鉆井全過程PPT教案

鉆井全過程PPT教案第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)鉆井液的定義和功用

一、鉆井液的定義

鉆井時用來清洗井底并把巖屑攜帶到地面、維持鉆井操作正常進行的流體稱為鉆井液或洗井液。

二、鉆井液的功用

1．攜巖

2．冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱

3．造壁，維持井壁穩(wěn)定

4．控制地層壓力

5.懸浮鉆屑和加重材料，防止下沉

6.獲得地層和油氣資料

7.傳遞水功率第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

一、鉆井液的組成

（1）液相：

液相是鉆井液的連續(xù)相，水或油。

（2）活性固相：

包括人為加入的商業(yè)膨潤土（般土）、有機

膨潤土(油基鉆井液用)和地層進入的造漿粘土。

（3）惰性固相：惰性固相是鉆屑和加重材料。

（4）各種鉆井液添加劑:增粘、稀釋、漿失水、PH值、防塌等。第二節(jié)鉆井液的組成和分類第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四二、鉆井液的分類

API和IADC分類：

（1）不分散體系——

膨潤土+清水；

天然鉆井液（自然造漿而成），淺層鉆進。

（2）分散體系——

水+膨潤土+分散劑（鐵絡(luò)木質(zhì)素黃酸鹽等），深井或復雜井。

（3）鈣處理體系——

水基鉆井液+鈣鹽（石灰、石膏、氯化鈣），抑制粘土膨脹。（4）聚合物體系——水基鉆井液+高聚物（聚丙烯酰胺PAM、PHP），

絮凝劣質(zhì)土，抑制粘土分散。第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

(5）低固相體系——總固相含量6%~10%的水基鉆井液.其中，膨潤土含量小于3%，鉆屑與膨潤土的比值小于2∶1。

特點：提高鉆速，減少對產(chǎn)層的傷害。（6）飽和鹽水體系——氯離子含量達189g/L的水基鉆井液。特點：抗鹽侵，抑制粘土水化。海上鉆井、鉆鹽巖層和泥頁鹽層。（7）修井完井液體系——

水+鹽+聚合物等；油基鉆井液。

特點：低密度、無固相、抑制粘土膨脹、低濾失，保護油氣層。第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四（8）油基鉆井液體系—油包水乳化鉆井液：油+水+乳化劑油基鉆井液：柴油+氧化瀝青、有機酸、堿

特點：耐高溫、保護油氣層、防止水敏性地層吸水膨脹。

摩阻小，用于大位移水平井，或特出復雜層段。（9）空氣、霧、泡沫和氣體體系——欠平衡壓力鉆井。

特點：提高鉆速，保護油氣層。適用于低壓油氣層、易漏的裂縫性油氣層、低滲透油氣層等。井壁應比較穩(wěn)定的地層。

第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

一、鉆井液的密度

鉆井液的密度指單位體積鉆井液的質(zhì)量。加重劑：碳酸鈣、重晶石、鈦鐵礦粉。

二、鉆井液的流變性能

粘度和切力隨流速變化的性能。包括靜切力、動切力、表觀粘度、塑性粘度、流性指數(shù)、稠度系數(shù)等參數(shù)。

（一）液體的基本流型

流速梯度（剪切速率）—鉆井液在鉆柱和環(huán)空內(nèi)流動時，速度分布不均勻，中心處流速大，向外流速減小。

單位距離內(nèi)流速的增量稱為流速梯度。

第三節(jié)鉆井液的性能第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四剪切應力—液流中各層速度不同，層間必有相對運動，發(fā)生內(nèi)摩擦，阻礙液層作相對運動。單位面積上的內(nèi)摩擦力稱為剪切應力。根據(jù)液體流動時剪應力與流速梯度的關(guān)系，將液體流動分為四種流型：

牛頓流型：

塑性流型：假塑性流型（n<1)膨脹流型(n>1)第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四1．塑性流型的特點

(1)所加切應力達到某一最低τs之后才開始流動，這個最低切應力稱為靜切應力。又稱凝膠強度。它代表了鉆井液靜止時單位面積上所形成的連續(xù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強度。(2)當切應力繼續(xù)增大，流變曲線出現(xiàn)直線段，延長該直線與切應力軸相交于τ0，稱為動切應力或屈服值。是鉆井液處于層流狀態(tài)時鉆井液中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)強度的量度。第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四（二）塑性流型的流變參數(shù)及調(diào)整

1.靜切力（靜切應力）

使鉆井液開始流動所需的最低切應力，它是鉆井液靜止時單位面積上所形成的連續(xù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強度的量度。它反映了鉆井液觸變性的好壞。

調(diào)整方法：無機鹽（改變粘土顆粒間靜電力）、降粘劑或增粘劑。

2.動切應力（屈服值）

流變曲線直線段的延長線與切應力軸交點的應力大小。反映在層流狀態(tài)下粘土顆粒之間及高聚物分子之間的相互作用力（形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之力）的大小。

調(diào)整方法同靜切力。第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3.塑性粘度

μpv

塑性粘度是塑性流體流變曲線直線段斜率的倒數(shù)，即：。

它是鉆井液流動時固相顆粒之間、固相顆粒與周圍液相間以及液相分子間的內(nèi)摩擦作用的總反映。它反映了液體粘滯力的大小。

調(diào)整方法：降低固相含量、加稀釋劑降粘；加高聚物增粘劑等提粘。第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四4.表觀粘度（視粘度或有效粘度）

它是在某一流速梯度下剪切應力與相應流速梯度的比值，即：

表觀粘度等于塑性粘度與結(jié)構(gòu)粘度之和，它反映兩者的總的粘滯作用，是“總粘度”的意思。5、動塑比

動切力與塑性粘度之比，反映了鉆井液結(jié)構(gòu)強度與塑性粘度的比例關(guān)系。動塑比大，流動過水斷面較平緩，剪切稀釋能力強，但流動阻力大，泵壓高。

理想值：

=0.36~0.48。 第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四（三）假塑性流型和膨脹流型的流變參數(shù)

1.流性指數(shù)n

表示流體在一定流速范圍內(nèi)的非牛頓性程度。

n＜1，假塑性流體，隨剪切速率增加而變稀（剪切稀釋特性）；

n＞1，膨脹型流體，隨剪切速率增加而變稠。

n值影響鉆井液的攜巖效果和剪切稀釋特性。理想值：n=0.4~0.7。

2.稠度系數(shù)k

為流體在1s－1流速梯度下的粘度。k值越大，粘度越大。第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

（三）流變參數(shù)的測定

儀器：六速旋轉(zhuǎn)粘度計1．靜切力

初切力（10s切力）：

將鉆井液在600r／min下攪拌10s，靜置10s后測得3r／min

下的表盤讀數(shù)，該讀數(shù)乘以0．511即得初切力(Pa)。

終切力（10min切力）：

將鉆井液在600r／min下攪拌10s，靜置10min后再測得

3r／min下的表盤讀數(shù)，該讀數(shù)乘以0．511，即得終切力(Pa)。2.動切力(屈服值)：

第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

3.粘度、流性指數(shù)及粘度系數(shù)

表觀粘度：塑性粘度：

流性指數(shù)：稠度系數(shù)：第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

三、鉆井液的造壁性能及濾失量

（一）濾失和造壁過程

鉆井液中的液體(剛開始也有鉆井液)在壓差的作用下向地層內(nèi)滲濾的過程稱為鉆井液的濾失。 鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成濾餅的過程稱為造壁過程。

（二）幾種不同的濾失情況

1.瞬時濾失

在鉆頭破碎巖石形成新的井眼而濾餅尚未形成的一段時間內(nèi)，鉆井液迅速向地層滲濾，此時的濾失稱為瞬時濾失。瞬時濾失量有利于提高鉆速，但嚴重損害油氣層。第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四2.動濾失在已形成的井眼內(nèi)，隨著鉆井液的滲濾，在井壁上形成一層濾餅，并不斷增厚、密實。同時，形成的濾餅又受到鉆井液的沖刷和鉆柱的碰撞、刮擠而遭到破壞。最終，濾餅形成速度等于破壞速度而達到平衡，此時濾餅厚度不變，濾失速率也保持不變。這種鉆井液在井內(nèi)循環(huán)流動時的濾失過程稱為動濾失。3．靜濾失

鉆井液在停止循環(huán)時的濾失過程稱為靜濾失。隨著濾失過程的進行，濾餅逐漸增厚，濾失阻力逐漸增大，濾失速率逐漸減小。

影響濾失量的因素：

濾失時間、壓差、溫度、固相含量及類型、濾餅滲透率。 第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

（三）濾失量的測量和要求

1.靜濾失量（API濾失量）

用API濾失量儀在常溫、0.7MPa壓差下測量30min所得的濾液體積（mL）。 要求：上部地層和堅固地層，濾失量可放寬；水敏性易坍塌地層，濾失量要低；油氣層，濾失量不能高于5mL。

2.高溫高壓濾失量

在150℃溫度、3.5MPa壓差下測量30min所得的濾失量乘以2，即得高溫高壓濾失量。 在鉆油氣層時，高溫高壓濾失量不大于15mL。

（四）濾失量的控制

控制濾失量的最好方法——用降濾失劑降低濾餅的滲透性。第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

常用降濾失劑：

Na-CMC（羧甲基纖維素鈉鹽）

SMP（磺化酚醛樹脂）

NH4（Na、Ca）HPAN（水解聚丙烯睛胺、鈉、鈣鹽）降濾失劑作用機理：

1．護膠作用

一方面能吸附在粘土顆粒表面形成吸附層，以阻止粘土顆粒絮凝變粗；另一方面能把在鉆井液循環(huán)攪拌作用下所拆散的細顆粒吸附在分子鏈上，不再粘結(jié)成大顆粒，而形成薄而韌的泥餅，稱之為降濾失劑的護膠作用。

第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四2．增加鉆井液中粘土顆粒的水化膜厚度，降低濾失量

降濾失劑吸附于鉆井液中的粘土顆粒上，使粘土顆粒周圍的水化膜增厚，形成的濾餅在壓差作用下容易變形，濾餅的滲透率降低。

3．提高濾液粘度，降低濾失量

濾失量與濾液粘度的二分之一次方成正比。

4．降濾失劑分子本身的堵孔作用第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

一、固相對鉆井的影響

1．固相含量升高，鉆速降低；

2．固相含量高，形成的濾餅厚，容易引起壓差卡鉆。

3.固相含量高，對油氣層損害嚴重。第四節(jié)鉆井液的固相控制第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

二、固相控制方法

1．大池子沉淀 2．清水稀釋 3．替換部分鉆井液 4．利用機械設(shè)備清除固相

振動篩：清除0.5mm以上固相顆粒。 旋流分離器：除砂器>74μm、除泥器10~74μm；超級分離器：5~10μm; 離心機：清除2～5μm以上的顆粒和回收重晶石。

第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四5.聚合物絮凝劑功用：清除更細小的顆粒類型:全絮凝劑—聚丙烯酰胺（PAM）

選擇性絮凝劑—只絮凝鉆屑和劣質(zhì)土，不絮凝膨潤土。如水解聚丙烯酰胺（PHP）。作用機理：吸附→架橋→形成團塊。加量：固相飽和吸附量的二分之一。第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四一、井塌的原因（1）地質(zhì)因素

異常高壓的釋放，鉆遇破碎帶、斷層、微裂縫發(fā)育地層、煤層、高構(gòu)造應力地層、膏鹽層等。（2）工程因素

大排量鉆井液沖刷井壁，起下鉆引起的壓力激，鉆井液液柱壓力低于井壁坍塌壓力，鉆井液侵泡時間長等。（3）泥頁巖的水化膨脹

泥頁巖中的粘土礦物容易吸水膨脹和分散，造成井壁巖石強度降低，引起井壁不穩(wěn)定。井壁不穩(wěn)定主要是泥頁巖的水化問題。第五節(jié)井塌及防塌措施第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

二、防塌措施

1．鉆井液中加入K+、NH+4等無機陽離子

（1）K+的固定作用

K+進入晶層之間并嵌入到相鄰兩層硅氧四面體氧原子組成的六角環(huán)中，把帶負電荷的粘土晶片緊緊聯(lián)結(jié)在一起，阻止水化膨脹。

第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四（2）K+的水化較弱，抑制粘土水化膨脹。

K+離子的未水化直徑（0.266nm）比Na+離子未水化直徑（0.19nm）大，而K+離子水化半徑比Na+離子水化半徑小，因而K+離子水化能(322J／mol)比Na+離子的水化能(406J／mol)低，水化膜薄。當它進入粘土的層間，既減少粘土的水化，又增加粘土層間的吸引力。第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

（3）使粘土顆粒的擴散雙電層變薄，利于有機處理劑分子在粘土上的吸附。

K+等電解質(zhì)的加入，使粘土顆粒的ξ電位降低，擴散雙電層變薄，有利于各種有機處理劑分子的吸附（非極性容易吸附非極性），提高處理劑的使用效果。第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

2．加入高聚物

（1）高聚物在井壁上形成多點吸附，鞏固井壁高聚物三種吸附方式：單點吸附、環(huán)—軌—尾吸附、多點吸附;

常用的高聚物：聚丙烯酰胺(PAM)、部分水解聚丙烯酰胺(PHP)、陽離子聚丙烯酰胺、各種陽離子聚合物、兩性離子聚合物FA367等。

（2）高聚物分子的護膠和堵孔作用

第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四3．利用瀝青類物質(zhì)在井壁上起封堵作用

瀝青類物質(zhì)親水性弱，親油性強，可有效地涂敷在井壁上上形成一層油膜。（1）減輕鉆具與井壁的摩擦和鉆具對井壁的沖擊；（2）防止濾液向地層滲透。 常用的封堵類防塌劑：磺化瀝青、氧化瀝青、植物渣油、磺化妥爾油瀝青。第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

第六節(jié)油氣層保護及完井液

一、儲層損害的主要原因及防止措施

1．外來流體中的固體顆粒對儲層的損害

在壓差的作用下，外來流體中粒徑極小的固體顆粒(粘土、巖屑、加重材料等)在濾餅形成前會侵入儲層，造成儲層油氣流通道堵塞，儲層滲透性降低。

防止措施：

（1）實施屏蔽暫堵技術(shù)

選擇與儲層孔喉直徑相匹配的架橋粒子（如酸溶性超細碳酸鈣、油溶樹脂等，直徑為儲層平均孔徑的1/2～2/3，加入量一般大于3％。），再配用充填粒子（如磺化瀝青、氧化瀝青、石蠟、樹脂等）封堵孔喉。

（2）使用無固相清潔鹽水做完井液第三十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四2．儲層內(nèi)部微粒運移造成的損害

流體在油氣層孔隙通道流動時，帶動地層中的微粒移動，大于孔喉直徑的微粒便被捕集而沉積下來，對孔喉造成堵塞，也可能幾個微粒同時聚集在孔喉處形成橋堵。防止微粒運移的方法：（1）控制流體在地層內(nèi)流速低于臨界流速；（2）加入粘土微粒防運移劑，陽離子型聚合物和非離子型聚合物，通過靜電引力或者化學鍵合力，將微粒橋接到地層表面，增強對粘土微粒的束縛力。第三十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四

3．儲層內(nèi)粘土水化膨脹引起孔喉堵塞

預防措施:

（1）減少入井流體的濾夫量，提高濾液的礦化度（提高濾液的抑制性） （2）粘土防膨劑，防膨機理分為三大類：減小粘土表面負電性：鹽（KCl、NH4Cl）、陽離子聚合物、陽離子型表面活性劑；

使粘土表面羥基化：變粘土表面為親油性和增強晶層間聯(lián)結(jié)。羥基氯代硅烷等。轉(zhuǎn)變粘土礦物類型：如硅酸鉀、氫氧化鉀等可將蒙脫石轉(zhuǎn)化為非膨脹型鉀硅鋁酸鹽。

第三十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期四4.流體的不配伍性對儲層的損害流體的不配伍是指不同流體相遇后會產(chǎn)生沉淀物，這些沉淀物會堵塞儲層孔隙喉道，造成儲層損害。（1）入井流體彼此不配伍