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1、钻井液现场维护与调整第1 页，本讲稿共143 页前言 钻井液成本占钻井成本约10%.在钻井事故及复杂中所造成的费用损失中,因钻井液问题造成的事故及复杂的比例占多少?估计远大于10%.原因分析:与地层直接接触的有二项:钻井液和井下工具,而钻井事故及复杂主要发生在井下.钻井液受地层影响及破坏最严重.钻井液对井壁影响最大.常常有人把钻井液在钻井工程中的作用比做人体中的血液,非常恰当.人体血液约占人体重量的10%,但决非一条胳膊或一条腿的重要性可比,而是整体性的影响,钻井液在钻井工程中的影响也同样是整体性的.第2 页，本讲稿共143 页前言 钻井液性能好坏直接影响井下安全.例如:西部 井的刹把出现问题
2、,造成钻具在井下无法动弹,由于是进口钻机,无现成刹把替换,只得到东部钻井公司大本营去取,共用了5天时间,起钻正常,没有发生钻井事故及复杂.即使没有钻井设备没有出现问题,钻井液性能不好造成钻井事故及复杂的情况是非常多的.西部 井,钻井液性能不好,屡屡发生井下复杂,后更换了钻井液工程师,改善了钻井液性能,顺利完井.第3 页，本讲稿共143 页前言钻井液与地质录井关系十分密切,在地质录井中专门有钻井液录井项目,可以说没有钻井液,地质录井是不可能实现的.地质录井对钻井液的影响也非常大1、具有指导作用，如：密度、性能等2、具有制约作用，如：密度、处理剂等为了保证包括地质录井的工程施工顺利进行，地质监督有
3、必要全面了解钻井液。第4 页，本讲稿共143 页目录 一、钻井液的组成、功能与设计 二、钻井液体系分类 三、钻井液处理剂分类 四、钻井液性能 五、水基钻井液简介 六、钻井液现场配制、维护与调整 七、现场钻井液评价 八、钻井液材料管理 九、国内外钻井液概况第5 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计 1 1、钻井液的组成 连续相固相 添加剂第6 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计11、钻井液的组成 连续相 水：水基钻井液 油：油基钻井液 合成基液体：合成基钻井液 气体：空气、氮气、(雾、泡沫)第7 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计1 1、钻井液的组成 固相 配浆
4、材料(膨润土、凹凸棒石、海泡石等)加重材料(重晶石、石灰石、铁矿粉等)钻屑 堵漏材料、固体润滑剂等 不溶性化学沉淀物 某些处理剂中的不溶物第8 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计一一、钻井液的组成与功能钻井液的组成与功能添加剂 降滤失剂 杀菌剂 增粘剂 除钙剂 絮凝剂 缓蚀剂 稀释剂(解絮凝剂)页岩抑制剂 表面活性剂 润滑剂 乳化剂 消泡剂 发泡剂 pH控制剂第9 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计 2、钻井液的主要功能 1.清洁井底并携带钻屑至地面 2.悬浮钻屑和加重材料 3.控制和平衡地层压力 4.形成滤饼，保护井壁 5.冷却和润滑钻头和钻柱 6.加快机械钻速 7.
5、控制钻具和套管的腐蚀速率 8.支撑钻柱和套管的部分重量 9.提供所钻地层的有关资斜第10 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计 3、钻井液设计原则钻井液的性能要求 合理的钻井液密度。合适的钻井液流变性，能悬浮并及时携带出坍塌物和钻屑。具有较低的滤失量和较好的滤饼质量。具有良好的封堵能力。具有良好的润滑性能。具有较强抑制性。具有良好的抗污染能力。有利于保护储层，且能适应地层的变化和影响，保持性能稳定。第11 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计3、钻井液设计原则钻井液体系优选 与井型配伍 探井应满足地质发现的要求，选用利于发现和保护储层、利于测井解释和井下安全的钻井液。生产井
6、应选取最优化的钻井液体系，既利于提高钻速和井下安全又利于保护储层的钻井液。调整井选用能对付多压力层系且有利于储层保护的钻井液体系。定向井选用润滑、防塌、保护储层且携带和悬浮能力强的钻井液体系。第12 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计3、钻井液设计原则钻井液体系优选与地层配伍 易塌层：选用防塌钻井液。石膏层：选用抗钙钻井液或钙处理钻井液。盐岩层：选用抗盐污染钻井液或盐水钻井液。高温地层：选用抗高温钻井液，并严格控制粘土含量。第13 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计3、钻井液设计原则与储层配伍 选用对储层具有保护作用的钻井液体系及处理剂。严格控制钻井液中固相含量特别是粘
7、土含量。钻井液适应地层变化和影响，性能稳定。第14 页，本讲稿共143 页钻井液的组成、功能与设计3、钻井液设计原则与环境配伍 应尽量不用或少用严重污染地表水或地下水的钻井液及处理剂。要注意所用钻井液和处理剂的毒性，减小钻井液对环境造成的危害，尤其在环境敏感的地区进行工程作业时。第15 页，本讲稿共143 页二、钻井液体系分类 1、水基钻井液体系(包括水包油钻井液)2、油基钻井液体系(全油钻井液、油包水钻井液、合成基钻井液)3、合成基钻井液体系(醚基、酯基、聚-烯烃基和异构化-烯烃基钻井液)4、气基钻井液体系(空气、天然气、雾、泡沫)第16 页，本讲稿共143 页二、钻井液体系分类第17 页，
8、本讲稿共143 页二、钻井液体系分类API/IADC分类1、不分散钻井液体系(None-Dispersed Drilling Fluid System)所谓不分散钻井液是指通常用来钻浅部井段的钻井液，如开钻钻井液、自然造浆钻井液、轻微处理钻井液等。2、分散钻井液体系(Dispersed Drilling Fluid System)使用木质素磺酸盐、褐煤或丹宁类产品来分散粘土矿物的钻井液体系。第18 页，本讲稿共143 页二、钻井液体系分类API/IADC分类3、钙处理钻井液体系(Calcium Treated Drilling Fluid System)熟石灰、石膏或氯化钙处理的钻井液体系，可
9、抗盐和硬石膏的污染，但胶凝敏感且在高温下易导致固化作用。4、聚合物钻井液体系(Polymer Drilling Fluid System)长链高分子量聚合物用于钻井液中，或是包被钻屑以防止其分散，或是提高粘度和降低滤失量，通常使用氯化钾或氯化钠等提高页岩抑制能力；这种钻井液体系通常要求含有尽可能低浓度的膨润土，对钙、镁等二价离子很敏感。第19 页，本讲稿共143 页二、钻井液体系分类 API/IADC分类 5、低固相钻井液体系(LowSolidsDrillingFluidSystem)控制固相含量和类型，总固相含量不应超过6%10%，粘土含量应为约3%或更低；而钻屑和膨润土含量比值应低于2:1
10、；主要优点是可显著提高机械钻速。6、盐水钻井液体系(SaltwaterDrillingFluidSystem)饱和盐水钻井液体系：氯离子浓度接近190,000 mg/l(饱和)，通常用来钻盐岩地层。盐水钻井液体系：氯离子浓度为10,000mg/l以上。微咸水或海水钻井液体系：氯离子含量较低代。第20 页，本讲稿共143 页二、钻井液体系分类API/IADC分类7、油基钻井液体系(Oil-Based Drilling Fluid System)逆乳化钻井液：氯化钙盐水(含量可高达50%)为乳化相，油(矿物油、柴油等)为连续相。全油钻井液：液相为油，通常用作取心液。油基钻井液添加剂包括：乳化剂、润
11、湿剂(一般为脂肪酸和胺衍生物)、高分子量脂肪酸盐、表面活性剂、胺处理的有机材料、有机土和石灰等。8、合成基钻井液体系(Synthetic Drilling Fluid System)合成基钻井液具有油基钻井液性能，但没有环境危害。主要类型有醚基、酯基、聚-烯烃基和异构化-烯烃基钻井液。第21 页，本讲稿共143 页二、钻井液体系分类API/IADC分类9、气基钻井液体系(Gas-Based Drilling Fluid System)干燥空气或天然气钻井流体 雾钻井液 泡沫钻井液 充气钻井液第22 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类第23 页，本讲稿共143 页三、钻井
12、液处理剂分类 钻井液处理剂简介造浆材料：具有造浆能力的材料，如：膨润土、有机土等第24 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介加重材料：具有高密度的重晶石、氧化铁、碳酸钙及类似的产品第25 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介碱度、pH控制剂(Alkalinity,pH Control Additives)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，也包括其他的普通酸和碱。第26 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介杀菌剂(Bactericides)：用来防止淀粉、生物聚合物等有机添加剂细菌降解。第27
13、页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介 除钙剂(Calcium Reducers)用来降低海水中的钙离子浓度、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。防腐剂(Corrosion Inhibitors)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，一般为胺基或磷酸盐基产品，也有其他专门配制的化学产品。第28 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介消泡剂(Defoamers)：用来减少钻井液发泡作用，特别是在盐水和饱和盐水钻井液中。乳化剂(Emulsifiers)：用来使两种互不相溶的液体成
14、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胺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。第29 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介降滤失剂(Filtrate Reducers)用来降低钻井液的滤失量，如膨润土、褐煤、CMC、PAC、预胶化淀粉等。絮凝剂(Flocculants)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；如盐或盐水、熟石灰、石膏、丙烯酰胺基高聚物等。第30 页，本讲稿共143 页三
15、、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介发泡剂(Foaming Agents)通常作为表面活性剂在有水时发泡，发泡剂可使空气或天然气用于钻水层。堵漏材料(Lost Circulation Materials)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。第31 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介润滑剂(Lubricants)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、石墨、表面活性剂、乙二醇、甘油以及其他化学产品。解卡剂(Pipe-Freeing Agents)注入至预测的卡点，以降低摩阻并提高润滑性，因而达到解卡的目的，
16、通常含有清洁剂、脂肪酸盐、油、表面活性剂和其他化学产品。第32 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介页岩抑制剂(Shale Control Inhibitors)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。表面活性剂(Surface Active Agents)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、絮凝剂或解絮凝剂等使用。第33 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介高温稳定剂(Temperature Stability Agents)用来提高钻井液在高温条件下的流变性
17、能和滤失性能稳定性，并在高温条件下持续发挥其功能，例如丙烯酸盐聚合物、磺化聚合物和共聚物，以及褐煤、木质素磺酸盐和丹宁基添加剂等。稀释剂、分散剂(Thinners,Dispersants)用来改变钻井液中的固相含量和粘度之间的相互关系，也可用于降低静切力，提高钻井液的“可泵性”等，丹宁(栲胶)、各种多磷酸盐、褐煤和木质素磺酸盐等可作为稀释剂或解絮凝剂使用。第34 页，本讲稿共143 页三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介增粘剂(Viscosifiers)用来提高粘度以保证钻井液的更好的井眼清洁能力和悬浮固相能力，包括膨润土、CMC、PAC、凹凸棒土和高分子量聚合物等。第35 页，本讲稿共143
18、 页四、钻井液性能1、钻井液密度(Drilling Fluid Density)单位体积钻井液所含物质的质量,用钻井液密度计测定,用D表示,单位为g/cm3。常用英制单位：ppg(lb/gal)pcf(lb/ft3)梯度(lb/in2/1000ft)钻井液密度单位换算：g/cm3=0.12 ppg g/cm3=0.016 pcf ppg=0.134 pcf第36 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能2、漏斗粘度(Funnel Viscosity)一定量的钻井液从规定的漏斗粘度计中流出所需的时间，用马氏漏斗测定，用FV表示，单位为s/l。英制单位为s/quart(1quart=946ml)，s/
19、quart和s/l之间不能进行换算。第37 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能3、表观粘度(Apparent Viscosity)钻井液在一定剪切速率下的剪切应力与剪切速率比值，用直读式粘度计测定，用AV表示，单位为mPas。表观粘度的计算：AV=600式中：600直读式粘度计600r/min读值。常用习惯单位为厘泊(cp)，mPas与cp数值相等。12第38 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能4、塑性粘度(Plastic Viscosity)钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值，用直读式粘度计测定，用PV表示，单位为mPas。塑性粘度的计算：PV=600300 式中
20、：300直读式粘度计300r/min读值。常用习惯单位为厘泊(cp)，mPas与cp数值相等。第39 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能5、动切力(Yield Point)钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构强度，用直读式粘度计测定，用YP表示，单位为Pa。动切力的计算：YP=AVPV 或 YP=(300 PV)英制单位为lb/100ft2，Pa=0.5 lb/100ft2。12第40 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能6、静切力(Gel Strength)钻井液在静止时的胶凝强度，用初切和终切来描述，用直读式粘度计测定，初切和终切分别用G10s和G10min表示，单位
21、为Pa。静切力的计算：G10s=310s G10min=310min式中：310s静止10s后，直读式粘度计3r/min读值；310min 静止10min后，直读式粘度计3r/min读值。动切力的英制单位为lb/100ft2，Pa=0.5lb/100ft2。1212第41 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能7、n、K 值(n,K Value)n、K是用幂律模式描述假塑性流体的两个流变参数。n为流型指数，无量纲。n值反映钻井液的非牛顿性程度，n值越接近1，流体越接近牛顿流体；n值越小，剪切减稠性越明显。K为稠度系数，单位为Pasn。K值反映钻井液的稠度，是钻井液直观流动性的表现。钻井液中的固相
22、含量越高，颗粒越小，K值越大。K值小，有利于提高机械钻速，但不利于井眼清洁。第42 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能7、n、K 值(n,K Value)用直读式粘度计测定流变性时，n、K值的计算：n3.32 log K K值的常用习惯单位为dynesn/cm2，英制单位为lbsn/100ft2，这几种单位之间的换算关系为：Pasn10dynesn/cm22 lbsn/100ft2。600 600 300 3003002 511n第43 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能8、滤失量(Fluid Loss或Filtration)在规定的试验条件下，钻井液通过过滤介质在30min内滤出的滤液量
23、，用滤失仪测定，用FL表示，单位为ml/30min。API FL：室温，压力为690kPa。HTHP FL：测试温度取决于井底温度，压差为3.45MPa。9、滤饼(Filtrate Cake)测定钻井液滤失量时过滤介质上的沉积物称为滤饼。滤饼厚度：用缓慢水流冲洗后的滤饼厚度，单位为mm。滤饼质量：用“硬、软、韧、致密、坚固、疏松”等描述。第44 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能10、pH 值(pH Value)钻井液(或滤液)中氢离子浓度(mol/l)的负对数值。pH=7为中性，pH 7为酸性，pH 7为碱性。用比色法(pH试纸)或pH计测定。第45 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能1
24、1、固相含量和液相含量(Solids and Liquid Content)钻井液中溶解的和悬浮的固体总量称为固相含量，液体(包括水和油)总量称为液相含量，用蒸馏法测定，分别用Vs、Vw、Vo表示，单位均为体积百分数。(1)固相含量和液相含量的计算：Vw Vo Vs=100(Vw+Vo)式中：式中：V V 蒸馏所用样品体积，蒸馏所用样品体积，cm cm3 3；V V w w 蒸馏所得水体积，蒸馏所得水体积，cm cm3 3；V V o o 蒸馏所得油体积，蒸馏所得油体积，cm cm3 3。100 V wV100 V oV第46 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能(2)悬浮固相含量的计算：Vs
25、s=VsVw 式中：Vss 悬浮固相体积百分数，%；Cs 氯离子浓度，mg/l。(4)加重材料含量的计算：Vb=VssVlg 式中：Vb 加重材料体积百分数，%。Vlg低密度固相体积百分数，%；Cs 1680000 1.21Cs 第47 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能(3)低密度固相含量的计算：Vlg=100 f+(bf)Vss100D(fo)Vo 式中：Vlg低密度固相体积百分数，%；D 钻井液密度，g/cm3；f 滤液密度,g/cm3(氯化钠水溶液，f=1+0.00000109Cs)；b 加重材料密度，g/cm3；lg低密度固相密度，g/cm3；o 油密度，g/cm3。1b lg第4
26、8 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能(5)低密度固相、加重材料和悬浮固相浓度的计算：Clg=9.96 lgVlg Cb=9.96 bVb Css=Clg+Cb式中：Clg 低密度固相浓度，kg/m3；Cb 加重材料浓度，kg/m3；Css悬浮固相浓度，kg/m3。第49 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能12、含砂量(Sands Content)钻井液中粒径大于74 m(200目)的固相颗粒含量，用含砂量测定仪测定，用体积百分数表示 13、亚甲基蓝容量(Methylene Blue Test)用0.1mol/l亚甲基蓝溶液滴定每毫升钻井液至终点时所消耗的亚甲基蓝溶液的毫升数,用MBT表示
27、,单位为ml/ml。MBT=Be=14.3MBT式中：MBT亚甲基蓝容量，ml/ml Vm 亚甲基蓝溶液消耗体积，ml V 钻井液样品体积，ml Be 膨润土当量，g/l或kg/m3VmV第50 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能14、碱度(Alkalinity)1)钻井液碱度钻井液酚酞碱度(Pm)：以酚酞溶液为指示剂(滴定终点pH值为8.3)滴定每毫升钻井液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升数，以Pm表示，单位为ml/ml。第51 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能14、（滤液）碱度(Alkalinity)2)钻井液滤液碱度滤液酚酞碱度(Pf)：以酚酞为指示剂(滴定终点pH值为8.
28、3)滴定每毫升钻井液滤液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升数，以Pf表示，单位为ml/ml。滤液甲基橙碱度(Mf)：以甲基橙为指示剂(滴定终点pH值为4.3)滴定每毫升钻井液滤液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升数，以Mf表示，单位为ml/ml。第52 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能(1)滤液中氢氧根、碳酸根、碳酸氢根离子浓度的估算(2)钻井液中石灰含量的计算：Cl0.742(PmFwPf)式中：Cl 钻井液中的石灰含量，kg/m3 Fw 钻井液中的水体积分数(Fw=Vw/100)OH(mg/l)CO32(mg/l)HCO3(mg/l)Pf0 0 0 1220Mf2PfMf
29、0 1200Pf 1220(Mf2Pf)2PfMf 0 1200Pf 02PfMf 340(2PfMf)1200(MfPf)0PfMf 340Mf 0 0第53 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能3)P1/P2碱度测定法 P1：取1ml钻井液滤液和25ml去离子水于滴瓶中，加入2ml 0.1mol/l氢氧化钠溶液，充分搅拌(若pH值小于11.4,再加入2ml氢氧化钠溶液)；加入3ml 10%氯化钡溶液，边搅拌边加入酚酞指示剂溶液后，立即用0.02mol/l盐酸溶液滴定至终点，所消耗的盐酸溶液毫升数即为P1，单位为ml/ml。P2：用同量去离子水和试剂配制的参比样品所消耗的0.02mol/l盐
30、酸溶液毫升数即为P2，单位为ml/ml。第54 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能 滤液中的氢氧根、碳酸根和碳酸氢根离子浓度的计算：(1)P1P2：COH-340(P1P2)CCO3-21200Pf(P1P2)(2)P1P2：CHCO3-1220(P2P1)CCO3-21200Pf式中，COH-钻井液中OH-浓度，mg/l；CCO3-2 钻井液中CO3-2浓度，mg/l；CHCO3-钻井液中HCO3-浓度，mg/l。第55 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能4)钻井液滤液碱度两种测定方法对比方 法优 点 缺 点Pf/Mfa)传统的方法b)用一个样品滴定二次a)Mf 滴定中有干扰b)通常碳酸
31、氢根测定结果偏高P1/P2a)消除Mf滴定中的干扰a)用三个样品滴定三次b)碱的测定很关键c)使用有毒物质(BaCl2)第56 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能15、氯离子浓度(Chloride Concentration)测定方法：以铬酸钾溶液为指示剂，用硝酸银标准溶液(0.0282mol/l)滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变为橙红色并能保持30s即为滴定终点。计算：CCl-CNaCl1.65 CCl-式中：CCl-滤液中的Cl-浓度，mg/l；CNaCl 滤液中的NaCl含量，mg/l；VAgNO3 滴定所消耗的硝酸银溶液体积，ml；V 滤液样品体积，ml。注：若滤液中的氯离子浓度超
32、过10,000mg/l，可使用每毫升相当于0.01g氯离子的硝酸银溶液(0.282mol/l)，此时，把上式中的系数1000改为10000。第57 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能16、总硬度(Total Hardness)测定方法：以硬度指示剂溶液1-(1-羟基-4-甲基-2-苯偶氮)-2-萘酚-4-磺酸为指示剂，用0.01mol/l的EDTA(二水合乙二胺四乙酸二钠盐)标准溶液滴定一定量的滤液至颜色不再由红变蓝的变化即为滴定终点。以Ca+计的总硬度的计算：HT式中：HT以Ca+计的总硬度，mg/l；VE滴定所消耗的EDTA体积，ml；V 滤液样品体积，ml。注1：为解决由深颜色组份引起
33、的滴定终点分不清的问题，可用 次氯酸钠等氧化剂氧化这些组份。注2：若怀疑滤液中有铁离子存在，三乙醇胺、四乙烯基戊胺和 水的混合液(体积比为1:1:2)是一种合适的掩蔽剂。400VEV第58 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能17、钙离子浓度(Calcium Concentration)测定方法：滤液中的钙离子浓度测定与总硬度测定相似，差别有二：一是滴定前调节pH至1213，使镁离子以氢氧化镁形式沉淀；二是以钙指示剂作为指示剂。计算：CCa+式中：CCa+Ca+浓度，mg/l；VE 滴定所消耗的EDTA体积，ml；V 滤液样品体积，ml。400VEV第59 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能
34、18、镁离子浓度(Magnesium Concentration)滤液总硬度和钙离子浓度测定结果可计算出滤液中的镁离子浓度。计算：CMg+0.6(HTCCa+)式中：C Mg+Mg+浓度，mg/l。第60 页，本讲稿共143 页四、钻井液性能19、润滑性(Lubricity)钻井液的润滑性即为降低钻柱和滤饼(或井壁、套管)及钻井液内部相对运动摩擦力的量度，目前测定钻井液润滑性的常用仪器有两种：极压润滑仪和LEM仪。20、电稳定性(Electrical Stability)在试验条件下，油包水钻井液开始破乳时的电压称之为破乳电压，用破乳电压仪测定，单位为伏特(V)。第61 页，本讲稿共143 页
35、五、水基钻井液简介 水基钻井液的发展第62 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介1、膨润土钻井液(1)基本组成 预水化膨润土 烧碱(氢氧化钠)纯碱(碳酸钠)(2)特点-高膨润土含量-高粘度-高静切力 通常用于浅井井段的钻井中，也可做清扫液第63 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介2、分散钻井液(1)基本组成-预水化膨润土-烧碱和/或纯碱-铁铬木质素磺酸盐稀释剂(FCLS)-羧甲基纤维素钠盐降滤失剂(CMC)-聚阴离子纤维素降滤失剂(PAC)-改性淀粉降滤失剂(2)特点-易维护-低滤失量-无抑制性第64 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介3、低固相不分散钻井液(1)基本组成 高分
36、子量聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺包被絮凝剂(PAM、PHPA、KPAM)-水解聚丙烯腈降滤失剂(NaPAN、KPAN、NH4PAN)-羧甲基纤维素钠盐(CMC)或聚阴离子纤维素(PAC)降滤失剂-预水化膨润土-烧碱和/或纯碱(2)特点-中等抑制性-难维护，电测、下套管难度大-高温稳定性较差第65 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介4、氯化钾聚合物钻井液(1)基本组成-高分子量聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺包被絮凝 剂(PAM、PHPA、KPAM)-水解聚丙烯腈降滤失剂(NaPAN、KPAN，NH4PAN)-低分子量聚合物解絮凝剂或木质素磺酸盐稀释剂(FCLS)-预水化膨润土-烧碱和/或
37、纯碱(2)特点-强抑制性-高温稳定性较好-固容能力较强-对金属的腐蚀性较强-影响电测解释第66 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介5、聚磺钻井液(1)基本组成-高分子量聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺包被絮凝 剂(PAM、PHPA、KPAM)-水解聚丙烯腈降滤失剂(NaPAN、KPAN，NH4PAN)-磺甲基酚醛树脂(SMP)和/或磺甲基褐煤(SMC)和/或褐煤 树脂共聚物(SNPH)降滤失剂-磺甲基丹宁稀释剂(SMT)-磺化沥青防塌剂(FT-1)-预水化膨润土-烧碱和/或纯碱(2)特点-中等抑制性-良好的高温稳定性-抗污染能力较强第67 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介6、阳离子
38、聚合物钻井液(1)基本组成-1-高分子量阳离子聚合物包被絮凝剂(CHM)-小分子量阳离子有机化合物页岩抑制剂(NW-1、CSW-1)-两性离子聚合物降滤失剂(JT 888)-两性离子聚合物解絮凝剂剂(XY-27)-阳离子型降滤失剂(CLG)-阳离子型防塌剂(CEA)-预水化膨润土-烧碱和/或纯碱第68 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介6、阳离子聚合物钻井液(1)基本组成-2-高分子量阳离子聚合物包被絮凝剂(CHM、SP-2)-小分子量阳离子有机化合物页岩抑制剂(NW-1、CSW-1)-非离子型和/或阳离子型降滤失剂(NFL、CPA)-阳离子钻井液用配浆材料或预水化膨润土-烧碱和/或纯碱
39、2)特点-强抑制性-良好的高温稳定性-抗污染能力强第69 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介7、两性离子聚合物钻井液(1)基本组成-高分子量两性离子聚合物包被絮凝剂(FA367)-低分子量两离子聚合物解絮凝剂(XY-27)-两性离子聚合物降滤失剂(JT 888)-磺甲基酚醛树脂(SMP)和/或褐煤树脂共聚物(SNPH)降 滤失剂和/或磺化沥青防塌剂(FT-1)-预水化膨润土-烧碱和/或纯碱(2)特点-较强抑制性-良好的高温稳定性-抗污染能力强第70 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介8、MMH钻井液体系(1)基本组成-预水化膨润土-烧碱和/或纯碱-混合金属层状氢氧化物(MMH)-降
40、滤失剂(改性淀粉类)(2)特点-极高的动切力和静切力(假固体)-减少钻井液对井壁的冲蚀，有效地保护井壁-对污染敏感-注意选择体系使用的处理剂第71 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介 其他水基钻井液-钙处理钻井液-硅酸盐钻井液-聚乙二醇钻井液-甲酸盐钻井液-甲基糖甙钻井液-聚合物-表面活性剂钻井液-高温活化乳状液钻井液-氯化钙-聚合物钻井液第72 页，本讲稿共143 页五、水基钻井液简介 连续相-酯-酯基-醚-醚基-烯烃-烯烃基 主要处理剂-主、副乳化剂-有机土-增粘剂-润湿剂-水、氯化钙、石灰-加重剂特点-无毒性、易降解而满足环保要求-有效地保护油气层-有利于稳定泥页岩井壁-有利于减少
41、井下复杂情况和事故-有利于提高机械钻速-成本高-醚基和酯基钻井液抗高温能力差-对气侵、水侵敏感且较难处理第73 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整 1、钻井液设备要求-循环系统：循环罐(搅拌器、液面显示器)、储备罐、混合漏斗、胶液罐、碱液罐、(自动加重系统)-固控设备:振动篩、除砂器、(除泥器)、清洁器、离心机、(除气器)-现场实验室：密度计、漏斗粘度计、直读式粘度计、API滤失仪、HTHP滤失仪、含砂量测定仪、固相含量测定仪、滤液分析仪器和药品、(便携式滚子炉、低速搅拌器、高速搅拌器)-钻井液材料存放：材料房、爬犁、储罐、蓬布等第74 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配
42、制、维护与调整 2、钻井液体系的要求 与地层配伍：针对全井易造成井下复杂情况和事故的地层优选钻井液体系，特殊井段可采用特殊钻井液 与井型配伍：探井：安全钻井和发现油气层，开发井：提高钻速和保护油气层，特殊工艺井：满足工程需要和保护油气层 与储层配伍：粘土含量、渗透率恢复值、钻井液密度 与环境配伍：钻井液及其处理剂毒性，地表水、地下水污染，周围生态环境的影响第75 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整3、钻井液现场配制 检查井场钻井液材料质量检验单等有关资料，保证钻井液材料的质量。现场钻井液材料的存放必须采取有效的防晒、防雨、防潮措施。配制钻井液前必须清洗钻井液罐。若需要，必须处
43、理配浆用水。第76 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整3、钻井液现场配制 应按钻井液设计要求配制钻井液，并确保其性能达到设计要求。应充分水化配制钻井液用膨润土。配制钻井液用处理剂应配成胶液缓慢加入，避免直接加入固体或粉末状处理剖。应控制好钻井液处理剂的加入比例、顺序和方法。第77 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整 4、钻井液现场维护 每1h测定钻井液密度、漏斗粘度和体积，每8h12h测定钻井液设计规定的全套性能；若遇异常情况应加密测定，保证钻井液性能在设计规定的范围内。充分发挥固控设备清除钻屑的效率。需补充处理剂，应缓慢、均匀加入钻井液处理剂胶液，尽量避免
44、直接加入处理剂固体或干粉。需补充膨润土，应加入已充分水化的膨润土浆。钻井液以一定时间或一定井段处理，尽量避免大型处理。需进行较大处理，应先进行小型试验，确定最佳处理措施。第78 页，本讲稿共143 页、钻井液的监测l正常钻进过程中钻井液性能监测 每1h左右测一次密度、漏斗粘度和循环罐中钻井液体积，每812h测全套性能，及时调整好钻井液性能，保证钻井液性能在设计规定的范围内。定期检查储备罐高密度钻井液性能及体积，并调整好高密度钻井液性能，补足储备量。第79 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整、钻井液的监测l异常情况下的钻井液监测 出现下列情况之一时，应加密测量钻井液性能和循环罐
45、中钻井液体积，检查各管线及出口、闸门是否有漏失情况，并分析地层情况，判断是否发生井漏。钻进过程中或下钻过程中钻井液返出量过少或失返；钻进过程中循环罐钻井液体积损耗过快。第80 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整、钻井液的监测l出现下列情况之一时，应加密测量钻井液性能和循环罐中钻井液体积，并分析地层情况，判断是否发生溢流。钻进过程中，循环罐中钻井液体积增加；停泵后，井口仍有钻井液流出；起钻过程中灌入井筒中的钻井液体积小于起出的钻具体积或循环罐中钻井液体积增加；停止起钻或起完钻后，钻井液出口仍有钻井液流出；下钻过程中返出的钻井液体积大于下入的钻具体积；停止下钻，井口仍有钻井液外溢
46、。第81 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整、钻井液的监测l出现下列情况之一时，应加密测量钻井液性能和循环罐中钻井液体积，并分析地层情况，判断是否钻开油气层或高压水层。钻井液出现油气显示；钻屑中发现油砂或水砂，气测值增大；钻井液密度下降，性能发生变化，氯离子含量增加；钻井液体积增加。第82 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整、钻井液现场调整前准备 地层资料研究与分析 地层岩性与结构，矿物组分剖面；全井段地层孔隙压力和破裂压力剖面；地温梯度，地层水分析数据，油气层特性与动、静流动试验数据等；区块地层理化特性分析数据；地层分层、井段及井下复杂情况提示；调整井区块
47、动态压力剖面、压力数据及停注排液情况等。第83 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整、钻井液现场调整前准备 邻井技术资料分析 邻井井下复杂情况和钻井液技术资料；邻井工程复杂处理情况；邻井复杂井段的层位、岩性等。本井技术资料及情况研究与分析 发生的异常情况或复杂情况及其地层的层位、岩性、井段等；异常情况或复杂情况的原因。第84 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整、钻井液现场调整前准备 调整钻井液性能前，必须进行小型试验。如果钻井液性能的调整需要超出钻井液设计性能范围，应及时向上级部门提出调整钻井液性能的申请。第85 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护
48、与调整、钻井液现场调整依据 根据工程中出现的井下异常情况调整钻井液性能 钻井液性能与所钻地层不配伍或不能满足工程要求 分析不能与所钻地层配伍和不能满足工程要求的钻井液性能的项目；调整钻井液性能。下钻遇阻或起钻遇卡 了解下钻遇阻或起钻遇卡地层的层位、岩性、井段等；分析下钻遇阻和起钻遇卡的原因：.缩径、井壁垮塌；调整钻井液性能(见表一)。第86 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整、钻井液现场调整依据 下钻不能到底或电测不到底 1）原因分析：井壁垮塌：应根据返出的坍塌物的岩性判断垮塌层位、井段；井眼不清洁：钻井液携带能力差，含砂量高，井底有沉砂。2）调整钻井液性能(见表一)。钻进时
49、蹩、跳严重 1）原因分析：井壁垮塌 2）调整钻井液性能(见表一)。钻进时振动筛上钻屑量过多 1）原因分析：井壁垮塌；2）调整钻井液性能(见表一)。第87 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整 表一、根据井下异常情况调整钻井液性能第88 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整、钻井液现场调整依据 井漏的处理 1）分析漏失通道形成的原因：地层固有的孔喉、裂缝、溶洞及工程诱发的裂缝等 2）井漏分类（见表二）3）确定漏层位置；4）井漏的处理：钻井液性能调整及堵漏方法（见表三）表二 井漏分类第89 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整7、钻井液现场调整依据
50、溢流 1）了解清楚发生溢流时的施工情况：钻进过程中 起钻过程中 下钻过程中 下钻后循环过程中 2）分析发生溢流的原因（见表四）及溢流的流体 3）钻井液性能调整（见表四）第90 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整 7、钻井液现场调整依据 根据所钻地层及岩性情况调整钻井液性能 A、胶结性差的砂、砾、黄土层 1）地层情况分析：胶结差，未成岩；2）潜在井下复杂：井壁垮塌、漏失；3）钻井液性能调整：增加钻井液粘度和切力，提高钻井液携带和悬浮岩屑能力（一般采用高粘度、高切力、高膨润土含量钻井液）。第91 页，本讲稿共143 页六、钻井液现场配制、维护与调整 7、钻井液现场调整依据 B、层