第3章 抑制性水基钻井液20100316

第三章抑制性水基钻井液主要内容3-1钙处理钻井液3-2盐水钻井液3-3海水钻井液3-4钾基钻井液3-5钾石灰钻井液细分散钻井液的局限性粗分散钻井液(防塌、抗侵污、岩盐少等)适度絮凝钻进石膏层、岩盐层防止井眼坍塌、清除井下复杂事故钻进大段泥质岩层、控制地层造浆降低粘度、切力，改善钻井液的流变性钻开含泥质的油气层转变陈旧钻井液，或处理剂加的过多、过量、过杂的钻井液适用地层3-1钙处理钻井液本体系是一种利用无机盐保持粘土适当絮凝，以提高抑制能力的水基钻井液体系。其核心是确保体系中含有过量的钙盐，从而得以在液相中维持所规定的钙离子浓度，否则液相中的钙离子的消耗得不到及时的补充，失去体系的抑制特性，不能取得应有的效果。一、分类石灰处理钻井液石膏钻井液CaCl2或高钙钻井液。二、配制原理(1)分散与絮凝的关系及配制机理钙侵絮凝态的特点：土粒聚结、分散度降低、形成结构增强、粘切上升、滤失量增大。细分散钻井液的特点：滤失量小、粘切不稳定、土粒高度分散。加钠盐或钻进时地层造浆加适量钙盐和分散剂加钙盐加分散剂高分散絮凝态的特点：适度絮凝、分散度增加、粘切较小、滤失量降低。适度絮凝态的特点：低分散絮凝态、分散度增加、结构降低、粘切较高、滤失量降低。加钙盐加分散剂a、配制的关键钙离子絮凝作用和分散剂护胶作用互相制约，有意识地使钻井液处于适度絮凝粗分散态。b、配制机理钙离子絮凝电位降低EE、EF结合为主(聚结)分散度降低。分散剂的分散作用(分散剂吸附于土粒端面，拆散其结构)阻止分散度降低。c、细分散与粗分散钻井液的异同点：项目粗分散钻井液细分散钻井液性能防塌、抗侵污、性能稳定不防塌、不抗侵污、性能不稳定组成钙离子是必要成分钙离子是有害成分分散度受控制不受人工控制其实它们之间只是分散度不同，无本质区别。相同点：分散度改变、钻井液的性能改变，变化机理相似。(2)钙和分散剂的选择原则：品种对路，比例合适，pH值适当，用量正确。项目CaCl2石膏石灰所提供的钙离子500ppm、高钙盐300～500ppm、中钙盐120～200ppm、低钙盐选分散剂等FCLS、CMCNaK、香叶胶NaT、NaC确定pH值9～129～1210.5～12pH值Ca2+＋2OH-Ca(OH)2失去钙处理的意义Ca2+浓度絮凝过头，、、，Vf、hmud分散剂的作用拆散因钙离子作用所形成粘土絮凝结构，使处于适度絮凝态。保护粘土颗粒使之处于适度尺寸，不至于絮凝变大三、常用的钙处理钻井液体系(1)石灰－NaT钻井液a、机理(a)Ca2+Na+，使钠土转化为钙土；(b)石灰与粘土之间发生化学反应，生成水化硅酸盐。从而降低了粘土的亲水性和分散性。b、特点(a)注意后效：初加石灰时，它局部过浓，使粘度上升，但这是暂时的；(b)注意高温固化：t=130℃时固化。c、维护控制好三个参数：Pf、Pm和游离石灰含量[Ca(OH)2]。Pf1ml滤液消耗0.02NHCl的毫升数(酚酞终点)。Pm1ml钻井液消耗0.02NHCl的毫升数(酚酞终点)。游离石灰含量[Ca(OH)2]=0.742(Pm－PfFw)。其中，Fw为水相体积百分含量。要求：Pf：[Ca(OH)2]＝1：(3～4)比值偏高时，增加[Ca(OH)2]，、0、T；比值偏低时，降低[Ca(OH)2]，此时性能不稳定，地层造浆之后，、0、T。(2)FCLS－CaSO4钻井液特点：抗Ca2+、防塌、抗温能力可达176℃、比NaT－石灰好。可由低pH值的淡水钻井液转化为石膏钻井液，通常应加入清水、NaOH、FCLS、CaSO4、CMC等。(3)NaC－CaCl2钻井液配该浆时用CMC作稳定剂，FCLS作稀释剂、石灰调pH值、维持pH=9～10。a、特点：、0、低、Vf低、防塌、稳定时间长、适用于易造浆地层、抑制造浆作用。b、机理Ca2+储备2Hm＋Ca2+Ca(Hm)2剩余的Ca2+与NaCl结合成钻井液体系。Ca(Hm)2是胶状沉淀，降滤失，使、0、T上升，改善滤饼质量。实质:大量NaC消耗[Ca2+]，形成粗分散钻井液。关键:控制好NaC与CaCl2的比例。[Ca2+]、0、T上升CaCl2：NaCl＝0.5：1%四、主要特点及应用范围a、具有一定的抑制性，可大大缓和造浆地层对其性能的影响；b、可使粘土保持适度絮凝，对外界的敏感性比淡水钻井液低；c、有一定抗Ca2+能力；d、有一定防塌特性；e、可容纳较高的固相。主要特点应用范围a、用于3000m左右的井；b、石膏及CaCl2钻井液可用于钻纯石膏层；c、可用于中等造浆程度的浅地层；d、可加重到较高的密度，用于高压地层钻井。3-2盐水钻井液本体系是用盐水配制而成，含盐量从1%(氯根含量为6000mg/l)直到饱和(氯根含量为189000mg/l)前的整个范围均属此类。岩盐的危害盐溶盐流盐析、粘卡a、井塌、扩径形成“大肚子”；b、沉砂：井底不清洁，高粘钻井液；c、卡钻。a、蠕变；b、塑性流动；因为存在温度差，盐析使钻杆变粗(a)加重到平衡地层压力；(b)不断划眼，把盐层钻掉；(c)采用欠饱和盐水钻井液；(d)使用油基钻井液。(3)盐析、粘卡预防方法(a)水力漏斗加盐；(b)加盐抑制剂；(c)粘度增加，析出的盐粒变细。钻盐层的要求：钻井液抗污染、防溶、性能稳定。钻盐层的关键：(a)使用抗盐处理剂(如FCLS、CMC等)；(b)加盐预饱和、防溶；(c)维护保持浓度不变。二、组成和特点a、盐：NaCl(一般其中含有Mg2+、Ca2+)，原则上用纯盐；b、分散护胶剂：CMC、FCLS、HPAN；c、增粘剂：凹土、胍胶（降失水、增粘）、膨润土；d、其它：盐水钻井液一般还有消泡剂(LP-8)、润滑剂(混油、Span80)。组分组分的要求(a)处理剂抗盐到饱和；(b)用抗盐土(海泡石)；(c)膨润土预水化；(d)配浆按次序：预水化护胶加盐。(2)盐水钻井液的主要特点a、抗盐耐Mg2+、Ca2+的能力强，对盐的敏感性较低，但腐蚀性较大；b、抑制能力强，防塌能力强，造浆的速度慢。因为滤液中含有大量无机盐类；c、可抑制产层水化膨胀损害，对产层有一定的保护作用。因为滤液性质比较近似于地层原生水；d、可保持低的固相含量。因为钻屑不易在钻井液中水化分散，有利于地面清除。三、常用体系(1)CMC－FCLS饱和盐水a、转化(a)除Ca2+，加Na2CO3；(b)护胶加FCLS、CMC；(c)辅助成分：混油、加表面活性剂；K2Cr2O3可改进热稳定性。避雨补充处理剂，补充液用混合剂Cl-含量不小于17000mg/l饱和盐水限在20～30%pH=9～10定期检查热稳定性适当加盐/抑制剂c、局限性：摩阻大、易粘卡b、维护：保持浓度不变。(2)SMP－SMC－SMT盐水钻井液，老三磺体系三、常用体系a、配方：SMP(5～8%)＋SMC(3～4%)＋SMT(0.2～4%)＋红矾(0.1～0.3%)。b、特点：防粘卡抗高温性能稳定抗盐好3-3海水钻井液海水钻井液与一般盐水钻井液的不同之处在于使用海水配浆。海水中除含有较高浓度的NaCl外，还含有一定浓度的钙盐和镁盐，其总矿化度一般为3.3％～3.7％，pH值在7.5-8.4之间，密度为1.03g／cm3。显然，海水钻井液工艺技术得以发展的主要原因是为了满足海洋钻井的需要。海水钻井液不同之处仅在于体系中Mg2+的含量较高，且由于受施工条件的限制，其矿化度一般不作调整。一种是先用适量烧碱和纯碱将海水中的Ca2+、Mg2+清除，然后再用于配浆。这种体系的pH值应保持在11以上，其特点是分散性相对较强，流变和滤失性能较稳定且容易控制，但抑制性较差。海水钻井液的配方有两种类型：另一种是在体系中保留Ca2+、Mg2+，由于含有多种阳离子，护胶的难度较大，所选用的护胶剂既要抗盐，又要抗钙、镁，但这种体系的抑制性和抗污染能力较强。3-4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系列。它能有效地用于钻穿易水化膨胀的蒙脱石页岩地层和易剥落掉块的伊利石页岩地层。钾基钻井液分为五种类型KCl不分散型的钾基钻井液分散型的KCl钾基钻井液KOH褐煤型钾基钻井液KOH木质素磺酸盐型的钾基钻井液其它钾基钻井液一、KCl不分散型的钾基钻井液1、适用范围(1)密度小于1.68g/cm3的地区；(2)温度小于150℃；(3)Ca2+含量小于400ppm、Mg2+含量低的地区；(4)不用降粘剂；(5)固控设备好；(6)不含或少含蒙脱石、以含伊利石为主的硬脆性地层。2、典型配方(1)KCl-PAM及其衍生物的钻井液(2)KCl-XC体系(3)KCl-聚合物体系(复配型)(1)KCl-PAM及其衍生物的钻井液配方：基浆+PAM+KCl+CMC+Na2CO3+Na2SO3等a.PAM及其衍生物作为强包被剂；b.Na2CO3(调节钙离子量、控制pH值)含量不能太高(如果过高对防塌不利)；c.pH11(太大，PAM进一步水解)；d.可与PAN配合使用；e.该体系具有密度低、粘度低、切力低，抗盐、抗高温等特点。(2)KCl-XC体系配方：基浆+XC+KCl+KOH+CMC(或淀粉)等特点：耐更高盐量污染；抗温能力差一些。(3)KCl-聚合物体系(复配型)配方：基浆+NaOH+KCl+LV-CMC+Na2CO3+XC+PAM-PAA+改性淀粉+BaSO4等二、分散型的KCl钾基钻井液特点：是一种具有中等pH值的钻井液。但它多用了降粘剂，从而可加重到更高的密度值、又具有良好的流变性、抗温性和抗污染能力更高；但防塌效果降低。三、KOH褐煤型钾基钻井液特点：1、KOH可提高K+、同时又调节pH值；2、KOH可使褐煤中的不溶物溶解；3、抗温性更强；4、可容纳更多的固相；5、较好的流变性。四、KOH木质素磺酸盐型的钾基钻井液抑制能力和抗污染能力强；pH值较高；钾离子含量可在2000～3000ppm；可加入降粘剂和流型调整剂。特点关键：用好该体系的关键在于保持体系中的钾离子量足量，并保证在钻进中钾离子及时与页岩作用。五、其它钾基钻井液1、K2CO3体系：用K2CO3代替KCl。a.K2CO3水解呈碱性，在使用中不需加碱；b.因为pH值高，可以控制H2S、CO2等的侵入；c.对金属的腐蚀小；d.不需更多的处理；e.钻井费总费用低。2、醋酸钾体系用醋酸钾代替KCl，解决聚合物抗盐差的问题。该体系具有优良的流变性、滤失量低、性能稳定。3-5钾石灰钻井液石灰钻井液的缺点：高温固化、pH值过高、过多的Na+含量、防塌不利。该钻井液体系是在石灰钻井液体系的基础上发展而来的。一、技术关键1、用石灰/改性淀粉取代FCLS当与石灰混合使用时，对石灰钻井液有降粘作用；与FCLS相比，不易使粘土分散；增加来自石灰的钙溶解度；吸附于页岩上，增加增加井眼稳定性，并减少岩屑的分散。克服高温固化。2、用KOH取代NaOH(1)有利于防塌；(2)减少Na+量、消除不利影响。3、保留Ca2+有利于防塌二、使用效果曾在美国、前苏联和我国都得到了很好的应用，效果良好。蒋官澄E-mail：[e-mail]：15010025286