搜索
降失水剂如：Na-CMC、HPAN、NaC、SPA、高水解度低分子量PHP，淀粉FCLS。具有两亲结构的泥浆有机处理剂（如CMC、NaC、FCLS、NaT等）也有乳化作用。紊流减阻作用：PHP絮凝剂：PAM或低H（40%以下）PHP。聚丙烯酰胺PAM或含水量H30%的水解聚丙烯酰胺PHP作全絮凝剂H=30~40%的PHP作选择性絮凝剂，兼可降失水及增粘H=50~80的PHP作降失水剂，增粘剂，兼絮凝H80%的PHP作降失水剂及增粘剂。稀释剂：NaT，NaCKC，FCLS。增粘剂：Na-CMC、高分子量PHP(HPAM)、淀粉HPAN不抗钙镁离子：KCNaCPHPHPANNa-CMC抗钙：FCLS（TLM）CPA抗盐：HPANCPAFCLS（TLM）抗高温：FCLSHPANPHPNaC（深井）KC海泡石、不抗高温：Na-CMC多糖类（淀粉发酵）润滑:CMCNaCPHPNaTFCLS盐水泥浆：PACHEC（NaClKCl海水配制，用FCLS做稀释剂，HPAN做降失水剂）第一章钻孔冲洗第一节概述钻孔冲洗是钻进中不可缺少的一个环节，钻孔钻进的三项主要工序破岩、排粉及保护孔壁，冲洗液在这三方面都起着十分重要的作用，因此在钻探中素有钻孔的“血液”之称。下面具体讲：冲洗液的功用及冲洗方式。一.冲洗液的功用：1.冷却钻头：钻头与岩石摩擦产生高热量，需及时冷却，否则就会降低钻头寿命，甚至烧钻。尤其是金刚石钻进。2.润滑钻具：目的是开高转速（千rpm以上）以提高破岩效果。3.清洗孔底，排带岩粉：保持井底清洁，防止重复破碎，否则钻孔寿命及效率下降，甚至烧钻。排粉与上返速度有关。石油钻0.5m/s。岩芯钻0.3m/s。金刚石钻0.1～0.8m/s。4.保护孔壁：泥浆还具有护壁作用。5.破碎岩石：高压喷射钻井直接利用冲洗液射流（达100m/s）来破碎岩石，也可用高压自射流（1000kg/m2以上）破碎中硬以上的岩石。6.井底动力钻进时作动力传送介质：如冲击回转、涡轮、螺杆钻等。7.输送岩芯：水力连续返芯。8.降低泵压：起紊流减阻作用。降泵压，尤其是井底动力钻进。9.传递信息：随钻技术，传递井底脉冲信号。10.保护油气层及岩矿芯（如盐矿、石膏等）。二、根据以上作用，钻探对冲洗液提出如下要求：（冲洗液要求）1.良好的冷却散热能力及润滑性，保证钻具正常工作。2.清洗—排带—分离岩粉的能力强，保持井底及冲洗液清洁。3.良好的剪切稀释作用。4.护壁作用好，能护壁、防喷、防漏、堵漏。5.抗污染能力强，自身稳定性好。防钙、镁、盐及粘土浸溶。高温高压下能保持稳定。6.利于返芯、测井、防斜及泵送，无污染。第二节钻孔冲洗液的分类及发展一、冲洗液的分类根据洗井介质，以气体、水、油为基础分成气体、液体及气液混合三大类。具体为：1.清水及清水溶液：a.清水：是最早使用的一种冲洗液，用于钻进稳定地层。特点：钻进效率高，冷却好，成本低，护壁排粉差。b.各种盐水溶液：如饱和盐水溶液用于钻进盐层。c.表面活性剂水溶液：如松香酸钠水溶液等用于金刚石小口径钻进，起润滑作用。d.各种高分子聚合物溶液：如减阻液用于降泵压等。2.乳状液：a.水包油乳状液：水是连续相，油是分散相。HBS7b.油包水乳状液，油是连续相，水是分散相。乳状液用于小口径金刚石钻进稳定岩层时起润滑减摩钻具作用。3.泥浆：粘土分散在清水中并加入合适的处理剂形成的冲洗液，用于钻进不稳定地层起护壁作用，但效率较低。具体分类见第二章。4.无粘土冲洗液：由高聚物及其处理剂配制的冲洗液，兼有泥浆的护壁作用和清水的低比重高钻效作用，是冲洗液发展的主要方向之一，逐步在岩芯钻中推广应用取代泥浆。5.气液混合钻进：a.泡沫钻进：以气体为主。由气+水+发泡剂组成。多用于漏失缺水地层b.混气水钻进：以水为主。由水+气+发泡剂组成。6.空气钻进：a.压缩空气洗孔：钻速高，多用于缺水及漏失地层。b.高压天然气洗孔：钻速高，多用于缺水及漏失地层。冲洗液的发展：*1.公元前250~1122年以来，最早采用清水作冲洗液钻盐井取盐（我国四川自贡），当时是向井内注水。*2.1860年以来开始采用循环冲洗液排岩粉，随着十九世纪九十年代回转钻进的出现，粘土自然造浆，逐步转入泥浆护壁。上世纪二十年代以来，开始出现泥浆原料及处理剂商品，泥浆仪器，逐步走上了科学应用泥浆的道路。1922年开始采用重晶石加重泥浆，控制地层应力。1928年开始广泛采用膨润土泥浆钻井。1930年开始采用高PH泥浆，盐水泥浆及油钻井。1935年采用硅酸钠泥浆钻井，均是解决页岩水敏性地层。*1940年以来先后发展了木质素泥浆，丹宁y泥浆，聚合物泥浆。随后发展了油乳化泥浆及深井泥浆。为了提高钻进效率，发展应用了不分散低固相泥浆和无粘土冲洗液。并取得了较好的效果。*小口径金刚石钻进在岩芯钻中发展较快，其冲洗液也从清水发展到目前使用的各种润滑冲洗液。如乳状液、乳化泥浆及表面活性剂水溶液。为了解决高价离子破乳问题，七十年代以来发展应用了多种抗高钙离子的各种复合型乳状液。空气钻进等也得到了较大的发展，尤其缺水的西北高原地区。*全世界目前有数百家泥浆公司，粘土有60多种，各种处理剂超过2600种。*从1931年以来，先后发展应用了各种泥浆仪器如粘度计，失水仪、固相含量测定仪等。且许多泥浆性能监测已广泛采用电脑控制，泥浆参数采用电子计算机设计。泥浆理论在化学、流变学，生物工程学等各方面都得到了发展。*钻井冲洗液目前的国内外动态深入研究各种处理剂的作用机理，争取在理论上有所突破，进而发展高效处理剂；研制多功能处理剂，做到一剂多用；粘土处理剂的改型；超深井泥浆及处理剂；岩芯钻探逐步研究推广无粘土冲洗液；泥浆净化，尤其是小于2μm的固相粒子的净化；钻井现场泥浆监测系统的配套及现代化。岩心采取率：75%—85%矿心采取率：85%—95%第三节钻孔冲洗方式1.正循环：全孔正循环是目前常用的循环方式。冲洗液通过水泵及钻杆进入孔底，经钻头水口返出，沿钻杆与井壁的环空上返携带岩粉排出井口。如图1.1a所示特点：1）循环系统简单，应用广泛；2）有利于破岩及排粉；3）冲洗液直接冲刷岩芯，影响采芯率及岩芯质量。2.反循环：全孔反循环如图1.1b所示，冲洗液的流动方向正好与正循环相反。为了将冲洗液压入孔内，孔口必须加密封装置密封。孔口密封器同时要能让钻杆自由回转和上下提动。优点：1）由于钻杆内径断面较小，冲洗液上返流速较较大，有利于排粉（较大的）。尤其是大口径钻进和空气钻进；2）能实现水力连续取芯，提高岩芯采取率和钻速；3）由于反循环冲洗液流动方向与岩芯进入岩芯管方向一致，并使其处于悬浮状态，冲洗液不能直接冲刷岩芯，故有利于提高岩芯采取率，防止堵芯缺点：1）冲洗液流速过大时可能使岩芯次序颠倒；2）孔壁漏失时，不适合用之，但可采用双层或三层钻杆隔离实现全孔反循环钻进，可同时解决漏失与孔壁坍塌问题。3.孔底局部反循环：如图1.1c所示，它是在正循环的基础上在井底加上一个喷反接头，冲洗液自钻杆内输入，由喷反接头处流出，在下面的岩芯管内产生负压抽吸力，从而形成井底部分是反循环，井上部分是正循环结构。由于其结构简单效果较好，目前在岩芯钻探中也广泛使用，尤其是钻进破碎地层。优点：1）避免冲洗液直接冲刷岩芯，可提高采取率，防止堵芯；2）由于只限于井底局部反循环，故克服了全孔反循环受钻孔漏失的限制，可用于破碎难采芯地层钻进。缺点：同反循环一样，岩芯次序易颠倒。小结：本章主要介绍了钻孔冲洗液的功用及分类。主要有10大功用，分成六大类。在此基础上介绍了冲洗液的三种循环方式及其特点。简介了冲洗液的发展。要求了解掌握各类冲洗液的特点、功用及适用范围。能合理选择合适的钻井冲洗液洗井及合适的钻孔循环方式钻进。第二章泥浆第一节概述一、泥浆的组成及类型：它是以粘土为分散相，水为分散介质组成的固—液分散体系，其中粘土大多大于0.2мm(10-6m)属悬浮体，少量小于0.2мm属胶体粒子。为使粘土粒子更好地分散稳定，以满足钻进工艺的要求，常加入各种泥浆化学处理剂对泥浆进行处理。所以说：泥浆是由粘土、化学处理剂及水组成的一种多相分散体系。此外油基泥浆以油为分散介质。随着泥浆工艺的发展，泥浆类型不断增加，泥浆的发展趋势是：细分散淡水泥浆→粗分散泥浆→不分散泥浆；高固相泥浆→低固相泥浆→无粘土（无固相）泥浆；水基泥浆→混油泥浆→油基泥浆；浅井泥浆→深井泥浆；液—固体系→气—固—液体系。目前泥浆主要分成两大类：（一）水基泥浆1.细分散淡水泥浆（FreshWaterMuds）（加碱予水化）含盐1%，含钙120ppm(mg/lor1/百万)，其中PH=7~9.5的叫低PH泥浆；PH9的叫高PH泥浆。特点：配制简单，成本较低，一般地层钻进常用。2.粗分散抑制泥浆1）盐水泥浆：含盐量1%，包括盐水泥浆，饱和盐水泥浆及海水泥浆。2）钙处理泥浆：含钙120ppm，包括石灰、石膏、CaCl2处理泥浆3）钾基泥浆：含KCl1%粗分散抑制泥浆特点：粗分散泥浆抑制水敏性泥岩、页岩水化膨胀能力强，适用性广，主要用于水敏、水溶性岩石钻进护壁如页岩、石膏、盐层等。3.不分散低固相泥浆（Non-dispersedlowsolidmuds）粘土（重量计）10%(体积计7%)的泥浆叫低固相泥浆。粘土含量4%的叫不分散低固相泥浆。特点：这是目广泛推广使用的一类泥浆，其中多为聚合物处理，具有护壁性强，固相低，钻效高等优点。如PHP（partiallyhydrolyzedpolyacrylamide部分水解聚丙烯酰胺）泥浆、CMC（羧甲基纤维素钠）泥浆等。4.混油泥浆如水包油乳化泥浆（oil—in—wateremulsionmuds）。将少量原油、柴油等分散稳定于泥浆中配成。特点：润滑性好、流变性好、失水量小、防卡性好，但成本较高。5.泡沫泥浆或充气泥浆（foammuds）泥浆中加入发泡剂或稳泡剂，充入适量的气体而成，其比重可降至0.7左右。特点：比重低，用于减轻或解决钻孔漏失，对于对付高原缺水地层钻孔漏失较为有利。(二)油基泥浆1.油泥浆（Oilmuds）将有机粘土或沥青及有关处理剂加入油（原油、柴油等）中配制而成。2.油包水乳化泥浆（Water-in-oil-emulsionmuds）或反相乳化泥浆（invertemulsionmuds）以油作分散介质，水及有机粘土，处理剂作分散相，加乳化剂处理配制而成。油基泥浆的特点：热稳定性高，失水量极小（可至零），护壁防塌效果好，对油气层损害小。主要用于超深井，高温井及易塌地层，低压油层钻进。但冲洗液成本高。第二节粘土与水一、粘土矿物的组成、分类及基本构造单位1.组成SiO2Al2O3粘土岩主要组成是粘土矿物，但也含少量的非粘土矿物、有机质和可溶盐。粘土岩经粉碎加工而成粘土非粘土矿物有石英、长石、云母等，是泥浆中的含砂量成分；有机质如树木屑、叶子及有机腐植质；可溶盐主要是Ca、Mg、Na、K的可溶盐如碳酸盐，硫酸盐等。总之，粘土中非粘土矿物质越少越好。2.粘土的分类依其性能分成四大类1）高岭石族：以高岭石为主的粘土叫高岭土（陶土、瓷土），此外，还有多水高岭石、地开石和珍珠陶土等。2）蒙脱石族：以蒙脱石为主的粘土叫膨润土，是钻井泥浆的主要材料。（膨润土）3）伊利石族：以伊利石为主的粘土叫伊利石粘土（水云母粘土）。4）海泡石族：以海泡石、凹凸棒石和坡缕缟石为主的粘土叫海泡石、凹凸棒石或坡缕缟石粘土。3.粘土矿物的两种基本构造单位任何粘土矿物，其基本构造单位都是相同的，为硅氧四面体和铝氧八面体两种。1）硅氧四面体如图2.1所示，四面体由一个Si离子和四个O离子组成，Si4+在中心，四角是O2-，O2-以其一个负电荷与Si4+相连结，同时每个氧剩余的负电荷又与其它的硅离子组成另一些四面体，从而形成图2.1所示的六角环片状构造或链。2）铝氧八面体如图2.1所示，八面体由中心的一个Al3+（可被Fe2+、Mg2+取代）和两层紧密堆叠的O2-及OH-组成，同样可构成八面体片状结构，且在六角环中心留有空位。二、几种粘土矿物的晶体构造及性质各类粘土