶剂和粉剂两种。高
13、水解度的PHP还有增稠、堵漏、润滑、降滤失和剪切稀释效能。第26页，共39页，编辑于2022年，星期三四）、增粘剂1、高粘CMC代号HVCMC，不溶于酸和醇等有机溶剂，易分散于水中成胶体溶液。主要用作水基钻井液增粘剂，也可作乳化剂。有一定降滤失作用和抗盐能力。2、复合离子型聚丙烯酸盐代号PAC141，为白色或微黄色可流动粉末。本品不仅可以提高粘度,还可改善流变参数、提高剪切稀释能力、降低滤失量、包被岩屑和抑制粘土颗粒分散的作用，并有抗盐、抗钙、和抗温能力。主要用于水基钻井液，也可用于海水及饱和盐水钻井液。第27页，共39页，编辑于2022年，星期三五）、页岩抑制剂1、磺化沥青代号FT-342(
14、FT-98、FT-2000)，为黑褐色膏状胶体或粉剂，PH值为811，密度为1.0g/cm3。其主要用作各类钻井液的页岩抑制剂，并有润滑和控制高温高压滤失量的效能。第28页，共39页，编辑于2022年，星期三改性石棉代号SM-1(xk-01)银白色粉末，主要作用提切力携砂。第29页，共39页，编辑于2022年，星期三3、聚丙烯酸钾代号K-PAM，为淡黄色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。为丙烯酸类页岩抑制剂，并有降滤失、抗污染和防塌等特点。4、复合金属离子代号MMP（CMP）为淡黄色粉末，易溶于水，水溶液呈碱性。具有防塌、絮凝的作用。第30页，共39页，编辑于2022年，星期三六）表面活性剂表面活
15、性剂的种类繁多，在钻井液中的作用也是多方面的。除用作乳化剂、消泡剂外，选用适当的表面活性剂处理钻井液，对提高钻井液的热稳定性、保护油气层、降低滤饼摩擦系数，防塌、防腐、提高钻速、预防和解除钻井液中的复杂事故等方面有突出的效果。第31页，共39页，编辑于2022年，星期三式中W加加重剂量，t；V加加重钻井液体积，m3；V原原钻井液体积，m3；重加重剂的密度，g/cm3；加加重钻井液密度，g/cm3；原原钻井液密度，g/cm3。三、钻井液的有关计算1、增密度计算第32页，共39页，编辑于2022年，星期三式中X所需水量，m3；稀稀释后的钻井液密度，g/cm3；V原原浆体积，m3；水水的密度，g/c
16、m3。2、降低密度的计算第33页，共39页，编辑于2022年，星期三四、常用钻井液类型一）、水基钻井液水基钻井液以水为分散介质（连续相），以粘土为分散相（固相），加入一定的化学处理剂或加重材料组成。这类钻井液发展最早，使用最广泛。水基钻井液又可分为以下几种类型：第34页，共39页，编辑于2022年，星期三1、淡水钻井液：由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。含盐量（Nacl）小于1或低于10000毫克升。含钙量小于120毫克升。2、盐水钻井液：含盐量大于1或高于10000毫克升。包括盐水钻井液、饱和盐水钻井液、海水钻井液。主要用在海湾海上钻井，钻盐岩层及泥页岩易塌地层。第35页，共39
17、页，编辑于2022年，星期三3、钙处理钻井液：含钙量大于120毫克升。包括石灰钻井液、石膏钻井液、氯化钙钻井液。其主要特点是抗可溶性盐侵蚀能力强，性能稳定。4、不分散低固相聚合物钻井液：一般低固相钻井液粘土含量小于7（体积百分数）；不分散低固相钻井液的粘土含量小于4。其主要特点是钻速快，流动性好，钻井总成本低。第36页，共39页，编辑于2022年，星期三5、混油钻井液：在水基钻井液中混入34的乳化油类（原油或柴油），使油成小珠分散的乳化状态。其主要特点是润滑性好，流动性好，失水量低，泥饼摩擦系数小。第37页，共39页，编辑于2022年，星期三二）、油基钻井液以油为分散介质的钻井液。它又可分为：1、油基钻井液：是以原油或柴油为连续相（液相），以氧化沥青作为分散相（固相），再加入化学处理剂和加重剂配成的，含水量在3以下。其主要特点是对油层损害小，抗可溶性盐侵污的能力强。第38页，共39页，编辑于2022年，星期三2、油包水乳化钻井液：以柴油作连续相，以水作分散相，呈小液滴状分散在水中（水的体积分数可达60），以有机膨润土（或称亲油膨润土）和氧化沥青作稳定剂，再加入其它处理剂、加重剂配制而成。其主要特点是热稳定性高，有较好的防塌效果，对油气层损害小，常用于高温井段，钻易塌地层和低压油气层。第39页，共39页，编辑于2022年，星期三