鉆井工程4-鉆井液

第四章鉆井液簡介2012年上學(xué)期鉆井工程課主要內(nèi)容鉆井液功用、類型和組成鉆井液的主要性能鉆井液應(yīng)用鉆井液技術(shù)的發(fā)展概況國內(nèi)外鉆井液技術(shù)新進(jìn)展一、

鉆井液功用、類型和組成

鉆井液（DrillingFluid）——鉆井過程中以其多種功能滿足鉆井工作需要的各種循環(huán)流體總稱。鉆井液又稱鉆井泥漿（DrillingMud），簡稱泥漿（Mud）

。一、

鉆井液功用、類型和組成鉆井液的循環(huán)流程高壓立管方鉆桿井下鉆具鉆頭水眼高速噴出環(huán)形空間振動(dòng)篩清洗井底攜帶巖屑泥漿罐組(1#、2#、3#、4#)泥漿泵除砂器、除泥器、離心機(jī)水龍帶水龍頭1#4#補(bǔ)充處理劑膨潤土、水和重晶石廢棄物廢棄物廢棄物振動(dòng)篩泥漿清潔器水水離心機(jī)加重鉆井液固控流程非加重鉆井液固控流程除砂器溢流除泥器溢流離心機(jī)溢流振動(dòng)篩補(bǔ)充處理劑膨潤土、水廢棄物廢棄物廢棄物固控工藝原理水人們對(duì)鉆井工作的要求——安全優(yōu)質(zhì)快速鉆井工作對(duì)鉆井液的要求——①有利于實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。②有利于取全、取準(zhǔn)各項(xiàng)工程上、地質(zhì)上的資料。③有利于發(fā)現(xiàn)、保護(hù)油氣層。高效一、

鉆井液功用、類型和組成有人比喻：鉆井的血液實(shí)際情況：鉆井液鉆井液停止循環(huán)鉆井工作必須停止鉆井液重要性一、

鉆井液功用、類型和組成攜帶和懸浮鉆屑1、鉆井液的功用循環(huán)時(shí)——把鉆頭破碎的巖屑從井底帶出井眼，保持井眼凈化。停止循環(huán)時(shí)——把井眼內(nèi)鉆屑懸浮住，不致很快下沉，以免卡鉆。攜帶和懸浮巖屑形成泥餅，降低濾失，減弱地層水化。保護(hù)油氣層控制壓力，防止井噴。平衡地層壓力，穩(wěn)定井壁，防止井塌。高壓噴射，破巖清巖。冷卻潤滑鉆頭一、

鉆井液功用、類型和組成1、鉆井液的功用一、

鉆井液功用、類型和組成實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井的基本條件，也是鉆井液措施的基本立足點(diǎn)?；玖⒆泓c(diǎn)穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力鉆井液柱壓力地層壓力不斷調(diào)節(jié)密度防止井塌、井噴、井漏等井下復(fù)雜情況發(fā)生。井壁穩(wěn)定井眼規(guī)則性能良好的鉆井液通過濾失作用在井壁上形成薄而韌的泥餅才能穩(wěn)固已鉆開的地層阻止進(jìn)一步滲濾，減弱泥頁巖水化膨脹和分散一、

鉆井液功用、類型和組成冷卻和潤滑鉆頭、鉆具鉆井液通過循環(huán)吸收鉆頭破碎巖石產(chǎn)生的熱量鉆具與井壁摩擦產(chǎn)生的熱量帶到地面釋放冷卻鉆頭鉆具延長壽命鉆頭、鉆具在其中旋轉(zhuǎn)存在降低摩擦阻力起到潤滑作用1、鉆井液的功用1、鉆井液的功用傳遞水動(dòng)力在鉆頭水眼處鉆井液高速噴出對(duì)井底產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力提高鉆速使用渦輪鉆具時(shí)利用鉆井液流動(dòng)帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆頭破碎巖石優(yōu)質(zhì)鉆井液還應(yīng)考慮：油層保護(hù)，環(huán)境污染，勞動(dòng)保護(hù)，腐蝕性等方面問題。一、

鉆井液功用、類型和組成2、鉆井液的類型分類依據(jù)類型密度非加重鉆井液加重鉆井液粘土水化非抑制性抑制性固相含量低固相無固相流體介質(zhì)水基油基合成基氣體液體氣體水基鉆井液油基鉆井液合成基鉆井液泡沫（氣為主）充氣鉆井液（液為主）空氣天然氣氣-液混合物流體介質(zhì)一、

鉆井液功用、類型和組成鉆井液基本類型水基鉆井液油基鉆井液淡水（NaCl＜1%、Ca2+<120mg/l）：最初使用。鹽水（NaCl＞1%）（鹽水、飽和鹽水、海水）用于海上和巖鹽層及泥、頁巖易塌地層。鈣處理（Ca2+＞120mg/l）：防塌、抗鈣、鹽侵強(qiáng)。低固相（固相＜7%，不分散的<4%）：鉆速快。混油（乳化）：潤滑性、流動(dòng)性好，失水量少。油包水乳化（逆乳化）：以柴油為分散介質(zhì)，水及有機(jī)膨潤土等為分散相。特點(diǎn)：熱穩(wěn)定性高、防塌好，對(duì)油氣層損害小。用于超深井的高溫井段。全油基（含水<10%）：柴油和瀝青等配成。特點(diǎn)：對(duì)油層損害小，抗鹽侵能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：對(duì)人體及環(huán)境危害大，尤其是海洋。加重劑鉆屑三、鉆井液的組成各種化學(xué)處理劑多級(jí)分散體系粘土顆粒多數(shù)是懸浮體

0.1~2μm少數(shù)為溶膠

1~100nm膨潤土水(或鹽水)溶膠—懸浮體水基鉆井液加重劑石灰油水滴有機(jī)土等油基鉆井液乳化劑潤濕劑在我國應(yīng)用得比較少。乳狀液體系膠粒＜2μm泥2～74μm砂＞74μm一、

鉆井液功用、類型和組成0.8水相（包括可溶鹽）體積分?jǐn)?shù)0.06混入的柴油等（潤滑）0.03低密度活性固相（控粘）0.05低密度惰性固相（鉆屑）0.06加重劑（調(diào)節(jié)密度）0.54柴油(分散介質(zhì))體積分?jǐn)?shù)0.04CaCl2或NaCl0.30水（分散相）0.03低密度固相（粘土、鉆屑等）0.09高密度固相（調(diào)節(jié)密度）1.001.00水基鉆井液典型組成（ρ＝1.32g/cm3）油基鉆井液典型組成（ρ＝1.32g/cm3）

按照API（AmericaPetroleumInstistite）推薦的鉆井液性能測試標(biāo)準(zhǔn)，需要檢測的鉆井液常規(guī)性能有：密度(ρ)漏斗粘度（FV）塑性粘度(PVμp)動(dòng)切力(YPτ0)靜切力(τs)固相含量膨潤土含量濾液各種離子濃度API濾失量pH值堿度含砂量HTHP濾失量二、鉆井液的主要性能1、井塌及鉆井液防塌技術(shù)1、井壁不穩(wěn)定——指鉆井或完井過程中的井壁坍塌、縮經(jīng)、地層壓裂三種基本類型。2、了解井壁不穩(wěn)定的現(xiàn)象和井壁不穩(wěn)定的危害3、井壁穩(wěn)定性的室內(nèi)評(píng)價(jià)方法——取井壁巖樣做分散性試驗(yàn)、水化試驗(yàn)、膨脹性試驗(yàn)。4、井壁不穩(wěn)定原因——地質(zhì)方面原因（頁巖孔隙壓力、異常構(gòu)造應(yīng)力和地層傾斜等）；物理化學(xué)方面原因（水化膨脹壓改變了井周的應(yīng)力分布、降低了巖石強(qiáng)度、削弱了顆粒間連接，造成剝落掉塊。）；鉆井工藝方面的原因（鉆井液液流過大，對(duì)井壁沖刷；激動(dòng)壓力和抽吸壓力過大，造成井壁巖石受力不平衡；由井漏、井噴導(dǎo)致；起下鉆時(shí)鉆頭碰撞井壁）。三、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用5、解決井壁不穩(wěn)定的鉆井液技術(shù)思路——調(diào)節(jié)鉆井液密度，控制地層壓力，使達(dá)到近平衡鉆井；封堵地層微裂縫，形成優(yōu)質(zhì)泥餅，穩(wěn)固井壁；抑制地層水化膨脹。6、常用防塌鉆井液體系①油基鉆井液②水基鉆井液低失水高礦化度水基鉆井液、鉀基鉆井液、鉀石灰鉆井液、有機(jī)硅鉆井液、硅酸鹽鉆井液、飽和鹽水鉆井液、正電膠鉆井液、兩性離子聚合物鉆井液、陽離子聚合物鉆井液、聚合醇鉆井液、甲酸鹽鉆井液、聚磺鉆井液、甲基葡萄糖苷鉆井液、多元醇樹脂鉆井液。③合成基鉆井液三、鉆井液應(yīng)用2、井漏及鉆井液防漏堵漏技術(shù)1、井漏——各種井下作業(yè)（鉆井、固井、修井）時(shí)，各種工作液（泥漿、水泥漿、完井液及其它流體等）在壓差作用下，漏進(jìn)地層的現(xiàn)象。

它與濾失有本質(zhì)區(qū)別，它是液相連同固相整體漏入地層。2、井漏的危害——損失鉆井時(shí)間，延長鉆井周期；損失大量鉆井液原材料；產(chǎn)層漏失會(huì)嚴(yán)重?fù)p害產(chǎn)層；誘發(fā)其它井下復(fù)雜情況；干擾鉆井液性能的正常維護(hù)、處理3、井漏發(fā)生的基本條件——①存在正壓差；②存在漏失通道及較大的足夠容納液體的空間；③通道開口的尺寸大于工作液中固相的粒徑。三、鉆井液應(yīng)用4、漏失通道分類——自然漏失通道、人為漏失通道（新壓裂的，原有重新開啟的）。5、漏失分類滲透性漏失（0.5~4方/小時(shí)）裂縫性漏失（幾~幾百方/小時(shí)）溶洞漏失（有進(jìn)無出）。6、井漏的預(yù)防——設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)、降低井筒內(nèi)鉆井液的動(dòng)壓力、加強(qiáng)監(jiān)測量。7、常用堵漏方法——調(diào)整鉆井液性能與鉆井措施、靜止堵漏、橋接材料堵漏法、高濾失漿液堵漏法、暫堵法、無機(jī)膠凝物質(zhì)堵漏法、復(fù)合堵漏法、強(qiáng)行鉆進(jìn)下套管封隔漏層法。三、鉆井液應(yīng)用3、井噴的預(yù)防及鉆井液處理技術(shù)1、井噴——指地層流體失去控制，噴到地面，或竄到其它地層的現(xiàn)象。它是鉆井工程較為常見的惡性事故。輕者使油氣層受到破壞，影響鉆井工期；重者使油氣井報(bào)廢，延誤油氣勘探開發(fā)工作。2、發(fā)生井噴的基本條件——井內(nèi)液柱壓力＜地層壓力。3、發(fā)生井噴的原因——鉆進(jìn)過程中井噴發(fā)生的原因、起鉆過程中井噴發(fā)生的原因、下鉆過程中井噴發(fā)生的原因、下鉆后循環(huán)過程中井噴發(fā)生原因。4、預(yù)防井噴的鉆井液措施——選用合理的鉆井液密度；在鉆進(jìn)油、氣、水層前，先調(diào)整好鉆井液性能；及時(shí)排除氣侵氣體；隨時(shí)注意觀察鉆井液的體積，儲(chǔ)備一定數(shù)量的加重鉆井液。三、鉆井液應(yīng)用4、卡鉆的預(yù)防及鉆井液解卡技術(shù)常見的卡鉆事故：沉砂卡鉆、井塌卡鉆、縮徑卡鉆、泥餅粘附卡鉆、鍵槽卡鉆。沉砂卡鉆井塌卡鉆縮徑卡鉆壓差卡鉆鍵槽卡鉆卡鉆示意圖三、鉆井液應(yīng)用A——管子轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆鋌只吃入泥餅一段距離。B——管子靜止，鉆鋌在壓差下吃入泥餅。C——偏斜嚴(yán)重的井眼，鉆鋌靜止時(shí)，鉆鋌與泥餅之間的壓力從0變化到△p。壓差卡鉆機(jī)理示意圖ABC壓差卡鉆防止壓差卡鉆的措施

A.降低鉆井液密度

——在確保不發(fā)生井噴的前提下，盡可能降低鉆井液密度。

B.減少鉆具與井壁接觸面積

——改善井身質(zhì)量。

C.降低泥餅?zāi)Σ料禂?shù)

——采用優(yōu)質(zhì)鉆井液，在鉆井液加入少量的油或潤滑劑，使用好的固控設(shè)備。

D.減少巖屑床的厚度

——對(duì)于大位移或水平井，選擇合適的鉆井液流變參數(shù)，防止巖屑床形成或盡量減少其厚度。解除壓差卡鉆的方法

A.用油或解卡液浸泡

B.用稀鹽酸浸泡

C.降低鉆井液密度以減少壓差三、鉆井液應(yīng)用四、鉆井液技術(shù)的發(fā)展概況1、發(fā)展階段①初步形成時(shí)期：1888~1928年，旋轉(zhuǎn)鉆井開始，最初用清水鉆井。②快速發(fā)展時(shí)期：1928~1948年，發(fā)現(xiàn)帶有砂的泥漿比清水的攜帶能力更好。于是出現(xiàn)細(xì)分散鉆井液，并使用簡單的處理劑。③高速發(fā)展時(shí)期：1948~1965年，發(fā)現(xiàn)細(xì)分散泥漿的不足：抗侵能力差，于是發(fā)展為鈣處理、適度絮凝的粗分散鉆井液。④科學(xué)優(yōu)化時(shí)期：1965~現(xiàn)在，高壓噴射鉆井中，要求低固相，于是出現(xiàn)聚合物不分散低固相鉆井液。上個(gè)世紀(jì)80年代末90年代初~至今，先后出現(xiàn)：正電膠、硅酸鹽、甲酸鹽、多元醇、生物降解型等鉆井液體系，并得到廣泛應(yīng)用。但都沒有形成主流，不能完全取代聚合物鉆井液體系。與此同時(shí)，上個(gè)世紀(jì)40年開始使用的油基鉆井液也在不斷發(fā)展，從開始用原油發(fā)展為柴油，到礦物油；從全油基發(fā)展為油包水乳化鉆井液；從有毒污染的油基發(fā)展為低毒無毒的油基鉆井液。

2、我國鉆井液技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)（1）發(fā)展階段相似，但時(shí)間稍有滯后。（2）水基鉆井液應(yīng)用得較多，油基鉆井液使用得少。（3）深井水基鉆井液、防塌型聚合物鉆井液的理論研究比較成熟。（4）成功應(yīng)用一些處理劑，如FA367、XY27、SMP等。（5）成功應(yīng)用一些鉆井液體系，如三磺鉆井液體系、兩性聚合物鉆井液體系、聚磺鉆井液體系等。（6）研制了大量鉆井液性能測試評(píng)價(jià)儀器。（7）計(jì)算機(jī)應(yīng)用相對(duì)落后。四、鉆井液技術(shù)的發(fā)展概況（1）鉆井液強(qiáng)化井壁技術(shù)。（2）復(fù)雜地質(zhì)條件下深井、超深井、大位移井鉆井液技術(shù)。（3）新型鉆井液體系及其處理劑的研制與應(yīng)用。（4）廢棄鉆井液處理技術(shù)。（5）保護(hù)油氣層技術(shù)。3、對(duì)鉆井液新技術(shù)發(fā)展的預(yù)測四、鉆井液技術(shù)的發(fā)展概況4、當(dāng)前鉆井液研究的關(guān)鍵內(nèi)容（1）深井高溫、高密度鉆井液。（2）井壁失穩(wěn)機(jī)理與防塌鉆井液。（3）新型處理劑系列和新型鉆井液系列的發(fā)展。（4）大位移井、水平井和小眼井等特殊工藝井的鉆井液技術(shù)。（5）欠平衡鉆井液技術(shù)。（6）保護(hù)儲(chǔ)層的鉆井液、完井液。（7）鉆井