45第一章 钻井液概论

第一章绪论《钻井液工艺原理》讲义钻井液功用、类型和组成钻井液技术的发展概况本章重点第一节钻井液功用、类型和组成钻井液定义及其循环流程钻井液功用钻井液类型钻井液组成一、钻井液定义及其循环系统1、钻井液：指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液（drillingfluid)又称做泥浆(Mud)。2、钻井液循环系统：钻井液流经的各种管线和设备泥浆泵泥浆罐地面高压管汇立管水龙带水龙头方钻杆钻杆钻铤钻头钻柱与井壁形成的环形空间从井口返出，流经固控设备进行处理，清除钻屑钻井液循环系统携带作用：钻井液循环时，通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的岩屑携带到地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。悬浮作用：在接单根、起下钻或因故停止循环时，钻井液依靠其粘度切力将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，以防止沉砂卡钻等复杂情况的发生。二、钻井液的功用1．携带和悬浮岩屑2．平衡地层压力和稳定井壁地层压力钻井液压力钻井液井壁（1）选择合适的钻井液密度，对井壁产生足够的支撑力，从而防止井塌等井下复杂情况的发生。稳定井壁（2）钻井液具有良好的滤失造壁性能。在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳固已钻开的地层并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。（3）钻井液具有良好的抑制作用，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。平衡地层压力：选择合适的钻井液密度，使液柱压力大于地层压力，防止井喷的发生。3．冷却和润滑钻头＼钻具（1）通过钻井液不断地循环作用，将这些热量吸收，然后带到地面释放到大气中及时带走。（2）利用钻井液良好的润滑作用，降低摩擦。（1）直接破碎岩石钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，对井底岩石产生很大的冲击力，从而起到破岩作用。高压喷射钻井正是利用了这一原理，采用高泵压钻进，使钻井液所形成的高速射流对井底产生强大的冲击力，从而显著地提高了钻速。4．传递水动力（2）带动井下工具工作在使用涡轮或螺杆钻具钻进时，钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片或螺杆转子，使涡轮或螺杆旋转并带动钻头破碎岩石。三、钻井液分类及类型1、钻井液分类（1）按密度分：非加重钻井液和加重钻井液（2）按抑制粘土水化作用的强弱分：非抑制性钻井液、抑制性钻井液（3）按固相含量分：高固相钻井液、低固相钻井液和无固相钻井液（4）按流体介质分水基钻井液、油基钻井液和气体型钻井流体。2、钻井液类型①分散钻井液(DispersedDrillingFluids)②钙处理钻井液（Calcium-treateddrillingfluids)③盐水钻井液（saltwaterdrillingfluid)④饱和盐水钻井液（saturatedsaltwaterdrillingfluids)⑤聚合物钻井液(polymerdrillingfluids)⑥钾基聚合物钻井液（potassium-basedpolymerdrillingfluids)⑦油基钻井液（oil-baseddrillingfluids)⑧合成基钻井液（syntheticdrillingfluids)⑨气体型钻井流体（gas-typeddrillingfluids)⑩保护储层的钻井液（drilling-influids)四、钻井液组成1、水基钻井液（2）膨润土：提粘切、降滤失（3）钻井液处理剂：调整钻井液性能（4）加重材料：提高钻井液密度（1）水（或盐水）2、油基钻井液（1）油：柴油或矿物油（2）水或盐水（3）乳化剂：乳化作用，保证乳状液的稳定（4）润湿剂：使亲水性固相转变为亲油，有利于在油中悬浮（5）亲油胶体：增粘、降滤失（6）石灰和加重材料第二节钻井液技术的发展概况•钻井液技术的发展•钻井液技术发展趋势钻井的发展：人工掘井、顿钻钻井、旋转钻井、连续管钻井1、1914-1916年清水作为旋转钻井的洗井介质，即开始使用泥浆。2、20世纪20-60年代以分散型水基钻井液为主要类型的阶段：细分散体系和粗分散体系。同时也出现了早期使用的油基泥浆和气体型钻井流体。在这一阶段中，有代表性的技术措施包括以下几种：一、钻井液技术发展①1921-1922年，开始使用重晶石和氧化铁做加重材料。②1926年，开始使用膨润土作为悬浮剂。③1930年，研制出最早的钻井液处理剂---单宁酸钠。④1931-1937年，研制出各种钻井液测量仪器。⑤1944-1945年，Na-CMC作为降滤失剂使用。⑥1965年，FCLS作为降粘剂使用⑦从60年代开始，粗分散钻井液开始广泛使用。3、70年代以后，以聚合物钻井液为主要类型的阶段。聚合物钻井液可分为以下几种类型：①部分水解聚丙烯酰胺体系②氯化钾聚合物钻井液体系③羟乙基纤维素体系聚合物对提高钻井速度、维持井壁稳定等方面起着非常重要的作用。聚合物钻井液的出现标志着钻井液工艺技术进入了科学的发展阶段，⑥聚丙烯与聚乙二醇共聚物体系⑦阳离子聚合物体系此外，在这一阶段，油基钻井液体系也有了进一步发展，深井钻井液技术取得了很大进展。⑤磷酸钾盐水解聚丙烯酰胺体系④磷酸钾盐非离子型聚合物体系二、钻井液技术的发展预测随着钻探范围的不断扩大和钻井技术的不断发展，对钻井液技术提出了更高的要求。预计钻井液技术在以下几个方面取得较大进展。这是国内外广泛关注的一个重要课题，主要攻关目标将集中在化学固壁研究、井壁失稳的岩石力学和泥浆化学的藕合研究，盐岩层蠕变规律研究以及仿油基钻井液研究等方面．其最终目的是能够通过钻井液优化设计，有效地解决在各种复杂泥页岩地层和大段盐膏层钻进时经常遇到的井塌问题．通过准确地确定地层的孔隙压力和坍塌压力剖面，以及有关水化力、膨胀力、岩石地应力的实验数据的计算，决定采用的钻井液密度和钻井液体系及配方。1、钻井液强化井壁技术对于探井、超深井，将主要解决抗高温及高温条件下抗盐、钙侵和防塌等问题．关键技术为抗高温处理剂的研制和系列化，并通过机理研究解决处理剂在高温条件下的降解、解吸附及不同处理剂之间的配伍等问题。对于大位移井，除解决抗温问题外，还将主要解决大位移复杂井段的井塌、井漏和润滑问题。2、复杂地质条件下深井、超深井和大位移井的钻井液技术3、新型钻井液体系及其处理剂的研制与应用为了适应钻探井，超深井和复杂地层的需要，以及为了漓足日益受到重视的环保要求，并进一步降低钻井液成本，要求新型的钻井液体系及其处理剂应具有抗温、抗盐及对环境影响小等特点。4、废弃钻井液处理技术为满足保护生态环境的需要，国内外已投入大量人力、物力解决废弃钻井液的排放问题。目前在处理技术方面巳取得一定进展，但仍存在着处理工艺复杂，处理成本高等问题。今后发展是找到简便易行、且成本较低的处理方法。此外，钻井液及其处理剂的毒性检测技术和无毒、低毒处理剂的研制技术也必将得到进一步的发展．5、保护油气层技术保护油气层技术的发展将体现在以下几个方面将：(1)油气层损害机理的快速诊断技术(2)针对裂缝性油藏的钻井液暂堵技术(3)水平井、探井和高温深井保护油气层的钻井完井液技术。（4）欠平衡钻井条件下的钻井完井液技术等。