钻井液基础知识

2020年8月21日汇报提纲钻井液知识概论第一部分复杂情况钻井液工艺第三部分保护油气层钻井液技术第四部分钻井液性能及调整第二部分钻井液发展趋势第五部分第一部分、钻井液知识概论1、定义:钻井液（drillingfluid)：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。钻井液也叫泥浆(Mud)。2、组成分散介质（比如：水、油）分散相（比如：膨润土）钻井液处理剂钻井液3、钻井液的主要作用钻井液在钻井中作用如下：（1）平衡地层压力（2）悬浮、携带岩屑（3）稳定井壁（4）冷却和润滑钻头、钻具（5）清洁井底，利用水力功率帮助破岩（6）防止各种污染（7）录取岩性，油气水显示等地层资料第一部分、钻井液知识概论携带、悬浮岩屑控制压力形成泥饼破岩、清岩保护油气层传递水功率4、钻井液循环线路第一部分、钻井液知识概论5、钻井液的组成（2）油基钻井液：油+水（分散相）+乳化剂+亲油固体+加重剂等（1）水基钻井液：水+膨润土+各种处理剂+加重剂等第一部分、钻井液知识概论6、钻井液的类型（1）根据连续相流体介质的不同可分为以下类型钻井液体系液体类气体类气液类空气天然气其它气体油基钻井液水基钻井液充气钻井液(以液为主)泡沫钻井液(以气为主)普通油基油包水乳状液粗分散体系细分散体系不分散体系合成基钻井液第一部分、钻井液知识概论(1)钻井液(2)防塌钻井液(3)防卡钻井液(4)堵漏(钻井)液(5)完井钻井液等（2）根据钻井液的作用分为广义(1)钻井液(2)完井液(3)固井液(4)修井液(5)射孔液(6)酸化\压裂液(7)隔离液等狭义第一部分、钻井液知识概论（3）根据钻井液(水基)中粘土分散的程度①细分散钻井液②粗分散钻井液③不分散钻井液（4）根据钻井液(水基)中含盐量分类(1)淡水钻井液(2)盐水钻井液(普通/饱和)(3)钙处理钻井液(石灰/石膏/氯化钙)(4)钾基钻井液等第一部分、钻井液知识概论汇报提纲钻井液知识概论第一部分复杂情况钻井液工艺第三部分保护油气层钻井液技术第四部分钻井液性能及调整第二部分钻井液发展趋势第五部分第二部分、钻井液性能及调整钻井液基本性能:密度：比重计抑制性:PH﹑矿化度、防侵污、防塌等滤失造壁性:滤失量、泥饼性能等流变性:粘度、切力等固相含量：含砂量：钻井液特殊性能:高温高压性能、乳化稳定性、润滑性等。1、钻井液密度g/cm3（进出口泥浆密度差≤0.02g/cm3）t/m3a影响井下安全（井喷、井漏、井塌和卡钻等）b与油气层损害有关c影响钻井速度（1）定义：单位体积钻井液的质量。（2）对钻井的影响第二部分、钻井液性能及调整（3）钻井液密度的测试钻井液比重称（钻井液密度计）1-称杆；2-主刀口；3-泥浆杯；4-杯盖；5-校正筒；6-游码；7-底座；8-主刀垫；9-档壁现场最常用密度计第二部分、钻井液性能及调整（4）钻井液密度调整a.方法：加入高密度材料b.加重材料高密度不溶性矿物或矿石粉末高密度的可溶性盐类①提高钻井液密度第二部分、钻井液性能及调整酸溶4.5-5.1TiO2.Fe2O3钛铁矿粉酸溶7.4-7.7PbS方铅矿酸溶4.9-5.3Fe2O3铁矿粉酸溶2.7-2.9CaCO3石灰石4.2-4.6BaSO4重晶石酸溶性密度g/cm3分子式名称钻井常用高密度不溶性矿物或矿石加重材料第二部分、钻井液性能及调整1.80(10℃)CaBr22.30(40℃)ZnBr21.40(60℃)CaCl21.20(20℃)NaCl1.16(20℃)KCl饱和盐水密度g/cm3水溶性盐钻井常用可溶性盐类加重材料第二部分、钻井液性能及调整（5）加重材料用量计算2112VV)(12VVmV1-----加重前钻井液总体积；V2-----加重后钻井液总体积；ρ-----所用加重加重材料密度；ρ1-----加重前钻井液密度；ρ2-----加重后钻井液密度；m-----需要加重材料质量。第二部分、钻井液性能及调整降低钻井液固相含量（机械+化学絮凝）加水稀释（增加处理剂用量和钻井液费用）混油（影响地质录井和测井解释）充气（需额外设备）（6）降低钻井液密度第二部分、钻井液性能及调整（1）pH值表示法钻井液对pH值要求：一般控制在（8-11）范围，即维持在一个较弱的碱性环境。原因粘土具有适当的分散度，便于控制和调整钻井液性能可以使有机处理剂充分发挥其效能对钻具腐蚀性低可抑制体系中钙、镁盐的溶解2、钻井液酸碱性及其调整第二部分、钻井液性能及调整预防硫化氢（2）常用钻井液pH值：分散钻井液pH值大于10石灰钙处理钻井液pH值11~12石膏钙处理钻井液pH值9.5~10.5聚合物钻井液pH值8左右（3）pH值测试方法：用pH试纸或pH计测量pH值，此方法缺点是不能反映维持钻井液碱性的离子种类和类型。第二部分、钻井液性能及调整②氢氧化钾（KOH）①烧碱（NaOH）③纯碱（Na2CO3)NaOH→Na++OH－KOH→K++OH－Na2CO3→2Na++CO32－CO32－+H2O→HCO3－+OH－HCO3－+H2O→H2CO3+OH－Ca2++CO32－→CaCO3↓NaHCO3→Na++HCO3－HCO3－+H2O→H2CO3+OH－Ca2++OH－+NaHCO3→CaCO3↓+Na++H2O④碳酸氢钠（NaHCO3)钻井常用pH值调节剂第二部分、钻井液性能及调整3、钻井液滤失造壁性（1）滤失、造壁性概念:在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁孔隙或裂缝渗透，钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成泥饼的过程。随着泥饼的不断加厚以及在压差作用下被压实，泥饼对裸眼井壁起到有效稳定和保护作用，这是钻井液的造壁性。第二部分、钻井液性能及调整（2）与钻井液滤失造壁性有关的钻井问题：1、井壁稳定2、油气层保护3、钻井速度4、井下安全（3）滤失类型①瞬时滤失：钻井液与新地层接触的瞬间，泥饼尚未形成时的滤失。②动滤失：钻井液在循环过程中的滤失。③静滤失：钻井液停止循环时发生的滤失。第二部分、钻井液性能及调整（4）滤失量的测定1-压力表；2-通气阀；3-钻井液；4-滤饼；5-滤纸；6-量筒；7-滤液第二部分、钻井液性能及调整（5）滤失量的调节滤失量的调节通常采用在钻井液中加入降滤失剂的方式进行。（6）常用滤失量调节剂①羧甲基纤维素钠盐（Na－CMC，CMC）；②水解聚丙烯腈盐类（Na－HPAN、Ca－HPAN、NH4－HPAN）；③腐植酸类（NaHm、Na－NHm、CrHm、SH23、SH24）；第二部分、钻井液性能及调整4、钻井液流变性（1）钻井液流变性定义：是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。该特性通常用钻井液的流变曲线和塑性粘度（PlasticViscosity）、动切力（YieldPoint）、静切力（GelStrength）、表观粘度（ApparentViscosity）等流变参数来进行描述的。第二部分、钻井液性能及调整（2）与钻井液流变性有关的钻井问题①携带岩屑，保证井底和井眼的清洁钻井液的主要功能之一就是清洗井底并将岩屑携带到地面上来。岩屑的清除分两个过程，一是岩屑被冲离井底，二是岩屑从环形间隙被携带到地面。钻井液清洗井眼的能力除取决于循环系统的水力参数外，还取决于钻井液的性能，特别是其中的流变性能。②钻井速度较好的流变性能够带来较理想的钻井速度第二部分、钻井液性能及调整③悬浮岩屑与加重材料通常用触变性强弱表示钻井液悬浮岩屑与加重材料的能力。触变性指搅拌后钻井液变稀，静置后又变稠的性质。一般用终切力和初切力之差表示。钻井液应具有良好的触变性。在停止循环时，切力能迅速增大到某个适当数值，既有利于悬浮岩屑与加重材料，又不至于循环时开泵泵压过高。④井眼规则和井下安全对于破碎的不稳定井壁，利用较粘稠的泥浆还可以起到较好的粘结护壁作用。第二部分、钻井液性能及调整⑤泥浆的粘稠性大又有不利的方面：a.使井底碎岩效率降低，这种影响主要表现在钻头喷嘴处的紊流流动阻力对钻速的影响。钻井液粘度越大，紊流流动阻力越大，从而降低了钻头在井底的碎岩效率。b.增加泥浆循环的流动阻力；c.增大对井壁的液压力激动破坏。第二部分、钻井液性能及调整1-牛顿流体2-假塑性流体3-塑性流体4-膨胀流体（3）流变曲线：钻井液流动特点第二部分、钻井液性能及调整(4)常用流变参数计算关于切力在600r/min下搅拌60s，静止10s后在3r/min下读取并记录最大读数值再在600r/min下搅拌60s，静止10min后在3r/min下读取并记录最大读数值。第二部分、钻井液性能及调整马氏漏斗：ZMN型马式漏斗粘度计由锥体马式漏斗、孔径1.6mm的滤网和946ml量杯组成。锥体上口直径152mm，锥体下口直径与导流管直径4.76mm，锥体长度305mm，漏斗总长356mm，筛底以下的漏斗容积1500ml。第二部分、钻井液性能及调整无用固相：钻屑（2）固相控制方法①沉降法②稀释法③机械设备法：振动筛、除砂器、除泥器、离心机④化学法：使用絮凝剂5、钻井液固相含量：钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数（1）钻井液固相类型有用固相：配浆粘土、加重材料固控:在保存适量有用固相的前提下,尽可能清除无用固相的工艺。第二部分、钻井液性能及调整（3）固相含量与井下安全的关系①使钻井液流变性不稳定②泥饼质量差③钻井液性能难以维护④固相含量高，对油气层损害严重（4）固相含量对钻速的影响固相含量越高，钻速越小。固相类型不同，钻速影响不一样。第二部分、钻井液性能及调整6、钻井液含砂量（1）钻井液含砂量定义:指钻井液中不能通过200目筛网，即粒径大于74微米的砂粒占钻井液总体积的百分数。在现场应用中，该数值越小越好，一般要求控制在0.5％以下。（2）钻井液含砂量过大会对钻井过程造成以下危害：①使钻井液密度增大，对提高钻速不利；②使形成的泥饼松软，导致滤失量增大，不利于井壁稳定，影响固井质量③泥饼中砂粒含量过高会使泥饼摩擦系数增大，易造成压差卡钻；④增加对钻头和钻具的磨损，缩短其使用寿命。第二部分、钻井液性能及调整（3）降低钻井液含砂量的方法：利用振动筛、除砂器、除泥器等设备，对钻井液的固相含量进行有效的控制。（4）含砂量的测量第二部分、钻井液性能及调整汇报提纲钻井液知识概论第一部分复杂情况钻井液工艺第三部分保护油气层钻井液技术第四部分钻井液性能及调整第二部分钻井液发展趋势第五部分第三部分、复杂情况钻井液工艺1、防漏与堵漏钻井液技术（1）井漏：是在钻井、固井、测试等各种井下作业中，各种工作液(包括钻井液、水泥浆、完井液及其它流体等)在压差作用下漏入地层的现象。（2）井漏危害：一旦发生漏失，不仅延误钻井时间，损失钻井液，损害油气层，干扰地质录井工作，而且还可能引起井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况与事故，甚至导致井眼报废，造成重大的经济损失。(3)漏失的分类①按漏速分类：按漏速可将漏失分为以下五类漏失通道漏失通道形态自然漏失通道人为漏失通道孔喉裂缝洞穴混合型②按漏失地层通道分类：第三部分、复杂情况钻井液工艺（4）确定漏层的方法①观察钻进情况通过钻进时凭经验观察，可以判断天然裂缝、孔隙或洞穴地层一类漏层的位置。例如，当钻开天然裂缝性岩层时，钻井液通常会突然漏失，并伴随有扭矩增大和憋跳钻现象。如上部地层没有发生过漏失，则此现象便是漏层在井底的可靠显示。第三部分、复杂情况钻井液工艺②观察岩心和钻屑情况通过对岩心的观察，可以了解地层的倾角、接触关系、孔隙、溶洞、裂隙及断层等的发育情况；通过岩心收获率可以判断地层的破碎程度；通过对这些观察结果的综合分析，可以了解漏失通道情况，判断漏层层位。③观察钻井液性能的变化情况钻井液性能的变化通常能反应井底岩石性质、以此判断漏层位置。除上述几种方法外，还有综合分析钻井过程中的各种资料、水动力学测试、仪器测试法等。第三部分、复杂情况钻井液工艺(5)井漏的预防①设计合理的井身结构；②降低井筒中钻井液的动压力；③提高地层的承压能力。第三部分、复杂情况钻井液工艺（6）堵漏原理在钻井液中加入堵漏材料，使之在距井筒很近范围的漏失通道里建立一道堵塞隔墙，用