鉆井液基礎(chǔ)知識幻燈片

鉆井液基礎(chǔ)知識幻燈片第1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日鉆井液基礎(chǔ)知識一、鉆井液在鉆井中的作用。1、清洗井底，攜帶巖屑，保持井底清潔，保證鉆頭不斷地破碎地層，使鉆進(jìn)不中斷。2、平衡地層中的流體（油、氣、水）壓力，防止井噴、井漏等井下復(fù)雜情況，保護(hù)油氣層。3、平衡巖石側(cè)壓力，并在井壁形成泥餅，保持井壁穩(wěn)定，防止地層坍塌。

第2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日4、發(fā)揮水力效能，傳遞動力，沖擊井底，幫助鉆頭破碎井底巖石，提高鉆井速度。5、懸浮巖屑和加重劑，降低巖屑沉降速度，避免沉砂卡鉆。另外承受鉆桿和套管的部分重力。6、潤滑并冷卻鉆頭，鉆具。7、防止地層中鹽水、鹽巖、石膏、芒硝等對鉆井液的化學(xué)污染，防止硫化氫污染和損害。

8、利用鉆井液，準(zhǔn)確獲得井下資料。

第3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日二、鉆井液性能與鉆井工作的關(guān)系鉆井液密度與鉆井的關(guān)系密度過大有以下害處：1、損害油氣層；2、降低鉆井速度；3、過大壓差造成壓差卡鉆；4、易憋漏地層；5、易引起過高的粘切；第4頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日6、多消耗鉆井液材料及動力；7、抗污染能力下降。密度過低則容易發(fā)生井噴、井塌（尤其是負(fù)壓鉆井）、縮徑（對塑性地層，如較純的粘土、鹽巖層等）及攜屑能力下降等。第5頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日鉆井液粘度、切力與鉆井的關(guān)系1、粘度、切力過大有以下害處。⑴流動阻力大，能量消耗多，功率低，鉆速慢；⑵凈化不良（固控設(shè)備不易充分發(fā)揮效力），易引起井下復(fù)雜情況；⑶易泥包鉆頭，壓力波動大，易引起卡、噴、漏和井塌等事故；⑷脫氣較難，影響氣測并易造成氣侵。第6頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日2、粘度和切力過低也不利于鉆井，如：⑴洗井不良，井眼凈化效果差；⑵沖刷井壁加劇，引起井塌等井下事故；⑶巖屑過細(xì)影響錄井。第7頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日濾失量和泥餅質(zhì)量與鉆井工作的關(guān)系鉆井液濾失量過大，泥餅厚而虛，會引起一系列問題。1、易造成地層孔隙堵塞而損害油氣層，濾液大量進(jìn)入油氣層，會引起油氣層的滲透率等物性變化，損害油氣層，降低產(chǎn)能。2、泥餅在井壁堆積太厚，環(huán)空間隙變小，泵壓升高。3、易引起泥包鉆頭，下鉆遇阻、遇卡或堵死水眼。4、在高滲透地層易造成較厚的濾餅而引起阻卡，甚至發(fā)生壓差卡鉆。第8頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日5、電測不順利，并且由于鉆井液濾液進(jìn)入地層較深，水侵半徑增大，若超過測井儀器所測及的范圍，其結(jié)果是電測解釋不準(zhǔn)確而易漏掉油氣層。6、對松軟地層，易泡垮易塌地層，會形成不規(guī)則的井眼，引起井漏等。泥餅一定要薄、致密、韌性好，能經(jīng)受鉆井液液流的沖刷。第9頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日固相含量與鉆井的關(guān)系鉆井液中固相含量越低越好，一般控制在0.5％以下。固相含量過大，有以下危害：1、固相含量高，鉆井液柱壓力大，鉆速降低。2、固相顆粒愈細(xì)對鉆速影響愈大，而且深入油層會造成永久性堵塞，油氣層受損害嚴(yán)重。第10頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日3、固相含量高、濾失量大時(shí)，泥餅必然厚，摩阻系數(shù)增大，因而易引起井下復(fù)雜情況的發(fā)生。4、固相含量高，鉆井液的流變性難以控制，且流阻大，功耗多，鉆井效率低。5、含砂量大，易造成鉆頭、鉆具等機(jī)械設(shè)備的磨損。6、在固相含量高時(shí)，鉆井液受外界影響大且敏感（如對溫度、各種污染物等的影響變大）。第11頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日降低固相含量的方法1、機(jī)械除砂：利用振動篩、除砂器、除泥器等設(shè)備降低固相含量。1）、振動篩振動篩是對鉆井液進(jìn)行固相控制的第一級設(shè)備，又是唯一能適用于加重鉆井液的常規(guī)分離設(shè)備。因此，它是固控的關(guān)鍵設(shè)備，擔(dān)負(fù)著清除大量鉆屑的任務(wù)，同時(shí)為下一級固控設(shè)備的使用創(chuàng)造必要的條件，如果振動篩發(fā)生故障，其下一級設(shè)備就會超載，嚴(yán)重影響凈化效果。所以，要根據(jù)鉆井條件，選好、用好振動篩。第12頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日2）、旋流器旋流器按其直徑不同，可分為除砂器和除泥器。⑴除砂器。直徑為150～300毫米的旋流器稱為除砂器。其處理能力是：在進(jìn)料壓力為0.2兆帕?xí)r不低于20～120立方米每小時(shí)。正常工作的除砂器能清除約95％大于74微米的鉆屑和約50％大于40微米的鉆屑。為了提高使用效果，在選用除砂器時(shí)，其許可處理量必須為鉆井時(shí)最大排量的125％。第13頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日⑵除泥器。直徑為100毫米和150毫米的旋流器稱為除泥器。其處理能力是：在進(jìn)料壓力為0.2兆帕?xí)r不低于10和15立方米每小時(shí)。正常工作的除泥器能清除約95％大于40微米的鉆屑和約50％大于15微米的鉆屑。除泥器能除去12～13微米的重晶石，因此，不能用它來處理加重鉆井液。在使用中，除泥器的許可處理量，應(yīng)為鉆井時(shí)最大排量的125％～150％。第14頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日3）、離心機(jī)離心機(jī)主要用在加重鉆井液中回收重晶石和清除細(xì)小固相及膠體，在非加重鉆井液中清除鉆屑，也可用離心機(jī)對旋流器排出的底流進(jìn)行第二次分離，回收液相，排除鉆屑。離心機(jī)的處理量和分離粒度與其轉(zhuǎn)速和容量有關(guān)。第15頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日2、化學(xué)除砂：加入化學(xué)絮凝劑，將細(xì)小的砂子變大而沉降。3、降低鉆井液粘度有利于降低固相含量：因此在現(xiàn)場維護(hù)鉆井液時(shí)，對固相含量有下列要求。⑴根據(jù)需要配備良好的凈化設(shè)備，徹底清除無用固相。⑵必須嚴(yán)格控制膨潤土的含量，所使用鉆井液的密度愈高、井愈深、溫度愈高，膨潤土的含量應(yīng)愈低，一般應(yīng)控制在30～80kg/m3。⑶在輕鉆井液中，固相含量應(yīng)不超過10％（體積）或密度不大于1.15g/Cm3。⑷無用固相含量與膨潤土含量的比值，應(yīng)控制在2﹕1～3﹕1。

第16頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日PH值與鉆井工作的影響1、PH值過高，OH-在粘土表面吸附，會促進(jìn)泥頁巖的水化膨脹和分散，高PH值的鉆井液具有強(qiáng)腐蝕性，縮短了鉆具及設(shè)備的使用壽命。2、通過PH值的變化，可以預(yù)測井下情況。如鹽水侵、石膏侵、水泥侵等都會引起PH值的變化。第17頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日處理劑一）、稀釋劑（降粘劑）稀釋作用主要是通過稀釋劑分子在粘土顆粒某些部位的吸附，改變粘土顆粒的表面水化狀態(tài)，減弱或拆散鉆井液內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來達(dá)到稀釋的目的。第18頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日1、硅氟稀釋劑：SF150(SF260)2、磺化栲膠：SMK3、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽簡稱鐵鉻鹽，代號FCLS。其主要用作抗鹽抗鈣的分散型鉆井液的稀釋劑，可減弱粘土顆粒間的流動阻力，降低粘度和切力；也可抑制泥頁巖的水化膨脹和分散，而防止粘度和切力的上升，有利于井壁穩(wěn)定。此外鐵鉻鹽還具有降濾失作用和抑制粘土水化膨脹的作用。第19頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日二）、降濾失劑1、羧甲基纖維素鈉鹽代號為Na－CMC，簡稱CMC，目前常用的有低粘CMC、中粘CMC、高粘CMC三種。為白色纖維狀粉末，具有吸濕性，不溶于酸和醇等有機(jī)溶劑，易分散于水中形成膠狀液，抗溫達(dá)90～140℃，有一定抗鹽、抗鈣能力。主要用于各種水基鉆井液的降濾失劑，還具有抑制頁巖水化膨脹作用、增稠作用等。第20頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日2、水解聚丙烯腈鹽類⑴水解聚丙烯腈鈉鹽代號Na－HPAN，是聚丙烯腈加NaOH水解而得的產(chǎn)物。為淡黃色顆?；蚍勰苡谒?，水溶液呈堿性。主要用作聚合物鉆井液的降濾失劑，并有增粘和絮凝作用?？果}可至飽和而抗鈣較差，抗溫性強(qiáng)。第21頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日⑶水解聚丙烯腈胺鹽代號NH4－HPAN或NPAN，主要用作防塌降濾失劑，抑制能力強(qiáng)，不提粘，耐高溫，使用時(shí)堿度不宜過高。第22頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日3、腐植酸類利用褐煤中的腐植酸進(jìn)行磺化或硝化而形成的各種鹽類。它既有降濾失作用，又有降粘作用。有機(jī)硅腐植酸鉀代號OSAM-K，黑褐色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。主要用作淡水鉆井液的降濾失劑，具有降粘作用，并具有一定的防塌能力,抗溫性好?；腔置旱?3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日

代號SMC,褐色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性,抗高溫降失水劑。第24頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日三）、絮凝劑絮凝劑可分為無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑兩類，無機(jī)絮凝劑若控制不好易發(fā)生聚沉，而有機(jī)絮凝劑能溶于水，因而現(xiàn)場一般都用有機(jī)絮凝劑。有機(jī)絮凝劑又分為完全絮凝劑和選擇性絮凝劑。1、聚丙烯酰胺代號PAM(PX-01)，膠劑為無色透明都彈性膠體；粉劑是白色粉末。它水溶性好，熱穩(wěn)定性高，抗溫達(dá)200℃，在水中不電離。主要用作不分散低固相鉆井液的絮凝劑，并有改善鉆井液流變性、減少摩阻和防塌等效能。第25頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日2、部分水解聚丙烯酰胺代號PHP，通常也分膠劑和粉劑兩種。高水解度的PHP還有增稠、堵漏、潤滑、降濾失和剪切稀釋效能。第26頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日四）、增粘劑1、高粘CMC代號HV－CMC，不溶于酸和醇等有機(jī)溶劑，易分散于水中成膠體溶液。主要用作水基鉆井液增粘劑，也可作乳化劑。有一定降濾失作用和抗鹽能力。2、復(fù)合離子型聚丙烯酸鹽代號PAC141，為白色或微黃色可流動粉末。本品不僅可以提高粘度,還可改善流變參數(shù)、提高剪切稀釋能力、降低濾失量、包被巖屑和抑制粘土顆粒分散的作用，并有抗鹽、抗鈣、和抗溫能力。主要用于水基鉆井液，也可用于海水及飽和鹽水鉆井液。第27頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日五）、頁巖抑制劑1、磺化瀝青代號FT-342(FT-98、FT-2000)，為黑褐色膏狀膠體或粉劑，PH值為8～11，密度為1.0g/cm3。其主要用作各類鉆井液的頁巖抑制劑，并有潤滑和控制高溫高壓濾失量的效能。第28頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日

改性石棉代號SM-1(xk-01)銀白色粉末，主要作用提切力攜砂。第29頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日3、聚丙烯酸鉀代號K-PAM，為淡黃色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。為丙烯酸類頁巖抑制劑，并有降濾失、抗污染和防塌等特點(diǎn)。4、復(fù)合金屬離子代號MMP（CMP）為淡黃色粉末，易溶于水，水溶液呈堿性。具有防塌、絮凝的作用。第30頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日六）表面活性劑表面活性劑的種類繁多，在鉆井液中的作用也是多方面的。除用作乳化劑、消泡劑外，選用適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┨幚磴@井液，對提高鉆井液的熱穩(wěn)定性、保護(hù)油氣層、降低濾餅?zāi)Σ料禂?shù)，防塌、防腐、提高鉆速、預(yù)防和解除鉆井液中的復(fù)雜事故等方面有突出的效果。第31頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日式中W加——加重劑量，t；

V加——加重鉆井液體積，m3；

V原——原鉆井液體積，m3；

ρ重——加重劑的密度，g/cm3；

ρ加——加重鉆井液密度，g/cm3；

ρ原——原鉆井液密度，g/cm3。三、鉆井液的有關(guān)計(jì)算1、增密度計(jì)算第32頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日式中X——所需水量，m3；

ρ稀——稀釋后的鉆井液密度，g/cm3；

V原——原漿體積，m3；

ρ水——水的密度，g/cm3。2、降低密度的計(jì)算第33頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日四、常用鉆井液類型一）、水基鉆井液水基鉆井液以水為分散介質(zhì)（連續(xù)相），以粘土為分散相（固相），加入一定的化學(xué)處理劑或加重材料組成。這類鉆井液發(fā)展最早，使用最廣泛。水基鉆井液又可分為以下幾種類型：第34頁，共39頁，2023年，2月20日，星期日1、淡水鉆井液：由淡水、粘土和一般的降粘劑、降濾失劑配制而成。含鹽量（Nacl）小于1％或低于10000毫克／升。含鈣量小于120毫克／升。2、鹽水鉆井液：含鹽量大于1％或高于10000毫克／升。包括鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆井液、海水鉆井液。主要用在海灣海上鉆井，鉆鹽巖層及泥頁巖易塌地層。第35頁，共39頁，2023年，2月20